P11. Yaşlanma Etkilerinin Tespiti için Küçük Hayvan Görüntüleme Uygulama ve İnovasyon Platformu

Yaşlanmanın Beyin ve Kas İskelet Sistemindeki Etkilerinin Tespiti için Küçük Hayvan Görüntüleme Uygulama ve İnovasyon Platformu

Amaç ve Kapsam

İnsan Fonksiyonunu Tehdit Eden Zorluklara Karşı Nöroteknolojik Çözümler Platformu’nun P11 numaralı bu projesi, yaşlanmanın beyin ve kas-iskelet sisteminde oluşturduğu yapısal, fonksiyonel ve metabolik değişimleri yüksek çözünürlüklü, multimodal görüntüleme yöntemleri ve yenilikçi yazılım sistemleri ile tespit etmeyi hedeflemektedir. Küçük hayvan modellerinde geliştirilen protokoller ve yazılımlar, ileride insan çalışmalarına uyarlanabilecek şekilde tasarlanmaktadır.

Çalışmalarda, 7 Tesla PET/MR sistemi ile hem mikro ölçekte doku parametreleri (T1, T2, R2*, QSM, metabolit profilleri) hem de makro ölçekte morfolojik ve fonksiyonel değişiklikler değerlendirilmektedir. Böylece yaşlanmaya özgü biyobelirteçlerin belirlenmesi ve erken tanı imkânı sunacak teknolojilerin geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

Proje kapsamında, yaşlanmanın beyin ve kas-iskelet sistemindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde incelemek için ileri düzey görüntüleme ve analiz teknikleri kullanılmaktadır. Manyetik Rezonans ile T1, T2, R2* ve QSM gibi doku parametreleri hızlı ve yüksek çözünürlükte haritalanmakta; Manyetik Rezonans Spektroskopi (MRS) ile metabolit ölçümleri yapılmakta ve bu verilerin işlenmesi için özel analiz yazılımları geliştirilmektedir. Derin öğrenme tabanlı görüntü işleme teknikleri sayesinde veri alımı hızlandırılmakta, gürültü azaltılarak görüntü kalitesi arttırılmakta ve süper çözünürlük uygulamaları ile detay seviyesi yükseltilmektedir. Ayrıca, farklı yaş gruplarına ait yüksek çözünürlüklü sıçan beyin atlasları oluşturulmakta ve UTE ile MT sekansları kullanılarak kas dokusunda fibrozis ve kolajen birikimi tespit edilmektedir.

Alt Projeler ve Öne Çıkan Çalışmalar

Multiparametrik Haritalama Yazılımı
Çok parametreli haritalama metotları ve yazılımı geliştirilerek yaşlanmaya bağlı mikroyapısal değişimlerin tespiti hedefleniyor.

MR Spektroskopi Yazılımı – Preclinical Oryx MRS
Tekli voksel MR spektroskopi verilerinin yüklenmesi, LCModel çıktılarının görselleştirilmesi ve metabolit analizinin yapılabilmesi için MATLAB tabanlı bir yazılım üzerinde çalışılmaktadır.

Derin Öğrenme ile Görüntü Geriçatımı
MR görüntüleme süresini kısaltmak amacıyla altörneklenmiş verilerden görüntü geriçatımı yapan U-Net, CascadeNet, PDNet ve ReconFormer gibi yapay sinir ağı modelleri farklı preklinik veri setlerinde uygulanmaktadır. 

Derin Öğrenme ile Gürültü Bastırımı
MRG gürültü azaltımı ve görüntüleme kalitesinin artırılması amacıyla yüksek gürültü seviyesindeki görüntüleri temizleyen sinir ağı modelleri tasarlanmakta, tasarlanan difüzyon tabanlı derin öğrenme modelleri farklı veri setlerinde uygulanmaktadır.

Derin Öğrenme ile Görüntü Süperçözünürlüğü
Görece düşük uzamsal çözünürlükte toplanılmış olan görüntülerden daha keskin görüntülerin elde edilmesi için derin öğrenme temelli süperçözünürlük modelleri ele alınmakta, bu doğrultuda gürültü bastırıcı difüzyon ve difüzyon köprüsü teknikleri farklı veri setlerinde uygulanmaktadır.

Kolajen Fantom Çalışmaları
Kas dokusundaki fibrotik değişimleri anlamaya yönelik olarak, farklı kolajen konsantrasyonlarına sahip MnCl₂ içeren fantomlar hazırlanmakta ve T2 haritalama ile değerlendirilmektedir.

PET/MR Atlas Geliştirme
Farklı yaş gruplarındaki sıçanlardan elde edilen PET, BT ve yüksek çözünürlüklü MR verileri bir araya getirilerek yapısal-fonksiyonel beyin atlasları oluşturulmaktadır.

Kas ve İskelet Görüntüleme
Kas dokusunda kolajen birikimi ve lif yapısındaki değişimleri ortaya koyabilmek için UTE ve MT sekanslarına dayalı görüntüleme yöntemleri geliştirilmektedir.

Beklenen Çıktılar

  • Yaşlanmanın etkilerinin yüksek çözünürlüklü, multimodal şekilde tespiti
  • Derin öğrenme tabanlı görüntü oluşturma ve görüntü işleme yazılımları
  • Multiparametrik ve metabolit haritalama yazılımları
  • Farklı yaş gruplarına ait sıçan beyin atlasları
  • MR spektroskopi veri alım, işleme ve analiz yazılımı
  • İskelet kasında kolajen içeriğini nicelleme yöntemi
  • Patent ve yazılım ürünleri
  • Multimodal görüntüleme ve yapay zeka alanında yetişmiş araştırmacılar

Bilimsel Yayınlar ve Sunumlar

  • Said Aldemir, Oğuzhan Hüraydın, Uluç Pamuk, Pınar Senay Özbay, Tolga Çukur, Esin Öztürk Işık, Assessment of Deep-Learning Reconstruction Algorithm for Preclinical MRI, ESMRMB Annual Meeting 2025, Kısa sunum.
  • Melisa Özakçakaya, Preclinical ORYX-MRS: A Toolbox for Proton Magnetic Resonance Spectroscopy Data Analysis in Rat Brain, MSc Tezi, Boğaziçi Üniversitesi.
  • Belal Tavashi, A Multiparametric Quantitative MRI Pipeline for Preclinical Applications, MSc Tezi, Boğaziçi Üniversitesi.
  • Leen Hakki, Belal Tavashi, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Volumetric MRI Analysis in 3-Month-Old Wistar Rats: A Baseline for Longitudinal Studies, ESMRMB Annual Meeting 2025.
  • Leen Hakki, Özgür Yeşiloğlu, Belal Tavashi, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Investigating Cortical Malformation in a 71-Day-Old Rat Using Quantitative MRI, ESMRMB Annual Meeting 2025.
  • Melisa Özakçakaya, Sevim Cengiz, Arnold Benjamin, Uluç Pamuk, Oğuzhan Hüraydin, Pınar Senay Özbay, Ruslan Garipov, Esin Öztürk Işık, Preclinical ORYX-MRS: A Toolbox for Proton Magnetic Resonance Spectroscopy Data Analysis in Rat Brain, ESMRMB Annual Meeting 2025, Poster.
  • Fatma Beyza Kula Yeşilot, Leen Hakki, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Mehmed Özkan, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Deep Learning-Based Denoising of Preclinical MRI: A Preliminary Study of Autoencoders on T2-Weighted Images, Annual Meeting 2025.
  • Fatma Beyza Kula Yeşilot, Leen Hakki, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Mehmed Özkan, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Enhancing Preclinical Structural MRI Quality Through Deep Learning Based Denoising, ISMRM Turkish Chapter – Online Graduate Symposium 2025.
  • Belal Tavashi, Leen Hakki, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Quantitative MRI Analysis of the Young Wistar Rat Brain Including Relaxometry and Susceptibility, OHBM Annual Meeting 2025, Poster.
  • Leen Hakki, Melisa Özakçakaya, Belal Tavashi, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Deep Learning-Based Brain Extraction and Segmentation Pipeline for Rat MRI, OHBM Annual Meeting 2025, Poster.
  • Melisa Özakçakaya, Sevim Cengiz, Arnold Benjamin, Uluç Pamuk, Oğuzhan Hüraydın, Pınar Senay Özbay, Ruslan Garipov, Esin Öztürk Işık, Preclinical ORYX-MRS: Toolbox for Proton Magnetic Resonance Spectroscopy Data Analysis in Rat Brain, OHBM Annual Meeting 2025, Poster.
  • Belal Tavashi, Leen Hakki, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Quantifying the young rat brain: a cross-sectional region-based analysis of T1, T2, R2, and quantitative susceptibility maps*, ISMRM Annual Meeting 2025, E-Poster.
  • Leen Hakki, Melisa Özakçakaya, Belal Tavashi, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, Automated Brain Extraction for Multi-Contrast MRI in Rat Models Using Enhanced U-Net, ISMRM Annual Meeting 2025, E-Poster.
  • Muhammad Usama Mirza, Mustafa Arda Aydın, Tolga Çukur, Frequency-Based Soft Diffusion Model for Accelerated MRI Reconstruction, IEEE SIU 2025. 
  • Muhammet Talat Yavuz, Şaban Öztürk, Bilal Kabaş, Tolga Çukur, Learning-Based MRI Reconstruction via a State-Space U-Net Model, IEEE SIU 2025.
  • Belal Tavashi, Leen Hakki, Fatma Beyza Kula Yeşilot, Uluc Pamuk, Oguzhan Huraydin, Mehmed Özkan, Esin Öztürk Işık, Pınar Senay Özbay, ve diğer yazarlar, Exploring aging related changes through multiparametric mapping in preclinical imaging: preliminary findings, ESMRMB Annual Meeting 2024, September 2024.

Proje Ekibi

Yürütücüler:

  • Prof. Dr. Esin Öztürk Işık – Boğaziçi Üniversitesi (Medikal Görüntüleme)
  • Doç. Dr. Tolga Çukur – Bilkent Üniversitesi (Medikal Görüntüleme)

Araştırmacılar:

  • Dr. Öğretim Üyesi Pınar Özbay – Boğaziçi Üniversitesi (Medikal Görüntüleme)
  • Doç. Dr. Daniela Schulz – Boğaziçi Üniversitesi (Nörobilim)
  • Prof. Dr. Can Yücesoy – Boğaziçi Üniversitesi (Biyomekanik)

Danışmanlar:

  • Prof. Dr. Alp Dinçer – Acıbadem Üniversitesi (Radyoloji)
  • Prof. Dr. Cengizhan Öztürk – Boğaziçi Üniversitesi (Medikal Görüntüleme)
  • Doç. Dr. Erdem Gürkaş – Dr. Lütfi Kırdar Şehir Hastanesi (Nöroloji)

Bursiyerler:

  • Beyza K. Yeşilot – Boğaziçi Üniversitesi, Doktora Öğrencisi
  • Said Aldemir– Boğaziçi Üniversitesi, Doktora Öğrencisi 
  • Arda Arpak – Boğaziçi Üniversitesi, Doktora Öğrencisi
  • Valiyeh Ansarian Nezhad – Bilkent Üniversitesi, Doktora Öğrencisi
  • Muhammed Usama Mirza – Bilkent Üniversitesi, Doktora Öğrencisi
  • Melisa Özakçakaya – Boğaziçi Üniversitesi, Yüksek Lisans Öğrencisi 
  • Leen Hakkı – Boğaziçi Üniversitesi, Yüksek Lisans Öğrencisi
  • Belal Tavashi – Boğaziçi Üniversitesi, Yüksek Lisans Öğrencisi