Badanie dokładności pozycjonowania narzędzi w systemach komputerowego wspomagania chirurgii

• Autorzy: Goral A.

Warianty tytułu

EN

Assessment of tool positioning accuracy in computer-assisted surgery systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z elementów systemu komputerowego wspomagania chirurgii jest lokalizator, którego zadaniem jest śledzenie położenia narzędzi i operowanych struktur. W badaniach opisanych w pracy po raz pierwszy porównano dwie metody oceny dokładności pozycjonowania końcówki narzędzia, z których pierwsza wykorzystuje obiekt o wzorcowej geometrii a druga maszynę współrzędnościową. Błędy wyznaczone z wykorzystaniem obiektu wzorcowego charakteryzują się znacznie mniejszymi odchyleniami w stosunku do wartości teoretycznych (do 27,8%) od tych uzyskanych na za pomocą maszyny współrzędnościowej (powyżej 36,3%).

EN

The aim of this work is to compare two methods for determining the tool tip positioning error in computer-assisted surgery systems which use optically tracked tools. The concept of the first method is to acquire tool tip coordinates indicated by a localizer at 17 sockets of a reference plate (see Fig. 2). The idea of the second one is to measure coordinates of a tool tip while the tool is placed successively into 64 predefined positions by a coordinate measuring machine (CMM). In both methods there is compared the set of the acquired coordinates with the set of the reference coordinates. Since these two sets are expressed in different coordinate systems, there is used the best-fit algorithm to enable direct comparison and further error evaluation. The results obtained by the two methods for two different tool designs (see Fig. 1) were compared with theoretical values of the tip positioning error, calculated based on the arrangement of fiducials and the fiducial localization error (FLE). Using equation (2) there was computed the spatial distribution of the target registration error (TRE, see Fig. 3) and the theoretical tool tip positioning error, as a TRE value at the tip position. The errors determined by the reference plate method are generally closer to theoretical values than the equivalent error values computed in the CMM method (see Tab. 1). However, the plate method turns out to be less repeatable than the CMM method, possibly due to manual tool handling. The CMM method also yields nearly constant deviations from theoretical errors, which makes it possible to propose simple linear correction of the results.

Słowa kluczowe

PL

komputerowe wspomaganie chirurgii; lokalizator; ocena dokładności

EN

computer-assisted surgery; localizer; accuracy assessment

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 3
• Strony: 227--230
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Goral A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Metrologii i Elektroniki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Philips R.: The accuracy of surgical navigation for orthopaedic surgery. Current Orthopaedics, vol. 21 pp. 180-192, 2007.
• [2] Frantz D. D., Wiles A. D., Leis S. E., Kirsch S. R.: Accuracy assessment protocols for electromagnetic tracking systems. Physics in Medicine and Biology, vol. 48, pp. 2241-2251, 2003.
• [3] Kazanides P., Chang J., Iordachita J., Li J., King C., Fichtinger G.: Development of an image-guided robot for small animal research. Computer Aided Surgery, vol. 12 pp. 357-365, 2007.
• [4] Horn B. K.: Closed-form solution of absolute orientation using unit quaternions. Journal of the Optical Society of America A, vol. 4 pp. 629-642, 1987.
• [5] Fitzpatrick J. M., West J. B. Maurer C. R.: Predicting Error in Rigid-Body Point Based Registration. IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 17 pp. 694-702, 1998.