Im klinischen Einsatz von chirurgischen Navigationssystemen führt der enge Operationsraum bei minimalinvasiven Eingriffen häufig zu Problemen mit verloren gegangenen Navigationspositionsinformationen aufgrund von Blockierungen des optischen Pfads, was die klinische Anwendung der chirurgischen Navigationssysteme einschränkt. Zur Lösung dieses Problems wurde ein optisch-inertiales hybrides Positionsverfolgungsalgorithmus basierend auf einem indirekten erweiterten Kalman-Filter vorgeschlagen. Mit dem aufgebauten Fehlermodell als Zustandsgleichung und der von dem optischen System gewonnenen Position wird die Messtheorie formuliert und im erweiterten Kalman-Filter zur Zustandsvorhersage und Messaktualisierung eingesetzt. Wenn der optische Pfad nicht blockiert ist, werden die Fehler des inertialen Tracking-Systems durch das optische System korrigiert und kompensiert; bei Blockierungen erfolgt die Positionsverfolgung unabhängig durch das inertiale Tracking-System, um den Verlust der Position des chirurgischen Werkzeugs zu vermeiden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das hybride Trackingsystem unter Blockierungsbedingungen die Winkelabweichungen in drei Achsen (RMS-Fehler ≤0,322°, maximaler Fehler ≤0,876°) und Positionsfehler (RMS-Fehler ≤0,525 mm, maximaler Fehler ≤1,385 mm) auf einem niedrigen Niveau hält. Das entworfene System löst das Problem des Navigationsinformationsverlustes aufgrund von optischer Pfadblockierung im chirurgischen Navigationssystem, verbessert die Robustheit des Systems und ist von großer Bedeutung für die Förderung des klinischen Einsatzes chirurgischer Navigationssysteme und die Verbesserung des Behandlungsniveaus in Krankenhäusern.

chirurgische Navigation; optisches Trackingsystem; Trägheitssensor; erweiterter Kalman-Filter