광학 수술 내비게이션 시스템은 복잡한 미세 침습 수술에서 환자의 생리적 떨림, 장비 진동 및 영상 잡음 등 다양한 간섭원에 의해 위치 떨림과 궤적 불연속 현상이 발생하기 쉽다. 이러한 다중 간섭원으로 인한 잡음과 시스템 모델 불확실성으로 인한 시스템 안정성 부족 문제를 해결하기 위해 자기적응 강추적 필터링에 기반한 수술 기구 위치 추적 및 유도 방법을 제안하여 광학 수술 내비게이션 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상시켰다. 위치 영역에서는 오차 통계에 기반한 잡음 행렬의 자기적응 조정을 사용하는 강추적 칼만 필터를 적용하여 급격한 잡음 및 드리프트 억제 능력을 강화하였고, 자세 영역에서는 선형화 오차를 방지하고 쿼터니언 정규화를 유지하는 무티팅 칼만 필터를 사용하였다. 평활 효과를 더욱 향상시키기 위해 위치 입력부에 이동평균 전처리를 추가하여 저주파 정상 상태 안정성과 고주파 억제 능력을 결합하였다. 실험 결과 제안된 방법은 관련 문헌 방법에 비해 종합 성능이 현저히 우수함을 보여주었다. 자세 추적에서는 각도 평균제곱근 오차가 비교 방법 대비 50%~79% 감소하였고, 위치 추적에서는 전체 추세 잔차가 칼만 필터 대비 5%~20% 추가 감소하여 고주파 잡음 억제와 동적 응답 안정성에서 최적 균형을 달성하였다. 본 논문에서 제안한 방법은 미세한 교란 억제, 자세 안정성 및 잡음 자기적응성 측면에서 우수한 실험적 결과를 달성하여 고정밀 의료 내비게이션의 이론적 기초를 제공한다.

광학 수술 내비게이션; 수술 기구 위치 추적; 칼만 필터; 잡음 억제