如何選擇用于手術導航的光學追蹤與電磁追蹤儀器？如何選擇用于手術導航的光學追蹤與電磁追蹤儀器？來源：舜若科技[SunyaTech]光學追蹤儀器和電磁追蹤儀器是手術導航中常用到的兩類三維定位導航設備，是手術導航和手術機器人系統中不可或缺的關鍵部分，在手術導航系統中起到了眼睛的作用。事實上，光學追蹤儀器和電磁追蹤儀器各有其優缺點和適用場景，不能一概而論。所以，具體選擇哪種類型的儀器以及如何選型，是科研人員經常面對的問題，終需要根據自身應用場景作為依據加以選擇。下文是發布在美國醫學物理學會出版的《醫學物理學》上的一篇論文，文章基于嚴謹的實驗數據和科學計算，很好的回答了上述問題，供從業者參考。由于篇幅較長，這里翻譯文章摘要，并附全文鏈接如下，還望大家包涵。論文題目《影像引導式腹腔鏡手術中的電磁追蹤：與光學追蹤的比較以及組合式腹腔鏡和腹腔鏡超聲系統的可行性研究》目的在圖像引導腹腔鏡檢查中，通常采用光學追蹤，但是在文獻中已經提出了電磁（EM）系統。在本文中，我們對用于圖像引導腹腔鏡手術的EM和光學追蹤系統進行了比較，并提出了結合EM追蹤腹腔鏡和腹腔鏡超聲（LUS）圖像引導系統的可行性研究。
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基準技術（例如質量和制造可重復性，基準相對于相機的角度響應），基準點的固定（例如，插入的可重復性，基準點和標記之間的機械松弛），標記的制造（例如制造的可重復性或幾何校準的質量），標記的相對姿勢，標記的速度和整體延遲，缺少局部遮擋，與術前現場登記相關的殘留錯誤，術前測量/成像儀的準確性，外科醫生指出解剖學界標不準確。特別是對于光學追蹤系統，固有追蹤精度高度取決于：相機的分辨率，基線（攝像機之間的距離），堅固性（機械，熱和老化穩定性），在工作空間中基準點的位置和角度，圖像處理算法的質量。FusionTrack250的校準和準確性先進的光學追蹤系統已在工廠進行了校準。該過程包括在20°C下在整個測量體積中將單個基準步進移動2000個點以上。由于使用坐標測量機（CMM）精確測量了點的位置，因此每個設備的校準參數都經過了精細調整。通常，CMM校準的精度比棋盤格校準或其他標準的原位處理精度高十倍。下圖說明了FusionTrack250的典型固有精度。實際上，當執行在，期望的均方根（RMS）精度為90μm。光學追蹤系統的典型精度數字請注意，工作容積內的誤差不是各向同性的（[X，Y]和Z的誤差有所不同）。在整個工作空間中。 靜安區光學定位儀器河北光學定位醫療儀器設備價格，可以咨詢位姿科技（上海）有限公司；
光學導航系統的測量類型編輯語音已經發展的光學導航系統的測量類型分為下面幾類:圖像信息測量圖像信息測量主要是指利用導航相機獲得天體中心、天體邊緣和天體表面可視導航目標的圖像，用于光學導航。如深空1號，利用MICAS對小行星和背景星進行光學測量，獲得小行星和背景星的圖像信息。美國JPL實驗室的Bhaskaran等提出的繞飛小天體的軌道確定是利用導航相機觀測的小天體邊緣圖像。日本的MUSES-C任務是利用導航相機對小行星表面的可視著陸目標進行拍照。角度信息測量角度信息測量指對己知天體視線夾角的測量。如1)SS-ANARS(空間六分儀)，利用空間六分儀的基準，測量恒星與地球和月球邊緣的夾角;2)TAOS計劃中的MANS自主導航系統，計算太陽、月球和地心矢量之間的夾角;3)AGN(自主制導和導航系統)測量探測器與行星和恒星的夾角；天文導航中的近天體/探測器/遠天體夾角測量、近天體/探測器/近天體夾角測量及探測器對近天體視角的測量。視線信息測量視線信息測量指對己知天體中心或者目標天體表面的特征點視線方向的測量。如1)林肯實驗衛星(LES)，測量太陽矢量和地心矢量；2)德克薩斯大學(TexasUniversity)的Tucknese等提出的月球探測轉移段的自主導航系統。
圖像的光照射在半導體表面上，光子被吸收產生“光生電子”。該電子數正比于受光強度，從而實現了光電轉換。輸出脈沖的順序可以反映出光敏元件的位置，這就起到圖像傳感的作用。如果希望對圖像進行計算機處理，CCD是很好的攝像器件，可以將拍攝的圖像信息精確的轉換為數字信號。CCD電荷耦合器件自70年代出現后，不斷完善，發展很快，出現了很多的CCD芯片。它們突出的優點是工作穩定、重量輕、功耗低、抗干擾性強、壽命長，主要被應用于各種攝像設備中［7］。由于CCD體積小，因此在內窺鏡中和介入型治療儀器中，作為攝像部件可直接放入人體內攝取信號，再將傳出的信號由屏幕顯示出來，方便操作者直接看到病人體內的圖像，使形態變的診斷和定位變得非常清楚、可靠。4.醫用光學傳感器的發展方向由于半導體技術已進入了超大規模集成化階段，對醫用光學傳感器的各種制造工藝和材料性能的研究已達到相當高的水平。因此可以預測它正向著傳感器的固態化、集成化和多功能化、二維、三維的空間測量和智能化方向發展。我們可以想象將來有，人們可以利用光纖和先進的半導體激光器件開發出多信息超小型傳感器陣列，再利用多種信息同時測量技術。太原光學定位儀器公司，位姿科技（上海）有限公司；
非線性光學顯微鏡利用受散射影響較小的較長波長激發，而光學相干斷層掃描進一步利用相干時間門控來拒絕散射光子，但活組織中可實現的成像深度仍約為1-2毫米。另一方面，已經建議基于自適應光學或波前成形的方法來突破這個深度障礙，盡管在超過1毫米的深度的體內適用性仍然具有挑戰性。▲圖1.漫射光學定位成像(DOLI)的概念和微滴的表征。(a)DOLI設置的布局。單色激光束通過SWIR相機檢測到的背向散射熒光照射隱藏在散射介質后面的熒光目標。(b)用商業明場顯微鏡捕獲的微滴的WF圖像。(c)微滴直徑分布的直方圖。(d)定位和圖像形成工作流程。(e)用于測量PSF對散射介質中目標深度的依賴性的實驗裝置。(f)用SWIR相機捕獲的微流控芯片的WF圖像。(g)記錄的熒光點大小（線輪廓的FWHM）作為目標深度的函數；顯示了原始數據和曲線擬合。具有光學對比度的深層組織成像也可以通過結合光和聲的混合方法來完成。特別是，與光相比，超聲波在軟生物組織中幾乎沒有散射，因此提出了幾種聲光方法，采用聚焦超聲來調制相干光并在混濁樣品內產生頻移光源。然后，散射波前的檢測用于通過時間反轉光學相位共軛將光重新聚焦到聲學焦點。然而，這些方法受到活組織中毫秒級散斑去相關時間的影響。
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這就是新型的光學機械——籠式結構出現的原始動力應運而生。新一代的光學機械出現——籠式結構德國Linos公司在1960年前后提出了籠式結構的雛形，命名為Microbench，于1990年推向市場，如圖5所示。圖5Linos的固定光軸高度40mmLinos的Microbench的基本理念：光軸是以光學平臺為基準。從圖5中可以發現，系統中的元件利用機械加工的精度，保證了同軸，是有基準系統的。2000年以前，Linos公司在市場中都是一枝獨秀，非常受歡迎。但是Linos的籠式結構也有其局限性：這種結構的光軸高度只有40mm，用戶在使用該結構時，會受到限制。在歐洲的光電展上作者了解到，有很多用戶和Linos公司工作人員反映過光軸高度40mm過低的問題，包括作者本人也是反映了多次。需求是大的創新動力，美國Thorlabs（索雷博）公司在2000年以后推出了自己的籠式結構，使用支桿把系統調整到用戶所需要的高度，如圖6。圖6索雷博解決光軸高度的方案索雷博的這一方案立即受到客戶青睞，并一步步占領了歐美市場，推出了更多系統。圖7Linos的解決方案（光軸高度提高到100mm）2008年左右，Linos公司推出了100mm光軸高度的解決方案，如圖7所示。他們通過使用一根80mm以上的螺栓固定，然而該方案卻沒有得到用戶認可。海南光學定位廠家
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