Analisi e sviluppo di un nuovo sistema di tracking elettromagnetico

The work done at Masmec Biomed, Modugno (BA), involves the analysis and development of an electromagnetic tracking system applicable to surgical navigation systems that limit the invasiveness of operating procedures. Methods that relate to surgical navigation systems use three-dimensional models of anatomical structures that are produced by radiological data of diagnostic images. It is therefore necessary to incorporate appropriate tracking systems into these surgical navigators to know the configuration of the surgical tool in the same three-dimensional model of the anatomical area on which it is being applied. Current electromagnetic tracking systems have a limitation due to the reduced distance between the tracking volume and the magnetic field generator. This gives poor ergonomics to the medical staff operating in the operating table area. Then it becomes of business interest to realize a new electromagnetic monitoring system that remedies such a lack. The work follows the order in which the various insights carried out during the internship activity and is divided into four chapters. The first exhibits state of the art and performs a very comprehensive overview of electromagnetic tracking systems. The second describes the structure and operation of the prototype of a magnetic tracking system implemented in the company and the robotic system used for experiments. The third contains all the analyzes carried out in order to understand the behavior of the electromagnetic tracking system realized, in order to defined specifications. The fourth takes on the problem of voltage-position conversion by examining and developing various methods, logic and mathematics, and highlighting for each the performance in terms of precision.

Il lavoro svolto presso l’azienda Masmec Biomed di Modugno (BA), riguarda l’analisi e lo sviluppo di un sistema di tracking elettromagnetico applicabile ai sistemi di navigazione chirurgica che limitano l'invasività delle procedure operatorie. Le metodiche che riguardano i sistemi di navigazione chirurgica usufruiscono di modelli tridimensionali delle strutture anatomiche che sono prodotti dai dati radiologici delle immagini diagnostiche. E' necessario dunque integrare in tali navigatori chirurgici opportuni sistemi di tracking che consentono di conoscere la configurazione del tool chirurgico nello stesso modello tridimensionale dell'area anatomica su cui si interviene. Gli attuali sistemi di tracking elettromagnetici presentano un limite dovuto alla distanza ridotta tra il volume di tracking e il generatore di campi magnetici. Ciò conferisce una scarsa ergonomia per lo staff medico che opera nell’area del tavolo operatorio. Diventa allora d’interesse aziendale realizzare un nuovo sistema di tracking elettromagnetico che rimedia a una tale mancanza. L’elaborato segue l’ordine con cui sono stati trattati i diversi approfondimenti eseguiti nel corso dell’attività di stage e si articola in quattro capitoli. Il primo espone lo stato dell’arte ed esegue una panoramica molto esaustiva sui sistemi di tracking elettromagnetici. Il secondo descrive la struttura e il funzionamento del prototipo di un sistema di tracking magnetico realizzato in azienda e del sistema robotico adoperato per le sperimentazioni. Il terzo riporta tutte le analisi eseguite al fine di comprendere il comportamento del sistema di tracking elettromagnetico realizzato, nell’ottica delle specifiche imposte. Il quarto affronta il problema della conversione tensione-posizione esaminando e sviluppando vari metodi, logici e matematici, ed evidenziando per ciascuno le performance in termini di precisione.