TR2021022301A1 - Kalici miknatisli roboti̇k kapsül endoskobunun vücut i̇çi̇ndeki̇ pozi̇syonun tespi̇ti̇ i̇çi̇n bi̇r si̇stem ve yöntem - Google Patents

Abstract

Buluş, bir vücut etrafında konumlandırılması ve vücut içindeki bir kalıcı mıknatıslı robotik kapsül endoskobunun oluşturduğu manyetik akı yoğunluklarını ölçmesi için manyetik alan sensörleri; ölçülmüş manyetik akı yoğunluklarını veren seçilmiş bir çalışma uzayındaki bir pozisyonu kalıcı mıknatıslı robotik kapsül endoskobunun bir ilk pozisyonu olarak belirleyen bir optimizasyon algoritmasının yürütülmesi için uyarlanmış bir işlem birimi; burada kalıcı mıknatıslı robotik kapsül endoskobunun sonraki pozisyonlarının belirlenmesi için kalıcı mıknatıslı robotik kapsül endoskobunun birim pozisyon belirleme zamandaki bir önceki pozisyona göre olası değişim pozisyonlarını içeren çalışma uzayındaki bir çalışma bölgesinin (1) hesaplanması ve sonraki ölçülmüş manyetik akı yoğunluklarını veren çalışma bölgesindeki (1) bir pozisyonu kalıcı mıknatıslı robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyonu olarak belirleyen optimizasyon algoritmasının yürütülmesi için uyarlanmış işlem birimi içeren kalıcı mıknatıslı robotik kapsül endoskoplarının (E) vücut içindeki pozisyonun tespiti için bir sistem ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME KALICI MlKNATlSLl ROBOTIK KAPSÜL ENDOSKOBUNUN VÜCUT IÇINDEKI POZISYONUN TESPITI IÇIN BIR SISTEM VE YÖNTEM Teknik Alan Bu bulus, bir robotik kapsül endoskobunun vücut içindeki pozisyonun tespiti için bir sistem ve yöntem ile ilgilidir. Bulusun Öncesi Içerisinde isikli küçük bir kamera bulunan ve endoskop adi verilen bir cihaz yardimiyla yemek borusu, mide, onikiparmak bagirsagi ve kalin bagirsagi kapsayan Gastro lntestinal (GI) sistemin incelenmesine olanak veren tibbi görüntüleme metoduna endoskopi denilmektedir. Özellikle fiber optik tekniklerin yayginlasmasiyla kullanilmaya baslanan endoskop problar gastrointestinal hastaliklarin tanisinda kullanilan en hayati araç haline gelmistir. Endoskopi özellikle ince bagirsak rahatsizliklari, kolon kanseri, Crohn hastaligi gibi rahatsizliklarin teshis tetkiklerinde ve medikal görüntüleme islemlerinde insan ve hayvan hastalar için yaygin olarak kullanilir. Klasik bir endoskopi probu ucunda minyatür bir kameraya, aydinlatma sistemine sahip esnek ve uzun bir tüpten/kablodan meydana gelir. Tüp/kablo ucu ile agizdan veya anüsten giris yapilarak sindirim sisteminin istenilen bölgesine ulasilir ve kamera yardimi ile bu bölge görüntülenir. Ancak tüpün/kablonun gerek genis bir çapa ve gerekse belirli bir rijitlige sahip olmasindan ötürü, operasyonu yapan uzmanin da el becerisine bagli olarak yapilan endoskopi hastalara aci verebilmektedir. Hatta bazi durumlarda bagirsakta kanama ve enfeksiyon gelisimi de gözlemlenebilinektedir. Üstelik klasik endoskopi kablolari vasitasiyla bagirsak içerisinde ortalama 2,5m derinlige ulasilabilmektedir. Insan bagirsak uzunlugunun ortalama 9 metre oldugu göz önüne alindiginda klasik endoskoplar ile gerçeklestirilen endoskopiler bagirsagin tamamen görüntülenmesinde yetersiz kalmaktadir. 35062.41 Klasik endoskopinin bahsedilen eksiklerini ve kisitlamalarini ortadan kaldirabilmek için Kablosuz Kapsül Endoskopi (Wireless Capsule Endoscopy, WCE) yöntemi kablolu endoskopiye alternatif olarak sunulmustur. Kapsül endoskopi klasik endoskopi yöntemleriyle GI sistemde ulasilamayan bölgelerin ve bu bölgelerdeki hastaliklarin gözlemlenmesine olanak veren etkilesimsiz bir görüntüleme yöntemidir. Kapsül genellikle iri bir hap boyutlarinda olup bir kamera, bir aydinlatma birimi (örnegin bir LED), bir islemci birimi, bir batarya ve bir kablosuz iletisim birimi (örnegin bir RF anten) içeren bir cihazdir. Agiz yoluyla vücuda alinan kapsül gastrointestinal yolda aktif veya pasif bir sekilde ilerleyebilmektedir. Ilerlemesi sirasinda sindirim sistemine ait görüntü veya videolari kablosuz olarak dis ortama gönderir. Kapsül endoskopisinin agrisiz ve müdahalesiz bir sekilde sadece bagirsagi degil tüm GI yolu gözlemlemeye olanak vermesi, kablo baglantisi gerektirmemesi ve hasta dostu olmasi süphesiz bu teknigi sindirim sistemi hastaliklarinin teshisinde ön plana çikarmaktadir. GI yolundaki hareketi vücut disindan kontrol edilebilen kapsül endoskoplarina robotik kapsül endoskop adi verilmektedir. Robotik kapsül endoskopisi ile endoskop sadece teshis amaciyla degil ayni zamanda tedavi amaciyla da kullanilabilmektedir. Robotik kapsül endoskopisinde kapsül endoskobun istenilen konuma yönlendirilebilmesi için robotik kapsül endoskobunun GI yolundaki konum ve açilarinin bilenmesi gerekmektedir. GI yolda hareket eden robotik kapsül endoskobun pozisyon ve yöneliminin hassas olarak bilinmesi, endoskopik görüntülerin GI yolunun hangi bölgesine ait oldugunun belirlenmesi açisindan önemlidir. Zira bu belirleme olmadan endoskopist uzmanin endoskopik görüntüleri dogru degerlendirmesi olanakli degildir. Ortalama 9 metre uzunlugu olan GI yol göz önüne alindiginda, bu yolda bir hastaligin varligini tespit etmek yeterli olmamakta ayni zamanda operasyonu yapacak uzman için hastaligin tam olarak bagirsaktaki konumunun da bilinmesi gerekmektedir. Bu yüzden bir ilaç tedavisi uygulandiginda olusacak etkilerin takibi, müdahalenin takibi ve tedavi operasyonlari agirlikli olarak endoskopik görüntülerin konum bilgisinin dogruluguna ve hassasiyetine bagli olacaktir. 35062.41 Robotik kapsül endoskopisi yerine klasik endoskopi yöntemlerinin günümüzde halen yaygin olarak kullanilmasinin en büyük sebebi robotik kapsül endoskobun insan Vücudu içinde konumlandirilmasinin etkili bir sekilde yapilamamasidir. Bahsedilen konumlandirrna gerçeklestirilemediginden kapsül endoskopisi pasif olarak vücut içinde ilerlemekte ve sadece teshis amaciyla kullanilabilmektedir. Robotik kapsül endoskobun Vücut içinde istenilen hassasiyette pozisyon tespitinin yapilabilmesi (kapsül endoskop konumu ve açisi) ve böylece vücut disindan kontrol edilebilmesi durumunda robotik kapsül endoskopisini teshisin yani sira tedavi, ilaç salinimi, örnek parça almasi (biyopsi) vb. amaçlarla kullanmak mümkün olacaktir. T eknigin öncesinde robotik kapsül endoskobun GI yolundaki pozisyonunun tespiti için görüntü isleme, RFID, RSSI, Elektromanyetik dalgalar (RF, Görünür spektrum, X-isinlari, Gamma-lsinlari), Ultrason, MRI ve manyetik alan temelli yöntemler üzerinde çalismalar bulunmaktadir. Bu yöntemler Tablo kiyaslanmistir. Tablo 1.Teknigin öncesindeki robotik kapsül endoskopi pozisyon tespit yöntemleri. Manyetik Pozisyon Ekstra Sagliga Eyleyici Gerçek ile Zamanlilik Yöntemi Talebi Etkisi Hayir <2mm Evet Evet Hayir Miknatis Evet <20mm Evet - Hayir Manyeto Resistif Evet <20mm Evet Hayir Hayir Sensör 35062.41 Hayir <20mm Hayir Hayir Hayir Frekanslari Görünür Hayir <20mm Hayir - Hayir RFlD-RSSI Evet <20mm Hayir - Hayir X-lsinlari Hayir - Hayir Evet Evet Hayir - Hayir Evet Evet MRI Evet <2 Omin - Evet Az Ultrason Evet - Hayir Evet Az Robotik kapsül endoskobun pozisyon tespit yöntemlerinden X-ray ve gamma-ray yöntemleri her ne kadar pozisyon tespiti hatasi düsük olan yöntemler olsa da X ve gamma isinlari insan vücuduna zarar vermektedir. Bu sebeple bu yöntemlerin kullanilmasi saglik açisindan sorun olusturma potansiyeline sahiptir. Diger bir pozisyon tespit yöntemi olan RF yöntemleri bina içi ve bina disi pozisyon tespiti gibi farkli alanlar da basarili sekilde kullanilabilseler de karmasik vücut ortaminda p02isyon tespiti hatalari oldukça yüksektir. RF pozisyon tespiti yöntemlerinde çevrenin önceden modellemesi gerçeklestirilmelidir. Insan vücudundaki dokularin farkli elektriksel özelliklere sahip olmasi ve kisiden kisiye doku konum ve büyüklügünün degismesi sabit bir vücut modelinin olusturulmasinin önündeki en büyük engeldir. Bu sebeple RF yöntemleri ile robotik kapsül endoskobunun pozisyon tespitinde kullanilmasi için çözülmesi gereken sorunlar bulunmaktadir. Tablo 1"de görülecegi üzere kalici miknatis yöntemi ayni anda gerçek zamanli çalismaya uygun, insan vücuduna zararsiz ve dogrulugu diger tekniklere göre daha hassas olmasi sebebiyle robotik kapsül endoskoplari için çalismalarin en çok yogunlastigi yöntemlerin basinda gelmektedir. Kalici miknatis yönteminde kapsülü çevreleyecek sekilde, genellikle bir halka biçiminde bir kalici miknatis kullanilir. Miknatisin olusturdugu manyetik aki yogunlugu vücut çevresinde/üzerinde 35062.41 konumlanmis sensörler ile algilanarak robotik kapsül endoskobun GI yolundaki pozisyonu belirlenmektedir. Teknigin öncesindeki çalismalarda robotik kapsül endoskobun pozisyon tespitinde sensörlerden alinan manyetik aki yogunlugu verisini kullanan optimizasyon algoritmalarindan faydalanilmaktadir. Bu çalismalarda optimizasyon algoritmalarinin çalisacagi uzay önceden belirlenmis sabit bir uzaydir. Optimizasyon algoritmalari ile manyetik aki yogunlugu verisini saglayacak olan bahsedilen önceden belirlenmis sabit uzayda robotik kapsül endoskobu için bir pozisyon belirlenir. Baska bir deyisle optimizasyon algoritmasi ile uzay taranarak manyetik aki yogunlugu verisini saglayacak uzay içerisindeki bir pozisyon belirlenir. Optimizasyon algoritmalarinin çalisacagi önceden belirlenmis sabit uzay robotik kapsül endoskobun pozisyon tespitinin her gerçeklestirilmesinde tekrardan kullanilir. Yani robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyon belirlemesi için sensörlerden yeni manyetik aki yogunlugu verisi alinir ve önceden belirlenmis sabit uzay tekrar kullanilarak bu uzayda yeni aki yogunlugu verisini saglayacak yeni pozisyon belirlenir. Bu kullaniinin sergilendigi sistemlerde veya yöntemlerde robotik kapsül endoskobun pozisyon tespiti istenilen hassasiyette gerçeklestirilememektedir. Sonuç olarak robotik kapsül endoskopisinin etkin bir biçimde gerçeklestirilebilmesi için robotik kapsül endoskobunun vücut içindeki pozisyonun tespiti için bir sisteme ve bir yönteme teknikte ihtiyaç duyulmaktadir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen kalici miknatisli robotik kapsül endoskoplarinin Vücut içindeki pozisyonun tespitini için bir sistemin bir uygulamasini daha iyi anlasilabilmesi için uygulama ekli sekillerde gösterilmistir. Bulusun ayrintilari tarifnamenin tamami göz Önünde bulundurularak degerlendirilmelidir. Bu sekiller; 35062.41 Bulusun bir uygulamasindaki ince bagirsak içerisinde hareket eden bir kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun pozisyonun belirlenmesi için hesaplanmis çalisma bölgesinin sematik görünüsüdür. Bulusun bir uygulamasindaki ince bagirsak ile iliskili robotik kapsül endoskobunun ve manyetik alan sensörlerinin konumunu gösterir grafik. Bulusun bir uygulamasindaki çalisma bölgesi yariçapi büyüklügünün robotik kapsül endoskobu pozisyonu belirlenmesine olan etkisini gösterir grafik. Bulusun bir uygulamasindaki teknigin öncesindeki bir yöntem ile ve l4mm büyüklügündeki çalisma bölgesi yarlçaplnln kullanildigi bulus konusu sistem/yöntem ile belirlenmis robotik kapsül endoskobu pozisyonu dogruluklarini gösterir karsilastirmali grafik. Bulusun bir uygulamasindaki AWGN gürültüsü varliginda teknigin öncesindeki bir yöntem ile ve bulus konusu sistem/yöntem ile belirlenmis robotik kapsül endoskobu pozisyonu dogruluklarini gösterir karsilastirmali grafik. Sekillerdeki elemanlar tek tek numaralandlrilmls olup, bu numaralarin karsiligi asagida verilmistir. 1. Çalisma bölgesi E. Kalici miknatisli robotik kapsül endoskop rs. Çalisma bölgesinin yarlçapi in. robotik kapsül endoskobunun bir anlik konumu In-i. Robotik kapsül endoskobunun bir önceki konumu B. Ince bagirsak Basvuru konusu kalici miknatisli robotik kapsül endoskoplarinin (E) vücut içindeki pozisyonun tespiti için bir sistem; 35062.41 - bir vücut etrafinda konumlandirilmasi ve vücut içindeki bir kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun olusturdugu manyetik aki yogunluklarmi ölçmesi için manyetik alan sensörleri; - ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren seçilmis bir çalisma uzayindaki bir pozisyonu kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir ilk pozisyonu olarak belirleyen bir optimizasyon algoritmasinin yürütülmesi için uyarlanmis bir islem birimi; - burada kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun sonraki pozisyonlarinin belirlenmesi için kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun birim pozisyon belirleme zamandaki bir önceki pozisyona göre olasi degisim pozisyonlarini içeren çalisma uzayindaki bir çalisma bölgesinin (l) hesaplanmasi ve sonraki ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren çalisma bölgesindeki (1) bir pozisyonu kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyonu olarak belirleyen optimizasyon algoritmasinin yürütülmesi için uyarlanmis islem birimi içerir. Bulusun uygulamalarinda kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun vücut içerisindeki pozisyonu belirlenmektedir. Buradaki pozisyon kapsül endoskobunun bir koordinat düzlemindeki konumu ve kapsül endoskobunun kütle merkezi hakkindaki üç boyuttaki dönüs açilaridir (yaw, pitch, roll). Kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun vücut içindeki ilk pozisyonu optimizasyon algoritmasi ile çalisma uzayindaki bir pozisyonda hesaplanarak belirlenir. Burada optimizasyon algoritmasi kapsül endoskobu çalisma uzayindaki hangi pozisyonda olmali ki ölçülmüs manyetik aki yogunluklari elde edilsin sorusunu cevaplar. Bu cevap manyetik aki yogunluklarinin ölçüldügü andaki robotik kapsül endoskobunun vücut içerisindeki ilk pozisyonunu tanimlar. Çalisma uzayi robotik kapsül endoskobunun yer alabilecegi Vücudun GI yolunun tamamini veya bir bölümünü, örnegin ince bagirsaklari (B) içerebilecek büyüklükte olabilir. Robotik kapsül endoskobu hareket ettirildiginde endoskop çalisma uzayinda bir sonraki pozisyona yerlesir. Endoskop bahsedilen sonraki pozisyonunda iken manyetik aki yogunluklari ölçülür 35062.41 (sonraki ölçülmüs manyetik aki yogunluklari). Endoskobun sonraki pozisyonunun belirlenmesi için optimizasyon algoritmasi sonraki ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren, çalisma uzayindaki endoskop pozisyonu hesaplayarak belirlemelidir. Ancak degisen robotik kapsül endoskop pozisyonunun her seferinde bahsedilen büyüklüklerde olabilen çalisma uzayinda hesaplanmasi belirlenen pozisyonun hata payini arttirir. Bunda dolayi bulusta robotik kapsül endoskobun ilk pozisyonu belirlendikten sonraki pozisyonlarinin belirlenmesinde çalisma uzayi yerine çalisma uzayi içerisinde ilk pozisyona komsu olan bir çalisma bölgesi (1) belirlenir. Çalisma bölgesi (1) geometrisi robotik kapsül endoskop hizina ve sistemin pozisyon belirleme periyoduna (birim pozisyon belirleme zaman) bagli olarak degismektedir. Böylece robotik kapsül endoskobunun ilk pozisyonundan sonraki pozisyonlarinin belirlenmesi için Optimizasyon algoritmasi hesaplamalari çalisma uzayindan çok daha küçük bir uzayda (çalisma bölgesinde (1)) gerçeklestirir. Böylece optimizasyon algoritmasinin bahsedilen soruya cevap verebiline süresi kisaltilmis ve dogrulugu arttirilmis olur. Gerçeklestirilen örnek çalismalarda tüm pozisyon belirlemelerinin çalisma uzayinda gerçeklestirildigi ölçüm sistemleri ile bulusta yer alan çalisma bölgesinde (1) gerçeklestirilen ölçüm sistemleri kiyaslanmistir. Bu kiyaslamada bulus konusu sistem veya yöntem ile robotik kapsül endoskobunun pozisyonu konumda %72.59 ve açida %73.58 daha düsük hata payi ile belirlenmistir. Bununla beraber bulusta yer alan çalisma bölgesinde (l) gerçeklestirilen pozisyon belirlemesinin manyetik gürültüden daha az etkilendigi gözlemlenmistir. Bulusun bir uygulamasi yeryüzü ve ölçüm ortami kaynaklik gürültü manyetik aki degerlerinin elenmesi için kalibre edilmis manyetik alan sensörlerini içermektedir. Bulusun bir uygulamasi Artificial Bee Colony olan optimizasyon algoritmasini içermektedir. Bulusun bir uygulamasi bir manyetik aki modeli kullanarak seçilmis bir yakinsama kriterini saglayana kadar iteratif bir sekilde çalisarak ölçülmüs manyetik aki 35062.41 yogunluklarini veren kalici miknatisli robotik kapsül endoskop (E) pozisyonunu hesaplayan optimizasyon al goritmasinin yürütülmesi için uyarlanmis islem birimini içermektedir. Bulusun bir uygulamasi nonlineer problemlerin en küçük kareler yöntemiyle çözülmesini saglayan, örnegin bir Gauss-Newton yöntemiyle çalisan, bir Levenberg-Marquart algoritmasinin baslangiç degerleri olarak kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyon degerlerinin seçilmesi ile kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyonunun tekrar hesaplanmasi için uyarlanmis islem birimini içermektedir. Basvuru konusu kalici miknatisli robotik kapsül endoskoplarinin (E) vücut içindeki pozisyonun tespiti için yöntem; - vücut içindeki bir kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun olusturdugu manyetik aki yogunluklarinin; - ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren seçilmis bir çalisma uzayindaki bir pozisyonunun kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir ilk - burada kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun sonraki pozisyonlarinin belirlenmesi için kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun birim pozisyon belirleme zamandaki bir önceki pozisyona göre olasi degisim pozisyonlarini içeren çalisma uzayindaki bir çalisma bölgesinin (1) hesaplanmasi; - sonraki ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren çalisma bölgesindeki (1) bir pozisyonun kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir sonraki adiinlarini içermektedir. Bulusun bir uygulamasi kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun olusturdugu manyetik aki yogunluklari ölçülürken yeryüzü ve ölçüm ortami kaynaklik gürültü manyetik aki degerlerinin elenmesi adimini içermektedir. 35062.41 Bulusun bir uygulamasinda, yöntem, bir manyetik aki modeli kullanarak seçilmis bir yakinsama kriterini saglayana kadar iteratif bir sekilde çalisarak ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren kalici miknatisli robotik kapsül endoskop (E) pozisyonunun hesaplanmasi adimini içermektedir. Bulusun bir uygulamasi ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun pozisyonunun Artiticial Bee Colony olan bir optimizasyon algoritmasi ile ölçülmesi adimini içermektedir. Bulusun bir uygulamasi nonlineer problemlerin en küçük kareler yöntemiyle çözülmesini saglayan, örnegin bir Gauss-Newton yöntemiyle çalisan, bir Levenberg-Marquart algoritmasinin baslangiç degerleri olarak kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyon degerlerinin seçilmesi ile kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyonunun tekrar hesaplanmasi adimini içermektedir. Kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun ilk pozisyonundan sonraki pozisyonlari belirlenirken endoskobun bir önceki pozisyonundan faydalanilir. Çalisma bölgesi (l) kartezyen, küresel veya silindirik koordinat sisteminde tanimlanabilir. Bulusun örnek bir uygulamasinda çalisma bölgesi (l) asagidaki gibi belirlenmektedir. Bu uygulamada çalisma bölgesi (l) küresel koordinat sisteminde belirlenmistir/tanimlanmistir (Bakiniz sekil 1). Robotik kapsül endoskobunun bir anlik konumu (in) (belirlemek istenen konum istenen konum) hesaplanirken robotik kapsül endoskobunun bir önceki konumundan (in-i) faydalanilir. Burada in vektörü robotik kapsül endoskobunun n. konumunu (Xn, yn, zn) tanimlar. rS yariçapi ise inerkezi robotik kapsül endoskobunun bir önceki konumu (in-i) olan, robotik kapsül endoskobunun anlik olarak konumlanabileeegi küresel çalisma bölgesini (l) tanimlar. Çalisma bölgesinin (1) yariçapi (rs) robotik kapsül endoskobunun belirlenmis her pozisyonu arasindaki azami Öklid mesafesi olarak belirlenir. Baska bir deyisle çalisma bölgesinin yariçapi (rs) robotik kapsül endoskop hizina ve sistemin pozisyon belirleme periyoduna (birim pozisyon belirleme zaman) bagli 35062.41 olarak belirlenir. Böylece robotik kapsül endoskobunun sistemin iki pozisyon belirlemesi arasinda geçen sürede kapsülün alabilecegi tüm pozisyonlari kapsayacak bir çalisma bölgesini (l) olusturacak bir yariçap (çalisma bölgesinin yariçapi (rs)) belirlenmis olur. Çalisma bölgesinin yariçapinin (rs) dogru belirlenmesi önemlidir. Çalisma bölgesinin yariçapi (rs) fazla büyük belirlenmesi durumunda robotik kapsül endoskobunun belirlenmis sonraki pozisyonunda teknigin öncesine yakinsayacak biçimde hatalar olusmasina sebep olur. Çalisma bölgesinin yariçapi (rs) fazla küçük belirlenmesi durumunda yine robotik kapsül endoskobunun sonraki pozisyonu hatali olarak belirlenir. Bu hata her sonraki pozisyon belirlemesi için birikimli (kümülatif) biçimde artar. Bu uygulamada robotik kapsül endoskobunun ilk pozisyonu belirlenirken kullanilan çalisma uzayi asagidaki gibi tanimlanabilir; Uzaymin : [xinin 3 ymin 5 Ziniii 50 1' 0 5 0 ] max !ymnx ?Ziriax 7 Esitlik 1 Burada (x ) robotik kapsül endoskobunun ilk pozisyonu belirlenirken min 5 ymin 3 Ziniii robotik kapsül endoskobunun bulunabilecegi pozisyonlarin asgari koordinatlari, (xmvymwzmhse robotik kapsül endoskobunun bulunabilecegi pozisyonlarin azami koordinatlari göstermektedir. Teknigin öncesinde robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyonu belirlenirken yine esitlik l kullanilir. Yani çalisma uzayi ile çalisma bölgesi (l) geometrisi aynidir/esittir. Bulusta ise robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyonu belirlenirken asagidaki çalisma bölgesi (1) kullanilir; 35062.41 iii-l : [xn-l 7 yn-l 5 Zn-l] Esitlik 2 Burada in_1 robotik kapsül endoskobunun bir önceki konum vektörünü, ;3. çalisma bölgesinin yariçapini (rs) ifade etmektedir. Esitlik Zide görüldügü üzere robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyonun belirlendigi çalisma bölgesi (1) bir önceki robotik kapsül endoskobunun pozisyonuna göre adaptif olarak degisir. Bulusun etkinligini ölçmek için çesitli çalismalar gerçeklestirilmistir. Bu çalismalarda bir ince bagirsak (B) modeli için bir çalisma uzayi belirlenmistir. Bu çalismada alti adet manyetik alan sensörü kullanilmistir. Bu manyetik alan sensörleri vücudun göbek bölgesine yerlestirilmistir. Kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun ince bagirsak (B) içerisindeki 317 farkli pozisyonu bulus konusu sistem/yöntem ile ve teknigin öncesindeki bir yöntem ile belirlenmistir. Bu belirleme verisine göre teknigin öncesi ile bulus konusu sistem/yöntem pozisyon belirleme dogruluklarina göre karsilastirilmistir. Bu çalismada robotik kapsül endoskobunun kalici miknatisi 15mm dis çapa, lOmm iç çapa ve 6mm uzunluga sahip bir Neodymium Iron 42 (N42) kalici miknatistir. Kalici miknatisin manyetizasyon degeri çap yönünde biçimindedir. Robotik kapsül endoskobunun X, Y, ve Z eksenlerinde sirasiyla (rally) açilariyla döndürüldügü varsayilmis ve neticede kalici miknatisin (yani robotik kapsül endoskobunun) 6D konum ve açilarinin (xm,ym,zm,oi,ß,y) belirlenmesi/hesaplanmasi manyetik aki modeli ile saglanmistir. Manyetik aki modelinin nonlineer olmasi sebebiyle manyetik alan sensörlerinin bilinen konumu ve sensörlerce ölçülmüs manyetik aki yogunlugu degerleri optimizasyon algoritmasinda yün'itülmüstür. En küçük kareler teknigi ile 35062.41 minimizasyon islemi yapilmistir. Optimizasyon algoritmasi olarak Artificial Bee Colony (ABC) algoritmasi ve Levenberg-Marquardt (LM) algoritmasi hibrit olarak yürütülmüstür. Her iki algoritrnada asagida yer alan esitlik 3'teki hedef fonksiyonunun minimize edilmesi amaçlanmistir. Esitlik 3 Burada, 5 hata degeri, N sensör sayisi, i. sensör tarafindan ölçülen (81" _u' 5 fi!) manyetik aki yogunlugu degerleri ve optimizasyon algoritmalari tarafindan tahmin edilen manyetik aki yogunlugu degerlerini göstermektedir. Sonuç olarak manyetik alan sensörlerinden elde edilen manyetik aki yogunlugu degerlerini saglayan robotik kapsül endoskobunun 6 bilinmeyen parametresi (xm,ym,zm,a,ß,y) elde edilmistir. Sistemin konumlandirma ve açi performansini (pozisyon belirleme performansi) ortaya koymak için de asagida yer alan esitlik 4 her iterasyonda hesaplanmistir. EF : Jcxm _ &my + (ym _ ýmf + (Zm _ Esitlik 4 Esitlik 4"te (xm,ym,zm,y,ß,a) robotik kapsül endoskobunun bilinen gerçek konum metriklerini, (xm yz ý,ß`,d) bulus konusu sistem/yöntem ile belirlenmis konum metriklerini, EP pozisyon hatasini ve En açi hatasini temsil etmektedir. Robotik kapsül endoskobunun ince bagirsak (B) içindeki 317 pozisyonu için belirlemeler yapilmistir. 100 kosma yapilarak ortalama konum ve açi hatalari esitlik 2 ile elde edilmistir. Optimizasyon algoritmasinin (ABC) popülasyonu 30, iterasyon sayisi 45 olarak belirlenmistir. Çalisma bölgesinin yariçapi (rs) 35062.41 büyüklügünün robotik kapsül endoskobu pozisyonlarinin belirlenmesine olan etkisi incelenmistir (bakiniz sekil 3). Robotik kapsül endoskobunun ince bagirsak (B) içinde bulundugu olasi konumlar ve bu konumlar arasindaki mesafeler dikkate alindiginda, konumlar arasindaki azami Öklid uzakligi 14mm olarak belirlenmistir. Ayni sekilde en yüksek pozisyon belirleme dogrulugunun 14mm çalisma bölgesi yariçapi (rs) degerinde elde edildigi sekil 4"te görülmüstür. Teknigin öncesindeki bir yöntem vasitasiyla belirlenmis pozisyonlarin dogrulugu ile 14mm çalisma bölgesi yariçapi (rs) degeri kullanilarak bulus konusu sistem/yöntem ile belirlenmis pozisyonlarin dogrulugu sekil 4"te ve tablo 2 karsilastirilmistir. Karsilastirma Teknigin Bulus Konusu . 4 . .. . _ _. % lyilesme Parametreleri Oncesi Sistem/Yontem Hatasi (mm) Tüm karsilastirma parametrelerindeki sonuçlar incelendiginde robotik kapsül endoskobu pozisyonunun teknigin öncesine kiyasla bulus konusu sistem/yöntem ile daha dogrulukta belirlendigi görülmektedir. Bulus konusu sistem/yöntem ile robotik kapsül endoskobu pozisyonunun belirlenmesindeki hata payinin teknigin öncesine göre en az %40,m ve ortalamada ise %72°nin üzerinde bir iyilestirildigi görülmektedir. 35062.41 Bulus konusu sistemin/yöntemin performansi ayrica gürültülü ölçüm sartlarinda da incelenmistir. Manyetik gürültü manyetik alan sensörlerinin kalibrasyonu ile azaltilabiliyor olsa da gürültünün tamamen yok edilmesi mümkün degildir. Bu sebeple bulus konusu sistem/yöntem ile belirlenmis pozisyonlarin dogrulugu manyetik alan sensörü ölçümlerine eklenen bir gürültü [Additive White Gaussian Noise (AWGN)] ile de test edilmistir. Burada 61 farkli sinyal gürültü orani [Signal to Noise Ratio, (SNR)] degeri için 20dB ile 40dB arasinda degisen ve manyetik alan sensörlerince ölçülen manyetik aki yogunlugunu büyük oranda bozan gürültü degerleri için performans ölçümü gerçeklestirilmistir ve sekil 5°te gösterilmistir. Sekil 5`te gösterilen gürültü eklenmis simülasyon sonuçlari incelendiginde bulus konusu sistem/yöntem ile gerçeklestirilen robotik kapsül endoskobu pozisyonunun belirlenmesinde teknigin öncesine kiyasla konum hatasinda ortalama %276 ve açi hatasinda ise ortalama %36.35 daha iyi oldugu görülmektedir. Sonuç olarak örnek çalismada bulus konusu sistem/yöntem ile gerçeklestirilen robotik kapsül endoskobu pozisyonunun belirlenmesindeki hata payinda teknigin öncesine kiyasla, hem gürültülü hem de gürültüsüz ölçüm kosullarinda, önemli bir iyilesme gerçeklestirilmistir. TR TR TR TR

Claims (1)

1.STEMLER 1. Bir Vücut etrafinda konumlandirilmasi ve Vücut içindeki bir kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun olusturdugu manyetik aki yogunluklarini ölçmesi için manyetik alan sensörleri; ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren seçilmis bir çalisma uzayindaki bir pozisyonu kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir ilk pozisyonu olarak belirleyen bir optimizasyon algoritmasinin yürütülmesi için uyarlanmis bir islem birimi içeren burada kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun sonraki pozisyonlarinin belirlenmesi için kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunnn birim pozisyon belirleme zamandaki bir önceki pozisyona göre olasi degisim pozisyonlarini içeren çalisma uzayindaki bir çalisma bölgesinin (l) hesaplanmasi ve sonraki ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren çalisma bölgesindeki (1) bir pozisyonu kalici iniknatisli robotik kapsül endoskobunun bir sonraki pozisyonu olarak belirleyen optimizasyon algoritmasinin yürütülmesi için uyarlanmis islem birimi ile karakterize edilen kalici miknatisli robotik kapsül endoskoplarinin (E) Vücut içindeki pozisyonun tespiti için bir sistem. Yeryüzü ve ölçüm ortami kaynaklik gürültü manyetik aki degerlerinin elenmesi için kalibre edilmis manyetik alan sensörlerini içeren istem 1`deki gibi sistem. Artificial Bee Colony olan optimizasyon algoritmasini içeren istem l-2”den herhangi birindeki gibi bir sistem. Bir manyetik aki modeli kullanarak seçilmis bir yakinsama kriterini saglayana kadar iteratif bir sekilde çalisarak ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren kalici miknatisli robotik kapsül endoskop (E) pozisyonunu hesaplayan optimizasyon algoritmasinin yürütülmesi için uyarlanmis islem birimini içeren istem l-3iten herhangi birindeki gibi bir sistem. 5. Nonlineer problemlerin en küçük kareler yöntemiyle çözülmesini saglayan bir Levenberg-Marquart algoritmasinin baslangiç degerleri olarak kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyon degerlerinin seçilmesi ile kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyonunun tekrar hesaplanmasi için uyarlanmis islem birimini içeren istem 1-4`ten herhangi birindeki gibi bir sistem. - Vücut içindeki bir kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun olusturdugu manyetik aki yogunluklarinin; - Ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren seçilmis bir çalisma uzayindaki bir pozisyonunun kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir ilk - burada kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun sonraki pozisyonlarinin belirlenmesi için kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun birim pozisyon belirleme zamandaki bir önceki pozisyona göre olasi degisim pozisyonlarini içeren çalisma uzayindaki bir çalisma bölgesinin (1) hesaplanmasi; - sonraki ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren çalisma bölgesindeki (1) bir pozisyonun kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun bir sonraki adimlarini içeren kalici miknatisli robotik kapsül endoskoplarinin (E) vücut içindeki pozisyonun tespiti için bir yöntem. 7. Kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun olusturdugu manyetik aki yogunluklari ölçülürken yeryüzü ve ölçüm ortami kaynaklik gürültü manyetik aki degerlerinin elenmesi adimini içeren istem 6°daki gibi yöntem. 8. Bir manyetik aki modeli kullanarak seçilmis bir yakinsama kriterini saglayana kadar iteratif bir sekilde çalisarak ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren kalici miknatisli robotik kapsül endoskop (E) pozisyonunun hesaplanmasi adimini içeren istem 6-79den herhangi birindeki gibi yöntem. Ölçülmüs manyetik aki yogunluklarini veren kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun pozisyonunun Artificial Bee Colony olan bir optimizasyon algoritmasi ile ölçülmesi adimini içeren istem 6-8”den herhangi birindeki gibi yöntem. 10. Nonlineer problemlerin en küçük kareler yöntemiyle çözülmesini saglayan bir Levenberg-Marquart algoritmasinin baslangiç degerleri olarak kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyon degerlerinin seçilmesi ile kalici miknatisli robotik kapsül endoskobunun belirlenmis pozisyonunun tekrar hesaplanmasi adimini içeren istem 6-9'dan herhangi birindeki gibi yöntem. TR TR TR TR