Comprendre la conception de la technologie de navigation électromagnétique

6 décembre 2022 Par Réseau de contributeurs MDO

Un exemple de capteur électromagnétique (EM) intégré dans l'embout d'un cathéter [Image fournie par Intricon]

David Bosch, Intricon

Depuis sa création dans les années 1990 jusqu'à son adoption généralisée à la fin des années 2000, la navigation électromagnétique (EMN) s'est imposée comme le choix évident pour la navigation chirurgicale et a été largement adoptée dans les domaines de la bronchoscopie interventionnelle, de l'urologie, de la neurochirurgie et de la cardiologie.

Un système REM correctement conçu présente plusieurs avantages. Il peut localiser avec la précision du suivi optique sans avoir besoin d’une ligne de vue. Il offre la commodité de la fluoroscopie pour la visualisation intra-patient sans application de rayonnements ionisants. Et cela n’expose pas le patient à des champs énergétiques plus nocifs que les ultrasons.

Contrairement aux technologies de navigation alternatives qui reposent sur le rayonnement rétrodiffusé, l'EMN utilise un système de mesure passif. La région chirurgicalement pertinente est saturée dans un champ magnétique spatialement inhomogène qui sert efficacement de grille de coordonnées xyz invisible et biosûre. Des capteurs miniatures au sein de cette grille efficace détectent et transmettent des informations concernant leur emplacement précis, qui sont ensuite traitées par un système informatique externe.

Étant donné que l'EMN enregistre uniquement les emplacements des points des capteurs électromagnétiques (EM), il est souvent utilisé en conjonction avec d'autres systèmes de visualisation. Dans les applications cliniques, l'emplacement du capteur (généralement placé dans un dispositif interventionnel) est souvent superposé graphiquement aux scans préopératoires 3D du patient. De cette manière, il est possible de réaliser une visualisation en temps réel du dispositif interventionnel dans l'anatomie d'un patient.

L'EMN repose sur la localisation d'un capteur par rapport à un champ magnétique de référence. Le champ magnétique est fourni par un générateur de champ calibré, qui projette un champ inhomogène dans l’espace et de géométrie connue. Le capteur EMN doit (indirectement) enregistrer le champ à l’endroit où il est placé, ce qui peut à son tour être traduit en informations de position.

Il existe plusieurs types de capteurs EMN, par exemple fluxgate et sans fil, mais les capteurs à induction filaires ont été adoptés le plus largement dans les applications cliniques interventionnelles. (Les capteurs Fluxgate n'ont pas été largement adoptés dans les applications cliniques en raison de la taille et de la complexité relative du dispositif. Et les capteurs sans fil utilisent des capteurs qui doivent fonctionner simultanément comme récepteurs et émetteurs. La taille volumineuse de ces capteurs associée à la taille et à la complexité du le système d'entraînement externe limite les applications chirurgicales.)

Options de capteurs électromagnétiques (EM) personnalisables [Image fournie par Intricon]

Dans un souci de continuité logique et d'esthétique mathématique, la forme complète de la loi de Faraday est décrite comme suit :

La loi de Faraday peut être réduite à la forme suivante par le théorème de Stokes, où Ø est la composante du flux magnétique perpendiculaire aux enroulements du capteur à induction et le flux est vaguement défini comme le produit du champ magnétique et de la surface de la section transversale :

Intricon fabrique des capteurs compatibles avec les systèmes commerciaux de génération de champ magnétique CA tels que ceux de Northern Digital Inc. (NDI), Quadrant Scientific, Radwave Technologies et Polyhemus, ainsi que des systèmes personnalisés développés par diverses sociétés OEM de dispositifs médicaux et leurs concepteurs. Ces systèmes fournissent une carte du champ magnétique alternatif dans l'espace via des bobines de champ disposées. Bien que les dispositions spécifiques des bobines de champ et les méthodes de localisation soient exclusives, tous les systèmes partagent certains principes généraux de fonctionnement.

Étant donné que l'amplitude du champ magnétique décroît selon le cube de la distance par rapport à n'importe quelle bobine de champ, il est possible d'utiliser l'intensité du champ magnétique (et la tension induite) dans un capteur comme indicateur de la distance relative entre le capteur et n'importe quelle bobine de champ. Différentes méthodes existent pour une localisation 3D complète, impliquant généralement plusieurs bobines de champ spatialement séparées, chacune fonctionnant à des fréquences uniques pour réaliser la triangulation. Les générateurs de champ triaxiaux utilisent au moins trois bobines de champ mutuellement orthogonales, tandis que les conceptions planaires reposent sur une haute densité de bobines de champ parallèles ou quasi-parallèles pour obtenir un caractère unique dans le champ de référence. Les bobines Intricon sont compatibles avec les deux schémas de localisation et peuvent être personnalisées pour fonctionner dans des volumes de localisation personnalisés.