A resonant pulley actuator for scanning capsule endoscopy
Lazer taramalı kapsül endoskop cihazı için rezonans makara eyleyici
- Tez No: 908610
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 55
Özet
Endoskopi, tıbbi bir prosedürdür ve endoskop adı verilen bir cihaz aracılığıyla iç organların görsel muayenesini gerçekleştirmeyi hedefler. Endoskop, kamera donanımlı esnek bir tüpten oluşan bir cihazdır. Bu yöntem, sindirim sistemi, solunum sistemi, ürogenital sistem ve eklem boşlukları gibi farklı anatomik bölgelerde teşhis koyma, tedavi uygulama ve cerrahi müdahale için değerli bir araç olarak kullanılmaktadır. Ancak, endoskopi prosedürleri bazı zorluklarla karşılaşabilir. Birincisi, invaziv niteliğidir. Endoskopun vücut içine yerleştirilmesiyle birlikte hastada rahatsızlık ve bazen hafif ağrı hissi meydana gelebilir. Bu nedenle, hastanın konforunu sağlamak amacıyla genellikle sedasyon veya anestezi uygulanır. İkinci bir zorluk, endoskopun hedeflenen bölgelere erişimi ve doğru pozisyonlandırılmasıyla ilgilidir. Bazı durumlarda, dar geçişler, kıvrımlar veya anatomik engeller nedeniyle endoskopun ilerlemesi güç olabilir. Bu durumlar, prosedür süresini uzatabilir ve bazen başarısızlıkla sonuçlanabilir. Diğer bir zorluk ise görüntü kalitesidir. Endoskobun ucundaki kamera, iç organların net bir görüntüsünü sağlar; ancak, zaman zaman görüntü kalitesi yetersiz olabilir. Özellikle kan, mukus veya diğer sıvılar gibi engelleyici faktörler varsa, görüntü netliği azalabilir. Bu durum, doğru bir teşhis koymayı veya ayrıntılı bir değerlendirme yapmayı zorlaştırabilir. Endoskopi, cerrahi müdahalelerin gerçekleştirilebileceği bir alanı da içermektedir, ancak bu durum da belirli zorluklar doğurabilmektedir. Cerrahi endoskopi, minimal invazivlik ilkesine uygun olarak organlara ulaşmayı hedefler; fakat bazı durumlarda, karmaşık cerrahi prosedürler gerektiğinde daha fazla invazivlik gerekmektedir. Kapsül endoskopi, tıbbi görüntüleme tekniklerinden biridir ve sindirim sistemi gibi iç organların görsel muayenesini yapmayı amaçlar. Bu yöntem, bir kapsül şeklindeki bir cihazın yutulması yoluyla gerçekleştirilir. Kapsül, içerisinde bir kamera, ışık kaynağı ve veri kaydedici bir sistem bulunduran bir endoskopik kapsüldür. Hastanın sindirim sistemi boyunca hareket ederken, kapsül tarafından elde edilen görüntüler kaydedilir ve daha sonra bir bilgisayarda incelenir. Kapsül endoskopi, özellikle geleneksel endoskopi yöntemlerinin ulaşamadığı veya zor ulaşılan bölgelerin değerlendirilmesi için oldukça değerli bir araçtır. Sindirim sisteminin üst kısımları, ince bağırsaklar ve bazı durumlarda kalın bağırsak gibi alanlar, geleneksel endoskopların sınırlamaları nedeniyle tam olarak görüntülenemeyebilir. Kapsül endoskopi, bu bölgelerde ayrıntılı bir inceleme yapma imkanı sunarak tanısal bilgilerin elde edilmesini sağlar. Kapsül endoskopinin bir avantajı, minimal invazivlik ve hastanın konforudur. Kapsülün yutulmasıyla birlikte hasta normal günlük aktivitelerine devam edebilir, çünkü kapsül kendiliğinden ilerler ve dışkıyla atılır. Bu, hastalar için endoskopik prosedürlerin geleneksel invazivlik ve rahatsızlık potansiyelini azaltır. Ancak, kapsül endoskopisinin bazı zorlukları vardır. Birincisi, kapsülün kontrol edilebilirliği sınırlıdır. Hastanın iç organlarında hareket ederken tam olarak yönlendirilemez ve hedeflenen bölgelere ulaşma garantisi yoktur. Ayrıca, kapsül endoskopisinin geleneksel endoskopilere kıyasla daha az görüntü kalitesi sağladığı bilinmektedir. Kapsülün küçük boyutu, kamera lensinin ve ışık kaynağının sınırlı kapasitesine yol açabilir, bu da bazı durumlarda netlik ve ayrıntı eksikliğine neden olabilir. Lazer taramalı kapsül endoskop cihazı, yenilikçi bir görüntüleme teknolojisi kullanarak iç organların detaylı bir şekilde incelenmesini sağlayan bir tıbbi cihazdır. Bu cihaz, iç organların yüzeylerini tarayan bir lazer ışığı kullanır ve geriye yansıyan veya saçılan ışık sinyallerini algılamak için bir algılama sistemi kullanır. Cihazda yüksek güçlü bir lazer kaynağı bulunur. Bu lazer kaynağı, iç organların taranması için ışık demetlerinin üretilmesini sağlar. Algılama sistemi ise lazer taraması sonucunda geriye yansıyan veya saçılan ışık sinyallerini algılar. Bu sistemin amacı, ışık sinyallerini analiz etmek ve yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmek için çeşitli filtreleme ve işleme tekniklerini kullanmaktır. Ayrıca, cihazda bir veri kaydedici birim bulunur. Bu birim, iç organların görüntülerini kaydederek depolamak için kullanılır. Lazerin odaklanması ve hareketi için ise lazer taramalı kapsül endoskop cihazında özel bir mercek sistemi ve motor ekipmanları bulunur. Mercek sistemi, lazer ışınını odaklamak ve iç organların yüzeylerini hassas bir şekilde tarayabilmek için kullanılır. Motor sistemi ise kapsül endoskopun 360 derece tarama yapmasına imkan sağlar. Lazer taramalı kapsül endoskop cihazı, bu ekipmanlar ve ek olarak lazerin odaklanması ve hareketi için kullanılan mercek ve motor ekipmanları aracılığıyla iç organları ayrıntılı bir şekilde görüntüleyebilme kabiliyetine sahiptir. Bu teknoloji, tıp alanında tanısal amaçlar için önemli bir araçtır ve geleneksel endoskopi yöntemlerinin sınırlamalarını aşma potansiyeline sahiptir. Elbette, kapsül endoskopinin boyutları, üreticiler için bazı zorluklar doğurabilir. Kapsül endoskopinin küçük boyutlarda olması, alan açısından bir kısıtlama getirir ve bu da tasarım ve üretim sürecinde bazı zorlukları beraberinde getirir. İlk olarak, kapsül endoskopunun küçük boyutlarda olması, içine sığdırılması gereken tüm ekipmanların sınırlı bir alanda yer almasını gerektirir. Algılama sistemleri, veri kaydedici birim, enerji kaynağı ve iletişim bileşenleri gibi farklı bileşenlerin entegrasyonu, sınırlı alan içinde uyumlu bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Bu, üreticilerin tasarım sürecinde optimize edilmiş ve kompakt bileşenler kullanmalarını gerektirir. Bu tezin konusu olan çalışmanın amacı kapsül endoskopi'deki mikromotorun yerini alacak, kapladığı hacim olarak mikromotordan daha kullanışlı ve güç tüketimi anlamında da rakip olabilecek bir döngüsel eyleyici üretmektir. Bu eyleyicinin üretiminde 3 boyutlu baskı metodu kullanılmıştır. 3 boyutlu baskı (3D baskı), katman katman malzeme biriktirme prensibine dayanan bir üretim teknolojisidir. Bu teknoloji, dijital bir modelin bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanılarak oluşturulması ve daha sonra bir 3D yazıcı tarafından gerçek dünya nesnesine dönüştürülmesini sağlar. 3 boyutlu baskı, tasarımcıların karmaşık geometrili ve özelleştirilmiş nesneleri hızlı bir şekilde üretmelerine olanak tanırken, endüstride de geniş bir kullanım alanı bulmuştur. 3 boyutlu baskı, çeşitli malzemelerin kullanılmasını sağlar. Plastikler, metal alaşımları, seramikler ve biyolojik materyaller gibi farklı malzeme türleri 3 boyutlu baskı için kullanılabilir. Bu sayede, endüstriler arasında prototipleme, üretim parçalarının üretilmesi, tıbbi implantlar, özelleştirilmiş protezler ve sanatsal eserler gibi birçok uygulama alanı bulunur. 3 boyutlu baskının bazı avantajları vardır. Öncelikle, karmaşık geometrili nesnelerin üretilmesini kolaylaştırır ve tasarımcılar için daha fazla özgürlük sağlar. Ayrıca, hızlı prototipleme sürecini hızlandırır ve üretim maliyetlerini azaltır. Bunun yanı sıra, özelleştirilmiş ürünlerin tasarımı ve üretimi için büyük bir potansiyel sunar. Verilen bilgiler ışığında bu çalışmada; Tarama Kapsülü Endoskopisinde kullanılmak üzere kompakt elektromanyetik olarak hareket ettirilen 3D baskılı bir döner eyleyici sunulmaktadır. Eyleyici, karşılıklı iki dirsekli yapının naylon iplerlele dönen bir gövdeye bağlandığı bir yapıya sahiptir. Harici bobinler ve dirsekli yapıya yerleştirilen mıknatıslar, dönme hareketini başlatan elektromanyetik bir kuvvet oluşturur. Ters kutuplu bobinler, rezonanslı hareketi mümkün kılmak için farklı fazlarda sürülür. Tasarlanan cihazın elektrik devre modeli ve temel mod frekansına ilişkin sonlu eleman simülasyonu sonuçları sunulmaktadır. Tasarım, polilaktik asit (PLA) ve termoplastik poliüretan (TPU) kullanılarak birleşik depozisyon modelleme yöntemiyle üretilmektedir. Deneysel sonuçlar, TPU eyleyicisi için 21 Hz rezonans frekansında 98 °'lik toplam tarama açısı ve PLA eyleyicisi için 237 Hz rezonans frekansında 19.7 °'lik toplam tarama açısı elde edildiğini göstermektedir. Genel olarak, sunulan döner eyleyici, i) mikromotor benzerlerine göre form faktörü açısından (13 mm çapında ve 7 mm toplam yükseklikte) ve ii) MEMS benzerlerine göre toplam tarama açısı açısından avantajlıdır. 3D baskının sağladığı üretim maliyeti ve süresi, sunulan cihazın diğer faydaları arasındadır. Daha fazla geliştirme ile sunulan cihaz, klinik kullanım için tek kullanımlık bir kapsül endoskopi ünitesi içinde hizmet verebilir.
Özet (Çeviri)
Endoscopy is a medical procedure that involves the use of an endoscope, a flexible tube with a light and a camera attached to it, to visualize and examine the interior of various organs and body cavities. The endoscope is inserted through a natural body opening or a small incision and allows doctors to view the internal structures in real- time. Capsule endoscopy is a minimally invasive diagnostic procedure used to visualize the digestive tract, particularly the small intestine. It involves swallowing a small, pill-sized capsule that contains a tiny camera, light source, and transmitter. As the capsule travels through the digestive system, it captures high-quality images of the intestinal lining. These images are wirelessly transmitted to a data recorder worn on a belt around the patient's waist. We present a compact electromagnetically actuated 3D- printed rotary actuator for use in Scanning Capsule Endoscopy. The actuator comprises two cantilevers connected to a rotating body via nylon strings. External coils and the magnets placed on the cantilevers create an electromagnetic force with which the rotation can be initiated. Opposite coils are driven out-of-phase to enable resonant actuation. An electrical circuit model and finite element simulation results of the fundamental mode frequency are provided for the designed device. The design is manufactured via fused deposition modeling using polylactic acid (PLA) and thermoplastic polyurethane (TPU). Experimental results reveal a 98 ° total scan angle at 21 Hz resonance for the TPU actuator and a 19.7 ° total scan angle at 237 Hz resonance for the PLA actuator. Overall, the presented rotary actuator compares favorably over i) micromotor counterparts in terms of form factor (having a diameter of 13 mm and a total height of 7 mm) and ii) MEMS counterparts in terms of total scan angle. Manufacturing cost and duration are yet other benefits of the presented device, owing to 3D printing. With further development, the presented device can serve within a disposable capsule endoscopy unit for clinical use.
Benzer Tezler
- Deprem etkisindeki yapılarda aktif ve pasif kontrol sistemlerinin uygulanması
Başlık çevirisi yok
BARIŞ SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ
- Geri besleme kontrollü rezonans transformatör tasarımı
Design of feedback controlled resonant transformer
FATİH ŞEKEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZCAN KALENDERLİ
- Multi - capsule endoscopy: Demonstrations of inter - capsular control and (tactile) sensing
Çoklu - kapsül endoskopi: Kapsüller arası kontrol ve (dokunsal) algılama yöntemleri
FURKAN PEKER
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Priz geciktirici katkıların uzun süre karıştırılmış beton özelliklerine etkisi
Başlık çevirisi yok
ABDULKADİR BAŞKOCA
- Pspice ile D.A./D.A rezonans çeviricilerinin analizi
Başlık çevirisi yok
KÜRŞAT TANRIÖVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. R. NEJAT TUNÇAY