具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明的前列腺粒子植入协作系统模块图，具体包括：

主手机器人1，作为信号输入端，由医生操作用来控制从手机器人运动；

上位机2，用于实时检测主手机器人的位姿变量信号、完成主从映射并计算出从收机器人在相应坐标系下的位姿变量；

粒子植入模组3，用于完成手术中具体的植入粒子操作；

下位机4，用于接收上位机实时计算出的从手机器人位姿变量信号并控制从手机器人完成指定位姿；

超声探头模组5，用于提供术中导航功能；

从手机器人6，用于夹持粒子植入模组并将其摆放至指定位姿状态，所述机器人共有六个旋转关节，每个关节都有一个伺服电机和一个编码器，伺服电机用于驱动关节，编码器用于反馈电机的旋转角度。

本发明实施例中，主手机器人与上位机单向连接，为医生提供控制信息；上位机与下位机双向连接，用于传递从手位姿变量信号和实时反馈从手位位姿信息，以及超声探头模组和粒子植入模组的控制信息传递；由于从手机器人、粒子植入模组和超声探头模组都使用电机驱动，所以下位机与从手机器人、粒子植入模组和超声探头模组都是双向连接。

优选地，在图1所示的前列腺粒子植入协作系统模块的基础上，如图2所示，是本发明的主从式前列腺粒子植入系统构造图，其中在图1中已经介绍过的系统模块，兹不赘述，除此之外，还包括：

显示器201，用于显示人机交互界面，其中人机交互界面包括摄像机获取的病人手术部位实时图像、前列腺粒子植入信息和实时超声图像；

鼠标202，用于交互界面的切换和操作选择；

承载车7，用于承载粒子植入模组3、下位机4、超声探头模组5和从手机器人6，可实现位置的移动和方向旋转；

摄像机8，用于拍摄病人手术部位，为医生在人机交互界面上提供手术入针点区域图像；

病床9，安装有支架，可帮助病人保持手术的截石位卧姿；

外针控制手柄1001，用于控制粒子植入外针的前进和后退，完成手术中外针的穿刺任务；

粒子植入按键1002，用于粒子植入信号的发射。

具体地，在图2所示的主从式前列腺粒子植入系统构造图的基础上如图3所示，是本发明的主从式前列腺粒子植入关键步骤流程图，具体包括：

S1，安装植入机构；

S2，主从式前列腺粒子植入系统初始化；

S3，医生判断是否有弹夹，若否则跳转到S4,若是则跳转到S5；

S4，安装弹夹，然后跳转到S5；

S5，医生判断是否有外针,若否则跳转到S6,若是则跳转到S7；

S6，安装外针，然后跳转到S7；

S7，医生操作机器人系统植入粒子；

S8，医生判断是否完成手术，若否则跳转到S7，若是则结束。

本发明施例中，在步骤S1中，所述安装植入机构，医护人员人工将粒子植入模组3安装在所述从手机器人6的末端；然后根据医生在术前规划确定的粒子植入路径的数量和总的所需植入粒子的数量，来预先确定好所需粒子植入外针的数量和所需装载弹夹的数量，其中粒子植入模组3负责承载手术过程中所需要的全部外针和弹夹。其中，所有弹夹完全相同，且每个弹夹预先装载的粒子数量都相同。

优选地，在图3所示的主从式前列腺粒子植入关键步骤流程图的基础上，如图4所示，是本发明的主从式前列腺粒子植入系统初始化流程图，具体还包括：

S21，主从式机器人系统初始化启动；

S22，从手机器人位置自动复位；

S23，主手机器人和从手机器人主从位姿配准；

S24，从手机器人姿态跟随；

S25，超声探头模组和粒子植入模组自动复位；

S26，摄像机启动，实时获取病人手术部位图像。

本发明实施例中，在步骤S31中主从系统初始化的启动由医生控制鼠标202点击显示器201中的人机交互界面的初始化按键完成。点按键件后，上位机2会实时接收到主从系统初始化指令，立即调用响应程序并将其发送给下位机4，下位机4实时接收所述响应程序，并将程序中的复位执行指令传递给从手机器人6。

进一步地，在完成步骤S21后，在步骤S22中，从手机器人6由上位机2和下位机4驱动控制着自转运动到手术预备位置。所述自动复位为粗复位，仅是从手机器人6后三个关节运动到预备位置，实现从手机器人6位置上的复位。其中与姿态有关的前三个关节暂时保持不动。所述从手机器人6手术预备位置的后三个关节具体数据由医生在术前确定完成，并将所述具体关节数据信息保存在上位机2存储模块的控制指令相应程序中，通过调用并执行所述控制指令响应程序，即可完成相关的操作。

进一步地，在完成步骤S22后，在步骤S23中，所述主从系统的上位机2主从控制策略程序开启，检测主手机器人1和从手机器人6的关节信息，完成空间位置信息匹配运算。其中，主手机器人1和从手机器人6在位置上采用增量式映射，因此不受影响可直接建立映射。主手机器人1和从手机器人6在姿态上采用绝对式映射，因此初始状态下，主手机器人1和从手机器人6的末端姿态要保持一致。由于主手机器人1的姿态自由度是被动的，因此在上位机2控制系统经过主手机器人1和从手机器人6的位姿配准计算后，采用以主手机器人1姿态保持不变，调节从手机器人6末端姿态与主手机器人1姿态一致的方式，来计算得出从手机器人6末端姿态关节的运动信息。

进一步地，在完成步骤S23后，在步骤S24中，从手机器人6由上位机2和下位机4驱动控制着自转运动到与主手机器人1末端姿态一致，完成姿态配准。

进一步地，在步骤S25中，将把超声探头模组5和粒子植入模组3进行复位操作并转动到初始位置，所述初始位置由医生在术前设定，所述超声探头模组5和粒子植入模组3的复位指令和初始位置信息在术前已经保存在下位机4存储模块的控制指令响应程序中。

进一步地，在步骤S26中，上位机控制摄像机8启动，获取实时图像。所述摄像机8用于获取病人病灶手术部位图像，为医生提供手术所需的视觉信息。

优选地，在图3所示的主从式前列腺粒子植入关键步骤流程图的基础上，如图5所示，是本发明的植入粒子流程图，具体还包括：

S701，医生控制主手机器人移动；

S702，上位机实时采集主手机器人位姿变量；

S703，上位机根据主手机器人位姿变量信号完成主从空间映射；

S704，上位机实时计算出从手机器人对应坐标系下的位姿变量；

S705，下位机接收从手机器人位姿变量信号，控制从手机器人达到指定位置和姿态；

S706，医生判断外针是否到达患者病灶入针点，若否则执行S701，若是则执行S707；

S707，医生调节外针控制手柄，发出进针信号；

S708，粒子植入模组接收外针遥控信号，推动外针进入患者病灶；

S709，医生判断外针是否到达指定进针深度，若否则执行S707，若是则执行S710；

S710，医生控制植入粒子按键，发射植入粒子信号；

S711，粒子植入模组接收植入粒子信号，控制内针推动粒子进入病灶靶点；

S712，医生判断同一路径中粒子植入是否完成，若否则执行S713,若是则执行S714；

S713，医生控制外针在患者体内后退到指定位置，然后跳转到S710；

S714，医生通过外针控制手柄控制外针退出患者体内；

S715，医生判断是否完成粒子植入，若否则执行S716，若是则植入粒子结束；

S716，更换外针，然后执行步骤S701。

本发明实施例中，在步骤S701中，医生移动主手机器人1到期望位置，进而控制从手机器人1移动。并通过观察显示器201中手术区域图像，控制从手机器人6带动粒子植入机构3所在位姿与病人病灶的距离，进一步控制主手手机器人1进行位姿调整。

进一步地，在步骤S702中，上位机2通过主手机器人1中每个关节处的编码器实时获取主手机器人1的关节角度变化。

进一步地，在步骤S703中，上位机2根据编码器数据，实时进行正运动学计算得出主手机器人1末端的空间坐标，并进行空间映射，进而得到从手机器人6的末端坐标。

进一步地，在步骤S704中，上位机对从手机器人6进行逆运动学求解，得到从手机器人6各个关节的运动角度，并发送给下位机4。

进一步地，在步骤S705中，下位机4接收上位机信号2，根据从手机器人6各个关节运动角度信息驱动各个关节电机转动，进而控制从手机器人6达到指定位置和姿态。

进一步地，在步骤S706中，判断从手机器人6末端夹持的粒子植入机构3外针是否到达患者病灶入针点，需要医生通过显示器201图像自主判断。

进一步地，在步骤S707中，医生通过控制外针控制手柄1001操控外针的进针。所述外针控制手柄1001具有一个自由度，用于控制外针的进给和后退。

进一步地，在步骤S708中，粒子植入模块3接收控制信息，驱动电机运转带动外针穿刺。

进一步地，在步骤S710中，医生按压植入粒子按键1002，上位机2接收到植入粒子指令，将会调用执行控制指令响应程序，指令响应程序发送给下位机4，下位机4将根据控制指令响应程序中的内容，将所述控制指令响应程序中的执行指令传递给粒子植入模组3，粒子植入模组3驱动电机控制内针推动粒子，完成粒子植入。

进一步地，在步骤S711中，在医生控制下每次植入了一颗放射性粒子后，上位机2都将统计植入过程中消耗的粒子数，当上位机2统计到术中已经完成粒子植入数量恰好为弹夹内粒子数量时，将会在显示器201的人机交互界面中发出提示，并结合下位机4自动完成所述弹匣的更换。

综合上所述，通过本发明提供的一种主从式前列腺粒子植入机器人系统及方法，将医生从狭小的手术空间抽离到宽阔的操作台实施手术，减少了医生的劳动强度，也更易于医生操作，提高了手术的效率。同时主从式机器人系统的使用可减少参与手术的医护人员数量，减少了人力资源压力，并且机器人系统实施手术可明显减少医生与患者病灶的直接接触次数，大大降低了患者术中感染的风险，进一步提高了手术的安全性。

以上内容是结合具体地实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不应认定本发明的具体实施只局限于以上说明。对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，所作出的若干不具有创造性劳动的变形或替换，均应视为由本发明所提交的权利要求确定的保护范围之内。