論文の概要: Closed-Form Pose Estimation of Endoluminal Medical Devices via Gradiometer-Based Electromagnetic Localization System

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.01946v1
• Date: Mon, 01 Jun 2026 09:09:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-02 21:34:31.682318
• Title: Closed-Form Pose Estimation of Endoluminal Medical Devices via Gradiometer-Based Electromagnetic Localization System
• Title（参考訳）: Gradiometer-based Electromagnetic Localization System を用いた体内医療機器のクローズドフォームポス推定
• Authors: Zhiwei Wu, Jiahao Luo, Yubo Pu, Siyi Wei, Yuankai Chen, Jinhui Zhang,
• Abstract要約: 本文では, 局所磁場と勾配テンソルを推定するために, 小型磁力計アレイを埋込み型準勾配計として用いる閉形状追跡フレームワークを提案する。 このアルゴリズムは、既知のソース位置と配列幾何学を必要とするが、事前校正されたワークスペースフィールドマップ、初期ポーズ推定、励起ソースモーメントは不要である。 センサーアレイ構成と励起モードによるベンチトップ実験では、SI14.49hertzの更新速度であるSI10.80mm--SI15.57mmのシーケンス平均位置誤差が示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4975218723249637
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Embedded magnetic tracking holds highly attractive prospects for remote navigation of endoluminal medical devices. However, existing six-degree-of-freedom pose recovery approaches often require pre-calibrated workspace field maps or iterative nonlinear optimization. This letter presents a Gradiometer-Based Electromagnetic Localization System (GELS), a closed-form tracking framework that uses a compact magnetometer array as an embedded quasi-gradiometer to estimate local magnetic fields and gradient tensors. These quantities are mapped by the Euler homogeneous relation to displacements between source and array, from which multi-source Procrustes registration recovers the array orientation and position using at least three non-collinear sources. The algorithm requires known source positions and array geometry, but no pre-calibrated workspace field maps, initial pose guesses, or calibrated excitation-source moments. The recovered pose also enables a proof-of-concept sub-level dipole localization task by serving as a mobile magnetic reference frame. Benchtop experiments across sensor-array configurations and excitation modes demonstrate sequence-averaged position errors of \SI{10.80}{\milli\meter}--\SI{15.57}{\milli\meter}, a fastest update rate of \SI{14.49}{\hertz}, and a median solver runtime of \SI{172.00}{\micro\second}. A perturbation-based error propagation analysis further identifies inter-sensor inconsistency and dipole-model mismatch as the dominant accuracy limits, thereby informing future sensor array and magnetic source design for further reducing pose-estimation error.
• Abstract（参考訳）: 埋め込まれた磁気トラッキングは、体内医療機器の遠隔ナビゲーションに非常に魅力的な可能性を持っている。 しかし、既存の6自由度ポーズ回復アプローチは、しばしば事前校正されたワークスペースフィールドマップや反復非線形最適化を必要とする。 本文は, 局所磁場と勾配テンソルを推定するために, 小型磁気センサアレイを組込み準勾配計として使用する閉形追跡フレームワークである, 重力計に基づく電磁局在システム(GELS)を提示する。 これらの量は、ソースと配列間の変位とオイラーの同質な関係によってマッピングされ、そこから少なくとも3つの非線形ソースを用いて、配列の向きと位置を複数ソースのProcrustes登録が復元する。 このアルゴリズムは、既知のソース位置と配列幾何学を必要とするが、事前校正されたワークスペースフィールドマップ、初期ポーズ推定、または校正された励起ソースモーメントは存在しない。 復元されたポーズはまた、移動磁気参照フレームとして機能することにより、概念のサブレベルダイポールローカライゼーションタスクを可能にする。 センサアレイ構成と励起モードのベンチトップ実験により、平均位置誤差は \SI{10.80}{\milli\meter}--\SI{15.57}{\milli\meter} 、最速更新レートは \SI{14.49}{\hertz} 、中央ソルバランタイムは \SI{172.00}{\micro\second} である。 摂動に基づく誤差伝搬解析により、センサ間不整合と双極子モデルミスマッチを優位な精度限界として同定し、将来のセンサアレイおよび磁気源設計に報知し、さらにポーズ推定誤差を低減させる。

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