CN111065351B - 用于装置的安全操作的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于装置的安全操作的系统和方法包括具有存储器和耦合到该存储器的处理器的控制系统。处理器被配置为使用一个或多个传感器确定操作者是否与耦合至该系统的控制台的输入控件接触。处理器被进一步配置为响应于确定操作者与输入控件接触而使用输入控件来影响该装置的命令运动。在一些实施例中，影响命令运动包括响应于确定操作者没有与输入控件接触而使用输入控件限制该装置的命令运动。在一些实施例中，被限制的命令运动是细长装置的插入运动、细长装置的缩回运动或细长装置的远端的转向运动。

Description

用于装置的安全操作的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月31日提交的美国临时申请号62/539,368的利益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及用于使用输入控件控制台来安全地操作装置(例如可转向细长医疗装置)的系统和方法。

背景技术

微创医疗技术意图减少医疗程序期间损伤的组织量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。可以通过患者解剖结构的自然孔口或通过一个或多个手术切口进行这种微创技术。通过这些自然孔口或切口，临床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)到达目标组织方位。一种这样的微创技术是使用柔性和/或可转向细长装置，诸如能够被插入到解剖通路内并且朝向患者解剖结构内的感兴趣区域被导航的导管。由医疗人员控制这种细长装置可以涉及几个自由度的管理，至少包括使用主控组装件以远程操作方式进行的细长装置的插入和缩回以及装置的转向的管理。此外，还可以支持不同的操作模式。

当使用主控组装件时，主控组装件被无意或意外地致动时，医疗装置(例如柔性的和/或可转向的细长装置)在患者体内的操作会对患者造成风险。

因此，提供在命令装置运动时有助于限制对诸如患者的组织之类的受检材料的不希望的损害的系统和方法将是有利的。

发明内容

随附于说明书的权利要求最佳地概括了本发明的实施例。

与一些实施例一致，一种用于装置的控制系统包括存储器和与存储器耦合的处理器。该处理器可以被配置为使用一个或多个传感器来确定操作者与耦合至该系统的输入控件控制台的第一输入控件接触。该处理器可以被进一步配置为在第一输入控件处接收代表该装置的命令运动的输入，以及当处理器确定操作者与第一输入控件接触时执行命令运动，并且当处理器确定操作者没有与第一输入控件接触时影响/改变(affect)命令运动。

与一些实施例一致，一种操作装置的方法包括由使用一个或多个传感器的控制单元来确定操作者是否与输入控件控制台的第一输入控件接触。该方法进一步包括在第一输入控件处接收代表该装置的命令运动的输入。该方法进一步包括：当控制单元确定操作者与第一输入控件接触时执行命令运动，并且当控制单元确定操作者没有与第一输入控件接触时影响/改变(affect)命令运动。

与一些实施例一致，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当由与装置相关联的一个或多个处理器执行时，所述指令适于使一个或多个处理器执行方法。该方法包括由使用一个或多个传感器的控制单元来确定操作者是否与输入控件控制台的第一输入控件接触。该方法进一步包括在第一输入控件处接收代表装置的命令运动的输入。该方法进一步包括：当处理器确定操作者与第一输入控件接触时执行命令运动，并且当处理器确定操作者没有与第一输入控件接触时影响/改变(affect)命令运动。

应理解，以上大致描述和以下详细描述二者本质上是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而非限制本公开的范围。就此而言，根据下面的详细描述，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统的简化示意图。

图2A是根据一些实施例的医疗器械系统的简化示意图。

图2B是根据一些实施例的具有延伸的医疗工具的医疗器械的简化示意图。

图3A和图3B是根据一些实施例的包括被安装在插入组装件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化示意图。

图4A和图4B是根据一些实施例的输入控件控制台的简化透视图。

图5是根据一些实施例的控制系统的简化图。

图6是根据一些实施例的操作受安全特征影响的受控装置的方法的简化图。

通过参考随后的详细描述，将最好地理解本公开的示例及其优点。应认识到，同样的附图标记被用来识别在一个或多个附图中图示的同样的元件，其中的标识是用于图示本公开的实施例的目的，并不是用于限制本公开。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的特定细节。阐述了很多特定细节，以便提供对实施例的充分理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文中公开的特定实施例旨在是图示性的而不是限制性的。本领域技术人员可以实现尽管此处未具体描述但是在本公开的范围和精神内的其他元件。此外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出并描述的一个或多个特征可以被并入到其他实施例内，除非另外具体描述或如果一个或多个特征将会使实施例不能工作。

在一些实例中，公知的方法、程序、部件和电路未被详细描述，从而不会不必要地使实施例的多个方面难以理解。

本公开就不同器械和器械部分在三维空间中的状态而言对其进行描述。如本文所用，术语“位置”指代对象或对象的一些部分在三维空间中的方位(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”指代对象或对象的一些部分的旋转布置(三个旋转自由度——例如，滚转、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“姿态”指代对象或对象的一些部分在至少一个平移自由度上的位置和对象或对象的一些部分在至少一个旋转自由度上的取向(多达六个自由度)。如本文所用，术语“形状”指代沿着对象测量的一组姿态、位置或取向。

图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化示意图。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以适合于在例如手术、诊断、治疗、或活检程序中使用。如图1所示，医疗系统100一般包括用于操作医疗器械104以对患者P执行各种程序的操纵器组装件102。操纵器组装件102安装于操作台T或安装在操作台T附近。主控组装件106允许操作者O(例如，外科医生、临床医生、医师和/或其他健康护理提供者)观看介入部位并控制操纵器组装件102。

主控组装件106可以位于医师控制台处，所述医师控制台通常与手术台T位于相同的房间中，诸如在患者P位于其上的外科手术台的一侧。然而，应当理解，操作者O可以与患者P位于不同的房间或完全不同的建筑中。主控组装件106一般包括用于控制操作操纵器组装件102的一个或多个控制装置。所述控制装置可以包括任意数量的各种输入装置，如操纵杆、跟踪球、数据手套、触发枪、手动操作控制器、语音识别装置、身体动作或存在传感器和/或类似装置。为了为操作者O提供直接控制器械104的强烈感觉，可以为控制装置提供与关联的医疗器械104相同的自由度。以此方式，控制装置为操作者O提供控制装置与医疗器械104为一体的远程呈现或感知。

在一些实施例中，控制装置可以比相关医疗器械104具有更多或更少的自由度，并且仍向操作者O提供远程呈现。在一些实施例中，控制装置可以可选地是手动输入装置，其以六个自由度运动并且还可以包括用于致动器械的可致动手柄(例如，闭合夹爪、施加电势至电极、递送药物治疗和/或类似作用)。

操纵器组装件102支撑医疗器械104并且可以包括一个或多个非伺服控制的连杆的运动结构(例如，可手动定位并锁定在适当位置的一个或多个连杆，通常被称为组建(set-up)结构)以及操纵器。操纵器组装件102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。致动器任选地包括驱动系统，当该驱动系统耦接到医疗器械104时，该驱动系统可将医疗器械推进到自然的或外科手术创建的解剖孔口。其他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自由度(例如，沿X、Y、Z笛卡尔坐标轴的线性运动)和三个旋转运动自由度(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔坐标轴的旋转)。此外，致动器可被用于致动医疗器械104的可铰接末端执行器，以便将组织抓取在活检装置和/或类似装置的钳口(jaw)中。致动器位置传感器(诸如解算器、编码器、电位计和其他机构)可以为医疗系统100提供描述马达轴的旋转和取向的传感器数据。这种位置传感器数据可以被用来确定由致动器操纵的对象的运动。

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、主控组装件106、传感器系统108和显示系统110之间的控制。控制系统112还包括程序化指令(例如，存储这些指令的非临时性机器可读介质)以实施根据本文公开的各方面描述的方法的一些或全部，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出为单个方框，但该系统可以包括两个或更多个数据处理电路，其中一部分处理可选地在操纵器组装件102上或邻近操纵器组装件102执行，另一部分处理在主控组装件106处执行和/或类似情况。控制系统112的处理器可以执行一些指令，包括对应于在本文中公开并且在下面更详细地描述的处理的指令。可以利用任何各种各样的集中式或分布式数据处理体系结构。类似地，程序化指令可以被实施为若干独立的程序或子程序，或者它们可以集成到本文所描述的远程操作系统的若干其他方面中。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、IEEE802.11、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。响应于该反馈，控制系统112可以向主控组装件106传输信号。在一些示例中，控制系统112可以传输命令操纵器组装件102的一个或多个致动器移动医疗器械104的命令。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的身体内的内部外科手术部位。可以使用任何合适的常规的和/或专门的致动器。在一些示例中，一个或多个致动器可以与操纵器组装件102分开，或者与操纵器组装件102集成在一起。在一些实施例中，一个或多个致动器和操纵器组装件102被提供作为邻近患者P和操作台T定位的远程操作推车的一部分。

在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以包括不止一个操纵器组装件和/或不止一个主控组装件。操纵器组装件的准确数目将取决于外科手术程序和手术室内的空间约束。主控组装件106可以被并置(collocated)，或它们可以被定位在独立的方位中。多个主控组装件允许一个以上的操作者以各种组合形式控制一个或多个操纵器组装件。

图2A是根据一些实施例的医疗器械系统200的简化示意图。医疗器械系统200包括被耦接到驱动单元204的细长装置202(诸如，柔性导管)。细长装置202包括柔性主体216，该柔性主体216具有近端217和远端或尖端部分218。

柔性主体216包括被定尺寸且成形为接收医疗器械226的通道(channel)221。图2B是根据一些实施例的在医疗器械226被延伸的情况下的柔性主体216的简化示意图。在一些实施例中，医疗器械226可以被用于诸如外科手术、活检、消融、辐照、灌注或抽吸的程序。医疗器械226能够通过柔性主体216的通道221来部署，并且在解剖结构内的目标方位处被使用。医疗器械226可以包括例如图像采集探针(probe)、活检器械、激光烧蚀纤维和/或其他手术、诊断或治疗工具。医疗工具可以包括具有单个工作构件的末端执行器，诸如解剖刀、钝刀片、光纤、电极等。其他末端执行器可以包括例如镊子、抓紧器、剪刀、施夹器等。其他末端执行器可以进一步包括电激活的末端执行器，诸如电外科电极、换能器、传感器等。在各种实施例中，医疗器械226是活检器械，其可以被用来从目标结构方位移除样本组织或细胞的采样。医疗器械226可以从通道221的开口被推进以执行程序，并且然后当该程序完成时被缩回到通道内。医疗器械226可以从柔性主体216的近端217或从沿着柔性主体216的另一可选器械端口(未示出)被移除。

医疗器械226可以额外地容纳在其近端和远端之间延伸以可控地弯曲医疗器械226的远端的电缆、联动装置或其他致动控制装置(未示出)。在美国专利号7,316,681(公开“Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgerywith Enhanced Dexterity and Sensitivity”)和美国专利号9,259,274(公开“PassivePreload and Capstan Drive for Surgical Instruments”)中详细描述了可转向器械，这些专利通过引用整体并入本文。

柔性主体216也可以容纳在驱动单元204与远端218之间延伸以便如例如通过远端218的虚线描绘219示出的那样可控地弯曲远端218的电缆、联动装置或其他转向控制装置(未示出)。在一些示例中，至少四个电缆被用来提供控制远端218的独立的俯仰的“上下”转向和控制远端281的偏航的“左右”转向。在美国专利号9,452,276(公开“Catheter withRemovable Vision Probe”)中详细地描述了可转向细长装置，该专利申请通过引用整体并入本文。在医疗器械系统200由远程操作组装件致动的实施例中，驱动单元204可以包括可移除地耦接到远程操作组装件的驱动元件(诸如致动器)并且从该驱动元件接收动力的驱动输入装置。在一些实施例中，医疗器械系统200可以包括夹紧特征件、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。细长装置202可以是可转向的，或可替代地，该系统在没有用于操作者控制远端218的弯曲的集成机构的情况下可以是不可转向的。在一些示例中，一个或多个腔被限定在柔性主体216的壁中，医疗器械能够通过所述一个或多个腔在目标外科手术方位处被部署(deployed)并且被使用。

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的操纵器组装件102可以由直接操作者控制件来代替。

图3A和图3B是根据一些实施例的包括被安装在插入组装件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化示意图。如图3A和图3B所示，外科手术环境300包括患者P被定位在平台302上。器械托架306被安装到固定于外科手术环境300内的插入台308。可替代地，插入台308可以是可移动的，但是在外科手术环境300内具有已知的方位(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪装置来获知)。器械托架306可以是操纵器组装件(例如，操纵器组装件102)的部件，该部件耦接到点收集器械304以控制插入运动(即沿着A轴线的运动)并且可选地控制细长装置310的远端318沿多个方向的运动(包括偏航、俯仰和滚动)。器械托架306或插入台308可以包括控制器械托架306沿着插入台308的运动的致动器(未示出)，诸如伺服马达。细长装置310被耦接到器械主体312。器械主体312相对于器械托架306被耦接并且被固定。当器械主体312在插入台308上沿着插入轴线A移动时，位置测量装置320提供关于器械主体312的位置的信息。位置测量装置320可以包括解算器、编码器、电位计和/或确定控制器械托架306的运动并因此控制器械主体312的运动的致动器的旋转和/或取向的其他传感器。在一些实施例中，插入台308是线性的。在一些实施例中，插入台308可以是弧形的，或者具有弧形和线性区段的组合。

图3A示出了处于沿着插入台308的缩回位置的器械主体312和器械托架306。通过器械主体312和器械托架306的该缩回位置，细长装置310的远端318可以被刚好定位在患者P的进入孔口内部。在图3B中，器械主体312和器械托架306已经沿着插入台308的线性轨道推进，并且细长装置310的远端318已经被推进到患者P内。

控制柔性细长装置(例如具有柔性主体216的细长装置202、细长装置310和/或柔性导管)通常涉及同时控制多个自由度。在一些示例中，为了控制细长装置的插入和/或缩回以及相应地控制细长装置的远端(例如远端218和/或318)的插入深度，使用一个或多个致动器，诸如控制器械托架306沿着插入台308的位置的一个或多个致动器。可以使用单一自由度输入控件(例如杠杆、操纵杆和/或类似控件)从操作者O接收对一个或多个致动器的命令。在一些示例中，为了控制远端的转向，用于远端的转向单元(例如驱动单元204)设有俯仰指令和偏航指令。可以使用诸如操纵杆的两自由度输入控件从操作者O接收俯仰指令和偏航指令。因为细长装置的控制通常包括同时提供插入和/或缩回指令以及转向指令，所以用于插入和/或缩回以及转向的输入控件通常彼此分离。

对于某些程序，使用杠杆和/或操纵杆作为用于图2A、图3A和/或图3B的细长装置的输入控件可能不太理想。这是因为杠杆和操纵杆是具有有限行程长度的输入控件，其相对于进入某些解剖结构所需的插入行程长度和/或转向范围通常不成比例地短。因此，使用杠杆和/或操纵杆作为提供有限插入深度、俯仰设置和/或偏航设置的位置输入装置可能是不合适的。具有有限行程长度的输入控件通常用作速度输入装置，其中输入控件的移动指定用于开关型输入控件的三个速度设置(反向、怠速和前进)或用于比例型输入控件的可变速度设置。然而，对于细长装置的高精度操纵，插入深度、俯仰设置和/或偏航设置的基于速度的控制通常是不令人满意的，因为对远端的速度的控制通常不直观地对应于进行插入深度、俯仰设置和/或偏航设置的小的高精度变化的期望，该小的高精度变化通常是远程操作微创医疗程序所需要的。

可替代地，提供无限行程长度的输入控件被用作细长装置在进入某些解剖结构时的输入控件。具有无限行程长度的输入控件对应于这样一种输入控件，其允许输入控件在特定方向上持续移动，其中没有障碍(例如机械障碍)限制进一步的移动。具有无限行程长度的单一自由度输入控件的一个示例是滚轮，其可以在任一方向上无限地旋转。具有无限行程长度的多自由度输入控件的一个示例是跟踪球，其可以绕任意数量的轴线无限地旋转，其实际上可以分解为左右旋转、前后旋转和原地自旋旋转的组合。支持表观无限行程长度的输入控件的其他示例是支持在没有输入控件移动的情况下定向滑动(swipe)的输入控件。定向滑动输入控件的示例是触摸板、触摸屏和/或类似控件。

图4A和图4B是根据一些实施例的另一输入控件控制台400的简化透视示意图。图4A示出输入控件控制台400的附视图，并且图4B示出输入控件控制台400的仰视图。输入控件控制台400的顶表面还包括各种输入控件，这些输入控件包括相机清洁按钮430、插入/缩回控件440、被动控制按钮450和转向控件460。尽管图4A和图4B示出了用于细长装置的各种输入控件的配置，但应该理解的是，输入控件控制台400可以控制任何种类的器械和装置，并且各种输入控件的精确布置、取向、相对定位等仅是示例性的。应当理解输入控件的其他配置、不同数量的输入控件等是可能的。在一些实施例中，输入控件控制台400适合用作细长装置的患者侧输入控件单元，并且可以例如安装在插入台308附近。

尽管未在图4A和图4B中示出，但输入控件控制台400可以可选地包括一个或多个电路板、逻辑板和/或类似物，其可用于为输入控件控制台400提供电源、信号调节、接口和/或其他电路。在一些示例中，一个或多个电路板、逻辑板和/或类似物可用于将输入控件控制台400及其各种输入控件连接到细长装置的控制单元。在一些示例中，细长装置的控制单元对应于主控组装件106、控制系统42和/或类似物的控制装置。在一些示例中，一个或多个电路板、逻辑板和/或类似物可以包括存储器以及一个或多个处理器、多核处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似物中的一个或多个。在一些示例中，存储器可以包括一种或多种类型的机器可读介质。一些常见形式的机器可读介质可包括软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光学介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或卡盘，和/或适于处理器或计算机读取的任何其他介质。

在一些示例中，插入/缩回控件440是提供沿着第一轴线的无限行程长度的单自由度无限行程长度输入控件，其可由操作者使用以控制细长装置的远端的插入深度。插入/缩回控件440被描绘为滚轮，但是包括非无限行程长度输入控件的其他类型输入控件也是可能的。在一些示例中，滚轮向前远离操作者的滚动增加细长装置的远端的插入深度(插入)，并且滚轮向后朝向操作者的滚动减小细长装置的远端的插入深度(缩回)。在一些示例中，操作者可使用插入/缩回控件440以沿着插入台308移入和移出器械托架306，以便控制远端318的插入深度。

在一些示例中，插入/缩回控件440是单自由度无限行程长度输入控件，其提供了沿第一轴线的无限行程长度，操作者可使用该无限行程长度来控制细长装置的远端的插入深度。插入/缩回控件440被描绘为滚轮，但是，其他类型的输入控件，包括非无限长的行进输入控件也是可能的。在一些示例中，滚轮向前远离操作者的滚动增加了细长装置的远端的插入深度(插入)，而滚轮向着操作者向后的滚动减小了细长装置的远端的插入深度(缩回)。在一些示例中，操作者可使用插入/缩回控件440沿插入台308移进和移出仪器托架306，以便控制远端318的插入深度。

当插入/缩回控件440是无限行程长度输入控件，以位置指定模式(position-specifying mode)操作插入/缩回控件440允许操作者在细长装置的整个行程长度上对细长装置的远端进行精确的插入深度控制。在一些示例中，插入/缩回控件440的移动可以由输入控件控制台400的一个或多个电路板、逻辑板等使用一个或多个编码器、旋转变压器/解算器(resolver)、光学传感器、霍尔效应传感器等(未示出)来检测。在一些示例中，经由一个或多个电磁致动器等施加的反馈可以可选地用于将触觉反馈施加到插入/缩回控件440。在一些示例中，插入/缩回控件440的移动量和细长装置的插入和/或缩回移动量之间的比例因子可由操作者和/或细长装置的控制软件调节，使得细长装置的插入/缩回速度相对于插入/缩回控件的角速度可以调节以允许在有利时快速插入和缩回，并且在期望较大控制精度时较慢地更精确地插入和缩回。在一些实施例中，插入/缩回控件440可以可选地是触摸敏感的(例如，通过电容触摸检测)和/或具有压力敏感性，以使得输入控件控制台400能够区分操作者进行的插入/缩回控件440的预期移动与由于意外接触、输入控件控制台400的掉落等引起的意外移动。

在一些示例中，转向控件460是多自由度无限行程长度输入控件，其提供绕任意数量的轴线的无限行程长度，其实际上可以分解成左右旋转、前后旋转和原地自旋旋转的组合。转向控件460被描绘为跟踪球，但是包括非无限行程长度的输入控件的其他类型的输入控件也是可能的。操作者可使用转向控件446来同时控制细长装置的远端的俯仰和偏航。在一些示例中，在前后方向上的跟踪球旋转的分量可以用于控制细长装置的远端的俯仰，并且在左右方向上的跟踪球旋转的分量可以用于控制细长装置的远端的偏航。在一些示例中，跟踪球的其他旋转分量可以用于控制俯仰和/或偏航，其中操作者可选地能够控制旋转方向相对于应用于转向的方向是正向的和/或反向的(例如，向前旋转以向下俯仰并且向后旋转以向上俯仰，与此相对，向后旋转以向下俯仰并且向前旋转以向上俯仰)。在一些示例中，操作者可使用转向控件460来操纵在细长装置的近端和远端之间延伸的每根电缆被推动和/或拉动的距离。

当转向控件460是无限行程长度输入控件时，以位置指定模式操作转向控件460允许操作者同时在俯仰和偏航方面精确地进行细长装置的远端的转向，以实现对远端的取向的精确控制。在一些示例中，转向控件460的移动可以由输入控件控制台400的一个或多个电路板、逻辑板等使用一个或多个编码器、旋转变压器、光学传感器、霍尔效应传感器等(未示出)来检测。在一些示例中，施加到一个或多个电磁致动器等的反馈可以可选地用于将触觉反馈施加到转向控件460。在一些示例中，转向控件460的移动量与施加到细长装置的远端的俯仰量和/或偏航量之间的比例因子可由操作者和/或细长装置的控制软件调节。在一些示例中，转向控件460可以可选地是触摸敏感的(例如，通过电容触摸检测)和/或具有压力敏感性，以使得输入控件控制台400能够区分操作者进行的转向控件460的预期移动与由于意外接触、输入控件控制台400的掉落等引起的意外移动。

在一些实施例中，输入控件控制台400可以可选地支持锁定操作模式。在锁定操作模式下，当输入控件控制台400例如经由插入/缩回控件440和/或转向控件460的电容性触摸或压敏特征检测到操作者与插入/缩回控件440和/或转向控件460的肯定接触丧失时，细长装置的刚性可以增加和/或可以防止插入和/或缩回。在锁定模式下，细长装置的远端的位置和/或取向被保持在检测到肯定接触丧失之前所检测到的位置和/或取向。

输入控件控制台400被提供作为计算机辅助医疗装置(诸如图1-图3B的细长装置)的可能输入控件控制台的代表性示例。输入控件控制台的其他变体和/或配置可以在2017年6月28日提交的题为“Systems and Methods of Steerable Elongate Device”的国际专利申请号PCT/US2017/039808以及代理人案卷号为ISRG10860PROV/US(公开了“Systemsand Methods of Steerable Elongate Device”)的同时提交和共同拥有的美国临时专利申请中找到，在此将两者的全部内容通过引用合并于此。

图5是根据一些实施例的控制系统500的简化图。在一些示例中，控制系统500可以对应于图1的传感器系统108、显示系统110和/或控制系统112的一个或多个部分。如图5所示，控制系统500包括控制单元510。控制单元510包括耦合到存储器530的处理器520。控制单元510的操作由处理器520控制。并且尽管控制单元510被示出为仅具有一个处理器520，但是应当理解，处理器520代表控制单元510中的一个或多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。控制单元510可以可选地被实现为添加到计算装置的独立子系统和/或板或者实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元510可以可选地被包括为操作者工作站(未示出)的一部分和/或与操作者工作站分开但与操作者工作站协同操作。

存储器530用于存储由控制单元510执行的软件和/或在控制单元510的操作期间使用的一种或多种数据结构。存储器530包括一种或多种类型的机器可读介质。机器可读介质的一些常见形式可以包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、打孔卡、纸带、带有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他内存芯片或盒式磁带，和/或处理器或计算机适于从其中读取的任何其他介质。

如图所示，存储器530包括控制应用程序540，该控制应用程序540支持对耦合至控制单元510的受控装置550的自主、半自主和/或远程操作控制。在一些示例中，受控装置550是计算机辅助医疗装置，例如图1-图3A的细长装置。控制应用程序540包括一个或多个控制模块，用于控制受控装置550的驱动单元和/或致动器，以便例如控制受控装置550的插入深度、使受控装置550转向、在受控装置550的远端处操作器械等。控制应用程序540也可以包括一个或多个模块和/或应用程序编程接口(API)，用于从受控装置550接收位置、运动和/或其他传感器信息。在一些实施例中，可以使用一个或多个跟踪传感器(例如成像装置、形状传感器等)来跟踪安装在受控装置550上的一个或多个配准标记、基准标记等。

控制应用程序540进一步包括用于与由诸如操作者O的操作者操作的输入控件控制台560接合的一个或多个模块。在一些示例中，输入控件控制台560与输入控件控制台400一致。控制应用程序540从一个或多个输入控件570接收控制输入，这些输入控件570可以包括相机清洁按钮430、插入/缩回控件440、被动控制按钮450、转向控件460、紧急停止按钮470等中的一个或多个。控制应用程序540还包括用于向输入控件控制台560发送状态信息、图像、触觉反馈等的一个或多个模块。在一些示例中，状态信息、图像等可以被发送到输入控件控制台560以在诸如屏幕420的集成显示屏上显示。

控制应用程序540进一步包括用于与输入控件控制台560的一个或多个传感器580接合的一个或多个模块。在一些示例中，一个或多个传感器580可以包括一种或多种方式来检测来自一个或多个输入控件570的命令(例如插入、缩回和/或转向命令)是否是由使用一个或多个输入控件570的操作者经由肯定控件接收的，还是来自一个或多个输入控件的570的意外移动(例如由于意外的接触、输入控件控制台510的掉落、输入控件控制台510的倾翻等)。

控制单元510经由输入/输出(I/O)接口(未示出)耦合至受控装置550和输入控件控制台560，该I/O接口可以包括一个或多个驱动器、信号调节器、接收器、端口等。I/O接口可以可选地包括一根或多根电缆、连接器、端口和/或总线，并且它可以可选地进一步包括具有一个或多个网络交换和/或路由装置的一个或多个网络。在一些示例中，I/O接口可以可选地包括无线接口。

并且尽管控制应用程序540被描绘为软件应用程序，但是控制应用程序540可以使用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实现。

受控装置550的操作引起了与受控装置550和/或由受控装置550操纵的材料(例如患者的组织)的安全性有关的一些安全考量。在一些示例中，当受控装置550被机器人控制和/或远程控制(例如通过使用控制单元510和输入控件控制台560)时，和/或当使用一个或多个无限行程长度输入控件(例如类似于输入控件控制台400的输入控件控制台的滚轮和/或跟踪球)时，这些安全考量可能会增加。在一些示例中，通过向操作者提供触觉反馈、向操作者显示实时图像和/或跟踪数据(例如，使用屏幕420)等，可以适当地减轻这些安全考量。然而，这类反馈的使用一般限于操作者积极参与和使用输入控件控制台560的情况，但当使用输入控件控制台来命令的操作是由于一个或多个输入控件570的意外运动、由于与一个或多个输入控件570的意外接触、输入控件控制台560的掉落和/或倾翻等引起的时，则效果可能有限。因此，可以通过使用一个或多个传感器580来区分操作者对一个或多个输入控件570的肯定控制和期望控制以及由于其他原因造成的意外控制，从而获得受控装置550的操作的改进的安全性。

在受控装置550是细长装置(例如图1-图3A的细长装置)并且输入控件控制台560与输入控件控制台400相似并包括插入/收回控件(例如插入/收回控件440)和转向控件(例如转向控件460)的上下文中讨论了提供这种改进的安全性的方法。但是，可以理解的是，改进的安全特性可以容易地适用于其他受控装置和/或具有相似和/或不同输入控件的其他输入控件控制台，包括在插入/缩回、转向、滚动、末端执行器致动和/或类似操作中使用具有多个输入控件的同一控件控制台或具有多个输入控件的多个控件控制台对多个装置的控制。

在一些实施例中，控制细长装置的运动可以涉及三种类型的运动：插入运动，其中细长装置的远端被进一步推进到材料或通道中(从近端到远端的方向)；缩回运动，其中细长装置的远端沿细长装置主体的路径缩回(从远端到近端的方向)；以及转向运动，其中细长装置的远端以俯仰或偏航方式弯曲。在一些示例中，可以使用组合的插入/缩回控件来控制插入和缩回，并且可以通过单独的转向控件来控制转向。在一个示例中，与插入/缩回控件的肯定接触的检测可以允许插入缩回控制，而与转向控件的肯定接触的检测可以允许转向控制。在这三种类型的运动中，插入运动可能受到更严格的安全程序的约束，这取决于要执行的程序的类型和/或在其中执行该程序的解剖结构，但是基于解剖结构和程序类型，缩回或转向也可能需要安全程序。在一些示例中，这些更严格的安全程序可能包括：在允许进一步的插入运动之前，检测操作者与插入/缩回控件和转向控件的肯定接触，但在允许缩回之前仅需检测与插入/缩回控件的肯定接触，而在允许转向之前仅需检测与转向控件的肯定接触。

在一些示例中，控制细长装置的运动可以涉及一种或多种附加类型的运动。在一些示例中，一种或多种附加类型的运动可以包括滚动、细长装置的远端的旋转、与插入和/或转向控件无关的细长装置的远端的铰接、末端执行器在细长装置的远端处的致动和/或类似运动中的一种或多种。在一些示例中，可以使用一个或多个附加输入控件来控制一种或多种附加类型的运动。在一些示例中，控件控制台可以包括受到本文所述的安全特征约束的三个或更多个输入控件。

几种技术可用于检测操作者与插入/缩回控件和/或转向控件的肯定接触。在一些示例中，与插入/缩回控件和/或转向控件相关联的一个或多个传感器可以用于检测操作者与插入/缩回控件和/或转向控件的实际接触。在一些示例中，一个或多个传感器可以是电容式触摸传感器，其与例如滚轮和/或跟踪球相关联，其能够区分操作者的手指的触摸和与异物(包括地板、器械、装置、工具等)的接触。在一些示例中，一个或多个传感器可以是压力传感器，例如接触开关、应变计和/或在滚轮和/或跟踪球与滚轮和/或跟踪球所位于的装饰条之间和/或在该装饰条与输入控件控制台的主体之间的类似传感器。当(例如通过操作者的手指)检测到滚轮和/或跟踪球上有足够的向下压力时，可以检测到肯定接触。

在一些实施例中，可以使用其他类型的操作者检测传感器。在一些示例中，一个或多个接近度传感器可以用于检测输入控件上方和/或附近的手指和/或手的存在，和/或用于检测输入控件控制台的上表面上方或附近的手指、手、手腕和/或前臂。在一些示例中，一个或多个接近度传感器可以包括一个或多个超声传感器、一个或多个视觉传感器、一个或多个光墙等。在一些示例中，可以使用一种或多种图案和/或图像处理技术来评估来自接近度传感器的数据，以将操作者与输入控件控制台附近的其他异物区分开。在一些示例中，位于每个输入控件前面的腕托中的一个或多个压力和/或触摸传感器可以用于检测在一个或多个输入控件附近的手腕和相应的手的存在。在一些示例中，输入控件控制台可以可选地包括一个或多个加速度计，以确定输入控件控制台最近是否发生了突然移动、输入控件控制台是否没有以足够竖直的取向(例如，输入控件控制台400的一个或多个桨杆490所允许的取向)定向等。

在一些实施例中，可以使用一种或多种肯定接触活动来检测操作者与一个或多个输入控件的肯定接触。在一些示例中，与输入控件相关联的一个或多个压力传感器可以用于检测唤醒活动，例如两次按压/双击相应的输入控件、按住相应的输入控件并保持最小持续时间等。在一些示例中，在允许由相应的输入控件指示的运动被传递到受控装置上之前，唤醒活动可以用作前兆动作。在一些示例中，其他类似唤醒的前兆活动可以包括在允许使用相应输入控件之前的最小肯定接触时段(例如，0.05秒至0.5秒或更长时段和/或其他时段，其在操作者进行肯定接触后不会使能够开始控制受控装置的操作者有不合理的延迟)、在相应输入控件的运动不高于阈值的情况下的最小肯定接触时段(例如，0.05秒至0.5秒或更长时段和/或其他时段，其在操作者进行肯定接触后不会使能够开始控制受控装置的操作者有不合理的延迟)、相应输入控件中的摆动或其他指定模式、辅助控件(例如脚踏板)的接合等活动中的一个或多个。

在一些实施例中，可以使用一个或多个安全操作限制来进一步防止操作者在检测肯定接触时误报。在一些示例中，实施了对受控装置的运动的允许速度的上限限制。在一些示例中，当首次使用相应的输入控件时，安全操作限制可以包括放大时段(scale upperiod)(例如0.2秒至2秒或更长)，以便初始减少因操作相应的输入控件而导致的运动量，从而避免由于与相应输入控件的意外接触而导致受控装置的明显运动。在一些示例中，缩放(scale)可以包括缩放相应输入控件中的移动量与受控装置的移动量之间的比例、缩放受控装置的移动的最大允许速度等。

根据一些实施例，可以使用一个或多个先前讨论的安全选项的组合来检测操作者与一个或多个输入控件的肯定接触。在一些示例中，该组合可以包括通过每个可用方法来检测肯定接触、使用每个可用方法所确定的肯定接触的可能性的加权组合、投票机制等。但是作为许多可能的示例中的一些，检测输入控件控制台取向的加速度计可以和与一个或多个输入控件相关联的一个或多个电容式触摸传感器一起使用，与一个或多个输入控件相关联的一个或多个电容式触摸传感器可以与一个或多个手腕检测传感器一起使用，与一个或多个输入控件相关联的一个或多个电容式触摸传感器可以与肯定接触活动中的一个一起使用，与一个或多个输入控件相关联的一个或多个电容式触摸传感器可以与安全操作限制中的一个一起使用等。

在一些实施例中，最小持续时间、接触时段、缩放时段、上限限制、缩放比、最大允许速度等每一个都是可配置的。在一些示例中，它们的值可以通过经由显示屏(例如屏幕420)进行交互来设置。在一些示例中，它们的值可以通过使用数据端口(例如数据端口480)导入它们来设置。在一些示例中，它们的值可以基于操作者、患者、程序等来设置。

图6是根据一些实施例的操作受到安全特征约束的受控装置的方法600的简化图。方法600的过程610-650中的一个或多个可以至少部分地以存储在非暂时性有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来实现，当由一个或多个处理器(例如，控制单元510中的处理器520)运行时，这些可执行代码可以使一个或多个处理器执行进程610-650中的一个或多个。根据一些实施例，执行过程610-650的顺序可以可选地与图6的示意图所暗示的顺序不同。在一些示例中，过程610可以与过程620-640并行操作以停止受控装置的操作，并在完成进一步的命令运动之前移动到过程650。在一些示例中，过程620-640可以可选地同时执行或按任何顺序执行。在一些示例中，过程630是可选的并且可以省略。在一些示例中，方法600可以包括一个或多个附加过程，所述附加过程可能发生在过程610-650之前、中间和/或与过程610-650同时发生。出于说明的目的，在受控装置是使用输入控件控制台(例如具有插入/缩回控件和转向控件的输入控件控制台400)的计算机辅助医疗装置(例如图1-图3B的细长装置)的上下文中描述方法600。

在过程610中，检测人类操作者与一个或多个输入控件的肯定接触。在一些示例中，与插入/缩回控件和/或转向控件相关联的一个或多个传感器可以用于检测人类操作者与插入/缩回控件和/或转向控件的实际接触。在一些示例中，一个或多个传感器可以是电容式触摸传感器、压力传感器(例如，接触开关、应变仪等)和/或类似物。在一些示例中，可以使用一个或多个接近度传感器(例如，一个或多个超声传感器、视觉传感器、光墙等)来检测操作者与输入控件的接近度。在一些示例中，腕托中的一个或多个腕部检测传感器(例如，电容性触摸、压力和/或类似传感器)可以用于检测操作者与输入控件的接近度。在一些示例中，可以使用一个或多个加速度计来检测输入控制台的取向是否在操作限制之内、是否发生了突然的最近运动等。在一些示例中，一种或多种肯定接触活动(例如，两次按压、按住并保持最短持续时间、操作者维持接触达最短持续时间、操作者以最小动作接触达最短持续时间、辅助控件的接合等)可以在确认检测到操作者的肯定接触之前用作前兆。在一些示例中，这些方法中的一种或多种的组合可以用于确定是否已经发生了操作者的肯定接触。在一些示例中，该组合可以包括：通过每种可用方法来检测肯定接触、使用每种可用方法确定的肯定接触的可能性的加权组合、投票机制等。

肯定接触可以通过几种不同的方法或模式中的任何一种来确定。在一些示例中，肯定接触可能需要在预设时间段内保持或持续检测到接触。例如，如果预设时间段为0.5秒，则仅当检测到的接触保持或持续至少0.5秒时，控制系统才会在610处检测到肯定接触。可以将预设时间段设置为任何合适的值，并且在一些示例中可以在约0.2秒到1.5秒的范围内，但也可设想其他预设时间段。在另一示例中，肯定接触可能需要同时接触至少两个输入控件。例如，当操作者同时触摸滚轮输入控件和跟踪球输入控件时，可以确定肯定接触。在一些实施方式中，至少两个输入控件的同时接触还可以包括作为必须触摸至少两个输入控件的预设时间段的时间阈值。在一个示例中，该预设时间段可以小于用于肯定接触单个输入控件的预设时间段。在又一个示例中，当控制系统在特定时间段内检测到重复的轻敲时，可以确定肯定接触。例如，这可以包括：当输入控件在一段时间内被触摸和不触摸至少3次时，确定肯定接触，该段时间可以被确立为在大约0.5秒到2.5秒的范围内的一段时间，但是也可以考虑更大和更小的时间段。在另一示例中，当控制系统检测到输入控件上的重复快速轻击或双击时，可以确定肯定接触。在另一示例中，当控制系统识别输入控件上的手指“痕迹”时，可以确定肯定接触。这可以包括检测接触的面积或形状，并将接触的面积或形状与预先存储的接触面积或形状匹配。例如，预先存储的接触面积或形状可以对应于指尖的曲线的一部分的面积或形状。因此，当控制系统识别出可能比由于偶然或意外接触而通常发生的手指痕迹更大或形状不同的手指痕迹时，可以确定肯定接触。在另一示例中，可以基于最近的用户触摸模式找到肯定接触。例如，如果用户已经与输入控件进行自愿的重复短接触，则可以基于短时间段内的持续接触来找到肯定接触，而如果用户没有与输入控件进行自愿的重复短接触，则可以基于长时间段内的持续接触来找到肯定接触。因此，在本实施例中，可以基于最近的历史触摸模式找到肯定接触。然而，还可以考虑确定肯定接触的其他方法。

在一些实施例中，对操作者的肯定接触的检测可以可选地取决于将由受控装置执行的运动的类型，如以下关于过程640进一步讨论的。在一些示例中，应该在确定操作者有肯定接触之前检测与每个输入控件(例如，插入/缩回控件和转向控件)的肯定接触。在一些示例中，在确定操作者有允许插入运动的肯定接触之前，应该检测与每个输入控件的肯定接触，但是，在确定操作者有允许缩回运动和/或转向运动的肯定接触之前，应仅检测与相应输入控件的肯定接触。

当检测到操作者的肯定接触时，允许从过程620开始使用一个或多个输入控件的运动。当没有检测到操作者的肯定接触时，使用过程650阻止使用一个或多个输入控件的运动。在过程620中，确定命令运动。在一些示例中，确定操作者激活一个或多个输入控件(例如，插入/缩回控件和/或转向控件)。在一些示例中，确定一个或多个输入控件的相应行程量/位置，和/或确定一个或多个输入控件的相应速度。相应的行程量/位置和/或速度用于确定在受控装置中命令的运动的适当命令设定点(例如，位置和/或速度)。

在可选的过程630中，一个或多个安全限制被应用于在过程620期间确定的命令运动。在一些示例中，一个或多个安全限制可以包括当允许最大量的命令运动时的预定持续时间段(例如，0.2秒至2秒或更长)。在一些示例中，最大量的命令运动(例如，最大速度限制)可以在预定持续时间内被放大。在一些示例中，一个或多个安全限制可以包括对输入控件移动量和受控装置移动量之间的缩放的限制。在一些示例中，该缩放可以在预定持续时间(例如，0.2秒至2秒或更长)内缓增。

最大速度限制可以是当控制系统接收到命令运动时限制受控装置的速度的速度上限(cap)。这样的速度上限可以帮助减轻操作者的手的意外触摸或输入的影响。例如，如果操作者无意间用他或她的手敲击或划过输入装置，即使输入是无意的，控制系统传感器也会检测到操作者。当没有检测到与输入装置的接触时，速度上限可以被设置为低值，例如零速度。然后，当在过程610中进行初始接触并且检测到操作者时，可以增大速度上限。随着连续检测到接触，速度上限可以继续增大直到达到最大阈值，该最大阈值可以对应于高于或处于期望工作速度的水平。一旦与输入控件的接触中断，则速度上限可以被重置为初始低值，该值可以为零。因此，如果输入控件被操作者的手或皮肤意外地触摸，则将以极低的速度施加命令运动，从而对患者解剖结构造成最小的风险。如果触摸是有意的，使得用户主动地致动输入控件，则产生的移动最初将受到低速上限的限制，并且可能会缓增到工作速度。对操作者来说，这可能是相对无缝的。

在一些实施方式中，速度上限可以维持在低水平达预定的持续时间(例如0.2秒至2秒或更长时间)，然后速度上限可以以预定速率朝向最大阈值缓升。例如但非限制性地，在过程610处检测到操作者输入并在620处确定命令运动时，系统可以在过程630处将速度上限用作安全限制。例如，受限速度可以在预定持续时间内从零速度缓升到约2cm/s的范围内，然后在预定时段之后逐渐增大到最大速度阈值。例如但非限制性地，最大速度阈值可以在每秒约4cm-20cm的范围内。本文所示的值是帮助理解的示例值，并无意于限制本公开中预期的值。也就是说，更大和更小的上限和限制都在考虑之中。速度上限的增大可以是线性的、指数的、阶梯式的、这些类型的某种组合或其他类型的增大。一些速度上限实施方式可以在预定持续时间内从零渐变到预设限制，而在其他速度上限实施方式中可以从0渐变到最大速度阈值。在一些实施方式中，预定持续时间和速度上限可以仅应用于插入命令运动，而可以不应用于缩回命令运动。在一些替代实施例中，速度限制可以应用于任何命令运动，而与自由度或方向无关。

在过程640中，基于在过程620期间确定的命令运动来操作受控装置，并且可选地在过程630期间对其进行限制。在一些示例中，命令运动可以包括响应于从插入/缩回控件接收到的插入和/或缩回命令来控制细长装置的插入深度，例如通过控制致动器(例如器械托架306)的位置。在一些示例中，命令运动可以包括控制细长装置的远端，例如通过控制细长装置中的一个或多个转向缆线中的张力。在一些示例中，命令运动可以根据其类型而受到限制。在一些示例中，在对受控装置施加任何命令运动之前，应该检测与每个输入控件(例如，插入/缩回控件和转向控件)的肯定接触。在一些示例中，在应用任何命令插入运动之前，应该检测与每个输入控件的肯定接触，但在应用任何命令缩回运动和/或转向运动之前，仅应该检测与相应的输入控件的肯定接触。

在应用命令运动之后，方法600可以返回到过程610以确定操作者是否仍然与一个或多个输入控件建立肯定接触。

在过程650中，受控装置的运动被阻止。在一些示例中，当对于一个或多个输入控件不再检测到肯定的操作者接触时，可以将受控装置转换为锁定模式。在锁定模式下，可以防止插入或缩回(例如，通过停止诸如器械托架306的器械托架的进一步移动)，和/或细长装置的刚度可以增加(例如通过增加一根或多根转向缆线中的张力)，以防止细长装置的远端的弯曲的变化和/或进一步插入。在一些示例中，根据是否检测到远端的持续弯曲运动，刚性可以增加不同的量。在其他示例中，锁定模式可以降低细长装置的刚性(例如，通过降低一个或多个转向缆线中的张力)，使得细长装置可以处于柔性可伸缩的状态，即使在插入和/或缩回和/或其他运动被锁定并因此被阻止时也是如此。

在一些实施方式中，控制系统可以将不同的控制方案(profile)应用于不同类型的命令运动(例如，插入、缩回和转向)。例如，由于装置的插入可能增加刺穿或损害患者解剖结构的风险，因此插入命令运动与缩回命令运动可以被不同地控制。例如，在一些实施例中，锁定模式可以仅应用于特定类型的命令运动。也就是说，在一些示例中，锁定模式可以应用于每种类型的命令运动(例如，插入、缩回和转向)，而在其他示例中，锁定模式可以仅应用于一种或多种命令运动，但不应用于其他命令运动，即使没有检测到与输入控件中的一者或两者的肯定接触也是如此。图6中的虚线教导了这样的一种示例性实施方式，其中控制系统包括针对不同类型的命令运动的不同运动许可。在图6示例的虚线中，控制系统允许缩回运动，但在没有检测到操作者时阻止插入运动。参照图6，如果在过程610中没有检测到操作者，则控制系统可以在过程645中确定命令运动是否作为插入命令来进行。如果在过程645中命令运动是插入命令，则如本文所述，控制系统可以在过程650中阻止控制器装置的运动。然而，如果在过程645中命令运动不是插入输入，则控制系统可以允许由受控装置执行该命令运动。在该示例中，如果命令运动是缩回运动，则控制系统将通过缩回细长装置来执行该命令运动。在一些实施例中，当确定缩回运动(即使是无意的)可能对患者提供有限的安全风险或没有安全风险时，可以建立这种系统。尽管图6中的示例指示将防止插入运动，但其他实施方式可以防止其他运动(例如缩回或转向)，同时仍然允许另外一些命令运动。

一些实施方式将其他不同的控制方案应用于不同类型的命令运动。在一些实施方式中，这些控制可以基于输入控件的类型。如本文所述，一些输入控件是无限行程长度装置，例如跟踪球和滚轮以及其他装置。对于每种类型的命令运动，针对这些类型的行进装置的运动许可可能是不同的。例如，一些滚轮、跟踪球或类似的装置可以被构造成具有足够的质量和/或以最小的摩擦力支撑，使得施加到输入控件的力可以提供足够的惯性，以使得在用户释放输入控件之后，输入控件继续运动。命令运动的安全限制(并且参考图6中的过程630)可以根据命令运动是插入命令、缩回命令还是某种其他命令而不同。例如，在插入命令期间，当没有检测到与输入控件(例如跟踪轮)的接触时，控制系统可以在失去接触时立即停止命令运动。相反，在缩回命令期间，当没有检测到与输入控件(例如跟踪轮)的接触时，命令运动可以继续。

在一些实施例中，当进入锁定模式时，可以向操作者提供一个或多个警报。在一些示例中，一个或多个警报可以包括将状态消息发送到诸如屏幕420的显示屏。在一些示例中，一个或多个警报可以包括改变显示屏上的颜色和/或形状和/或闪烁在显示屏上显示的一个或多个项目。在一些示例中，一个或多个警报可以包括激活警报音、输出语音消息等。在一些示例中，一个或多个警报可以包括提供物理反馈，诸如使输入控件控制台振动。

一旦在过程650中处于锁定模式，方法600就可以返回到过程610以确定操作者与一个或多个输入控件的肯定接触是否已经重新建立，以及是否应允许进一步的命令动作。

本发明的实施例中的一个或多个元件(例如，从输入控件接收的信号的处理和/或细长装置的控制)可以用软件实现以在计算机系统(例如控制系统112)的处理器上执行。当以软件实现时，本发明实施例的元件基本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机器可读存储介质中，该存储介质包括可以存储信息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁介质。机器可读存储介质示例包括：电子电路；半导体器件，半导体存储器器件、只读存储器(ROM)、闪速存储器、可擦除可编程只读存储器(EPROM)；软盘、CD-ROM、光盘、硬盘或其他存储装置。代码段可以通过诸如因特网、内联网等计算机网络下载。如本文所述，访问、检测、启动、注册、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或其处理器执行。

应注意，所呈现的过程和显示器可能不固有地与任何特定计算机或其他设备相关。各种此类系统所需的结构将作为权利要求中的元件出现。另外，不参考任何特定编程语言描述本发明的实施例。应当理解，可以使用各种编程语言来实现如本文所述的本发明的教导。

虽然已经在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宽发明的说明而非限制，并且本发明的实施例不限于所示和所述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员可以想到各种其他修改。

Claims (20)

1.一种用于装置的控制系统，所述系统包括：

存储器；和

与所述存储器耦合的处理器，所述处理器被配置为：

使用一个或多个传感器确定操作者是否与耦合至所述系统的输入控件控制台的输入控件接触；

在所述输入控件处接收代表所述装置的命令运动的输入；

执行所述命令运动；

当所述处理器确定所述操作者与所述输入控件接触时，对所述命令运动施加安全限制；以及

当所述处理器确定所述操作者没有与所述输入控件接触时，通过将所述装置置于锁定模式来影响所述命令运动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述装置置于所述锁定模式时，防止所述装置的插入或缩回。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述安全限制包括最大速度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述安全限制包括在所述输入控件的运动与所述命令运动之间缓增比例因子。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个电容式触摸传感器、一个或多个压力传感器、用于检测所述操作者与所述输入控件控制台的接近度的一个或多个接近度传感器、一个或多个超声传感器、一个或多个手腕触摸或压力传感器、一个或多个视觉传感器、一个或多个光墙，或者所述输入控件控制台的一个或多个加速度计。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，为了确定所述操作者是否与所述输入控件接触，所述处理器进一步被配置为检测所述操作者与所述输入控件的至少第一阈值持续时间的接触、在所述输入控件的运动不高于运动阈值的情况下所述操作者与所述输入控件的至少第二阈值持续时间的接触、所述输入控件以特定模式进行的操作、按压所述输入控件并保持至少第三阈值持续时间，或者两次按压所述输入控件。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括所述输入控件控制台的一个或多个加速度计，并且其中所述处理器进一步被配置为使用所述一个或多个加速度计来确定所述输入控件控制台是否是竖直的。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述输入控件是无限行程长度输入控件。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为：

使用所述一个或多个传感器来确定所述操作者是否与所述输入控件控制台的第二输入控件接触；

执行所述命令运动；

当所述处理器确定所述操作者与所述第二输入控件接触时，对所述命令运动施加所述安全限制；以及

当所述处理器确定所述操作者没有与所述第二输入控件接触时，通过将所述装置置于所述锁定模式来影响所述命令运动。

10.根据权利要求9所述的系统，其中：

所述装置是细长装置；

所述输入控件是插入和缩回控件；以及

所述第二输入控件是转向控件。

11.根据权利要求10所述的系统，其中受影响的所述命令运动是所述细长装置的插入运动、所述细长装置的缩回运动或所述细长装置的远端的转向运动。

12.根据权利要求1所述的系统，其中当所述装置处于所述锁定模式时，防止所述装置的转向。

13.根据权利要求1所述的系统，其中当所述装置处于所述锁定模式时，调节所述装置的刚性。

14.一种操作装置的方法，所述方法包括：

由使用一个或多个传感器的控制单元来确定操作者是否与输入控件控制台的输入控件接触；

在所述输入控件处接收代表所述装置的命令运动的输入；

执行所述命令运动；

响应于所述控制单元确定所述操作者与所述输入控件接触，对所述命令运动施加安全限制；以及

响应于所述控制单元确定所述操作者没有与所述输入控件接触，通过将所述装置置于锁定模式来影响所述命令运动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中当所述装置处于所述锁定模式时，防止所述装置的转向。

16.根据权利要求14所述的方法，其中当所述装置处于所述锁定模式时，调节所述装置的刚性。

17.一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，当由与装置相关联的一个或多个处理器执行时，所述指令适于使所述一个或多个处理器：

使用一个或多个传感器来确定操作者是否与输入控件控制台的输入控件接触；

在所述输入控件处接收代表所述装置的命令运动的输入；

执行所述命令运动；

当所述一个或多个处理器确定所述操作者与所述输入控件接触时，对所述命令运动施加安全限制；以及

当所述一个或多个处理器确定所述操作者没有与所述输入控件接触时，通过将所述装置置于锁定模式来影响所述命令运动。

18.根据权利要求17所述的非暂时性机器可读介质，其中当所述装置处于所述锁定模式时，防止所述装置的转向。

19.根据权利要求17所述的非暂时性机器可读介质，其中当所述装置处于所述锁定模式时，调节所述装置的刚性。

20.根据权利要求17所述的非暂时性机器可读介质，其中当所述装置处于所述锁定模式时，防止所述装置的插入或缩回。