CN112153948B - 导管控制系统的后端机构 - Google Patents

Abstract

用于可转向的细长医疗器械的控制系统的后端机构包括多个驱动部件和转向部件，所述驱动部件和转向部件被布置成向细长医疗器械提供紧凑、可靠的转向控制。

Description

导管控制系统的后端机构

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月15日提交的美国临时申请62/671,958的权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及在医疗程序中利用的系统以及在那些程序期间使用的操作方法。更具体地，本公开涉及导管控制系统的后端机构及相关方法。

背景技术

微创医疗技术旨在减小在医疗程序期间受损的组织的量，由此减小患者恢复时间、不适和有害的副作用。可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或多个手术切口来执行此类微创技术。临床医生可以通过这些自然孔口或切口插入微创医疗器械(包括手术器械、诊断器械、治疗器械或活检器械)以到达目标组织定位。一种这样的微创技术是使用柔性和/或可转向的细长设备(例如，柔性导管)，其能够被插入解剖通道中并且朝着患者解剖结构内的关注的区域导航。医务人员对这种细长设备的控制涉及若干自由度的管理，至少包括对细长设备的插入和缩回以及对设备的转向的管理。此外，还可以支持不同的操作模式。

后端机构控制系统包括实现细长设备或延伸穿过其中的器械的转向或操纵的部件。后端机构控制系统然后与细长设备协作以在卫生保健提供者的控制下实施外科技术。为了增加成功手术结果的可能性，期望提供一种后端机构控制系统，该后端机构控制系统在使用时是稳定的、紧凑的并且可移除以进行灭菌。此外，期望该后端机构控制系统的控制细长设备的部件在外科医生的控制下提供可预测的和可重复的作用，以得到一致的结果。另外，提供后端机构控制系统将是有利的，该后端机构控制系统提供对可转向的细长设备(例如，可转向的导管)的控制，所述可转向的细长设备可适用于微创医疗技术。

发明内容

总的来说，本公开涉及用于使用后端机构来使细长构件转向的系统和方法，该后端机构与拉线协作以经由马达可致动地转向。通过说明书之后的权利要求书可以最好地概括本发明的另外某些实施例。

在一些示例性实施方式中，本公开涉及一种用于经由拉线可转向的细长构件的控制系统。该控制系统可以包括：在使用期间相对于细长构件可固定在适当位置的底架；以及由底架承载的滑轮。滑轮可以包括结构上被配置为支撑拉线的拉线支撑表面。滑轮可以绕第一轴线可旋转。该控制系统还可以包括主动轮，该主动轮由底架承载并且可以绕相对于第一轴线成角度对准的第二轴线可旋转。主动轮可以具有允许拉线缠绕在主动轮上的拉线支撑表面。

在一些方面，底架包括凹腔，该凹腔具有穿过其中的开口，拉线穿过该开口延伸。在一些方面，控制系统包括输入盘，该输入盘被配置为使主动轮可驱动地旋转。输入盘可以包括具有非圆柱体形状的轴，并且主动轮可以被配置为以允许该轴旋转主动轮的方式与非圆柱体形状对接。在一些方面，主动轮可以包括螺旋凹槽，该螺旋凹槽被布置为缠绕拉线而没有交叠。在一些方面，控制系统可以包括旋转限制器，该旋转限制器被布置成防止主动轮旋转超过阈值位置。在一些方面，旋转限制器可以包括机械止动件，该机械止动件被布置成防止主动轮旋转超过阈值位置。

在一些方面，控制系统可以包括从底架延伸的光纤连接器，并且可以包括从光纤连接器延伸穿过细长构件的长度的形状感测光纤。形状传感器可以被布置成检测细长构件的形状。光纤连接器可以被配置为传送由形状传感器检测到的信息。在一些方面，控制系统包括封闭的壳体，该封闭的壳体包括与壳体的壁相邻的辅助管束回路(service loop)。壳体可以包括弧形表面，该弧形表面经设定大小以适应在壳体中的发射区域夹具到细长构件之间延伸的形状传感器的弯曲。在一些方面，辅助管束回路是形状传感器中的180度弯曲。在一些方面，壳体包括导向件，该导向件限定形状传感器在其中延伸的导向插槽。在一些方面，底架包括细长构件开口，该细长构件开口限定基本上平行于第二轴线设置的第三轴线。在一些方面，控制系统包括线圈管，该线圈管具有在连接位点处被固定至底架的近端。线圈管的近端可被设置成与由细长构件开口限定的第三轴线基本上正交，并且拉线可延伸穿过线圈管并延伸到滑轮并进而延伸到主动轮。在一些方面，底架包括安装面，该安装面被成形并被配置为与被布置成驱动主动轮的器械滑架对接。安装面可大体上沿着安装平面延伸，并且安装面可以具有并排布置的第一对接部分和第二非对接部分。第一对接部分可以具有光纤连接器和旋转输入构件。第二非对接部分可以具有第一细长构件开口，该第一细长构件开口被形成为使得细长构件从细长构件开口沿基本上正交于安装平面的方向延伸。在一些方面，底架包括：具有多个v形凹槽和多个定位支架(locating mounts)中的一个的安装面；以及包括所述多个v形凹槽和所述多个定位支架中的另一个的器械滑架。所述多个v形凹槽可被配置为接收所述多个定位支架。

在一些方面，控制系统包括在接口处被附接到底架以在其中形成腔的盖，滑轮被设置在该腔中。输入盘可以穿过底架中的开口，并且可以被布置成可旋转地驱动主动轮。输入盘具有屏蔽面以防止流体进入。

在另一个示例性方面，本公开涉及一种用于细长构件的控制系统，该控制系统包括壳体，该壳体包括用于使细长构件转向的多个转向部件。所述壳体可以具有安装面，该安装面被成形并被配置为与被布置成向转向部件提供输入的器械滑架对接。安装面可大体上沿着安装平面延伸，其中安装面具有并排布置的第一对接部分和第二非对接部分。第一对接部分可以具有光纤连接器和旋转输入构件，并且第二非对接部分可以具有第一细长构件开口，该第一细长构件开口被形成为使得细长构件开口中的细长构件沿基本上正交于安装平面的方向延伸。

一些方面包括运动学支架，该运动学支架被布置成以唯一确定的位置和取向将壳体选择性地连接到器械滑架。在一些方面，控制系统可以包括运动学支架，该运动学支架被布置成将壳体选择性地定位和定向到器械滑架。在一些方面，壳体包括多个闩锁连接器，所述多个闩锁连接器被配置为将壳体选择性地固定到器械滑架。在一些方面，安装面上的旋转输入构件中的每一个包括输入盘，该输入盘可安装到器械滑架并由器械滑架上的输出盘驱动，该输入盘与转向部件连通。在一些方面，安装面包括印刷电路组件和弹簧针中的一个，并且器械滑架包括印刷电路组件和弹簧针中的另一个，电路组件被配置为与弹簧针连通。

在又一些示例性方面，本公开涉及一种用于使细长构件转向的控制系统，该控制系统包括壳体，该壳体包括在接口处被密封在一起以在其中形成腔的底架和盖，用于使该细长构件转向的多个转向部件被设置在该腔中，其中该接口被屏蔽以防止流体进入。多个输入盘可以穿过底架中的开口，并被布置成可旋转地驱动转向部件，输入盘被屏蔽或密封以防止流体进入，或者由密封盖保护以防止流体进入或由密封盖保护以防止流体进入。

在一些方面，本公开包括用于将壳体附接到器械滑架的连接器，该连接器包括防止流体进入的护罩或密封件。在一些方面，底架包括外围凹槽，盖具有密封地装配到外围凹槽中的边缘。在一些实施方式中，通过焊接来实现密封。

在又一些示例性实施方式中，本公开涉及一种用于使细长构件转向的控制系统，该控制系统包括底架，该底架包括转向部件支撑面和相对的安装面。转向部件支撑面可以支撑被可操作地联接至被布置成使细长构件转向的拉线的主动轮。输入盘可以被设置在安装面处并且被布置成旋转主动轮以使拉线移位。光纤连接器可以被设置在安装面上并且沿远离转向部件支撑面的方向从安装面延伸，输入盘和光纤连接器被设置成通过底架的平移以将底架附接到器械滑架而接合器械滑架。

应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述在本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。就这一点而言，根据以下详细描述，本公开的其他方面、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邻近患者的远程操作医疗系统的简化图。

图2A是根据一些实施例的医疗器械系统的简化图。

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图。

图3A和图3B是根据一些实施例的安装在插入组件上并定位成治疗患者的医疗器械的侧视图的简化图。

图4是根据一些实施例的处于部分分解配置的医疗器械的后端机构的图。

图5是根据一些实施例的处于部分分解配置的医疗器械的一部分的后端机构的图。

图6是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的壳体的一部分的图。

图7是根据一些实施例的壳体的沿图6中的线7-7的剖视图。

图8是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的图。

图9是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的底架的一部分的图。

图10是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的底架的安装面的图。

图11是根据一些实施例的用于医疗器械的后端机构的驱动部件的图。

图12是根据一些实施例的用于医疗器械的后端机构的处于分解配置的驱动部件的图。

图13是根据一些实施例的用于医疗器械的后端机构的主动轮的图。

图14是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的部分组件的图。

图15是根据一些实施例的医疗器械的器械滑架的一部分的图。

图16是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的图。

图17是根据一些实施例的医疗器械的后端机构的底架的一部分的图。

图18是示出根据一些实施方式的将医疗器械的后端机构联接到插入组件的示例性方法的流程图。

通过参考下面的详细描述，将最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，相同附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相同元件，其中附图中的展示是为了说明本公开的实施例而不是为了限制本公开。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中示出的实施例，并且将使用特定语言来描述它们。在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在另一些情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地混淆本发明的实施例的各方面。

如本公开所属领域的技术人员通常会想到的，对所描述的设备、器械、方法以及本公开的原理的任何进一步应用的任何改变和进一步修改均被充分考虑。特别地，完全可以预期的是，关于一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤结合。另外，本文提供的尺寸用于特定示例，并且可以预期的是，可以利用不同的大小、尺寸和/或比率来实现本公开的概念。为了避免不必要的描述性重复，根据一个说明性实施例描述的一个或多个部件或动作可以根据其他说明性实施例的适用来使用或省略。为了简洁起见，将不单独描述这些组合的许多迭代。为了简单起见，在一些情况下，在所有附图中使用相同的附图标记指代相同或相似的部分。

本公开依据各种器械和器械的部分在三维空间中的状态来描述它们。如本文所使用的，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，沿着笛卡尔x坐标、y坐标和z坐标的三个平移自由度)。如本文所使用的，术语“取向”是指物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度，例如，滚动、俯仰和偏航)。如本文所使用的，术语“位姿”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)。如本文所使用的，术语“形状”是指沿着物体测量的一组位姿、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的简化图。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以适用于例如手术程序、诊断程序、治疗程序或活检程序。尽管本文针对此类程序提供了一些实施例，但是对医疗或手术器械以及医疗或手术方法的任何参考都是非限制性的。本文描述的系统、器械和方法可用于动物、人类尸体、动物尸体、人或动物解剖结构的一部分、非手术诊断以及用于工业系统和通用机器人或远程操作系统。

如图1所示，医疗系统100通常包括操纵器组件102，用于在对患者P执行各种程序时操作医疗器械104。操纵器组件102安装到手术台T或其附近。主组件106允许操作者O(例如，如图1所示的外科医生、临床医生或医师)查看介入部位并控制操纵器组件102。

主组件106可以位于操作者控制台处，该操作者控制台通常与手术台T位于相同房间，例如在患者P所位于的外科手术台的一侧。然而，应当理解，操作者O能够位于与患者P不同的房间或完全不同的建筑物中。主组件106通常包括用于控制操纵器组件102的一个或多个控制设备。控制设备可以包括任意数量的各种输入设备，诸如操纵杆、轨迹球、数据手套、触发枪、手动控制器、语音识别设备、身体运动或存在传感器和/或诸如此类。为了向操作者O提供直接控制器械104的强烈感觉，可以为控制设备提供与相关联的医疗器械104相同的自由度。以这种方式，控制设备向医师O提供远程呈现或控制设备与医疗器械104一体的感知。

在一些实施例中，控制设备可以具有比相关联的医疗器械104更多或更少的自由度，并且仍然为操作者O提供远程呈现。在一些实施例中，控制设备可以任选地是手动输入设备，该手动输入设备利用六个自由度移动，并且还可以包括用于致动器械(例如，用于闭合抓紧钳口、向电极施加电势、递送药物治疗和/或诸如此类)的可致动手柄。

操纵器组件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(例如，可以手动定位并锁定在适当位置的一个或多个连杆，通常称为装配结构)和/或一个或多个伺服控制的连杆(例如，可响应于来自控制系统的命令而被控制的一个或多个连杆)的运动学结构以及远程操作操纵器。操纵器组件102可以任选地包括多个致动器或马达，所述致动器或马达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。致动器可以任选地包括驱动系统，所述驱动系统在联接到医疗器械104时可以使医疗器械104前进到自然或手术创建的解剖孔口中。其他驱动系统可以使医疗器械104的远端以多个自由度移动，该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)并且在三个旋转运动度(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔轴线的旋转)中。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，以用于将组织抓紧在活检设备和/或类似物的钳口中。致动器位置传感器(诸如分解器、编码器、电位计和其他机构)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以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，所述传感器系统108具有用于接收关于操纵器组件102的器械的信息的一个或多个子系统。此类子系统可以包括：位点/位置传感器系统(例如，电磁(EM)传感器系统)；用于确定远端和/或沿着可构成医疗器械104的柔性主体的一个或多个部段的位置、取向、速度、速率、位姿和/或形状的形状传感器系统；和/或用于从医疗器械104的远端捕获图像的可视化系统。

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的子系统生成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可以被定向成使得操作者O能够利用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可以具有可视化系统(在下面更详细地讨论)，该可视化系统可以包括观察镜组件，该观察镜组件记录手术部位的并行(concurrent)或实时图像并通过医疗系统100的一个或多个显示器(诸如显示系统110的一个或多个显示器)将图像提供给操作者或操作者O。并行图像可以是例如由定位在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，可视化系统包括内窥镜部件，所述内窥镜部件可以整体地或可移除地联接到医疗器械104。然而，在一些实施例中，附接到单独操纵器组件的单独内窥镜可以与医疗器械104一起使用以对手术部位成像。可视化系统可以被实现为与一个或多个计算机处理器交互或以其他方式由一个或多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，这些计算机处理器可以包括控制系统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以及主组件106的控件，使得医疗器械的相对位置类似于操作者O的眼睛和手的相对位置。以这种方式，操作者O能够操纵医疗器械104和手动控件，就好像查看基本上真实呈现的工作空间一样。真实呈现是指图像的呈现是模拟正在物理操纵医疗器械104的医师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的图像数据来呈现术前或术中记录的手术部位的图像，所述成像技术诸如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜检查、温度记录法、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/或诸如此类。术前或术中图像数据可以被呈现为二维、三维或四维(包括例如基于时间或基于速率的信息)图像和/或被呈现为来自根据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，通常出于图像引导医疗程序的目的，显示系统110可以显示虚拟导航图像，在该虚拟导航图像中，医疗器械104的实际位点与术前图像或并行图像/模型配准(即，动态参考)。可以这样做，以从医疗器械104的视角向操作者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被叠加在虚拟图像上以辅助操作者O控制医疗器械104。在一些示例中，医疗器械104可以在虚拟图像中不可见。

在一些实施例中，显示系统110可以显示虚拟导航图像，其中将医疗器械104的实际位置与术前图像或并行图像配准，以从外部视点向操作者O呈现外科手术部位内的医疗器械104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辅助操作者O控制医疗器械104。如本文所述，数据点的视觉表示可以被渲染到显示系统110。例如，本文描述的测量数据点、移动数据点、配准数据点和其他数据点可以以视觉表示显示在显示系统110上。数据点可以在用户接口中由显示系统110上的多个点或圆点可视地表示，或者表示为渲染模型，诸如基于数据点集创建的网格或线模型。在一些示例中，可以根据数据点所表示的数据对数据点进行颜色编码。在一些实施例中，在已经实现了每个处理操作以改变数据点之后，可以在显示系统110中刷新视觉表示。

远程操作医疗系统100也可以包括控制系统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)，以用于在医疗器械104、主组件106、传感器系统108和显示系统110之间实现控制。控制系统112还包括用于实施根据本文公开的方面描述的一些或全部方法的经编程的指令(例如，存储指令的非暂时性机器可读介质)，包括用于向显示系统110提供信息的指令。尽管在图1的简化示意图中将控制系统112示为单个框，但该系统可以包括两个或更多个数据处理电路，其中处理的一部分任选地在操纵器组件102上或附近执行，处理的另一个部分在主组件106处执行和/或诸如此类。控制系统112的处理器可以执行指令，所述指令包括与本文公开并在下面更详细描述的过程相对应的指令。可以采用各种各样的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若干单独程序或子例程，或者它们可以集成到本文所述的远程操作系统的若干其他方面。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。响应于反馈，控制系统112可以将信号传输到主组件106。在一些示例中，控制系统112可以传输指示操纵器组件102的一个或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体内的开口延伸到患者P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，所述一个或多个致动器可以与操纵器组件102分开或集成。在一些实施例中，所述一个或多个致动器和操纵器组件102被设置为远程操作推车的一部分，该远程操作推车被定位成邻近患者P和手术台T。

控制系统112可以任选地进一步包括虚拟可视化系统，以便在图像引导医疗程序期间控制医疗器械104时向操作者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所获取的解剖通道的术前或术中数据集的参考。虚拟可视化系统处理使用成像技术进行成像的手术部位的图像，所述成像技术诸如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜检查、温度记录法、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/或诸如此类。可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合成表示。图像数据集与合成表示相关联。合成表示和图像数据集描述了通道的各种位点和形状及其连通性。在临床程序期间，可以在术前或术中记录用于生成合成表示的图像。在一些实施例中，虚拟可视化系统可以使用标准表示(即，非患者专用的)或标准表示与患者专用数据的混合。该合成表示和由该合成表示生成的任何虚拟图像可以表示一个或多个运动阶段期间(例如，在肺的吸气/呼气周期期间)的可变形解剖区域的静态位姿。

在虚拟导航程序期间，传感器系统108可用于计算医疗器械104相对于患者P的解剖结构的大概位点。该位点可用于产生患者P的解剖结构的宏观层面(外部)的跟踪图像和患者P的解剖结构的虚拟内部图像。系统可以实现一个或多个电磁(EM)传感器、光纤传感器和/或其他传感器以与术前记录的手术图像一起配准和显示医疗器械。例如，通过引用整体并入本文的美国专利申请No.13/107,562(2011年5月13日提交)(公开了“提供用于图像引导手术的解剖结构的模型的动态配准的医疗系统(Medical System Providing DynamicRegistration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery)”)公开了一种这样的系统。远程操作医疗系统100可以进一步包括任选的操作和支持系统(未示出)，诸如照明系统、转向控制系统、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可以包括多于一个远程操作操纵器组件和/或多于一个主组件。远程操作操纵器组件的确切数量将取决于医疗程序和手术室内的空间约束等因素。主组件106可以并置或者它们可以位于不同的位点。多个主组件允许多于一个操作者以各种组合控制一个或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可以在利用远程操作医疗系统100执行的图像引导医疗程序中用作医疗器械104。在一些示例中，医疗器械系统200可用于非远程操作探索程序或用在涉及传统手动操作的医疗器械的程序(诸如内窥镜检查)中。任选地，医疗器械系统200可以用于收集(即，测量)与患者(诸如患者P)的解剖通道内的位点相对应的一组数据点。

医疗器械系统200包括联接到驱动单元204的细长构件202，例如柔性导管。在一些实施例中，驱动单元204可以联接到操纵器组件102或集成在操纵器组件102内。细长构件202包括具有近端217和远端218的柔性主体216。在一些实施例中，柔性主体216具有约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，用于使用一个或多个传感器和/或成像设备来确定远端218和/或沿着柔性主体216的一个或多个部段224的位置、取向、速度、速率、位姿和/或形状，如下面进一步详细描述的。柔性主体216的在远端218和近端217之间的整个长度可以被有效地分成部段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，跟踪系统230。跟踪系统230可以任选地被实现为与一个或多个计算机处理器交互或以其他方式由一个或多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，这些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来跟踪远端218和/或部段224中的一个或多个。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，设置在内部通路内或管腔(未示出)或外部安装)。在一个实施例中，光纤的直径约为200μm。在另一些实施例中，尺寸可以更大或更小。形状传感器222的光纤形成用于确定柔性主体216的形状的光纤弯曲传感器。在一个替代方案中，包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤用于提供一维或多维结构的应变测量。在美国专利申请No.11/180,389(2005年7月13日提交)(公开了“光纤位置和形状感测设备及相关方法(Fiber optic position and shape sensing device andmethod relating thereto)”)、美国专利申请No.12/047,056(2004年7月16日提交)(公开了“光纤形状和相对位置感测(Fiber-optic shape and relative position sensing)”)以及美国专利No.6,389,187(1998年6月17日提交)(公开了“光线弯曲传感器(OpticalFibre Bend Sensor)”)中描述了用于监测光纤在三维中的形状和相对位置的各种系统和方法，上述专利申请和专利通过引用整体并入本文。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，可以使用其他技术来确定细长构件的形状。例如，柔性主体216的远端位姿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可以任选地和/或附加地使用位置传感器系统220来跟踪远端218。位置传感器系统220可以是带有位置传感器系统220的EM传感器系统的部件，EM传感器系统包括可经受外部生成的电磁场的一个或多个导电线圈。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生成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)或五个自由度(例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰和偏航的两个取向角)。在通过引用整体并入本文的美国专利No.6,380,732(1999年8月11日提交)(公开了“具有在被跟踪的物体上的无源应答器的六自由度跟踪系统(Six-Degree of FreedomTracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked)”)中提供了位置传感器系统的进一步说明。

在一些实施例中，跟踪系统230可替代地和/或附加地依赖于针对器械系统的已知点沿着交替运动(诸如呼吸)周期存储的历史位姿、位置或取向数据。该存储数据可以用于开发关于柔性主体216的形状信息。在一些示例中，诸如与位置传感器220中的传感器类似的电磁(EM)传感器的一系列位置传感器(未示出)可以沿着柔性主体216定位并然后用于形状感测。在一些示例中，在程序期间获取的来自这些传感器中的一个或多个的数据的历史可以用于表示细长构件202的形状，特别是如果解剖通道是大体静态的。

柔性主体216包括通路221，该通路经设定大小且被成形以接收医疗器械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可以用于诸如手术、活检、消融、照明、冲洗或抽吸的程序。医疗器械226能够通过柔性主体216的通路221来部署，并且能够在解剖结构内的目标位点处使用。医疗器械226可以包括例如图像捕获探针、活检器械、激光消融纤维和/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(诸如手术刀、钝刀、光纤、电极和/或类似物)的末端执行器。其他末端执行器可以包括例如镊子、抓钳、剪刀、施夹器、针驱动器、牵开器、稳定器和/或类似物。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、传感器和/或类似物。在各种实施例中，医疗器械226是活检器械，其可以用于从目标解剖位点去除样本组织或细胞取样。医疗器械226可以与也在柔性主体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可以是包括具有立体或单视场相机的远侧部分的图像捕获探针，其在柔性主体216的远端218处或附近以用于捕获图像(包括视频图像)，这些图像由可视化系统231处理以用于显示和/或提供给跟踪系统230以支持对远端218和/或一个或多个部段224的跟踪。图像捕获探针可以包括联接至相机以用于传输所捕获的图像数据的缆线。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(诸如纤维镜)。图像捕获器械可以是单谱或多谱的，例如在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或多个中捕获图像数据。可替代地，医疗器械226本身可以是图像捕获探针。医疗器械226可以从通路221的开口前进以执行程序，并且然后在完成程序时缩回到通路中。可以从柔性主体216的近端217或从沿着柔性主体216的另一任选器械端口(未示出)移除医疗器械226。

医疗器械226可以附加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的远端的缆线、连杆或其他致动控件(未示出)。在美国专利No.7,316,681(2005年10月4日提交)(公开了“用于进行具有增强的敏捷性和敏感性的微创手术的铰接式手术器械(Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgerywith Enhanced Dexterity and Sensitivity)”)以及美国专利申请No.12/286,644(2008年9月30日提交)(公开了“手术器械的被动预紧和主动轮驱动(Passive Preload andCapstan Drive for Surgical Instruments)”)中详细了描述可转向器械，上述专利及专利申请整体通过引用并入本文。在一些实施例中，医疗器械226可以包括末端执行器，例如上述的那些，其固定到医疗器械226的远端部分或固定到集成在医疗器械226的远端部分中的可铰接腕部。缆线、连杆机构或其他致动控件可用于控制末端执行器的致动(例如，抓握、捏紧和/或切割致动)或经由可铰接腕部控制末端执行器的位点。这样的缆线、连杆机构或其他致动控件可以终止于诸如驱动单元204之类的驱动单元内的机构并由其控制。

柔性主体216还可以容纳在驱动单元204和远端218之间延伸以可控地弯曲远端218(例如通过远端218的虚线描绘219所示的)的缆线、连杆机构或其他转向控件(未示出)。在一些示例中，至少四个缆线用于提供独立的“上下”转向以控制远端218的俯仰，并且提供“左右”转向以控制远端218的偏航。在通过引用整体并入本文的美国专利申请No.13/274,208(2011年10月14日提交)(公开了“带有可移除视觉探针的导管(Catheter withRemovable Vision Probe)”)中详细描述了可转向细长构件。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可以包括可移除地联接到远程操作组件并从远程操作组件的驱动元件(诸如致动器)接收动力的驱动输入。在一些实施例中，医疗器械系统200可以包括抓握特征、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。细长构件202可以是可转向的，或者可替代地，该系统可以是不可转向的，其中没有用于远端218的弯曲的操作者控制的集成机构。在一些示例中，在柔性主体216的壁中限定一个或多个管腔，医疗器械能够通过所述一个或多个管腔部署并且用在目标手术部位。

在一些实施例中，医疗器械系统200可以包括用于肺的检查、诊断、活检或治疗的柔性支气管器械，诸如支气管镜或支气管导管。医疗器械系统200还适用于在各种解剖系统(包括结肠、肠、肾脏和肾盏、大脑、心脏、包括脉管系统的循环系统和/或诸如此类)中的任何一种中经由自然或手术创建的连接通道进行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，在此将其与来自可视化系统231的信息和/或术前获得的模型进行组合以向医师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上以用于控制医疗器械系统200。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。在通过引用整体并入本文的美国专利申请No.13/107,562(2011年5月13日提交)(公开了“提供用于图像引导手术的解剖结构的模型的动态配准的医疗系统(Medical SystemProviding Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery)”)中提供了用于使用光纤传感器来利用手术图像配准和显示手术器械的各种系统。

在一些示例中，医疗器械系统200可以在图1的医疗系统100内远程操作。在一些实施例中，图1的操纵器组件102可以由直接操作者控件代替。在一些示例中，直接操作者控件可以包括用于器械的手持操作的各种手柄和操作者接口。

图3A和图3B是根据一些实施例的安装在插入组件上并定位成治疗患者的医疗器械的侧视图的简化图。如图3A和图3B所示，手术环境300包括患者P位于图1的平台302上。在总体患者移动受到镇静、约束和/或其他手段的限制的意义上，患者P在手术环境内可以静止不动。除非患者P被要求屏住他或她的呼吸以暂时中止呼吸运动，否则包括该患者的呼吸和心脏运动的循环解剖运动可继续。因此，在一些实施例中，可以在呼吸的特定阶段收集数据，并用该阶段标记和识别该数据。在一些实施例中，可以根据从患者P收集的生理信息推断出收集数据的阶段。在手术环境300内，后端机构304能够被可移除地联接到器械滑架306。在一些实施例中，后端机构304可以由包含用于缆线的操作部件的壳体形成，该缆线用于提供独立的上下转向以控制远端318的俯仰，并且左右转向以控制远端318的偏航。此外，后端机构304可以包括EM传感器、形状传感器和/或其他传感器模态，并且/或者提供将传感模态联接到诸如细长构件310之类的器械的连接器。

器械滑架306能够安装至固定在手术环境300内的插入台308。可替换地，插入台308可以是可移动的，但是在手术环境300内具有已知位点(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪设备)。器械滑架306可以是远程操作操纵器或非远程操作操纵器组件(例如，操纵器组件102)的部件，其控制插入运动(即，沿A轴线的运动)以及任选地细长构件310的远端318的沿多个方向(包括偏航、俯仰和滚动)的运动。器械滑架306或插入台308可以包括致动器，例如伺服马达(未示出)，其控制器械滑架306沿着插入台308的运动，控制细长构件310的远端318的偏航/俯仰运动，并且/或者控制细长构件310沿纵向轴线的滚动运动。

细长构件310被联接至后端机构304。后端机构304相对于器械滑架306联接并固定。在一些实施例中，光纤形状传感器314被固定在后端机构304上的近侧点316上。在一些实施例中，光纤形状传感器314的近侧点316可以与后端机构304一起移动，但是近侧点316的位点可以是已知的(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪设备)。形状传感器314测量从近侧点316到另一点(例如，远端318或沿细长构件310的远侧部分的点)的形状。

位置测量设备320提供有关后端机构304在其沿着插入轴线A在插入台308上移动时的位置的信息。位置测量设备320可以包括确定控制器械滑架306的运动并从而控制后端机构304的运动的致动器的旋转和/或取向的分解器、编码器、电位计和/或其他传感器。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可以是弯曲的或具有弯曲和线性部段的组合。

图3A示出了沿着插入台308处于缩回位置的后端机构304和器械滑架306。在该缩回位置，近侧点316在轴线A上的位置L₀处。在沿着插入台308的该位置，近侧点316的位点的分量可以设置为零和/或另一个参考值，以提供基本参照来描述插入台308上的器械滑架306的位置并因此描述近侧点316的位置。在后端机构304和器械滑架306处于该缩回位置的情况下，细长构件310的远端318可被定位在患者P的进入孔口的近侧，例如，正好在孔口内、正好在孔口外或以其他方式在孔口附近。同样在该位置，位置测量设备320可以设置为零和/或另一个参考值(例如，I＝0)。在图3B中，后端机构304和器械滑架306已经沿着插入台308的线性轨道前进，并且细长构件310的远端318已经前进到患者P中。在该前进位置，近侧点316在轴线A上的位置L₁处。在一些示例中，来自控制器械滑架306沿插入台308的运动的一个或多个致动器和/或与器械滑架306和/或插入台308相关联的一个或多个位置传感器的编码器和/或其他位置数据被用于确定相对于位置L₀的近侧点316的位置L_x。在一些示例中，位置L_x还可以用作细长构件310的远端318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。

在图3A中，后端机构304包括可限定安装平面的安装面460。安装面460的一部分(称为对接区域)抵靠器械滑架306设置，而安装面460的另一部分(称为非对接区域)向外突出超过器械滑架306的边缘。可以看出，细长构件310从后端机构304延伸出安装面460，并经过器械滑架306。

图4、图5和图8是独立于来自图3A和图3B的器械滑架306并包括细长构件310的近侧部分319的后端机构304的透视图。图4示出处于部分分解状态的后端机构304，并且图5示出处于更完全分解状态的后端机构304的一部分。图8示出处于组装状态的后端机构304，其中壳体400的一部分是透明的。参照这些图，后端机构304包括壳体400，壳体400包括盖402和底架404。以便于可视，在图5中未示出盖402。底架404承载多个转向部件406、多个驱动部件408、支撑夹具410、光纤连接器412和发射区域夹具414。细长构件310的近侧部分319延伸穿过壳体400并终止于该壳体内。图4和图5还示出了从细长构件310的近侧部分319延伸到发射区域夹具414的形状传感器314，并且示出了多个线圈管417，其中布置有从细长构件延伸的拉线416。线圈管417和拉线416也从细长构件310延伸到所述多个转向部件406。包括盖402和底架404的壳体400被可选择性地附接到器械滑架306(图3A和图3B)，并提供了一个紧凑的可管理单元，该单元可安全地保护转向和感应部件不受手术环境的影响。在一些实施方式中，线圈管417可以具有相对于支撑夹具410固定的末端近端。拉线416可延伸穿过线圈管417中的管腔，从线圈管417的末端近端延伸，并且绕转向部件406和驱动部件408行进。

盖402在图4、图6和图7中示出。图6以透视图示出了独立于底架及由底架承载的部件的盖402。图7示出了沿图6中的线7-7截取的盖402的剖视图。盖402可以包括腔430，腔430经设定大小且被布置成覆盖和保护转向部件406、驱动部件408以及由底架404所承载的其他部件。通向腔430的开口432由经成形以与底架404对接的边缘433限定。在所示的实施方式中，盖402包括沿与开口432相反的方向延伸的突出凸台436。在该实施方式中，突出凸台436包括细长构件310可以延伸穿过的通道438。突出凸台436的一些示例性实施方式包括与细长构件310的一部分的对应连接特征(例如，螺纹)协作的连接特征，例如，一个或多个螺旋螺纹。参照图4和图5，细长构件被示为在近侧部分319处包括锁定连接器442。在一些实施例中，锁定连接器442是被布置成与细长构件310的近侧部分319对接的鲁尔配件或其他连接器。锁定连接器442可以允许连接到其他医疗设备部件。

在所示的实施方式中，盖402包括内部弯曲的辅助管束回路导向插槽444，当盖402被成形为形成辅助管束回路434(图8)时，导向插槽444引导并约束形状传感器314，同时允许该形状传感器从发射区域夹具414到细长构件310的近侧部分的变化的长度或松弛。换句话说，内部导向插槽444提供了形状传感器314的辅助管束回路434的变化的半径和高度。出现变化的松弛是因为光纤位于细长构件的中心线或弯曲的中性轴线之外，以致当导管弯曲时，光纤被迫伸缩进出导管在细长柔性轴中的管腔。根据实施方式，对于形状感测精度而言重要的是，形状传感器314(如上所述，其可以是光纤)在其形状感测部段内不经历急弯。另外，如果弯曲半径太小，形状传感器可能会发生故障。在一些实施方式中，辅助管束回路434可从发射区域夹具414延伸，穿过导向插槽444，并进入细长构件310的近侧部分319中，并延伸至细长构件310的远端318(图3A和图3B)。在一些实施方案中，急弯可中断形成辅助管束回路434的形状传感器314部分的可测量应变元件，从而导致数据的较不准确且较不可预测的感测。同样地，这可能导致在确定细长构件310的远端的位点时的准确性降低。

盖402中的内部导向插槽444将辅助管束回路434支撑在光滑、足够尺寸的弧中，辅助管束回路434从该弧离开细长构件310的近侧部分319，并弯曲以终止在发射区域夹具414中。在该实施方式中，内部导向插槽444使辅助管束回路434能够从细长构件弯曲180°至发射区域夹具414。因此，并且如图7中最佳所示，导向插槽444沿光滑弧形表面446引导辅助管束回路434，形状传感器314可沿着该弧形表面446设置。在一些实施方式中，形状传感器314可以自然地偏向直线构造。因此，辅助管束回路434可以从发射区域夹具414弯曲至细长构件310。在所示的实施方式中，内部导向插槽444还部分地由一个或多个稳定导向件或稳定引导肋组448限定。所示的实施方式包括两个稳定引导肋组448，它们在腔430中沿弧形表面446间隔开。稳定引导肋组448形成了导向插槽444的狭窄开口，辅助管束回路434可以延伸穿过该狭窄开口。在一些实施方式中，狭窄开口可以具有仅略大于形状传感器314的直径的宽度。以这种方式，可以将形状传感器314维持在适当的位置，同时以如下方式最小化形状传感器314的侧向移动：可能破坏或降低细长构件310的测量位置的精度。这里，稳定引导肋组448具有最小的厚度，并从弧形表面446朝着盖402的开口432延伸。在一些实施方式中，盖402被成形为提供翼片，其中该翼片容纳辅助管束回路434。在一些实施方式中，辅助管束回路434是不对称的。在一些实施方式中，导向插槽444和弧形表面446与细长构件310和发射区域夹具414协作以将形状传感器维持为具有最小180°弧角的环。具有180度的弧角的实施方式可以使光纤连接器和细长设备对准，从而彼此平行。因此，可以简化后端机构的联接，因为操作者只需简单地推入细长构件310，然后接合光纤连接器412，并然后推入运动学支架(如下所述)。在一些实施方式中，形成的环可以具有大于180°的弧角。例如，根据实施方式，该环可以落在90-270度范围内的弧角内，但是可以设想更大及更小的其他弧度范围。一些替代实施例可以具有垂直于导管输入的光纤连接器，在这种情况下，弧角可以是大约90度。

在一些实施方式中，盖402可以用作后端机构304的处理员抓握表面。因此，盖402的形状和大小可以方便人手抓握。

底架404被布置成支撑后端机构304的部件。例如，底架404可以支撑转向部件406、驱动部件408、支撑夹具410、光纤连接器412和发射区域夹具414。底架404可以包括安装面460和相对的转向部件支撑面462。多个开口从转向部件支撑面462穿过底架404延伸至安装面460。例如，底架404包括细长构件开口464、驱动部件开口466和光纤连接器开口468。细长构件310延伸穿过细长构件开口464，驱动部件408延伸穿过驱动部件开口466，并且光纤连接器412延伸穿过光纤连接器开口468。这些开口可用于在形成后端机构304的外部的部件与设置在后端机构304的壳体400内的部件之间提供电气或机械连接。安装面460可以被布置成与器械滑架306对接。在一些实施方式中，器械滑架306可以包括诸如驱动马达的驱动机构，该驱动机构与后端机构304的驱动部件408对接并驱动后端机构304的驱动部件408，并且可以包括可以提供电子通信接口的销或其他连接器，该电子通信接口可以与印刷电路组件806(图10)对接。

图9更详细地示出了转向部件支撑面462。参照图5和图9两者，转向部件支撑面462包括被成形和布置成支撑转向部件406、驱动部件408和支撑夹具410的多个突出凸台和特征。在该实施方式中，转向部件支撑面462包括分别支撑转向部件406的一部分的支撑突起472。如图9中最佳所示，在该实施方式中，支撑突起472可分别由一对壁473a、473b组成，该对壁473a、473b由间隙474隔开。每个壁473a、473b包括槽475，该槽475经设定大小且被成形以支撑滑轮轴，并且滑轮486可以设置在间隙474中，如将在下面描述的。

在所示的实施方式中，支撑突起472被设置成邻近驱动部件开口466中的一个。每个驱动部件开口466被底架404的圆形壁围绕，形成了凹腔476。凹腔476稳定并固定部件(例如，驱动部件408)在适当的位置。形成凹腔的圆形壁具有内径，该内径经设定大小以与转向部件406的至少一部分协作，以防止拉线从转向部件上自由拉动或脱离，如下所述。在该实施方式中，每个凹腔476包括狭缝477，狭缝477经设定大小以具有足以使拉线416中的一根通过的宽度。狭缝477面向或与支撑突起472的壁473a、473b之间的间隙474对准。它也面向对准突起478。对准突起478包括与狭缝477对准的狭缝478a，用于拉线的通过。它被成形为配合邻近滑轮的轮子，并且被配置为即使在拉线可能松弛的情况下也能防止拉线脱离滑轮。在该实施方式中，对准突起478被成形为适配在滑轮的凹槽内，同时允许拉线从滑轮延伸，穿过对准突起478的狭缝478a，穿过狭缝477，并延伸至形成驱动部件408的一部分的主动轮。

前壁479设置在细长构件开口464和其他开口之间。在所示的实施方式中，底架404的转向部件支撑面462包括可以接收盖402的边缘433的外围凹槽480。在一些实施方式中，外围凹槽480和边缘433可以协作以屏蔽或密封并防止流体进入壳体400。在另一些实施方式中，底架404可以包括突出边缘，并且盖402可以包括接收底架的突出边缘的接收凹槽。可以设想其他屏蔽或密封布置。

转向部件406被布置成引导从细长构件310延伸到驱动部件408的拉线416。拉线416可以被轴向绷紧或松开，以使细长构件310的远端318移位，如上所述。每个转向部件406包括滑轮484，滑轮484包括轮486和轴488。在该实施方式中，轴被布置成基本正交于细长构件310的近侧部分319的轴线。这里，轴488限定轮486绕其旋转的轴线。轮486可以由低摩擦滑轮材料形成，以使得能够绕轴488自由旋转。在一些实施方式中，低摩擦滑轮材料是金属，例如具有低摩擦轴承的不锈钢或铝，而在另一些实施方式中，低摩擦滑轮材料是聚合物材料，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、乙缩醛(POM)、聚酰胺等，所有这些都可以任选地通过复合或应用润滑剂(例如PTFE、硅油、石蜡等)增强。轮486可以包括深的V形拉线支撑表面，在本文中示出并称为凹槽489，该凹槽489被配置为重新捕获拉线中的松弛环，包括当松弛环偏离滑轮凹槽中心线超过滑轮的外壁时。另外，凹槽489可以是宽的以帮助捕获。在一些实施方式中，在细长构件310弯曲期间可在拉线中产生松弛。即使松弛暂时将拉线从凹槽489移除，凹槽489的宽度也可将拉线重新引导到轮486上。在一些实施方式中，拉线可以具有在大约0.015至大约0.003英寸的范围内的直径。凹槽489可以具有大约0.070至大约0.250的宽度，但是可以设想更大及更小的凹槽。在一些实施方式中，拉线直径与凹槽宽度的比率为大约27比1。在一些实施方式中，凹槽489的宽度可以在轮486的直径的大约10％至大约30％的范围内。然而，可以设想其他直径和宽度以及比率。在一些实施方式中，拉线可以具有弯曲，当拉线具有松弛时，该弯曲会引起侧向移位。宽的凹槽可以帮助将拉线重新捕获到凹槽489中。凹槽489可以与细长构件310的轴线相交的切线基准线对准，或者可以与其偏离。轴488可以在每个端部处被支撑在底架404的支撑突起472上。凹槽489的一些实施方式是V形的。这些实施方式中的一些可以包括90度的V形凹槽。另一些实施方式可以包括具有可以在大约45度和135度之间的角度的V形凹槽。还可以设想其他的。凹槽489可以经设定大小为足够宽，以使得甚至电线上的松弛也会自动返回以停留在轮486上。在一些实施方式中，凹槽489的节距直径与拉线直径的比率可以在大约35∶1至大约10∶1的范围内。然而，可以设想其他大小比率。

驱动部件408(图5)可以与拉线416对接并且可以由器械滑架306上的马达驱动。因此，驱动部件408可以增加和减小拉线416中的张力以实现细长构件310的远端318处的移动。在所示的实施方式中，每个驱动部件408可以包括具有轴向延伸的轴510的输入盘500、主动轮504和旋转限制环516。在一些实施方式中，居中设置的锁定轴506延伸穿过轴向延伸的轴510和主动轮504中的中心开口。

图11-13更详细地示出了驱动部件408。图10示出了后端机构304的底部透视图，其中输入盘500容易可见。图11示出了处于组装状态的包括输入盘500和主动轮504的单个驱动部件408。图12示出了处于分解状态的包括输入盘500和主动轮504的单个驱动器部件408。图13示出了独立于其他驱动部件元件的主动轮504。

参照这些图，输入盘500(也可称为输入构件)被配置为与器械滑架306(图3A和图3B)上的对应输出盘(未示出)对接。输入盘500可以包括头部508和轴向延伸的轴部分510。轴部分510从头部508延伸。在该实施方式中，轴部分510从壳体400的外部延伸穿过底架404的驱动部件开口466至底架404的转向部件支撑面462。输入盘500的头部508可以设置在底架404的安装面460处，并且可以与器械滑架306上的输出盘联接。通过将头部508联接到器械滑架306上的输出盘，器械滑架306上的马达的旋转可以提供输入盘500和驱动部件408的相应旋转。

在一些实施例中，输入盘500包括底面514，该底面514被布置成与器械滑架306上的相应输出盘的面对接并接合，并将扭矩从输出盘施加到驱动部件408。根据该实施方式，面514可以具有与输出盘机械接合的特征，例如凹腔、凹部、花键、突出物或可用于向驱动部件408施加扭矩的其他特征。输入盘500的头部508也可以使轴部分510和轴承524(图12)免受流体进入。当将安装面460安装到器械滑架306时，底架404的安装面460与器械滑架306相配合的形状和程度可能导致额外的屏蔽。

输入盘500的一些实施方式包括轴向延伸的旋转限制器512。旋转限制器512停止输入盘500的反向旋转运动超过可能弯曲或折断拉线416的阈值位置。在所示的实施方式中，旋转限制器512是从头部508沿轴部分510的方向向上延伸的突起。当输入盘500绕轴部分510的轴线旋转时，旋转限制器512可以接合旋转限制环516上的对应的突出的旋转止动件518。旋转限制器512和旋转限制环516可以被特别地定位以允许足够的旋转，从而通过拉紧或松开拉线416来提供转向，同时防止以可能对薄弱点施加过大压力的方式在正向或反向旋转方向上的过度旋转。特别地，旋转限制器512结合旋转限制环516允许输入盘500旋转大于一圈，同时限制旋转以保护机构。此外，在后端机构304与器械滑架306上的马达输出断开连接的同时，输入旋转限制器512可以保护拉线和内部机构免受输入的旋转的影响。旋转限制器和限制环还在后端机构从器械滑架306移除而马达扭矩被施加到输入盘500中的一个或多个的情况下保护拉线和机构。

如在图11中最佳所见，旋转限制环516上的突出的旋转止动件518的厚度或高度大于旋转限制器512的高度。旋转限制器512的高度可以选择为与突出的旋转止动件518机械地接合，而不会机械地接合抵靠被固定到底架404或形成底架404的一部分的旋转止动件。相反，突出的旋转止动件518可以经设定大小并定位以与旋转限制器512和被固定到底架404或形成底架404的一部分的旋转止动件两者接合。由于在接合底架404上的旋转止动件之前旋转限制环516可相对于底架404旋转近360°，并且由于输入盘500可相对于旋转限制环516旋转近360°，因此输入盘500所允许的相对于底架的整体旋转可以大于360°，并且可以小于720°。可以通过调节旋转限制器512和突出的旋转止动件518的周向厚度来改变旋转止动件布置所允许的旋转量。

另外，当器械与马达输出断开连接时，旋转限制器512可以保护拉线不受输入盘的旋转的影响。如果在马达向输入施加扭矩的同时将输入盘500从器械滑架306脱离，则旋转限制器512还可以保护拉线416免受后坐力引起的反向弯曲。在一些实施方式中，旋转限制器还可帮助防止拉线从主动轮504的凹槽540脱轨。

轴向延伸的轴部分510从头部508延伸并且包括圆柱形部分520和非圆柱形部分522。轴承524可以绕圆柱形部分520设置。主动轮504可以绕非圆柱形部分522设置。非圆柱形部分522可以确保主动轮504可旋转地固定到输入盘500。在图12中，非圆柱形部分522具有六边形形状，但是也可以使用并设想到其他多边形、花键、星状多边形和其他非圆柱形形状。

图13示出了主动轮504。主动轮504包括圆柱形外表面530、非圆柱形内表面532以及端面534。如上所述，非圆柱形内表面532被配置为装配在输入盘500的轴向延伸的轴部分510的非圆柱形部分522上。因此，在该实施方式中，非圆柱形内表面532具有六边形的形状，但是可以设想到其他形状。端面534包括压接插槽536。在该实施方式中，压接插槽536被成形为接收拉线416中的一根的压接端。压接插槽536从端面534轴向向内延伸，并且与圆柱形外表面530相交在插槽开口538处。在该实施方式中，压接插槽536包括球形部分和狭窄部分。球形部分可以被配置为接收拉线416的包括压接配件的球形端，其中拉线的更窄的部分延伸出插槽开口538。在图13中，圆柱形外表面530包括周向凹槽540。在该实施方式中，周向凹槽540完全围绕外部的圆柱形外表面530延伸。狭缝开口538的一部分与周向凹槽540相交，并且拉线416可以从插槽开口538延伸，并且可以在周向凹槽540中缠绕在主动轮504上。在该实施方式中，周向凹槽540是不对称的。也就是说，周向凹槽540的一部分比径向凹槽的另一部分宽。以这种方式，周向凹槽540可被配置为容纳多于一圈缠绕在主动轮504上的拉线。在所示的实施方式中，周向凹槽540在狭缝开口538处具有相对较大的宽度，并且在邻近插槽开口538但在其后面的位点处具有相对较小的宽度。在一些实施方式中，周向凹槽540可以是螺旋凹槽，以防止额外的绕线彼此交叠。这样的交叠会在拉线中产生局部高应力，并且在一些情况下可能导致拉线失效。

在该实施方式中，并且如参照图9所描述的，主动轮504装配在形成为底架404的一部分的凹腔476内。凹腔476包括狭缝477，该狭缝477允许拉线416仅沿一个方向朝着滑轮凹槽489离开凹腔476，而凹腔476在所有其他方向上保持拉线416。这样，即使当后端机构304从器械滑架306移除并因此主动轮上没有扭矩时，拉线416仍被维持在底架404的狭缝477中。在一些实施方式中，凹腔476包括围绕主动轮504延伸的内壁476a(图9)。内壁476a可以具有仅略大于主动轮504的直径的直径。在一些实施方式中，可在凹腔476的内壁476a和主动轮504的外周缘530之间形成间隙。根据该实施方式，该间隙可以经设定大小为不大于拉线直径的两倍或双倍，并且优选小于拉线的直径。例如，在使用0.007英寸直径的拉线的实施方式中，在凹腔476的内壁476a与主动轮504的外周缘之间的间隙可以在大约0.007英寸至大约0.005英寸或更小的范围内。即使在拉线松弛时，该空隙也可以防止拉线从主动轮504的凹槽540脱离。因此，凹腔476可以帮助将拉线保持在主动轮504上。在所示的实施方式中，凹腔476被整体地形成为底架404的一部分。特别地，期望间隙小于或等于拉线直径的2倍。优选的实施方式具有大小小于或等于拉线直径的间隙。其他优选的实施方式具有小于或等于拉线直径的大约两倍的间隙。

图17示出了其中主动轮504装配在形成为与底架404分离的部件的凹腔490内的实施方式。这里，凹腔490被称为浮动凹腔，因为它没有附接到底架404。在所示的示例中，凹腔490可以包括形成为周向壁的圆形主体491、从主体491向外延伸的至少一个翼492以及在主体491中的狭缝494。这里，主体491包括相对圆柱形的内表面(未标号)，其适配于围绕主动轮504的周缘。在一些示例中，浮动凹腔490可以与主动轮504的外径或周缘530接触。图17示出了从主体491径向向外延伸的两个翼492。这些突出的翼492可以用作机械止动件，其与底架的部件或其他部件协作以防止凹腔490与主动轮504一起旋转。在该实施方式中，底架404包括两个突出的止动件495，每个突出的止动件495被放置成机械地干涉翼492中的一个以限制凹腔490在一个方向上的旋转。通过一起工作，突出的止动件495和翼492限制或阻止旋转，使得狭缝494保持与对准突起478的狭缝478a基本对准，对准突起478与滑轮484的轮486协作。狭缝478a也可以称为拉线离开间隙。在所示的实施方式中，狭缝494延伸凹腔490的轴向长度。因此，狭缝494可以允许凹腔490挠曲，从而弹性地改变其内径。浮动凹腔490的一些实施方式可以经设定大小或弹性地形成为具有相对较低的摩擦力，其允许主动轮504在浮动凹腔490内旋转。通过这样做，即使当主动轮504在凹腔490内旋转时，狭缝494仍可以与轮486对准。

在一些实施方式中，凹腔490的大小设置为处于自然状态，其内径略小于主动轮的直径，使得凹腔490的内壁与主动轮504的外周缘530接触。由于凹腔490的弹性性质，主动轮可以相对于凹腔490旋转。然而，紧密配合可以防止拉线从主动轮504脱离，即使在拉线松弛时。因此，凹腔490可以帮助将拉线保持在主动轮504上的凹槽540中。在一些实施方式中，凹腔490被配置为在主动轮的大致整个圆周上维持轻的弹簧接触，以将拉线保持在主动轮504上的凹槽540中。

在所示的示例中，凹腔490的主体491被成形为具有形成狭缝494的端部的轧制条。主体491的形状也可以由顺应性的低摩擦塑料材料模制，这有利地减小了接触力、摩擦系数和由此产生的主动轮504上的摩擦阻力扭矩。一端与另一端的交叠形成“6”的形状，其具有形成基本为圆柱形的主体491的弯曲部分491a和在狭缝494处的从圆的切线延伸的线性部分491b。然而，可以设想其他形状。例如，在另一方面，主体491可以沿主动轮504的周缘以间隔开的间隔与主动轮504接触。

图9示出了底架404，其中主动轮504相对于滑轮484在适当的位置。滑轮484的轴488限定了与主动轮504的旋转轴线802正交的旋转轴线800。在该实施例中，主动轮504的旋转轴线也基本上平行于细长构件202的纵向轴线。因此，滑轮484的旋转轴线基本上正交于细长构件的纵向轴线。

图14示出了支撑夹具410的附加细节。在该实施例中，支撑夹具410被布置成附接到底架404以将转向部件406和驱动部件408固定在适当的位置。在所示的特定实施例中，被示出为突出的小块或立柱的对准元件580(图9)被设置在底架404上，以与支撑夹具410上的被示出为凹口或小块接收孔口的对准元件582(图14)协作。在一些实施方式中，图9中的对准元件580的细长的立柱580a与图14中的对准元件582的示出的细长孔582a接合，以将支撑夹具410与底架404精确地对准。图9中的对准元件580的圆形小块接合图14中的对准元件的圆孔，并且被热熔到图14中的圆孔的埋头孔中，以将支撑夹具410紧固到底架404。在支撑夹具410在适当的位置的情况下，滑轮484的轴488被固定在支撑突起472的槽475中。同样，驱动部件408也可以在适当的位置固定到支撑夹具410。

在所示的实施方式中，支撑夹具410还包括线圈管支架584，该线圈管支架584被布置成保持线圈管417并且将拉线416与滑轮484中的凹槽489对准，使得拉线布置在与滑轮484中的凹槽的底部对应的高度处。线圈管支架584可整体地形成在支撑夹具410中，并且在该实施方式中，其包括槽586，该槽586经设定大小且被布置成接收管状管元件588，该管状管元件588被布置成与延伸到细长构件310的远端的线圈管417对接。为了便于说明，在图14中仅示出了一个管状管元件588。管状管元件588包括内部通道，线圈管417粘合在该内部通道中，同时拉线穿过该内部通道和线圈管417两者延伸至滑轮484的轮486的凹槽489。线圈管417被紧固在线圈管支架584处，这防止线圈管朝着滑轮484向近侧平移。

现在返回到图5，光纤连接器412从底架404的安装面460突出。匹配的接收连接器(未示出)设置在器械滑架306上。光纤连接器412将信息从形状传感器314传送至器械滑架306，并最终传送至控制系统112。

在图5、图8和图14中示出了发射区域夹具414。发射区域夹具414包括被布置成刚性地支撑形状传感器314的近端的一系列稳定部件。在该实施例中，发射区域夹具414被附接到支撑夹具410的一部分，并且包括两个夹钳590和592，其夹紧形状传感器314以防止移动或未对准。在该实施方式中，当细长构件离开壳体400时，两个夹钳590和592沿着基本平行于细长构件的轴线的轴线彼此间隔开。尽管被描述为通过夹钳固定，但是在另一些实施方式中，发射区域夹具414可以通过粘合剂或其他附接机构附接到形状传感器314。如图4所示，形状传感器314从发射区域夹具414旋转180°并进入细长构件310。

现在参照一般操作，值得注意的是，在采用四根拉线416的实施方式中，每根拉线可固定至细长构件310的远端并从其延伸，并且沿细长构件的周向分隔开90°。在替代实施方式中，可以采用任何数量的拉线，每条拉线都从细长构件310的远端延伸，并根据期望的转向构造沿细长构件的周向以不同的距离间隔开。尽管本文将描述单根拉线的实施方式，但是应当注意，该实施方式可应用于致动细长构件310的拉线中的每一根。拉线的近端可缠绕在主动轮上，如本文所述。可以将在同一轴线中提供铰接(例如偏航或俯仰)的拉线缠绕在后端机构304内彼此对角定位的主动轮上。在一些实施方式中，每根拉线416穿过被联接到细长构件310的远侧部段的线圈管417行进。每个线圈管417可与拉线416成对，并且延伸细长构件的长度至细长构件的远侧部分，并在近侧部分离开细长构件。细长构件中的拉线和线圈管的示例可以在2017年7月21日提交的题为“柔性细长设备系统和方法(FlexibleElongate Devices Systems and Methods)”的美国临时专利62/535,673中找到，该专利通过引用并入本文。在一些实施方式中，线圈管以及设置在其中的拉线离开后端机构304的细长构件310。在一些实施方式中，每个线圈管以及设置在其中的拉线从细长构件310行进并弯曲90°到支撑夹具410。在那里，线圈管417可以终止，其中其末端在容纳管状管元件588的线圈管支架584处固定到支撑夹具410。尽管线圈管417可以穿过并结合在管状管元件588内部而终止，但是拉线416穿过并超出管状管元件588，绕过滑轮484的轮486，并然后缠绕在主动轮504上，最终固定在主动轮504的压接插槽536中。从细长构件到管状管元件588的线圈管中的弯曲还提供一些松弛以用于活塞运动或轴向移位(这可能是由于使细长构件弯曲或转向而引起的)。

如本文所述，主动轮504从滑轮484正交定向。这种定向以及使拉线绕过滑轮180度可以允许拉线中的大半径弯曲，同时仍提供紧凑大小的后端机构304。另外，凹腔476的壁中的狭缝477与对准突起478(其与滑轮484的轮486协作)相结合为拉线提供支撑，并降低了拉线松动和移位从而导致偏离轨道的风险。此外，线圈管与管状管元件588的对准可将拉线沿滑轮凹槽节圆的切线馈送至滑轮中。这样，线圈管有助于将拉线对准到滑轮凹槽中。在一些实施方式中，线圈管可以例如用粘合剂粘附到管状管元件588以将它们固定在适当位置。也可以使用其他附接方法。

取决于实施方式，在一些实施方式中为光纤的形状传感器可以通过从细长构件的远端穿过细长构件中的纤维管腔至近侧部分并终止于后端机构304中而被集成到细长构件中。在一些实施方式中，光纤离开细长构件，弯曲180°，并且穿过发射区域夹具并终止于光纤连接器中。发射区域夹具将形状传感器保持在已知的笔直构造中，该形状传感器在形状感测期间用作原点并用于校准。在一些实施方式中，形状传感器被嵌入海波管中，该海波管由同心的厚壁的小内径的金属管制成。在一些实施方式中，将海波管选择为0.0143ID x0.020壁、304不锈钢海波管，并且使用肖氏A 40硬度计的硅橡胶粘合剂/密封剂将海波管中的纤维粘合。在一些实施方式中，形状传感器的近侧部分用粘合剂或胶水粘附到海波管中。形状传感器314可以获得从发射区域夹具到细长构件的远端的形状感测数据。此外，辅助管束回路434可适应形状传感器314在细长构件内纵向地沿轴向移位的情况。在其中形状传感器314可以固定在细长构件的远侧部分处并且形状传感器314在被包括在细长构件的柔性主体(例如，细长构件202的柔性主体216)中的管腔内浮动的示例中，辅助管束回路434可以适应这样的移位或活塞运动。

在所示的实施方式中，并参照图3A，后端机构304以正交取向安装到器械滑架306。也就是说，器械滑架306中的致动马达被定位成使得它们的旋转轴线平行于细长构件310的插入轴线。如本文所描述的并参照图10，由于底架404的安装面460包括输入盘500的面514，因此细长构件开口464、驱动部件开口466均具有平行轴线。也就是说，每个开口都具有从底架404的安装面460延伸的轴线。在该实施方式中，光纤连接器412也从安装面460沿细长构件310的方向延伸。在一些实施方式中，并且参照图10，安装面460的仅一部分实际上与器械滑架306对接。例如，在一些实施方式中，安装面460包括对接部分526和非对接部分528。对接部分526可以是包括输入盘500和光纤连接器412的一部分。对接部分526可以邻接图3A中的器械滑架306。非对接部分528可以与对接部分526并排。在该实施方式中，非对接部分528包括细长构件开口464，细长构件穿过该细长构件开口464延伸。因此，细长构件310可以被设置成从安装面460的非对接部分突出超过器械滑架306的一侧，使得即使在输入盘500的面514和光纤连接器412接合并对接器械滑架306时，细长构件310也可以延伸穿过细长构件开口464而不会穿过器械滑架306并且不会受到其干涉。一些实施方式还包括可以与器械滑架306连通的印刷电路组件806。

仍参照图10，对接部分526可以包括多个支架560，其被配置为与器械滑架306接合。在一些实施方式中，对接部分526包括被成形并被配置为提供运动学支架的三个支架560，该运动学支架在对处于特定位姿的后端机构进行定位和定向时提供稳定性和可重复性。使用运动学支架可以提高测量的可靠性和准确性，即使后端机构脱离并重新结接合也是如此。在所示的实施例中，安装面460的支架560由V形凹槽或插槽形成，每个凹槽或插槽接收在器械滑架306上的相应的球或半球形头部。三个球(或半球形头部)和V形凹槽协作以用于后端机构的可重复且稳定的安装。在所示的实施方式中，支架560中的每一个包括两个相交的正交定向的V形凹槽，它们一起形成接收球(或半球形头部)的凹陷或凹腔。在所示的示例实施例中，每个支架560的V形凹槽中的一个比相应的另一个V形凹槽更宽或成不同角度。较宽的V形凹槽可允许球或半球形头部轻松进入由V形凹槽形成的凹陷或凹腔。较窄的V形凹槽可将球或半球形头部导向至相对于器械滑架306的精确位置。因此，运动学支架将后端机构相对于器械滑架306进行可重复的精确定位。供参考，图10包括三根参考轴线780a、780b和780c，每根参考轴线与三个支架560的较窄的V形凹槽对准。可以看出，参考轴线780a、780b和780c均沿不同的方向延伸，从而为运动学支架提供稳定性，同时，相交的正交V形凹槽中的每一个均允许轻松对准，将球或半球形头部导向至更窄的稳定V形凹槽中。三根参考轴线780a、780b和780c的未对准防止了六个自由度中的不期望的移位。

图15和图16示出了器械滑架700和后端机构750的其他实施方式和视图。器械滑架700和后端机构750的原理和教导可以被实现并且包括在器械滑架306和后端机构304中。

图15中的器械滑架700包括可以与后端机构750上的印刷电路组件连通的多个弹簧针702。它还包括输出盘704、母光纤连接器706、运动学支架部件708和闩锁杆710。输出盘704可以由器械滑架700上承载的马达驱动，并且可以接合后端机构的输入盘。母光纤连接器706可以接收后端机构上的突出的光纤连接器，并且运动学支架部件708可以被成形和配置为接合后端机构上的相应的运动学支架部件。在该实施方式中，运动学支架部件708是球或半球，其被固定地设置以接合后端机构上的V形凹槽。闩锁杆710可以从器械滑架700的相应侧面突出，并且可以被配置为将后端机构接合并固定到器械滑架。

图16中的后端机构750具有安装面751，该安装面751包括印刷电路组件752、输入盘754、支架756、滑架闩锁连接器758和光纤连接器759。印刷电路组件752可以与器械滑架700上的弹簧针702连通。输入盘754可以接合输出盘704并由输出盘704驱动。支架756可以是V形凹槽，其被布置成接收器械滑架700上的运动学支架部件708。滑架闩锁连接器758被示为接收闩锁杆710的插槽。在该实施例中，滑架闩锁连接器758被设置在后端机构750的相对侧上。另外，闩锁杆710可以包括诸如箭头形元件的连接器，并且滑架闩锁连接器758可以包括肩部，所述肩部被配置为以使得后端机构750能够卡扣在器械滑架700上的适当位置的方式接合箭头形元件。可以设想到其他连接器。在一些实施方式中，闩锁连接器设置在密封区域的外部，以防止流体进入。在某一方面，连接器包括防止流体进入的屏蔽件或密封件。在一些实施方式中，连接可以由用户用一只手来执行。可以看出，后端机构750的安装面包括细长构件开口760，细长构件762延伸穿过该细长构件开口。如本文的其他实施方式中所描述和示出的，安装面751具有对接部分和非对接部分，其具有细长构件开口760和非对接部分。也就是说，当器械滑架700的弹簧针与后端机构750的电路组件752对准时，安装面751的非对接部分突出于器械滑架700的侧面之上和之外。因此，细长构件开口760被设置在不与器械滑架700对接的位点处。值得注意的是，一些实施方式具有以相反状态设置的部件，使得安装面751可以包括弹簧针702，而且器械滑架可以包括印刷电路组件752。

在一些实施方式中，后端机构750可以使用分阶段的接合和对准方法被安装到器械滑架700。这可以使得后端机构能够被单手低力、精确地安装到器械滑架700上。通过这样做，输入盘可以接合输出盘。在一些实施方式中，接合的顺序由配合特征的高度或长度决定，并且顺序地从约束较少且可重复性较低的配合特征到约束较多且可重复性较高的配合特征进行。为了接合，这包括细长构件762的配合，接着是光纤连接器的配合，接着是滑架闩锁杆进入后端机构750的插槽。这之后，球支架进入V形凹槽运动学支架座。为了易于理解，参照图10所示出并描述的参考轴线780a、780b和780c当与运动学支架756的方向对准时同样在图16中标识出。在一些实施方式中，图16的支架756可以进行参照图10所描述的支架560的功能。此时，弹簧针接触印刷电路组件的接触垫。在最后一步中，输出盘可以旋转以接合输入盘的插槽。最后，后端机构750中的印刷电路组件可以传送光纤校准信息、序列号、工具类型信息、使用计数信息和加密数据以避免伪造。

在一些实施方式中，后端机构304可以被联接到器械滑架306，使得可以朝着和远离患者P推进器械滑架(见图3A和图3B)。图18示出了将后端机构304联接至插入组件(诸如器械滑架306)的示例性方法1800的流程图。该方法始于1802，并且包括将细长构件310引入患者。如本文所述，细长设备还可以包括形状传感器314。在此阶段，仅细长设备的远侧部分可被引入患者。

在1804处，通过沿细长设备的方向推进器械滑架306直到光纤连接器与器械滑架上的相应连接器接合，后端机构可以与器械滑架306接合。在一些实施方式中，光纤连接器可以卡扣到适当的位置中。

在1806处，可以将可以设置在安装面处并且可以从后端机构朝向器械滑架突出的闩锁接口496(图4和图10)引入器械滑架上的插托中。包括闩锁杆710的实施例也可以开始接合。

在1808处，支架756接收运动学支架部件708。具有V形凹槽的支架的实施例可以实现一致的可重复的定位。在一些实施方式中，运动学支架部件708被成形为半球形的球，并且支架可以将运动学支架部件的半球形的球导向到精确的位点，从而以本文所描述的方式在所有六个自由度上实现对后端机构的足够的约束。

应注意，在不脱离本文描述的原理的情况下，器械滑架和后端机构的特定对接特征可以从一个切换到另一个。例如，器械滑架可以包括运动学支架部件，而后端机构可以包括支架。

在一些实施方式中，闩锁机构使得后端机构能够被单手安装到插入轴线滑架的马达输出装置，同时提供高刚度以抵抗施加到活检针手柄的驱动反作用力和使用者力。

在一些实施方式中，滑架上的闩锁连接器是弹簧加载的，并且可以被相对侧挤压，以从器械滑架释放后端机构。在一些实施方式中，壳体和输入装置上方的盖上的夹钳可以在完全浸没清洁和高水平消毒过程中防止流体进入。

对手术器械和手术方法的任何参考都是非限制性的，因为本文所述的器械和方法可以用于动物、人类尸体、动物尸体、人类或动物解剖结构的一部分、非手术诊断、工业系统和通用机器人或远程操作系统。

尽管已经示出和描述了说明性实施例，但在前述公开中设想了各种各样的修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用实施例的一些特征而没有对应地使用其他特征。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书来限制，并且可以理解的是，广义地并以与本文公开的实施例的范围一致的方式解释权利要求。

Claims (20)

1.一种用于通过拉线致动的细长构件的控制系统，所述系统包括：

底架，其在使用期间相对于所述细长构件可固定在适当位置；

由所述底架承载的滑轮，所述滑轮具有在结构上被配置为支撑所述拉线的第一拉线支撑表面，所述滑轮可绕第一轴线旋转；

由所述底架承载的壁；和

由所述底架承载并且绕相对于所述第一轴线以正交角度对准的第二轴线可旋转的主动轮，所述主动轮具有允许所述拉线缠绕在所述主动轮上的第二拉线支撑表面，其中所述壁围绕所述主动轮周向延伸并且包括狭缝，所述拉线穿过所述狭缝延伸。

2.根据权利要求1所述的控制系统，还包括输入盘，所述输入盘被配置为可驱动地旋转所述主动轮，其中所述输入盘包括具有非圆柱体形状的轴，并且其中所述主动轮被配置为以允许所述轴旋转所述主动轮的方式与所述非圆柱体形状对接。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述主动轮包括螺旋凹槽，所述螺旋凹槽被布置成缠绕所述拉线而没有交叠。

4.根据权利要求1所述的控制系统，包括旋转限制器，所述旋转限制器被布置成防止所述主动轮旋转超过阈值位置。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述旋转限制器包括机械止动件，所述机械止动件被布置成防止所述主动轮旋转超过所述阈值位置。

6.根据权利要求1所述的控制系统，还包括：

从所述底架延伸的光纤连接器；和

从所述光纤连接器延伸穿过所述细长构件的长度的形状传感器，所述形状传感器被布置成检测所述细长构件的形状，

其中所述光纤连接器被配置为传送由所述形状传感器检测到的信息。

7.根据权利要求1所述的控制系统，还包括封闭的壳体，所述封闭的壳体包括与所述封闭的壳体的壁相邻的辅助管束回路，所述封闭的壳体包括弧形表面，所述弧形表面经设定大小以适应在所述封闭的壳体中的发射区域夹具到所述细长构件之间延伸的形状传感器的弯曲。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述辅助管束回路是所述形状传感器中的180度弯曲。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述封闭的壳体包括导向件，所述导向件限定所述形状传感器在其中延伸的导向插槽。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述底架包括细长构件开口，所述细长构件开口限定基本上平行于所述第二轴线设置的第三轴线。

11.根据权利要求10所述的控制系统，包括线圈管，所述线圈管具有在连接位点处被固定至所述底架的近端，所述线圈管的所述近端被设置成与由所述细长构件开口限定的所述第三轴线基本上正交，所述拉线延伸穿过所述线圈管并延伸到所述滑轮并进而延伸到所述主动轮。

12.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述底架包括安装面，所述安装面被成形并被配置为与被布置成驱动所述主动轮的器械滑架对接，所述安装面大体上沿着安装平面延伸，所述安装面具有并排布置的第一对接部分和第二非对接部分，所述第一对接部分具有光纤连接器和旋转输入构件，所述第二非对接部分具有细长构件开口，所述细长构件开口被形成为使得所述细长构件从所述细长构件开口沿基本上正交于所述安装平面的方向延伸。

13.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述安装面包括多个v形凹槽和多个定位支架中的一个，并且所述器械滑架包括所述多个v形凹槽和所述多个定位支架中的另一个，所述多个v形凹槽被配置为接收所述多个定位支架。

14.根据权利要求1所述的控制系统，包括：

在接口处被附接到所述底架以在其中形成腔的盖，所述滑轮被设置在所述腔中；和

穿过所述底架中的开口且被布置成可旋转地驱动所述主动轮的输入盘，所述输入盘具有屏蔽面以防止流体进入。

15.根据权利要求1所述的控制系统，包括：

光纤连接器，所述光纤连接器被设置在所述底架上并从所述底架延伸，所述光纤连接器被设置成通过所述底架的平移而接合器械滑架，以将所述底架附接到所述器械滑架。

16.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述壁与所述主动轮间隔开一距离，所述距离小于所述拉线的直径的两倍。

17.根据权利要求16所述的控制系统，其中所述壁与所述主动轮间隔开一距离，所述距离小于所述拉线的直径。

18.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述壁物理接触所述主动轮，所述主动轮可相对于所述壁旋转。

19.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述壁被配置为在所述主动轮的基本上整个圆周周围维持轻弹簧接触。

20.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述壁被约束以允许所述主动轮相对于所述壁旋转，同时维持所述狭缝与所述滑轮对准。