Ameliyat simülatörleri için özgün üç boyutlu konum belirleme sistemi geliştirilmesi
Development of original three dimensional positioning system for operating simulators
Yazar: HİLAL ATICI
Danışman: PROF. DR. YAŞAR HOŞCAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Ameliyat simülatörleri, hasta, kadavra veya hayvana ihtiyaç duymadan tıbbi uzmanları eğitmek amacıyla cerrahi işlemleri taklit etmek için geliştirilen bir bilgisayar teknolojisidir. Tıbbi işlemler hayati önem taşıdığı için, bu işlemleri yapacak uzmanların eğitimi önemlidir. Bu teknoloji ile tıbbi işlem yapacak olan uzmanlar eğitilmektedir. Ameliyat simülasyonlarında görsel gerçekçilik ve gerçek zamanlı etkileşimler önemlidir. Gerçek zamanlı etkileşim, uzmanın herhangi bir tıbbi işlemde, işlem yaptığı organdan anlık bir yanıt üretmesini gerektirir. Uzmanın algıladığı anlık yanıtlar yani haptik geri bildirim ameliyat simülatörlerinde büyük öneme sahiptir. Haptik geri bildirim ve sanal ortamın doğruluğu ise ameliyat aletinin doğru konumlandırılmasına bağlıdır. Ameliyat simülatörü uygulamalarında kullanılan pozisyon tahmini çalışmalarında, uygulamanın gerçek zamanlı olması kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında düşük maliyetle, piyasadan alınan kameralar kullanılarak gerçek zamanlı uygulama yapılmıştır. Ameliyat simülatörleri için 3 boyutlu pozisyon tahmini için farklı yöntemler denenmiş ve incelenmiştir. Öncelikle tek kamera ile küresel koordinat sisteminde pozisyon tespiti yapılmıştır. Daha sonra iki kamera ile stereo görme prensibi ve kartezyen koordinat sisteminde pozisyon tahmini yapılmıştır. Uygulamanın kullanıcıda gerçek ortam hissi uyandırması için saniyede 30 görüntü alınmalı ve işlenmelidir. Kullanılan metodların istenilen hata oranlarıyla pozisyon tahmini yaptığı görülmüştür. Piyasadan alınan web kameralar ile saniyede 30 görüntüye ulaşılamamış ve uygulanan metodların ortam şartlarından (ışık, arka plan vb.) etkilendiği görülmüştür. Bu nedenle saniyedeki görüntü sayısını (FPS) arttırmak ve ortam şartlarından etkilenme problemini ortadan kaldırmak için Raspberry Pi kamera modülleri kullanılmıştır. Kullanılan bu modüller ile ortam şartlarında etkilenmeden pozisyon tahmini yapıldığı görülmüştür. Aynı zamanda işlem hızı arttırılmış ve istenilen FPS değerine ulaşılmıştır.

Abstract:
Surgical simulators are a computer technology developed to simulate surgical procedures to train medical specialists without the need for patients, cadavers or animals. As medical procedures are vital, the training of specialists who perform these procedures is important. With this technology, specialists are trained to perform medical procedures. Visual realism and real-time interactions are important in surgical simulations. Real-time interaction requires the expert to produce an instantaneous response to the process in any medical procedure. The instantaneous responses that the expert perceives, so haptic feedback, have great importance in surgical simulators. Haptic feedback and the accuracy of the virtual environment depend on the correct positioning of the surgical instrument. In the position estimation exercises used in surgical simulator applications, The real-time implementation of the application is critical. 
In this thesis study, the real time application was made at low cost, using the cameras taken from the market. Different methods have been tried and studied for 3D position estimation for surgical simulators. Firstly with a single camera position determination was made in the spherical coordinate system. Then, with two cameras, position determination is made in the prenciple of stereo vision and the cartesian coordinate system. 30 images must be received and processed in order for the application to give the user a sense of real environment. It is seen that the methods used make the position estimation with the desired error rates. With web cams taken from the market, 30 images per second could not be reached and it has been observed that the applied methods are affected by the ambient conditions. For this reason, Raspberry Pi camera modules have been used to increase the number of images and to eliminate the problem of environmental influences. With these modules used, it is seen that position estimation is done without being affected by ambient conditions. At the same time, the processing speed has been increased and the desired FPS value has been reached.