Explore the feasibility study of magnetic stereotaxic system
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2023-45-1-86-96Keywords:
Human health, Magnetic field, COMSOL Software, Permanent magnets, Arduino microcontrollersAbstract
This paper introduces the magnetic stereotaxis system in detail, and establishes the basic model of the magnetic stereotaxic system in three-dimensional space through the computer simulation software COMSOL, and conducts theoretical analysis and computer simulation experiments on the non-contact control of implants. After that, the slide rail system controlled by Arduino was constructed in actual experiments, and the results of computer simulation experiments were verified. It has also been demonstrated that changing the external magnetic field strength in a magnetic stereotaxic system enables non-contact control of implant movement.
References
M A. Howard, M, Mayberg, M S. Grady, et al. Magnetic stereotactic system for treatment delivery: U.S. Patent 5,125,888[P]. 1992-6-30.
M A. Howard, M, Mayberg, M S. Grady et al. Magnetic stereotactic system for treatment delivery: U.S. Patent 5,779,694[P]. 1998-7-14.
M A. Howard, M, Mayburg, M S. Grady et al. Magnetic stereotactic system for treatment delivery: U.S. Patent 6,216,030[P]. 2001-4-10.
O. Avrunin, M. Tymkovych, V. Semenets, & V. Piatykop. (2019). Computed tomography dataset analysis for stereotaxic neurosurgery navigation. Paper presented at the Proceedings of the International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, CAOL, 2019-September 606-609. doi:10.1109/CAOL46282.2019.9019459
O. G. Avrunin, M. Alkhorayef, H. F. I Saied, & M. Y. Tymkovych, (2015). The surgical navigation system with optical position determination technology and sources of errors. Journal of Medical Imaging and Health Informatics, 5(4), 689-696. doi:10.1166/jmihi.2015.1444
Experimental study of the magnetic stereotaxis system for catheter manipulation within the brain / Grady M.S., Howard M.A., Dacey R.G. , Blume W., Lawson M., Werp P., Ritter R.C. // J. Neurosurg. 2000. Vol. 93, № 2. P. 282–288.
O. G. Avrunin, M.Y. Tymkovych, S.P. Moskovko, etc.. (2017). Using a priori data for segmentation anatomical structures of the brain. PrzegladElektrotechniczny, 93(5), 102-105. doi:10.15199/48.2017.05.20
R. G. McNeil, R. C. Ritter, B. Wang, M. A. Lawson, G. T. Gillies, K. G. Wika, et al., "Functional design features and initial performance characteristics of a magnetic-implant guidance system for stereotactic neurosurgery", IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 42, pp. 793-801, Aug. 1995.
R W. Pryor. Multiphysics modeling using COMSOL®: a first principles approach[M]. Jones & Bartlett Publishers, 2009.
C. Multiphysics Introduction to COMSOL multiphysics®[J]. COMSOL Multiphysics, Burlington, MA, accessed Feb, 1998, 9: 2018.
Samoh A, Niamjan N, Yaiprasert C, et al. Comsol simulations of magnetic flux generated by permanent magnets with ring geometries[J]. Journal of Science and Arts, 2019, 19(3): 775-782.
O. G. Avrunin, Y. V Nosova,.etc. (2021). Possibilities of automated diagnostics of odontogenic sinusitis according to the computer tomography data. Sensors (Switzerland), 21(4), 1-22. doi:10.3390/s21041198
J. Hunkun and O. Avrunin, "Possibilities of Field Formation by Permanent Magnets in Magnetic Stereotactic Systems," 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916450.
J. C. Maxwell. VIII. A dynamical theory of the electromagnetic field[J]. Philosophical transactions of the Royal Society of London, 1865 (155): 459-512.
M.F, Zaeh T. Oertli, J. Milberg. Finite element modelling of ball screw feed drive systems[J]. CIRP Annals, 2004, 53(1): 289-292.
Jr. R. Pulford Linear stepper motor: U.S. Patent 6,756,705[P]. 2004-6-29.
Defoort M, Nollet F, Floquet T, et al. A third-order sliding-mode controller for a stepper motor[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009, 56(9): 3337-3346.
L. Louis. working principle of Arduino and using it[J]. International Journal of Control, Automation, Communication and Systems (IJCACS), 2016, 1(2): 21-29.
Y. A. Badamasi The working principle of an Arduino[C]//2014 11th International Conference on Electronics, Computer and Computation (ICECCO). IEEE, 2014: 1-4.
A. A. Galadima Arduino as a learning tool[C]//2014 11th International Conference on Electronics, Computer and Computation (ICECCO). IEEE, 2014: 1-4.
Valentina Vassilenko, Anna Poplavska, Sergiy Pavlov, and etc. "Automated features analysis of patients with spinal diseases using medical thermal images", Proc. SPIE 11456, Optical Fibers and Their Applications 2020, 114560L (12 June 2020); https://doi.org/10.1117/12.2569780/
Downloads
-
PDF
Downloads: 48
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
