光學定位系統(tǒng)集成所面臨的挑戰(zhàn)

本文介紹了立體光學定位追蹤系統(tǒng)的基本概念，以及通常如何定義精度和精確度。還提出了應(yīng)用程序精度、系統(tǒng)本身精度以及精度真實性等概念，同時涵蓋了對其他錯誤源的理解。立體光學定位系統(tǒng)基于立體的光學定位系統(tǒng)用于需要通過視覺目標（也稱為基準點）測量實時位置和方向的應(yīng)用中。標記定義為包含三個或三個以上基準的對象。使用光學追蹤作為測量手段的例子很少，例如整形外科植入物的放置，圖像引導手術(shù)中手術(shù)器械的，機器人手術(shù)或放射學中患者運動的補償，運動捕捉或工業(yè)零件檢查等應(yīng)用。具體而言，基于立體的光學定位系統(tǒng)由兩個攝像頭組成，兩個攝像頭彼此位移以與人類雙目視覺相同的方式在場景中獲得兩個不同的視圖。通過比較這兩個圖像，可以通過三角測量裝置檢索相對深度信息。立體光學定位系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化，可以檢測由紅外反射材料或紅外發(fā)光二極管（IR-LED）組成的基準。在可見光譜范圍內(nèi)工作可以減少對用戶眼睛的干擾，并且由于外科手術(shù)的光電傳感頭不發(fā)射紅外光，因此產(chǎn)生的圖像受到其他光源的影響也較小。AtracsysfusionTrack250立體光學定位系統(tǒng)，包括（底部）由四個IR-LED組成的主動標記點和。

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    準確度是指測量與基礎(chǔ)事實的接近程度，而精確度是指同一項目的測量彼此之間的接近程度。這樣，精度和準確性都是的。換句話說，可能非常準確，但不是非常精確，反之亦然。達到比較好測量的準確度和精度都很高。飛鏢盤是演示精度和準確性之間差異的經(jīng)典方法。盤中心是準心。飛鏢降落到離中心距離越近，其精度就越高。（左）如果飛鏢緊密地散布在中心附近，則既精確又精確。（中）如果所有的飛鏢都靠得很近，但是離中心很遠，即是精度，而不是準確度。（右）如果飛鏢既不靠近中心也不彼此靠近，則既沒有精度也沒有準確度。根據(jù)標準ISO5725-1，光學追蹤精度定義為真實性和精度的組合。真實度是測量值與真實位置之間的差；它通常由重復(fù)測量的平均值表示，通常指系統(tǒng)誤差。精度是可重復(fù)性的度量；它通常由重復(fù)測量的標準偏差表示，指的是隨機誤差和噪聲。表述上通常將高度依賴于空間中測量位置的光學追蹤系統(tǒng)的精度和準確度誤差定義為基準定位誤差（FLE）。光學追蹤系統(tǒng)的準確性術(shù)語“準確性”通常用于描述光學追蹤技術(shù)。但其應(yīng)用和定義可能不一致。首先必須在應(yīng)用精度和固有光學追蹤系統(tǒng)精度之間進行區(qū)分。應(yīng)用程序準確性包括許多錯誤源：光學追蹤系統(tǒng)的固有精度（例如。

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  相對于設(shè)備的工作空間中的測量位置），基準技術(shù)（例如質(zhì)量和制造可重復(fù)性，基準相對于相機的角度響應(yīng)），基準點的固定（例如，插入的可重復(fù)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(fù)性或幾何校準的質(zhì)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(shù)前現(xiàn)場登記相關(guān)的殘留錯誤，術(shù)前測量/成像儀的準確性，外科醫(yī)生指出解剖學界標不準確。特別是對于光學追蹤系統(tǒng)，固有精度高度取決于：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(wěn)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(zhì)量。FusionTrack250的校準和準確性先進的光學系統(tǒng)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(shè)備的校準參數(shù)都經(jīng)過了精細調(diào)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(zhí)行在，期望的均方根（RMS）精度為90μm。光學系統(tǒng)的典型精度數(shù)字請注意，工作容積內(nèi)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。

    3D融合成像可改善冠狀動脈疾病的診斷根據(jù)《放射學》雜志上2020年發(fā)表的一項新研究，結(jié)合計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像MRI的一項新技術(shù)可以增強冠狀動脈疾病的診斷，并幫助為患有該疾病的患者確定合適的治療方法：心胸成像。研究的圖4。一個65歲男子的照片（患者6）。（a）心臟MRI灌注顯示左/前降支動脈/左回旋支動脈（*）引起的前/前外側(cè)壁灌注不足。（b）CT冠狀動脈造影。（c）冠狀動脈造影，左前斜投影，尾角成角。（d）三維圖像融合有助于完善診斷：灌注缺陷（*）可能是由狹窄的對角分支及其條帶支架的側(cè)分支引起的。研究的圖4。一個65歲男子的照片（患者6）。（a）心臟MRI灌注顯示左/前降支動脈/左回旋支動脈（*）引起的前/前側(cè)壁血流灌注不足。（b）CT冠狀動脈造影。（c）冠狀動脈造影，左前斜投影，尾角成角。（d）三維圖像融合有助于完善診斷：灌注缺陷（*）可能是由狹窄的對角分支及其條帶支架的側(cè)分支（箭頭）引起的?；仡櫺缘兀部梢栽贑T冠狀動脈造影和冠狀動脈造影（分別為b和c的箭頭）中發(fā)現(xiàn)指定的病變。CTFFR=CT衍生的部分流量儲備，LGE=enhancement晚期增強。圖片由RSNA，放射學提供。根據(jù)疾病控制與預(yù)防中心（CDC）的資料。

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    意大利人對虛擬現(xiàn)實和乳腺的項研究顯示了可喜的結(jié)果2020年1月21日-根據(jù)近的一項研究，化療期間的虛擬現(xiàn)實已被證明可以改善乳腺患者在緊張的過程中的生活質(zhì)量。迄今為止，乳腺是全世界常見的疾病，并且從生理和心理的角度來看都具有影響。進行乳腺診斷是一項挑戰(zhàn)，它是一種從診斷開始就引起嚴重壓力的創(chuàng)傷，經(jīng)常表現(xiàn)為焦慮和抑郁。學和醫(yī)學療法的進步，例如新的化療藥物，使的生存率達到了90％。盡管現(xiàn)代已部分減輕了對健康和生活質(zhì)量的副作用，但是女性經(jīng)歷了這些療法的折磨，這些療法有時會對產(chǎn)生條件性反應(yīng)（例如預(yù)期性焦慮），從而降低了女性對的依從性（常見要求減少劑量或中斷），以及因此而產(chǎn)生的藥物本身的有效性以及生存期。近年來，在從診斷到住院以及化療輸注的各個階段中，已對乳腺患者實施了幾種心理干預(yù)措施。在技術(shù)工具支持的心理干預(yù)措施中，意大利進行的項旨在評估虛擬現(xiàn)實在化學療法中的功效的研究剛剛發(fā)布了其結(jié)果。這項研究發(fā)表在國際期刊《細胞生理學雜志》上。這項研究由費城Sbarro健康研究組織，羅馬的Sapienza大學、那不勒斯的Pascale研究所和意大利的錫耶納大學組成的國際研究人員團隊參與。

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    視覺服務(wù)視覺伺服主要是指利用視覺數(shù)據(jù)來控制機器人的運動。視覺伺服可以被描述為一種閉環(huán)控制算法，其誤差是根據(jù)視覺測量來定義的。該控制方案的主要目標是減少誤差并驅(qū)動機器人關(guān)節(jié)角度作為位姿（方向和位置）誤差的函數(shù)。這種類型的控制回路經(jīng)常應(yīng)用于需要物體檢測、伺服、對齊和抓取的物體操縱任務(wù)。以程圖展示了視覺伺服系統(tǒng)的基本構(gòu)建塊：很容易理解，減少這個控制回路（上圖中的光學系統(tǒng)塊）的處理時間將使機器人移動得更快。實際上，它轉(zhuǎn)化為光學系統(tǒng)的延遲。該指標主要基于成像傳感器的讀出速度、圖像處理時間以及與視覺伺服控制回路系統(tǒng)通信通道的實時能力。想象一下，您的機器人以1m/s的速度線性移動，而您的系統(tǒng)的延遲為33ms。當控制回路接收到位姿信息時，機器人實際上已經(jīng)移動了33毫米。但是，如果系統(tǒng)的延遲為4ms，則移動將為4mm。選擇系統(tǒng)不是基于其速度而是基于其延遲。機器人輔助手術(shù)有兩個系列的機器人輔助手術(shù)應(yīng)用。一種更類似于遠程操作，外科醫(yī)生自己進行視覺伺服，例如IntuitiveSurgical的達芬奇系統(tǒng)。我們現(xiàn)在將關(guān)注另一種類型的機器人，這些機器人需要實時自動補償解剖結(jié)構(gòu)的運動。在典型的骨科手術(shù)中。

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