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如何选择用于手术导航的光学追踪与电磁追踪仪器？如何选择用于手术导航的光学追踪与电磁追踪仪器？来源：舜若科技[SunyaTech]光学追踪仪器和电磁追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，光学追踪仪器和电磁追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追踪：与光学追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，通常采用光学追踪，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和光学追踪系统进行了比较，并提出了结合EM追踪腹腔镜和腹腔镜超声（LUS）图像引导系统的可行性研究。山西光学测量系统，可以咨询位姿科技（上海）有限公司；石景山区光学测量联系电话

光学被动消热差设计实现了光学系统-40℃~60℃温度范围内的无热化设计。对目标进行探测除了需要高性能的光学设计外，对目标的辐射特性以及大气传输特性的研究也十分必要。论文[3]针对现有空基红外系统对作用距离的影响因素考虑较少的问题，开展空寂红外系统作用距离建模研究，构建了综合目标辐射特性、大气温度和红外系统高度等因素的探测模型，在指导小目标探测系统设计方面具有一定的应用前景。与对空探测相比，采用航空光学成像的手段对海探测是近年来新兴的热点。论文[4]考虑了对海成像和海上目标识别的应用需求，建立了海面微面元的偏振双向反射分布函数模型。与传统的红外强度成像相比，红外偏振成像可以提供更多海面细节信息，目标与海面的偏振特性差异更加明显，对比度更高。光学系统在制造过程中需要对光学元件的面型进行检测。通常依靠干涉测量技术实现这一目的。论文[5]提出了一种针对传统窗口傅里叶变换相位提取算法中选取小尺寸窗口线性相位误差的改进方法，确定了可使线性相位误差度达到比较大的比较好窗口尺寸选取原则，线性误差程度得到了明显提高。与单一波段的成像相比，光谱成像能够获得更丰富的景物信息，在应用中越来越受到重视。长宁区光学测量医用仪器云南光学测量系统，可以咨询位姿科技（上海）有限公司；

这就是新型的光学机械——笼式结构出现的原始动力应运而生。新一代的光学机械出现——笼式结构德国Linos公司在1960年前后提出了笼式结构的雏形，命名为Microbench，于1990年推向市场，如图5所示。图5Linos的固定光轴高度40mmLinos的Microbench的基本理念：光轴是以光学平台为基准。从图5中可以发现，系统中的元件利用机械加工的精度，保证了同轴，是有基准系统的。2000年以前，Linos公司在市场中都是一枝独秀，非常受欢迎。但是Linos的笼式结构也有其局限性：这种结构的光轴高度只有40mm，用户在使用该结构时，会受到限制。在欧洲的光电展上作者了解到，有很多用户和Linos公司工作人员反映过光轴高度40mm过低的问题，包括作者本人也是反映了多次。需求是大的创新动力，美国Thorlabs（索雷博）公司在2000年以后推出了自己的笼式结构，使用支杆把系统调整到用户所需要的高度，如图6。图6索雷博解决光轴高度的方案索雷博的这一方案立即受到客户青睐，并一步步占领了欧美市场，推出了更多系统。图7Linos的解决方案（光轴高度提高到100mm）2008年左右，Linos公司推出了100mm光轴高度的解决方案，如图7所示。他们通过使用一根80mm以上的螺栓固定，然而该方案却没有得到用户认可。

并得出如下结论:1)非线性小二乘方法可以很好地回避多阵测量不确定点问题,避免状态估计对先验知识的要求,可以作为光学浮标联合定位的主要方法。2)滑窗时间设置与目标机动的快慢有关,反应了浮标阵目标机动识别和要素估计精度的矛盾:滑窗时间越大,对定向定速目标估计精度越高,但定位惯性较大,对机动目标定位的灵敏度越弱;滑窗时间小则会影响定位精度,但对机动目标的灵敏度高。实际工程化过程中可根据无人水下航行器的航行速度范围选择滑窗时间。3)浮标布置为正多边形,可使目标在视界的机动形式不会对定位精度造成较大影响,定位的平均效果好,因此当不确定目标在视界内的航向时,建议浮标按照正多边形布置。4)实际工程中设备误差大多以多种形式呈现,部分设备在技术上的误差难以用正态分布来近似,可能以均匀分布近似或在统计学上表现出较强的“厚尾效应”,多种误差叠加的系统总体指标采用数学解析的方法进行分析相当困难,此时可采用蒙特卡罗仿真的手段获得系统的数值指标为后续工程化提供较为详细的数据支撑。福建光学测量系统，可以咨询位姿科技（上海）有限公司；

  从节点浮标按照自身序号信息在收到同步码后延迟预定时隙广播自身位置和探测目标的方位信息,主浮标累积该信息,以120s为周期随同步码广播利用累积信息计算的目标运动参数及自身位置,各浮标接收该信息后进行空间对准并获取目标位置。母船应按照正多边形布置浮标,若浮标自带动力可航行,各浮标航路终点的拓扑结构为正多边形。按照测量孔径原理,浮标的优布置位置呈直线等间隔布置且直线方向与目标航向一致,这种布置能保证测量精度达到优,但实际使用时目标航向是未知的,在这种条件下,优的拓扑结构仍为正多边形布置,原因如下:1)保证目标以任何航向航行或机动时,浮标阵的综合孔径大;2)若浮标无动力,可大程度节约布放母船的航行距离,若浮标有动力,可大程度节约多个浮标总体的航行距离,有利于浮标同时出水工作;3)各浮标综合通信距离短,有利于各浮标的无线自组织网络构建。图4多光学浮标联合定位信息流程图4联合定位计算结果与分析非线性小二乘法定位效果理论上可采用Cramer-Rao界值分析,即式(5)中H(tk)TH(tk)矩阵的逆矩阵主对角线元素[12]。实际工程中,定位误差不来源于测量的随机误差,也来源于,是各误差综合叠加的结果,很难以数学解析的形式描述。重庆光学测量系统，可以咨询位姿科技（上海）有限公司；丰台区光学测量联系地址

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现已成为无线定位技术研究的热点。目前市面上的虚拟现实仿真定位技术产品主要是：GPS卫星定位、红外定位、激光定位、低功耗蓝牙定位、WiFi定位、超声波定位还有ZigBee定位等等。以下就常用的技术产品简单的介绍：一、GPS卫星定位技术GPS卫星定位技术是应用广的室外定位技术。GPS系统的基本原理在于利用由多颗工作卫星所组成的太空部分，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。其拥有全球范围的有效覆盖面积，系统比较成熟，定位服务比较完备，而且，可谓是非常理想的室外定位系统。但是其缺点也相当明显：信号受建筑物影响较大，衰弱很大，定位精度相对较低。而且在航线控制区域，它甚至会完全没有信号。所以在VR和精细的飞行器控制方面的应用非常有限。二、红外光学定位应用这类定位技术具性的产品有OptiTrack的光学定位摄像头（诺亦腾的定位方案）。这类定位方案的基本原理简单的说就是利用多个红外发射摄像头、对室内定位空间进行覆盖，在被追踪物体上放置红外反光点（就是我们看到的），通过捕捉这些反光点反射回摄像机的图像，确定其在空间中的位置信息。这类定位系统有着非常高的定位精度，如果使用帧率很高的摄像头的话，延迟也会非常微弱。石景山区光学测量联系电话

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