Optische chirurgische Navigationssysteme sind bei komplexen minimalinvasiven Eingriffen anfällig für physiologische Tremor des Patienten, Gerätevibrationen und Bildrauschen, was zu Positionsstabilitätsproblemen und inkontinuierlichen Bahnen führt. Zur Lösung des Problems unzureichender Systemstabilität durch Rauschen verschiedener Störquellen und Unsicherheiten im Systemmodell wird eine Methode zur Positionierung und Führung chirurgischer Instrumente auf Basis eines adaptiven starken Tracking-Filters vorgeschlagen, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des optischen chirurgischen Navigationssystems zu verbessern. Im Positionsbereich wird ein starker Tracking-Kalman-Filter mit adaptiver Anpassung der Rauschmatrix basierend auf Fehlerstatistiken verwendet, um die Unterdrückung von Sprungrauschen und Drift zu verstärken; im Lagebereich wird ein quaternionenbasierter ungewichteter Kalman-Filter eingesetzt, um Lineariserungsfehler zu vermeiden und die Quaternionennormalisierung beizubehalten. Zur weiteren Glättungsverbesserung wird an den Positions-Eingang eine gleitende Mittelwertvorverarbeitung hinzugefügt, die eine Kombination aus niederfrequenter Stabilität im stationären Zustand und hochfrequenter Unterdrückungsfähigkeit erreicht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Methode die relevanten Literaturmethoden hinsichtlich der Gesamtleistung deutlich übertrifft. Bei der Lageverfolgung wird der quadratische Mittelwertfehler der Winkel im Vergleich zu Vergleichsmethoden um 50 % bis 79 % reduziert; bei der Positionsverfolgung wird der gesamte Trendrest gegenüber dem Kalman-Filter um weitere 5 % bis 20 % verringert, wodurch ein optimales Gleichgewicht zwischen hochfrequenter Rauschunterdrückung und dynamischer Reaktionsstabilität erzielt wird. Die vorgeschlagene Methode erzielt herausragende experimentelle Ergebnisse bei der Unterdrückung kleiner Störungen, der Lage-Stabilität und der Rauschadaptiveität und bietet die theoretische Grundlage für die hochpräzise medizinische Navigation.

optische chirurgische Navigation; Positionierung chirurgischer Instrumente; Kalman-Filter; Rauschunterdrückung