自适应强跟踪算法在手术器械定位中的应用

光学手术导航系统在复杂微创操作中易受术者生理性震颤、设备振动与成像噪声等多源干扰影响，导致定位抖动与轨迹不连续。针对上述多源干扰引入的噪声以及系统模型不确定性所导致的系统稳定性不足的问题，提出一种基于自适应强跟踪滤波的手术器械定位与引导方法，以提升光学手术导航系统的稳定性与可靠性。位置域采用基于误差统计自适应调整噪声矩阵的强跟踪卡尔曼滤波，可增强对突变噪声与漂移的抑制能力；姿态域采用四元数无迹卡尔曼滤波，以避免线性化误差并保持四元数归一化。为进一步提升平滑效果，在位置输入端加入滑动平均预处理，实现低频稳态性与高频抑制能力的结合。实验结果表明，所提方法在综合性能上显著优于相关文献方法。在姿态跟踪方面，角度均方根误差相比对比方法降低了50%~79%；在位置跟踪方面，总体趋势残差较卡尔曼滤波进一步降低了5%~20%，实现了高频噪声抑制与动态响应稳定性的最佳平衡。本文提出的方法在微小扰动抑制、姿态稳定性和噪声自适应性方面均取得了显著的实验结果，为高精度医疗导航提供了理论基础。