光学定位系统集成所面临的挑战本文介绍了立体光学定位追踪系统的基本概念，以及通常如何定义精度和精确度。还提出了应用程序精度、系统本身精度以及精度真实性等概念，同时涵盖了对其他错误源的理解。立体光学定位系统基于立体的光学定位系统用于需要通过视觉目标（也称为基准点）测量实时位置和方向的应用中。标记定义为包含三个或三个以上基准的对象。使用光学追踪作为测量手段的例子很少，例如整形外科植入物的放置，医用手术导航，图像引导手术中手术器械的，机器人手术或放射学中患者运动的补偿，运动捕捉或工业零件检查等应用。具体而言，基于立体的光学定位系统由两个摄像头组成，两个摄像头彼此位移以与人类双目视觉相同的方式在场景中获得两个不同的视图。通过比较这两个图像，可以通过三角测量装置检索相对深度信息。立体光学定位系统经过优化，可以检测由红外反射材料或红外发光二极管（IR-LED）组成的基准。在可见光谱范围内工作可以减少对用户眼睛的干扰，并且由于外科手术的光电传感头不发射红外光，医用手术导航，因此产生的图像受到其他光源的影响也较小。AtracsysfusionTrack250立体光学定位系统，医用手术导航，包括（底部）由四个IR-LED组成的主动标记点和。 在神经外科，导航系统主要用于开颅手术。医用手术导航

    机器人用于在假体植入之前准确放置螺钉或切割/雕刻骨骼。通常，首先将标记固定在患者身上，以便机器人可以在解剖结构移动的情况下调整其运动。第二个标记以相对于末端执行器的已知姿势（机器人的远端位置，如钻或锯）放置在手术器械上。机器人将按照手术前或干预期间实现的计划进行操作。结果的质量主要取决于以下因素：•生态系统的真实性，包括光学系统的准确性、基准技术、标记的几何设计、•配准过程（数字解剖与物理解剖的对齐），•机器人视觉控制回路补偿患者运动的能力，较低的延迟不仅会提高反馈回路后机器人位置校正的准确性，而且还会使操作更快。结论在构建机器人应用程序时，考虑光学系统的性能很重要。但是，还应考虑机器人结构的实际效率，以及其他组件，如基准技术和标记的几何形状。配准过程也会对整体误差产生很大影响，应予以考虑。，应考虑人体工程学和可用性考虑，因为机器人在手术过程中肯定需要人工合作。 医用手术导航发轫于医生刚需的手术导航系统，仍在等待价值认定的“黄金时代”。

    光学跟踪仪器和电磁跟踪仪器是手术导航中常用到的两类三维定位导航设备，是手术导航和手术机器人系统中不可或缺的关键部分，在手术导航系统中起到了眼睛的作用。事实上，光学跟踪仪器和电磁跟踪仪器各有其优缺点和适用场景，不能一概而论。所以，具体选择哪种类型的仪器以及如何选型，是科研人员经常面对的问题，终需要根据自身应用场景作为依据加以选择。下文是发布在美国医学物理学会出版的《医学物理学》上的一篇论文，文章基于严谨的实验数据和科学计算，很好的回答了上述问题，供从业者参考。由于篇幅较长，这里翻译文章摘要，并附全文链接如下，还望大家包涵。论文题目《影像引导式腹腔镜手术中的电磁跟踪：与光学跟踪的比较以及组合式腹腔镜和腹腔镜超声系统的可行性研究》目的在图像引导腹腔镜检查中，通常采用光学跟踪，但是在文献中已经提出了电磁（EM）系统。在本文中，我们对用于图像引导腹腔镜手术的EM和光学跟踪系统进行了比较，并提出了结合EM跟踪腹腔镜和腹腔镜超声（LUS）图像引导系统的可行性研究。方法我们首先使用标准评估板评估带有两个光学（Atracsys&NDI）和两个EM的腹腔镜的跟踪准确性，该光学跟踪安装在轴上的回射标记，而EM将传感器嵌入近端。

    以了解神经系统的工作方式。果蝇是生物学上公认的一种研究动物，果蝇的大脑更是近来研究的主要目标对象。截至目前，已有八项诺贝尔奖授予了果蝇相关研究，这些研究推动了分子生物学、遗传学和神经科学的发展。果蝇研究的重大优势在于它们的大小：与老鼠大脑（1亿个神经元）、章鱼大脑（5亿个神经元）或人类大脑（1000亿个神经元）相比，果蝇大脑相对较小（只有10万个神经元）。这种优势使得研究人员更容易将果蝇大脑作为一个完整回路来研究。40万亿像素下的果蝇大脑重建，任何人都可以交互浏览。40万亿像素下的果蝇大脑自动重建谷歌在霍华德·修斯医学研究所的合作者将果蝇大脑切分成数千个40纳米的超薄切片，并且使用透射电子显微镜生成每个切片的图像（由此产生了40万亿像素以上的果蝇大脑影像），然后将2D图像排列对齐形成完整果蝇大脑的3D图像。这项研究用到了数千块谷歌CloudTPU和泛洪算法网络（Flood-FillingNetwork，FNN），后者能够自动跟踪果蝇大脑中的每个神经元。虽然该算法大体上运行良好，但研究人员发现，当对齐效果不完美（连续切片中的图像内容不稳定）或切片和成像过程存在问题导致多个连续切片缺失时，该算法的性能会下降。为了应对这些问题。 经过准确定位，电脑画面上会一一显示出来。

    我们的机器人可以自主识别‘感兴趣’的细胞，如细胞等。它们能做到这一点，这要归功于它们表面涂有一层细胞特异性抗体。然后，它们可以在移动时释放药物分子。”在这些测试中，该团队对机器人的速度进行了计算，发现其速度高达600微米/秒。这使得它们成为这种规模的磁力微型机器人中速度快的。研究人员表示，“成群”的微型机器人将能够在人体中发挥作用。这是因为单个机器人太小，用大多数的成像技术都无法看到，也无法独自携带足够的药物。虽然要让它们达到这个阶段还有很多工作要做，但该团队希望这项技术能够实现对一系列疾病的非侵入性精细。由生物或合成电机驱动的移动微机器人因其主动推进和可驾驶性而有望成为下一代动力（例如目标主动货物交付）和人体微操作应用的候选者。医疗微机器人领域在过去十年中取得了的进步。它们在人体内的应用主要限于表面组织（例如，眼睛内部），进入路线为相对容易的位置（如胃肠道和围肠腔），以及停滞或低速流体环境。微创管理和医疗微机器人的部署，以组织在人体内部的较深层位置，具有大量流体流动（例如循环/血管系统），仍然是对其未来在体内医疗应用中产生高影响力的重大挑战。循环系统是身体的天然流体运输网络。 从而有助于术前制定手术计划，确定手术路径。医用手术导航

还可用于培训年青医生，医学院的课堂教学等。医用手术导航

    正确定位骨科植入物的重要性在这篇文章中，我想强调在手术过程中正确定位骨科植入物的重要性。以髋关节为例，因为它是我熟悉的。简化的髋关节生物力学髋关节中的旋转中心和杠杆臂髋关节是经典的球窝关节，股骨头在骨盆的杯状髋臼中移动。髋部的几何形状允许以股骨头的中心为旋转中心在所有方向上进行旋转运动。这些运动是由于髋部肌肉作用于骨盆和股骨不同点的力引起的。有22块肌肉作用在髋关节上，不仅有助于稳定，而且还提供髋关节运动所需的力。由这些肌肉引起的所有力或力矩取决于髋部和/或杠杆臂的旋转中心的位置。图1：力矩，杠杆臂摘要：如果旋转中心和股骨杠杆臂不对称，则双髋肌肉的作用将不相似。髋关节的重要角度髋关节的几个角度很重要，以确保稳定性和运动范围。在骨盆侧，髋臼的方向因人而异。角度位置包括髋臼（或杯）的前倾角和倾斜角（外展角）。不同的研究侧重于定义前倾角和倾斜角的值，其中脱位风险小。外科医生将尝试通过尊重这些角度来植入杯子。图2：髋臼角度在股骨一侧，颈部相对于膝盖有一个角度。所谓的股骨版本，是有些人走路时脚趾内翻或外翻的原因之一。股骨前倾是股骨的自然旋转。颈部与膝盖（后髁轴）成15°角。由于附着在股骨上的肌肉。 医用手术导航

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