Robotik Kapsül Endoskopide Lokalizasyon Tekniklerinin İyileştirilmesi
Improvement of localization techniques in robotic capsule endoscopy
Yazar: MEMDUH SUVEREN
Danışman: DOÇ. DR. MUZAFFER KANAAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Dipol = Dipole ; Endoskopi = Endoscopy ; Endoskopi-sindirim sistemi = Endoscopy-digestive system ; Gerçek zamanlı sistemler = Real time systems ; Konumlandırma = Positioning ; Metasezgiseller = Metaheuristics

Özet:
Kablosuz kapsül endoskopi yöntemi, sindirim sisteminde oluşan rahatsızlıkların teşhisinde kullanılan ağrısız ve etkili bir görüntüleme yöntemidir. Klasik endoskopi ve kolonoskopiye alternatif olarak sunulan bu teknikte, üzerinde kamera bulunan hap büyüklüğündeki kapsül ağız yoluyla vücuda alınmakta ve tüm gastrointestinal yolun görüntüsünü dış ortama aktarmaktadır. Gelişen teknoloji ile sadece hastalıkların teşhisi yeterli olmamakta, hastalık teşhisi durumunda ameliyatı yapacak uzman tarafından ilgili bölgenin vücut içindeki konum bilgisine ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca kablosuz kapsül endoskopisinin bir sonraki jenerasyonu olan Robotik Kapsül Endoskopisinde, minyatür robot haline gelen kapsül, uzman tarafından vücudun ilgili bölgesine yönlendirilmekte ve teşhis amaçlı görüntüleme yapılmaktadır. Bu, kapsülü doğru bir şekilde lokalize etme problemini daha da önemli hale getirmektedir. Bu doğrultuda kapsül üzerine yerleştirilen halka şeklindeki kalıcı bir mıknatısın manyetik tekniklerle konum ve açılarının hassas ve hızlı bir şekilde bulunması tez kapsamında amaçlanmıştır. 
Bu uygulamalı tez çalışmasında kablosuz manyetik bir kapsülün konumlandırılması gerçekleştirilmiştir. Bağırsak modeli ile kurulan deneysel bir sistemde, bir halka mıknatısın 2 farklı modeli (akım modeli, dipol modeli) ve 4 farklı metasezgisel algoritmanın performansı incelenmiştir. Ayrıca komşuluk yöntemi ismiyle literatüre kazandırılan yeni ve özgün bir konumlandırma yöntemi ile konumlandırma hatalarının iyileştirmesi sağlanmıştır. Metasezgisel algoritmalar ve önerilen konumlandırma yöntemlerinin hibrit olarak kullanıldığı durumdaki performansları ortaya konulmuştur. Deneyler gerek offline gerekse gerçek zamanlı olmak üzere iki farklı şekilde yapılmıştır. Ayrıca deneysel sistemde kullanılan sensörlerin sayı ve topolojilerinin, algoritma parametrelerinin kapsülün konumuna ve açı hatalarına etkileri araştırılmıştır. Sonuç olarak 137ms sürede ortalama 2.5mm konumlandırma ve 3.47° açı hatasına ulaşılmıştır.

Abstract:
Wireless capsule endoscopy method is a painless and effective imaging method used to diagnose disorders in the digestive system. This technique, which is an alternative to classical endoscopy, allows the entire gastrointestinal tract to be imaged via a tiny, pill-sized camera that is swallowed by the patient. However, for clinical purposes, merely diagnosing the disease is often insufficient and the location of the underlying pathology (lesion, tumor etc.) within the GI tract is also highly desired for effective treatment. In addition, the future of wireless capsule endoscopy promises to be in the form of a Robotic Capsule Endoscope, where the capsule now becomes a miniaturized robot that can be directed at will by the medical professional to the relevant region of the body for diagnostic imaging purposes. This makes the problem of accurately localizing the capsule even more important. In this context, the aim of the thesis is to find the position and angles of a ring-shaped permanent magnet placed on the capsule accurately and quickly with magnetic techniques.
In this thesis, magnetic localization of a wireless capsule was studied. The performance of 2 different models of the ring magnet (current model, dipole model) and 4 different metaheuristic algorithms were investigated with an experimental system established with a small-scale model of the human small intestine. In addition, a new and unique positioning method called the neighborhood method has been used to improve positioning errors. The hybrid use of metaheuristic algorithms and proposed positioning methods was also studied, and the performance of these hybrid techniques were evaluated. Experiments were carried out for, both offline and real time scenarios. In addition, the effects of the number and topology of the sensors used in the system and the algorithm parameters on the position of the capsule and the angle errors were investigated. As a result, an average of 2.5mm localization and 3.47° angle error was achieved in 137ms.