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

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).

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.