自动仪器系统.pdf

一种自动仪器系统，包括主输入装置(2)和与控制器相连的仪器驱动器，该仪器驱动器(16)具有引导仪器界面，引导仪器界面包括一个或多个引导仪器驱动元件(18)，该引导仪器驱动元件响应于至少部分地由主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至仪器界面的引导仪器。主输入装置包括连接至连接组件的操作员界面，一个或多个测压元件介于操作员界面和连接组件之间，其中主输入装置产生的控制信号至少部分地基于一个或多个测压元件响应于操作员界面相对于连接组件的移动产生的输出信号。

1.  一种自动仪器系统，包括：
控制器，所述控制器包括主输入装置；和
仪器驱动器，所述仪器驱动器与所述控制器相连，所述仪器驱动器具有引导仪器界面，所述引导仪器界面包括一个或多个引导仪器驱动元件，所述引导仪器驱动元件响应于至少部分由所述主输入装置产生的控制信号来操纵与所述仪器界面可操作地连接的引导仪器；
所述主输入装置包括连接至连杆组件的操作员界面，一个或多个测压元件介于所述操作员界面与所述连杆组件之间，其中，所述主输入装置产生的控制信号至少部分基于一个或多个测压元件响应于操作员界面相对于连杆组件的移动而产生的输出信号。

2.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作员界面相对所述连杆组件至少在三个自由度上可移动。

3.  根据权利要求1或2所述的系统，其中，一个或多个测压元件中的每一个被构造成用于探测由于所述操作员界面的移动而导致的局部拉伸或压缩。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述操作员界面通过相应界面安装件(804、806)连接至连杆组件，所述一个或多个测压元件介于所述界面安装件之间。

5.  根据权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个测压元件包含介于相应界面安装件(804、806)之间的三个测压元件(808)和三个邻接弹簧(810)。

6.  根据权利要求4或5所述的系统，还包括连接至所述操作员界面的轴(814)，其中，所述轴(814)穿过形成在所述界面安装件(806)中的弓形槽(816)，并定位于探测施加到所述操作员界面的扭转载荷的一对测压元件(820)之间。

7.  根据权利要求6所述的系统，其中，所述操作员界面包括通过枢转安装紧固件(812)连接至所述界面安装件(806)的操作员界面固定架(800)，所述枢转安装紧固件被构造成允许所述操作员界面固定架(800)大致在所述界面安装件(806)的平面中围绕所述枢转安装紧固件(812)旋转，从而限制所述轴(814)穿过所述槽(816)的移动。

8.  一种自动仪器系统，包括：
控制器，所述控制器包括主输入装置；和
仪器驱动器，所述仪器驱动器与所述控制器相连，所述仪器驱动器包括：
引导仪器界面，所述引导仪器界面包括两个或多个引导仪器驱动元件，所述引导仪器驱动元件响应于至少部分由所述主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至仪器界面的引导仪器；和
护套仪器界面，所述护套仪器界面包括两个或多个护套仪器驱动元件，所述护套仪器驱动元件响应于至少部分由所述主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至所述仪器界面的护套仪器，其中，所述护套仪器驱动元件独立于所述引导仪器控制元件被控制。

9.  根据权利要求8所述的系统，其中，两个或多个引导仪器驱动元件中的每一个独立于其他引导仪器控制元件被控制。

10.  根据权利要求8或9所述的系统，其中，两个或多个护套仪器驱动元件中的每一个独立于其他护套仪器控制元件被控制。

11.  根据权利要求8至10中任一项所述的系统，其中，各个引导仪器界面和护套仪器界面定位于所述仪器驱动器上，以使得可操作地连接至所述引导仪器界面的引导仪器的一部分共轴地设置于护套仪器的内腔内，所述护套仪器可操作地连接至所述护套仪器界面。

12.  一种自动仪器系统，包括：
控制器，所述控制器包括主输入装置；和
仪器驱动器，所述仪器驱动器与所述控制器相连，所述仪器驱动器包括：
引导仪器界面，所述引导仪器界面包括一个或多个引导仪器驱动元件，所述引导仪器驱动元件响应于至少部分由所述主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至所述仪器界面的引导仪器，其中，所述引导仪器界面沿引导仪器插入轨道可控制地移动，和
护套仪器界面，所述护套仪器界面包括一个或多个护套仪器驱动元件，所述护套仪器驱动元件响应于至少部分由所述主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至所述仪器界面的护套仪器，所述护套仪器界面独立于所述引导仪器界面的移动沿护套仪器插入轨道可控制地移动。

13.  根据权利要求12所述的系统，其中，所述引导仪器轨道基本与所述护套仪器轨道成一直线。

14.  根据权利要求12或13所述的系统，其中，所述引导仪器界面的移动通过相应引导插入导螺杆的受控旋转而实现。

15.  根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其中，所述护套仪器界面的移动通过相应护套插入导螺杆的受控旋转而实现。

16.  根据权利要求12或13所述的系统，其中，所述引导仪器界面的移动通过相应引导插入缆线和滑轮组件而实现。

17.  根据权利要求12、13和16中任一项所述的系统，其中，所述护套仪器界面的移动通过相应护套插入缆线和滑轮组件而实现。

自动仪器系统
技术领域
本发明通常涉及自动控制的医疗仪器系统，更具体地，涉及自动控制的灵活仪器系统，所述系统被构造成用在最低限度侵入式医疗介入和诊断中。
背景技术
与传统技术(传统技术中患者体腔要打开，使外科医生的手能接近内部器官)相反，自动仪器(如导管)系统和装置非常适合于在实施最低限度侵入的医疗过程中使用。例如，需要可控度高且最小尺寸的系统来方便对可能存在于患者体内深处的组织进行成像、诊断和治疗，可通过天生存在的通道(如血管或胃肠道)，或通过小的手术形成的通道接近所述组织。
发明内容
根据本发明的各种实施例，提供一种用来定位组织结构、并进行诊断和介入以处理各种医疗情况的自动仪器系统。在一个实施例中，自动仪器系统包括：主输入装置和与控制器连接的仪器驱动器，该仪器驱动器具有引导仪器界面，该引导仪器界面包括一个或多个对控制信号(所述控制信号至少部分地由主输入装置产生)起反应的引导仪器驱动元件，用于操纵可操作地连接至仪器界面的引导仪器。主输入装置包括连接到连接组件的操作员界面，一个或多个测压元件介于操作员界面和连接组件之间，其中由主输入装置产生的控制信号至少部分地以一个或多个测压元件响应于操作员界面相对于连接组件的移动而产生的输出信号为基础。
在各种实施例中，操作员界面相对于连接组件在至少三个自由度上可移动，其中一个或多个测压元件中的每一个都被构造成用于探测操作员界面移动所导致的局部拉伸或压缩。在至少一个实施例中，操作员界面通过相应的界面安装件连接到连接组件，一个或多个测压元件介于界面安装件之间。在一个实施例中，该一个或多个测压元件包括介于相应界面安装件之间的三个测压元件和三个邻接弹簧。在一个实施例中，连接到操作员界面的轴穿过形成在界面安装件中并定位在一对测压元件之间的弓形槽，该测压元件探测施加于操作员界面的扭转载荷。在一个这样的实施例中，操作员界面包括用枢转安装紧固件连接至界面安装件的操作员界面固定架，该枢转安装紧固件被构造成允许操作员界面固定架大致在界面安装件的平面中围绕枢转安装紧固件旋转，从而限制轴穿过槽的移动。
根据另一个实施例，自动仪器系统包括：包括主输入装置的控制器，和与该控制器相连的仪器驱动器。该仪器驱动器包括：引导仪器界面，其包括两个或多个引导仪器驱动元件，所述引导仪器驱动元件响应于至少部分地由主输入装置产生的控制信号来操纵连接至引导仪器；和护套仪器界面，其包括两个或多个护套仪器驱动元件，所述护套仪器驱动元件响应于至少部分由主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至仪器界面的护套仪器，其中护套仪器驱动元件独立于引导仪器控制元件被控制。在这样一个实施例中，两个或多个引导仪器驱动元件中的每一个均独立于其他引导仪器控制元件被控制。在这样一个实施例中，两个或多个护套仪器驱动元件中的每一个均独立于其他护套仪器控制元件被控制。在这样一个实施例中，各个引导仪器界面和护套仪器界面定位于仪器驱动器上，以使得引导仪器的可操作地连接至引导仪器界面的一部分共轴地设置于可操作地连接至护套仪器界面的护套仪器的内腔内。
根据又一个实施例，自动仪器系统包括：包括主输入装置的控制器，和与控制器相连的仪器驱动器。该仪器驱动器包括：引导仪器界面，其包括一个或多个引导仪器驱动元件，所述引导仪器驱动元件响应于至少部分地由主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至仪器界面的引导仪器，其中引导仪器界面可控制地沿引导仪器插入轨道移动；和护套仪器界面，其包括一个或多个护套仪器驱动元件，所述护套仪器驱动元件响应于至少部分地由主输入装置产生的控制信号来操纵可操作地连接至仪器界面的护套仪器，该护套仪器界面可控制地沿护套仪器插入轨道移动，并独立于引导仪器界面的移动。在这样一个实施例中，引导仪器轨道基本与护套仪器轨道成一直线。在这样一个实施例中，引导仪器界面的移动通过相应的引导插入导引螺栓的受控旋转而实现。在这样一个实施例中，护套仪器界面的移动通过相应护套插入导引螺栓的受控旋转而实现。在另一个这样的实施例中，引导仪器界面的移动通过相应引导插入缆线和滑轮组件而实现。在另一个这样的实施例中，护套仪器界面的移动通过相应护套插入缆线和滑轮组件而实现。
附图说明
附图示出了本发明的示意性实施例的设计和应用，其中，相同的元件用同样的附图标号表示，附图中：
图1示出了根据一个实施例的自动导管系统；
图2示出了根据一个实施例的自动导管系统操作员工作台；
图3示出了根据一个实施例的主输入装置的透视图；
图4A示出了根据另一实施例的主输入装置的侧视图；
图4B示出了图4A中的主输入装置实施例的放大的局部侧视图；
图4C示出了图4A中的主输入装置实施例的分解局部透视图；
图4D示出了图4A中的主输入装置实施例的局部透视图；
图4E示出了图4A中的主输入装置实施例的放大的局部后视图；
图4F示出了图4A中的主输入装置实施例的放大的局部透视图；
图5示出了根据一个实施例的自动导管系统；
图6A示出了根据一个实施例的自动仪器驱动器；
图6B示出了根据一个实施例的仪器组和仪器界面元件的透视图；
图6C示出了根据一个实施例的仪器组和仪器界面元件的局部透视图；
图6D示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6E示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6F示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6G示出了根据一个实施例的仪器托架插入结构的示意图；
图6H示出了根据一个实施例的仪器界面插座和仪器滑架结构的图示；
图6I示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6J示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6K示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6L示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6M示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图6N示出了根据一个实施例的仪器驱动器的局部透视图；
图7示出了根据一个实施例的操作员控制台的透视图；
图8示出了根据一个实施例的仪器驱动器和仪器的局部透视图；
图9示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图10A示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图10B示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图11示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图12示出了根据一个实施例的操作流程；
图13示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图14示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图15示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图16示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图17示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图18示出了根据一个实施例显示的用户界面；
图19示出了根据一个实施例的操作流程；
图20示出了根据一个实施例的操作流程；
图21示出了根据一个实施例显示的用户界面。
具体实施方式
参照图1，其示出了自动导管系统，该系统包括操作员工作台2；可移动计算与控制系统6；自动仪器驱动器16；可拆装地安装至操作台22的可移动支架组件26；以及仪器组，其包括穿过护套仪器30的工作内腔共轴设置的引导仪器18，该引导仪器限定了工作内腔，该工作内腔被构造成用于容纳用于进行介入性和诊断性医疗过程的各种结构的工具(图1未示出)。
参照图2，其示出了操作员工作台2一个实施例的较近距离的视图，其包括主输入装置12、操作员控制台8、触摸式屏幕界面5、装置禁止开关7和几个显示屏4。参照图3，其描述了适合的主输入装置12的一个实施例的较近距离的等轴视图，其主要具有通过主界面连杆组件元件992连接至主界面连杆组件991的基本呈球形的操作员界面217，该主界面连杆组件元件992优选固定连接至操作员界面217。适合的主输入装置可以从制造商处获得，如商标名为“Phantom^TM”的Sensible Devices Corporation，或商标名为“Omega^TM”的Force Dimension。参照图4A-4F，其描述了适合的主输入装置12的其他实施例。
参照图4A，其示出了主输入装置12的结构，该主输入装置具有介于操作员界面217与主输入装置连杆组件元件804之间的三自由度(“DOF”)的界面。参照图4A，操作员界面217通过两个界面安装件804，806连接至主界面连杆组件991，几个测压元件连接在两个界面安装件之间。参照图4B，其示出了主输入装置的近距离的局部侧视图，该视图示出了连接在主输入装置连杆组件元件804与操作员界面安装件806之间的三个测压元件808和三个连接弹簧810。还示出了轴814，其穿过形成在操作员界面安装件806内的弓形槽816，与操作员界面固定架800相连接，并设置于两个小测压元件820之间。操作员界面固定架800通过枢转安装紧固件812与操作员界面安装件806连接，枢转固定紧固件812被构造成允许操作员界面固定架800围绕枢转安装紧固件812大致在操作员界面安装件806的平面上转动，从而使轴814穿过槽816并使小测压元件820感测操作员界面217上的扭矩，如图4B中所示。用于感应操作员界面安装件806与主输入装置连杆组件元件804之间的力的多个测压元件808可协调使用，用以感测操作员界面217处的间距和偏转载荷(yaw loads)。因此，通过主输入装置的这种变化可感测三个自由度。在一个实施例中，扭矩自由度可被解释为操作员在驱动机电滚动仪器驱动器与相关的延长仪器方面所做的尝试。间距和偏转自由度可指定成相关仪器驱动器和/或仪器的各种变量或自由度。例如，在一个实施例中，间距自由度可指定成护罩插入驱动自由度，以使正间距(例如，该正间距超出选择的最小临界载荷，从而例如当在3-D空间内轻微移动操作员界面217以掌控引导仪器的尖端时，防止间距DOF被意外触发。)可被解释这样的信号，即，操作员希望护套仪器能从远侧朝向引导仪器的远尖侧端插入；同样地，负间距可被指定为负插入-以从近端拉动护套仪器。图4C-4F示出了主输入装置12的这种变化的其他局部视图，以更全面地示出操作员界面固定架800、主输入装置框架802、主输入装置连杆组件元件804、操作员界面安装件806、测压元件808和820、弹簧810和818、枢转安装界面812、轴814和形成在操作员界面安装件806内的弓形槽816的相对位置。
参照图5，其示出了仪器驱动器16一个实施例的等轴视图，该仪器驱动器通过可移动支撑组件26与操作台22相连。图示的引导仪器18和护套仪器30可移动地连接至仪器驱动器上，优选地，正如它们在使用本发明自动导管系统的医疗程序过程中所处的状态那样。参照图6A，其以近距离的等轴视图示出了仪器驱动器的一个实施例，该仪器驱动器具有定位在引导仪器界面表面40远端的护套仪器界面表面38。仪器驱动器16的近端部连接到可移动支撑组件26的远端部。
参照图6B，其示出了仪器组的一个实施例，该仪器组包括引导仪器18、护套仪器30、以及相关的引导和护套基座盖1060、护套清洗管1051和Touhy组件1100，该仪器组邻近护套仪器界面表面38和引导仪器界面表面40，以示出仪器组30、18如何被构造成与界面表面38、40相接。参照图6C，不同的局部等轴视图示出了护套仪器基座46和引导仪器基座48的底部、以及关联仪器界面元件1054如何被构造成与护套仪器界面表面38和引导仪器界面表面40几何连接。所示出的每一个引导仪器基座48和护套仪器基座46实施例，还具有至少一个销子1058，该销子朝向相关的界面表面38、40突出，借助于与每一个销子1058相连的压应力电开关(未图示)来探测它们之间的连接。而且，所示出的每一个引导仪器基座48和护套仪器基座46实施例，还具有至少一个连接元件1056，该连接元件朝向相关的界面表面38、40突出并与其啮合，便于与这些表面的几何特征可移动地相连。
参照图6D-6F，其示出了仪器驱动器16一个实施例的局部透视图，以示出与护套仪器界面38连接的护套仪器驱动块185、以及与引导仪器界面40连接的引导滑架240可借助于本实施例中的两个独立驱动的导螺杆995、998机构相互独立地沿纵向轴线(就此而言，或者沿每一个导螺杆995、998的纵向轴线)插入仪器驱动器。参照图6D，在一个实施例中，仪器驱动器16被构造成独立插入护套仪器界面38和引导仪器界面40，从而形成可拆卸连接的包括护套仪器和引导仪器的连接仪器组的独立相对插入(相对于彼此，并相对于仪器驱动器的主框架137)。引导仪器和护套仪器被构造成具有可驱动的仪器界面元件1054，如图6C中所示，该仪器界面元件可接合至引导界面40和护套界面38下面的从动界面插孔44。
在图6C和6D中示出的实施例中，利用具有两个可驱动界面元件1054的护套仪器30和具有四个可驱动界面元件1054的引导仪器来提供护套仪器30的两个操纵致动部和引导仪器18的四个操纵致动部；在优选实施例中，如下利用这种操纵致动部：一个护套操纵致动部通过护套仪器的壁与远终端拉力元件(如有螺纹的牵引线)接合，以便在第一方向上操纵护套仪器；一个护套操纵致动部通过护套仪器的壁与更近终端拉力元件(例如有螺纹的牵引线)接合，从而在基本上与第一方向相反的方向上，在沿着护套仪器靠近于近端拉力元件终端点的位置使得护套仪器弯曲；四个引导操纵致动部中的每一个都通过引导仪器的壁与远终端拉力元件(如有螺纹的牵引线)接合，以借助于四个拉力元件内的合成拉力，形成引导仪器的可控的全向操纵。
在描述的实施例中，与引导插入电机界面993(如电缆绞盘或皮带轮)连接的引导插入电机(未图示)，通过皮带994将移动传递给引导插入导螺杆995。引导插入导螺杆995被连接到导螺杆界面(如齿轮、齿轮齿或齿条)，该导螺杆界面连接到引导滑架240，该引导滑架的结构被构造成使引导滑架240独立于护套块185或仪器驱动框架137的位置平行于导螺杆995的轴线来回地插入。
参照图6E，其从不同的视角示出了与图6D中所示出的实施例相似的实施例，图中示出了引导插入导螺杆995和滚动启动电机280，该滚动启动电机与滚动驱动界面996(如齿轮)相接，以启动整个仪器驱动器16围绕低摩擦旋转安装界面278(如轴承或衬套)的旋转轴线997的滚动。当沿顺时针或逆时针方向进行这种滚动启动时，整个仪器驱动器16绕着旋转安装界面278的转轴997旋转，导致可能与仪器驱动器16接合的任意护套仪器、引导仪器和/或其他仪器相对患者的组织而也滚动(或者在传统导管术语中，称作“扭矩(torque)”)。
参照图6F，其示出了与图6E中示出的实施例相类似的仪器驱动器16的实施例的局部分解视图，以示出独立于前述引导滑架240插入结构实施例相对于主仪器驱动器框架137插入护套固定块185的导螺杆基装置。如图6F所示，护套插入导螺杆998位于护套插入电机999及相关编码器292与护套固定块185之间。护套插入导螺杆998连接至导螺杆界面(如齿轮、齿轮齿或齿条)，该导螺杆界面与护套块185结构相连，护套块被构造成使得引导滑架240独立于引导滑块240或仪器驱动器框架137的位置平行于导螺杆998的轴线来回插入。
参照图6G，通过简图的形式示出了用于插入护套块185或引导滑架240的的可替换实施例，该实施例使用了缆线、滑轮、电机和可移动界面平台的系统；该结构是前述导螺杆插入结构的替换实施例。如图6G中的实施例所示，滑块240可滑动地安装在平台246上，该平台可滑动地安装至基座结构248。这些界面处的可滑动支架250可通过高精度的线性轴承获得。所述系统具有两条通过多个滑轮244运行的缆线(256、258)，以实现滑架240和平台246沿可滑动界面250的机动的、同步的相对移动。如对本领域技术人员而言将是显而易见的，当电机242通过拉力T拉动滑架位移缆线256时，滑架240承受的力为2×T。而且，当电机拉动滑架位移缆线256经过位移X时，由于其“滑轮拉动”的同步缆线258，滑架移动X/2，平台移动装置该量的一半，或X/4。
参照图6H，以简图的形式示出了一个用于独立于插入位置(即，护套块185或引导滑架240的插入位置)机电地驱动旋转仪器界面插座44的结构的实施例，出于简化说明的目的，仅示出了一个驱动仪器界面插座44和相关的布线。图6H的实施例被构造成驱动与仪器界面插座44相连的仪器界面滑轮260，从而沿可滑动界面250制定的线性路径，独立于所连接的滑架240或护套块(185-同样未图示)的位置产生两个方向的转动。总之，通过与图6H中示出的实施例相同的机械简图，当电机242在仪器界面缆线264中拉出偏移X时，可直接在仪器界面滑轮260处看到同样的偏移，这是由于同步缆线266的位置和终端252，而与滑架240相对于电机242的位置无关。就前述两驱护套仪器操纵装置而言，这种结构就前述两驱护套仪器转向装置而言可乘以二，而就前述四护套仪器操纵装置而言可乘以四。实际上，参照图6I，其示出了这种四个独立驱动引导仪器界面插座44滑架240的实施例，图中示出了缆线264以及相关的四个电机242和编码器292。
参照图6J-6N，其示出了仪器驱动器16的其他局部等轴视图，图中示出了用于独立驱动两个护套仪器界面插座44的一个实施例。再次，所描述的仪器驱动器实施例被构造成独立地可旋转地驱动两个护套仪器界面元件(图6C中的1054)和四个引导仪器界面元件(图6C中的1054)，而同时还独立地相对于彼此以及相对于仪器驱动框架137插入护套块185和引导滑块240。孔868限定在护套仪器界面和引导仪器界面38、40内，以向这些仪器界面元件(图6C中的1054)提供进入到下面仪器界面插座44的通道，用于旋转驱动。参照图6J，两个电机驱动界面1011(如轴和/或滑轮或齿轮)可通过电机(参见图6K-6N中的电机241)独立旋转，在所描述的实施例中所述电机被固定连接至护罩块185。所述界面1001使用如图6J中所示的机械互耦合器994(如缆绳、链条、或皮带)与第二界面1002(如轴和/或滑轮或齿轮)机械接合。参照图6K-6N，在此实施例中第二界面1002可通过移动传递界面1003(如蜗杆螺钉界面)机械可驱动地连接到仪器界面插座44上。最终结果是，在此实施例中仪器界面插座44通过该护套驱动电机241而被驱动。
参照图7，其示出了操作员控制台8的一个实施例，该操作员控制台被构造成以各种预定方式操作本发明自动仪器系统，以下将通过操作结构的例子和用户界面方案进行描述。
使用如图7中所示出的控制台8和如图6A-6N中所示出的仪器驱动器/仪器结构，心脏部分切除方案可作为使用本发明的操作特征进行诊断和/或介入程序的例子。参照图8，其示出了仪器驱动器实施例16，该仪器驱动器具有可移动地连接到其上的护套仪器30和引导仪器18。引导仪器18的远端管部分可移动地插入由护套仪器30限定的工作腔。心脏标测或部分切除导管881插入由引导仪器18限定的工作腔，传统部分切除导管881的近端手柄1004连接到引导仪器界面40的一部分上，以防止来自这种手柄的应力施加到引导仪器18。
参照图9，其示出了操作员工作台(图2中的部件2)(如平面屏电脑监视器)的一个显示器1011，该显示器具有主显示区1005、两个辅助区1006、1007、护套仪器控制仪表盘1012、仪器与身体的空间定向指示器1008、一个透视检查身体的空间定向指示器1009以及感载指示刻度1010-所有这些都作为图像用户界面对象而以图形显示。护套仪器控制仪表盘可包括：例如，仪器驱动器的指示器(因此护套仪器和引导仪器都在所述实施例中一起)滚动或“扭转”，定位驱动器或仪器驱动器相对于系统的物理滚动极限滚动，护套仪器远端弯曲驱动器相对于系统或仪器的安全极限滚动，护套仪器近端弯曲驱动器相对于系统或仪器的安全极限滚动，并且护套仪器插入驱动器，通过插入所示的护套块185，相对于系统或仪器的安全极限滚动。这些图形标准指示器中的每一个都可用安全区的彩色指示来显示(如，类似于汽车引擎转速表的红线指示，除仪器安全区以外的操作都优选地被构造成不破坏系统-但，在一个实施例中，更难达到给定系统的限制条件)。所示出的图形用户界面感载指示器可被构造成用于零负载和该最大刻度之间的最大刻度和分度。用于“智能提示”的操作台8的按钮826可用来激活感载；用于“基准线”的按钮828被构造成用于获取操作员认为是基准线(大约为零)的载荷用于载荷对比目的；可使用缩放按钮830、静止按钮834、裁剪按钮836和回放按钮838以使系统分别放大或缩小示出的图形、获取所示出的静止图形、获取所示出的图形的影像剪辑，并会放影像或裁剪图形。可使用包括如跟踪球824和两个按钮822的鼠标界面来进行操作员和系统的相互配合。
参照图10A，通过按下操作台8上的记录按钮832并使用鼠标822、824沿护套仪器1013、引导仪器1014和工作仪器1015的荧光透视图像长度向下定位三个图形标志1020可获得比出现在二维背景中的实际荧光透视基图像复杂的护套/引导/部分切除导管的记录。为了在三维中进行记录，一般通过移动荧光透视系统的摇动臂并输入有关新荧光透视位置的信息给自动仪器控制系统(在一个实施例中，可借助整体的荧光透视臂斜度计而自动化)，而改变荧光透视图像平面，并且使用鼠标822、824进行选择另外三个标志1025-一个在引导仪器1014的远端荧光透视图像处，另外两个标志以其他荧光透视平面预先选择的位置点为基础，横穿背景上的第二荧光透视图像，处在突出线1023、1024处。通过六个点1020、1025和确定的荧光透视平面的相对位置，荧光透视图像可记录成仪器的“卡通”图像1016、1017、1018，该“卡通”图像是以仪器应处于的计算位置为基础(例如以移动学计算为基础)显示的。
同样如图10A所示，作为一种为操作员提供关于多少个引导仪器已经被插入护套仪器外的指示的方法，纵向刻度线1022可图示地显示于引导仪器的卡通图像1017上。例如每一条刻度线可以代表插入长度的增加厘米数。另外，作为一种为操作员提供指示相关仪器从监视器的平面被引导出的方法，透明阴影1021可作为护套仪器、引导仪器或工作仪器卡通图像1016、1017、1018的一部分显示给操作员。而且，作为一种向操作员提供关于哪个仪器在给定的瞬间正被主动驱动的指示的方法，这种仪器的卡通图像1016、1017、1018可用仪器的所显示的卡通上的彩色开关被加亮；例如，当引导仪器不工作时，引导仪器卡通1017可显示为通常的蓝色目标-但当引导仪器由操作员主动驱动时，引导仪器的卡通图像1017可以显示为例如大红色或橙红色，或者非连续地显示以提供闪烁显示。同样的，护套仪器卡通图像1016可被加亮以作为一种给操作员显示这种仪器用护套仪器控制主动驱动的反馈方法。此外，作为一种给操作员提供反馈的方法，这种仪器卡通图像可用不同的容易接受的区别颜色(例如亮黄色)加亮，所述反馈即任一个仪器处于加高的柱强度(即，当任一个仪器相对于非常弯曲的位置处于正前方的位置，当仪器中的一个朝向目标如组织结构插入时，弯曲位置处的弯曲比直柱压力更有可能；例如，当任一仪器的整个长度(或另一实施例中仅仅是末端)占据直立位置的5度或10度的位置)。
参照图11，记录之后，利用所示出的仪器的卡通图像1016、1017、1018，该仪器系统可相对于组织结构1026(如右心房壁)在附近定位，而一些点可用图形标志1027和存储到数据库中的这些标志的坐标标志来标记-使用控制台8上的标记点按钮840。例如，每一个标记点可用彩色球示出，且可自动或人工贴标。随后，通过事件程序(如，可在每一个标记位置处选择时间的停顿，用于工作仪器与同时施加的部分切除能量、EKG、电阻抗、组织顺应性或其他这些停顿期间获取的数据保持接触-或时间的停顿)，这些点可被自动恢复以便以选定的次序利用本自动仪器系统的机电驱动性能-。
参照图12，其示出了操作顺序。在相关仪器的记录之后，通过使用仪器的荧光透视图示1013、1014、1015和图形用户界面卡通图示1016、1017、1018，这种仪器可精确地朝向关注的组织结构和关注的点定位，关注的点可被系统标记并存储，该关注的点如几何定位和/或假定或确定的位于仪器与附近组织结构或其他仪器之间的接触点(这种确定的接触使用例如阻抗监测、力或触点读入、EKG信号分析等)。使用操作员工作台2界面(如触摸式屏幕界面5)，这些点可被重新排序、标定、色彩编码，或通过机能训练使用，该训练可由操作员编程，例如，以便在一段时间内在每一点处使仪器布置在最远仪器顶部，如上所述，在这些停顿中加热或部分切除，监测EKG等。在机能训练程序编程之后，当操作员观察到仪器自动和机电地移动穿过机能训练时，其可被执行。这种方法可用在如心脏标测、心脏部分切除或组织注射治疗方案中。
如上所述，所述操作台8实施例中的缩放拨动开关830可用来在所示出的图形界面进行放大或缩小。静止按钮834可用来捕获主显示区内的屏幕截图或图像。剪切按钮836可用来捕获用于可选时间段内的特别显示区的数字影像。回放按钮838可用来回放静止截图或影像剪辑。ICE按钮842可用来转换到视图模式，该视图模式除包括如上描述的仪器图像之外，还包括血管内超声图像。可选择荧光视图按钮844以显示除以上描述的仪器图像之外的荧光透视图像。可选择“三维模式”按钮46以通过使用例如鼠标824，822或主输入装置的输入使所显示的用户界面区(如1005、1006、1007)中的一个在三维空间上被操作，并图示所选择的点。可将病人到仪器空间指示器的小图形用户界面构造成旋转同时也用于示出所述仪器相对操作台上的病人的位置。
回过来看图7，几个护套仪器控制的特点在于所述控制台8的实施例，其包括控制特别护套弯曲模式”850、特别“工作仪器顶端模式”852，仪器驱动器(此处在前所述的实施例中也同样)滚动，或“扭矩”，驱动854、护套远端驱动858，护套近端驱动860、护套插入驱动856、特别“护套跟随引导”或“护套跟随”模式862和特别“护套仪器自动收回”模式。
参照图13，通过使用控制台8上的“插入”摇臂开关856，护套仪器可相对引导仪器的位置被插入或收回。当护套仪器爬升并“吞没”引导仪器的远端部分，缺乏其他考虑的简单护套插入可能会引起引导仪器的远端部分位置在空间内移动-因此如果操作员希望在自动保持引导仪器的远部顶端的位置的同时相对引导仪器插入护套仪器，可使用一种“护套跟踪”摇臂开关-将该摇臂开关构造成用以引起系统整合护套和引导仪器的移动，并导致护套仪器沿引导仪器的前一个位置进行“跟踪”，而基本上不改变这种预先存在的引导位置。例如，可能希望使用跟踪模式将护套穿过中隔穿孔(transseptal puncture)(引导仪器已经穿过该孔)完成基本的最低程度介入的护套仪器交叉，当护套仪器超过引导仪器时，借助来回移动的引导仪器和/或护套仪器，没有额外的负载施加给组织穿孔位置。
参照图14，通过双驱动护套仪器，远端护套摇臂开关858和近端护套弯曲摇臂开关860可用来单独或同时调整护套仪器的位置，如参照所述的仪器驱动器16实施例中所述的，该双驱动护套仪器在更近端位置1034处具有一个拉力元件终端和另外的拉力元件终端，该另外的拉力元件终端基本位于护套仪器的远端顶部处1035的护套仪器的相对点。
参照图15，将自动回收”按钮1068构造成沿其先前占据的通道收回引导仪器；引导仪器的远端中心点1038沿由纵向中心点1037形成的通道被收回，该纵向中心点之前被引导仪器和/或护套仪器更近的部分所占。当使得与附近结构的干涉最小化很重要时(且操作员知道，该引导仪器之前占据了通道-因此引导仪器可能沿这种通道安全收回)，该特征可用来安全收回各种方案中的引导仪器。
参照图16，可使用“弯曲”模式(通过按下弯曲按钮850)来锁定远端护套的位置，远端护套的位可作为图形用户界面标志1039示出，例如，空间上调整近端护套仪器的形状-以修正护套仪器和/或引导仪器的轨道。参照图17，仪器“顶端”模式(通过按下顶端按钮852启动)同样锁定远端护套的位置，或在其他实施例中锁定工作仪器的远端顶端的位置，空间上允许护套的调整。如图17所示，被锁定的顶端位置可作为图形用户界面标志1040而示出。参照图18，当护套更近端的形状被调整时，可同时驱动护套和弯曲模式，以将护套仪器和引导仪器的远端顶端锁定在适当位置。
参照图19，其示出了用于操作可转向仪器的主系统的一个实施例结构。仪器被记录(1028)后，它们可被精确地朝向关注的组织结构定位(1029)。例如，在心房颤动(atrial fibrillation)应用中，穿过右心房，它们可被定位为从下腔静脉(inferior vena cava)朝向隔膜(septum)的卵圆窝(fossa ovalis)，这是中隔穿孔的通常目标。到达所期望的组织结构后，在使用从引导仪器的工作腔退出的工具之前，可能护套仪器的形状需要重新复位或优化(1041)。例如，在中隔方案中，在使用中隔针之前，可能需要仔细调整针的轨迹，以避免靠近重要的组织结构，如大动脉流出道。该护套定位(远端弯曲、近端弯曲、插入)功能，还有“跟踪”功能(其中前述功能可被整合成沿引导仪器轨道进行跟踪，而不重新复位远端引导仪器)可用于这种目的，引导仪器通过主输入装置12的定位也是如此。
在优化相关仪器的位置和形状后，通过精确轨迹和位置，工具可被推进到目标组织结构中(1042)。如果期望穿过目标组织结构，例如在中隔方案中，引导仪器可在工具上方前进(1043)，而护套随后可超越引导仪器(例如，使用上述“跟踪”)以定位两个仪器的远端顶端穿过目标组织结构(1044)。从这里，护套的远端顶端使用上述“弯曲”模式可被锁定到适当位置处(1045)(或“弯曲”+“顶端”模式也能将引导仪器锁定在适当位置，也许在护套仪器重新定形期间为引导仪器提供更好的轨迹，在一个实施例中改变左心房中的引导仪器工作区的位置，以接近所期望组合结构)，而引导定位1046从这里向前(例如，一个实施例中承载部分切除导管或其他工具以标记点或产生创伤-1047)。
参照图20，其示出了一种使用工作仪器力传感(force sensingfunctionality)功能的结构。使用力传感激活(1048)，读取仪器或仪器组可朝所关注的组织结构进行定位，如在，美国专利申请号11/678,016(2007年2月22日提交)中所述的。一旦系统提供该仪器接触某物的反馈(优选通过如图9示出的紧邻主显示区的力传感刻度)，这种接触可用其他指示器(1049-如EKG信号，定位位置和计算位置-或计算位置与荧光透视位置之间的失配，阻抗监测等)确定。然后，以获取精确的提供给相关扭转仪器的位置和形状的力传感信号，仪器可被收回(如使用自动收回功能)到自由空间位置(1053)，其中接触的缺乏可由零载荷确定，除其他传感器(缺乏EKG信号、定位位置和计算位置之间的密切配合-或荧光透视位置和计算位置，阻抗监测等)外，该零载荷从力传感器中示出，而力传感系统可作为基准(1057)。接下来，给定具有相同仪器形状系数和位置的最近的基准，可再接近组织结构，力度通过提高了的精度得以感应(1059)，以及点可被标记、产生创伤等(1061)。
为减小引导仪器的过度压缩，并同时防止由于转向控制缺乏引起的拉力元件的松弛，净载荷(如8磅)可保持在拉力元件上(如四个拉力元件中每一个都施加2磅以驱动)-然后当施加在引导仪器主体上的净压缩载荷保持在该净值上时，可减少或增加各个拉力元件上彼此相对的载荷以引起引导仪器的弯曲/转向。
参照图21，在一个实施例中，可用位置感应来协助误差检测和触点感应说明。如图21所示，一种仪器系统变化包括护套仪器、引导仪器、部分切除导管(或其他这样定位的仪器；为说明的目的，部分切除仪器体现为简单仪器)，和位置传感器(显示于两个选择的位置上-一个位置上的传感器包括部分切除导管的远端顶端的一部分-1062，一个传感器包括引导仪器的远端顶端的一部分-1063；很多其他位置也适用)。将该系统构造成显示靠近引导仪器的远端顶端的中心或部分切除导管的远端顶端的中心的球形彩色标志(半透明，如元件1065、1066)，其使用有关这种远端仪器位置定位的两种信息源：1)以逆向移动学和仪器力学为基础计算的位置；2)以定位系统的反馈为基础的位置。如果定位系统公认为精确，且自由空间中逆向移动学基础的计算精确，则两个球形标志(1065、1066)可基本在空间上成一直线。当两个球形标志不成直线时，这可被解释为任意系统或外部因素(如接触了组织结构)的错误，其阻止了定位位置(在这些例子中，假设为更精确的现实表现)到达系统认为仪器在逆向移动学和相关的伺服电动机电流基础(例如，拉力元件载荷的指示)上已经到达的位置。在这种实施例中，线1066可被图像显示在两个示出的球形标志中心之间-因此操作员可解释这种线的长度为一个系统中的错误，或接触了外部因素，该外部因素例如组织结构。
已经在此公开并描述了本发明许多方面的多种实施例和变化，这种公开仅为了说明目的。该公开系统的很多组合和排列在最低程度介入手术中很有用，且该系统配置灵活便捷。例如，根据医疗应用，可能需要具有不少于四个控制元件的引导仪器，并与护套仪器相组合，或与预弯、非转向护套仪器结合，又或者根本不具有护套仪器。可调整该仪器驱动器以匹配仪器结构，控制元件少时，使用少量电机和传动箱，或改变结构用于驱动给定控制元件界面组件，以及拉力机构和控制元件滑轮的数量上的相关变化，该滑轮与相关控制元件界面组件相配合(每个控制元件界面组件一个滑轮和一条缆线，每个控制元件界面组件两个滑轮两条缆线，槽，分隔滑块和带翼的分隔滑块实施例，各种拉力实施例中等)。