科研动态

科研进展|高精准、快定位的手术高精度磁导航系统
来源:深圳研究院    时间: 2023-04-06     阅读:63

磁导航是一种极具潜力的手术导航技术。然而,手术室中的手术床电机、手术器械等产生的磁场对磁导航系统造成很大干扰。为了消除磁干扰的影响、提高跟踪性能,南开大学深圳研究院秦岩丁研究员团队提出了新型智能算法来攻克这一难题。


与传统算法不同,秦岩丁研究员团队所提出新型智能算法性能在配备电动手术床、超声扫描仪、手术剪等手术工具以及手术机器人和GX光机的手术场景中具有很高的鲁棒性,极大减少了磁干扰的影响。实验证明在动态跟踪时加入铁磁性手术剪的干扰,磁跟踪结果与光学跟踪结果的平均轮廓误差为0.6mm,远低于传统磁跟踪方法的误差结果。


磁定位技术具有无视线阻碍、定位精度高、定位速度快等优点。秦岩丁研究员团队研制出高精度磁导航系统,可快速有效跟踪体内软镜、鞘管等工具的位姿,并进行形状重建,便于引导到病灶部位进行活检取样和消融。团队目前已研制多代磁导航系统样机,关键性能参数达到世界领先水平。多代磁导航系统目前跟踪频率为60Hz,最高可达100Hz,明显高于现有的磁跟踪商业产品的速率。


多磁目标跟踪方面,团队的磁导航系统将3磁性目标定位成功率由先前的85.1%提升至目前的98.28%。在体内医用导管、软镜等跟踪中,该技术可以克服光学跟踪中视线遮挡的问题,无需借助X射线或磁共振等复杂成像设备,同时具有对人体无伤害的优点,在微创、无创的检查和手术中具有极大应用潜力和市场前景。


系统样机

施加超声干扰

施加铁磁干扰

铁磁性手术剪干扰下的磁跟踪结果

虚线:真实轨迹

黑线:传统优化方法

蓝线:扩展卡尔曼滤波方法

红线:差分优化方法

绿线:秦岩丁副教授团队的新型智能算法