柔性内窥镜经人体自然腔道的微创手术，因其无创或微创以及极大拓展传统手术诊疗范围的特点，已成为未来智能、精准医疗发展的重要方向。传统的医学导航难以提供柔性内窥镜微创手术过程中的实时三维形状，使得面对树状多级分支走向的人体自然腔道如支气管等，进行活检以及延伸介入治疗时，难以掌握与自然腔道的接触碰撞关系、准确判断走向分支等，而成为精准控制的一大难题。近年来，随着光频域反射技术的飞速发展与应用，基于光纤分布式应变测量的柔性内窥镜形状传感可以全程实时感知器械在患者自然腔道内的弯曲、扭转、位姿等三维形状变化，而成为未来微创医疗手术导航的重要发展方向。
论文以柔性内窥镜精准微创手术导航为背景，针对柔性内窥镜多腔管本体形状传感一体化设计、 多界面应变传递与补偿模型、三维形状重构与融合优化算法、基于末端与关键点的融合评价新方法等关键技术开展了系统研究，创新点主要包括：
（1） 提出了一种基于柔性内窥镜多腔管本体结构特点的形状传感器设计与集成方法， 在多腔管直径尺寸、内部通道分布以及本体材料强度等约束下，通过沿轴向开槽嵌入式粘接传感光纤方式进行制备与应变建模， 避免了传统多芯光纤形状传感器占据工具通道的问题，保证了内窥镜的超细与多通道设计要求和微创手术操作的灵活性。
（2）提出了一种基于形状传感器结构与多界面材料特性的应变传递模型，通过理论建模和仿真分析了弯曲变形中的滑移机理，结合实验验证了应变传递损耗的标定与校正。同时，提出了自扭转角辨识与补偿算法，提高了弯曲状态下的形状感知精度，确保了应变测量的准确性和可靠性。
（3）提出了多标架融合的形状重构优化算法，克服了 Frenet-Serret 标架在曲线曲率为零、 曲线连续转向点方向不能区分或求解的局限性， 并结合Parallel-Transport 标架实现了形状融合重构，提高了形状重构算法的泛化性。此外，设计了一种综合考虑多腔管末端、形状关键点以及整体形状特征相似性的融合评价方法，改进了传统欧氏距离评价的不足，提供了更准确的性能评估。
以上创新点在面向超小直径、 非对称多腔孔、 大长细比和大弯曲的柔性内窥镜形状传感方面，提供了可泛化的理论方法， 为未来微创医疗手术提供更加精准的形状导航。