導(dǎo)管系統(tǒng)

背景技術(shù)：
導(dǎo)航體腔的醫(yī)療裝置需要實(shí)體上足夠小以適合在腔內(nèi)。例如，當(dāng)導(dǎo)管導(dǎo)航分支通路時(shí)，可用于執(zhí)行微創(chuàng)肺活檢或其它醫(yī)療程序的肺導(dǎo)管可能需要在尺寸減小的氣道中行進(jìn)。為到達(dá)肺中的目標(biāo)位置，導(dǎo)管可以在直徑為小到3mm或更小的通路行進(jìn)。制造這樣的導(dǎo)管可能是具有挑戰(zhàn)性的，其中該導(dǎo)管包括適合遠(yuǎn)程操作或機(jī)器人操作的機(jī)械機(jī)構(gòu)和傳感器結(jié)構(gòu)并具有充分小的直徑以導(dǎo)航這種小腔。具體地，一種遠(yuǎn)程操作導(dǎo)管的期望配置可提供安裝在可操控部段上的工具；沿導(dǎo)管長度向下延伸到外部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的腱或牽引線，該外部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拉動(dòng)腱以致動(dòng)工具或可操控部段；用于抽吸和/或沖洗的腔；用于觀察目標(biāo)位置的視覺系統(tǒng)；以及識別器械相對于病人解剖結(jié)構(gòu)的位置的傳感器。容納自動(dòng)控制的并具有約3mm或更小直徑的肺導(dǎo)管或其它裝置的所有所需部件和元件可能是困難的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一方面，導(dǎo)管控制系統(tǒng)具有主動(dòng)地將導(dǎo)管維持在醫(yī)療程序期望的工作配置中的控制模式（有時(shí)本文稱為保持模式）。該保持模式有助于使用具有可互換探測器/探針的導(dǎo)管系統(tǒng)。具體地，當(dāng)導(dǎo)管導(dǎo)航到工作部位時(shí)，視覺探測器可以被部署在導(dǎo)管內(nèi)，從而觀察工作部位，或在醫(yī)療任務(wù)的執(zhí)行期間幫助識別導(dǎo)管的期望工作配置。該導(dǎo)管控制系統(tǒng)然后可以切換到保持模式，并且視覺系統(tǒng)可以被移除。然后醫(yī)療探測器可以取代移除的視覺探測器通過導(dǎo)管部署，并且該控制系統(tǒng)維持工作配置并允許在沒有視覺探測器情況下執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)，同時(shí)固定和保持期望工作配置。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)醫(yī)療探測器通過導(dǎo)管插入、到達(dá)工作部位并執(zhí)行醫(yī)療功能時(shí)，控制系統(tǒng)將導(dǎo)管主動(dòng)保持在期望的工作配置中。在可替代的實(shí)施方案中，在執(zhí)行醫(yī)療功能之前，控制系統(tǒng)將導(dǎo)管返回到記錄的工作配置。由于導(dǎo)管只需要容納視覺探測器或醫(yī)療探測器而非容納兩個(gè)，所以導(dǎo)管的直徑可以小于提供類似功能的其它可能情況的系統(tǒng)的直徑。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于自動(dòng)控制的柔性裝置的反饋控制方法和系統(tǒng)為不同應(yīng)用和使用情況實(shí)施閉環(huán)裝置致動(dòng)或加強(qiáng)的多個(gè)不同模式。當(dāng)設(shè)備導(dǎo)航通過臨床空間或當(dāng)設(shè)備與作為醫(yī)療程序一部分的組織相互作用時(shí)，不同的加強(qiáng)模式可以使該設(shè)備在外部施加力的情況下以期望方式響應(yīng)，例如，組織反應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如導(dǎo)管的柔性裝置使用來自傳感器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋生成用于致動(dòng)器的信號，該致動(dòng)器附連到腱，這些腱被用于鉸接該裝置的遠(yuǎn)側(cè)部分。例如，導(dǎo)管可以包括在其遠(yuǎn)側(cè)末端處的柔性區(qū)段，該柔性區(qū)段可以在兩個(gè)方向上彎曲（俯仰和偏轉(zhuǎn)）。光纖形傳感器可以測量柔性區(qū)段的彎曲，并且返回指示遠(yuǎn)側(cè)末端相對于感測的形狀基部的位置和取向的測量數(shù)據(jù)。例如，通過使用電磁傳感器可以確定該基部的位置，該電磁傳感器提供基部相對于可附連于病人的外部基準(zhǔn)的位置和取向的測量。多個(gè)致動(dòng)腱（例如，牽引線或線纜）附連到遠(yuǎn)側(cè)末端，并且沿導(dǎo)管的長度延伸到致動(dòng)器?？刂浦聞?dòng)器以拉動(dòng)腱并因此以任何俯仰/偏轉(zhuǎn)方向移動(dòng)遠(yuǎn)側(cè)末端的控制邏輯可以出于不同目以不同模式操作。具體地，對于保持模式，控制邏輯可以使用關(guān)于導(dǎo)管的目標(biāo)形狀的傳感器數(shù)據(jù)和固定信息，以計(jì)算致動(dòng)器的控制信號。用于機(jī)器人導(dǎo)管或其它柔性系統(tǒng)的控制邏輯可以具有多個(gè)操作模式，這些操作模式包括下列的一個(gè)或多個(gè)：1）位置加強(qiáng)模式，其中控制系統(tǒng)控制致動(dòng)器，以最小化導(dǎo)管或探測器的遠(yuǎn)側(cè)末端的期望位置和測量位置之間的差異；2）取向加強(qiáng)模式，其中控制系統(tǒng)控制致動(dòng)器，以最小化遠(yuǎn)側(cè)末端的期望指向方向和測量指向方向之間的差異；3）目標(biāo)位置加強(qiáng)模式，其中控制系統(tǒng)使用測量末端位置和指向方向的組合，以控制遠(yuǎn)側(cè)末端總是指向特定的目標(biāo)點(diǎn)；以及4）目標(biāo)軸向運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)模式，其中控制系統(tǒng)使用測量的末端位置和指向方向的組合，連同來自裝置其它部分的傳感器測量，并且控制致動(dòng)器，以確保遠(yuǎn)側(cè)末端設(shè)置在空間特定線上并且也沿該線具有指向方向。根據(jù)使用的探測器的類型（例如夾鉗、照相機(jī)、激光器、刷或針），或根據(jù)導(dǎo)管執(zhí)行的動(dòng)作（例如，導(dǎo)航或執(zhí)行活檢），控制系統(tǒng)使用哪一種可用模式的選擇可以通過用戶選擇進(jìn)行。通過固定期望位置、方向、目標(biāo)點(diǎn)或線，這些模式中的任何一個(gè)可以用于保持醫(yī)療程序的導(dǎo)管。根據(jù)本發(fā)明的一方面，導(dǎo)管系統(tǒng)具有可被活檢探測器或其它醫(yī)療探測器取代的可移除的視覺探測器。視覺探測器可以被用于到工作部位的導(dǎo)航，然后被移除并且由取出組織樣品的活檢探測器取代。因此，導(dǎo)管系統(tǒng)能夠以較小直徑提供高水平視覺功能和機(jī)械功能。用于導(dǎo)管自動(dòng)致動(dòng)的控制邏輯為以下問題進(jìn)行調(diào)節(jié)，該問題可能出現(xiàn)在當(dāng)工具和探測器交換時(shí)導(dǎo)管移動(dòng)或者病人移動(dòng)的情況下。具體地，當(dāng)移除視覺探測器時(shí)，為使用活檢探測器，反饋控制和遠(yuǎn)側(cè)傳感器（諸如光纖形傳感器）可以用于維持或返回到期望位置或工作配置。因此，來自傳感器的反饋信息可以用于控制致動(dòng)器腱，使得由于工具移除或解剖結(jié)構(gòu)移動(dòng)，即使在干擾下，也能維持導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置。這樣，導(dǎo)管系統(tǒng)的準(zhǔn)確度被維持，并且活檢產(chǎn)率得到提高。作為維持恒定的工作配置的代替，期望工作配置的參數(shù)可以被記錄，并且導(dǎo)管可以被拉直或松弛以更容易移除或插入探測器，隨后在已插入新的探測器之后或根據(jù)用戶指示，返回到期望工作配置。本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例是包括導(dǎo)管和控制邏輯的醫(yī)療系統(tǒng)。導(dǎo)管包括主腔和機(jī)械系統(tǒng)。主腔容納視覺探測器或醫(yī)療探測器，并且該主腔太窄而不能同時(shí)引導(dǎo)視覺探測器和醫(yī)療探測器兩者到遠(yuǎn)側(cè)末端?？刂七壿嫴僮鳈C(jī)械系統(tǒng)，以控制導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢。具體地，當(dāng)部署視覺探測器時(shí)，控制邏輯可以識別遠(yuǎn)側(cè)末端的期望工作配置，當(dāng)視覺探測器已從導(dǎo)管移除并且醫(yī)療探測器部署在主腔內(nèi)時(shí)，控制邏輯可以將導(dǎo)管保持在或返回到期望工作配置。本發(fā)明的另一特定實(shí)施例是包括可移除的視覺探測器和導(dǎo)管的醫(yī)療系統(tǒng)。導(dǎo)管具有尺寸適于引導(dǎo)視覺系統(tǒng)或醫(yī)療工具到該導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的腔。進(jìn)一步，導(dǎo)管具有小于約3mm的寬度，并且該導(dǎo)管太窄而不能同時(shí)引導(dǎo)視覺探測器和醫(yī)療探測器兩者到遠(yuǎn)側(cè)末端。本發(fā)明的又一特定實(shí)施例是這樣的過程，其包括：當(dāng)識別導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置時(shí)，使用部署在導(dǎo)管中的視覺探測器；從導(dǎo)管移除視覺探測器；部署取代移除的視覺探測器的醫(yī)療探測器；以及當(dāng)醫(yī)療探測器取代視覺探測器被部署在導(dǎo)管中時(shí)，致動(dòng)導(dǎo)管以維持或返回到遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在導(dǎo)管和可移除的視覺探測器之間劃分導(dǎo)管系統(tǒng)的功能。特殊布置可以最大化整個(gè)系統(tǒng)的小橫截面的有用性，該橫截面可以適合在例如小直徑的肺腔內(nèi)。具體地，可移除的視覺探測器可以提供在部署活檢探測器或治療探測器之前可以采用的成像、照明、沖洗和抽吸實(shí)用性。導(dǎo)管可以包括對視覺探測器和醫(yī)療探測器有用的或必要的致動(dòng)結(jié)構(gòu)和感測結(jié)構(gòu)。因此，導(dǎo)管可以最大化可互換探測器的可用空間，并且仍提供當(dāng)視覺探測器移除時(shí)用于使用諸如醫(yī)療探測器的探測器的所有必要功能。在一個(gè)特定實(shí)施例中，用于醫(yī)療系統(tǒng)的視覺探測器包括多個(gè)通道，諸如主通道、用于沖洗和抽吸的一個(gè)或多個(gè)橢圓形通道以及一個(gè)或多個(gè)輔助通道。成像系統(tǒng)通過主通道延伸到管的遠(yuǎn)端，并且一個(gè)或多個(gè)照明光纖延伸通過管內(nèi)各自輔助通道。管可以可選地實(shí)施為包括多個(gè)通道的壓制品，并且在一個(gè)特定實(shí)施例中，成像系統(tǒng)包括安裝在視覺探測器遠(yuǎn)端處的照相機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，醫(yī)療系統(tǒng)可以還包括具有腔的導(dǎo)管，在腔中視覺探測器可以在醫(yī)療程序期間被部署并移除。導(dǎo)管可以包括操控系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)，其可用與視覺探測器或取代導(dǎo)管中的視覺探測器的探測器一起使用。根據(jù)本發(fā)明的一方面，使用遠(yuǎn)側(cè)反饋的機(jī)器人導(dǎo)管系統(tǒng)可以通過使用包括電磁傳感器和光纖傳感器的傳感器系統(tǒng)提供導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的小直徑以及準(zhǔn)確的遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢測量。根據(jù)本發(fā)明的一方面，導(dǎo)管的傳感器系統(tǒng)具有包含一個(gè)或多個(gè)電磁（EM）傳感器的較厚近側(cè)區(qū)段以及包括纖維形狀傳感器的較薄遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段。EM傳感器可以提供相對于病人解剖結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段基點(diǎn)的準(zhǔn)確測量，同時(shí)光纖傳感器測量從基點(diǎn)延伸的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段的形狀。因此，導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段可以小至僅使用纖維形狀傳感器的系統(tǒng)，但導(dǎo)管系統(tǒng)不遭受長纖維形狀傳感器共有的不準(zhǔn)確性。本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例是包括導(dǎo)管、第一傳感器系統(tǒng)以及第二傳感器系統(tǒng)的醫(yī)療系統(tǒng)。導(dǎo)管具有第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中第二區(qū)段鄰近第一區(qū)段。第一傳感器系統(tǒng)在第一區(qū)段內(nèi)，并且配置成測量第一區(qū)段的姿勢。第二傳感器系統(tǒng)在第二區(qū)段內(nèi)，并且配置成測量第二區(qū)段相對于第一區(qū)段的姿勢。本發(fā)明的另一實(shí)施例是用于感測醫(yī)療器械中的諸如導(dǎo)管的細(xì)長柔性結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢的方法。該方法包括將隨時(shí)間變化的磁場施加到包含柔性結(jié)構(gòu)的至少一部分的空間。然后，在沿醫(yī)療器械的柔性結(jié)構(gòu)的位置設(shè)置的線圈中感應(yīng)的電信號可以分析為姿勢測量的一部分。線圈的位置與柔性結(jié)構(gòu)的近端和遠(yuǎn)側(cè)末端分離。除了分析來自線圈的電信號，還測量從線圈位置延伸到柔性區(qū)段的遠(yuǎn)端的一部分柔性結(jié)構(gòu)的形狀。一個(gè)特定實(shí)施例是醫(yī)療系統(tǒng)，其包括：導(dǎo)管，其包含可遠(yuǎn)程操作用于控制控制導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)末端的機(jī)械系統(tǒng)；傳感器，其被配置成至少部分測量遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢；以及耦合到機(jī)械系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)具有包括保持模式的多個(gè)操作模式，在保持模式中控制系統(tǒng)基于傳感器的反饋操作機(jī)械系統(tǒng)，以主動(dòng)維持遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置。控制系統(tǒng)的多個(gè)操作模式可以還包括這樣的模式，即在該模式中控制系統(tǒng)響應(yīng)于用戶輸入操作機(jī)械系統(tǒng)以操控導(dǎo)管?？刂葡到y(tǒng)和傳感器可以形成用于移動(dòng)和感測遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置的閉環(huán)系統(tǒng)。工作配置可以限定遠(yuǎn)側(cè)末端相對于工作部位的位置或遠(yuǎn)側(cè)末端相對于工作部位的取向。維持工作配置可以包括維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端維持指向工作部位內(nèi)的目標(biāo)。用這種模式，醫(yī)療系統(tǒng)可以還包括部署在導(dǎo)管中的可移除的探測器，并且探測器可以包括激光器，其被配置成使得工作配置將激光器指向目標(biāo)。維持工作配置可以包括將遠(yuǎn)側(cè)末端保持在目標(biāo)線上。用這種模式，維持工作配置可以還包括維持沿目標(biāo)線的遠(yuǎn)側(cè)末端的軸線?？刂葡到y(tǒng)的保持模式可以包括多個(gè)子模式，其中控制系統(tǒng)維持遠(yuǎn)側(cè)末端姿勢的不同方面，并且控制系統(tǒng)可以包括選擇模塊，該選擇模塊被配置成將控制系統(tǒng)設(shè)置在對應(yīng)于部署在導(dǎo)管中的探測器類型的子模式中的一個(gè)中。子模式可以包括取向子模式，其中控制系統(tǒng)維持遠(yuǎn)側(cè)末端相對于工作部位的取向，并且當(dāng)視覺探測器部署在導(dǎo)管中時(shí)，選擇模塊將控制系統(tǒng)設(shè)置在取向子模式中。子模式可以包括目標(biāo)子模式，其中控制系統(tǒng)維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端維持指向工作部位中的目標(biāo)，并且當(dāng)包括激光器的探測器部署在導(dǎo)管中時(shí)，選擇模塊可以將控制系統(tǒng)設(shè)置在目標(biāo)子模式中。子模式可以包括目標(biāo)軸向子模式，其中控制系統(tǒng)維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端維持在目標(biāo)線上并且沿著目標(biāo)線指向，并且當(dāng)包括針的探測器部署在導(dǎo)管中時(shí)，選擇模塊可以將控制系統(tǒng)設(shè)置在目標(biāo)軸向子模式中。另一特定實(shí)施例是用于導(dǎo)管的控制系統(tǒng)，該導(dǎo)管包含機(jī)械系統(tǒng)和傳感器，該機(jī)械系統(tǒng)可遠(yuǎn)程操作以控制導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端，該傳感器被配置成至少部分測量耦合到機(jī)械系統(tǒng)的遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢。控制系統(tǒng)包括：基于來自傳感器的反饋控制機(jī)械系統(tǒng)操作的多個(gè)模塊；以及存儲識別遠(yuǎn)側(cè)末端的期望工作的指示器的存儲器。每個(gè)模塊操作機(jī)械系統(tǒng)，以將遠(yuǎn)側(cè)末端保持在由指示器識別的期望工作配置中。模塊可包括：位置模式模塊，其實(shí)施包括將遠(yuǎn)側(cè)末端從測量位置移動(dòng)到期望位置的過程；取向模式模塊，其實(shí)施包括將遠(yuǎn)側(cè)末端從測量取向移動(dòng)到期望取向的過程；目標(biāo)模式模塊，其維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端保持指向目標(biāo)；或目標(biāo)軸向模式模塊，其維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端維持在目標(biāo)線上并且沿著目標(biāo)線指向。另一特定實(shí)施例是一種方法，其包括：使用機(jī)械系統(tǒng)操控導(dǎo)管到工作部位，該機(jī)械系統(tǒng)可遠(yuǎn)程操作以控制導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)末端；識別遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置，其中工作配置為在工作部位執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)擺好遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢；使用來自測量遠(yuǎn)側(cè)末端姿勢的傳感器的反饋，選擇用于控制導(dǎo)管的多個(gè)模式中的一個(gè)；以及以選定的模式通過導(dǎo)管的操作維持遠(yuǎn)側(cè)末端的工作配置。該模式可以包括：位置模式，其維持遠(yuǎn)側(cè)末端相對于工作部位的位置的；取向模式，其維持遠(yuǎn)側(cè)末端相對于工作部位的取向；目標(biāo)模式，其維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端維持指向工作部位中的目標(biāo)；或目標(biāo)軸向模式，其維持遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合，使得遠(yuǎn)側(cè)末端保持在目標(biāo)線上并沿目標(biāo)線指向。另一特定實(shí)施例是包括視覺探測器的醫(yī)療系統(tǒng)，所述視覺探測器包括：包含多個(gè)通道的管，所述多個(gè)通道包括主通道、一個(gè)或多個(gè)用于沖洗和抽吸的橢圓形通道以及一個(gè)或多個(gè)輔助通道；延伸通過主通道到達(dá)管的遠(yuǎn)端的成像系統(tǒng)；以及延伸通過管中的各自輔助通道的一個(gè)或多個(gè)照明光纖。探測器可以具有小于約2mm的直徑。探測器可以還具有形狀適于接合導(dǎo)管上的互補(bǔ)鍵鎖/楔緊部件的鍵鎖/楔緊部件（keyingfeature）。成像系統(tǒng)可以包括：安裝在管的遠(yuǎn)端的CMOS攝像機(jī)；或延伸通過管到達(dá)管遠(yuǎn)端的圖像光纖束。管可以包括通道位于其內(nèi)的壓制品。醫(yī)療系統(tǒng)可以還包括具有腔的導(dǎo)管，在腔中視覺探測器可以在醫(yī)療程序期間被部署并移除。導(dǎo)管可以還包括：導(dǎo)管遠(yuǎn)端處的可操控部段；以及多個(gè)腱，其附連到可操控部段并從可操控部段延伸通過導(dǎo)管到達(dá)導(dǎo)管近端，其中可操控部段通過拉動(dòng)腱的近端致動(dòng)?？刹倏夭慷慰梢园ㄇ懈畹墓埽蕴峁┰试S可操控部段沿俯仰和偏轉(zhuǎn)的方向彎曲的多個(gè)撓曲件。例如，撓曲件可以包括鎳鈦合金。導(dǎo)管可以具有寬度小于約3mm的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段。探測器的寬度可以超過導(dǎo)管寬度的一半。護(hù)套可以適合在導(dǎo)管和視覺探測器之間的腔內(nèi)，其中護(hù)套相對于導(dǎo)管是可移動(dòng)的，并且可延伸超過導(dǎo)管的遠(yuǎn)端。另一特定實(shí)施例是醫(yī)療系統(tǒng)，其包括：導(dǎo)管，所述導(dǎo)管具有第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中第二區(qū)段鄰近第一區(qū)段；第一傳感器系統(tǒng)，其在第一區(qū)段中并且被配置成測量第一區(qū)段的姿勢；第二傳感器系統(tǒng)，其在第二區(qū)段中并且配置成測量第二區(qū)段相對于第一區(qū)段的姿勢。第二區(qū)段可以比第一區(qū)段更窄，以及/或第一區(qū)段可以比第二區(qū)段更寬。第一傳感器系統(tǒng)可以包括被配置成測量第一區(qū)段相對于外部基準(zhǔn)的位置和取向。第一傳感器系統(tǒng)可以包括產(chǎn)生電信號的電磁傳感器，該電信號取決于第一區(qū)段相對于外部施加的磁場的位置和取向，并且電磁傳感器可以配置成測量第一區(qū)段的六個(gè)自由度。電磁傳感器可以包括：具有第一磁軸的第一線圈；具有傾斜于第一磁軸的第二磁軸的第二線圈。第一線圈和第二線圈可以彼此剛性地固定。第一線圈和第二線圈可以在第一區(qū)段的橫截面內(nèi)。第一測量系統(tǒng)可以還包括被配置成測量重力方向的加速計(jì)。第二傳感器系統(tǒng)可以包括被配置成測量第二區(qū)段相對于第一區(qū)段的位置和取向的第二傳感器。第二傳感器系統(tǒng)包括形狀傳感器。形狀傳感器可以沿第一區(qū)段和第二區(qū)段的至少一部分延伸，并且第一傳感器系統(tǒng)內(nèi)的第一線圈和第二線圈可以沿形狀傳感器的長度設(shè)置在隔開的位置處。形狀傳感器可以被配置成測量第一線圈和第二線圈之間的空間關(guān)系。另一特定實(shí)施例是用于感測醫(yī)療器械細(xì)長柔性結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢的方法。該方法包括：將隨時(shí)間變化的磁場施加到包含柔性結(jié)構(gòu)的至少一部分的空間；分析沿醫(yī)療器械的柔性結(jié)構(gòu)的位置處設(shè)置的第一線圈中感應(yīng)的電信號，其中該位置與柔性結(jié)構(gòu)的近端和遠(yuǎn)側(cè)末端分離；測量醫(yī)療器械的柔性結(jié)構(gòu)的一部分形狀，其中測量的部分從線圈位置延伸到柔性區(qū)段的遠(yuǎn)端。柔性結(jié)構(gòu)可以包括導(dǎo)管，并且導(dǎo)管可以包括：包含線圈的第一區(qū)段；以及臨近第一區(qū)段并延伸到遠(yuǎn)側(cè)末端的第二區(qū)段?？梢允褂美w維形狀傳感器測量形狀。分析第一線圈內(nèi)的電信號可以包括在沿纖維形狀傳感器的點(diǎn)處確定全局位置和取向。確定全局位置和傳感器可以還包括使用沿柔性結(jié)構(gòu)設(shè)置的第二線圈中感應(yīng)的第二電信號。附圖說明圖1示出具有多個(gè)控制模式的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人導(dǎo)管系統(tǒng)。圖2示出圖1系統(tǒng)可采用的致動(dòng)遠(yuǎn)側(cè)末端的可操控部段的實(shí)施例。圖3A和圖3B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)管的近側(cè)區(qū)段和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段的橫截面視圖。圖4示出部署在圖3A和圖3B導(dǎo)管中并且可用圖3A和圖3B所示導(dǎo)管內(nèi)的醫(yī)療探測器交換的視覺探測器的橫截面視圖。圖5是用于使用具有可移除的視覺系統(tǒng)和多個(gè)控制模式的導(dǎo)管系統(tǒng)的過程的流程圖。圖6是保持模式中的導(dǎo)管控制過程的流程圖。圖7示出可在本發(fā)明一些實(shí)施例中的醫(yī)療系統(tǒng)中的電磁傳感器中采用的感測線圈。圖8A、8B、8C和8D示出根據(jù)包括電磁傳感器和形狀傳感器的本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的可替代的配置。圖9示出包含六自由度的EM傳感器的導(dǎo)管系統(tǒng)和包含兩個(gè)五自由度的EM傳感器的導(dǎo)管系統(tǒng)的橫截面。不同附圖中使用的相同參考標(biāo)記表示相似或相同的物件。具體實(shí)施方式導(dǎo)管系統(tǒng)可以采用與一個(gè)或多個(gè)醫(yī)療探測器或工具可互換的視覺探測器。視覺探測器可以被移除或被醫(yī)療程序中使用的醫(yī)療探測器所取代。視覺探測器和醫(yī)療探測器的互換可以容許導(dǎo)管系統(tǒng)具有較小的直徑，因此與同時(shí)容納視覺系統(tǒng)和醫(yī)療系統(tǒng)兩者的相似系統(tǒng)相比具有更小的導(dǎo)航通路?？商娲?，可互換探測器為視覺系統(tǒng)和醫(yī)療系統(tǒng)留出更多空間，其與必須同時(shí)容納視覺系統(tǒng)和醫(yī)療系統(tǒng)兩者的導(dǎo)管相比具有更大功能性。一種用于使用導(dǎo)管系統(tǒng)的方法包括沿體腔的至少一部分路徑操控導(dǎo)管到醫(yī)療程序的工作部位。然后，視覺系統(tǒng)可以在操控期間被部署在導(dǎo)管中和/或用于導(dǎo)航完成時(shí)觀察到達(dá)的工作部位。視覺系統(tǒng)還可以用于幫助識別導(dǎo)管的期望工作配置，并識別何時(shí)操縱導(dǎo)管進(jìn)入期望工作配置。導(dǎo)管的控制系統(tǒng)然后可以記錄工作配置，并且可以放置在“保持”模式，其中導(dǎo)管相對于病人的姿勢被監(jiān)測，并且導(dǎo)管被致動(dòng)以有效地/主動(dòng)地維持或返回到記錄的工作配置。當(dāng)移除視覺系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)管仍可以使用取代視覺探測器的醫(yī)療探測器提供感測、操控和保持能力。視覺探測器和導(dǎo)管之間的功能劃分提供緊湊橫截面內(nèi)的高水平效用。控制系統(tǒng)可以提供不同類型的控制模式，其可以用于不同類型的醫(yī)療探測器或不同類型的醫(yī)療程序。例如，如果醫(yī)療探測器包括激光器，則導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向的組合可以被控制，從而使得遠(yuǎn)側(cè)末端維持對準(zhǔn)病人體內(nèi)的特定位置?？商娲谋３帜Ｊ娇梢跃S持導(dǎo)管遠(yuǎn)側(cè)末端的位置，同時(shí)容許遠(yuǎn)側(cè)末端的取向沿線改變或維持遠(yuǎn)側(cè)末端。用于呼吸道中的諸如氣道或通路的小腔內(nèi)的機(jī)器人導(dǎo)管可以采用一個(gè)或多個(gè)EM傳感器和纖維形狀傳感器的組合，以提供小直徑遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢的準(zhǔn)確測量。圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)管系統(tǒng)100。在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)管系統(tǒng)100包括導(dǎo)管110、驅(qū)動(dòng)器接口120、控制邏輯140、操作員接口150以及傳感器系統(tǒng)160。導(dǎo)管110是具有包含主腔的一個(gè)或多個(gè)腔的大體柔性裝置，主腔可容納可互換的探測器，如下面進(jìn)一步描述?？墒褂镁幙椊Y(jié)構(gòu)制作柔性導(dǎo)管，其中編織結(jié)構(gòu)諸如具有柔性或低摩擦材料（諸如聚四氟乙烯（PTFE））的內(nèi)層和外層的編織金屬管。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)管110包括由諸如聚醚嵌段酰胺（Pebax）的材料的編制外套和回流（即，通過熔化熔合的）外套保持在一起的一束腔或管?？商娲?，材料（諸如Pebax）的壓制品可以相似地用于形成導(dǎo)管110中的多個(gè)腔。導(dǎo)管110具體包括用于可互換探測器系統(tǒng)的主腔和用于牽引線和傳感器線路的小腔。在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)管110具有附連到驅(qū)動(dòng)接口120的近側(cè)區(qū)段112和從近側(cè)區(qū)段112延伸的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114。額外的可操控部段116（例如，如圖2中所示以及下面進(jìn)一步描述的金屬結(jié)構(gòu)）可以形成遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的遠(yuǎn)側(cè)子區(qū)段。牽引線從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)120通過近側(cè)區(qū)段112和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114延伸，并且連接到可操控部段116。導(dǎo)管110的總長度可以約為60cm到80cm或更長，其中遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114約15cm長，可操控部段116約4cm到5cm長。根據(jù)本發(fā)明的一方面，遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的直徑比近側(cè)區(qū)段112的直徑小，因此可以導(dǎo)航較小的自然腔或通路。在醫(yī)療程序期間，至少一部分近側(cè)區(qū)段112和全部遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114可以沿諸如病人的氣道的自然腔插入。遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的較小直徑容許遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114在腔中的使用，該腔對于近側(cè)區(qū)段112來說可能太小，但是遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的較大直徑有利于包括不適合在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的諸如電磁（EM）傳感器162的更多或更大的結(jié)構(gòu)或裝置?？刹倏夭慷?16是遠(yuǎn)程控制的，并且特別地具有可使用牽引線控制的俯仰和偏轉(zhuǎn)?？刹倏夭慷?16可以包括所有或部分遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114，并且可簡單地實(shí)施為諸如Pebax的柔性材料的多腔管。一般而言，可操控部段116比導(dǎo)管110的剩余部分更具柔性，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器接口120拉動(dòng)致動(dòng)腱時(shí)，這有助于隔離對可操控部段116的致動(dòng)或彎曲。導(dǎo)管110也可采用額外部件或結(jié)構(gòu)，如使用用于致動(dòng)腱的鮑登（Bowden）線纜，以防止致動(dòng)彎曲導(dǎo)管110的近側(cè)區(qū)段112（或彎曲除可操控部段116之外的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的任何部分）。圖2示出一個(gè)特定實(shí)施例，其中可操控部段116由的管210制成，該管210在圖1的導(dǎo)管110中包含限定探測器系統(tǒng)的主腔以及用于致動(dòng)腱230和圖2中未示出的形狀傳感器的較小腔的多個(gè)管。在所示的實(shí)施例中，腱230環(huán)繞腔312相隔90°放置，以便于沿由腱230的位置限定的俯仰和偏轉(zhuǎn)方向操縱導(dǎo)管110。為更好地示出可操控部段116的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而在圖2中未示出的回流外套也可以覆蓋管210。如圖2所示，切割或形成管210，以產(chǎn)生一系列的撓曲件220。腱230連接到可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端215，并且延伸返回到驅(qū)動(dòng)器接口120。腱230可以是有涂層的或沒有涂層的單個(gè)細(xì)絲或多股絞合線、線纜、鮑登線纜、海波管或其它能夠當(dāng)驅(qū)動(dòng)器接口120拉動(dòng)腱230時(shí)將力從驅(qū)動(dòng)器接口120傳遞到遠(yuǎn)側(cè)末端215并限制近端區(qū)段112彎曲的任何結(jié)構(gòu)。腱230可以由足夠強(qiáng)度的任何材料制成，其包括但不限于諸如鋼的金屬或諸如凱芙拉爾的聚合物。在操作中，用力拉動(dòng)腱230的任何一個(gè)易于引起可操控部段116沿所拉動(dòng)的腱的方向彎曲。為適應(yīng)反復(fù)彎曲，管210可以由諸如鎳鈦合金的材料制成，鎳鈦合金是可反復(fù)彎曲而幾乎沒有或沒有損害的金屬合金。拉動(dòng)腱230以致動(dòng)可操控部段116的圖1中的驅(qū)動(dòng)器接口120包括將致動(dòng)器122（例如電動(dòng)機(jī)）的移動(dòng)轉(zhuǎn)換成腱230的移動(dòng)（或張力）的機(jī)械系統(tǒng)或傳動(dòng)裝置124，該腱230延伸通過導(dǎo)管110并且連接到可操控部段116。（可想到地是推桿可以代替腱230用在導(dǎo)管110中，但不能提供期望水平的柔性。）因此可操控部段116的移動(dòng)和姿勢可以通過驅(qū)動(dòng)器接口120中的致動(dòng)器122的驅(qū)動(dòng)信號的選擇而被控制。除了操縱腱230，驅(qū)動(dòng)器接口120也能夠控制導(dǎo)管110的其它移動(dòng)，諸如沿插入方向的運(yùn)動(dòng)以及導(dǎo)管110近端的旋轉(zhuǎn)或滾動(dòng)的范圍，驅(qū)動(dòng)器接口120也可以通過致動(dòng)器122和傳動(dòng)裝置124被供以動(dòng)力。一般而言，已知用于撓性軸器械的后端機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)裝置可以被用于或修改為驅(qū)動(dòng)器接口120。例如，在名為“CompliantSurgicalDevice”的美國專利申請公開號2010/0331820中描述了一些用于柔性器械的已知驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。除致動(dòng)導(dǎo)管110外，驅(qū)動(dòng)器接口120還應(yīng)允許移除或替換導(dǎo)管110內(nèi)的探測器，使得驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)在這種操作期間不成為障礙。驅(qū)動(dòng)器接口120中的對接器126可提供驅(qū)動(dòng)器接口120和導(dǎo)管110之間的機(jī)械耦合并且將致動(dòng)腱230連接到傳動(dòng)裝置124。對接器126可以另外包含用于接收、轉(zhuǎn)換和/或傳送來自導(dǎo)管110中的傳感器系統(tǒng)160的部分的傳感器信號的電子或機(jī)械系統(tǒng)，并且包含用于識別探測器或部署在導(dǎo)管110中的探測器的類型的電子或機(jī)械系統(tǒng)?？刂七壿?40控制驅(qū)動(dòng)器接口120中的致動(dòng)器，以根據(jù)需要選擇性地拉動(dòng)腱230，從而致動(dòng)和操控可操控部段116。一般而言，控制邏輯140響應(yīng)于來自使用操作員接口150的用戶（例如外科醫(yī)生或其它醫(yī)務(wù)人員）的命令以及響應(yīng)來自傳感器系統(tǒng)160的測量信號而操作。然而，在如下面進(jìn)一步描述的保持模式中，控制邏輯140響應(yīng)于來自傳感器系統(tǒng)160的測量信號操作，以維持或獲得先前識別的工作配置。控制邏輯140可以使用具有合適軟件、固件和/或接口硬件的通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，以解釋來自操作員接口150和傳感器系統(tǒng)160的信號，并且產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)器接口120的控制信號。關(guān)于控制邏輯的細(xì)節(jié)可參見美國專利申請公開號2011/0282491（公開“DriveForceControlinMedicalInstrumentProvidingPositionMeasurements”）和美國專利申請公開號20120123441（公開“TensionControlinActuationofMultijointMedicalInstrument”），這兩個(gè)申請公開的內(nèi)容通過引用并入本文。在所示的實(shí)施例中，控制邏輯140包括實(shí)施用于控制導(dǎo)管110致動(dòng)的不同過程的多個(gè)模塊141、142、143和144。具體地，模塊141、142、143和144分別實(shí)施位置加強(qiáng)模式、取向加強(qiáng)模式、目標(biāo)位置模式以及目標(biāo)軸向模式，這將在下文進(jìn)一步描述。模塊146選擇將使用哪一個(gè)控制過程，并且可將選擇基于用戶輸入、部署在導(dǎo)管110中的探測器的類型和狀態(tài)以及正在執(zhí)行的任務(wù)?？刂七壿?40還包括任務(wù)期望的可操控部段116的工作配置的存儲參數(shù)148的存儲器，并且每個(gè)模塊141、142、143和144可以使用其不同控制過程，以有效地維持或保持期望的工作配置。操作員接口150可以包括標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出硬件，諸如顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿或可為外科手術(shù)環(huán)境定制或優(yōu)化的其它指向設(shè)備或類似的I/O硬件。一般而言，操作員接口150向用戶提供信息并接收來自用戶的指令。例如，操作員接口150可以指示系統(tǒng)100的狀態(tài)，并且向用戶提供包括由系統(tǒng)100取得的圖像和測量結(jié)果的數(shù)據(jù)。例如用戶使用操作桿或類似控制器通過操作員接口150提供的一種類型的指令指示可操控部段116的期望移動(dòng)或位置，并且通過使用這種輸入，控制邏輯140可以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)器接口120中的致動(dòng)器控制信號。例如，來自用戶的其它指示可以選擇控制邏輯140的操作模式。傳感器系統(tǒng)160通常測量可操控部段116的姿勢。在所示的實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)160包括EM傳感器162和形狀傳感器164。EM傳感器162包括可經(jīng)受外部產(chǎn)生的電磁場的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線圈。EM傳感器162的每個(gè)線圈然后產(chǎn)生感應(yīng)電信號，該電信號具有取決于線圈相對于外部產(chǎn)生的電磁場的位置和取向的特征。在示例性實(shí)施例中，EM傳感器162被配置和設(shè)置為測量六個(gè)自由度，例如三個(gè)位置坐標(biāo)X、Y和Z以及指示基點(diǎn)的俯仰、偏轉(zhuǎn)和滾動(dòng)的三個(gè)定向角。系統(tǒng)100中的基點(diǎn)處于或靠近導(dǎo)管110的近側(cè)區(qū)段112的端部和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的開端。本發(fā)明的示例性實(shí)施例中的形狀傳感器164包括光纖光柵，其容許確定從基點(diǎn)延伸的一部分導(dǎo)管110的形狀，例如遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114或可操控部段116的形狀。這種使用光纖光柵的形狀傳感器進(jìn)一步描述在名為“FiberOpticShapeSensor”的美國專利US7720322中，該文獻(xiàn)全部內(nèi)容通過引用并入本文。所示類型的傳感器系統(tǒng)160的優(yōu)點(diǎn)是EM傳感器162可提供相對于外部產(chǎn)生的磁場的測量，該磁場可相對于病人的身體被校準(zhǔn)。因此，系統(tǒng)160可以使用EM傳感器162，從而可靠地測量形狀傳感器164的基點(diǎn)的位置和取向，并且形狀傳感器164僅需要提供相對短距離的形狀測量。另外，遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114僅包含形狀傳感器164并且其直徑小于近側(cè)區(qū)段112的直徑。更一般地說，傳感器系統(tǒng)160僅需要能夠測量可操控部段116的姿勢，并且其它類型的傳感器也可以被采用。圖3A和3B分別示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的導(dǎo)管110近側(cè)區(qū)段112和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的橫截面。圖3A示出具有主體310的導(dǎo)管110的實(shí)施例，主體310包括用于視覺探測器或醫(yī)療探測器的主腔312、包含腱230的腔314、包含EM傳感器162或相關(guān)信號線的腔316以及包含纖維形狀傳感器164的腔318。主腔312、腱腔314和形狀傳感器腔318延伸到圖3B所示的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114內(nèi)，但因?yàn)镋M傳感器162僅在近側(cè)區(qū)段112內(nèi)，所以在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114中不需要用于EM傳感器162的腔316。因此，遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114比近側(cè)區(qū)段112小，特別是因?yàn)橛糜诶w維形狀傳感器164的腔318適合在用于牽引線的兩個(gè)腔314之間，并且不會不利地影響遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的外直徑。在示例性實(shí)施例中，近側(cè)區(qū)段112中的主體310的外直徑約為4mm（例如，在3mm到6mm的范圍內(nèi)），并且提供直徑約為2mm的主腔312（例如，在1mm到3mm的范圍內(nèi)），遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114中的主體310的外直徑約為3mm（例如，在2mm到4mm的范圍內(nèi)），同時(shí)主腔312的直徑維持在約為2mm。主體310中的平滑錐形或突變階梯可用在從近側(cè)區(qū)段112的較大直徑向遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114的較小直徑轉(zhuǎn)換處。以上所述特定尺寸主要用于容納直徑為2mm探測器的導(dǎo)管，其是用于諸如肺活檢探測器的現(xiàn)有醫(yī)療工具的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。然而，本發(fā)明可替代實(shí)施例可以更大或更小以容納具有更大或更小的直徑的醫(yī)療探測器，例如1mm直徑探測器。當(dāng)與導(dǎo)管中所使用的探測器的尺寸相比，這種實(shí)施例的特別的優(yōu)點(diǎn)是在具有相對小外直徑的導(dǎo)管中提供高水平的功能性。圖3A和圖3B還示出可在導(dǎo)管主體310和主腔312中的探測器之間采用的護(hù)套360。在導(dǎo)管110的一個(gè)實(shí)施例中，護(hù)套360相對于主體310是可移動(dòng)的，并且可延伸超過可操控部段116的端部。這在一些醫(yī)療程序中可能是有利的，因?yàn)樽o(hù)套360甚至比遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114小，因此可適應(yīng)在較小自然腔或通路內(nèi)。例如，如果導(dǎo)管110到達(dá)太小而不能容納可操控部段116的腔的分支，則可操控部段116可以指向期望分支的方向，使得護(hù)套360可以被推動(dòng)超出可操控部段116的端部并進(jìn)入該分支。護(hù)套360因此可以可靠地引導(dǎo)醫(yī)療探測器進(jìn)入期望分支。然而，護(hù)套360是被動(dòng)的，因?yàn)槠洳皇侵苯又聞?dòng)或可操控的。相比之下，遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段114容納致動(dòng)腱230，該致動(dòng)腱230連接到可操控部段116并被操縱以操控可操控部段116或擺好可操控部段116的姿勢。在一些醫(yī)療應(yīng)用中，在醫(yī)療程序期間可操控部段116的主動(dòng)控制是期望的或必要的，并且在本發(fā)明的一些實(shí)施例中可不使用被動(dòng)護(hù)套360。主腔312的尺寸適于容納各種醫(yī)療探測器。一種特定探測器是如圖4所示的視覺探測器400。視覺探測器400具有柔性主體410，該柔性主體具有適合在導(dǎo)管110的主腔內(nèi)的外直徑（例如，約2mm），并且具有包含視覺探測器400結(jié)構(gòu)的多個(gè)內(nèi)腔。主體410可以通過使用諸如Pebax或其它聚合物的擠壓柔性材料形成，這允許在最小的橫截面面積內(nèi)以最大效用產(chǎn)生多個(gè)腔和薄壁。多腔壓制品也整齊地組織組件的位置。主體410的長度可選地包括兩個(gè)多腔壓制品的組合，例如，遠(yuǎn)側(cè)壓制品“對焊”到近側(cè)壓制品。這可以完成，例如，從而使得近側(cè)壓制品或遠(yuǎn)側(cè)壓制品具有期望的形狀，例如，三葉草形或橢圓形外部形狀，從而與導(dǎo)管110中的互補(bǔ)鍵鎖（keying）特征/部件相配合。這些配合的形狀或鍵鎖部件可以防止探測器在導(dǎo)管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且確保照相機(jī)320相對于導(dǎo)管110的已知取向。在所示的實(shí)施例中，視覺探測器400的結(jié)構(gòu)包括CMOS照相機(jī)420，該照相機(jī)在探測器的遠(yuǎn)端，并且通過沿視覺探測器400長度延伸的一個(gè)或多個(gè)信號線（未示出）連接，例如，從而向圖1所示的控制邏輯140或操作員接口150提供視頻信號?？商娲?，可采用纖維束成像系統(tǒng)，但CMOS照相機(jī)420通常提供的圖像比纖維束成像系統(tǒng)獲得的圖像的質(zhì)量高。視覺探測器400還包括照明光纖430，其圍繞照相機(jī)420并為主體腔內(nèi)的成像提供光的。在示例性實(shí)施例中，照明光纖430由諸如塑料的柔性材料制成，其往往比玻璃光纖更具柔性。在主體410內(nèi)提供長方形流體端口440用于可能有用的抽吸和沖洗，例如，用于清洗照相機(jī)420的透鏡。在視覺探測器400從導(dǎo)管110內(nèi)移除或被活檢探測器取代之前，流體端口440還可以用于輸送藥物，例如，用于麻醉。雖然視覺探測器400所示實(shí)施例包括多個(gè)流體端口440，但單個(gè)流體端口也可用于沖洗和抽吸，并且視覺探測器400可替代地僅具有單個(gè)流體端口以節(jié)省空間。視覺探測器400可以另外包括剛好鄰近嵌入到CMOS照相機(jī)420的電磁傳感器（未示出），以提供關(guān)于視覺探測器400端部的額外姿勢信息。當(dāng)導(dǎo)管110用于醫(yī)療程序時(shí)，視覺探測器400適于從導(dǎo)管110插入或移除。因此，視覺探測器400通常相對于導(dǎo)管110自由移動(dòng)。盡管在插入或移除視覺探測器400期間，相對于導(dǎo)管110的移動(dòng)是必要的或期望的，但為最優(yōu)或更便于使用，視覺探測器400（以及一些醫(yī)療探測器）的取向需要是已知的。例如，從視覺探測器400中觀察視頻以及操作類似于操縱桿的控制器以操控導(dǎo)管110的用戶通常希望控制器移動(dòng)的方向?qū)?yīng)于可操控部段116和由此所引起的來自視覺探測器400的圖像變化的響應(yīng)。操作員接口150需要（或至少可以使用）視覺探測器400相對于腱230的取向的信息，從而提供用戶接口中使用的方向的一致性。根據(jù)本發(fā)明的一方面，鍵鎖系統(tǒng)（未示出）可以將視覺探測器400固定到相對于導(dǎo)管110和腱230的已知取向。例如，鍵鎖系統(tǒng)可以通過探測器400的近側(cè)區(qū)段或遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段的形狀實(shí)施，或包括彈簧、固定突起或視覺探測器400或可操控部段116上的閂鎖以及可操控部段116或視覺探測器400中的互補(bǔ)凹口或部件。視覺探測器400只是部署在導(dǎo)管110中或通過導(dǎo)管110引導(dǎo)到工作部位的探測器系統(tǒng)的一個(gè)示例。可使用的其它探測系統(tǒng)包括但不限于活檢鉗、活檢針、活檢刷、消融激光器以及徑向超聲探測器。一般而言，導(dǎo)管110可用于現(xiàn)有手動(dòng)醫(yī)療探測器，其可從諸如奧林巴斯歐洲控股有限公司（OlympusEuropaHoldingGmbH）的醫(yī)藥公司商購。圖1的導(dǎo)管系統(tǒng)100可用于交換視覺探測器和醫(yī)療探測器的手術(shù)程序中。圖5是使用圖1的導(dǎo)管系統(tǒng)100的過程500的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在過程500中，在步驟510中視覺探測器400部署在導(dǎo)管110中，并且導(dǎo)管110沿包括病人的自然腔的路徑插入。例如，對于肺活檢，導(dǎo)管110的可操控部段116可通過病人的嘴導(dǎo)入病人的呼吸道。當(dāng)視覺探測器400完全部署在導(dǎo)管110中時(shí)，該視覺探測器400可適合在鍵鎖結(jié)構(gòu)內(nèi)，該鍵鎖結(jié)構(gòu)以期望取向?qū)⒁曈X探測器400保持在可操控部段116處或甚至延伸超過可操控部段116，從而從導(dǎo)管110的可操控部段116提供良好的前向視野。如上所述，導(dǎo)管110的可操控部段116是可操控的，并且視覺探測器320可提供呼吸道視頻，當(dāng)導(dǎo)航導(dǎo)管110朝向目標(biāo)工作部位時(shí)，該視頻可幫助用戶。然而，由于使用傳感器系統(tǒng)160或其它系統(tǒng)的測量結(jié)果，其中其它系統(tǒng)具有或不具有在導(dǎo)管110中部署或使用的視覺探測器400，導(dǎo)管110的導(dǎo)航是可能的，所以在導(dǎo)航期間使用視覺探測器400并非絕對必要。遵循工作部位的路徑可完全在諸如呼吸道的氣道的自然腔內(nèi)，或可在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處穿刺或穿過組織。當(dāng)可操控部段116到達(dá)目標(biāo)工作部位時(shí)，如在步驟530中，視覺探測器400可用于觀察工作部位，并且如在步驟540中，視覺探測器400可用于擺好可操控部段116的姿勢以便在目標(biāo)工作部位執(zhí)行任務(wù)。擺好可操控部段116的姿勢可使用來自視覺探測器400的圖像或可視信息以及來自傳感器系統(tǒng)160的測量結(jié)果，以表征工作部位并且確定期望的工作配置。期望的工作配置還可取決于待使用的工具類型或下一個(gè)醫(yī)療任務(wù)。例如，達(dá)到導(dǎo)管110的期望工作配置可使可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端與待處理的、待取樣的或待用取代導(dǎo)管110中的視覺探測器400的醫(yī)療工具移除的組織接觸。另一類型的工作配置可以將可操控部段116指向待使用消融激光器移除的目標(biāo)組織。例如，當(dāng)視覺探測器400仍在導(dǎo)管110中的適當(dāng)位置時(shí)，組織可被瞄準(zhǔn)在一個(gè)或多個(gè)2D照相機(jī)視圖中，或通過使用手術(shù)前3D成像數(shù)據(jù)連同相對于病人解剖結(jié)構(gòu)的位置感測，目標(biāo)組織可以被定位在工作部位的虛擬視圖上。又一類型的工作配置可以限定將針或其它醫(yī)療工具插入組織的線，并且工作配置包括姿勢，其中可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端沿著目標(biāo)線。一般而言，期望工作配置限定可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端的位置或取向的約束，并且導(dǎo)管110的更多近側(cè)區(qū)段的形狀沒有類似地被約束，并且可根據(jù)需要變化以適應(yīng)病人。步驟550將識別期望工作配置的控制邏輯參數(shù)存儲在存儲器中。例如，遠(yuǎn)側(cè)末端或目標(biāo)組織的位置可以通過使用三個(gè)坐標(biāo)來限定。需要的目標(biāo)線可以通過使用線上點(diǎn)坐標(biāo)和指示線與該點(diǎn)的方向的角來限定。一般而言，如下文進(jìn)一步描述的，當(dāng)以保持模式操作時(shí)，其中該保持模式將導(dǎo)管110的可操控部段116維持在期望工作配置，控制邏輯120使用限定期望工作配置的存儲參數(shù)。在已建立和記錄期望工作配置后，步驟560選擇并激活導(dǎo)管系統(tǒng)的保持模式。當(dāng)可操控部段116的期望配置具有固定約束時(shí)，圖1的導(dǎo)管100的控制邏輯140可以具有一個(gè)或多個(gè)模塊141、142、143和144，所述模塊實(shí)現(xiàn)可用作保持模式的多個(gè)加強(qiáng)模式?？捎玫目刂颇Ｊ娇梢园ㄒ韵碌囊粋€(gè)或多個(gè)。1）位置加強(qiáng)模式比較由傳感器系統(tǒng)160測量的可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端的位置與期望末端位置，并且控制致動(dòng)器以最小化期望末端位置和測量的末端位置的差異。位置加強(qiáng)模式可特別地適合一般操縱任務(wù)，其中用戶試圖精確地控制末端位置，并且適合遠(yuǎn)側(cè)末端接觸組織的情形。2）取向加強(qiáng)模式比較遠(yuǎn)側(cè)末端的測量的取向或指向方向與遠(yuǎn)側(cè)末端的期望指向方向，并且控制致動(dòng)器以最小化期望末端指向方向和實(shí)際末端指向方向的差異。例如，當(dāng)控制諸如附連到可操控部段116的視覺探測器400的成像設(shè)備時(shí)，該取向加強(qiáng)可能是合適的，在這種情況下按需要保持觀察方向，而可操控部段116的準(zhǔn)確位置可能不太重要。3）目標(biāo)位置加強(qiáng)模式使用測量的末端位置和指向方向的組合以控制導(dǎo)管110總是將可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端指向可操控部段116前方一段距離的指定目標(biāo)點(diǎn)。在外部干擾情況下，控制邏輯140可以控制致動(dòng)器以實(shí)施該目標(biāo)位置加強(qiáng)行為，例如，當(dāng)通過導(dǎo)管插入的醫(yī)療探測器包含消融激光器時(shí)，其可能是合適的，其中該消融激光器應(yīng)總是被瞄準(zhǔn)到組織中的目標(biāo)消融點(diǎn)。4）目標(biāo)軸向運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)模式使用測量的末端位置和指向方向的組合以確?？刹倏夭慷?16的遠(yuǎn)側(cè)末端總是在空間中的線上，并且具有也沿著該線的指向方向。例如，當(dāng)沿指定線將活檢針插入組織時(shí)，該模式能夠是有用的。當(dāng)插入針時(shí)，組織反應(yīng)力可使導(dǎo)管110的柔性區(qū)段彎曲，但該控制策略將確保該針總是沿著正確的線?；趯?dǎo)管110中正使用的探測器類型（例如，抓緊器、照相機(jī)、激光器或針），或基于正在執(zhí)行的活動(dòng)導(dǎo)管110，在步驟560中的模式選擇可以通過用戶手動(dòng)選擇進(jìn)行。例如，當(dāng)激光器部署在導(dǎo)管110中時(shí)，當(dāng)部署在導(dǎo)管110中的激光器關(guān)閉時(shí)，控制邏輯120可以位置加強(qiáng)模式操作，當(dāng)激光器打開時(shí)，控制邏輯120可以目標(biāo)位置加強(qiáng)模式操作以將激光器聚焦在期望目標(biāo)上。當(dāng)激活“保持”時(shí)，控制邏輯140使用工作配置的存儲參數(shù)（取代來自操作員接口150的直接輸入），以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)器接口120的控制信號。在步驟570中視覺探測器從導(dǎo)管移除，這為通過導(dǎo)管110插入醫(yī)療探測器或工具的步驟580清空導(dǎo)管110的主腔。對于圖5所示的特定步驟順序，當(dāng)移除視覺系統(tǒng)（步驟570）并插入醫(yī)療探測器（步驟580）時(shí)，控制邏輯140以保持模式操作，并且將可操控部段116維持在期望工作配置中。因此，當(dāng)醫(yī)療探測器完全部署時(shí)，例如，到達(dá)可操控部段116的端部，醫(yī)療探測器將處于期望的工作配置中，并且然后如步驟590，可執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)的執(zhí)行，而不進(jìn)一步需要或使用移除的視覺探測器。一旦完成醫(yī)療任務(wù)，導(dǎo)管可從保持模式中退出或以其它方式松弛，使得醫(yī)療探測器可以被移除。如果醫(yī)療程序完成，則導(dǎo)管可從病人移除，或如果需要進(jìn)一步的醫(yī)療任務(wù)，則視覺探測器或其它探測器可通過導(dǎo)管插入。在一個(gè)可替代的過程500的步驟順序中，當(dāng)插入醫(yī)療探測器時(shí)，導(dǎo)管110可不在保持模式中，但在醫(yī)療探測器完全部署后，導(dǎo)管110可切換到保持模式。例如，可松弛或拉直導(dǎo)管110，以便易于移除視覺探測器400（步驟570）并插入醫(yī)療探測器（步驟580）。一旦啟動(dòng)保持模式，例如，插入醫(yī)療探測器后，如果可操控部段116已移動(dòng)以擺好在期望工作配置中，則控制邏輯140將控制驅(qū)動(dòng)器接口130從而將可操控部段116返回到期望工作配置。其后，在步驟590中，控制邏輯140監(jiān)測可操控部段116的姿勢，并且在執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)時(shí)有效地將可操控部段116維持在期望工作配置中。圖6示出可在圖1的控制邏輯140中實(shí)施的保持模式的過程600的流程圖。過程600在步驟610處開始，接收來自傳感器系統(tǒng)160的測量信號。所需特定測量結(jié)果取決于正實(shí)施的保持模式的類型。但作為示例，測量可指示可操控部段116遠(yuǎn)側(cè)末端的位置坐標(biāo)，例如，矩形坐標(biāo)X、Y和Z，以及可操控部段116遠(yuǎn)側(cè)末端的中心軸線相對于坐標(biāo)軸X、Y和Z的取向角，例如，角θＸ、θＹ、θＺ。可使用用于表示可操縱部段116姿勢的其它坐標(biāo)系統(tǒng)和方法，并且所有坐標(biāo)和方向角的測量結(jié)果是不必要的。然而，在示例性實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)160能夠測量可操控部段116的遠(yuǎn)側(cè)末端的六自由度（DoF），并且能夠在步驟610中向控制邏輯140提供這些測量結(jié)果。在步驟620中控制邏輯140確定可操控部段116的期望姿勢。例如，控制邏輯140可確定可操控部段116端部的期望位置坐標(biāo)，例如X’、Y’和Z’，以及可操控部段116的中心軸線相對于坐標(biāo)軸X、Y和Z的的期望取向角，例如，角θ’Ｘ、θ’Ｙ和θ’Ｚ。上述的保持模式通常對期望坐標(biāo)提供少于六個(gè)約束。例如，位置加強(qiáng)操作以約束三個(gè)自由度，即可操控部段116的端部位置而不是取向角。相比之下，取向加強(qiáng)模式約束一個(gè)或多個(gè)取向角而不是可操控部段116的端部位置。目標(biāo)位置加強(qiáng)模式約束四個(gè)自由度，軸向加強(qiáng)模式約束五個(gè)自由度。控制邏輯610可施加進(jìn)一步約束以選擇參數(shù)組中的一個(gè)，例如X’、Y’和Z’以及角θ’Ｘ、θ’Ｙ和θ’Ｚ，其提供期望工作配置。這種進(jìn)一步約束包括但不限于可操控部段116和導(dǎo)管110的能力大體所需要的機(jī)械約束，以及實(shí)用約束，如最小化可操控部段116的移動(dòng)或向?qū)Ч?10中的控制應(yīng)力提供諸如平滑的、非振蕩的以及可預(yù)測的移動(dòng)的期望操作特性。步驟620可能包括通過找到從測量的姿勢到滿足約束的姿勢的最小移動(dòng)，僅維持一組姿勢可操控部段116，例如，找到用于軸向運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)的最靠近測量位置的目標(biāo)線上的點(diǎn)，或找到來自靠近當(dāng)前姿勢的已登記的手術(shù)前數(shù)據(jù)的一些合適姿勢。步驟630中的控制邏輯140使用所需和/或測量姿勢確定校正的控制信號，該校正的控制信號將使驅(qū)動(dòng)器接口120將可操控部段116移動(dòng)到期望姿勢。例如，導(dǎo)管110和驅(qū)動(dòng)器接口120的機(jī)械結(jié)構(gòu)可容許從期望坐標(biāo)X’、Y’和Z’以及角θ’Ｘ、θ’Ｙ和θ’Ｚ到提供期望姿勢的致動(dòng)器控制信號的映射發(fā)展。其它實(shí)施例可使用測量姿勢和期望姿勢的差異確定校正的控制信號。一般而言，控制信號不僅可以用于控制通過腱連接到可操控部段116的致動(dòng)器，還可以（在某種程度上）整體控制導(dǎo)管110的插入或滾動(dòng)。在控制系統(tǒng)140施加新的控制信號給驅(qū)動(dòng)器接口120之后，分支步驟650通過使過程600返回到測量步驟610完成反饋回路。因此，只要控制系統(tǒng)120維持在保持模式中，就可根據(jù)固定約束主動(dòng)監(jiān)測并控制遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，可操控部段116的一些自由度可不需要主動(dòng)控制。例如，在取向加強(qiáng)模式中，反饋控制可主動(dòng)維持可操控部段116的俯仰和偏轉(zhuǎn)，而導(dǎo)管110的機(jī)械扭轉(zhuǎn)加強(qiáng)依靠保持滾動(dòng)角固定。然而，一般而言，導(dǎo)管110可經(jīng)受不可預(yù)測的外力或病人移動(dòng)，外力或病人移動(dòng)其將另外使導(dǎo)管110相對于工作部位移動(dòng)，并且需要如在過程600中的主動(dòng)控制以維持或保持期望工作配置。如上所述的導(dǎo)管110的傳感器系統(tǒng)160可以采用EM傳感器162和纖維形狀傳感器164。EM傳感器或跟蹤器是現(xiàn)有技術(shù)位置傳感器和取向傳感器，其將全局高精確度和小包裝尺寸（如，約1×10mm）結(jié)合。EM傳感器可從諸如AscensionTechnologyCorporation和NorthernDigitalInc商購?？捎糜谏鲜鰧?shí)施例的形狀感測技術(shù)通常采用光導(dǎo)光纖內(nèi)的反射和干擾以測量沿光導(dǎo)光纖長度的形狀。該形狀感測技術(shù)很好地用于給出沿光纖兩點(diǎn)之間的6自由度相對測量結(jié)果，以及很好地用于測量可控關(guān)節(jié)的彎曲角或用于提供全三維形狀信息。該類型的典型纖維形狀傳感器的直徑約為0.2mm，這遠(yuǎn)小于典型的EM傳感器。圖7示出可用于EM傳感器的三種不同類型的感測線圈710、720和730。在操作中，導(dǎo)管或其它設(shè)備中的感測線圈（例如線圈710）放置在外部EM發(fā)生器產(chǎn)生的良好控制的磁場中。EM發(fā)生器通常具有正方形或20-60cm寬、幾厘米厚的圓柱形盒的形狀，并且可以具有相對于病人的固定位置。由發(fā)生器產(chǎn)生的磁場隨時(shí)間變化，并且在感測線圈710中感生電壓和電流。名為“SystemforDeterminingthePositionandOrientationofaCatheter”的美國專利號7,197,354、名為“IntrabodyNavigationSystemforMedicalApplications”的美國專利號6,833,814以及名為“WirelessSix-Degree-of-FreedomLocator”的美國專利號6,188,355描述適合用于醫(yī)療環(huán)境的一些EM傳感器系統(tǒng)的操作，并且這三個(gè)申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。名為“Methods,Apparatuses,andSystemsusefulinConductingImageGuidedInterventions”的美國專利號7,398,116、名為“ApparatusandMethodforAutomaticImageGuidedAccuracyVerification”的美國專利號7,920,909、名為“Methods,Apparatuses,andSystemsUsefulinConductingImageGuidedInterventions”的美國專利號7,853,307以及名為“ApparatusandMethodforImageGuidedAccuracyVerification”的美國專利號7,962,193進(jìn)一步描述了可在引導(dǎo)醫(yī)療程序中使用電磁感測線圈的系統(tǒng)和方法，并且這三篇文獻(xiàn)的全部內(nèi)容也通過引用并入本文。一般而言，感測線圈中的感應(yīng)電壓取決于時(shí)間導(dǎo)數(shù)的磁通量，其反過來取決于磁場強(qiáng)度和磁場相對于線圈環(huán)路區(qū)域的法線的方向。場發(fā)生器能夠以系統(tǒng)化的方式改變磁場的方向和大小，其能夠至少部分確定來自感應(yīng)電信號的線圈710的姿勢?？墒褂冒瑔蝹€(gè)感測線圈710的傳感器162確定多達(dá)五個(gè)自由度。然而，感測線圈710是圓柱形對稱的，使得不能確定滾動(dòng)角，即指示關(guān)于線圈710的感應(yīng)區(qū)的法線712的取向的角。使用單個(gè)線圈710僅能夠確定位置和指向方向。即使如此，包含單個(gè)感測線圈710的五自由度（5-DoF）傳感器在許多醫(yī)療系統(tǒng)中非常有用。具體地，典型感測線圈（長而細(xì)）的機(jī)械形狀非常符合微創(chuàng)醫(yī)療工具的機(jī)械形狀，并且如果工具是旋轉(zhuǎn)對稱的（例如在針或激光器光纖的情況下），則滾動(dòng)角不相關(guān)。諸如導(dǎo)管110的機(jī)器人控制導(dǎo)管可能需要包括滾動(dòng)角的測量的6自由度測量，以使致動(dòng)腱的位置是已知的。如果滾動(dòng)角的測量是感興趣的，則可以結(jié)合兩個(gè)5自由度EM傳感器以形成6自由度EM傳感器。6自由度EM傳感器的一個(gè)特定配置使用諸如710的兩個(gè)線圈，其中兩個(gè)線圈的感應(yīng)區(qū)具有傾斜的例如彼此垂直的法線矢量。更一般地說，需要布置兩個(gè)線圈，使得感應(yīng)區(qū)的法線矢量不沿相同的軸線，并且法線矢量之間較大的角通常提供更好的測量準(zhǔn)確度。線圈720和730示出線圈720或730如何具有線環(huán)，其中線環(huán)具有法線722或732，法線722或732與包含線圈720或730的圓柱形的軸線成非零角度。因此，線圈720和730能夠沿相同方向（例如，沿導(dǎo)管或其它醫(yī)療工具的長度）取向，并且仍能夠用于測量六個(gè)自由度。圖8A示出具有包含6自由度EM傳感器820的近側(cè)區(qū)段812以及包含纖維形狀傳感器822的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段814的導(dǎo)管系統(tǒng)810的配置。EM傳感器820在近側(cè)區(qū)段812的遠(yuǎn)端處或其附近終止。因此，因?yàn)镋M傳感器820不延伸到遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段814中，所以遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段814可以具有比近側(cè)區(qū)段812的直徑（例如，約4mm）更小的直徑（例如，約3mm以容納直徑約2mm的探測器）?？梢酝ㄟ^使用EM傳感器820以測量或確定沿形狀傳感器822的點(diǎn)的全局位置和取向，并且通過使用形狀傳感器822以確定從測量的點(diǎn)延伸的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段814的形狀，來確定區(qū)段814的遠(yuǎn)側(cè)末端的姿勢。因?yàn)樾螤顐鞲衅?22僅需要測量導(dǎo)管810的相對短的區(qū)段814的形狀，而不是導(dǎo)管810的整個(gè)長度，所以形狀傳感器822的準(zhǔn)確度能夠相對較高。例如，在一種情況下，區(qū)段814的遠(yuǎn)側(cè)末端的位置測量的準(zhǔn)確度是EM傳感器820的位置和取向準(zhǔn)確度（通常分別為約1mm和0.01弧度）以及形狀傳感器的位置準(zhǔn)確度（區(qū)段814的長度的.15%）的函數(shù)。如果6自由度EM傳感器820離遠(yuǎn)側(cè)末端約115mm，則典型末端位置準(zhǔn)確度將約為2.5mm。圖8B示出在近側(cè)區(qū)段832中使用兩個(gè)5自由度EM傳感器840和841的導(dǎo)管830，以測量沿延伸到導(dǎo)管830的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段834中的形狀傳感器842的基點(diǎn)的六個(gè)自由度。EM傳感器840和841的線圈在近側(cè)區(qū)段832的相同橫截面內(nèi)，因此，相對于彼此剛性地固定。EM傳感器840和841可以還包含感測線圈，諸如具有不同取向的線環(huán)的線圈720和730，以測量沿形狀傳感器842的點(diǎn)的不同自由度。因此，滾動(dòng)角能夠通過使用傳感器840和841的兩個(gè)測量指向方向確定，以限定參考幀。使用5自由度傳感器840和841可以允許減少近側(cè)區(qū)段832的直徑。具體地，商購的6自由度EM傳感器通常具有比類似的5自由度EM傳感器的直徑更大的直徑。根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過使用5自由度EM傳感器可以減小導(dǎo)管直徑。例如，圖9示出導(dǎo)管830遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段832如何能夠在圓形橫截面區(qū)域內(nèi)容納兩個(gè)5自由度EM傳感器840和841以及主腔910，該圓形橫截面區(qū)域小于導(dǎo)管810的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段812的區(qū)域。具體地，因?yàn)閰^(qū)段812必須容納主腔和直徑大于5自由度傳感器840和841的6自由度傳感器，所以區(qū)段812更大。圖8C示出使用傳感器系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施例，該傳感器系統(tǒng)通過使用沿近側(cè)區(qū)段852的長度隔開的兩個(gè)5自由度EM傳感器860和861，允許導(dǎo)管850的近側(cè)區(qū)段852更小。因此，只有一個(gè)5自由度EM傳感器860或861需要被容納在近側(cè)區(qū)段852的橫截面內(nèi)。然而，由于遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段852是柔性的，并且在使用時(shí)可彎曲，所以EM傳感器860和861相對于彼此不是剛性地固定，并且形狀傳感器862用于測量EM傳感器861和860之間的部分近側(cè)區(qū)段852的形狀以及EM傳感器860和861的相對取向。EM傳感器861和860之間的形狀測量指示相對于傳感器861的傳感器860的位置和取向，并且需要相對配置以從兩個(gè)5自由度測量結(jié)果確定6自由度測量結(jié)果。形狀傳感器862還測量遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段854的形狀，該形狀指示使用EM傳感器860和861確定的相對于全局位置和取向測量結(jié)果的遠(yuǎn)側(cè)末端的位置和取向。圖8D示出使用沿導(dǎo)管870長度隔開的兩個(gè)5自由度EM傳感器880和881的另一導(dǎo)管870。圖8D的導(dǎo)管870中的感測系統(tǒng)與圖8A、8B和8C的感測系統(tǒng)不同之處在于：一個(gè)EM傳感器880位于導(dǎo)管870的近側(cè)區(qū)段872，另一個(gè)EM傳感器881位于導(dǎo)管870的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段874。因此，遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段874必須足夠大以包括傳感器881，但當(dāng)與在遠(yuǎn)側(cè)末端具有6自由度EM傳感器的導(dǎo)管相比時(shí)，仍可以允許減少導(dǎo)管870的直徑。在圖8B、8C和8D的實(shí)施例中使用兩個(gè)5自由度EM傳感器提供的信息比6自由度測量嚴(yán)格所需的信息更多。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，圖8B、8C或8D的導(dǎo)管830、850或870中的兩個(gè)5自由度EM傳感器中的一個(gè)可以被不能測量五個(gè)自由度的另一種類型的傳感器所取代。例如，加速計(jì)可以被采用以代替兩個(gè)EM傳感器中的一個(gè)，并且提供重力方向（即向下）的測量。假如5自由度傳感器的對稱軸線不是豎直的，則5自由度傳感器的測量與相對于豎直方向的取向測量的組合就足以指示六個(gè)自由度的測量。上述的一些實(shí)施例或元件可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中實(shí)施，例如，非瞬時(shí)介質(zhì)，諸如光盤或磁盤、存儲卡或其它固態(tài)存儲裝置，其包含計(jì)算設(shè)備可執(zhí)行以實(shí)行本文描述的特定過程的指令。這種介質(zhì)還可以是或可包含在服務(wù)器或連接到網(wǎng)絡(luò)（如提供數(shù)據(jù)下載和可執(zhí)行指令的因特網(wǎng)）的其它設(shè)備。雖然已參照特定實(shí)施例描述本發(fā)明，但本說明僅是本發(fā)明申請的一個(gè)示例，不應(yīng)作為對本發(fā)明的限制。公開的實(shí)施例的特征的各種改進(jìn)和組合落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。