光学手術ナビゲーションシステムは、複雑な低侵襲手術において、術者の生理的振戦、機器の振動、画像ノイズなど複数の干渉源の影響を受けやすく、位置の揺れや軌跡の不連続を引き起こす。これらの多元的な干渉源によるノイズおよびシステムモデルの不確かさに起因するシステムの安定性不足の問題に対応するため、適応型強追跡フィルタに基づく手術器具の位置特定および誘導方法を提案し、光学手術ナビゲーションシステムの安定性と信頼性を向上させる。位置領域では、誤差統計に基づきノイズ行列を適応的に調整する強追跡カルマンフィルタを用いて、突発的なノイズやドリフトの抑制能力を強化し、姿勢領域では四元数を用いた非線形カルマンフィルタを用いて線形化誤差を回避し、四元数の正規化を保持する。平滑化効果をさらに高めるために、位置入力端にスライディング平均の前処理を加え、低周波の定常性と高周波の抑制能力の融合を実現した。実験結果は、提案手法が関連文献の手法に比べ総合的な性能で著しく優れていることを示した。姿勢追跡では、角度の平均二乗根誤差が比較手法に対し50%～79%低減し、位置追跡では全体の傾向残差がカルマンフィルタよりも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実現した。本論文で提案した手法は、微小な摂動抑制、姿勢の安定性およびノイズ適応性の面で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;手術器具位置特定;カルマンフィルタ;ノイズ抑制