CN109310287A - 用于柔性计算机辅助器械控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

计算机辅助医疗系统包括柔性细长器械。柔性细长器械包括从柔性细长器械的近端延伸到柔性细长器械的远端的多根线。多根线中的每根线可用于导向远端。该系统还包括联接到柔性细长器械的控制系统。控制系统经配置监测柔性细长器械沿纵向中心轴线的移动，并基于该监测确定柔性细长器械沿纵向中心轴线在第一方向上的运动程度。控制系统还经配置基于相对于运动程度的刚度廓线，通过调节由多根线施加到柔性细长器械的远端的一个或更多个力来改变柔性细长器械的刚度。

Description

用于柔性计算机辅助器械控制的系统和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年7月1日提交的名称为“SYSTEMS AND METHODS FORFLEXIBLE COMPUTER-ASSISTED INSTRUMENT CONTROL(用于柔性计算机辅助器械控制的系统和方法)”的美国临时专利申请62/357,555的优先权和申请日的权益，该临时专利申请通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本公开涉及用于计算机辅助医疗手术的系统和方法，并且更具体地涉及用于控制柔性细长器械的系统和方法。

背景技术

微创医疗技术旨在减少在医疗手术期间受到损伤的组织的量，从而减少患者的恢复时间、不适和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或更多个手术切口来进行。通过这些自然孔口或切口，医生可以插入微创医疗器械(包括手术、诊断、治疗或活检器械)以到达组织定位。为了帮助到达目标定位，医疗器械的定位和移动可以与患者解剖结构的术前或术中图像相关联。由于图像引导器械与图像相关，该器械可以导航(navigate)于解剖系统(例如，肠、肾、脑、心脏、循环系统、肺、尿道、动脉、脐带管等)中的自然通道或手术创建的通道。需要医疗工具足够柔韧以安全地导航于解剖通道的紧密床(tight bed)，同时提供足够的刚度以确保当从输送导管朝向目标组织部署时可预测的性能方向。

发明内容

通过随附于说明书的权利要求最佳地总结了本发明的实施例。根据一些实施例，一种计算机辅助医疗系统包括柔性细长器械。柔性细长器械包括从柔性细长器械的近端延伸到柔性细长器械的远端的多根线。多根线中的每根线可用于导向(steer)远端。该系统还包括联接到柔性细长器械的控制系统。控制系统经配置监测柔性细长器械沿纵向中心轴线的移动，并基于该监测确定柔性细长器械沿纵向中心轴线在第一方向上的运动程度。控制系统还经配置通过调节由多根线施加到柔性细长器械的远端的一个或更多个力，基于相对于运动程度的刚度廓线来改变柔性细长器械的刚度。

根据一些实施例，一种控制医疗装置的方法包括监测柔性细长器械的命令的移动。柔性细长器械包括从柔性细长器械的近端延伸到柔性细长器械的远端的多根线。多根线中的每根线可用于导向柔性细长器械的远端。通过输入装置提供命令的移动。该方法还包括基于监测确定柔性细长器械的命令的运动的程度，并且通过调节由多根线中的每根线施加所述柔性细长器械的远端的一个或更多个力，基于相对于运动的程度的刚度廓线改变柔性细长器械的刚度。

根据一些实施例，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当由与柔性细长器械相关联的一个或更多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于使一个或更多个处理器执行一种方法。该方法包括监测柔性细长器械的移动。柔性细长器械包括从柔性细长器械的近端延伸到柔性细长器械的远端的多根线。多根线中的每根线可用于导向柔性细长器械的远端。该方法还包括基于监测确定柔性细长器械的运动的程度，并且通过调节由多根线中的每根线施加到柔性细长器械的远端的一个或更多个力，基于相对于运动的程度的刚度廓线改变柔性细长器械的刚度。

根据一些实施例，一种计算机辅助医疗系统包括柔性细长器械，该柔性细长器械包括从柔性细长器械的近端延伸到柔性细长器械的远端的多根线。多根线中的每根线可用于导向远端。该系统还包括联接到柔性细长器械的控制系统。控制系统经配置监测柔性细长器械的移动并确定柔性细长器械的操作模式。操作模式对应于缩回模式、插入模式和停放模式(parking mode)中的一种。响应于确定操作模式是缩回模式，控制系统被配置为基于监测确定柔性细长器械的缩回的程度，并且基于缩回的程度，通过调节由多根线施加到柔性细长器械的远端的一个或更多个力来减小柔性细长器械的刚度。响应于确定操作模式是插入模式，控制系统被配置为基于监测确定柔性细长器械的插入的程度。控制系统还被配置为基于插入的程度通过调节由多根线施加到柔性细长器械的远端的一个或更多个力来增加柔性细长器械的刚度。响应于确定操作模式是停放模式，控制系统被配置为基于监测确定柔性细长器械的停放的程度，并且基于停放的程度通过调节由多根线施加到柔性细长器械的远端的一个或更多个力来增加或减小柔性细长器械的刚度。

附图说明

图1是示例性远程操作医疗系统。

图2A是示例性医疗器械系统。

图2B是柔性细长器械的示例性远端。

图3是示例性致动器。

图4A和图4B示出了患者坐标空间的侧视图，该患者坐标空间包括安装在插入组件上的医疗器械。

图5A和图5B是柔性细长器械的示例性刚度廓线。

图6是示出用于控制柔性主体的示例性方法的流程图。

图7示出了在图6的方法的示例性应用期间应用的与缩回距离有关的刚度乘数曲线。

图9-图10示出了子模式刚度廓线。

通过参考下面的具体实施方式，可以最佳理解本公开的实施例及其优点。应当理解，同样的附图标记用于标识在一个或更多个附图中示出的同样的元件，其中，在这些图中所示的是出于说明本公开的实施例的目的而不是为了限制本公开的实施例。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了描述根据本公开的一些实施例的具体细节。阐述了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例是说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以实现其他元件，尽管这里没有具体描述，但是其在本公开的范围和精神内。另外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出和描述的一个或更多个特征可以结合到其他实施例中，除非另外特别描述或者如果一个或更多个特征使得实施例不起作用。在某些情况下，未详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊实施例的各方面。

本公开根据其在三维空间中的状态描述了各种器械和器械的部分。如这里所使用的，术语“位置”是指物体或物体的一部分在三维空间中的定位(例如，沿笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”是指物体或物体的一部分的旋转放置(三度旋转自由度—例如，滚动、俯仰和偏航)。如本文所使用的，术语“姿势”是指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度中的位置以及该物体或该物体的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(最多总共六个自由度)。如本文所用，术语“形状”是指沿物体测量的一组姿势、位置或取向。描述为“联接”的部件可以电气地或机械地直接联接，或者它们可以通过一个或更多个中间部件间接联接。

长柔性装置(诸如导管)具有小横截面，长柔性装置包括沿着其长度的一个或更多个中空开口并且宜为将医疗器械和/或装置插入患者的狭窄通道(例如肺中的气道等)。为导管的前端或远端导向通过通道使得更易于控制导管进入的通道。

为这些导管的前端导向的一种可能方式是通过致动器推和/或拉沿着长柔性装置延伸的一系列线。使用这些线，操作者和/或自动化系统能够在前端的一侧相对于另一侧更用力地拉和/或推，以使前端相对于装置的其余部分在期望的方向上弯曲。

除了为前端导向之外，更用力地推和/或拉线还会影响前端的刚度或硬度变得如何。当前端的弯曲与前端插入的通道一致时，这通常不是问题，但是当前端进一步插入通道和/或从通道缩回但不与当前通道一致时可能不是这种情况。例如，前端可以弯折成“钩”形状以在通道中沿曲线插入前端，但是当前端稍后缩回时，该“钩”会阻止前端顺利通过通道的较直的和/或不同弯曲的区域。考虑钩可能性的一种方法是在前端稍后缩回时反转用于插入前端的导向。另一种方法是减小前端的刚度，使得当它缩回时，它能够更容易地根据当前通道调整其形状。可以通过改变由用于导向前端的线施加的力的量来调节前端的刚度。例如，为了减小刚度，相应地减小施加到线的力的量。可以使用可以推和/或拉线的马达和/或致动器来控制由线施加的力的量。因此，可以通过改变由马达/致动器施加的力和/或扭矩以控制导管中的一根或更多根线的推和/或拉来调节刚度。受控的减小刚度可以降低控制导管移动的操作者迷失方向的可能性。可以根据如何迅速调整刚度的预定计划或曲线来进行刚度的调节。对于导管的刚度，刚度廓线可具有不同的行为区，例如，在一个区中的刚度可以比在另一些区中更快地降低。

在插入模式期间，可能期望增加刚度，使得当导管在患者通道内向前移动时能被导向。可以将刚度增加到导管的最大可允许刚度。

当导管移动不多时，可以将刚度调节到更高或更低的水平。当导管移动不多时，可以增加刚度，以便在进行手术时为通过导管部署的器械提供稳定性。

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化图。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可适用于例如外科手术、诊断、治疗或活检程序。如图1所示，医疗系统100通常包括远程操作操纵器组件102，用于在对患者P进行各种手术时操作医疗器械104。远程操作操纵器组件102安装到手术台T或安装到手术台T附近。主组件106允许操作者(例如，如图1所示的外科医生、临床医生或医生O)观察介入部位并控制远程操作操纵器组件102。

主组件106可以位于外科医生的控制台处，该控制台通常与手术台T位于同一个房间中，例如在患者P在其上的外科手术台旁边。然而，应该理解，医生O可以与患者P位于不同房间或完全不同的建筑物中。主组件106通常包括一个或更多个控制装置，用于控制远程操作操纵器组件102。控制装置可以包括任何数量的各种输入装置，例如操纵杆、追踪球、滚轮、数据手套、触发抢、手操作的控制器、语音识别设备、人体运动或存在传感器和/或可以由医生O操作以提供命令的运动的类似件。为了给予医生O强烈的直接控制器械104的感觉，控制装置可以具有与相关联的医疗器械104相同的自由度。以这种方式，控制装置向医生O提供远程呈现或控制装置与医疗器械104是一体的感知。

在一些实施例中，控制装置可以具有比相关联的医疗器械104更多或更少的自由度，并且仍向医生O提供远程呈现。在一些实施例中，控制装置可以任选地是以六个自由度移动并且还可以包括用于致动器械的可致动手柄(例如，用于闭合抓取的钳头、向电极施加电势、提供药物治疗和/或类似动作)的手动输入装置。

远程操作操纵器组件102支撑医疗器械104并且可包括一个或更多个非伺服控制的链节(links)(例如，可以手动定位并锁定在恰当位置中的一个或更多个链节，其通常被称作设置结构(set-up structure))构成的运动学结构和远程操作操纵器。远程操作操纵器组件102可以任选地包括响应于来自控制系统(例如，控制系统112)的命令而驱动医疗器械104上的输入的多个致动器或马达。致动器可以任选地包括驱动系统，当联接到医疗器械104时，驱动系统可以将医疗器械104推进到自然或手术创建的解剖孔口中。另一些驱动系统可以以多个自由度移动医疗器械104的远端，所述多个自由度可以包括三个线性运动度(例如，沿X、Y、Z笛卡尔轴线的线性运动)和三个旋转运动度(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔轴线的旋转)。另外，致动器能够用于致动医疗器械104的可铰接的末端执行器，以用于在活检装置的钳头中抓取组织和/或类似动作。诸如旋转变压器(resolvers)、编码器、电位计和其它机构的致动器位置传感器可以向医疗系统100提供描述马达轴的旋转和取向的传感器数据。该位置传感器数据可用于确定由致动器操纵的物体的运动。

远程操作医疗系统100可以包括传感器系统108，传感器系统108具有用于接收关于远程操作操纵器组件102的器械的信息的一个或更多个子系统。这种子系统可以包括：位置/定位传感器系统，例如电磁(EM)传感器系统；形状传感器系统，用于确定远端和/或沿着可以构成医疗器械104的柔性主体的一个或更多个区段的位置、取向、速率、速度、姿势和/或形状；和/或可视化系统，用于从医疗器械104的远端捕获图像。

远程操作医疗系统100还包括显示系统110，用于显示由传感器系统108的子系统产生的手术部位和医疗器械104的图像或表示。显示系统110和主组件106可以被取向使得医生O可以借助于远程呈现的感知来控制医疗器械104和主组件106。

在一些实施例中，医疗器械104可具有可视化系统(下面更详细地讨论)，可视化系统可包括察看范围组件，察看范围组件记录手术部位的并发或实时图像并通过医疗系统100的一个或更多个显示器(例如，显示系统110的一个或更多个显示器)将图像提供给操作者或者医生O。并发图像可以是例如由位于手术部位内的内窥镜捕获的二维或三维图像。在一些实施例中，可视化系统包括可以整体地或可拆卸地联接到医疗器械104的内窥镜部件。然而，在一些实施例中，被附接到单独的操纵器组件的单独的内窥镜可以与医疗器械104一起使用以对手术部位成像。在一些示例中，内窥镜可包括一个或更多个机构，用于当内窥镜的一个或更多个镜片被内窥镜遇到的流体和/或其他材料部分和/或完全遮挡时清洁所述一个或更多个镜片。在一些示例中，所述一个或更多个清洁机构可任选地包括可用于发射一股空气和/或其他气体以将所述一个或更多个镜片吹扫干净的空气和/或其他气体输送系统。在2016年8月11日提交的国际公布No.WO/2016/025465(公开了“用于清洁内窥镜器械的系统和方法”)中更详细地讨论了一种或多种清洁机构的示例，该国际公布通过引用以其整体并入本文。可视化系统可以被实现为硬件、固件、软件或其组合，其与一个或更多个计算机处理器交互或以其他方式由一个或更多个计算机处理器执行，所述计算机处理器可包括控制系统112的处理器。

显示系统110还可以显示由可视化系统捕获的手术部位和医疗器械的图像。在一些示例中，远程操作医疗系统100可以配置医疗器械104和主组件106的控件，使得医疗器械的相对位置类似于医生O的眼睛和手的相对位置。以这种方式，医生O可以犹如基本上身临其境地查看工作空间那样操纵医疗器械104和手控件。身临其境意味着图像的呈现是模拟正在物理操纵医疗器械104的医生的视角的真实透视图像。

在一些示例中，显示系统110可以使用来自成像技术(诸如，计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视、热熔印刷、超声、光学相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像和/或类似技术)的图像数据呈现术前或术中记录的手术部位的图像。术前或术中图像数据可以呈现为二维、三维或四维(包括例如基于时间或基于速度的信息)图像和/或呈现为来自由术前或术中图像数据集创建的模型的图像。

在一些实施例中，通常出于成像引导外科手术的目的，显示系统110可以显示虚拟导航图像，其中医疗器械104的实际定位与术前或并发图像/模型配准(即，动态参考)。可以这样做：从医疗器械104的视角向医生O呈现内部手术部位的虚拟图像。在一些示例中，视角可以来自医疗器械104的尖端。医疗器械104的尖端的图像和/或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上以帮助医生O控制医疗器械104。在一些示例中，医疗器械104在虚拟图像中可能不可见。

在一些实施例中，显示系统110可以显示虚拟导航图像，其中医疗器械104的实际定位与术前或并发图像配准，以从外部视角向医生O呈现医疗器械104在手术部位内的虚拟图像。医疗器械104的一部分的图像或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上以帮助医生O控制医疗器械104。如本文所述，可以将数据点的视觉表示呈现给显示系统110。例如，测量的数据点、移动的数据点、配准的数据点和本文所述的其他数据点可以以视觉表示显示在显示系统110上。数据点可以通过显示系统110上的多个点或小圆点在用户界面中可视地表示，或者被表示为渲染模型，例如基于该组数据点创建的网格或线模型。在一些示例中，数据点可以根据它们表示的数据进行颜色编码。在一些实施例中，在每个处理操作已被实施以改变数据点之后，可以在显示系统110中刷新视觉表示。

远程操作医疗系统100还可以包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少一个计算机处理器(未示出)，用于实现医疗器械104、主组件106、传感器系统108和显示系统110之间的控制。控制系统112还包括经编程的指令(例如，存储指令的非暂时性机器可读介质)以实施根据本文公开的各方面描述的一些或所有方法，经编程的指令包括用于向显示系统110提供信息的指令。虽然控制系统112在图1的简化示意图中被示为单个方框，但是该系统可以包括两个或更多个数据处理电路，其中一部分处理任选地在远程操作操纵器组件102上或附近进行，另一部分处理在主组件106处进行，等等。控制系统112的处理器可以执行指令，所述指令包括对应于本文公开的并且在下面更详细描述的过程的指令。可以采用各种集中式或分布式数据处理架构中的任何一种。类似地，经编程的指令可以被实现为多个单独的程序或子例程，或者它们可以集成到本文描述的远程操作系统的许多其他方面中。在一个实施例中，控制系统112支持无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。

在一些实施例中，控制系统112可以从医疗器械104接收力和/或扭矩反馈。响应于反馈，控制系统112可以向主组件106发送信号。在一些示例中，控制系统112可以发送指示远程操作操纵器组件102的一个或更多个致动器移动医疗器械104的信号。医疗器械104可以经由患者P的身体中的开口延伸到患者P的身体内的内部手术部位。可以使用任何合适的常规和/或专用致动器。在一些示例中，一个或更多个致动器可以与远程操作操纵器组件102分离或集成。在一些实施例中，提供一个或更多个致动器和远程操作操纵器组件102作为被定位在患者P和手术台T附近的远程操作推车的一部分。

控制系统112可以任选地进一步包括虚拟可视化系统，以在图像引导的外科手术期间在控制医疗器械104时向医生O提供导航辅助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航可以基于对获取的解剖通道的术前或术中数据集的参考。虚拟可视化系统使用成像技术(例如，计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视、热熔印刷、超声、光学相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等)处理经成像的手术部位的图像。可以与手动输入结合使用的软件用于将记录的图像转换成部分或整个解剖器官或解剖区域的分段的二维或三维复合表示。图像数据集与复合表示相关联。复合表示和图像数据集描述了通道的各种定位和形状及其连通性。用于产生复合表示的图像可以在临床手术期间进行术前或术中记录。在一些实施例中，虚拟可视化系统可以使用标准表示(即，不是患者特定的)或标准表示和患者特定数据的混合。复合表示和由复合表示生成的任何虚拟图像可以表示在一个或更多个运动阶段期间(例如，在肺的吸气/呼气循环期间)可变形解剖区域的静态姿势。

在虚拟导航手术期间，传感器系统108可用于计算医疗器械104相对于患者P的解剖结构的近似定位。该定位可用于产生患者P的解剖结构的宏观(外部)跟踪图像和患者P的解剖结构的虚拟内部图像。系统可以实施一个或更多个电磁(EM)传感器、光纤传感器和/或其他传感器以将记录和显示医疗实施与术前记录的外科手术图像(例如来自虚拟可视化系统的那些已知的图像)配准并一起显示。例如，2011年5月13日提交的美国专利申请No.13/107,562(公开了“提供解剖结构的模型的动态配准用于图像引导的外科手术的医疗系统”)公开了一种这样的系统，其该申请通过引用整体并入本文。远程操作医疗系统100还可以包括可选的操作和支持系统(未示出)，诸如照明系统、导向控制系统、冲洗系统和/或抽吸系统。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可包括不只一个以上的远程操作操纵器组件和/或不只一个以上的主组件。远程操作操纵器组件的确切数量将取决于手术室内的外科手术和空间限制以及其他因素。主组件106可以并置或者它们可以位于不同的位置。多个主组件允许不只一个操作者以各种组合控制一个或更多个远程操作操纵器组件。

图2A是根据一些实施例的医疗器械系统200的简化图。在一些实施例中，医疗器械系统200可以用作在利用远程操作医疗系统100执行的图像引导的医疗手术中的医疗器械104。在一些示例中，医疗器械系统200可以用于非远程操作的探索性手术或涉及传统手动操作的医疗器械(如内窥镜检查)的手术。任选地，医疗器械系统200可以用于收集(即，测量)一组对应于患者(诸如患者P)的解剖通道内的定位的数据点。

医疗器械系统200包括联接到驱动单元204的细长装置202，诸如柔性导管。细长装置202包括具有近端217和远端218(或尖端部分218)的柔性主体216。在一些实施例中，柔性主体216具有大约3mm的外径。其他柔性主体外径可以更大或更小。

医疗器械系统200还包括跟踪系统230，用于使用如下面进一步详细描述的一个或更多个传感器和/或成像装置来确定远端218和/或沿着柔性主体216的一个或更多个区段224的位置、取向、速率、速度、姿势和/或形状。在远端218和近端217之间的柔性主体216的整个长度可以有效地分成区段224。如果医疗器械系统200与远程操作医疗系统100的医疗器械104一致，则跟踪系统230。跟踪系统230任选地被实施为与一个或更多个计算机处理器交互或以其他方式由一个或更多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，所述计算机处理器可以包括图1中的控制系统112的处理器。

跟踪系统230可以任选地使用形状传感器222跟踪远端218和/或区段224中的一个或更多个。形状传感器222可以任选地包括与柔性主体216对准的光纤(例如，设置在内部通道(未示出)内或安装在外部)。在一个实施例中，光纤的直径约为200μm。在其他实施例中，尺寸可以更大或更小。形状传感器222的光纤形成光纤弯曲传感器，用于确定柔性主体216的形状。在一个替代方案中，包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤用于在一个或更多个维度中提供结构中的应变测量值。用于监测在三个维度中的光纤的形状和相对位置的各种系统和方法被描述在于2005年7月13日提交的美国专利申请No.11/180,389(公开了“光纤位置和形状感测装置及其相关方法”)和于2004年7月16日提交的美国专利申请No.12/047,056(公开了“光纤形状和相对位置感测”)以及于1998年6月17日提交的美国专利No.6,389,187(公开了“光纤弯曲传感器”)中，这些专利申请的公开内容通过引用全部并入本文。在一些实施例中，传感器可以采用其他合适的应变感测技术，诸如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。在一些实施例中，细长装置的形状可以使用其他技术来确定。例如，柔性主体216的远端姿势的历史可用于在时间间隔内重建柔性主体216的形状。在一些实施例中，跟踪系统230可以使用位置传感器系统220任选地和/或另外地跟踪远端218。位置传感器系统220可以使用任何合适的感测技术或感测技术的组合，例如：诸如使用光纤布拉格光栅、瑞利散射或其他一些适用的反射方法的OFDR(光频域反射法)技术；通过EM(电磁)技术实现的位置传感器；由电容、光学、电阻或其他技术支持的线性旋转编码器技术；等等。作为具体示例，位置传感器系统220可以包括电磁(EM)传感器系统或者可以是电磁(EM)传感器系统的一个部件，该电磁(EM)传感器系统包括可以经受外部产生的电磁场的一个或更多个导电线圈。用于实现位置传感器系统220的这种EM传感器系统的每个线圈然后产生感应电信号，该感应电信号具有取决于线圈相对于外部产生的电磁场的位置和取向的特性。在一些实施例中，位置传感器系统220可以被配置和定位成测量六个自由度，例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏航和滚动的三个取向角，或者五个自由度，例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏航的两个取向角。位置传感器系统的进一步的描述被提供在于1999年8月11日提交的美国专利No.6,380,732(公开了“具有在被跟踪对象上的被动转调器的六自由度跟踪系统)”中，该专利通过引用整体并入本文。

在一些实施例中，跟踪系统230可以替代地和/或附加地依赖于沿着交替运动(例如呼吸)的循环为器械系统的已知点存储的历史姿势、位置或取向数据。该存储的数据可以用于形成关于柔性主体216的形状信息。在一些示例中，一系列位置传感器(未示出(诸如与在位置传感器系统220的一些实施例中使用的传感器类似的电磁(EM)传感器)可以沿着柔性主体216定位，并且然后用于形状感测。在一些示例中，来自这些传感器中的一个或多个的在手术期间采集的数据的历史可用于表示细长装置202的形状，特别是如果解剖通道是大体静态的话。

柔性主体216包括通道221，通道221的尺寸和形状设计成接收医疗器械226。图2B是根据一些实施例的具有延伸的医疗器械226的柔性主体216的简化图。在一些实施例中，医疗器械226可用于诸如外科手术、活检、消融、照明、冲洗或抽吸的程序。医疗器械226可以通过柔性主体216的通道221部署并且在解剖结构内的目标定位处使用。医疗器械226可包括例如图像捕获探针、活检器械、激光消融纤维和/或其他外科手术、诊断或治疗工具。医疗工具可包括具有单个工作构件的末端执行器，例如手术刀、钝刀片、光纤、电极和/或类似件。其他末端执行器可包括例如镊子、抓钳、剪刀、施夹器和/或类似件。其他末端执行器还可包括电激活的末端执行器，例如电外科电极、换能器、传感器和/或类似件。在各种实施例中，医疗器械226是活检器械，其可用于从目标解剖定位移除样品组织或细胞取样。医疗器械226也可以与同在柔性主体216内的图像捕获探针一起使用。在各种实施例中，医疗器械226可以是图像捕获探针，其包括具有在柔性主体216的远端218处或附近的立体或单视场相机的远端部分，立体或单视场相机用于捕获由可视化系统231处理的图像(包括视频图像)以供显示和/或将其提供给跟踪系统230以支持跟踪远端218和/或一个或更多个区段224。图像捕获探针可以包括联接到相机的缆线，用于传输捕获的图像数据。在一些示例中，图像捕获器械可以是联接到可视化系统231的光纤束，例如纤维镜。图像捕获器械可以是单光谱或多光谱的，例如捕获可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或更多个的图像数据。替代地，医疗器械226本身可以是图像捕获探针。医疗器械226可以从通道221的开口被推进以进行手术，并且然后当手术完成时缩回到通道中。医疗器械226可以从柔性主体216的近端217移除或者从沿着柔性主体216的另一个可选器械端口(未示出)移除。

医疗器械226可以附加地容纳在其近端和远端之间延伸的缆线、联动装置或其他致动控件(未示出)，以可控制地弯曲医疗器械226的远端。可导向器械在2005年10月4日提交的美国专利No.7,316,681(公开了“用于执行具有增强的灵活性和灵敏度的微创手术的铰接式外科手术器械”)和在2008年9月30日提交的美国专利No.9,259,274(公开了“用于外科手术器械的被动预载和绞盘驱动器”)中详细描述，上述专利通过引用整体并入本文。

柔性主体216还可以容纳在驱动单元204和远端218之间延伸的缆线、联动装置或其他导向控件(未示出)，以可控制地弯曲远端218，例如，如通过远端218的虚线描绘219所示的。在一些示例中，至少四根缆线用于提供独立的“上下”导向以控制远端218的俯仰并提供“左右”导向以控制远端281的偏航。可导向细长装置在2011年10月14日提交的美国专利申请No.13/274,208(公开了“具有可移除视觉探针的导管”)中有详细描述，上述申请通过引用整体并入本文。在其中医疗器械系统200由远程操作组件致动的实施例中，驱动单元204可包括驱动输入，该驱动输入可移除地联接到远程操作组件的驱动元件(例如致动器)并从其接收动力。在一些实施例中，医疗器械系统200可包括抓握特征、手动致动器或用于手动控制医疗器械系统200的运动的其他部件。在一些示例中，致动器可用于致动医疗器械226的可铰接的末端执行器，例如用于抓住活检装置的钳头中的组织等。诸如旋转变压器、编码器、电位计和/或其他机构的一个或更多个致动器位置传感器可以向远程操作组件提供包括致动器和/或一根或更多根线240的位置和/或旋转信息的传感器数据。在一些示例中，该传感器数据可用于确定远端218和/或由致动器操纵的一个或更多个末端执行器的运动。在一些示例中，该传感器数据可用于计算由线240施加的力和/或扭矩。下面更详细地讨论致动器。

细长装置202可以是可导向的，或者，替代地，系统可以是不可导向的，该系统没有用于操作者控制远端218的弯曲的集成机构。在一些示例中，医疗器械可以通过其在目标手术定位处部署并使用的一个或更多个管腔被限定在柔性主体216的壁中。

在一些实施例中，医疗器械系统200可包括柔性支气管器械，例如支气管镜或支气管导管，用于肺的检查、诊断、活检或治疗。医疗器械系统200还适用于通过自然或外科手术创建的连接通道在各种解剖系统(包括结肠、肠、肾和肾盏、脑、心脏、包括脉管系统的循环系统和/或类似系统)中的任一种中其他组织的导航和治疗。

来自跟踪系统230的信息可以被发送到导航系统232，在导航系统232中该信息与来自可视化系统231和/或术前获得的模型的信息组合，以向医生或其他操作者提供实时位置信息。在一些示例中，实时位置信息可以显示在图1的显示系统110上用于医疗器械系统200的控制。在一些示例中，图1的控制系统116可以利用位置信息作为用于定位医疗器械系统200的反馈。在2011年5月13日提交的美国专利申请No.13/107,562(公开了“提供解剖结构的模型的动态配准用于图像引导的外科手术的医疗系统”)中提供了用于使用光纤传感器来配准和显示具有手术图像的手术器械的各种系统，该专利申请通过引用整体并入本文。

在一些示例中，医疗器械系统200可以在图1的医疗系统100内被远程操作。在一些实施例中，图1的远程操纵器组件102可以由直接操作者控制代替。在一些示例中，直接操作者控制可以包括用于器械的手持操作的各种手柄和操作者界面。

在一些实施例中，控制系统112被配置为将命令应用于远程操作操纵器组件102和/或一个或更多个致动器，所述命令通过使用导向控件来控制柔性主体216的远端218的弯曲，导向控件可包括一个或更多个齿轮、杠杆、滑轮、缆线、线、杆、带等和/或这些方法的任何组合。然后，导向控件用于沿着外科手术器械的轴从一个或更多个输入传递动作并且致动远端218。在一些示例中，命令包括存储在存储器中的一个或更多个指令。这些指令可以由处理器(例如，控制系统112的处理器)执行。

根据一些实施例，可以在患者P的一些通道内导向柔性主体216。当柔性主体216与通道的壁接触时，会存在从通道推挤柔性主体216的外力，并且反之亦然。在一些示例中，可以使用位于柔性主体216上或内部的一个或更多个力和/或压力传感器来确定外力。根据施加到线240上的推力和/或拉力的量值，柔性主体216的刚度或硬度可任选地受控制，以便任选地调节柔性主体抵抗和/或减小可能导致柔性主体弯曲的外力的能力。在一些示例中，施加到线240的力的量值越高，柔性主体216表现出的刚度越高。

图3示出了示例性致动器400，例如包含在驱动单元204内的致动器。在一些示例中，如图3所示，致动器400基于其中旋转主轴410旋转以致动可控自由度(DOF)的旋转致动方法。旋转主轴410联接到驱动轴420，驱动轴420可以是马达、伺服系统、主动致动器、液压致动器、气动致动器等和/或这些方法的任何组合(未示出)的驱动轴。当扭矩施加到驱动轴420并且旋转主轴410旋转时，附接到旋转主轴410和/或驱动轴420的线430可以进一步缠绕在旋转主轴410和/或驱动轴420上，和/或从旋转主轴410和/或驱动轴420上展开。

根据一些实施例，线430可以对应于线240-242和/或线310-340中的任何一根。在一些示例中，旋转主轴410和驱动轴420的旋转以及线430的相应缠绕和/或展开会在线430上产生推力和/或拉力。在一些示例中，监测旋转主轴410和/或驱动轴420的旋转角度和/或旋转速度还可以提供线430被释放和/或被拉得多远的指示。因此，当致动器400与线240结合使用时，旋转主轴410和/或驱动轴420的旋转角度和/或旋转速度和/或由致动器400施加到驱动轴420的扭矩可提供关于施加到线430的力的有用反馈，并且因此提供将通过线430被施加在医疗器械系统200的远端(例如，远端218)处的导向的有用反馈。远端218将弯曲的方式可取决于线430相对于也有助于导向的其他线的放置。

在一些实施例中，释放或减小导管主体的线中的力可导致导管中相应减小的硬度或刚度。类似地，在导管主体的线中施加或增加拉力或推力可导致导管的硬度或刚度增加。该硬度可以是导管主体材料的物理硬度或刚度。例如，在同时拉多根导向线的情况下，导管主体的材料会变得更硬。替代地，导管的硬度或刚度可以是由控制系统控制的闭环硬度或刚度。闭环导管控制系统和方法在例如2011年10月14日提交的美国专利申请No.13/274,198中(公开了“具有可互换探针的控制模式的导管”)被描述，该申请通过引用整体并入本文。

在一些示例中，驱动轴420可以向医疗器械104和控制系统112提供力和/或扭矩反馈信息。在一些示例中，诸如旋转变压器、编码器、电位计和其他机构的位置传感器可以向远程操作组件提供有关驱动轴420和/或旋转主轴410的旋转和/或取向的数据。在一些示例中，致动器400可以与线240结合使用以响应于作用在远端218上并由一个或更多个力和/或压力传感器测量的外力。在一些示例中，由一个或更多个力和/或压力传感器检测到的外力可以任选地通过致动相应的线来补偿，以朝向或远离外力导向远端218。

图4A和图4B是根据一些实施例的包括安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。如图4A和图4B所示，外科手术环境500包括位于平台502上的患者P。在患者的总体运动受到镇静、束缚和/或其他手段的限制的意义上，患者P可以在外科手术环境中静止。包括患者P的呼吸和心脏运动的循环解剖运动可以继续，除非要求患者保持他或她的呼吸以暂时中止呼吸运动。因此，在一些实施例中，可以在呼吸的特定阶段收集数据并且用该阶段标记和识别数据。在一些实施例中，可以从自患者P收集的生理信息推断数据是在哪个阶段被收集的。在外科手术环境500内，点收集器械504联接到器械托架506。在一些实施例中，点收集器械504可以使用EM传感器、形状传感器和/或其他传感器模态。当从患者P的通道内收集到测量点时，这些点被存储在数据存储设备(例如存储器)中。该组测量点可以被存储在数据库中，该数据库包括在手术期间或就在手术之前获得的测量点中的至少一些，但可以包括所有的测量点。当存储在存储器中时，每个点可以由包括点的坐标、时间戳和/或相对传感器位置或单个传感器ID的数据表示(当使用沿点收集器械504的长度分布的多个传感器同时确定几个点的位置时)。

器械托架506被安装到固定在外科手术环境500内的插入台508上。替代地，插入台508可以是可移动的，但也可以具有在外科手术环境500内的已知定位(例如，通过跟踪传感器或其他跟踪装置)。器械托架506可以是远程操作操纵器组件(例如，远程操作操纵器组件102)的一个组件，其联接到点收集器械504以控制插入运动(即，沿着A轴线的运动)，并且任选地控制柔性细长器械510的远端518在多个方向上的运动(包括偏航、俯仰和滚动)。在一些示例中，柔性细长器械510对应于器械系统200和/或柔性主体300。器械托架506或插入台508可包括控制器械托架506沿插入台508的运动的致动器(未示出)，例如伺服马达。

细长器械510联接到器械主体512。器械主体512相对于器械托架506联接并固定。在一些示例中，光纤形状传感器514固定在器械主体512上的近侧点516处。在一些实施例中，光纤形状传感器514的近侧点516可以沿着器械主体512移动，并且近侧点516的位置可以是已知的(例如，通过跟踪传感器或其他跟踪设备)。形状传感器514测量从近侧点516到另一个点(诸如细长器械510的远端518)的形状。在一些示例中，点收集器械504可以类似于医疗器械系统200。

当位置测量装置520沿着缩回和/或插入轴线A(例如沿着器械主体的纵向中心轴线的方向)在插入台508上移动时，位置测量装置520提供关于器械主体512的位置的信息。位置测量装置520可以包括确定驱动轴的旋转和取向的旋转变压器、编码器、电位计和其他传感器，驱动轴控制器械托架506的运动并因此控制器械主体512的运动。在一些实施例中，插入台508是线性的。在一些示例中，插入台508可以是弯曲的或具有弯曲部分和线性部分的组合。

图4A示出了器械主体512和器械托架506位于沿着插入台508的缩回位置。在该缩回位置，近侧点516位于轴线A上的位置L₀。在沿着插入台508的该位置中，近侧点516的定位的A分量可以被设置为零和/或另一个参考值，以提供基准参考来描述器械托架506在插入台508上的位置，并因此描述近侧点516在插入台508上的位置。由于器械主体512和器械托架506的这种缩回位置，细长器械510的远端518可以恰好定位在患者P的进入孔口内。同样在该位置，位置测量装置可以被设置为零和/或另一个参考值(例如，I＝0)。在图4B中，器械主体512和器械托架506已沿插入台508的线性轨道推进，并且柔性细长器械510的远端518已推进到患者P中。在该推进位置，近侧点516位于A轴线上的位置L₁。在一些示例中，来自控制器械托架506沿插入台508的移动的一个或更多个致动器的和/或与器械托架506和/或插入台508相关联的一个或更多个位置传感器的编码器和/或其他位置数据用于确定近侧点516相对于位置L₀的位置L_A。在一些示例中，位置L₁还可以用作细长器械510的远端518插入患者P的解剖结构的通道中的距离或插入深度的指示符。在替代示例中，柔性细长器械510能够推进到使近侧点516处于超过L₁的位置的位置。

柔性细长器械510可以从位置L₀推进，从L₀和推进位置L₁之间的任何位置推进或缩回，或者从超过L₁的任何位置推进或缩回。在缩回期间，可能期望远端518具有降低的刚度，以便降低伤害患者P和/或损伤柔性细长器械510的风险。在缩回期间柔性器械中的刚度可能导致由远端518施加在通道壁上的力，从而导致擦伤。为了防止对解剖通道的损伤，可以在缩回期间降低远端518的刚度，使得可以减少与通道壁的任何接触以及由此产生的来自接触的力。在一些手术中，在进行微小位置调整或小的、快速往复运动的情况下发生缩回。在这样的手术中，在缩回期间柔性器械的突然完全松弛可能是不期望的，因为完全松弛可能改变器械远端的取向(即，指向方向)。因此，在一些实施例中，基于在移动模式期间经过的时间或行进的距离逐渐调节柔性器械的刚度可能更合适。这可以允许微小缩回运动和随后的插入运动而不改变器械远端的取向。在这样的实施例中，根据如图5A和图5B所述的刚度廓线来控制柔性细长器械的刚度的增加或减小可能是有利的。替代地，刚度调节可以具有阶梯式曲线，其中在一段时间内不进行刚度调节，直到达到阈值时间、距离或速率，然后在达到阈值之后完全松弛。

在一些实施例中，柔性细长器械510可以停放在患者P的解剖结构的通道内，使得其不被插入或缩回。在停放时，可能期望增加刚度，或将细长器械置于“锁定”模式，以便在进行手术时为通过柔性细长器械510部署的器械提供稳定性。替代地，可能期望保持刚度相对恒定、降低刚度，以便可以减少与通道壁的任何接触以及由该接触产生的力，或者如同缩回或插入一样，根据刚度廓线控制柔性细长器械510的刚度将是有利的。

图5A和图5B分别是用于柔性细长器械(例如柔性主体216和/或柔性细长器械510)的示例性刚度廓线600和650。刚度廓线600和650是刚度或硬度的可能变化的图形表示，分别通过曲线610和660示出。曲线610和660示出了如何根据由表示移动模式(诸如插入、缩回或停放)的范围的S表示的参数来调整由k表示的刚度。在一些示例中，控制系统112经配置在手术期间将一个或更多个刚度廓线600和/或650应用于柔性细长器械。

根据一些实施例，S可表示距离或距离的变化，例如，柔性细长器械的插入深度或缩回距离的变化或作为最大插入深度值的百分数的由柔性细长器械行进通过患者通道的距离的变化。根据其他实施例，S可以表示可以用于表征柔性细长器械的缩回、插入和/或停放程度的其他变量。例如，S可表示经过的插入时间、经过的缩回时间、经过的停放时间、插入深度的变化、缩回距离、速度、速率等和/或其任何组合。替代地，S可表示自插入、缩回或停放开始以来经过的时间。

在器械移动模式(例如缩回、插入或停放)的过程中，刚度值k可以在初始值(例如，k₁、k₃)和最终值(例如，k₂、k₄)之间。在一些示例中，最低刚度值(例如，k₂、k₃)可以对应于期望的标称值，诸如零或小但非零的刚度。基于致动柔性细长器械的一个或更多个致动器的尺寸、基于柔性细长器械响应于解剖运动而弯曲的能力、基于正在进行的手术等和/或这些方法的任何组合，操作者可以选择期望的标称刚度值。

如图5A和图5B所示，刚度廓线600和650可以被组织在柔性细长器械的刚度的不同的行为区中，如曲线610和660所例示的。例如，图5A包括区620、630、640并且图5B包括区670、680、690。每个区可以表示经过的S周期，例如行进的不同距离或不同的时间段，并且曲线610和660可以表示不同区中的刚度值k的不同变化率。诸如区620、640、670、690的一些区可以用作转变区，在转变区中随着S增加刚度值k保持相对恒定，使得刚度廓线可以在诸如缩回、插入或停放的运动模式开始和结束时平滑转变。在诸如区630、680的其他区中，刚度值k的变化率更大。在这些示例中，具有最大刚度变化率的区在接近运动模式的中间出现，但是在其他示例中，具有最大刚度变化率的区可以出现在运动模式的其他时段。在一些示例中，刚度廓线600和/或650可以任选地包括具有相应的刚度函数的附加区(未示出)。在一些示例中，刚度廓线可以以刚度廓线600和650的组合为特征。在一些实施例中，刚度廓线600和/或650可以任选地包括线性、非线性、指数、对数、阶跃、分段、双曲线、抛物线、周期/三角、反双曲线、多项式、模数、其他单调函数等的任何组合和/或其任何组合。在一些示例中，刚度廓线还可以包括滞后或记忆特征，其中在一个方向S上的刚度调节(例如，当从小值移动到大值时)与在S的相反方向上的调节不同。通常，刚度调节曲线可以以线性或非线性的方式取决于除S之外的变量，诸如S的导数、S的积分或其任何组合，或者取决于其他附加变量。

刚度廓线600和/或650可用于调节由一个或更多个致动器施加到一根或更多根线(诸如用于控制柔性细长器械的远端的导向的任何线240、430)的力。例如，刚度廓线600和/或650可用于调节由一个或更多个致动器施加的力和/或扭矩，以控制在柔性细长器械内的推和/或拉所述一根或更多根线中的一根或更多根。当调节由一个或更多个致动器施加的力和/或扭矩时，刚度廓线600和/或650可以实现用于缩放由一个或更多个致动器施加的力和/或扭矩的缩放因子和/或扭矩乘数。在一些示例中，缩放因子或扭矩乘数的范围可以从用于k₁的1.0或接近1.0到用于k₂的标称的可能非零值。在一些示例中，缩放因子或扭矩乘数的范围可以从用于k₃的标称的可能非零值到用于k₄的1.0或接近1.0。在一些示例中，刚度廓线600和/或650可以表示取决于附加因子(诸如施加到柔性细长器械的外力、柔性细长器械的形状、形成通道的解剖结构的敏感度、解剖结构的曲率、一个或更多个操作者偏好等和/或这些方法的任何组合)的函数。在一些示例中，刚度可以对应于每根线上的各个力的集合，例如，通过平均值、加权和和/或类似方法和/或这些方法的任何组合。

参见图5A，其示出了在细长柔性装置的缩回模式期间的刚度廓线的示例。通过在缩回模式期间应用刚度廓线600，柔性细长器械的刚度降低，并且因此可以减小施加到解剖组织(例如通道壁)的来自柔性细长器械的任何接触力。另外，当器械被调节时、以往复运动移动时，或者以其他方式在停放或转变到插入运动之前缩回相对小的距离时，刚度的受控降低会是特别合适的。

通常，具有应用的刚度廓线600的器械将经历区620中的刚度的仅略微降低、区630中的刚度的更大降低以及区640中的相对稳定的松弛状态。更具体地，在第一区620中，当S增加并且缩回开始发生时，刚度大致维持在初始刚度k₁或略微低于k₁。在第二区630中，从S₁开始，随着S进一步增加，刚度以比第一区620更快的速率降低，并且发生额外的缩回，其中柔性细长器械的远端与通道壁之间接触的可能性增加。刚度可以以更快的速率降低，导致器械更快地失去硬度并因此减少刚性器械可能对患者造成的可能的损伤。在第三区640中，从S₂开始，随着缩回距离继续增加，刚度逐渐减小到接近恒定的期望最终值k₂。

参见图5B，其示出了在细长柔性装置的插入模式期间的刚度廓线的示例。在该示例中，S可以表示在插入模式期间行进的距离或时间段。在图5B的示例中，刚度廓线650是刚度廓线600的镜像，并且可以任选地用于在柔性细长器械的插入和/或停放期间增加刚度，以便在柔性细长器械推进时和/或在通道内被保持稳定时允许远端的控制。通常，具有应用的刚度廓线650的器械将经历区670中的刚度的仅略微增加、区680中的刚度的更大增加以及区690中的相对稳定的刚度状态。更具体地，在第一区670中，在插入和/或停放开始时当S增加时，刚度大致维持在初始刚度k₃或略微高于k₃。在第二区680中，随着S进一步增加，刚度以比第一区670更快的速率增加。在图5B中，随着S进一步增加，刚度在第二区680处以更快的速率增加。在第三区690中，随着S继续增加，刚度逐渐减小到接近恒定的期望最终值k₄。在一些示例中，k₄可以对应于期望的最大刚度。期望的最大刚度可以是由操作者基于致动柔性细长器械的一个或更多个致动器的尺寸、基于正在进行的手术、安全上限和/或类似方法和/或这些方法的任何组合选择的最大刚度。

在一些实施例中，当柔性器械进入停放模式时，可以应用类似于刚度廓线600或刚度廓线650的刚度廓线。例如，如果柔性器械从缩回模式进入停放模式，则柔性器械可以在停放模式下变硬。在停放模式期间应用一些刚度廓线的情况下，由于柔性器械不移动，刚度可以更快地增加或降低。

在一些实施例中，第一区620/670和/或第三区640/690是任选的。刚度廓线600/650可具有与曲线610/660中所示的形状和/或区域不同的形状和/或区域。如图所示，刚度廓线600/650是平滑函数，使得其在其区内至少连续可微分，或者刚度廓线600/650可以是通过区620/670-640/690的一个连续函数。替代地，刚度廓线600/650在区620/670-640/690中的一个或更多个区之间的起点和/或终点处不是连续可微分的。在一些示例中，刚度廓线600/650在第一区620/670在初始值k₁处是常数。在第二区63/6800处，从S₁开始，当S增加时，刚度可线性降低，直到S₂处的第三区640/690。刚度廓线600/650可以任选地包括一系列步骤，从第一区620/670的初始值k₁开始，并且在第二区630/680逐步下降或上升到期望的最终值k₂。在一些示例中，曲线610/660的形状代表逻辑函数。在一些示例中，刚度廓线600/650是单调减小或增加的函数，以确保在柔性细长器械的整个运动过程中刚度减小、增加和/或没有变化。

虽然已经描述了本公开的用于肺的连通气道的系统和方法，但是它们也适合于在各种解剖系统(包括肠、肾、脑、心脏、循环系统、尿道、动脉、脐带管和/或类似系统)中的任一种中通过自然或手术创建的连接通道导航和治疗其他组织。

图6是示出用于控制柔性主体(诸如柔性主体216和/或柔性细长器械510)的示例性方法700的流程图。方法700在图6中示出为一组操作或过程702-710。并非所有示出的过程702-710都可以在方法700的所有实施例中执行。另外，图6中未明确示出的一个或更多个过程可以被包括在过程702-710之前、之后、之间或作为过程702-710的一部分。在一些实施例中，过程702-710中的一个或更多个可以至少部分地以存储在非暂时性、有形计算机可读介质上的可执行代码的形式实现，该可执行代码当由一个或更多个处理器(例如，控制系统112的处理器)运行时可以使一个或更多个处理器执行过程702-710中的一个或更多个。在一些示例中，该方法可以在柔性主体被引入通道时开始。在一些示例中，解剖学通道可包括肠、肾、脑、心脏、循环系统、肺、尿道、动脉、脐带管和/或类似系统。

在过程702期间，监测柔性主体的移动。柔性主体的移动可以通过传感器系统(诸如传感器系统108)测量。可以使用一个或更多个传感器(诸如位置传感器系统220、形状传感器222或位置测量装置520)来确定柔性主体的位置。该位置可以对应于插入深度，诸如器械主体512沿轴线A的位置。监测可以连续地、周期性地和/或在设定的标记处发生。在一些示例中，过程702可以与方法700中的其他步骤同时执行。替代地，可以基于来自输入装置(诸如参考主组件106描述的那些)的命令的运动来确定移动。在一些示例中，与插入或缩回相关的输入装置的检测可用于确定移动。在更多示例中，用户可以通过按下按钮或点击触摸屏上的按钮提供输入来指示预期的方向改变。

监测柔性主体的移动可以包括记录柔性主体的状态属性，诸如当前位置、当前时间和/或当前控制配置(例如，由闭环导向线控制引起的当前刚度)。替代地，监测柔性主体的移动可以包括记录输入装置的输入量值，该输入装置的输入量值由控制装置处的操作者输入的大小、速率或速度的测量值、输入装置已经在一个方向上被致动的时间、置于输入装置上的压力、操作者手与输入装置之间的接触失去等。记录当前位置可以包括测量插入深度，诸如器械主体512沿轴线A的位置。记录当前刚度可以包括测量由一个或更多个致动器施加到用于控制柔性主体的远端(诸如远端218)的导向的一根或更多根线(诸如线240-242、线310-340和/或线430中的任何线)的一个或更多个力。刚度可以对应于每根线上的各个力的集合，例如，通过平均值、加权和等。测量刚度还可以包括考虑施加到柔性主体的外力，该外力可以通过一个或更多个力和/或压力传感器(诸如一个或更多个应变仪)测量。在一些示例中，测量刚度还可以包括考虑远端的经测量的形状、惯性矩、杨氏模量、远端的弯曲部分的长度等和/或这些方法的任何组合。测量刚度可以包括测量马达电流或施加的致动器扭矩(诸如由致动器施加到驱动轴420的扭矩)，用于控制施加到一根或更多根线的力。在一些示例中，先前模式的刚度廓线可用于基于过程702期间监测到的移动来确定当前刚度。

在过程704期间，确定柔性主体的操作模式。该模式可以对应于缩回、插入和停放模式之一。可以基于在过程702期间监测到的移动来确定模式。在一些示例中，模式确定可以基于经过的时间、速度、柔性主体的行进距离等和/或其任何组合。行进的距离可以等于当前位置和在过程702期间记录的插入深度之间的位移。当前位置可以对应于柔性主体的插入深度。经过的时间可以等于当前时间与过程702期间记录的时间之间的差。速度可以由传感器使用数值微分、将行进的距离除以经过的时间和/或通过速度样本值的指数平滑、低通滤波和/或这些方法的任何组合来计算。数值微分可以包括后向差分近似法等。在一些示例中，模式确定可以基于通过控制装置处的操作者输入的大小、速率或速度的测量值、输入装置已经在一个方向上被致动的时间、置于输入装置上的压力、操作者手和输入装置之间的接触失去和/或类似因素确定的输入装置的输入量值。

当柔性主体的速度超过插入方向上的阈值或者输入装置以插入方向上的速度超过阈值致动时，可以将移动模式确定为插入模式。附加地或替代地，当柔性主体的速度或输入装置被致动的速度超过插入方向上的阈值达阈值时间时，可以将该模式确定为插入模式。在一些示例中，阈值时间在1到10秒之间。在一些示例中，阈值速度在插入方向上在每秒0.1-5毫米之间。在一些示例中，柔性主体被认为处于插入模式，直到柔性主体在缩回方向上的速度超过阈值。在一些示例中，输入装置的致动被认为处于插入模式，直到输入装置在缩回方向上的致动速度超过阈值。

当柔性主体的速度在缩回方向上超过阈值或者输入装置在缩回方向上以超过阈值的速度被致动时，可以将模式确定为缩回模式。附加地或替代地，当柔性主体的速度或输入装置被致动的速度在缩回方向上超过阈值达阈值时间时，可以将模式确定为缩回模式。在一些示例中，阈值时间在1到10秒之间。在一些示例中，阈值速度在缩回方向上在每秒0.1-5毫米之间。在一些示例中，柔性主体被认为处于缩回模式，直到柔性主体在插入方向上的速度超过阈值。在一些示例中，输入装置的致动被认为处于插入模式，直到输入装置在缩回方向上的致动速度超过阈值。在一些示例中，当自上一次向前运动以来行进的缩回距离超过阈值(诸如5或10mm)时，可以将模式确定为缩回模式。在一些示例中，当通过用户输入命令柔性主体缩回自上一次向前运动以来的距离超过阈值(诸如5或10mm)时，可以确定模式处于缩回模式。

当柔性主体的速度的大小下降到阈值以下时或者当输入装置以低于阈值的速度致动时，可以将模式确定为停放模式。附加地或替代地，当柔性主体的速度或输入装置被致动的速度在阈值以下达阈值时间时，可以将模式确定为停放模式。在一些示例中，阈值时间在1到10秒之间。在一些示例中，阈值速度的大小在每秒0.1-5毫米之间。在一些示例中，在确定模式改变之前与阈值速度和/或阈值时间相关联的条件可以考虑扰动、感测的噪声、循环解剖运动(诸如，呼吸和心脏运动)、解剖结构内的移动和/或由环境位移引起的其他移动和/或其组合。在一些示例中，由于操作者失去与输入装置的接触，可以将模式确定为停放模式。

在过程706期间，确定操作模式中的移动程度(包括缺少移动)。使用来自输入装置或类似于关于过程702讨论的传感器的命令的运动，测量缩回移动、插入移动或停放/稳定性的程度。移动的程度可以包括测量经过的时间、行进的距离等和/或其任何组合。行进的距离可以等于柔性主体的当前插入深度与在过程702期间记录的插入深度之间的位移或当前输入装置位置和先前输入装置位置的位移。经过的时间可以等于当前时间与在过程702期间记录的时间之间的差。

在过程708期间，基于移动的程度来调节柔性主体的刚度。可以通过控制由一个或更多个致动器施加在用于控制柔性主体的远端的导向的一根或更多根线上的力来调节刚度。每根线可以具有通过其自身的力曲线调节的力，该力曲线基本上类似于刚度廓线。可以通过调节由一个或更多个致动器施加的力和/或扭矩来修改刚度，以控制推和/或拉柔性主体中的一根或更多根线中的一根或更多根。在一些示例中，调节由致动器施加的实际力或扭矩。在一些示例中，最大力和/或扭矩极限被置于控制一个或更多个致动器中的每一个的控制器上。

在缩回模式期间，柔性主体的刚度可以根据刚度廓线(诸如刚度廓线600)减小。K₁可以被设定为在过程702期间记录的刚度并且减小直到刚度处于最终刚度值(诸如来自刚度廓线600的k₂)。最终刚度可以设为标称的、可能是非零的值，以保持对柔性主体的远端中的弯曲、在柔性主体的远端处部署的器械等的至少一些控制等。在插入模式期间，柔性主体的刚度可以根据刚度廓线(诸如刚度廓线650)增加。k₃可以被设定为在过程702期间记录的刚度并且增加直到刚度达到最终刚度(诸如来自刚度廓线的k₄)。在停放模式期间，最终刚度可以为柔性主体提供足够的硬度，以导向推进的柔性主体并控制从柔性主体部署的医疗工具的取向。替代地，在停放模式期间，可以在锁定模式下增加刚度，使得柔性主体可以适当地铰接或者可以用作有效的固定平台。

在过程708期间，可以基于诸如施加到柔性主体的一个或更多个外力、柔性主体的形状、形成通道的解剖结构的敏感度、解剖结构的曲率、一个或更多个操作者偏好等和/或这些方法的任何组合的附加因素来调节刚度。

在过程710期间，确定是否发生移动模式改变。例如，可以确定从插入模式变为缩回或停放模式，或者可以确定从缩回模式变为插入或停放模式。可以基于经过的时间、速度、行进的距离等和/或其任何组合来确定模式改变。在一些示例中，基于柔性主体的移动方向的改变来确定模式改变。在一些示例中，当柔性主体的速度在与先前确定的运动模式相反的方向上超过阈值时，确定模式改变。在确定模式改变之前与阈值速度和/或阈值时间相关联的条件可能需要考虑扰动、感测的噪声、循环解剖运动(诸如，呼吸和心脏运动)、解剖结构内的运动和/或由环境位移引起的其他移动和/或其组合。在一些实施例中，停放模式是可选的，其中操作模式限于缩回模式和插入模式。

如果在过程710确定模式发生改变，则可以从过程704开始重复该方法。如果模式没有改变，则可以从过程706开始重复该方法。

如上所述并在此进一步强调，图6是不应该不适当地限制权利要求的范围的一个例子。本领域普通技术人员将意识到许多变化、替代和修改。在一些实施例中，在从第一模式转变到第二模式期间，第一模式的刚度廓线可以继续，就好像模式没有发生过改变一样。在一些示例中，在从插入模式转变到停放模式期间，刚度可以根据插入模式的刚度廓线继续增加，就好像插入继续而未被中断过一样。在一些示例中，在从停放模式转变到插入模式期间，刚度可以根据停放模式的刚度廓线继续增加，就好像继续停放而未被中断过一样。在一些示例中，在从缩回模式转变到停放模式期间，刚度可以根据缩回模式的刚度廓线继续减小，就好像继续缩回而未中断过一样。在一些示例中，在从停放模式转变到缩回模式期间，刚度可以根据停放模式的刚度廓线继续降低，就好像停放继续而未中断过一样。

在一些实施例中，方法700的过程702-710中的一个或更多个可以至少部分地以存储在非暂时性、有形机器可读介质上的可执行代码的形式实现，所述可执行代码在由一个或更多个处理器(例如，控制系统112)运行时可以使一个或更多个处理器执行过程702-710中的一个或更多个。另外，实施例和示例中的一个或更多个元素可以用软件实施以在一个或更多个处理器上执行。当在软件中实施时，实施例的元素本质上是执行必要任务的代码段。程序或代码段可以存储在非暂时性处理器可读存储介质或设备中，包括可以存储包括光学介质、半导体介质和磁介质的信息的任何介质。非暂时性处理器可读存储设备示例包括电子电路、半导体设备、半导体存储器设备、只读存储器(ROM)、闪存、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘或其他存储设备。代码段可以通过诸如因特网、内联网等的计算机网络下载。如本文所述，进入、检测、启动、配准、显示、接收、生成、确定、移动数据点、分段、匹配等的操作可以至少部分地由控制系统112或其一个或更多个处理器执行。

先前描述的刚度廓线600和/或650可以实施缩放因子和/或扭矩乘数，用于缩放由一个或更多个致动器施加的力和/或扭矩。图7示出了在缩回距离802和缩回距离804上的缩回方法的示例性应用期间应用的刚度乘数曲线800。在一些示例中，乘数m可以表示用于缩放在过程708期间由一个或更多个致动器施加的力和/或扭矩的缩放因子和/或扭矩乘数，以调节柔性细长器械的刚度。刚度乘数曲线800是乘数m的可能变化的图形表示，其由曲线810根据缩回距离(由d表示)示出。时间t₀-t₇示出了缩回距离d₀-d_最终和乘数m随时间的关系。在一些示例中，乘数m的范围可以从柔性器械相对刚性的1.0或接近1.0的值m₁到柔性器械相对松弛的零或接近零的值m₂。在一些示例中，扭矩是乘数和可由致动器施加的最大扭矩τ_max的函数，由等式1示出。在一些示例中，由等式1确定的扭矩可以由相应的控制器应用为由各个致动器施加的实际扭矩或应用为施加在各个致动器上的最大扭矩极限。

τ＝τ_max×m(d，t) (1)

在一些示例中，当缩放力时，τ和τ_max相应地由f和f_max代替，其中设定实际力或最大力极限。

在图7中，在初始位置d₀，柔性器械已插入解剖通道并置于停放模式，其中乘数设定在m₁。在一个示例中，柔性器械可以在停放时插入解剖通道中100mm。然后柔性器械进入缩回模式。在缩回模式的初始阶段，柔性器械从初始位置d₀和缩回距离d₁移动，同时乘数在值m₁处或附近保持不变或近似不变。在一个示例中，d₀和d₁之间的柔性器械缩回的程度可以是大约5mm。d₀和d₁之间的距离可以在t₀和t₁之间的时间段内遍历。在柔性器械缩回距离d₁之后，乘数m开始减小。在d₁和d₂之间的缩回距离上，乘数m从值m₁(例如，相对刚度)减小到值m₂(例如，相对松弛)。d₁和d₂之间的距离可以在t1和t2之间的时间段内遍历。在该示例中，柔性器械缩回的程度在d₁和d₂之间可以是大约10mm。随着柔性器械继续从距离d₂缩回到d₃，乘数值保持为m₂。在一个示例中，柔性器械可以在d₂和d₃之间缩回大约35mm。d₂和d₃之间的距离可以在t₂和t₃之间的时间段内遍历。

在距离d₃处，柔性器械退出缩回模式并进入停放模式。在停放模式中，柔性器械在距离d₃处保持达t₃和t₄之间的时间段。在该示例中，当处于停放模式时，乘数值斜升到m₁(例如，相对刚度)。从乘数值m₂到m₁的这种转变可以在短时间内突然发生，或者可以基于经过的时间遵循更渐进的转变曲线。

在时间t₄，柔性器械退出停放模式并再次进入缩回模式。在第二缩回模式的初始阶段，柔性器械从停放距离d₃移动到缩回距离d₄，同时乘数在值m₁处或附近保持不变或近似不变。在该示例中，柔性器械可在d₃和d₄之间缩回约5mm。d₃和d₄之间的距离可以在t₄和t₅之间的时间段内遍历。在柔性器械已缩回距离d₄之后，乘数m开始减小。在d₄和d₅之间的缩回距离上，乘数m再次从值m₁(诸如，相对刚度)减小到值m₂(诸如，相对松弛)。d₄和d₅之间的距离可以在t₅和t₆之间的时间段内遍历。在一个示例中，柔性器械可在d₄和d₅之间缩回大约10mm。随着柔性器械继续从距离d₅缩回到其中柔性器械从患者解剖结构完全缩回的d_最终，乘数值保持在m₂。在一个示例中，柔性器械可以在d₂和d₃之间缩回大约35mm。d₅和d_最终之间的距离可以在t₆和t₇之间的时间段内遍历。

在诸如插入或缩回的驱动运动模式中，可以选择控制系统的各种子模式以基于子模式特定刚度廓线改变柔性主体的刚度。

驱动移动模式的子模式的一个示例是完全被动子模式。完全被动子模式可以是操作者使用例如主组件106处的控制装置的识别输入(诸如，位于控制装置上的“被动”按钮的双击或多击)、语音命令或解剖手势命令选择的。图8示出了可以在完全被动子模式中使用的刚度廓线900。根据刚度廓线900，在操作者输入时间(t＝0)和预定时间(t＝t₂)时间之间的时间段内，随着致动器扭矩从操作扭矩905减小到近似为零的扭矩，柔性主体的刚度降低。在该实施例中，刚度廓线900是线性的，但是在替代实施例中，完全被动子模式中的刚度廓线可以是非线性的。完整的被动子模式可以适合于在手术完成时使用，并且操作者使用主组件将柔性主体从患者解剖结构缩回。替代地，当柔性导管定位在解剖通道中的急弯内时，完全被动子模式可能是合适的，并且操作者希望减轻柔性导管(并因此解剖通道)中的刚度，例如，以允许活检针通过。控制系统可以保持在完全被动子模式，直到操作者选择不同的模式或直到另一个预定条件发生。

驱动移动模式的子模式的另一示例是慢被动子模式。慢被动子模式可以是操作者使用例如在主组件106处到控制装置的识别输入(诸如，在慢被动子模式的时间段内按住位于控制装置上的“被动”按钮)、语音命令或解剖手势命令选择的。图8示出了可以在慢被动子模式中使用的刚度廓线910。根据刚度廓线910，在操作者输入时间(t＝0)和预定时间(t＝t₃)之间的时间段内随着致动器扭矩从操作扭矩905减小到近似为零的扭矩，柔性主体的刚度降低。与完全被动刚度廓线910相比，慢被动刚度廓线以较慢的速率减小扭矩。在该实施例中，刚度廓线910是线性的，但是在替代实施例中，完全被动子模式中的刚度廓线可以是非线性的。图9示出了这种非线性曲线950。根据刚度廓线950，随着致动器扭矩在初始间隔(t₀-t₁)之间快速下降，柔性主体的刚度降低。致动器扭矩在间隔(t₁-t₂)之间相对稳定并且在间隔(t₂-t₃)内快速下降到近似为零的扭矩。慢被动子模式可适用于当操作者对患者解剖结构中的柔性主体位置进行微调时，其中柔性主体移动的短增量距离太小而不能在正常驱动运动模式(诸如插入或缩回)下有效地减小致动器扭矩。在时间t₂，经过足够的时间，操作者可能打算从患者解剖结构中撤回柔性主体或进行显著的撤回运动。因此，从t₂到t₃，扭矩的减小会很快。控制系统可以保持在慢被动子模式，直到例如操作者释放被动按钮。当被动按钮被释放时，控制系统可以通过使用线性或非线性斜升曲线将扭矩斜升至先前扭矩水平或操作扭矩水平而返回到先前操作模式。

驱动移动模式的子模式的另一示例是插入离合器子模式。插入离合器子模式可以是操作者使用例如到位于操纵器组件102的托架上的离合器输入的识别输入(例如，操作者可以按下并按住离合器输入按钮或者可以双击或多击离合器输入按钮)或系统100的另一部件选择的。替代地，另一种类型的用户输入包括语音命令或解剖手势命令。图8示出了可用于插入离合器子模式的刚度廓线920。根据刚度廓线920，在操作者输入(t＝t₁)时的瞬时或相对短的时间段内，随着致动器扭矩从操作扭矩减小到近似为零的扭矩时，柔性主体的刚度立即降低。在该实施例中，刚度廓线920是线性的，但是在替代实施例中，插入离合器子模式中的刚度廓线在相对短的时间段内可以是非线性的。在该子模式中，主组件106可以不接受用户命令来控制操纵器或附接的器械，并且可以禁用沿插入路径提供运动的致动器。当操作者想要在紧急情况下或根据其他临床目的快速地从患者解剖结构移除柔性主体时，插入离合器子模式可以适合使用。在插入离合器子模式中，操作者可以通过移动与器械104联接的操纵器组件102的插入阶段来手动缩回柔性主体。控制系统可以保持在插入离合器子模式中，直到操作者释放离合器输入按钮或满足另一个释放条件。

驱动移动模式的子模式的另一示例是自动被动子模式。自动被动被动子模式可以是操作者使用例如主组件106处的控制装置的识别输入(例如，位于控制装置上的“被动”按钮的单击)、语音命令，或解剖手势命令选择的。图10示出了可以在自动被动子模式中使用的刚度廓线960。根据刚度廓线960，随着致动器扭矩从操作扭矩905减小到基于输入量值的近似为零的扭矩，柔性主体的刚度减小。输入量值可以是主组件106的控制装置处的操作者输入的大小或速率的测量值，其与柔性主体被命令移动的期望距离的测量值有关。例如，如果控制装置是主组件106上的滚轮，则滚轮上的小缩回被认为是与短命令移动距离有关的自动被动子模式中的小输入量值，并且滚轮上的大缩回被认为是与大的命令移动距离有关的自动被动子模式中的大输入量值。利用刚度廓线960，小的输入量值使得柔性主体在操作扭矩905处保持在主动控制下。这允许操作者在不失去柔性主体的远端的取向的情况下执行位置的精细调节。利用刚度廓线960，大的输入量值导致致动器扭矩从操作扭矩减小到近似为零的扭矩。这允许操作者将柔性主体移动很长距离或者从患者解剖结构移除柔性主体，而刚度很小或没有。在该实施例中，刚度廓线960是线性的，但是在替代实施例中，自动被动子模式中的刚度廓线可以是非线性的。控制系统可以在特定移动模式(例如，缩回)期间保持在自动被动子模式中，但是当操作者改变移动模式(例如，返回到主动插入)时，控制系统切换出自动被动子模式并且致动器扭矩逐渐地或根据可配置的线性或非线性转变曲线返回到操作扭矩905。替代地，退出自动被动子模式可以通过另一种类型的用户输入(诸如开关)来完成。

注意，所呈现的过程和显示可能不固有地与任何特定计算机或其他装置相关。种种这样的系统所需的结构将作为权利要求中的元素出现。另外，不参考任何特定编程语言描述实施例。应当理解，可以使用各种编程语言来实施如本文所述的本发明的教导。

虽然已经在随附的附图中描述和示出了本发明的某些示例性实施例，但是应该理解，这些实施例仅仅是对本发明的说明而非限制，并且本发明的实施例不受本文所示和所述的具体结构和布置的限制，因为本领域普通技术人员可以想到各种其他修改。

Claims (50)

1.一种计算机辅助医疗系统，包括：

柔性细长器械，其包括从所述柔性细长器械的近端延伸到所述柔性细长器械的远端的多根线，所述多根线中的每根线可用于导向所述远端；以及

联接到所述柔性细长器械的控制系统，所述控制系统经配置：

监测所述柔性细长器械沿纵向中心轴线的移动；

基于所述监测，确定所述柔性细长器械沿所述纵向中心轴线在第一方向上的运动程度；以及

基于相对于所述运动程度的刚度廓线，通过调节由所述多根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的一个或更多个力，改变所述柔性细长器械的刚度。

2.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中为监测所述柔性细长器械的移动，所述控制系统还经配置使用一个或更多个传感器来确定所述柔性细长器械的插入深度的变化。

3.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置确定所述柔性细长器械的速度，所述柔性细长器械的所述速度对应于所述柔性细长器械的插入深度随时间的变化。

4.根据权利要求1-3之一所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置确定所述柔性细长器械的当前状态，所述当前状态包括由以下组成的组中的一个或更多个：所述柔性细长器械的当前位置、当前时间以及当前控制配置。

5.根据权利要求4所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于由所述多根线中的每根线施加的所述一个或更多个力确定所述柔性细长器械的所述当前控制配置。

6.根据权利要求4所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于由所述多根线中的每根线施加的所述一个或更多个力的集合确定所述柔性细长器械的所述当前控制配置。

7.根据权利要求4所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置通过测量由用于控制所述多根线的一个或更多个致动器施加的扭矩来确定所述当前控制配置。

8.根据权利要求1-3之一所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于经过的缩回时间确定所述运动程度。

9.根据权利要求1-3之一所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于当前插入深度与在运动开始时记录的插入深度之间的差确定所述运动程度。

10.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于经过的运动时间和当前插入深度与在运动开始时记录的插入深度之间的差的结合确定所述运动程度。

11.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述刚度廓线是相对于所述运动程度的单调下降函数。

12.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述刚度廓线是由以下组成的组中的一个或更多个：线性函数、非线性函数、指数函数、对数函数、阶跃函数、分段函数、多项式函数、三角函数以及周期函数。

13.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述刚度廓线包括所述柔性细长器械的所述刚度的三个不同的行为区：

包括第一线性函数的第一行为区；

包括非线性单调下降函数的第二行为区；以及

包括第二线性函数的第三行为区。

14.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置减小所述刚度直到所述刚度处于最终值。

15.根据权利要求14所述的计算机辅助医疗系统，其中所述最终值不为零。

16.根据权利要求14所述的计算机辅助医疗系统，其中所述最终值由操作者选择或基于正在进行的手术。

17.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统经配置基于柔性细长器械相对于患者的解剖结构的位置改变所述柔性细长器械的所述刚度。

18.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置通过减小由用于控制所述多根线的一个或更多个致动器施加的所述一个或更多个力调节由所述多根线施加的所述一个或更多个力。

19.根据权利要求18所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置通过减小由用于控制所述多根线的所述一个或更多个致动器施加的相应扭矩来调节由所述一个或更多个致动器施加到所述多根线的所述一个或更多个力。

20.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置通过调节用于控制一个或更多个致动器的一个或更多个控制器的相应最大力极限来调节由所述多根线施加的所述一个或更多个力，所述一个或更多个致动器经配置将所述一个或更多个力施加到所述多根线。

21.根据权利要求1-3或10中的任一项所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置通过调节用于控制一个或更多个致动器的一个或更多个控制器的相应最大扭矩极限来调节由所述多根线施加的所述一个或更多个力，所述一个或更多个致动器经配置将所述一个或更多个力施加到所述多根线。

22.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置在所述柔性细长器械在与所述第一方向相反的第二方向上的速度超过阈值时确定操作模式的变化，所述柔性细长器械的所述速度对应于所述柔性细长器械在患者解剖结构中的深度的变化。

23.根据权利要求22所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置在所述柔性细长器械在所述第二方向上的所述速度超过所述阈值达阈值时间时确定所述操作模式的所述变化。

24.根据权利要求22所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述操作模式改变，基于所述监测确定在所述第二方向上的第二运动程度。

25.根据权利要求24所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述操作模式改变，通过调节由所述多根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的所述一个或更多个力，基于在所述第二方向上的所述第二运动程度改变所述柔性细长器械的所述刚度。

26.根据权利要求24所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于经过的插入时间确定在所述第二方向上的所述第二运动程度。

27.根据权利要求24所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于在所述第二方向上的当前器械深度与在运动开始时记录的深度之间的差确定在所述第二方向上的所述第二运动程度。

28.根据权利要求24所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于经过的插入时间和在所述第二方向上的当前器械深度与在运动开始时记录的深度之间的差的结合确定在所述第二方向上的所述第二运动程度。

29.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置在所述柔性细长器械的速度的量值下降到阈值以下时确定操作模式改变为停放模式。

30.根据权利要求29所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置在所述柔性细长器械的所述速度的所述量值下降到所述阈值以下达阈值时间时确定所述操作模式改变为所述停放模式。

31.根据权利要求29所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述操作模式改变为所述停放模式，基于所述监测确定所述柔性细长器械的停放的程度。

32.根据权利要求31所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述操作模式改变为所述停放模式，通过调节由所述多根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的所述一个或更多个力，基于所述停放的所述程度增加所述柔性细长器械的所述刚度。

33.根据权利要求31所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述操作模式改变为所述停放模式，根据在所述柔性细长器械的运动期间应用的前一个刚度廓线，基于所述停放的所述程度减小所述柔性细长器械的所述刚度。

34.根据权利要求31所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述操作模式改变为所述停放模式，维持所述柔性细长器械的当前刚度。

35.根据权利要求31所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置基于经过的停放时间确定所述停放的所述程度。

36.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中所述柔性细长器械是包括一个或更多个管腔的导管，一个或多个医疗器械可通过所述一个或更多个管腔被插入以进行超出所述柔性细长器械的所述远端的手术。

37.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中确定所述运动程度包括基于所述监测确定所述柔性细长器械沿所述纵向中心轴线缩回的程度。

38.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中确定所述运动程度包括基于所述监测确定所述柔性细长器械沿所述纵向中心轴线插入的程度。

39.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置

识别与被动子模式相关联的操作者输入以及

基于对所述操作者输入的识别，基于所述被动子模式的刚度廓线改变所述柔性细长器械的刚度。

40.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中基于所述被动子模式的所述刚度廓线改变所述柔性细长器械的所述刚度是相对于操作者输入装置上的输入量值。

41.根据权利要求1、2或10所述的计算机辅助医疗系统，其中基于所述被动子模式的所述刚度廓线改变所述柔性细长器械的所述刚度是相对于所述操作者输入的所述识别之后的持续时间。

42.根据权利要求1所述的计算机辅助医疗系统，其中确定所述柔性细长器械的所述运动程度包括接收由操作者在输入装置处提供的命令的运动，其中所述命令的运动包括所述输入装置上的输入量值。

43.根据权利要求42所述的计算机辅助医疗系统，其中所述输入量值基于应用于所述输入装置的操作者输入的大小、速率、速度和持续时间中的至少一个的测量值。

44.一种控制医疗装置的方法，包括：

监测柔性细长器械的命令的移动，其中所述柔性细长器械包括从所述柔性细长器械的近端延伸到所述柔性细长器械的远端的多根线，所述多根线中的每根线可用于导向所述柔性细长器械的所述远端；并且所述命令的移动通过输入装置提供；并且

基于所述监测确定所述柔性细长器械的命令的运动的程度；并且

基于相对于所述运动的所述程度的刚度廓线，通过调节由所述多根线中的每根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的一个或更多个力来改变所述柔性细长器械的刚度。

45.一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，当由与柔性细长器械相关联的一个或更多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于使所述一个或更多个处理器执行一种方法，所述方法包括：

监测所述柔性细长器械的移动，所述柔性细长器械包括从所述柔性细长器械的近端延伸到所述柔性细长器械的远端的多根线，所述多根线中的每根线可用于导向所述柔性细长器械的所述远端；

基于所述监测确定所述柔性细长器械的运动的程度；并且

基于相对于所述运动的所述程度的刚度廓线，通过调节由所述多根线中的每根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的一个或更多个力来改变所述柔性细长器械的刚度。

46.一种计算机辅助医疗系统，包括：

柔性细长器械，其包括从所述柔性细长器械的近端延伸到所述柔性细长器械的远端的多根线，所述多根线中的每根线可用于导向所述远端；以及

联接到所述柔性细长器械的控制系统，并且其经配置：

监测所述柔性细长器械的移动；

确定所述柔性细长器械的操作模式，所述操作模式对应于缩回模式、插入模式和停放模式中的一种；

响应于确定所述操作模式是所述缩回模式：

基于所述监测确定所述柔性细长器械的缩回的程度；并且

基于所述缩回的所述程度，通过调节由所述多根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的一个或更多个力来减小所述柔性细长器械的刚度；

响应于确定所述操作模式是所述插入模式：

基于所述监测确定所述柔性细长器械的插入的程度；并且

基于所述插入的所述程度，通过调节由所述多根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的所述一个或更多个力来增加所述柔性细长器械的所述刚度；

响应于确定所述操作模式是所述停放模式：

基于所述监测确定所述柔性细长器械的停放的程度；并且

基于所述停放的所述程度，通过调节由所述多根线施加到所述柔性细长器械的所述远端的所述一个或更多个力来增加或减小所述柔性细长器械的所述刚度。

47.根据权利要求46所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置为基于对所述柔性细长器械的速度的监测确定所述操作模式，所述柔性细长器械的所述速度对应于所述柔性细长器械的插入深度的变化。

48.根据权利要求47所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述柔性细长器械在插入方向上的所述速度已经下降到阈值以下，确定所述操作模式是所述缩回模式。

49.根据权利要求47所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置为响应于确定所述柔性细长器械在插入方向上的所述速度已超过阈值，确定所述操作模式是所述插入模式。

50.根据权利要求47所述的计算机辅助医疗系统，其中所述控制系统还经配置响应于确定所述柔性细长器械的所述速度的量值低于阈值，确定所述操作模式是所述停放模式。