Optical and Electromagnetic Tracking Systems for Biomedical Applications: A Critical Review on Potentialities and Limitations

工作区 稳健性(进化) 计算机科学 跟踪系统 电磁场 跟踪(教育) 计算机视觉 人工智能 物理 卡尔曼滤波器 机器人 生物化学 量子力学 基因 教育学 化学 心理学
作者
Angela Sorriento,Maria Bianca Porfido,Stefano Mazzoleni,Giuseppe Calvosa,Miria Tenucci,Gastone Ciuti,Paolo Dario
出处
期刊:IEEE Reviews in Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13: 212-232 被引量:219
标识
DOI:10.1109/rbme.2019.2939091
摘要

Optical and electromagnetic tracking systems represent the two main technologies integrated into commercially-available surgical navigators for computer-assisted image-guided surgery so far. Optical Tracking Systems (OTSs) work within the optical spectrum to track the position and orientation, i.e., pose of target surgical instruments. OTSs are characterized by high accuracy and robustness to environmental conditions. The main limitation of OTSs is the need of a direct line-of-sight between the optical markers and the camera sensor, rigidly fixed into the operating theatre. Electromagnetic Tracking Systems (EMTSs) use electromagnetic field generator to detect the pose of electromagnetic sensors. EMTSs do not require such a direct line-of-sight, however the presence of metal or ferromagnetic sources in the operating workspace can significantly affect the measurement accuracy. The aim of the proposed review is to provide a complete and detailed overview of optical and electromagnetic tracking systems, including working principles, source of error and validation protocols. Moreover, commercial and research-oriented solutions, as well as clinical applications, are described for both technologies. Finally, a critical comparative analysis of the state of the art which highlights the potentialities and the limitations of each tracking system for a medical use is provided.
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