Analiza metod ograniczania błędów określenia położenia powodowanych deformacjami rozkładu pola magnetycznego w systemach nawigacji elektromagnetycznej

• Autorzy: Tewel N. , Moroń Z.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the methods of reducing the errors of 3D position determination caused by deformations of the magnetic field distribution in electromagnetic navigation systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Systemy nawigacji medycznej umożliwiają dokładne określanie położenia narzędzi medycznych względem ciała pacjenta. Wśród rozwiązań oferowanych na rynku wyróżniają się systemy elektromagnetyczne (EMS – Electromagnetic Systems), które nie wymagają zachowania linii bezpośredniego widzenia (LOS – Line of Sight) między umieszczonym na narzędziu czujnikiem a emiterem (źródłem) pola magnetycznego. Mają one jednak tę wadę, że są wrażliwe na deformacje rozkładu pola magnetycznego powodowane obecnością przedmiotów wykonanych z dobrych przewodników elektrycznych oraz ferromagnetyków. W artykule przedstawiono wyniki analizy wpływów różnych obiektów, mogących zaburzać rozkład pola magnetycznego, na dokładność określania położenia w systemach nawigacji EM z polem wzbudzającym sinusoidalnym i stałym komutowanym. Wskazano również, jak te wpływy ograniczyć. Przedstawione informacje są przeznaczone przede wszystkim dla konstruktorów, lecz mogą być pomocne również dla użytkowników tych systemów. Prezentowane wyniki uzyskano na drodze modelowania i symulacji metodą elementów skończonych (FEM – Finite Element Method).

EN

Medical navigation systems enable localization of surgical and diagnostic instruments inside the patient’s body. The Electromagnetic Navigation Systems (EMS) are the best among the available commercial solutions. Their main advantage is the ability of working correctly without clear Line of Sight (LOS) between the sensors and the source (emitter) of the magnetic field. However, they are sensitive to deformations of the magnetic field distribution resulting from the presence of the objects made up of good electrical conductors and ferromagnetic materials – which is their main shortcoming. This paper includes the results of the analysis of the influence of various disturbing objects on the accuracy of navigation in systems with sinusoidal and commutated excitation field, as well as some guidelines how to avoid this influence. The presented results can be usefull, especialy for the designers of new solutions of EM navigation systems, as well as for the users of these systems. The analysis was performed by means of Finite Element Method (FEM) and simulations.

Słowa kluczowe

PL

nawigacja medyczna; nawigacja elektromagnetyczna; FEM; deformacje rozkładu pola magnetycznego

EN

medical navigation; electromagnetic navigation; FEM; magnetic field distribution deformations

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 18, nr 1
• Strony: 43--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Tewel N.

autor

Moroń Z.

• Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, tel. [phone],

Bibliografia

• 1. M. Baszyński: Poprawa właściwości metrologicznych systemu przeznaczonego do pomiaru położenia z wykorzystaniem pola magnetycznego małej częstotliwości, Rozprawa doktorska, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2006.
• 2. http://www.collinmedical.fr/digipointeur_UK.php/
• 3. www.medtronicnavigation.com/
• 4. http://www.polhemus.com/
• 5. http://www.ascension-tech.com/
• 6. O. Suess, T. Kombos, R. Kurth, S. Suess, S. Mularski, S. Hammersen, M. Brock: Intracranial image-guided neurosurgery: experience with a new electromagnetic navigation system, Acta Neurochir, vol. 143, 2001, s. 927-934.
• 7. C.A. Aufdenblatten, S. Altermatt: Intraventricular catheter placement by electromagnetic navigation safely applied in a paediatric major head injury patient, Childs Nerv Syst, vol. 24, 2008, s. 1047-1050.
• 8. A.J. Graydon, S. Malak, I.A. Anderson, R.P. Pitto: Evaluation of accuracy of an electromagnetic computer-assisted navigation system in total knee arthroplasty, Int Orthop, vol. 33, 2009, s. 975-979.
• 9. M.A. Hafez, M.J. Seel, B. Jaramaz, A.M. DiGioia: Navigation in minimally invasive total knee arthroplasty and total hip arthroplasty, Oper Tech Orthop, vol. 16, 2006, s. 207-210.
• 10. D. Tigani, M. Busacca, A. Moio, E. Rimondi, N. Del Piccolo, G. Sabbioni: Preliminary experience with electromagnetic navigation system in TKA, Knee, vol. 16, 2009, s. 33-38.
• 11. P. Reittner, M. Tillich, W. Luxenberger, R. Weinke, K. Preidler, W. Köle, H. Stammberger, D. Szolar: Multislice CT-image-guided endoscopic sinus surgery using an electromagnetic tracking system, Eur Radiol, vol. 12, 2001, s. 592-596.
• 12. M.J. Citardi: Computer-aided sphenoid sinus surgery, Otolaryngol Head Neck Surg, vol. 14, 2003, s. 188-194.
• 13. R. Ewers, K. Schicho, G. Undt, F. Wanschitz, M. Truppe, R. Seemann, A. Wagner: Basic research and 12 years of clinical experience in computerassisted navigation technology: a review, Int J Oral Maxillofac Surg, vol. 34, 2004, s. 1-8.
• 14. D. Mucha, B. Kosmecki, T. Lueth: Error compensation for electromagnetic navigation in dental implantology, International Congress Series 1281, 2005, s. 1211-1216.
• 15. H. Feussner, H. Hautmann, A. Schneider, T. Pinkau, F. Peltz: Electromagnetic catheter navigation during bronchoscopy, Chest, vol. 128, 2005, s. 382-387.
• 16. T.R. Gildea, P.J. Mazzone, D. Karnak, M. Meziane, A.C. Mehta: Electromagnetic navigation diagnostic bronchoscopy: a prospective study, Am J Respir Crit Care Med, vol. 174, 2006, s. 982-989.
• 17. R.S. Santos, A. Gupta, M.I. Ebright, M. DeSimone, G. Steiner, M.J. Estrada, B. Daly, H.C. Fernando: Electromagnetic navigation to aid radiofrequency ablation and biopsy of lung tumors, Ann Thorac Surg, vol. 89, 2010, s. 265-268.
• 18. W. Harms, R. Krempien, C. Grehn, F. Hensley, J. Debus, H.D. Becker: Electromagnetically navigated brachytherapy as a new treatment option for peripheral pulmonary tumors, Strahlenther Onkol, vol. 182, 2006, s. 108-111.
• 19. M. Baszyński, Z. Moroń, N. Tewel: Electromagnetic navigation in medicine – basic issues, advantages and shortcomings, prospects of improvement, J Phys: Conf Ser, vol. 238, 2010, doi:10.1088/1742-6596/238/1/012056.
• 20. N. Tewel: Nawigacja elektromagnetyczna w medycynie – wybrane zagadnienia i problemy, [w:] Z Moroń, H. Juniewicz: Metrologia dziś i jutro, Wrocław 2010, s. 291-302.
• 21. E.B. Blood: Device for quantitatively measuring the relative position and orientation of two bodies in the presence of metals utilizing direct current magnetic fields, Opis patentowy 4945305.
• 22. P.K. Hansen, W.S. Ashe: Magnetic field position and orientation measurement system with dynamic eddy current rejection, US Patent 5767669.
• 23. http://www.mcatalogs.com/ent/
• 24. J.S. Bladen, A.P. Anderson: Surgical navigation, US Patent 6522907.