细长医疗装置的机器人辅助移动

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月19日提交的题为“经皮装置的机器人辅助移动”的美国临时申请序列号62/733,429和2019年2月11日提交的题为“具有单一故障的近侧装置固定”的美国临时申请序列号62/803,899的优先权和权益，其中每一者通过引用整体并入本文并用于所有目的。

技术领域

本发明总体上涉及导管程序系统领域，并且特别是涉及一种用于细长医疗装置（诸如导丝和/或导管）的自动移动的机器人系统和方法。

背景技术

导管（和其他细长医疗装置）可用于许多微创医疗程序，以用于各种血管系统疾病的诊断和治疗，包括神经血管介入（NVI）（也称为神经介入手术）、经皮冠状动脉介入（PCI）和外周血管介入（PVI）。这些程序通常包括导航导丝通过脉管系统，并经由导丝使工作导管前进以递送治疗。导管插入程序通过使用标准经皮技术利用护套或引导导管来获得进入适当血管（诸如动脉或静脉）中的通路而开始。然后，护套或引导导管在诊断导丝上前进到主要位置，诸如用于NVI的颈内动脉、用于PCI的冠状动脉口或用于PVI的股浅动脉。然后，将适合于脉管系统的导丝通过护套或引导导管导航至脉管系统中的目标位置。在某些情况下，诸如在曲折的解剖结构中，支撑导管或微导管在导丝上被插入，以帮助导航导丝。医生或操作者可以使用成像系统（例如，荧光镜）来获得具有造影剂注射的电影（cine），并选择固定的框架以用作路线图，从而将导丝或导管导航至目标位置，例如病变。在医生递送导丝或导管装置的同时，还可获得对比度增强的图像，使得医生可以验证该装置正沿着正确的路径移向目标位置。当使用荧光透视法观察解剖结构时，医生操纵导丝或导管的近端，以将远侧尖端朝向病变引导到的适当血管中，并避免前进到侧支中。

已经开发了机器人导管程序系统，该系统可用于帮助医生执行导管插入程序，诸如例如NVI、PCI和PVI。神经血管介入（NVI）导管程序的示例包括动脉瘤的线圈栓塞、动静脉畸形的液体栓塞和急性缺血性卒中情况下大血管闭塞的机械血栓切除术。在NVI中，医生使用机器人系统通过操纵神经血管导丝和微导管来递送治疗来获得病变通路以恢复正常血流。该通路通过护套或引导导管来实现，但是还可能需要中间导管以用于更远的区域，或者为微导管和导丝提供足够的支撑。根据病变的类型和治疗，将引导导丝的远侧尖端导航到病变中或经过病变。为了治疗动脉瘤，使微导管前进到病变中，并且移除导丝，并且几个线圈通过微导管被展开到动脉瘤中，并且用于栓塞动脉瘤。为了治疗动静脉畸形，经由微导管将液体栓塞剂注射到畸形中。用于治疗血管闭塞的机械血栓切除术可以通过抽吸抑或使用支架回收器来实现。抽吸可以直接通过微导管抑或使用较大孔抽吸导管来进行。一旦抽吸导管到达病变处，就施加负压以通过导管移除凝块。替代地，可以通过将支架取回器展开通过微导管来移除凝块。一旦凝块已经整合到支架取回器中，就通过将支架取回器和微导管收回到引导导管中来取回凝块。

在PCI中，医生使用机器人系统通过操纵冠状动脉导丝以递送治疗来获得病变通路并恢复正常血流。该通路通过将引导导管安置在冠状动脉口中来实现。导丝的远侧尖端被导航经过病变，并且对于复杂的解剖结构，可以使用微导管来为导丝提供足够的支撑。通过在病变处递送和展开支架或球囊来恢复血流。病变可能需要支架植入前的准备，或者通过递送用于病变预扩张的球囊，或者通过使用例如激光或旋转动脉粥样硬化切除术导管和导丝上的球囊进行动脉粥样硬化切除术。可以通过使用成像导管或FFR测量来执行诊断成像和生理测量，以确定适当的治疗。

在PVI中，医生使用机器人系统递送治疗，并通过类似于NVI的技术恢复血流。导航导丝的远侧尖端经过病变，并且可以使用微导管为导丝提供足够的支撑以用于复杂解剖结构。通过将支架或球囊递送和展开到病变来恢复血流。与PCI一样，也可以使用病变准备和诊断成像。

发明内容

根据一个实施例，系统包括具有第一细长医疗装置和第二细长医疗装置的设备以及耦合到该设备的控制器。该控制器被提供来确定第一细长医疗装置的线性平移的幅度和方向，并且响应于第一细长医疗装置的所确定的平移，引起第二细长医疗装置的线性平移，第二细长医疗装置的线性平移具有与第一细长医疗装置的线性平移基本相等的幅度，并且在与第一细长医疗装置的平移方向相反的方向上。控制器还被提供来修改（a）第一细长医疗装置抑或（b）第二细长医疗装置的线性平移的至少一个参数。

在一个示例中，修改所述至少一个参数包括限制第二细长医疗装置的平移幅度。控制器可以响应于对第二细长医疗装置线性平移的牵引损失的确定来修改所述至少一个参数。

在一个示例中，所述至少一个参数包括第一细长医疗装置的平移幅度或速度。在一个示例中，第一细长医疗装置是导管，并且第二细长医疗装置是导丝。

在一个示例中，第一细长医疗装置的线性运动和第二细长医疗装置的线性运动基本上同时进行。

在一个示例中，控制器识别第二细长医疗装置的非预期移动，并且其中，控制器在识别到第二细长医疗装置的非预期移动时暂停修改第一细长医疗装置或第二细长医疗装置的所述至少一个参数。

在一个示例中，控制器基于经由来自传感器的输入对第二细长医疗装置的移动的检测来检测第二细长医疗装置的不存在或存在。当控制器检测到第二细长医疗装置的不存在时，控制器可以暂停对第一细长医疗装置或第二细长医疗装置的所述至少一个参数的修改。

在一个示例中，当第二细长医疗装置的线性平移在第一细长医疗装置的所确定的平移的第一阈值内时，控制器终止第二细长医疗装置的线性平移。当第二细长医疗装置的线性平移大于第一细长医疗装置的所确定的平移的第二阈值时，控制器可以恢复第二细长医疗装置的线性平移，其中第二阈值大于第一阈值。

在一个示例中，该系统还包括一个或多个附加的细长医疗装置，其行为以与第二细长医疗装置相同的方式受到约束。

根据实施例，系统包括具有至少一个细长医疗装置的细长医疗装置设备和耦合到细长医疗装置设备的控制站。控制站包括控制模块，以响应于用户命令，实施细长医疗装置的近侧部分的预定移动型式。预定移动型式是细长医疗装置围绕细长医疗装置的纵向轴线的振荡。辅助命令修改振荡的振幅。

在一个示例中，辅助命令通过减小或增大振幅来修改振荡的振幅。

在一个示例中，辅助命令通过偏斜振幅来修改振荡的振幅。偏斜可以包括移动振荡的中心位置。

在一个示例中，辅助命令是从控制模块抑或从操作者输入装置接收的。

在一个示例中，细长医疗装置的振荡在前进通过血管时具有第一振幅，并且在穿越障碍物时具有第二振幅。

在一个示例中，预定的移动型式仅在细长医疗装置线性移动时被激活。当线性移动停止或反向或点动时，控制模块可以暂停细长医疗装置的振荡。

在一个示例中，振荡的至少一个参数是可配置的，该参数是频率、振幅或旋转速度。

根据一个实施例，系统包括具有至少一个细长医疗装置和控制站的细长医疗装置设备。控制站包括控制模块，以响应于用于细长医疗装置的线性平移的用户命令，实施细长医疗装置的近侧部分的移动型式。移动型式是伴随着细长医疗装置围绕细长医疗装置的纵向轴线的连续单向旋转的线性平移。移动型式在向前线性平移期间被激活，并且在反向线性平移期间暂停。

在一个示例中，辅助命令可以修改移动型式的旋转速率。

根据实施例，系统包括具有至少一个细长医疗装置和控制站的细长医疗装置设备。控制站包括控制模块，以响应于用户命令，实施细长医疗装置的近侧部分的预定移动型式。预定移动型式是细长医疗装置的线性振荡，该线性振荡包括细长医疗装置的交替向前和向后线性移动。移动型式在向前线性平移期间被激活，在反向线性平移期间暂停。

根据实施例，系统包括具有第一细长医疗装置和第二细长医疗装置的设备以及耦合到该设备的控制器。控制器被设置成接收用于第一细长医疗装置的移动的命令，致动第一细长医疗装置，检测第一细长医疗装置的移动，并且响应于检测到的细长医疗装置的线性平移，使第二细长医疗装置的移动与第一细长医疗装置的移动同步。

在一个示例中，第一细长医疗装置的移动和第二细长医疗装置的同步移动包括小的交替的向前和向后线性移动，以及由此产生的向前线性平移。

附图说明

结合附图，从下面的详细描述中，本发明将变得更容易得到全面理解，其中附图标记表示相似的部分，其中：

图1是根据实施例的示例性基于导管的程序系统的透视图；

图2是根据实施例的示例性基于导管的程序系统的示意性框图；

图3是根据实施例的用于基于导管的程序系统的机器人驱动器的透视图；

图4A和4B图示了在基于导管程序系统中用于细长医疗装置（EMD）的机器人移动的示例模式，在本文中称为摆动；

图5图示了在基于导管的程序系统中用于EMD的机器人移动的另一种示例模式，在本文中称为钻孔；

图6图示了另一种在基于导管的程序系统中用于EMD的机器人移动的示例模式（在本文中称为手提钻）的各个阶段；

图7图示了在基于导管的程序系统中用于EMD的机器人移动的另一示例模式，在本文中称为主动装置固定（ADF）；

图8是示出与图7的示例模式相关联的闭环操作的方法的流程图；

图9图示了在基于导管的程序系统中两个或更多个EMD的同步机器人移动的另一示例模式；

图10和11是与图4A和4B的示例模式相关联的状态机命令图；

图12是与图5的示例模式相关联的状态机命令图；

图13和14是与图6的示例模式相关联的状态机命令图；

图15是与图7和8的示例模式相关联的状态机命令图；

图16A-D图示了主动装置固定的示例算法图；以及

图17图示了示例图形用户界面。

具体实施方式

图1是根据实施例的示例性基于导管的程序系统的透视图。在图1中，基于导管的程序系统10可用于执行基于导管的医疗程序，例如，经皮介入程序（诸如经皮冠状动脉介入术（PCI），例如STEMI）、神经血管介入程序（NVI）（例如，为了治疗紧急大血管闭塞（ELVO）、外周血管介入程序（PVI），例如用于严重肢体缺血等。基于导管的医疗程序可以包括诊断导管插入程序，在该程序期间使用一个或多个导管（或其他细长医疗装置（EMD））来帮助诊断患者的疾病。例如，在基于导管的诊断程序的一个实施例中，通过导管将造影剂注射到一个或多个动脉上，并拍摄患者脉管系统的图像。基于导管的医疗程序还可以包括基于导管的治疗程序（例如，血管成形术、支架置入、外周血管疾病治疗、凝块移除、动静脉畸形治疗、动脉瘤治疗等），在此期间，使用导管（或其他细长医疗装置）来治疗疾病。治疗程序可以通过包含附属装置54（如图2所示）来增强，诸如，例如血管内超声（IVUS）、光学相干断层扫描（OCT）、血流储备分数（FFR）等。然而，应注意的是，本领域技术人员将认识到某些特定的经皮介入装置或部件（例如，导丝类型、导管类型等）将基于要执行的程序类型进行选择。基于导管的程序系统10能够执行任何数量的基于导管的医疗程序，其中进行微小的调整以适应程序中要使用的特定经皮介入装置。

基于导管的程序系统10包括床边单元20和控制站26以及其他元件。在图2中示出了基于导管的程序系统10的主要构建块的总体视图，下面将进一步讨论。床边单元20包括机器人驱动器24和位于邻近于患者的定位系统22（例如，机械臂、铰接臂、支架等）。床边单元20还可以包括控件和显示器46（如图2所示）。例如，控件和显示器可以位于机器人驱动器24的外壳上。患者12被支撑在台18上。通常，机器人驱动器24可以配备有适当的经皮介入装置或其他附件48（如图2所示）（例如，导丝、各种类型的导管、球囊导管、支架递送系统、支架回收器、栓塞线圈、液体栓塞剂、抽吸泵、造影剂、药物等）以允许用户通过操作各种控件（诸如位于控制站26处的控件）经由机器人系统来执行基于导管的医疗程序。床边单元20、以及特别是机器人驱动器24可以包括任何数量的部件和/或部件的组合，以向床边单元20提供本文描述的功能。机器人驱动器24包括安装到轨道60的多个装置模块32（如图3所示）。每个装置模块32可用于驱动细长医疗装置，诸如导管或导丝。例如，机器人驱动器24可用于自动将导丝馈送到诊断导管中和安置在患者12动脉中的引导导管中。一个或多个装置（例如，EMD）使用例如导引器和导引器护套在插入点16处进入患者的身体（例如，脉管）。

床边单元20与控制站26通信，从而允许由控制站26的用户输入生成的信号传输到床边单元20，以控制床边单元20的各种功能。如下面参考图2进一步讨论的，控制站26可以包括控制计算系统34（如图2所示）或者通过控制计算系统34耦合到床边单元20。床边单元20还可以向控制站26、控制计算系统34（如图2所示）、或两者提供反馈信号（例如，负载、速度、操作条件、警告信号、错误代码等）。控制计算系统和基于导管的程序系统10的各种部件之间的通信可以经由通信链路来提供，该通信链路可以是无线连接、电缆连接或能够允许在部件之间发生通信的任何其他方式。控制站26或其他类似的控制系统可以位于本地站点（例如，图2所示的本地控制站38）处抑或位于远程站点（例如，图2所示的远程控制站和计算机系统42）处。导管程序系统10可以由本地站点处的控制站、远程站点常处的控制站、或者本地控制站和远程控制站两者同时操作。在本地站点处，操作者和控制站26位于患者12和床边单元20的同一房间或与其邻近的房间中。如本文所使用的，本地站点是床边系统20和患者12或受试者的位置，并且远程站点是操作者（例如，医生）的位置和用于远程控制床边系统20的控制站26的位置。远程站点处的控制站26（和控制计算系统）和本地站点处的床边单元20和/或控制计算系统可以使用通信系统和服务36（如图2所示）进行通信，例如，通过互联网。在实施例中，远程站点和本地（患者）站点彼此远离，例如，同一建筑物中的不同房间、同一城市中的不同建筑物、不同城市、或其中远程地点在本地站点处不具有对床边单元20或患者12的物理访问的其他不同位置。

控制站26通常包括一个或多个输入模块28，其被配置成接收用户输入以操作基于导管的程序系统10的各种部件或系统。在所示的实施例中，控制站26允许用户控制床边单元20执行基于导管的医疗程序。例如，输入模块28可以被配置成使床边单元20使用与机器人驱动器24接口连接的各种经皮介入装置（例如，细长医疗装置）执行各种任务（例如，以使导丝前进、缩回或旋转导丝、使导丝前进、缩回或旋转导管、使位于导管上的球囊充气或放气、定位和/或展开支架、定位和/或展开支架取回器、定位和/或展开线圈、将造影剂注射到导管中、将液体栓塞剂注射到导管中、将药物或盐水注射到导管中、在导管上抽吸、或以执行可作为基于导管的医疗程序的一部分执行的任何其他功能）。机器人驱动器24包括各种驱动机构以引起床边单元20的部件（包括经皮介入装置）的移动（例如，轴向和旋转移动）。

在一个实施例中，输入模块28可以包括触摸屏、一个或多个操纵杆、滚轮和/或按钮。除了输入模块28之外，控制站26可以使用附加的用户控件44（如图2所示），诸如脚踏开关和用于语音命令的麦克风等。输入模块28可被配置成使各种部件和经皮介入装置前进、缩回或旋转各种部件和经皮介入装置，诸如，例如导丝和一个或多个导管或微导管。按钮可以包括例如紧急停止按钮、倍增器按钮、装置选择按钮和自动移动按钮。当按下紧急停止按钮时，继电器被触发以切断到床边单元20的功率供应。当处于速度控制模式时，响应于输入模块28的操纵，倍增器按钮用于增加或降低相关联部件移动的速度。当处于位置控制模式时，倍增器按钮改变输入距离和输出命令距离之间的映射。装置选择按钮允许用户选择装载到机器人驱动器24中的哪些经皮介入装置由输入模块28控制。自动移动按钮用于实现基于导管的程序系统10将在经皮介入装置上执行的算法移动，而无需来自用户的直接命令。在一个实施例中，输入模块28可以包括显示在触摸屏上的一个或多个控件或图标（未示出），当被激活时，该控件或图标引起基于导管的程序系统10的部件的操作。输入模块28还可以包括球囊或支架控件，其被配置成使球囊充气或放气和/或展开支架。每个模块可以包括一个或多个按钮、滚轮、操纵杆、触摸屏等，这对于控制专用于该控制的特定部件可能是期望的。另外，触摸屏可以显示与输入模块28的各个部分或基于导管的程序系统10的各个部件相关的一个或多个图标（未示出）。

控制站26可以包括显示器30。在其他实施例中，控制站26可以包括两个或更多个显示器30。显示器30可以被配置成向位于控制站26处的用户显示信息或患者特定数据。例如，显示器30可以被配置成显示图像数据（例如，x射线图像、MRI图像、CT图像、超声图像等）、血液动力学数据（例如，血压、心率等）、患者记录信息（例如，病史、年龄、体重等）、病变或治疗评估数据（例如，IVUS、OCT、FFR等）。另外，显示器30可以被配置成显示程序特定信息（例如，程序清单、建议、程序的持续时间、导管或导丝位置、药物或造影剂递送体积等）。此外，显示器30可以被配置成显示信息，以提供与控制计算系统34相关联的功能（图2所示）。显示器30可以包括触摸屏能力，以提供系统的一些用户输入能力。

基于导管的程序系统10还包括成像系统14。成像系统14可以是可以结合基于导管的医疗程序（例如，非数字x射线、数字x射线、CT、MRI、超声等）使用的任何医学成像系统。在示例性实施例中，成像系统14是与控制站26通信的数字x射线成像装置。在一个实施例中，成像系统14可以包括C形臂（如图1所示），其允许成像系统14部分或完全围绕患者12旋转，以便获得相对于患者12在不同角度位置处的图像（例如，矢状视图、尾侧视图、前后视图等）。

成像系统14可以被配置成在特定程序期间拍摄患者12的适当区域的x射线图像。例如，成像系统14可以被配置成拍摄头部的一个或多个x射线图像，以诊断神经血管状况。成像系统14还可以被配置成在基于导管的医疗程序期间拍摄一个或多个x光图像（例如，实时图像），以帮助控制站26的用户在程序期间适当定位导丝、引导导管、微导管、支架取回器、线圈、支架、球囊等。一个或多个图像可以显示在显示器30上。特别地，图像可以显示在显示器30上，以允许用户例如将引导导管或导丝准确地移动到适当位置中。

参考图2，示出了根据示例性实施例的基于导管的程序系统10的框图。导管程序系统10可以包括控制计算系统34。控制计算系统34可以在物理上是例如控制站26的一部分（如图1所示）。控制计算系统34通常可以是电子控制单元，其适合于为基于导管的程序系统10提供本文所述的各种功能。例如，控制计算系统34可以是嵌入式系统、专用电路、编程有本文描述的功能的通用系统等。控制计算系统34与床边单元20、通信系统和服务36（例如，互联网、防火墙、云服务、会话管理器、医院网络等）、本地控制站38、附加通信系统40（例如，远程呈现系统）、远程控制站和计算系统42以及患者传感器54（例如，心电图（“ECG”）装置、脑电图（“EEG”）装置、血压监视器、温度监视器、心率监视器、呼吸监视器等）通信。控制计算系统还与成像系统14、患者台18、附加医疗系统50、造影剂注射系统52和附属装置54（例如，IVUS、OCT、FFR等）通信。床边单元20包括机器人驱动器24、定位系统22（例如，机械臂、铰接臂、保持器等），并且可以包括附加的控件和显示器46。如上所述，附加的控件和显示器可以位于机器人驱动器24的外壳上。介入装置和附件48（例如，导丝、导管等）接口连接到床边单元20。在实施例中，介入装置和附件48可以包括专用装置（例如，IVUS导管、OCT导管、FFFR丝、用于造影剂的诊断导管等），其接口连接到它们相应的附属装置54，即IVUS系统、OCT系统、FFR系统等。

在各种实施例中，控制计算系统34被配置成基于用户与（例如，诸如本地控制站38或远程控制站42的控制站26的（如图1所示））输入模块28的交互和/或基于控制计算系统34可访问的信息来生成控制信号，使得可以使用基于导管的程序系统10来执行医疗程序。本地控制站38包括一个或多个显示器30、一个或多个输入模块28和附加的用户控件44。远程控制站和计算系统42可以包括与本地控制站38类似的部件。远程控制站42和本地控制站38可以是不同的，并基于它们所需的功能进行定制。附加用户控件44可以包括一个或多个脚输入装置。脚输入装置可以被配置成允许用户选择成像系统14的功能，诸如打开和关闭x射线以及滚动遍及不同的存储图像。在另一个实施例中，脚输入装置可以被配置成允许用户选择哪些装置被映射到包括在输入模块28中的滚轮。附加的通信系统40（例如，音频会议、视频会议、远程呈现等）可以用来帮助操作者与患者、血管组工作人员或床边附近的装备进行交互。

基于导管的程序系统10可以被连接或配置成包括未明确示出的任何其他系统和/或装置。例如，基于导管的程序系统10可以包括图像处理引擎、数据存储和存档系统、自动球囊和/或支架充气系统、药物注射系统、药物跟踪和/或记录系统、用户日志、加密系统、用于限制访问或使用基于导管的程序系统10的系统等。

如上所述，控制计算系统34与床边单元20通信（该单元包括机器人驱动器24、定位系统22），并且可以包括附加的控件和显示器44，并且可以向床边单元20提供控制信号，以控制用于驱动经皮介入装置（例如，导丝、导管等）的马达和驱动机构的操作。各种驱动机构可以作为机器人驱动器24的一部分来提供（如图1和2所示）。图3是根据实施例的用于导管程序系统的机器人驱动器的透视图。在图3中，机器人驱动器24包括耦合到线性轨道60的多个装置模块32。每个装置模块32经由可滑动地安装到轨道60的平台62耦合到轨道60。装置模块32可以使用诸如偏移支架78的连接器连接到平台62。在另一个实施例中，装置模块32直接安装到平台62。每个平台62可以被独立地致动以沿着轨道60线性移动。因此，每个平台62（以及耦合到平台62的对应装置模块32）相对于彼此和轨道60具有独立的运动。驱动机构用于致动每个平台62。在图3所示的实施例中，驱动机构包括耦合到每个平台62的独立平台平移马达64和平台驱动机构76，例如丝杠。在图2中，平台62和驱动模块32呈顺序排列的驱动配置。

每个装置模块32包括驱动模块68和安装在驱动模块68上并耦合到驱动模块68的盒子66。在图3中，每个盒子66被示为以竖直取向安装到驱动模块68。在其他实施例中，盒子66可以以其他安装取向安装到驱动模块68。盒子66是无菌的，并且被配置成容纳和支撑细长医疗装置（未示出）。另外，盒66可以包括当盒子耦合到驱动模块68时向细长医疗装置提供至少一个附加自由度（例如旋转）的机构。驱动模块68包括至少一个耦合器，以向盒子66中的机构提供电源接口，从而提供附加的自由度。每个盒子66还容纳有防止细长医疗装置屈曲的装置支撑件79。机器人驱动器24还可以包括连接到装置支撑件79的装置支撑连接件72、远侧限定臂70和支撑臂77。另外，导引器接口支撑件（转向器）74可以连接到装置支撑连接件72和细长医疗装置（例如，导引器护套）。机器人驱动器24的配置具有通过将致动器合并到单个轨道上来减小驱动机器人驱动器24的体积和重量的好处。

基于导管的医疗程序可包括在心脏、大脑或外周脉管系统中执行的诊断导管插入程序，在此期间，使用一个或多个导管来帮助诊断患者的疾病。例如，在一个示例中，通过导管将造影剂注射到一个或多个冠状动脉上，并拍摄患者心脏的图像。基于导管的医疗程序还可以包括在心脏、大脑或外周脉管系统中执行的基于导管的治疗程序（例如，血管成形术、支架置入、外周血管疾病治疗、凝块移除、动静脉畸形治疗、动脉瘤治疗等），在此期间使用导管来治疗疾病。应当注意，本领域的技术人员将认识到，将基于要执行的程序类型来选择某些特定的经皮介入装置或部件（例如，导丝类型、导管类型等）。

如本文所用，方向远侧是朝向患者的方向，并且方向近侧是远离患者的方向。例如，细长医疗装置（EMD）（诸如引导导管）的远端指的是插入患者体内的端部，而EMD的近端指的是耦合到上述床边单元20的端部。术语“上”和“上部”指的是远离重力方向的大致方向，并且“底部”、“下部”和“下”指的是重力的大致方向。术语“前部”指的是机器人机构面向用户且远离铰接臂的一侧。术语“后部”是指机器人机构的最靠近铰接臂的一侧。术语“向内”指的是特征的内部部分。术语“向外”指的是特征的向外部分。

为了执行程序，将细长医疗装置（诸如引导导管、导丝和/或工作导管）插入患者体内。在一种示例类型的介入程序中，引导导管通过导引器插入患者的股动脉中，并靠近患者心脏的冠状动脉口定位。引导导管在驱动模块32内沿其纵向轴线保持线性位置。在诸如经皮冠状动脉介入术（PCI）的医疗程序期间，引导导管用于将诸如导丝和球囊支架导管的其他细长医疗装置引导到患者体内，以进行例如探索性诊断或治疗患者血管系统内的狭窄。引导导管的远端可以安置在患者心脏的口内。机器人驱动器24将导丝和/或工作导管（诸如球囊支架导管）驱动进入患者或从患者驱动出来。导丝和工作导管在机器人机构212的远端和患者之间在引导导管内被驱动。

经皮装置（在本文中也称为细长医疗装置（EMD））的线性移动是沿着EMD的纵向轴线的移动。EMD的纵向轴线被定义为从EMD的近端延伸到EMD的远端的路径。如果EMD是刚性的，则整个EMD定位成使得EMD的近端、EMD的远端和其间的所有EMD在一条直线上。在这种情况下，EMD的纵向轴线将由直线定义。然而，如果EMD是柔性的并且移动通过机器人驱动机构中的路径或者通过非线性脉管系统路径，那么EMD的某个部分将不会沿着由EMD的近端和EMD的远端限定的直线。然而，移动通过机器人驱动器的非线性部分或脉管系统的EMD的中心部分将仍然在EMD的纵向轴线上。线性运动然后是EMD沿EMD纵向轴线的移动。EMD沿远离近端的方向进入患者体内的移动是向前或前部的线性运动并且EMD远离远端或从患者出来的移动是反向或后部的线性运动。

EMD的旋转移动被定义为EMD绕纵向轴线的旋转。EMD的顺时针旋转移动是EMD围绕EMD的纵向轴线在驱动机构所处点处的顺时针旋转。

在一个示例中，第一用户控制器或用户输入提供移动EMD的指令。在一个实施例中，第一或主要用户控制器是操纵杆，以提供多个移动度数的指令。在一个实施例中，可围绕枢轴从中心中立位置在向前和反向方向上移动提供了分别在向前或反向位置中移动EMD的指令。在一个实施例中，线性死区被定义为操纵杆的位置，在线性死区中不提供前进或反向命令。在一个示例中，操纵杆向前或向后3度的移动将不会导致EMD的任何移动。在一个实施例中，操纵杆围绕纵向轴线的旋转向EMD提供旋转指令。使得操纵杆的顺时针旋转导致EMD的顺时针旋转，并且操纵杆的逆时针旋转导致EMD的逆时针旋转。然而，仅在一旦操纵杆旋转超过旋转死区（在一个实施例中，旋转死区在任一方向上为3度）时，才发生用来提供EMD的旋转的指令。设想的是，旋转死区可以小于3度。在一个实施例中，旋转死区为2度，并且在一个实施例中，旋转死区大于3度。

操作者利用如本文所述的机器人系统来驱动用于数种不同脉管系统程序的EMD。脉管系统程序包括病变穿越、血管导航、病变测量、病变评估、病变准备、自扩张支架展开以及在引导导管操纵期间的装置稳定等。

各种用户输入装置允许操作者控制系统10的一个、多个或所有EMD的移动。例如，操作者可以单独或一起控制引导导管、微导管、导丝或其他EMD的移动。为了促进使用示例基于导管的程序系统的程序的有效性，本文描述的各种示例允许操作者在程序期间选择一种或多种机器人移动模式以供帮助。这种机器人移动模式可以使机器人驱动器实施移动型式，包括带有或不带有附加的操作者输入的某些重复性移动。如本文所使用的，“型式”指的是一序列，诸如移动或命令的序列。在一些示例中，可以使用某些默认值来启用移动，这些默认值可以随着进一步的操作者输入而改变。下面参考图4-9描述了各种移动。某些移动可能适用于任何或所有用于特定程序的EMD，而其他移动可能仅对某些类型的EMD有用。

在下面描述的附图中，在EMD的远端处或EMD的插入患者体内的端部处示出了各种移动型式。在各种示例中，期望的移动型式通过致动器（例如，驱动马达或驱动轮胎（tire））在EMD的近侧部分处实施。换句话说，驱动马达可以被致动，以在EMD的近侧部分处引起期望的移动，从而将移动传递到EMD的远端。远端处的精确移动可能与近侧部分处的移动相匹配，或者由于各种因素而可能不匹配，这些因素诸如是EMD的顺应性、对血管壁的摩擦、脉管系统的扭曲或遇到病变的阻力。对于一些机器人移动，有可能补偿失配，并在近侧部分处输入或调整移动，以更接近地在远端处实现期望的移动。例如，远端处的期望的移动幅度可以通过应用于近端处被致动的移动的因子来缩放。该因子可以基于实时成像、实验或基于程序的历史数据、装置特性、特定脉管系统或其他参数来确定。该因子或调整可以由操作者或由控制计算系统来应用。

现在参考图4A和4B，图示了EMD系统中机器人移动的示例模式。图4A和4B图示了可以在上面参考图1-3描述的示例系统中使用的示例EMD装置100。示例EMD装置100包括第一EMD 110和第二EMD 120。图4A和4B图示了EMD 110、120的远侧部分。两个EMD以同轴方式布置，其中第二EMD 120定位在第一EMD 110内。在这方面，第一EMD 110具有内腔，该内腔可以容纳第二EMD 120并允许第二EMD装置在EMD 110内且相对于第一EMD 110移动（例如，旋转和/或平移）。当然，本领域技术人员将会理解，在其他示例中，可以提供多于两个EMD并同轴布置所述多于两个EMD，并且多于一个的EMD可以容纳在另一个EMD的内腔中。

当操作者选择模式时，机器人驱动器24使一个或多个EMD 110、120进入预定的移动型式。在图4A和4B所示的示例中，一个EMD（例如，导丝）进入预定的移动型式。在其他示例中，多个EMD可以在不同的时间处（例如，一次一个EMD）进入该型式。图4A和4B所示的用于机器人移动的模式在本文中被称为摆动模式。摆动模式的特征在于EMD绕其纵向轴线振荡旋转。在一个示例中，当摆动模式被启用时，EMD（在图4A和4B所示的示例中的第二EMD 120）进入围绕纵向轴线125的旋转振荡。在另一个示例中，当用户命令EMD 120以向前线性平移的方式前进时，EMD 120仅旋转振荡。在这方面，被描绘为导丝的EMD 120交替地在顺时针和逆时针方向上旋转，如图4A中的截面图A-A所示。EMD的振荡可以由各种参数表征，诸如振幅和/或频率。如图4A所示，振幅通过图4A中表示的由参考平面130围绕中心位置旋转140°的范围指示。在各种示例中，操作者可以配置振荡参数，诸如振幅、旋转速度、频率或循环时间。

振荡的各种参数可以以预定型式设置，以实现期望的结果或用于特定的目的。例如，振荡的振幅可以设置在大约60度和大约180度之间，优选地在大约90度和大约150度之间，且更优选地大约125度。循环时间（例如，完成一次振荡的时间）或者振荡频率可以类似地以预定型式设置，以实现期望的结果。在各种示例中，EMD的振荡以每秒900度的旋转速度执行。

如上所述，可针对各种EMD实施各种机器人移动。例如，可以针对用于导航或前进通过血管的导丝来实施上述摆动模式。摆动模式可以利用导丝上的不同参数来实施，以用于穿越障碍物（诸如病变）的目的。在这方面，振荡的振幅被设置为更大的水平。例如，为了病变穿越的目的，振荡的振幅可以设置在大约180度和大约900度之间，优选地在大约360度和大约720度之间。利用这些参数，该模式可以被称为“旋转”模式，并且可以由操作者选择。

如图4A和4B所示，可以使用辅助命令来修改EMD振荡的某些特性。在图4A和4B所示的示例中，辅助命令可以从用户输入装置（诸如操纵杆150）接收。图4A图示了在没有来自操纵杆150的旋转输入的情况下，围绕表示振荡中心位置的平面130的振荡。图4A中的操纵杆被图示为具有前向输入以引起EMD 120的前向线性平移，如图4A中操纵杆上的箭头和邻近于EMD 120的箭头170所指示的。可以通过来自操纵杆150的命令来修改振荡。

在这方面，来自操纵杆150的输入可以使振荡的中心位置偏斜或重新定向。例如，如图4B所示，振荡的中心位置可以通过旋转操纵杆来移动。顺时针旋转操纵杆导致中心位置130顺时针移动到新的中心位置130’，如图4B所示。

如上所述，操作者可以修改振荡的其他参数，诸如振幅、频率、旋转速度或循环时间。例如，振荡的振幅可以通过使用操纵杆或另一输入装置（诸如图形用户界面）的用户输入来修改。在操纵杆的情况下，振幅可以通过顺时针旋转操纵杆来增加，或者通过逆时针旋转操纵杆来减小。在这方面，如果振幅被在125度下以预定模式设置，则顺时针旋转操纵杆可以将振幅增加到更高的值，诸如150度。类似地，逆时针旋转操纵杆可以将幅度降低到更低的值，诸如90度。

图4A和4B图示了从诸如操纵杆150的操作者输入装置接收的辅助命令。在其他示例中，辅助命令可以从控制器或控制模块接收，诸如上面参考图2描述的控制计算系统34。控制模块可以响应于另一个用户输入或响应于检测到的参数（诸如，对移动的阻力或EMD装置远侧部分的移动）生成辅助命令。

如上所述，在某些情况下，摆动模式的预定移动型式是针对导航的目的而实施的。在这方面，预定移动伴随着EMD（例如，导丝）的向前线性移动。因此，虽然模式可能被启用时，但是振荡可以仅在EMD处于向前线性移动的同时是有效的。在各种示例中，当向前线性移动停止预定时间时（例如，1秒），旋转振荡可以暂停。在非向前线性移动期间，旋转振荡不是有效的。因此，如果线性移动反向或点动（jogged），则旋转振荡可以被暂停。在这方面，“点动”指的是响应于来自操作者的输入而执行的EMD的离散移动（旋转或线性的）。

现在参考图5，图示了在EMD系统中机器人移动的另一示例模式。图5图示了上面参考图4A和4B描述的示例性EMD装置100。示例EMD装置100包括以同轴方式布置的第一EMD110和第二EMD 120，如截面图A-A所示。

图5图示了与在本文中被称为钻孔模式的模式相关联的预定移动型式。当操作者选择钻孔模式时，机器人驱动器24使一个或多个EMD 110、120进入预定的移动型式，该移动模式的特征在于至少一个EMD围绕其纵向轴线125的连续、单向旋转（如箭头160所示）结合EMD的向前线性移动（如箭头170所示）。在这方面，EMD（例如，第二EMD 120或导丝）沿一个方向旋转。旋转方向可以是顺时针或逆时针。EMD 120的单向旋转160可以由旋转速度来表征。旋转速度可以被作为预定的移动型式的一部分来设置。例如，旋转速度可以设置在约1至约10转/秒之间，且优选约2.5转/秒。在各种示例中，操作者可以通过输入不同的值来配置旋转速度。

如上所述，可针对各种EMD实施各种机器人移动。可以针对用于穿越诸如病变的障碍物的导丝实施图5所示的钻孔模式。

如同上面参考图4A和4B描述的摆动模式一样，在图5中的钻孔模式启用的请下，当向前线性移动停止预定时间时，可以暂停连续单向旋转。因此，虽然钻孔模式可能被启用，但是可以在EMD不向前线性移动的同时停止旋转。如果线性移动反向或点动，则可以实施单向旋转的类似暂停。在各种示例中，辅助输入可用于在钻孔模式期间增加或减少旋转速度。例如，操作者可以向前移动操纵杆以增加速率，并且反向移动操纵杆以降低旋转速率。

现在参考图6，图示了用于EMD系统中机器人移动的另一示例模式的各个阶段。图6图示了上面参考图4A、4B和5描述的示例EMD装置100。示例EMD装置100包括以同轴方式布置的第一EMD 110和第二EMD 120。

图6图示了与本文中称为手提钻模式的模式相关联的预定移动型式。当操作者选择手提钻模式时，机器人驱动器24使一个或多个EMD 110、120进入以EMD 110、120的线性振荡为特征的预定移动型式。在图6所示的示例中，第二EMD 120（例如，导丝）被示为正处于线性振荡。操作者可以使用手提钻模式，以促进由导丝穿越障碍物，诸如病变。

如图6所示，线性振荡包括细长医疗装置的交替向前和反向线性移动。图6图示了EMD 120从位置（a）到位置（b）的向前线性移动，随后是EMD 120从位置（b）到位置（c）的反向线性移动。移动型式随着循环的重复而继续，从EMD 120从位置（c）到位置（d）的移动开始。

图6中所示的手提钻模式执行细长医疗装置的交替的向前和反向线性移动，其结果是例如EMD 120的向前线性移动，从而允许EMD 120穿过或穿越病变。在这方面，交替的向前线性移动至少比交替的反向线性移动稍微更大。因此，如图6所示，在振荡循环开始时，EMD 120位于位置（a）处，并且在振荡循环结束时（以及下一个振荡循环开始时），EMD装置120位于位置（c）处，该位置在位置（a）的前方。因此，例如，累积的向前线性移动允许EMD120穿过或穿越病变。

如上所述以及如在图6的示例中所示，手提钻模式与第二EMD 120或导丝一起使用。在其他示例中，类似的移动型式可以与其他EMD装置一起使用，诸如微导管（或第一EMD110）。

如同上面参考图4A、4B和5描述的摆动模式和钻孔模式一样，在图6的手提钻模式启用的情况下，当用于向前线性移动的输入停止时，表征手提钻模式特征的交替向前和线性移动可以暂停。在一个示例中，当用于向前线性移动的输入停止预定时间时，可以暂停手提钻模式。因此，虽然手提钻模式可能被启用，但是在EMD不处于向前线性移动中时，线性振荡可以停止。如果直线移动反向或点动，可以实施类似的暂停。

现在参考图7，图示了在EMD系统中机器人移动的另一示例模式。图7所示的模式被称为主动装置固定（ADF）。在其中至少两个EMD被用于（诸如机器人系统700）的设备中的程序中的系统中，可以启用ADF，在机器人系统700中，用于EMD 720的装置模块耦合到另一个EMD 710的装置模块740。在图7的示例中，机器人系统700用于通过将EMD插入患者702的脉管系统704中来对患者702执行程序。

图7的机器人系统700包括诸如微导管710的第一EMD和作为导丝720的第二EMD。提供第三EMD，诸如引导导管730，以允许微导管710和导丝720平移通过第三EMD。微导管710通过装置模块740的对应线性平移而线性地平移，装置模块740包括装置支撑件或支撑轨道750，通过装置支撑件或支撑轨道750，EMD 710、720被同轴地馈送到下一个装置模块。

在图7所示的布置结构中，装置模块线性地平移，从而驱动微导管710的线性平移。装置模块740的平移还将驱动导丝720的线性平移。引导导管730可以通过附加的对应装置模块（图7中未示出）线性平移。微导管710、导丝720和引导导管730处于同轴形式。因此，如图7所示，在患者702体内，三个EMD 710、720、730通过通道（例如颈内动脉）同轴定位。

操作者可能希望在患者702体内的一个EMD装置保持静止的同时重新定位另一个EMD装置。例如，操作者可能希望线性平移微导管710，同时维持导丝720的位置至图7B所示的位置。图7图示了EMD 710、720、730的远侧部分的位置。当然，本领域的技术人员将理解，如上所述，受控制的是EMD的近端。

在ADF模式启用的情况下，操作者可以通过将装置模块740向前平移一段距离Δd来线性平移微导管710，如图7B所示。在各种示例中，经由编码器对移动的测量被用于做出对幅度和方向的确定。ADF模式导致导丝720在相反方向上的对应移动，从而导致导丝720近端的位置保持相对于患者702基本静止，如图7所示。

导丝720相对于装置模块740的移动可以通过使用驱动轮胎742来实施，并且导丝720的线性移动可以使用对应的编码器来测量，该编码器可以耦合到辅助编码器轮胎744。如图7B所示，驱动轮胎742引起导丝720相对于装置模块740的向后平移。如果微导管缩回，则驱动轮胎742将引起导丝720相对于装置模块740的向前平移。由导丝720的移动引起的辅助编码器轮胎744的旋转被提供给中央控制器，诸如上面参照图2描述的控制计算系统34。

响应于第一EMD 710的所确定的平移，在启用ADF模式的情况下，控制计算系统34可以引起导丝720的线性平移，其幅度基本上等于微导管710的线性平移（图7的示例中的Δd），并且该平移在与微导管710相对于装置模块740的平移方向相反的方向上。

现在参考图8，流程图图示了使用闭环操作实施ADF模式的示例方法800。根据图8的示例，该过程开始于命令第一EMD（例如，微导管710）的移动，这可以由操作者执行（框802）。响应于该命令，微导管710由装置模块740驱动（框804）。可以基于例如来自跟踪微导管710位置的编码器的指示来检测（或确定）微导管710的移动（框806）。

基于对微导管710的移动的确定，命令第二EMD（例如，导丝720）在相反方向上的对应移动（框808）。所命令的第二EMD 720的移动通过例如驱动轮胎742驱动导丝720来实现（框810）。导丝720的移动由例如耦合到辅助编码器轮胎744的编码器或系统700中提供的其他传感器来检测（框812）。

在图8的示例中，提供各种安全特征，以在闭环操作中提供安全措施。安全措施可以防止由于传感器（例如，编码器）或驱动轮胎742中的故障或缺陷而导致的过度校正或错误校正。

在这方面，在框814处，控制计算系统可以确定导丝720的期望移动（例如，响应于微导管710的移动的移动）是否已经完成，如可以通过导丝720到达期望的目标位置来指示。在这方面，控制计算系统可以使用由相关联的编码器742测量的移动量。如果如由相关联的编码器测量的移动量基本上等于导丝720的期望移动，则在框814处认为移动完成，并且过程移动到框816。在框816处，微导管710的所测量移动（在框802处）和导丝720通过编码器的所测量移动之间的差被计算为误差。如果误差低于阈值（例如0.5 mm），则该过程被认为完成，并返回到框802，以进行第一EMD装置710的新的命令的移动。在一些示例中，在框816处确定的误差可以被添加到先前的误差，并且与阈值相比较的误差是累积阈值。

在框814处，如果导丝720位置在第一误差阈值内，则导丝720的补偿移动可以被确定为完成。第一个阈值是微导管710的位置变化和导丝720的位置的变化相等和相反变化之间的差。例如，一旦移动的差在彼此的0.5 mm之内，则该移动可以被认为是完成的。在没有该第一阈值的情况下，导丝720将继续移动以校正位置误差，并且可振荡。操作者可能会发现当在患者的解剖结构中定位EMD时，这种振荡是不期望的。在一些情况下，如果位置误差变得大于大于第一阈值的第二阈值，则导丝720的补偿移动可以恢复。例如，除非位置误差变得大于1.0 mm的第二阈值，否则补偿移动不会再次恢复。在另一个示例中，补偿移动可以在进一步的命令输入（例如，来自用户致动操纵杆）时恢复。

再次返回到框814，如果导丝720的移动还没有完成响应于微导管710的移动而命令的移动，则该过程确定所检测的导丝720的移动是否与经由轮胎的所命令的导丝720的移动幅度不相等。如果驱动轮胎的命令的移动量与编码器轮胎的检测移动量不匹配，则可能会出现这种情况。在这种情况下，ADF模式可限制由驱动轮胎驱动的量，以防止在不匹配是由于传感器（编码器轮胎）中的故障的情况下导丝720的过度平移。

在其他示例中，来自编码器734的输入可以指示导丝720的移动不能跟上微导管710的移动，这可能是由于驱动轮胎742和导丝720之间的滑动或牵引损失造成的。因此，当导丝720的移动不能跟上微导管710的移动时，导丝的近侧位置得以维持，微导管710的移动可以减慢或停止。

在图7和8的示例中，第一EMD 710和第二EMD 720的线性运动基本上同时进行。当然，本领域技术人员将会理解，处理器的定时或测量的频率可能导致移动定时的最小偏移。

在一个示例中，来自编码器的数据可以指示EMD 710、720的非预期移动。例如，如果该移动超过预定速度或阈值，或者不对应于所命令的移动，则可以确定该移动是非预期的。在这种情况下，该移动可以被识别为非预期的，并且可以调整EMD 710、720的参考位置，而无需对任一EMD的所命令的平移的速度或幅度进行任何修改。

来自耦合到辅助编码器轮胎744的编码器的数据可用于检测第二EMD 720的存在或不存在。例如，当通过驱动轮胎742的移动来命令导丝720的移动时，来自辅助编码器轮胎744的信号可以用于指示导丝的存在或不存在。如果辅助编码器轮胎744指示导丝720的移动超过对应于命令的移动的某个阈值（例如0.1 mm），则可以确认导丝720的存在。另一方面，如果辅助编码器轮胎744没有检测到响应于驱动轮胎742的命令的移动的移动，则可以检测或确定导丝720的不存在。在另一个示例中，控制计算系统可以假设不存在第二EMD720，直到第一次能够检测到它的存在。

本领域技术人员将会理解，EMD的数量可以大于两个。例如，在上述示例中，一个或多个附加的EMD（除了导丝720之外）可以响应于微导管的移动而平移。例如，响应于微导管的移动而平移的EMD可以包括导丝、球囊或支架导管以及可能的附加EMD。在一个示例中，包括一个或多个附加的EMD，每个EMD的行为以与第二EMD相同的方式受到约束。例如，在引导导管移动的情况下，多个EMD在引导导管移动的相同和相反方向上移动。在一个系统中，引导导管和导丝以及第三EMD定位在公共基座上，该公共基座将所有三个装置一起移动。为了维持导丝和第三EMD相对于患者的位置，导丝和第三EMD在与基座移动相反的方向上与引导导管的移动相等且相反地移动。在有多个EMD装置的情况下，在相对于引导导管的相反方向上没有跟上的装置是约束引导导管移动的EMD。换句话说，引导导管受到比大多数其他EMD装置滞后的EMD装置的约束（减慢或停止）。其他EMD将继续跟踪引导导管的移动。结果是，所有的EMD将移动一段距离，该距离基本上等于引导导管移动的距离并与引导导管移动的距离相反。

现在参考图9，图示了EMD系统中机器人移动的另一示例模式。上文参考图7和图8描述的闭环操作可用于同步两个或更多个EMD的移动，其中至少两个EMD由独立的驱动模块驱动。在图9所示的示例中，EMD 110、120以同步方式以上面参照图9描述的手提钻模式移动。

如图9所示，与手提钻模式相关联的线性振荡包括两个EMD 110、120交替的向前和反向线性移动。图9图示了EMD 110、120从位置（a）到位置（b）的向前线性移动，每个移动幅度为Δd

第一EMD 110和第二EMD 120的移动的同步可以通过闭环系统来实现，该闭环系统使用来自传感器（诸如编码器）的输入来检测或确定一个EMD的移动，并使用来自传感器的信息来驱动另一个EMD。例如，命令可以引起第一EMD 110的驱动。该命令可以从控制器或操作者输入接收。编码器轮胎，诸如上面参考图7描述的辅助编码器轮胎744，可以用于测量第一EMD 110的移动。响应于所测量的第一EMD 110的移动，控制器可以使第二EMD 120被驱动从而以与第一EMD 110相同的幅度和相同的方向平移。

参考图10，对应于在上文参考图4A和4B描述的摆动模式的一个示例的状态机图，该摆动模式在上文被称为旋转模式。图10的示例图示了如何向主要用户输入以及用于导丝装置的线性驱动器和旋转驱动器提供命令。一旦选择了旋转模式，在导丝被向前驱动的同时，旋转驱动机构提供导丝的旋转振荡。参考图10，当已经选择了旋转模式的所选示例时，有四种不同的命令状态。首先，在没有来自主要用户输入的命令的无GWL（导丝线性）命令状态下，于是控制器不向旋转驱动机构或线性驱动机构提供自动指令以向导丝提供旋转或线性移动。在这种状态下，操作者可以通过用户输入的旋转移动向导丝（GW）提供旋转移动。第二，在GW向前马达命令状态下，当操作者经由主要用户界面提供命令以在线性向前方向上移动导丝时，旋转驱动器自动向导丝提供旋转振荡移动。此外，在GW向前马达命令状态下，对主要用户输入的任何旋转输入将被忽略，并且没有附加的旋转移动将从旋转驱动器被赋予导丝。在主要用户界面是操纵杆的情况下，在GW向前马达命令状态下，如果操作者旋转操纵杆，则这将向旋转驱动机构提供顺时针（CW）和逆时针（CCW）旋转指令，操纵杆的旋转将导致：除了导丝的自动振荡之外，没有从控制器到旋转驱动机构用以旋转导丝的指令。在第三命令状态下，GW使马达反向，其中用户通过主要用户输入提供线性反向移动命令，导丝旋转驱动器将不会向导丝提供任何旋转移动，除非用户也提供用以旋转导丝的指令。在主要用户输入是操纵杆的情况下，操纵杆在向后方向上的移动将向线性驱动器提供指令，以反向移动导丝或从患者方向撤回，而不向旋转驱动器提供用以向导丝提供旋转振荡移动的指令。然而，在该第三状态下，操纵杆的CW或CCW移动的任何旋转将导致控制器向旋转驱动器提供指令，以在相应的CW或CCW方向上旋转导丝。换句话说，在第三状态下，主要输入的反向移动与基本操作状态下的移动基本相同地表现。在操作者停止通过主要用户输入机构提供线性向前指令的情况下，振荡循环中的位置被保存，并且一旦操作者在线性向前方向上对主要用户输入的操纵再次继续，就从停止的位置处恢复该循环。在一个实施例中，循环内的位置不被保存，并且每当操作者经由主要用户输入停止和开始线性向前运动时开始新的位置。

在一个示例中，在各种状态下确实发生如上所述的自动旋转振荡，每个循环包括对于360度CW旋转的第一900度/秒和对于360度CCW旋转的第900度/秒，并且然后循环重复，除了机电旋转驱动机构的物理限制所要求的停顿改变之外，没有方向改变之间的停顿。当然，也可以设想其他速度和旋转量。在一个示例中，速度在小于900度/秒和大于900度/秒之间。

在第四GW向前马达命令（离散）状态下，在已经通过选择用于离散向前移动的点动按钮选择离散移动模式的情况下，没有旋转移动指令被提供给旋转驱动机构。一旦用户经由第二用户界面取消选择旋转移动算法，主要用户输入的操作就返回到基本标准指令，而没有任何自动交替的旋转移动。

当主要用户输入是操纵杆时，使用第二用户输入选择控制器和旋转移动技术，然后旋转驱动机构将在使用主要控制器的EMD的向前移动期间连续提供GW的旋转振荡。然而，如果操作者试图在GW正在向前移动的同时旋转主要用户输入（诸如，操纵杆），则系统将不会提供除旋转振荡之外的任何附加旋转。在一个实施例中，振荡速率可以是每单位轴向移动行进的旋转度数，或者振荡速度和线速度之间的一些其他非线性关系。

在一个示例中，在主要用户输入的线性死区中没有提供振荡旋转移动。也就是说，如果线性死区是主要用户输入的2-3度移动，则自动旋转振荡将不会发生，直到主要用户输入移动超过线性死区。在一个示例中，在没有线性死区之外的线性移动指令的情况下，主要用户输入的旋转将导致旋转驱动器向导丝提供旋转移动。

参考图11，提供了对应于上文参考图4A和4B描述的摆动模式的另一个示例的状态机图。对于所识别的四种状态，图11所示的示例具有与图10的示例相同的功能，除了在旋转振荡期间通过主要用户输入的旋转输入将导致振荡在一个方向上比在另一个方向上具有更大的旋转移动之外。举例来说，在主要用户输入是操纵杆、并且用户通过在大致远离用户的方向上移动操纵杆来向线性驱动机构提供线性向前指令且同时在顺时针方向上旋转操纵杆的情况下，旋转驱动机构将交替地在CW和CCW方向上旋转导丝，对于每个循环，CW旋转度数大于CCW旋转度数。操作者旋转操纵杆的位置越远离操纵杆的中立位置，CW与CCW旋转的比率将会越大。类似地，如果用户在在向前方向上移动操纵杆的同时CCW旋转操纵杆，则旋转驱动器将类似于上述那样在净CCW方向上旋转导丝。

参考图12，提供了对应于上面参考图5描述的钻孔模式的示例的状态机图。当选择钻孔模式时，有四种不同的命令状态。首先，在无GWL（导丝线性）命令状态下，在没有来自主要用户界面的导丝线性命令的情况下，可以通过CW和CCW操纵或移动诸如操纵杆的主要用户界面来提供正常的CW和CCW旋转命令。也就是说，来自主要用户界面的用于导丝的CW或CCW旋转的指令经由控制器向旋转驱动机构提供指令，以在CW或CCW方向上旋转导丝。第二，在GW向前马达命令状态下，当操作者经由主要用户界面提供命令用以在线性向前方向上移动导丝的命令时，旋转驱动器自动向导丝提供CW旋转移动。此外，在GW向前马达命令状态下，对主要用户输入的任何旋转输入将被忽略，并且没有附加的旋转移动将从旋转驱动器被赋予导丝。在主要用户界面是操纵杆的情况下，如果操作者试图旋转操纵杆，该操纵杆将在第二GW向前马达命令状态下向旋转驱动机构提供CW和CCW旋转指令，则除了导丝的自动CW旋转之外，操纵杆的旋转将不会导致从控制器到旋转驱动机构的用以旋转导丝的指令。在用户通过主要用户输入提供线性反向移动命令的第三GW反向马达命令状态下，导丝旋转驱动器将不会向导丝提供任何自动旋转移动。然而，如果在这种状态下，用户还通过操纵主要用户输入来提供用以旋转导丝的指令，则GW将如在基本正常操作状态下那样旋转。在主要用户输入是操纵杆的情况下，操纵杆在向后方向上的移动将向线性驱动器提供指令，以反向移动导丝或从患者方向撤回导丝，而不向旋转驱动器提供用以向导丝提供旋转移动的指令。然而，在该第三状态下，操纵杆的CW或CCW移动的任何旋转将导致控制器向旋转驱动器提供指令，以在CW或CCW方向上旋转导丝。换句话说，在该第三状态下，主要输入的反向移动与基本操作状态下的表现相同。

在一个示例中，如上所述在各种状态下发生的自动旋转移动是900度/秒CW旋转。当然，也可以设想其他速度和旋转速度。在一个实施例中，速度大于900度/秒，并且在一个实施例中，速度小于900度/秒但大于0度/秒。

在第四GW向前马达命令（离散）中，在已经通过选择用于离散向前移动的点动按钮选择了离散移动模式的情况下，没有旋转移动指令被提供给旋转驱动机构。一旦用户取消选择钻孔模式，主要用户输入的操作就将恢复到基本标准指令，而没有任何自动旋转移动。

在一个实施例中，速率旋转可以是每单位轴向移动行进的旋转度数或旋转速度和线速度之间的一些其他非线性关系。

在一个示例中，当处于钻孔模式时，在主要用户输入的线性死区中不提供CW旋转移动。也就是说，如果线性死区是主要用户输入的2-3度移动，则自动CW旋转将不会发生，直到主要用户输入移动超过线性死区。在一个实施例中，在没有线性死区之外的线性移动指令的情况下，主要用户输入的旋转将导致旋转驱动向导丝提供旋转移动。

现在参考图13，图示了对应于上面参考图6描述的手提钻模式的一个示例的状态机图。在图13的示例中,对导丝应用手提钻模式。当选择用于导丝（GW）的手提钻模式时，有影响GW的移动的数种状态。在无GWL命令状态（无导丝线性移动命令）下，用户输入提供GW的正常旋转操作，即操作者可以通过操纵用户输入来旋转GW CW或CCW。在GW向前马达命令（操纵杆）中，GW线性驱动机构自动使GW在循环向前和反向方向上移动，其中向前移动大于反向移动。在这种状态下，操作者还可以通过操纵用户界面（诸如通过在CW或CCW方向上旋转操纵杆，其中用户界面是操纵杆）向GW提供CW或CCW方向。在GW反向马达命令状态下，其中操作者操纵用户界面撤回或向GW提供反向移动,将不会有GW的自动循环线性移动（向前和反向）。在基于点动或离散移动按钮或输入的GW向前马达命令中，GW线性驱动机构将不会向GW提供自动循环线性移动。在一个实施例中，自动循环移动是以12 mm/秒的速度向前1.5 mm，并且以12 mm/秒的速度反向1 mm，其中向前和反向移动之间的停顿是GW线性驱动机构切换方向所需的停留时间。在一个实施例中，操作者不能辨别停留时间。当然，也可以设想其它距离和速度，并且它们可以分别大于0 mm和小于1.5 mm和1 mm，或者分别等于或大于1.5mm和1 mm。类似地，速度可以大于零但小于12 mm/秒，或者可以等于或大于12 mm/秒。美国专利9,220,568描述了一种手提钻移动技术，该专利通过引入并入本文。在一个实施例中，反向移动大于向前移动。

现在参考图14，图示了对应于上面参考图6描述的手提钻模式的另一个示例的状态机图。在图14的示例中，手提钻模式应用于球囊或支架导管，在本文中也称为点标（dottering）。当选择图14的示例模式时，有影响球囊导管或支架导管（在本文中单独或统称为“BSC”）的移动的数种状态。BSC还可以包括其他细长医疗装置。图14所示的模式类似于图13的模式，但由于没有BSC的旋转驱动，所以旋转方面就不相关了。

参考图15，对应于上面参考图7和8描述的ADF模式的示例图示了状态机图。在ADF模式的一个示例中，提供了对一个或两个线性驱动机构的协调控制，所述线性驱动机构位于相似的基座上，并且当基座在线性方向上移动时，与GC一起线性移动。ADF模式允许导丝和/或BSC的线性驱动机构在相对于地面或患者移动GC的同时维持GC和BSC相对于地面或患者的固定位置。在一个实施例中，一旦已经选择并启用了ADF移动算法，系统就通过自动向前和反向移动导丝和导管一段距离来检测导丝和导管是否被装载，并经由位置传感器检查导丝和导管是否被装载到相应的线性驱动机构中。在一个实施例中，这种向前和反向移动被称为扰动，并将导丝向前移动0.1 mm，并且然后反向移动相同的距离。然而，可设想大于或小于0.1 mm的其它距离（诸如1 mm或0.01 mm）。选择该距离是为了既能被传感器检测到，又能最小化对程序风险状况的影响。在一个实施例中，装置检测系统可以是可靠的（positive）装置检测器，诸如光学传感器、机械传感器和磁传感器。在没有给出GC线性命令的第一GC和BSC未装载状态下，也就是说，其中操作者没有经由用户输入给出沿着引导导管的纵向轴线向前或向后移动引导导管的指令，GC和BSC线性驱动机构分别在与引导导管移动方向相等和相反的方向上移动GC和BSC。举例来说，如果引导导管在向前方向上移动1cm，则导丝和BSC的驱动机构将导丝和BSC在反向方向上移动1 cm。即使在相应的线性驱动机构内没有检测到GW和BSC的情况下，也这样做。当两个或更多可能的固定装置中只有一个被装载时，该装置检测功能允许成功地使用ADF。如果对于所有被固定装置驱动模块总是启用闭环控制，则当装置未被装载时，该系统将由于不能固定未被装载的装置而阻止所有装置的所有移动。附加地，装置检测功能还提供了在传感器未能检测到导丝和BSC的存在的情况下的故障保护机制。在该模式的一个实施例中，抑制了GW和BSC牵引通知。该牵引通知在传感器没有检测到GW和BSC以控制器预期的速率移动的情况下提供警报。

一旦用户通过主要用户输入抑或通过移动整个基座的特定引导导管用户输入提供用以线性移动引导导管的输入，并因此移动用于导丝的线性驱动机构和用于BSC的线性驱动机构，则自动向用于导丝的线性驱动机构和用于BSC的线性驱动机构给出命令，以在与引导导管移动的相反方向上线性移动导丝和导管相等的距离。在一个实施例中，引导导管在第一方向上的移动与导丝和BSC在与第一方向相反的方向上的移动同时进行。在一个实施例中，当为引导导管提供移动指令的用户输入仅在一旦引导导管用户输入超出死区时才发生时，向导丝和BSC提供相反移动的命令。

在导丝被检测为被装载的且BSC被检测为未装载的GW装载状态下，如果没有线性移动引导导管的命令，则导丝和BSC都不会移动。然而，当GC用户输入被移动或激活以线性移动引导导管时，命令被自动提供给导丝线性驱动机构，以在相反方向上移动等于将导丝的位置维持在固定位置的量，即使导丝线性驱动机构维持该位置所需的移动量不同于提供给引导导管线性驱动机构的移动量。以这种方式，提供了闭环控制。相比之下，在该命令状态下，BSC的线性驱动机构移动的量与引导导管线性驱动器提供的移动量相等且相反。

在GW和BSC装载状态下，导丝线性驱动机构和BSC线性驱动机构两者分别在引导导管移动的相反方向上移动导丝和BSC，但是移动量被设置成使得GW和BSC相对于患者和/或地面保持在固定位置。以这种方式，为GW和BSC两者提供了闭环控制。

在移动GW和BSC的闭环系统的一个实施例中，传感器（诸如，耦合到轮胎的编码器）被用于确定GW和BSC位置是否使得它们已经适当地与GC的移动相等且相反地移动。如果编码器提供GW和/或BSC处于与GC的位置变化不到适当地相等且相反的位置的反馈，则自动向GC线性驱动机构发送命令，以减慢GC的移动，直到GW和BSC返回到适当相等且相反的相对位置。举例来说，如果引导导管用户输入指示引导导管向前移动10个单位，并且编码器指示GW已经在相反方向上移动但仅移动了8个单位的距离，则GC线性驱动机构将自动减慢，直到GW和/或BSC已经同步移动了与GC的相等且相反的距离。一旦GW和/或BSC处于同步状态，GC线性驱动器就将加速回到其最初的预期移动速度。在一个实施例中，当在GW和/或BSC中检测到滑动时，GW和/或BSC驱动机构增加GW和BSC线性移动的速度，直到GW和/或BSC处于与GC同步的状态。在一个实施例中，GC被减慢，并且根据需要GC和/或BSC同时被加速。同步状态是这样的状态：其中，在GC移动期间，GC和BSC相对于地面和/或患者保持在固定位置。

在一个实施例中，GW和/或BSC的移动不是固定的相等且相反的量，但是处于不同于GC的速度。

在一个实施例中，辅助编码器被用于提供闭环控制系统，以用于在ADF移动技术期间固定GW和/或BSC装置。

在一个实施例中，如果根据控制法则不可能空间固定GW和/或BSC，则ADF移动技术停止GW的移动。

在一个实施例中，辅助编码器通过检测辅助编码器的移动来检测装置是否被装载到GW线性驱动器和/或BSC线性驱动器中。如果没有检测到移动，则假设没有装载任何装置。在该实施例中，没有做出关于是否有装置被装载到线性驱动机构中的确定，而是仅在用于一个或多个装置的移动的第一命令时进行检查。如果没有检测到装置被装载，则开环控制被用于固定，以防范辅助编码器故障的单一故障。

在一个实施例中，用户可以通过手动操纵用于GW和/或BSC的用户输入，在ADF移动技术期间提供手动调整。用户线性地移动GW和/或BSC的指令将补充自动移动。在一个实施例中，在ADF移动技术期间线性移动GW和BSC的操作者指令将暂时暂停ADF移动技术，直到用户停止提供独立的GW或BSC线性移动指令。

参考图16A - 16D，在一个实施例中，主动装置固定（ADF）移动包括相对于地面或患者固定装置位置，即装置惯性位置。假设每个装置的惯性位置与GC平移的方向相同。因此，为了维持装置的位置，一旦启用ADF功能，其位置就应与GC的方向相反。GC xGC(t)的位置（表示为x_GC_t）是命令速度vGC(t)（表示为v_GC_t）的积分。这种关系由GC积分器模型捕获。

GW xGW(t)的位置（表示为x_GW_t）是缩放后的GW命令速度vGW(t)（表示为v_GW_t）的积分，该速度由实数kGW（表示为k_GW）缩放。

因此，在0 <

其中，到BSC的命令速度

在ADF移动技术的一个实施例中，用于固定GW和BSC的惯性位置；允许用户使用操纵杆（JS）命令独立于GC运动来移动GC和BSC；并且当GW滑动过大并且需要赶上校正运动时，减少GC的向前（FWD）和反向（REV）运动。

在一个实施例中，通过将GC的负命令速度分别馈送到GW和BSC，来确定GW和BSC的惯性位置；并且与GW和BSC的对应的反馈项（e_BSC_t，e_GW_t）成比例地调整GW和BSC的速度，该反馈项包括GC位置（dx_GC_t）的负变化。其中e_BSC_t等于（r_BSC_t - x_BSC_t），其中r_BSC_t是有限BSC操纵杆速度和ADF反馈项dx_GC(t)之和的积分。其中dx_GC(t)等于初始GC位置，x_GC（0）减去当前GC位置x_GC(t)。

**其中e_GW_t等于（r_GW_t - x_GW_t），其中r_GW_t是有限GW操纵杆速度和ADF反馈项dx_GC(t)之和的积分。

在ADF技术的一个实施例中，允许用户通过包括参考项来独立于GC运动来移动GC和BSC，该参考项是它们相应速度命令的积分。由于GW和BSC装置的滑动，随着反馈误差增加，GC的FWD和REV运动减小（函数y = fcn(e_GW_t，e_BSC_t)）。

参考图16，在一个模拟中，GW和BSC控制的0.9和0.95项代表GW和BSC的滑动。换句话说，0.9代表GW是10%的滑动，并且0.95代表BSC是5%的滑动。0.9和0.95在控制系统中从编码器提供，编码器分别检测GW和BSC的滑动。在ADF技术操作期间，使用编码器或其他传感器确定GW和BSC的实际滑动百分比。

在另一个实施例中，可以实现主动装置固定，其中使用机械夹持装置相对于地面和/或患者来固定GW和BSC。夹持装置在GC移动期间选择性地固定装置。在一个实施例中，GW和BSC通过诸如机械臂的动态装置相对于地面被固定，该动态装置用于在GW移动的同时维持相对位置。在一个实施例中，如果诸如通过传感器和/或成像系统检测到GC或BSC的移动，则GC的移动自动停止。

参考图16，当对于GW或BSC的反馈误差如下时，表示为max{0，1 - |e_device|_inf/e_max}的系统将命令速度限制到GC：

其中e

用于示例方法300和400的步骤的计算机可执行指令可以存储在计算机可读介质的形式上。计算机可读介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机可读介质包括但不限于随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪存或其他存储技术、光盘ROM（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）或其他光存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置、或可以用于存储期望的指令并可由系统10（如图1所示）访问、包括通过互联网或其他计算机网络形式的访问的任何其他介质。

参考图17，针对GW选择了恒定速度回拉移动技术。在一个实施例中，恒定速度的速度可以选自数个选项，或者特定速度可以经由诸如键盘的用户装置输入。在这种情况下，主要用户界面操作者在反向方向上的任何移动都将会以恒定速度撤回GW。在一个实施例中，恒定速度移动技术仅实现反向方向，也就是说，无论主要用户界面在反向方向上的移动位置的程度如何，反向方向都是恒定速度。主要用户界面在向前方向上的移动将是成比例的，或者以其他方式基于主要界面的移动程度。

在一个实施例中，恒定速度移动技术还允许GW在向前方向上的恒定速度。在一个实施例中，加速输入按钮允许恒定速度增加到更快的速度。在一个实施例中，仅当用户按住加速按钮时，才将会增加恒定速度。在一个实施例中，一旦按下加速按钮，恒定速度的增加将保持有效，并且将保持有效，直到加速按钮被关闭。在一个实施例中，增加的恒定速度将在预定的时间量和/或GW线性行进的预定距离内保持有效。

虽然未图示，但只有在装置向前移动期间达到初始推力极限时，可推动性超越输入才允许增加的推力。在这种模式下，马达电流在其失速（超过预定极限）之前增加用于向前运动的扭矩。在一个实施例中，力在整个程序中增加，或者允许在达到初始力极限之后的有限时间段内力增加。在一个实施例中，用户可以通过取消选择可推动性超越特征来恢复到较低的预定或选定的力极限。

在一个实施例中，技术（ADF、摆动、手提钻）可以是为基于导管的程序系统中的每个EMD独立选择的。例如，可以针对引导导管选择ADF、可以针对导丝选择摆动、并且针对BSC选择点标。在一个实施例中，可以同时使用多种技术。在一个实施例中，一旦已经选择了特定技术，所有其他不兼容的技术就不再可供选择。在一个实施例中，可供选择的可用技术可以基于图像和/或其他患者数据，诸如但不限于血液动力学数据。在一个实施例中，基于图像数据的处理，可以自动突出显示并推荐特定的技术以供选择。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元素，则这些其它示例旨在在权利要求的范围内。根据替代实施例，任何过程或方法步骤的顺序和次序可以改变或重新排序。

在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行许多其他的改变和修改。从所附权利要求中，这些和其他变化的范围将变得显而易见。