Aplicación del algoritmo de seguimiento fuerte adaptativo en la localización de instrumentos quirúrgicos

YIN Lei ,  

GENG Hanhan ,  

WANG Jiaqi ,  

MIAO Yu ,  

SHI Weili ,  

JIANG Zhengang ,  

摘要

El sistema de navegación quirúrgica óptica en operaciones microinvasivas complejas es susceptible a interferencias múltiples como temblores fisiológicos del paciente, vibraciones del equipo y ruido de imagen, lo que causa oscilaciones en la localización y discontinuidades en la trayectoria. Frente al problema de insuficiente estabilidad del sistema debido al ruido generado por múltiples fuentes de interferencia y a la incertidumbre del modelo del sistema, se propone un método de localización y guiado de instrumentos quirúrgicos basado en un filtrado de seguimiento fuerte adaptativo para mejorar la estabilidad y confiabilidad del sistema de navegación quirúrgica óptica. En el dominio de posición se utiliza un filtro de Kalman de seguimiento fuerte con ajuste adaptativo de la matriz de ruido basado en estadísticas de error, que mejora la supresión del ruido abrupto y la deriva; en el dominio de actitud se usa un filtro de Kalman sinrazonador con cuaterniones, para evitar errores de linealización y mantener la normalización de los cuaterniones. Para mejorar aún más el efecto de suavizado, se añade un preprocesamiento de promedio móvil en la entrada de posición, logrando una combinación de estabilidad en estado estacionario de baja frecuencia y capacidad de supresión de alta frecuencia. Los resultados experimentales muestran que el método propuesto supera significativamente los métodos relacionados en rendimiento integral. En el seguimiento de actitud, el error cuadrático medio angular se reduce entre un 50 % y 79 % en comparación con métodos comparativos; en el seguimiento de posición, el residuo total de la tendencia se reduce entre un 5 % y 20 % respecto al filtro de Kalman, logrando un equilibrio óptimo entre la supresión del ruido de alta frecuencia y la estabilidad de la respuesta dinámica. El método propuesto logra resultados experimentales significativos en la supresión de pequeñas perturbaciones, estabilidad de actitud y adaptabilidad al ruido, proporcionando una base teórica para la navegación médica de alta precisión.

关键词

navegación quirúrgica óptica; localización de instrumentos quirúrgicos; filtro de Kalman; supresión de ruido

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