[发明专利]一种具有姿态感应功能的医用内窥镜结构及其使用方法

权利要求书

1.一种具有姿态感应功能的医用内窥镜结构，其特征在于，包括软体末端主体、三个姿态感知光纤、导管、扇入扇出器、光源、耦合器、参考光纤、解调仪、上位机和显示器；

其中，所述软体末端主体内设有三个独立气腔，且相邻两个独立气腔与所述软体末端主体中心分别呈120°分布，对于每个独立气腔，所述独立气腔分别通过导管与对应的外部气动回路连接； 每个姿态感知光纤的一端分别对应单个独立气腔设于所述软体末端主体内，另一端通过所述扇入扇出器扇为三个姿态感知子光纤；所述耦合器分别与每个姿态感知光纤对应的三个姿态感知子光纤、所述参考光纤相连接，所述耦合器的输入端与所述光源的输出端相连接，所述耦合器的输出端与所述解调仪的光信号通信端相连接，所述解调仪的解调信号输出端与所述上位机的输入端相连接，所述上位机的输出端与所述显示器的输入端相连接；

所述医用内窥镜结构采用光频域反射计OFDR分布式传感进行姿态感知，所述光源的光线波长为1310mm。

2.根据权利要求1所述的医用内窥镜结构，其特征在于，所述外部气动回路包括四通接头，所述四通接头的一端通过导管与对应的独立气腔相连通，另外三端分别与气泵、电磁阀、压力传感器相连通；

其中，所述气泵的输入端与第一继电器的输出端电信号连接，所述第一继电器的输入端与微控制器的输出端电信号连接；

所述电磁阀的输入端与第二继电器的输出端电信号连接，所述第二继电器的输入端与所述微控制器电信号的输出端电信号连接，所述电磁阀的一端还与节流阀相连接；

所述压力传感器的输出端与所述微控制器的输入端相连接；

所述微控制器用于接收各个外部气动回路中各压力传感器发送的压力数值，并将各个压力数值与对应的目标压力数值进行比较后，通过各个第一继电器、各个第二继电器分别控制各个气泵、各个电磁阀连通的节流阀的闭合，从而控制各个独立气腔内的气压数值分别达到对应的目标压力数值，实现所述软体末端主体的运动控制。

3.根据权利要求2所述的医用内窥镜结构，其特征在于，所述医用内窥镜结构还包括三指控制手套，所述三指控制手套包括手套主体，分别设于所述手套主体上预设三个指套位置的弯曲传感器，每个弯曲传感器封装于柔性材料内，每个弯曲传感器的输出端分别与所述微控制器的输入端电信号连接；

所述三指控制手套用于实时将各个弯曲传感器弯曲产生的电压变化数值发送至所述微控制器，并通过所述微控制器将各个电压变化数值计算为三个指套对应的角度变化数值，再将对应的角度变化数值计算为各个外部气动回路内对应的目标压力数值。

4.根据权利要求3所述的医用内窥镜结构，其特征在于，各个姿态感知光纤具有随机光栅。

5.根据权利要求4所述的医用内窥镜结构，其特征在于，所述姿态感知光纤的制备方法包括：

将单模光纤表面的纤维涂层去除后，使用具有相位掩膜的塔尔伯特干涉仪，以随机的电信号施加至所述塔尔伯特干涉仪的压电元件对所述单模光纤进行随机光栅的刻写，得到所述姿态感知光纤。

6.根据权利要求1所述的医用内窥镜结构，其特征在于，所述软体末端主体的材质为Ecoflex 0030硅胶。

7.根据权利要求1所述的医用内窥镜结构，其特征在于，所述软体末端主体中心处还设有插入管，所述插入管内设有摄像头。

8.一种具有姿态感应功能的医用内窥镜结构的使用方法，其特征在于，所述医用内窥镜结构为权利要求1-7任意所述的医用内窥镜结构，所述方法包括：

开启所述医用内窥镜结构；

通过所述医用内窥镜结构的光源发射光线，所述光线经所述耦合器后分为两路，一路进入各个姿态感知光纤内，并在各个姿态感知光纤各位置上不断地产生瑞利散射信号，信号光是背向反射的，与另一路与所述参考光纤的参考光发生干涉，两者产生拍频信号经所述解调仪接收后，拍频与姿态感知光纤位置成正比，计算得到各个姿态感知光纤中各位置瑞利散射信号频移，所述解调仪将各个瑞利散射信号频移传输至所述上位机；

通过所述上位机对各个姿态感应光纤对应的瑞利散射信号频移转化为对应的各个姿态感知光纤应变信息，并继续利用三维形态还原算法将各个姿态感知光纤的应变信息还原为三个姿态感知光纤坐标信息，同时所述上位机将由三个姿态感知光纤坐标信息得出的软体末端主体可视图像显示于所述显示器；

根据所述显示器上所述软体末端主体可视图像，通过外部气动回路控制所述三个独立气腔内气压变化，从而通过所述三个独立气腔内气压变化控制所述软体末端主体进行目标方向及目标角度上的弯曲。