Аналіз можливості переміщення імпланту по дуговій траєкторії під безконтактним контролем у магнітній стереотаксичній системі
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2023.25.174Ключові слова:
здоров'я людини; магнітне поле; програмне забезпечення COMSOL; постійні магніти; силовий аналіз.Анотація
У статті подано безконтактне керування магнітними імплантами способом зміни зовнішнього магнітного поля в магнітній стереотаксичній системі та проаналізовано можливість їх переміщення по дуговій траєкторії. За допомогою програмного забезпечення COMSOL змодельовано процес переміщення мініатюрного магнітного імпланта по дуговій траєкторії, досліджено зміну траєкторії мікромагнітного імпланта після зміни зовнішнього магнітного поля, визначено взаємне розташування великих постійних магнітів та проведено механічний аналіз переміщення мініатюрного магнітного імпланта по дуговій траєкторії. У цьому експерименті ми фіксуємо великий постійний магніт, рухаємо лише другий постійний магніт, спочатку спостерігаємо процес руху малих постійних магнітів по прямій траєкторії, визначаємо положення магнітного поля великого постійного магніту, коли він контактує з малим постійним магнітом, а потім аналізуємо силу малого постійного магніту за допомогою модуля розрахунку сили та встановлюємо відносне положення між двома великими постійними магнітами, порівнюючи та , і коли малий постійний магніт почне рухатись по дуговій траєкторії. Далі, згідно з попередніми результатами, ми переміщуємо два сусідні великі постійні магніти одночасно з певним інтервалом, записуємо траєкторію руху малого магніту, і, нарешті, за допомогою модуля розрахунку сил програмного забезпечення COMSOL здійснюємо силовий аналіз руху малих постійних магнітів по дугових траєкторіях. Результати проведеного експерименту будуть використані для визначення взаємного розташування двох великих постійних магнітів, розташованих поруч під час дослідження, для з’ясування того, за яких умов малі постійні магніти будуть рухатися по дуговій траєкторії. Метою цього експерименту є забезпечення теоретичної та інформаційної підтримки для подальших практичних досліджень магнітної стереотаксичної системи, коли всі параметри в програмному забезпеченні COMSOL отримані на основі фактичних показників вимірювань для підвищення вірогідності результатів симуляції.
Посилання
References
Kall, B A. (1987), "The impact of computer and imaging technology on stereotactic surgery". Stereotactic and Functional Neurosurgery. No. 50(1–6): 9–22. DOI: 10.1159/000100676
Avrunin, O., Tymkovych, M., Semenets, V., & Piatykop, V. (2019), "Computed tomography dataset analysis for stereotaxic neurosurgery navigation". Paper presented at the Proceedings of the International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, CAOL. Р. 606–609. DOI:10.1109/CAOL46282.2019.9019459
Avrunin, O. G., Alkhorayef, M., Saied, H. F. I., & Tymkovych, M. Y. (2015), "The surgical navigation system with optical position determination technology and sources of errors". Journal of Medical Imaging and Health Informatics. No. 5(4), Р. 689–696. DOI:10.1166/jmihi.2015.1444
Avrunin, O. G., Tymkovych, M. Y., Moskovko, S. P., Romanyuk, S. O., Kotyra, A., & Smailova, S. (2017), "Using a priori data for segmentation anatomical structures of the brain". Przeglad Elektrotechniczny. No. 93(5), Р. 104–107. DOI:10.15199/48.2017.05.20
Chen, Y, Godage, I, Su, H. et al. (2019), "Stereotactic systems for MRI-guided neurosurgeries: a state-of-the-art review". Annals of biomedical engineering, No. 47(1–4). Р. 335–353.
Hunkun, Jiao, Avrunin, O. (2023), "Explore the feasibility study of magnetic stereotaxic system". Optoelectronic Information-Power Technologies, No. 45(1). Р. 86-96. DOI:10.31649/1681-7893-2023-45-1-86-96
Grady, S M, Howard, III M A, Broaddus, W C, et al. "Magnetic stereotaxis: a technique to deliver stereotactic hyperthermia". Neurosurgery, 1990, No. 27(6). Р. 1010–1016. available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2274121/
Nelson, B. J., Gervasoni, S., Chiu, P. W. Y., et al.(2022), "Magnetically actuated medical robots: An in vivo perspective". Proceedings of the IEEE. No. 110(7). Р. 1028–1037. DOI:10.1109/JPROC.2022.3165713
Grady, M. S., Howard, M. A., Dacey, R. G., et al.(2000), "Experimental study of the magnetic stereotaxis system for catheter manipulation within the brain". Journal of neurosurgery. No. 93(2). Р. 282–288. DOI: 10.3171/jns.2000.93.2.0282
Hunkun, J., Avrunin, O. (2022), "Possibilities of Field Formation by Permanent Magnets in Magnetic Stereotactic Systems", IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine. Р. 1–4. DOI: 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916450
Coey, J. M. D. (2002), "Permanent magnet applications". Journal of Magnetism and Magnetic Materials. No. 248(3). Р. 441–456. DOI: 10.1016/S0304-8853(02)00335-9
Calin, M. D., Helerea, E. "Temperature influence on magnetic characteristics of NdFeB permanent magnets". 7th international symposium on advanced topics in electrical engineering (ATEE). IEEE, 2011. Р. 1–6. available at: https://www.researchgate.net/publication/241186295_Temperature_influence_on_magnetic_characteristics_of_NdFeB_permanent_magnets
Pepper, D W, Heinrich, J C. "The finite element method: basic concepts and applications with MATLAB, MAPLE, COMSOL". CRC press. 2017. 628 р. available at: https://handoutset.com/wp-content/uploads/2022/05/The-finite-element-method-basic-concepts-and-applications-with-MATLAB-MAPLE-and-COMSOL-Heinrich-Juan-C.-Pepper-Darrell-W.pdf
Pryor, R W. "Multiphysics modeling using COMSOL: a first principles approach". Jones & Bartlett Publishers, 2009. 871 р. available at: http://dl.poweren.ir/downloads/PowerEn/Book/2019/Mar/%DA%A9%D8%AA%D8%A7%D8%A8%20%D8%A2%D9%85%D9%88%D8%B2%D8%B4%20%D8%AC%D8%A7%D9%85%D8%B9%20%DA%A9%D8%A7%D9%85%D8%B3%D9%88%D9%84%20%28PowerEn.ir%29.pdf
Chen, W X, Wu, J Y. (2022), "Phase-field cohesive zone modeling of multi-physical fracture in solids and the open-source implementation in Comsol Multiphysics[J]. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, No. 117. Р. 103153. DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.103153
Zhang, Y, Leng, Y, Zhang, H, et al. "Comparative study on equivalent models calculating magnetic force between permanent magnets". Journal of Intelligent Manufacturing and Special Equipment, 2020, No. 1(1). Р. 43–65. available at: https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/JIMSE-09-2020-0009/full/html
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
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-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), 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 не комерційного та не ексклюзивного 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 опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
