光学手術ナビゲーションシステムは、複雑な低侵襲操作において、被検者の生理的振戦、機器の振動および画像ノイズなどの多様な干渉源の影響を受けやすく、位置の揺れや軌跡の不連続が生じる。上述の多様な干渉源によるノイズおよびシステムモデルの不確実性に起因するシステムの安定性不足の問題に対し、適応型強追跡フィルタに基づく手術器具の位置決めおよび誘導手法を提案し、光学手術ナビゲーションシステムの安定性と信頼性の向上を図った。位置領域では誤差統計に基づくノイズ行列の適応調整を行う強追跡カルマンフィルタを用い、突発的なノイズやドリフトの抑制能力を高める。姿勢領域では、線形化誤差を回避し四元数の正規化を維持するために四元数無跡カルマンフィルタを採用した。さらに平滑化効果を向上させるために、位置入力端に移動平均の前処理を追加し、低周波定常性と高周波抑制能力の組み合わせを実現した。実験結果は提案手法が関連文献の手法に比べ、総合性能で著しく優れていることを示した。姿勢追跡では角度の二乗平均平方根誤差が対比較法に対して50％～79％低減し、位置追跡では全体的な残差がカルマンフィルタに比べ5％～20％さらに低減し、高周波ノイズ抑制と動的応答安定性の最適なバランスを達成した。本論文で提案する手法は微小擾乱抑制、姿勢安定性および雑音の適応性において顕著な実験結果を得ており、高精度医療ナビゲーションの理論的基盤を提供する。

光学手術ナビゲーション; 手術器具位置決め; カルマンフィルタ; 雑音抑制