惯性传感手术导航:自适应解决遮挡与磁场干扰
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更新于2024-08-28
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"本文介绍了一种基于惯性传感的自适应手术导航方法,适用于介入式内窥手术,旨在解决手术器械的实时定位问题。这种方法旨在同时克服光学定位和电磁定位的局限性,如视线遮挡和对磁场干扰的敏感性。文章深入探讨了传感器干扰在姿态估计和位置定位中的影响,并提出改进的抗干扰技术。实验结果显示,在磁干扰环境下,姿态估计误差小于3°,位置测量误差不超过4 mm,这些指标满足了临床应用的需求。关键词包括传感器、内窥手术、惯性传感、磁干扰和自适应处理。"
在介入式内窥手术中,精确的手术器械定位至关重要,这直接影响到手术的精度和安全性。传统的定位技术,如光学定位(OPT),依赖于视觉系统,容易受到视线遮挡的影响,导致定位区域受限。另一方面,电磁定位(EMT)虽然可以实现无视线限制的定位,但对环境磁场的变化非常敏感,容易受电磁干扰导致定位不准确。
基于惯性传感的手术导航方法提供了一种新的解决方案。惯性传感器,如加速度计和陀螺仪,能连续监测手术器械的运动状态,包括速度、加速度和角度变化,从而推算出器械的位置。这种技术的优点在于它不依赖外部参考信号,能够在相对封闭的手术环境中稳定工作。
然而,惯性传感器自身的漂移和噪声问题会导致定位误差积累,尤其是在长时间操作或存在外界干扰(如磁干扰)的情况下。因此,文章针对这些问题进行了深入研究,提出了改进的抗干扰技术,以提高姿态估计和位置定位的准确性。在实际实验中,即使在存在磁干扰的条件下,所提出的自适应处理策略也能够将姿态估计误差控制在3°以内,位置测量误差保持在4 mm的范围内,这些性能指标表明该方法具有很高的临床应用价值。
这项工作的贡献在于开发了一种自适应的惯性传感导航技术,它能够有效应对光学和电磁定位的挑战,为介入式内窥手术提供更可靠、更精确的手术器械定位服务,有助于提升手术的安全性和效率。未来的研究可能会进一步优化抗干扰算法,以适应更复杂和动态的手术环境。
2022-01-29 上传
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