[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

说明书

本发明公开了一种具有姿态感应功能的医用内窥镜结构及其使用方法，涉及软体机器人技术领域。该医用内窥镜结构，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；软体末端主体设有三个独立气腔，通过导管与外部气动回路连接；姿态感知光纤一端对应单个独立气腔设于软体末端主体，另一端通过扇入扇出器扇为三个姿态感知子光纤；医用内窥镜结构采用OFDR分布式传感姿态感知，光源光线波长为1310mm。本发明通过在软体末端主体内设置三个互相呈120°分布的独立气腔和姿态感知光纤，结合OFDR分布式传感方式对三个姿态感知光纤进行姿态感知，使得对软体末端主体的运动状态监测及控制精准有效。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，特别涉及一种具有姿态感应功能的医用内窥镜结构及其使用方法。

背景技术

自20世纪六十年代末结肠镜检查术问世以来，无论是其操作手法还是器械改革均得到飞速发展，并广泛应用于临床，使直视病灶、实现活检及治疗成为可能。虽然，结肠镜检查为结直肠疾病的诊断及治疗带来了巨大的帮助，并成为结直肠癌诊断的金标准，但其局限性也日渐明显。当前现有的结、肠镜内窥镜均不具备力感知能力，医生只能通过影像中器械与器官组织的作用效果大致估计末端执行器在检查过程中的施力和受力信息，从而预判末端的走向，这对医生的经验要求很高。并且现有末端大多是刚性结构，在通过人体肠内如S型、L型通道时，易与肠壁产生过分的接触，导致结肠黏膜的损失出血甚至肠穿孔。作为一种侵入性操作，结肠镜检查无法避免的肠胃疼痛、难以预知的并发症以及可能存在的漏诊率限制了其临床应用，不仅在一定程度上降低了患者的依从性，增加了操作的困难度，且使一部分具有畏惧心理的患者错失早期诊断及治疗的最佳时间。

近十余年以来，随着微创手术机器人的普及和应用，世界范围内的多家研究机构陆续展开了手术机器人力感知系统的设计与研发工作。在诸多研究方法和传感手段中，又以基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器所设计的力感知系统最具代表性。由于光纤传感器体积小、柔韧性好、对电磁场不敏感，因此非常适合应用于连续体柔性机器人。通常，每根传感光纤都包含几个光纤光栅，以特定的间隔沿光纤长度写入。因此，它们允许在那些有限的预定位置测量仪器的曲率。这样，这些传感器的空间分辨率将由记录在传感光纤中的每个FBG之间的距离给出。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

现有利用FBG技术的连续柔性机器人在无障碍环境中用相对较小曲率弯曲时的精确形状重构，然而，目前光纤传感中FBG传感点数量有限，空间分辨率有限，由于其有限的空间分辨率，基于FBG的传感器很难解决曲率沿仪器长度变化很大的复杂形状。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有姿态感应功能的医用内窥镜结构及其使用方法。

根据本发明实施例的第一个方面，提供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。

优选的，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；