パッシブ磁束濃縮器を用いたエンドブロノクロスコピー用電磁ターゲティングシステム

Passive Magnetic-Flux-Concentrator Based Electromagnetic Targeting System for Endobronchoscopy.

• Chin-Chung Chen
• Ching-Kai Lin
• Chen-Wei Chang
• Yun-Chien Cheng
• Jia-En Chen
• Sung-Lin Tsai
• Tien-Kan Chung

抄録

本論文では、肺癌の診断過程で使用されるエンドブロノクロスコープを追跡するために、パッシブ磁束濃縮器を利用した革新的な電磁ターゲティングシステムを実証した。本システムは、内視鏡のガイドシースに固定された磁束放出コイル、磁束受信電磁石アレイ、カラーとして巻かれた高透磁率シリコン鋼シート（受動磁束濃縮器）から構成されています。発光コイルは交流磁束を生成するために使用され、その結果、受信電磁石アレイによって受信されます。電磁誘導により、電圧が受信電磁石アレイに誘導される。エンドブロノスコープのガイドシース（シリコンスチールカラー付き）が発光コイルと受信電磁石アレイの間を移動すると、磁束はシリコンスチールカラーによって集中され、それによって誘起される電圧が変化します。この電圧パターンの変化を解析することで、ガイドシースとシリコンスチールカラーの位置を特定することができます。実験には、医師や操作者のトレーニング用の気管支木モデルを使用しています。実験の結果、気管支内視鏡をターゲットにできることを確認しました。その結果、気管支内視鏡のターゲティング誤差は、-軸が9mm、-軸が10mm、-軸が5mmであることが確認された。

In this paper, we demonstrate an innovative electromagnetic targeting system utilizing a passive magnetic-flux-concentrator for tracking endobronchoscope used in the diagnosis process of lung cancer tumors/lesions. The system consists of a magnetic-flux emitting coil, a magnetic-flux receiving electromagnets-array, and high permeability silicon-steel sheets rolled as a collar (as the passive magnetic-flux-concentrator) fixed in a guide sheath of an endobronchoscope. The emitting coil is used to produce AC magnetic-flux, which is consequently received by the receiving electromagnets-array. Due to the electromagnetic-induction, a voltage is induced in the receiving electromagnets-array. When the endobronchoscope's guide sheath (with the silicon-steel collar) travels between the emitting coil and the receiving electromagnets-arrays, the magnetic flux is concentrated by the silicon-steel collar and thereby the induced voltage is changed. Through analyzing the voltage-pattern change, the location of the silicon-steel collar with the guide sheath is targeted. For testing, a bronchial-tree model for training medical doctors and operators is used to test our system. According to experimental results, the system is successfully verified to be able to target the endobronchoscope in the bronchial-tree model. The targeting errors on the -, - and -axes are 9 mm, 10 mm, and 5 mm, respectively.