Gastrointestinal aktivitenin çoklu algılayıcı dizisi kullanılarak analizi ve haritalanması
Analysis and mapping of gastrointestinal activity using multi-sensor array
Yazar: HALİL GÜVENÇ
Danışman: PROF. DR. ÜMİT DENİZ ULUŞAR
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Abdomen = Abdomen ; Algılama haritaları = Positioning maps ; Biyoakustik analiz = Bioacoustic analysis ; Biyosensörler = Biosensors ; Kablosuz sensör ağları = Wireless sensor networks ; Medikal vücut sensör ağları = Medical body sensor networks ; Sayısal işaret işleme = Digital signal processing ; Ses algılayıcıları = Sound sensors ; Sıcaklık haritası = Mapping temperature

Özet:
dönemde bağırsak bölgesindeki hipoaktif, normoaktif, hiperaktif hareketlilikler ile tıkanıklık, ishal gibi durumların teşhisi için bağırsak aktivitesi, sıklığı ve yerinin tespit edilmesi gerekmektedir. Mevcut yöntemlerle bağırsak aktivitesinin ve tıkanıklığının tespiti, radyolojik ilaçlarla gerçekleştirilmektedir. Benzer şekilde ameliyat sonrası bağırsak aktivitesinin tekrar başlamasının tespiti, hastaların oral beslemeye erken başlanmasına, erken beslenme de, taburcu olma zamanının ve hastane yatış süresinin kısalmasına katkıda bulunmaktadır. Bağırsak hareketliliğinin daha erken, zararsız ve pratik tespiti için birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalarda genellikle tek mikrofon ile, dinleme yoluyla elde edilen ses verisi kullanılmaktadır. Bağırsak aktivitesinin karakteristiği ve yapısı gereği geniş bir bölgede ortaya çıkması nedeniyle aktivite tespitinde tek sensör kullanımı sınırlı sonuçları beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada ise, bağırsak aktivitesinin gerçekleştiği bölgeyi (quadrant) kapsayacak şekilde 16,5x11 cm2 alanı kapsayan dikdörtgenin köşelerine yerleştirilmiş 4 adet algılayıcı mikrofon ve tam orta noktaya ters konumlandırılmış 1 adet çevresel gürültü mikrofonu içeren iki boyutlu bir algılayıcı dizisi tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan donanım kullanılarak algılanan 4 kanallı bağırsak sesleri (BS), sessiz dönemler ve istenmeyen frekans aralıklarının izole edildiği önişleme adımları, çevresel gürültü mikrofonunu kullanarak adaptif filtreleme ve kayan pencere kısa zamanlı enerji seviyelerine göre eşikleme ve çok kanallı çapraz doğrulama adımlarından geçirilerek elde dilmiştir. Akustik konumlandırma adımında ise, çok kanallı veri faz dönüşümü ile yönlendirilmiş tepki gücü ve stokastik bölge daralması yöntemi ile BS konumları tespit edilmiştir. Deneysel çalışmalarsa, BS'nin matematiksel modelinden elde edilen sentetik ses dosyaları, 35 farklı konumdan, 10 kHz ve 44 kHz örnekleme frekanslarında donanıma dinletilmiştir. Her konumdaki BS tanıma oranları hesaplanmış, tespit edilen BS çerçevelerinin orijinal sinyal üzerindeki izdüşümlerinden yararlanarak Kartezyen koordinatlardaki BS konumları bulunmuş ve 2 boyutlu BS haritası elde edilmiştir.

Abstract:
Intestinal activity, frequency and location must be determined in order to diagnose conditions such as hypoactive, normoactive and hyperactive motility in the intestinal region, as well as obstruction and diarrhea, in the early (postoperative) period after abdominal region surgeries. With current methods, detection of intestinal activity and obstruction is carried out with radiological drugs. Similarly, detecting the resumption of intestinal activity after surgery helps patients start oral feeding early, and early feeding contributes to the shortening of discharge time and hospital stay. Many studies have been carried out for earlier, harmless, and practical detection of intestinal motility. In these studies, sound data obtained by listening with a single microphone is generally used. Due to the characteristics and structure of intestinal activity and its occurrence in a wide area, the use of a single sensor in activity detection brings limited results. In this study, a two-dimensional sensor array was designed, including 4 microphones placed at the corners of the rectangle covering an area of 16.5x11 cm2 and 1 environmental noise microphone positioned opposite to the middle point, to cover the quadrant where intestinal activity occurs. 4-channel bowel sounds (BS) detected using the designed hardware were obtained through pre-processing steps where silent periods and unwanted frequency ranges are isolated, adaptive filtering using the environmental noise microphone, thresholding according to sliding window short-term energy levels and multi-channel cross-validation steps. In the acoustic positioning step, BS positions were determined by multi-channel data phase transformation, directed response power and stochastic region contraction method. In experimental studies, synthetic sound files obtained from the mathematical model of BS were played to the hardware from 35 different locations at 10 kHz and 44 kHz sampling frequencies. BS recognition rates at each location were calculated, BS positions in Cartesian coordinates were found by using the projections of the detected BS frames on the original signal, and 2-dimensional BS map was obtained.