CN109771811B - 一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，涉及微创医疗器械领域，该装置具有尺寸小、结构紧凑，操作方便，且无需导向板引导等特点，包括并联姿态调整机构、柔性针粒子植入机构、超声图像导航机构以及多传感器，采用并联四自由度模式，既提高了末端进针刚度的稳定性，又满足了柔性针粒子植入机构的外针运动灵活性的特点，内针采用旋转电机驱动柔性针，可以刺出弧线轨迹，实现避开前列腺的神经、血管等障碍，并完成一点多针任务，超声图像航机构装在并联姿态调整机构的支撑底座上，能够完成直线平移、俯仰、偏航和绕自身中心线旋转运动，经肛门直肠获得病灶靶点图像，使医生能都依据粒子植入针的实时进针情况作出相应处理，该装置融合多传感器，便于医生在术中进行数据观察和精准操作，满足了高精度定位进针和手术的安全性要求。

Description

一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人

技术领域

本发明涉及前列腺微创医疗器械领域，属于医疗、机械和自动化的交叉学科，具体涉及一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人。

背景技术

前列腺癌是世界男性恶性肿瘤高发病之一，且发病率逐渐提高。近距离放射性粒子植入治疗具有创伤小、疗效快、复发几率小且操作简便，所以成为治疗前列腺癌的主要技术手段。目前，前列腺癌的治疗主要采用经皮靶向穿刺介入的方法，传统的前列腺近距离放射治疗是由医生人工操作，由于人工操作的不确定性，定位精度难以保证，不但会导致放射性粒子植入不当，而且会造成软组织大面创伤，从而影响治疗效果。

CN106806983A公开了一种智能前列腺粒子植入装置，该装置通过三维驱动平台来实现植入针的三维空间运动，但是该装置只有空间三个方向的水平运动，不能实现灵活多姿态的进针任务要求。

CN105727431B公开了一种TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人，该装置能够完成空间三个方向的进针位置调整，并结合TRUS图像导航系统来提高穿刺位置精度，但是该装置在大量植入粒子过程中，采用多通道穿刺方式，容易造成多患者大面积创伤，且不能进行灵活避障。

因此，设计一款靶向穿刺进针精度高、穿刺次数少、结构灵活可靠、操作简单且安全有效的前列腺粒子植入机器人是十分必要的。

发明内容

本文发明为一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：它包括并联姿态调整机构、超声图像导航机构和柔性针粒子植入机构，其特征在于：所述的并联姿态调整机构，它的下底座通过螺栓连接在手术台或其它机械臂上，超声图像导航机构经超声装置底座通过螺栓固定在并联姿态调整机构的下底座，柔性针粒子植入机构经柔性针粒子植入机构安装底座通过螺栓固定在并联姿态调整机构的上支座；所述的并联姿态调整机构包括下底座、下虎克铰链、下虎克铰链连接销、电动缸、上虎克铰链、上支座、上虎克铰链连接销和并联姿态传感器，下虎克铰链通过连接螺栓分别固定在下底座的四个边角，四个电动缸的尾部与四个下虎克铰链通过下虎克铰链连接销连接，电动缸的电动杆前部与上虎克铰链通过上虎克铰链连接销连接，四个上虎克铰链与上支座的四角伸出部位通过螺栓固定，并联姿态传感器通过螺丝固连于上支座下部的中心位置，通过驱动四个电动缸中电动杆的伸缩调整，配合并联姿态传感器的空间姿态反馈，进而实现上支座空间姿态调整，增强了上支座的姿态控制精度。

作为优选，所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的超声图像导航机构包括超声装置底座、平移滑块、平移滑块限位导轨、平移滑块前限位开关、平移滑块驱动丝杠固定端架、超声探头固定装置、超声波位移传感器、平移滑块后限位开关、平移滑块驱动电机安装端架、平移滑块驱动电机和平移滑块驱动丝杠，平移滑块驱动电机安装端架通过连接螺丝固连在超声装置底座的后侧，平移滑块驱动电机通过连接螺丝安装在平移滑块驱动电机安装端架，平移滑块限位导轨通过连接螺丝安装在超声装置底座中心线上，平移滑块驱动丝杠固定端架通过连接螺丝安装在超声波装置底座前端面上，超声探头固定装置经螺丝安装于平移滑块上，且超声波位移传感器通过螺丝安装在平移滑块后端，平移滑块驱动丝杠与平移滑块驱动电机轴为一体，驱动平移滑块并带动超声探头固定装置实现超声探头直线平移运动的闭环控制；平移滑块前限位开关和平移滑块后限位开关通过连接螺丝安装于超声波装置底座的四角上面，限制平移滑块的移动范围。

作为优选，所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的超声探头固定装置包括：偏航旋转驱动电机、偏航支架、偏航支座固定轴承、偏航支座、俯仰左端架、超声姿态传感器、俯仰右端架、超声探头紧固螺母超声探头、超声探头夹紧橡胶垫、超声探头固定端盖、超声探头紧固螺栓、超声探头固定支座轴、超声探头固定支座轴安装轴承、超声探头安装支架、超声波旋转驱动电机安装端架、超声波旋转驱动电机、俯仰旋转左驱动电机、平衡弹簧和俯仰旋转右驱动电机，偏航旋转驱动电机经螺丝安装于偏航支架内部，偏航支座经偏航支座固定轴承固连在偏航支架上，俯仰左端架和俯仰右端架通过螺丝安装在偏航支架上，且俯仰旋转左驱动电机和俯仰旋转右驱动电机分别安装于俯仰左端架和俯仰左端架处，其轴与超声探头安装支架两侧轴孔键槽配合，且超声姿态传感器经螺丝安装于底部，从而使超声探头完成俯仰、偏航两种姿态要求，平衡弹簧安装于偏航支座和超声探头安装支架之间后端的弹簧卡槽中，用于重力矩平衡；超声探头夹紧胶垫夹在超声探头和超声探头固定端盖中间，由超声探头紧固螺栓和超声探头紧固螺母连接固定，超声探头夹紧橡胶垫的作用是增加超声探头的夹持预紧力并保护超声探头的表面材质，超声旋转驱动电机安装端架经螺丝安装在超声探头安装支架后侧，超声旋转驱动电机经螺丝安装在超声旋转电机安装端架上，超声旋转驱动电机的电机轴与超声探头固定支座轴后端轴采用键槽连接，实现超声探头的旋转运动。

作为优选，所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的柔性针粒子植入机构包括柔性针粒子植入机构安装底座、双轴固定前端架、外针支撑架、外针装置前限位开关、内外针装置限位导轨、外针装置、外针装置驱动丝杠、内针装置驱动丝杠、内针装置、内针装置后限位开关、双轴固定后端架、内外针装置驱动电机安装端架、外针装置驱动电机、内针装置驱动电机、联轴器、直线位移传感器后端固定支架、直线位移传感器和直线位移传感器前端安装支架，其中，双轴固定前端架、进针装置限位导轨、双轴固定后端架和内外针装置驱动电机安装端架通过连接螺栓固连于粒子植入机构安装底座上，外针装置驱动丝杠和内针装置驱动丝杠经轴承安装于双轴固定前端架和双轴固定后端架之间，外针装置驱动电机、内针装置驱动电机通过安装螺丝安装在内外针装置驱动电机安装端架上，且电机轴通过联轴器与外针装置驱动丝杠和内针装置驱动丝杠连接，驱动外针装置、内针装置实现粒子植入针刺平移运动；直线位移传感器末端经直线位移传感器后端固定支架安装在粒子植入机构安装底座后左侧端，直线位移传感器前端经直线位移传感器前端安装支架固连在外针装置的侧端，可限制外针装置退针位置，同时完成外针机构的进针位置反馈，实现精准位置进针闭环控制；外针装置前限位开关与内针装置后限位开关通过螺丝安装在粒子植入机构安装底座右前侧和右后侧，其中外针装置前限位开关限制外针装置的前进距离，内针装置后限位开关限制内针装置的退针位置；外针支撑架通过螺丝安装在双轴固定前端架上，防止外针装置在进针时外针发生偏转。

作为优选，所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的外针装置包括外针装置安装主架、外针机构前限位开关当块、内针与外针装置限位开关、粒子植入前导杆、粒子植入前导杆紧定螺丝、内针支撑导杆紧固螺丝、粒子植入仓安装固定螺丝、内针支撑导杆、粒子植入仓、粒子弹夹、六维力传感器、外针旋转驱动电机、外针、外针固定正时齿轮、外针装置前端盖固定螺丝和外针装置前端盖，粒子植入前导杆经粒子植入前导杆紧定螺丝固定在粒子植入仓前端，用于限定粒子弹夹的安装位置，粒子弹夹经粒子植入仓上端孔固定在粒子植入前导杆中，内针支撑导杆经内针支撑导杆紧固螺丝安装在粒子植入仓后端，用于支撑内针进针并防止发生偏转，且粒子植入仓通过粒子植入仓安装固定螺丝安装在外针装置安装主架后侧；外针机构前限位开关当块和内针与外针装置限位开关通过螺丝安装在外针装置安装主架右侧，其中外针机构前限位开关当块与外针装置前限位开关一起构成限制外针装置前进距离；六维力传感器经螺丝连接在外针装置安装主架前侧，且外针装置前端盖经螺丝连接在六维力传感器上，用于反馈进针时力的变换情况并作出相应的姿态调整；外针通过紧固螺丝安装在外针固定正时齿轮上，且外针固定正时齿轮经轴承连接安装于外针装置前端盖中心孔内，同时外针旋转驱动电机经螺丝安装在外针装置前端盖前沿上，可驱动外针固定正时齿轮带动外针旋转，实现旋转进针。

作为优选，所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的内针装置包括内针装置安装主架、内针装置限位挡块、柔性针旋转驱动电机、柔性针轴筒固定轴承、柔性针夹头紧定螺栓、柔性针轴筒、柔性针夹头和柔性针，其中，内针装置限位挡块通过螺丝连接于内针装置安装主架右侧，与内针与外针装置限位开关和内针装置后限位开关一起构成限制内针装置的进、退针位置，柔性针夹在内针夹头，并且通过内针夹头紧定螺栓固定在柔性针轴筒上，柔性针旋转驱动电机经螺丝安装于内针装置安装主架后端，柔性针轴筒通过柔性针轴筒固定轴承固定在内针装置安装主架前端，且柔性针轴筒与柔性针旋转驱动电机的电机轴键槽连接，驱动柔性针完成旋转进针要求。

本发明的有益效果为：

（1）本发明的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人采用的是四自由度并联紧凑的结构方式，不仅能够实现多角度及最优的外针靶向穿刺，有效避开血管、骨骼等穿刺障碍，而且机器人在满足进针高刚度需求情况下能够灵活运动，且既可固定在手术台上，又可安装在其它机械臂平台上，操作方便。

（2）本发明的柔性针粒子植入机构，柔性针可进行直线位移和变速旋转，在外针到达病灶点的预定位置时，柔性针可完成针面的弯曲变形，改变放射粒子的植入路径，将粒子送入各个目标位置，同时克服了其它穿刺机构不能达到针刺方向上的病灶点后目标位置，省去了中途换针，实现一点多针，减轻了患者的手术创伤，增强了治疗效果。

（3）本发明点超声图像导航机构设有直线平移、俯仰角度调整、偏航角度调整、及自身旋转装置，可使超声探头在肛门处自由灵活运动，减轻病患痛苦，并可根据不同的术中情况，调整姿态并采集超声图像，提高粒子植入精度。

（4）本发明的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，融合多传感器，能够进行多模态优化算法的构建，在保证粒子植入针空间位置精确定位的同时，当进针过程中发生突发情况时，医生可根据数据信息的变化情况做出判断，采取急停，同时，当患者身体突然发生移位时，能够完成力位混合控制，实现植入针随患者体位姿态的变化做出调整，提高手术的安全性与可靠性。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的并联姿态调整机构示意图；

图3是本发明的并联姿态调整机构上支架底示意图；

图4是本发明的超声图像导航机构示意图；

图5是本发明的超声探头固定装置分解示意图；

图6是本发明的超声探头固定装置俯仰结构底示意图；

图7是本发明的柔性针粒子植入机构示意图；

图8是本发明的柔性针粒子植入机构外针装置分解示意图；

图9是本发明的柔性针粒子植入机构内针装置分解示意图；

图10是本发明的柔性针粒子植入机构的柔性针针尖示意图；

图11是本发明装置的操作过程示意前列腺俯视图；

图12是本发明装置的操作过程示意前列腺左视图。

图中：1-1、下底座；1-2、下虎克铰链；1-3、下虎克铰链连接销；1-4、电动缸；1-5、上虎克铰链；1-6、上支座；1-7、上虎克铰链连接销；1-8、并联姿态传感器；2-1、超声装置底座；2-2、平移滑块；2-3、平移滑块限位导轨；2-4、平移滑块前限位开关；2-5、平移滑块驱动丝杠固定端架；2-6、超声探头固定装置；2-7、超声波位移传感器；2-8、平移滑块后限位开关；2-9、平移滑块驱动电机安装端架；2-10、平移滑块驱动电机；2-11、平移滑块驱动丝杠；3-1、柔性针粒子植入机构安装底座；3-2、双轴固定前端架；3-3、外针支撑架；3-4、外针装置前限位开关；3-5、内外针装置限位导轨；3-6、外针装置；3-7、外针装置驱动丝杠；3-8、内针装置驱动丝杠；3-9、内针装置 3-10、内针装置后限位开关；3-11、双轴固定后端架；3-12、内外针装置驱动电机安装端架；3-13、外针装置驱动电机；3-14、内针装置驱动电机；3-15、联轴器；3-16、直线位移传感器后端固定支架；3-17、直线位移传感器 3-18、直线位移传感器前端安装支架；其中，2-6、超声探头固定装置包括：2-6-1、偏航旋转驱动电机；2-6-2、偏航支架；2-6-3、偏航支座固定轴承；2-6-4、偏航支座；2-6-5、俯仰左端架；2-6-6、超声姿态传感器；2-6-7、俯仰右端架；2-6-8、超声探头紧固螺母；2-6-9、超声探头；2-6-10、超声探头夹紧胶垫；2-6-11、超声探头固定端盖；2-6-12、超声探头紧固螺栓；2-6-13、超声探头固定支座轴；2-6-14、超声探头固定支座轴安装轴承；2-6-15、超声探头安装支架；2-6-16、超声旋转驱动电机安装端架；2-6-17、超声旋转驱动电机；2-6-18、俯仰旋转左驱动电机；2-6-19、平衡弹簧；2-6-20、俯仰旋转右驱动电机；3-6、外针装置包括：3-6-1、外针装置安装主架；3-6-2、外针机构前限位开关当块；3-6-3、内针与外针装置限位开关；3-6-4、粒子植入前导杆；3-6-5、粒子植入前导杆紧定螺丝；3-6-6、内针支撑导杆紧固螺丝；3-6-7、粒子植入仓安装固定螺丝；3-6-8、内针支撑导杆；3-6-9、粒子植入仓 3-6-10、粒子弹夹；3-6-11、六维力传感器；3-6-12、外针旋转驱动电机；3-6-13、外针；3-6-14、外针固定正时齿轮；3-6-15、外针装置前端盖固定螺丝； 3-6-16、外针装置前端盖；3-9、内针装置包括：3-9-1、内针装置安装主架；3-9-2、内针装置限位挡块；3-9-3、柔性针旋转驱动电机；3-9-4、柔性针轴筒固定轴承；3-9-5柔性针夹头紧定螺栓；3-9-6、柔性针轴筒；3-9-7、柔性针夹头；3-9-8、柔性针；操作过程图包括：a、前列腺体；b、尿道；c、病灶点；d、放射性粒子125I；e、血管；f ₁、柔性针穿刺路径1；f ₂、柔性针穿刺路径2；f ₃、柔性针穿刺路径3。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：它包括并联姿态调整机构1、超声图像导航机构2和柔性针粒子植入机构3，其特征在于：所述的并联姿态调整机构1，它的下底座1-1通过螺栓连接在手术台或其它机械臂上，超声图像导航机构2经超声装置底座2-1通过螺栓固定在并联姿态调整机构1的下底座1-1，柔性针粒子植入机构3经柔性针粒子植入机构安装底座3-1通过螺栓固定在并联姿态调整机构1的上支座1-6；所述的并联姿态调整机构1包括下底座1-1、下虎克铰链1-2、下虎克铰链连接销1-3、电动缸1-4、上虎克铰链1-5、上支座1-6、上虎克铰链连接销1-7和并联姿态传感器1-8，下虎克铰链1-2通过连接螺栓分别固定在下底座1-1的四个边角，四个电动缸1-4的尾部与四个下虎克铰链1-2通过下虎克铰链连接销1-3连接，电动缸1-4的电动杆前部与上虎克铰链1-5通过上虎克铰链连接销1-7连接，四个上虎克铰链1-5与上支座1-6的四角伸出部位通过螺栓固定，并联姿态传感器1-8通过螺丝固连于上支座1-6下部的中心位置，通过驱动四个电动缸1-4中电动杆的伸缩调整，配合并联姿态传感器1-8的空间姿态反馈，进而实现上支座1-6空间姿态调整，增强了上支座1-6的姿态控制精度。

进一步地，所述的超声图像导航机构2包括超声装置底座2-1、平移滑块2-2、平移滑块限位导轨2-3、平移滑块前限位开关2-4、平移滑块驱动丝杠固定端架2-5、超声探头固定装置2-6、超声波位移传感器2-7、平移滑块后限位开关2-8、平移滑块驱动电机安装端架2-9、平移滑块驱动电机2-10和平移滑块驱动丝杠2-11，平移滑块驱动电机安装端架2-9通过连接螺丝固连在超声装置底座2-1的后侧，平移滑块驱动电机2-10通过连接螺丝安装在平移滑块驱动电机安装端架2-11，平移滑块限位导轨2-3通过连接螺丝安装在超声装置底座2-1中心线上，平移滑块驱动丝杠固定端架2-5通过连接螺丝安装在超声波装置底座2-1前端面上，超声探头固定装置2-6经螺丝安装于平移滑块2-2上，且超声波位移传感器2-9通过螺丝安装在平移滑块2-2后端，平移滑块驱动丝杠2-11与平移滑块驱动电机2-10轴为一体，驱动平移滑块2-2并带动超声探头固定装置2-6实现超声探头直线平移运动的闭环控制；平移滑块前限位开关2-4和平移滑块后限位开关2-10通过连接螺丝安装于超声波装置底座2-1的四角上面，限制平移滑块2-2的移动范围。

进一步地，所述的超声探头固定装置2-6包括偏航旋转驱动电机2-6-1、偏航支架2-6-2、偏航支座固定轴承2-6-3、偏航支座2-6-4、俯仰左端架2-6-5、超声姿态传感器2-6-6、俯仰右端架2-6-7、超声探头紧固螺母2-6-8超声探头2-6-9、超声探头夹紧橡胶垫2-6-10、超声探头固定端盖2-6-11、超声探头紧固螺栓2-6-12、超声探头固定支座轴2-6-13、超声探头固定支座轴安装轴承2-6-14、超声探头安装支架2-6-15、超声波旋转驱动电机安装端架2-6-16、超声波旋转驱动电机2-6-17、俯仰旋转左驱动电机2-6-18、平衡弹簧2-6-19和俯仰旋转右驱动电机2-6-20，偏航旋转驱动电机2-6-1经螺丝安装于偏航支架2-6-2内部，偏航支座2-6-4经偏航支座固定轴承2-6-3固连在偏航支架2-6-2上，俯仰左端架2-6-5和俯仰右端架2-6-7通过螺丝安装在偏航支架2-6-2上，且俯仰旋转左驱动电机2-6-18和俯仰旋转右驱动电机2-6-20分别安装于俯仰左端架2-6-5和俯仰左端架2-6-7处，其轴与超声探头安装支架2-6-15两侧轴孔键槽配合，且超声姿态传感器2-6-6经螺丝安装于2-6-15底部，从而使超声探头2-6-9完成俯仰、偏航两种姿态要求，平衡弹簧2-6-19安装于偏航支座2-6-4和超声探头安装支架2-6-15之间后端的弹簧卡槽中，用于重力矩平衡；超声探头夹紧胶垫2-6-10夹在超声探头2-6-9和超声探头固定端盖2-6-11中间，由超声探头紧固螺栓2-6-12和超声探头紧固螺母2-6-8连接固定，超声探头夹紧橡胶垫2-6-6的作用是增加超声探头2-6-7的夹持预紧力并保护超声探头2-6-7的表面材质；超声旋转驱动电机安装端架2-6-16经螺丝安装在超声探头安装支架2-6-15后侧，超声旋转驱动电机2-6-17经螺丝安装在超声旋转电机安装端架2-7上，超声旋转驱动电机2-6-17的电机轴与超声探头固定支座轴2-6-13后端轴采用键槽连接，实现超声探头2-6-9的旋转运动。

进一步地，所述的柔性针粒子植入机构3包括柔性针粒子植入机构安装底座3-1、双轴固定前端架3-2、外针支撑架3-3、外针装置前限位开关3-4、内外针装置限位导轨3-5、外针装置3-6、外针装置驱动丝杠3-7、内针装置驱动丝杠3-8、内针装置3-9、内针装置后限位开关3-10、双轴固定后端架3-11、内外针装置驱动电机安装端架3-12、外针装置驱动电机3-13、内针装置驱动电机3-14、联轴器3-15、直线位移传感器后端固定支架3-16、直线位移传感器3-17和直线位移传感器前端安装支架3-18，其中，双轴固定前端架3-2、进针装置限位导轨3-5、双轴固定后端架3-11和内外针装置驱动电机安装端架3-12通过连接螺栓固连于粒子植入机构安装底座3-1上，外针装置驱动丝杠3-7和内针装置驱动丝杠3-8经轴承安装于双轴固定前端架3-2和双轴固定后端架3-11之间，外针装置驱动电机3-13、内针装置驱动电机3-14通过安装螺丝安装在内外针装置驱动电机安装端架3-12上，且电机轴通过联轴器3-15与外针装置驱动丝杠3-7和内针装置驱动丝杠3-8连接，驱动外针装置3-6、内针装置3-9实现粒子植入针刺平移运动；直线位移传感器3-17末端经直线位移传感器后端固定支架3-16安装在粒子植入机构安装底座3-1后左侧端，直线位移传感器3-17前端经直线位移传感器前端安装支架3-18固连在外针装置3-6的侧端，可限制外针装置退针位置，同时完成外针机构的进针位置反馈，实现精准位置进针闭环控制；外针装置前限位开关3-4与内针装置后限位开关3-10通过螺丝安装在粒子植入机构安装底座3-1右前侧和右后侧，其中外针装置前限位开关3-4限制外针装置3-6的前进距离，内针装置后限位开关3-10限制内针装置的退针位置；外针支撑架（3-3）通过螺丝安装在双轴固定前端架3-2上，防止外针装置3-6在进针时外针3-6-13发生偏转。

进一步地，所述的外针装置3-6包括外针装置安装主架3-6-1、外针机构前限位开关当块3-6-2、内针与外针装置限位开关3-6-3、粒子植入前导杆3-6-4、粒子植入前导杆紧定螺丝3-6-5、内针支撑导杆紧固螺丝3-6-6、粒子植入仓安装固定螺丝3-6-7、内针支撑导杆3-6-8、粒子植入仓3-6-9、粒子弹夹3-6-10、六维力传感器3-6-11、外针旋转驱动电机3-6-12、外针3-6-13、外针固定正时齿轮3-6-14、外针装置前端盖固定螺丝3-6-15和外针装置前端盖3-6-16，粒子植入前导杆3-6-4经粒子植入前导杆紧定螺丝3-6-5固定在粒子植入仓3-6-9前端，用于限定粒子弹夹3-6-10的安装位置，粒子弹夹3-6-10经粒子植入仓3-6-9上端孔固定在粒子植入前导杆3-6-4中，内针支撑导杆3-6-8经内针支撑导杆紧固螺丝3-6-6安装在粒子植入仓3-6-9后端，用于支撑内针3-9-5进针并防止发生偏转，且粒子植入仓3-6-9通过粒子植入仓安装固定螺丝3-6-7安装在外针装置安装主架3-6-1后侧；外针机构前限位开关当块3-6-2和内针与外针装置限位开关3-6-3通过螺丝安装在外针装置安装主架3-6-1右侧，其中外针机构前限位开关当块3-6-2与外针装置前限位开关3-4一起构成限制外针装置3-6前进距离；六维力传感器3-6-11经螺丝连接在外针装置安装主架3-6-1前侧，且外针装置前端盖3-6-16经螺丝连接在六维力传感器3-6-11上，用于反馈进针时力的变换情况并作出相应的姿态调整；外针3-6-13通过紧固螺丝安装在外针固定正时齿轮3-6-14上，且外针固定正时齿轮3-6-14经轴承连接安装于外针装置前端盖3-6-16中心孔内，同时外针旋转驱动电机3-6-12经螺丝安装在外针装置前端盖3-6-16前沿上，可驱动外针固定正时齿轮3-6-14带动外针3-6-13旋转，实现旋转进针。

进一步地，所述的内针装置3-9包括内针装置安装主架3-9-1、内针装置限位挡块3-9-2、柔性针旋转驱动电机3-9-3、柔性针轴筒固定轴承3-9-4、柔性针夹头紧定螺栓3-9-5、柔性针轴筒3-9-6、柔性针夹头3-9-7和柔性针3-9-8，其中，内针装置限位挡块3-9-2通过螺丝连接于内针装置安装主架3-9-1右侧，与内针与外针装置限位开关3-6-3和内针装置后限位开关3-10一起构成限制内针装置的进、退针位置，柔性针3-9-8夹在内针夹头3-9-7，并且通过内针夹头紧定螺栓3-9-5固定在柔性针轴筒3-9-6上，柔性针旋转驱动电机3-9-3经螺丝安装于内针装置安装主架3-9-1后端，柔性针轴筒3-9-6通过柔性针轴筒固定轴承3-9-4固定在内针装置安装主架3-9-1前端，且柔性针轴筒3-9-6与柔性针旋转驱动电机3-9-3的电机轴键槽连接，驱动柔性针3-9-8完成旋转进针要求。

实施例2：定义前列腺柔性针粒子植入并联机器人的初始上电位置；

根据实施例1中所述的装置，当前列腺柔性针粒子植入并联机器人处于初始上电位置时，并联姿态调整机构1中上支座1-6带动柔性针粒子植入机构3保持俯仰、翻转及偏航角度为零，柔性针粒子植入机构3中的外针装置3-6处于位移传感器3-17收缩为零的位置，内针装置3-9处于后限位开关3-10的断电位置；超声图像导航机构2中的平移滑块2-2处于超声装置底座2-1后端的平移滑块后限位开关2-8位置中，同时，使超声波位移传感器2-7与平移滑块驱动电机安装端架2-9的调整距离为起始为零的距离，超声探头2-6-9的俯仰、偏航姿态保持与平移滑块驱动丝杠2-11空间平行的姿态位置。

实施例3：前列腺柔性针粒子植入并联机器人具体实施原理：首先，患者以截石位躺在手术床上，并对会阴部位消毒及麻醉；将并联姿态调整机构1中下底座1-1通过螺栓与手术台或其它机械臂连接，在术前密封环境下将放射性粒子125I放入弹夹并插入粒子植入仓3-6-9，通过调整并联姿态调整机构1使柔性针粒子植入机构3的外针支架3-3到达会阴处，同时，调节平移滑块2-2使超声探头2-6-9进入肛门处，完成术前准备工作；然后，通过控制平移滑块2-2及超声探头固定装置2-6的俯仰、偏航、自转等姿态使超声探头2-6-9在患者肛门内获得一系列的前列腺断层图像，确定病灶点具体位置，选择最优穿刺路径；驱动并联姿态调整机构1的四个电动缸1-4，使柔性针粒子植入机构3按照最优穿刺路径时的空间姿态下，驱动外针装置3-6，同时经外针旋转驱动电机3-6-12带动外针固定正时齿轮3-6-14，将外针3-6-13以旋转进针方式送入病灶点预定位置，根据预定穿刺位置，反复驱动内针装置3-9及柔性针旋转驱动电机3-9-3，当柔性针3-9-8探出外针后，使针面弯曲，进而改变柔性针3-9-8的进针轨道，通过一点，将放射性粒子125I送入前列腺各个目标位置，完成一点多针的工作任务；最后，通过超声图像观察针位，驱动外针装置3-6将外针3-6-13退出或退至皮层，调整并联姿态调整机构1至下一粒子植入的预定穿刺位置，实现在最少穿刺次数的情况下，完成多粒子植入的治疗任务。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：它包括并联姿态调整机构（1）、超声图像导航机构（2）和柔性针粒子植入机构（3），其特征在于：所述的并联姿态调整机构（1），它的下底座（1-1）通过螺栓连接在手术台或机械臂上，超声图像导航机构（2）经超声波装置底座（2-1）通过螺栓固定在并联姿态调整机构（1）的下底座（1-1），柔性针粒子植入机构（3）经柔性针粒子植入机构安装底座（3-1）通过螺栓固定在并联姿态调整机构（1）的上支座（1-6）；所述的并联姿态调整机构（1）包括下底座（1-1）、下虎克铰链（1-2）、下虎克铰链连接销（1-3）、电动缸（1-4）、上虎克铰链（1-5）、上支座（1-6）、上虎克铰链连接销（1-7）和并联姿态传感器（1-8），下虎克铰链（1-2）通过连接螺栓分别固定在下底座（1-1）的四个边角，四个电动缸（1-4）的尾部与四个下虎克铰链（1-2）通过下虎克铰链连接销（1-3）连接，电动缸（1-4）的电动杆前部与上虎克铰链（1-5）通过上虎克铰链连接销（1-7）连接，四个上虎克铰链（1-5）与上支座（1-6）的四角伸出部位通过螺栓固定，并联姿态传感器（1-8）通过螺丝固连于上支座（1-6）下部的中心位置，通过驱动四个电动缸（1-4）中电动杆的伸缩调整，配合并联姿态传感器（1-8）的空间姿态反馈，进而实现上支座（1-6）空间姿态调整，增强了上支座（1-6）的姿态控制精度；

所述的超声图像导航机构（2）包括超声波装置底座（2-1）、平移滑块（2-2）、平移滑块限位导轨（2-3）、平移滑块前限位开关（2-4）、平移滑块驱动丝杠固定端架（2-5）、超声探头固定装置（2-6）、超声波位移传感器（2-7）、平移滑块后限位开关（2-8）、平移滑块驱动电机安装端架（2-9）、平移滑块驱动电机（2-10）和平移滑块驱动丝杠（2-11），平移滑块驱动电机安装端架（2-9）通过连接螺丝固连在超声波装置底座（2-1）的后侧，平移滑块驱动电机（2-10）通过连接螺丝安装在平移滑块驱动电机安装端架（2-9），平移滑块限位导轨（2-3）通过连接螺丝安装在超声波装置底座（2-1）中心线上，平移滑块驱动丝杠固定端架（2-5）通过连接螺丝安装在超声波装置底座（2-1）前端面上，超声探头固定装置（2-6）经螺丝安装于平移滑块（2-2）上，且超声波位移传感器（2-7）通过螺丝安装在平移滑块（2-2）后端，平移滑块驱动丝杠（2-11）与平移滑块驱动电机（2-10）的轴为一体，驱动平移滑块（2-2）并带动超声探头固定装置（2-6）实现超声探头直线平移运动的闭环控制；平移滑块前限位开关（2-4）和平移滑块后限位开关（2-8）通过连接螺丝安装于超声波装置底座（2-1）的四角上面，限制平移滑块（2-2）的移动范围；

所述的超声探头固定装置（2-6）包括：偏航旋转驱动电机（2-6-1）、偏航支架（2-6-2）、偏航支座固定轴承（2-6-3）、偏航支座（2-6-4）、俯仰左端架（2-6-5）、超声姿态传感器（2-6-6）、俯仰右端架（2-6-7）、超声探头紧固螺母（2-6-8）超声探头（2-6-9）、超声探头夹紧橡胶垫（2-6-10）、超声探头固定端盖（2-6-11）、超声探头紧固螺栓（2-6-12）、超声探头固定支座轴（2-6-13）、超声探头固定支座轴安装轴承（2-6-14）、超声探头安装支架（2-6-15）、超声波旋转驱动电机安装端架（2-6-16）、超声波旋转驱动电机（2-6-17）、俯仰旋转左驱动电机（2-6-18）、平衡弹簧（2-6-19）和俯仰旋转右驱动电机（2-6-20），偏航旋转驱动电机（2-6-1）经螺丝安装于偏航支架（2-6-2）内部，偏航支座（2-6-4）经偏航支座固定轴承（2-6-3）固连在偏航支架（2-6-2）上，俯仰左端架（2-6-5）和俯仰右端架（2-6-7）通过螺丝安装在偏航支架（2-6-2）上，且俯仰旋转左驱动电机（2-6-18）和俯仰旋转右驱动电机（2-6-20）分别安装于俯仰左端架（2-6-5）和俯仰左端架（2-6-5）处，其轴与超声探头安装支架（2-6-15）两侧轴孔键槽配合，且超声姿态传感器（2-6-6）经螺丝安装于超声探头安装支架(2-6-15)底部，从而使超声探头（2-6-9）完成俯仰、偏航两种姿态要求，平衡弹簧（2-6-19）安装于偏航支座（2-6-4）和超声探头安装支架（2-6-15）之间后端的弹簧卡槽中，用于重力矩平衡；超声探头夹紧橡胶垫（2-6-10）夹在超声探头（2-6-9）和超声探头固定端盖（2-6-11）中间，由超声探头紧固螺栓（2-6-12）和超声探头紧固螺母（2-6-8）连接固定，超声探头夹紧橡胶垫（2-6-10）的作用是增加超声探头（2-6-9）的夹持预紧力并保护超声探头（2-6-9）的表面材质；超声波旋转驱动电机安装端架（2-6-16）经螺丝安装在超声探头安装支架（2-6-15）后侧，超声波旋转驱动电机（2-6-17）经螺丝安装在超声波旋转驱动电机安装端架（2-6-16）上，超声波旋转驱动电机（2-6-17）的电机轴与超声探头固定支座轴（2-6-13）后端轴采用键槽连接，实现超声探头（2-6-9）的旋转运动；

所述的柔性针粒子植入机构（3）包括柔性针粒子植入机构安装底座（3-1）、双轴固定前端架（3-2）、外针支撑架（3-3）、外针装置前限位开关（3-4）、内外针装置限位导轨（3-5）、外针装置（3-6）、外针装置驱动丝杠（3-7）、内针装置驱动丝杠（3-8）、内针装置（3-9）、内针装置后限位开关（3-10）、双轴固定后端架（3-11）、内外针装置驱动电机安装端架（3-12）、外针装置驱动电机（3-13）、内针装置驱动电机（3-14）、联轴器（3-15）、直线位移传感器后端固定支架（3-16）、直线位移传感器（3-17）和直线位移传感器前端安装支架（3-18），其中，双轴固定前端架（3-2）、内外针装置限位导轨（3-5）、双轴固定后端架（3-11）和内外针装置驱动电机安装端架（3-12）通过连接螺栓固连于柔性针粒子植入机构安装底座（3-1）上，外针装置驱动丝杠（3-7）和内针装置驱动丝杠（3-8）经轴承安装于双轴固定前端架（3-2）和双轴固定后端架（3-11）之间，外针装置驱动电机（3-13）、内针装置驱动电机（3-14）通过安装螺丝安装在内外针装置驱动电机安装端架（3-12）上，且电机轴通过联轴器（3-15）与外针装置驱动丝杠（3-7）和内针装置驱动丝杠（3-8）连接，驱动外针装置（3-6）、内针装置（3-9）实现粒子植入针刺平移运动；直线位移传感器（3-17）末端经直线位移传感器后端固定支架（3-16）安装在柔性针粒子植入机构安装底座（3-1）后左侧端，直线位移传感器（3-17）前端经直线位移传感器前端安装支架（3-18）固连在外针装置（3-6）的侧端，限制外针装置退针位置，同时完成外针机构的进针位置反馈，实现精准位置进针闭环控制；外针装置前限位开关（3-4）与内针装置后限位开关（3-10）通过螺丝分别安装在柔性针粒子植入机构安装底座（3-1）右前侧和右后侧，其中外针装置前限位开关（3-4）限制外针装置（3-6）的前进距离，内针装置后限位开关（3-10）限制内针装置的退针位置；外针支撑架（3-3）通过螺丝安装在双轴固定前端架（3-2）上，防止外针装置（3-6）在进针时外针（3-6-13）发生偏转。

2.根据权利要求1所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的外针装置（3-6）包括外针装置安装主架（3-6-1）、外针机构前限位开关当块（3-6-2）、内针与外针装置限位开关（3-6-3）、粒子植入前导杆（3-6-4）、粒子植入前导杆紧定螺丝（3-6-5）、内针支撑导杆紧固螺丝（3-6-6）、粒子植入仓安装固定螺丝（3-6-7）、内针支撑导杆（3-6-8）、粒子植入仓（3-6-9）、粒子弹夹（3-6-10）、六维力传感器（3-6-11）、外针旋转驱动电机（3-6-12）、外针（3-6-13）、外针固定正时齿轮（3-6-14）、外针装置前端盖固定螺丝（3-6-15）和外针装置前端盖（3-6-16），粒子植入前导杆（3-6-4）经粒子植入前导杆紧定螺丝（3-6-5）固定在粒子植入仓（3-6-9）前端，用于限定粒子弹夹（3-6-10）的安装位置，粒子弹夹（3-6-10）经粒子植入仓（3-6-9）上端孔固定在粒子植入前导杆（3-6-4）中，内针支撑导杆（3-6-8）经内针支撑导杆紧固螺丝（3-6-6）安装在粒子植入仓（3-6-9）后端，用于支撑柔性内针夹头紧定螺栓（3-9-5）进针并防止发生偏转，且粒子植入仓（3-6-9）通过粒子植入仓安装固定螺丝（3-6-7）安装在外针装置安装主架（3-6-1）后侧；外针机构前限位开关当块（3-6-2）和内针与外针装置限位开关（3-6-3）通过螺丝安装在外针装置安装主架（3-6-1）右侧，其中外针机构前限位开关当块（3-6-2）与外针装置前限位开关（3-4）一起构成限制外针装置（3-6）前进距离；六维力传感器（3-6-11）经螺丝连接在外针装置安装主架（3-6-1）前侧，且外针装置前端盖（3-6-16）经螺丝连接在六维力传感器（3-6-11）上，用于反馈进针时力的变换情况并作出相应的姿态调整；外针（3-6-13）通过紧固螺丝安装在外针固定正时齿轮（3-6-14）上，且外针固定正时齿轮（3-6-14）经轴承连接安装于外针装置前端盖（3-6-16）中心孔内，同时外针旋转驱动电机（3-6-12）经螺丝安装在外针装置前端盖（3-6-16）前沿上，驱动外针固定正时齿轮（3-6-14）带动外针（3-6-13）旋转，实现旋转进针。

3.根据权利要求1所述的一种前列腺柔性针粒子植入并联机器人，其特征在于：所述的内针装置（3-9）包括内针装置安装主架（3-9-1）、内针装置限位挡块（3-9-2）、柔性针旋转驱动电机（3-9-3）、柔性针轴筒固定轴承（3-9-4）、柔性内针夹头紧定螺栓（3-9-5）、柔性针轴筒（3-9-6）、柔性针夹头（3-9-7）和柔性针（3-9-8），其中，内针装置限位挡块（3-9-2）通过螺丝连接于内针装置安装主架（3-9-1）右侧，与内针与外针装置限位开关（3-6-3）和内针装置后限位开关（3-10）一起构成限制内针装置的进、退针位置，柔性针（3-9-8）夹在柔性针夹头（3-9-7）上，并且通过柔性内针夹头紧定螺栓（3-9-5）固定在柔性针轴筒（3-9-6）上，柔性针旋转驱动电机（3-9-3）经螺丝安装于内针装置安装主架（3-9-1）后端，柔性针轴筒（3-9-6）通过柔性针轴筒固定轴承（3-9-4）固定在内针装置安装主架（3-9-1）前端，且柔性针轴筒（3-9-6）与柔性针旋转驱动电机（3-9-3）的电机轴键槽连接，驱动柔性针（3-9-8）完成旋转进针要求。

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