Electromagnetic tracker implementation for localization of precision manipulators

The purpose of this work is to create an electromagnetic tracker capable of calculating the pose (position and orientation) of an object in space. The study was designed for the localization of the Micron device, which is a tool used by the surgeon during microsurgery operations, especially in ophthalmic surgery, and in this context, it finds its main application. Since this type of intervention requires high precision by the surgeon, the main purpose of the study presented here is to develop a method of calculating poses that allows the error to be kept below one millimeter. Generally, electromagnetic trackers are implemented using the dipole model, which ideally consists of a source and sensor of spherical shape. In this study the source and the sensor were created using cylindrical, hollow, multilayer coils, since this shape allows to better approximate the ideal dipole. The ultimate purpose of the work is to refine the calculation of the pose by adding the implementation of the quadrupole model, which allows to improve the results in terms of reduction of the calculation error of the pose. The mean of the calculation error of the pose was found to be 0.7 millimeters in the case of the dipole model, then the mean error dropped to 0.6 millimeters by adding the quadrupole model.

Lo scopo di questo lavoro è quello di creare un localizzatore elettromagnetico in grado di calcolare la posa (posizione e orientamento) di un oggetto nello spazio. Lo studio è stato concepito per la localizzazione del dispositivo Micron, che è un tool utilizzato dal chirurgo durante operazioni di microchirurgia, in particolare nella chirurgia oftalmica, e in questo contesto, esso trova la sua principale applicazione. Dal momento che questo tipo di interventi richiedono un’elevata precisione da parte del chirurgo, lo scopo principale dello studio qui presentato è quello di sviluppare un metodo di calcolo delle pose che permetta di mantenere l’errore al di sotto del millimetro. Generalmente i localizzatori elettromagnetici vengono implementati usando il modello di dipolo, che idealmente è composto da una sorgente e un sensore di forma sferica. In questo studio la sorgente e il sensore sono stati creati usando delle bobine cilindriche, cave, multistrato, poiché questa forma permette di approssimare al meglio il dipolo ideale. Lo scopo ultimo del lavoro è quello di raffinare il calcolo della posa aggiungendo l’implementazione del modello di quadrupolo, che permette di migliorare i risultati in termini di riduzione dell’errore di calcolo della posa. L’errore medio di calcolo della posa è risultato essere pari a 0,7 millimetri nel caso di modellizzazione del dipolo, successivamente l’errore medio è sceso a 0,6 millimetri aggiungendo il modello di quadrupolo.