[發(fā)明專利]具有用于安全性的冗余纖芯的多纖芯光學(xué)纖維

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010731418.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN111856642B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·弗羅格特;D·吉福德;J·T·拉克羅克;P·羅伊;A·K·桑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 直觀外科手術(shù)操作公司
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02;G01D5/353
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 李尚穎

本申請(qǐng)涉及具有用于安全性的冗余纖芯的多纖芯光學(xué)纖維。一種光學(xué)纖維包含配置在纖維中的多個(gè)光學(xué)纖芯，多個(gè)光學(xué)纖芯包含主要纖芯和輔助纖芯的集合。一種干涉測(cè)量系統(tǒng)使用來自多個(gè)主要纖芯的測(cè)量值來預(yù)測(cè)來自輔助纖芯的響應(yīng)。將預(yù)測(cè)輔助纖芯響應(yīng)與實(shí)際輔助纖芯響應(yīng)比較以確定它們是否相差超過預(yù)定量，在相差超過預(yù)定量的情況下，來自多個(gè)主要纖芯的測(cè)量值可以被認(rèn)為是不可靠的。

本申請(qǐng)是于2017年4月26日提交的名稱為“具有用于安全性的冗余纖芯的多纖芯光學(xué)纖維”的中國(guó)專利申請(qǐng)2017800103809(PCT/US2017/029568)的分案申請(qǐng)。

本申請(qǐng)要求2016年5月11日提交的標(biāo)題為REDUNDANT?CORE?IN?MULTICOREOPTICAL?FIBER?FOR?SAFETY”的第62/334,649號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該臨時(shí)專利申請(qǐng)通過引用以其全文并入本文中。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)多纖芯纖維已用于確定光學(xué)纖維的形狀。具有四個(gè)纖芯的多纖芯纖維可以用于將纖維的變形分成兩個(gè)彎曲角度(俯仰和搖擺)、一個(gè)扭轉(zhuǎn)角度以及纖維伸長(zhǎng)。這四個(gè)測(cè)量值構(gòu)成四個(gè)自由度。這四個(gè)測(cè)量值(俯仰、搖擺、扭轉(zhuǎn)以及伸長(zhǎng))還表示纖維在相對(duì)較小力的情況下可能發(fā)生的所有變形。

在基于光纖的形狀感測(cè)中，多信道分布式應(yīng)變感測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)在多纖芯光學(xué)形狀感測(cè)纖維內(nèi)的若干纖芯中的每一個(gè)的應(yīng)力的改變，所述多纖芯光學(xué)形狀感測(cè)纖維如通過引用并入本文中的US8,773,650中所描述。多個(gè)分布式應(yīng)變測(cè)量值通過方程組組合以產(chǎn)生物理測(cè)量值的集合，包含曲率應(yīng)變、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變以及軸向應(yīng)變，如通過引用并入本文中的US8,531,655中所描述。這些物理測(cè)量值可以用于確定光學(xué)纖維的分布式形狀和位置。

用于形狀感測(cè)纖維的一些應(yīng)用針對(duì)形狀感測(cè)輸出的精確性和可靠性需要高置信度或安全性。示例應(yīng)用為在精密制造、手術(shù)或其它環(huán)境中使用的機(jī)械臂。

形狀感測(cè)纖維應(yīng)用的另一問題是無法預(yù)見或不可預(yù)測(cè)的誤差，所述誤差不包含在形狀感測(cè)模型或模型假設(shè)中。示例誤差包含光學(xué)和/或電子感測(cè)和處理電路的操作中的誤差、連接纖維中的誤差、例如加載錯(cuò)誤的校準(zhǔn)文件以校準(zhǔn)形狀感測(cè)系統(tǒng)的人為誤差，以及通過由纖維經(jīng)受的不包含在形狀感測(cè)模型中的力造成的誤差。已描述的一個(gè)此參數(shù)為纖維擠壓。另一參數(shù)為溫度，如果形狀感測(cè)模型不考慮由于溫度導(dǎo)致的改變的話。另一關(guān)注點(diǎn)為尚未知道或尚不可識(shí)別的其它參數(shù)。因此對(duì)技術(shù)方案的另一需要是能夠檢測(cè)到獨(dú)立于形狀感測(cè)模型且在形狀感測(cè)模型中未考慮的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)中的技術(shù)使用具有N個(gè)自由度和N個(gè)測(cè)量值的模型來預(yù)測(cè)附加測(cè)量值。換句話說，N自由度模型用于制造N+1個(gè)測(cè)量值，且使用纖維中的額外的或冗余的纖芯制造的額外測(cè)量值用作對(duì)模型的檢查。例如，在具有六個(gè)光學(xué)纖芯(第六個(gè)纖芯為輔助或冗余纖芯)的光學(xué)形狀感測(cè)纖維的五自由度模型的情況下，其中纖維的每一區(qū)段可能經(jīng)受俯仰、搖擺、滾轉(zhuǎn)、張力以及溫度的空間或時(shí)間改變，五個(gè)應(yīng)變被測(cè)得且用于唯一地確定模型中的五個(gè)參數(shù)(俯仰、搖擺等)中的每一個(gè)。所確定的五個(gè)參數(shù)隨后用于在模型為正確且可靠的時(shí)預(yù)測(cè)第六個(gè)纖芯中的應(yīng)變應(yīng)是什么，且將預(yù)測(cè)應(yīng)變與第六個(gè)纖芯中的測(cè)量的應(yīng)變比較以確定誤差。有利地，該技術(shù)不需要提前知道模型中的任何具體誤差以便檢測(cè)所述誤差且還檢測(cè)未知來源的誤差。添加更多的輔助或冗余信號(hào)(7個(gè)纖芯替代于6個(gè)纖芯用于五自由度模型)進(jìn)一步增加形狀感測(cè)測(cè)量中的置信度和信任。

在示例實(shí)施例中，提供一種用于測(cè)量光學(xué)纖維的干涉測(cè)量系統(tǒng)，所述光學(xué)纖維包含配置在纖維中的多個(gè)主要纖芯和配置在纖維中的輔助纖芯。干涉檢測(cè)電路經(jīng)配置以檢測(cè)與多個(gè)主要纖芯和輔助纖芯中的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量干涉圖案數(shù)據(jù)。這可以在光學(xué)纖維置于感測(cè)位置中時(shí)進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理電路經(jīng)配置以基于多個(gè)主要纖芯的檢測(cè)的測(cè)量干涉圖案數(shù)據(jù)來確定補(bǔ)償參數(shù)、比較所使用的輔助纖芯的預(yù)測(cè)參數(shù)值和輔助纖芯的基于測(cè)量的參數(shù)值以產(chǎn)生比較結(jié)果、基于該比較結(jié)果來確定所確定的補(bǔ)償參數(shù)的不可靠性，并且響應(yīng)于不可靠性來產(chǎn)生信號(hào)。補(bǔ)償參數(shù)補(bǔ)償在多個(gè)主要纖芯的校準(zhǔn)配置與多個(gè)主要纖芯的實(shí)際配置之間的變化。