本文提出了一种医用内窥检察系统的传感与主动介入技术,它是通过由压觉传感器、蠕动式柔性移动机构和基于形状记忆合金记忆效应的转向机构等构成的内窥检查机器人实现的.压觉传感器检测机器人与腔道壁之间作用力的大小和方位,为机器人提供避障、弯曲等信息,避免穿孔等医疗事故的发生;蠕动式柔性移动机构通过充入气体的膨胀橡胶囊与腔道壁接触,因而具有较好的柔软性;采用通电调节形状记忆合金元件的方法,可改变转向机构弯曲角度,以适应腔道的变化.因此,传感与主动介入技术对腔道组织损害程度极小,具有较高的安全性,还可减轻医务人员的工作强度,提高内窥检查的效率.

给出并分析了一种内窥镜镜体形状感知系统,特别是给出了曲率传感头的检测原理,及介入装置和控制子系统的设计.将中心波长为1 539.234 nm和1 538.882 nm的两根布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating)封装在细径基材上,构成直径为3 mm应变测量传感器.在介入装置作用下,传感器沿内窥镜活检钳道按平均速度30 mm/s间歇式推进,并在介入过程中,每隔50 mm等间隔距离采样传感器上的Bragg波长变化值,推算出各点的应变和空间曲率信息.最终运用基于离散点曲率信息的空间曲线拟合方法重建内窥镜镜体的空间形状.实验结果表明:系统原理的可行性,对圆形实验模型的测试表明,传感器插入1 000 mm后其末端在 x、y和z 方向上的误差分别为0.5 mm、0.8 mm和-3.4 mm.同时也表明:介入人体的肠道内窥镜形状显示可极大地提高内窥检查安全性.

本文在研究智能内窥镜显示系统前提下，提出了一种新的内窥镜形状重构算法以及内窥镜前端的定位方法。在不改变内窥镜结构的情况下，将FBG（fiber bragg grating）传感器阵列内置于内窥镜钳道中，通过测得内窥镜中FBG传感器波长的变化来推导内窥镜任一点相对于内窥镜末端点的位姿，从而利用曲线拟合的方法重构出整个内窥镜的形状以及对前端的定位。受安装条件的限制，FBG传感器检测单元封装在SMA（shape memory alloy）合金丝上的真实位置与理论位置有较大的误差。为了减少安装精度对整个形状重建的影响，对传感器安装误差进行了分析以及对形状重构算法进行了修正。实验结果表明内窥镜前端的位置精度提高到了4．5mm。

介绍了两种内窥镜自动介入机构,一种是利用摩擦轮机构,实现了内窥镜的连续介入,另一种利用导轨、机械手进行间隙式介入.对两者进行了力和位移分析,并且实验测定了介入力大小.后者配合编码器和滑觉传感器,构成机器人主动内窥镜自动介入系统.