論文の概要: A Single-Fiber Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR)-Based Shape Sensing of Concentric Tube Steerable Drilling Robots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.17990v1
• Date: Wed, 18 Mar 2026 17:51:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.958843
• Title: A Single-Fiber Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR)-Based Shape Sensing of Concentric Tube Steerable Drilling Robots
• Title（参考訳）: 単一ファイバ光周波数領域反射法(OFDR)による同心円管ステアリングロボットの形状計測
• Authors: Yash Kulkarni, Mobina Tavangarifard, Daniyal Maroufi, Mohsen Khadem, Justin E. Bird, Jeffrey H. Siewerdsen, Farshid Alambeigi,
• Abstract要約: 本稿では,光周波数領域反射法(OFDR)に基づく同心円管ステアリングロボット(CT-SDR)の新たな形状センシング手法を提案する。 OFDRは、空間分解能を高めた繊維長全体の連続的なひずみ測定を可能にする。 以上の結果から, この統合戦略の有効性と堅牢性を確認し, 正確かつ信頼性の高い形状センシング能力を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.067600775318749
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: This paper introduces a novel shape-sensing approach for Concentric Tube Steerable Drilling Robots (CT-SDRs) based on Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR). Unlike traditional FBG-based methods, OFDR enables continuous strain measurement along the entire fiber length with enhanced spatial resolution. In the proposed method, a Shape Sensing Assembly (SSA) is first fabricated by integrating a single OFDR fiber with a flat NiTi wire. The calibrated SSA is then routed through and housed within the internal channel of a flexible drilling instrument, which is guided by the pre-shaped NiTi tube of the CT-SDR. In this configuration, the drilling instrument serves as a protective sheath for the SSA during drilling, eliminating the need for integration or adhesion to the instrument surface that is typical of conventional optical sensor approaches. The performance of the proposed SSA, integrated within the cannulated CT-SDR, was thoroughly evaluated under free-bending conditions and during drilling along multiple J-shaped trajectories in synthetic Sawbones phantoms. Results demonstrate accurate and reliable shape-sensing capability, confirming the feasibility and robustness of this integration strategy.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,光周波数領域反射法(OFDR)に基づく同心円管ステアリングロボット(CT-SDR)の新たな形状センシング手法を提案する。 従来のFBG法とは異なり、OFDRは空間分解能を高めた繊維長全体の連続的なひずみ測定を可能にする。 提案手法では、一本のOFDRファイバーと平板NiTiワイヤを一体化して、まず形状センシングアセンブリ(SSA)を作製する。 キャリブレーションされたSSAは、CT-SDRの既成形状のNiTiチューブで案内されるフレキシブルドリル装置の内部チャネルにルーティングされ、収容される。 この構成では、掘削時にSSAの保護シースとして機能し、従来の光学センサのアプローチに典型的な機器表面への一体化や密着が不要となる。 缶状CT-SDRに組み込まれたSSAの性能は, 合成Sawbones phantomsにおいて, 自由曲げ条件下および複数のJ字軌道に沿って掘削する際に, 徹底的に評価された。 その結果, 高精度かつ信頼性の高い形状認識能力を示し, この統合戦略の実現可能性と堅牢性を確認した。

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