專利名稱：具有至少一個冗余關(guān)節(jié)的7或更多個自由度的機(jī)器人操縱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案屬于用在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的機(jī)器人操縱器的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常規(guī)的機(jī)器人設(shè)計用來一次次地做完全相同的事情，例如在用于裝配的裝配線上。這些機(jī)器人被編程并構(gòu)造為重復(fù)指定的動作以實(shí)現(xiàn)特定功能。機(jī)器人經(jīng)常用來實(shí)現(xiàn)比人類更加有效且通常更加精確的很多功能。典型地，常規(guī)的機(jī)器人包括一個或兩個機(jī)器人手臂。這些機(jī)器人手臂可以具有多個部件來幫助沿不同的自由度(DOF)方便地移動。一些常規(guī)的機(jī)器人使用計算機(jī)通過啟動與相應(yīng)部件相連的各個步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來控制機(jī)器人手臂的部件。其他設(shè)計可以使用液壓或氣動來啟動手臂部件的移動。計算機(jī)允許機(jī)器人手臂進(jìn)行精確且可重復(fù)的移動?，F(xiàn)有技術(shù)中的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂(SCARA)機(jī)器人用4個或更少的自由度 (“D0F")操作。換句話說，這些機(jī)器人手臂設(shè)計成沿著4個或更少的軸移動。常規(guī)機(jī)器人手臂的典型應(yīng)用是拾放式機(jī)器。拾放式機(jī)器用于自動化組裝、自動化放置、印刷電路板制造、集成電路拾放、以及其他涉及小物件的自動化工作，例如加工、測量、測試和焊接。這些機(jī)器人手臂包括末端執(zhí)行器，也稱為機(jī)器人外圍設(shè)備、機(jī)器人附件、機(jī)器人或者機(jī)器人工具、臂端(EOA)工具、或者臂端裝置。末端執(zhí)行器可以為例如機(jī)器人機(jī)械爪、沖壓工具、噴漆槍、噴燈、修邊工具、弧焊槍、鉆之類的裝置。這些末端執(zhí)行器典型地設(shè)置在機(jī)器人手臂的端部，并且用于上面描述的用途。一個普通的末端執(zhí)行器是手的簡化版本，其可以抓住并攜帶不同對象。這種末端執(zhí)行器典型地支撐范圍從3kg-20kg(6. 61-44. 09磅)的最大有效載荷。在輻射治療系統(tǒng)的輻射源的定位中實(shí)施的另一種類型的機(jī)器人包括鉸接的機(jī)器人手臂，以定位輻射源例如線性加速器(LINAC)，所述輻射源安裝在鉸接的機(jī)器人手臂的遠(yuǎn)端以選擇性地發(fā)射輻射，例如如美國專利5，207，223 (Adler)中所述。


本發(fā)明的實(shí)施方案通過例子而不是限制的方式并結(jié)合附圖來解釋，圖中圖1示出機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)的一個實(shí)施方案，其包括具有7個自由度的機(jī)器人手臂。圖2示出具有冗余關(guān)節(jié)的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)的另一實(shí)施方案。 圖3A示出機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)300的一個實(shí)施方案，其沿著第一軸在第一位置包括具有7個自由度的垂直安裝的機(jī)器人手臂。
圖;3B示出圖3A的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)沿著第一軸在第二位置的另一實(shí)施方案。圖3C示出機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)350的另一實(shí)施方案，包括水平安裝在用于第七自由度的線性軌道上的具有6個自由度的機(jī)器人手臂。圖4A示出在相對于治療床的第一位置的常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)的頂部側(cè)視圖。圖4B示出根據(jù)一個實(shí)施方案在相對于治療床的第一位置的機(jī)器人治療系統(tǒng)的頂部側(cè)視圖。圖4C示出在相對于治療床的第二位置的圖4A的常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)的頂部側(cè)視圖。圖4D示出根據(jù)一個實(shí)施方案在相對于治療床的第二位置的圖4B的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)的頂部側(cè)視圖。圖5是示出根據(jù)一個實(shí)施方案的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)的工作空間的透視圖。圖6示出使用機(jī)器人操縱器來定位醫(yī)學(xué)工具的方法的一個實(shí)施方案。圖7示出使醫(yī)學(xué)工具保持在固定位置的方法的另一實(shí)施方案。圖8示出可用于進(jìn)行輻射治療的治療系統(tǒng)的一個實(shí)施方案的流程圖，其中可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式本文所述具有耦合機(jī)器人操縱器的醫(yī)學(xué)工具的設(shè)備，所述機(jī)器人操縱器可沿著7 或更多個自由度移動醫(yī)學(xué)工具，機(jī)器人操縱器具有至少一個冗余關(guān)節(jié)。在下面的描述中，提出很多具體的細(xì)節(jié)，例如具體的元件、裝置、方法的例子等，以用于提供徹底理解本發(fā)明的實(shí)施方案。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講明顯的是，不需要使用這些具體細(xì)節(jié)來實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案。在其他情況下，熟知的材料或方法沒有詳細(xì)描述，以避免使本發(fā)明的實(shí)施方案不必要的模糊。機(jī)器人操縱器可以沿7或更多個DOF定位附接機(jī)器人操縱器的醫(yī)學(xué)工具。機(jī)器人操縱器包括通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接以沿7或更多個DOF移動醫(yī)學(xué)工具。剛性連接中的一種包括附加關(guān)節(jié)(本文也稱為冗余關(guān)節(jié))。通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接允許醫(yī)學(xué)工具的旋轉(zhuǎn)或平移位移。在一個實(shí)施方案中，7個DOF包括至少一個冗余D0F。附加關(guān)節(jié)可用于沿一個冗余DOF移動醫(yī)學(xué)工具。例如，通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接可用于沿6個DOF 移動醫(yī)學(xué)工具，并且附加關(guān)節(jié)可用于沿第七DOF移動醫(yī)學(xué)工具，第七DOF是冗余D0F?？商鎿Q地，通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接可用于沿多于7個DOF移動醫(yī)學(xué)工具，其中一個剛性連接的兩個附加關(guān)節(jié)用于沿兩個冗余DOF移動醫(yī)學(xué)工具。機(jī)器人操縱器可用在機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)中以在例如治療輻射治療的過程中調(diào)節(jié)輻射源的位置和取向。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)包括機(jī)器人操縱器例如鉸接的機(jī)器人手臂， 以在三維(3D)空間中定位和取向輻射源例如LINAC。然而，不同于常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)，本文所述的實(shí)施方案的機(jī)器人操縱器包括一個或多個附加關(guān)節(jié)(其用在具有6個DOF 的常規(guī)機(jī)器人手臂中)以沿著第七或更多DOF移動醫(yī)學(xué)工具。例如，通過在第三軸(A3)和腕部組件之間的連接上增加附加關(guān)節(jié)，機(jī)器人操縱器可定位關(guān)節(jié)，使得相對于常規(guī)機(jī)器人手臂，能夠產(chǎn)生更大的移動范圍，而不會使患者或治療床處于和機(jī)器人操縱器碰撞的風(fēng)險中。通過下列方式可實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果在第一和第二軸仏1和似)的位置處增加第三關(guān)節(jié)， 以允許機(jī)器人操縱器例如朝向地板旋轉(zhuǎn)機(jī)器人操縱器的主體。使用這樣的例子，機(jī)器人操縱器可以在多種高度定位醫(yī)學(xué)工具，例如，機(jī)器人操縱器可定位LINAC至用于更高等角點(diǎn) (isocenter)的低位，或定位至用于低等角點(diǎn)的高位。由于本文所述的實(shí)施方案包括7或更多個自由度的一個或多個冗余D0F，因此本文所述的實(shí)施方案比常規(guī)6個DOF機(jī)器人手臂擁有更多的能力。盡管考慮到特別的自由度機(jī)器人操縱器的工作空間實(shí)質(zhì)性增加，但是具有一個或多個冗余DOF的機(jī)器人操縱器對于醫(yī)學(xué)工具的給定工具姿勢提供無限數(shù)量的構(gòu)造。工作空間表示機(jī)器人操縱器的操作環(huán)境 (operating envelop)。機(jī)器人操縱器的一個或多個冗余DOF還可允許機(jī)器人操縱器移動， 同時工具位置保持不變，以及能夠進(jìn)行光滑的平面運(yùn)動。這些附加DOF還可允許機(jī)器人避免障礙所要求的運(yùn)動。本文所述的實(shí)施方案可提供更多節(jié)點(diǎn)和更多路徑以到達(dá)節(jié)點(diǎn)(例如現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)和新的節(jié)點(diǎn))。本文所述的實(shí)施方案還可提供路徑的優(yōu)化以到達(dá)節(jié)點(diǎn)。例如，本文所述的實(shí)施方案可減少穿越節(jié)點(diǎn)的時間，以及增加可能的障礙之間的距離邊緣或間隙。本文所述的實(shí)施方案還可用于使用機(jī)器人操縱器使醫(yī)學(xué)工具定位在固定點(diǎn)，并且使醫(yī)學(xué)工具保持在所述固定點(diǎn)，同時移動機(jī)器人操縱器。本文所述的實(shí)施方案還可用于操縱醫(yī)學(xué)工具通過限定體積(例如迷宮)，而不會和限定體積外部的對象碰撞。應(yīng)該注意，在常規(guī)系統(tǒng)中通常避免具有多于6個DOF的機(jī)器人手臂，因?yàn)橛布膹?fù)雜性增加并且要求的動力學(xué)分析增加。然而，本文所述的實(shí)施方案可用于避免障礙，并且機(jī)器人操縱器可分解成兩個部件-腕部組件和手臂組件，以簡化工具位置和工具取向的動力學(xué)分析。例如，可使用不同的方法來解決各部件的動力學(xué)。還應(yīng)該注意，本文所述的實(shí)施方案被示出和描述為耦合LINAC的機(jī)器人手臂，然而在其他實(shí)施方案中，可以使用其他機(jī)器人操縱器和/或其他醫(yī)學(xué)工具。例如，醫(yī)學(xué)工具可以是成像器的成像源、手術(shù)工具、移植工具、治療床等。圖1示出機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的一個實(shí)施方案，其包括具有7個自由度的機(jī)器人手臂202。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200包括LINAC 203、和具有腕部組件212與手臂組件的機(jī)器人手臂202。腕部組件212被構(gòu)造為沿3個旋轉(zhuǎn)DOF (軸5-7)移動LINAC 203，并且手臂組件被構(gòu)造為沿4個DOF (軸1-4)移動LINAC 203，其中一個是冗余D0F。手臂組件包括通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接，以沿4個D0F、包括冗余DOF移動LINAC 203。LINAC 203用于產(chǎn)生可定向于靶的輻射束。機(jī)器人手臂可以是高度鉸接的機(jī)器人手臂，其可具有多個旋轉(zhuǎn)D0F，以合適地定位和取向LINAC 203，從而使用在開放體積內(nèi)從多個角度遞送的光束圍繞患者205而輻射靶例如病理解剖學(xué)靶。應(yīng)該注意，患者205可以是人患者，并且可替換地，可以是動物患者。此外，在其他實(shí)施方案中，可以使用除了人或動物之外的其他對象。使用機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200實(shí)施治療可涉及具有單一等角點(diǎn)(會聚點(diǎn))、多個等角點(diǎn)、或沒有任何特定等角點(diǎn)(即，光束僅需要交織病理靶體積，并且不必會聚在靶內(nèi)的單一點(diǎn)或等角點(diǎn)上)的光束路徑。而且，治療可以以單次對話(單-分割)或少數(shù)對話(低-分割)的方式來遞送，如治療計劃期間所確定的那樣。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng) 200根據(jù)治療計劃來遞送輻射束，而無需使患者固定至剛性外部框架，以使用手術(shù)之前治療計劃期的過程中的靶體積的位置來登記為靶體積的手術(shù)期間位置。LINAC 203可旋轉(zhuǎn)地附接腕部組件212，其包括工具偏移關(guān)節(jié)、工具俯仰關(guān)節(jié)和工具滾動關(guān)節(jié)。腕部組件212的工具偏移關(guān)節(jié)可耦合安裝板(未示出)，其可附接LINAC 203 的底部?？商鎿Q地，腕部組件212的工具偏移關(guān)節(jié)可直接偶合LINAC 203的底部。腕部組件212的工具偏移關(guān)節(jié)促進(jìn)LINAC203在沿著ζ-軸的偏移-旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。工具俯仰關(guān)節(jié)可耦合工具偏移關(guān)節(jié)，并促進(jìn)LINAC 203在沿著y-軸的俯仰-旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。工具滾動關(guān)節(jié)可耦合工具俯仰關(guān)節(jié)，并促進(jìn)LINAC 203在沿著χ-軸的滾動-旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。ζ-軸、y-軸和χ-軸可以是機(jī)器人手臂202的軸5-7。在示出的實(shí)施方案中，手臂組件包括冗余關(guān)節(jié)組件211、肘部組件213、第一肩部組件214和第二肩部組件215。冗余關(guān)節(jié)組件211耦合腕部組件212的工具滾動關(guān)節(jié)。冗余關(guān)節(jié)組件213可包括3個驅(qū)動軸和3個電機(jī)以驅(qū)動腕部組件212的關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在一個實(shí)施方案中，本文討論的電機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)?？商鎿Q地，電機(jī)可以是伺服電機(jī)或本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的其他電機(jī)。第一驅(qū)動軸可耦合工具偏移關(guān)節(jié)和第一電機(jī)。第一電機(jī)和驅(qū)動軸驅(qū)動LINAC 203沿著偏移軸-軸7旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。第二驅(qū)動軸可耦合工具俯仰關(guān)節(jié)和第二電機(jī)。第二電機(jī)和驅(qū)動軸驅(qū)動LINAC 203沿著俯仰軸-軸6旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。第三驅(qū)動軸可耦合工具-滾動關(guān)節(jié)和第三電機(jī)。第三電機(jī)和驅(qū)動軸驅(qū)動LINAC 203沿著滾動軸-軸5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。應(yīng)該注意，軸可以以軸5-7的其他次序來表示。肘部組件213通過冗余關(guān)節(jié)耦合冗余關(guān)節(jié)組件211，并且第一肩部組件214通過肘關(guān)節(jié)耦合肘部組件213。冗余關(guān)節(jié)包括齒輪箱，其可被構(gòu)造為沿旋轉(zhuǎn)軸-軸4驅(qū)動冗余關(guān)節(jié)組件211的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。肘關(guān)節(jié)包括肘部齒輪箱，其可被構(gòu)造為沿旋轉(zhuǎn)軸-軸3驅(qū)動肘部組件213的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。肩部組件214包括第一肩關(guān)節(jié)，其包括齒輪箱，所述齒輪箱可被構(gòu)造為沿旋轉(zhuǎn)軸-軸2驅(qū)動第一肩部組件214的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。附加關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的齒輪箱可促進(jìn)LINAC 203在3-D空間中的平移運(yùn)動。第二肩部組件215通過包括齒輪箱的第二肩關(guān)節(jié)耦合第一肩部組件214，所述齒輪箱可被構(gòu)造為沿旋轉(zhuǎn)軸-軸1驅(qū)動第二肩部組件215 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。應(yīng)該注意，在其他實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂202可包括除了齒輪箱之外的其他類型的運(yùn)動致動器，以依照來自控制器的方向而移動LINAC 203。在示出的實(shí)施方案中，冗余關(guān)節(jié)組件211耦合在腕部組件212和肘部組件213之間?？商鎿Q地，冗余關(guān)節(jié)組件211可耦合在手臂組件的其他組件之間。例如，在另一實(shí)施方案中，冗余關(guān)節(jié)組件耦合在肘部組件和第一肩部組件之間。在該實(shí)施方案中，肘關(guān)節(jié)耦合腕部組件和肘部組件。肘關(guān)節(jié)包括肘部齒輪箱以沿旋轉(zhuǎn)軸-軸4驅(qū)動機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此外，冗余關(guān)節(jié)耦合肘部組件和第一肩部組件。冗余關(guān)節(jié)包括齒輪箱以沿旋轉(zhuǎn)軸-軸 3驅(qū)動機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。第一和第二肩部組件包括第一和第二肩關(guān)節(jié)和相應(yīng)的齒輪箱，以沿旋轉(zhuǎn)軸-軸2和軸1驅(qū)動機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如上所述。在另一實(shí)施方案中， 當(dāng)肘部組件213直接偶合腕部組件212時，肘部組件包括分別耦合工具偏移關(guān)節(jié)、工具俯仰關(guān)節(jié)和工具滾動關(guān)節(jié)的第一、第二和第三驅(qū)動軸，以及第一、第二和第三電機(jī)以分別驅(qū)動工具-偏移、工具-俯仰和工具滾動關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。機(jī)器人手臂202可通過第二肩關(guān)節(jié)耦合安裝組件216。安裝組件216可耦合地板、 墻壁、天花板、圓柱等?？商鎿Q地，機(jī)器人手臂202可直接偶合地板、墻壁、天花板、圓柱等， 而無需使用安裝組件216。在另一實(shí)施方案中，第二肩部組件215包括具有第三肩部齒輪箱的第三肩關(guān)節(jié)， 以沿機(jī)器人手臂的第八軸驅(qū)動機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在另一實(shí)施方案中，安裝組件216耦合軌道安裝組件(其耦合軌道226)?？商鎿Q地，第二肩部組件215可耦合軌道安裝組件。 軌道安裝組件和軌道可促進(jìn)LINAC203沿基本上線性軸的平移運(yùn)動。軌道可水平取向或垂直取向。該線性軸可以是機(jī)器人手臂的8個軸。在另一實(shí)施方案中，線性軸是第七D0F，其如上所述取代最后旋轉(zhuǎn)軸-軸1。在一個實(shí)施方案中，基本上線性DOF是7個或8個DOF的第一 D0F，這是指DOF最接近機(jī)器人手臂的基端，其相對于機(jī)器人手臂的末端執(zhí)行器端(也稱為使用端)處的最后 D0F,這距離機(jī)器人手臂的基端最遠(yuǎn)。第一 DOF被構(gòu)造為移動機(jī)器人手臂的其他6個或7個旋轉(zhuǎn)D0F。即，醫(yī)學(xué)工具和機(jī)器人手臂沿著基本上線性軸在醫(yī)學(xué)工具運(yùn)動的整個范圍內(nèi)移動，而不會使醫(yī)學(xué)工具沿著旋轉(zhuǎn)自由度運(yùn)動?；旧暇€性DOF包括基本上線性軸，所述基本上線性軸用于使醫(yī)學(xué)工具沿著ζ-軸 (基本上垂直于互相正交的水平坐標(biāo)X-和1-軸)的基本上垂直線平移運(yùn)動，或者使醫(yī)學(xué)工具沿基本上垂直于Z-軸的互相正交的水平坐標(biāo)X-和y-軸的基本上水平線平移運(yùn)動。在一個實(shí)施方案中，軌道可垂直取向例如垂直安裝圓柱的垂直側(cè)。圓柱可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的地板或地板下的坑中。在另一實(shí)施方案中，圓柱可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的天花板?？商鎿Q地，軌道可垂直安裝至本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他結(jié)構(gòu)，例如墻壁、基座、塊體或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施方案中，軌道可在治療輻射治療的過程中水平取向例如水平安裝至治療室的地板或地板下的坑中。在另一實(shí)施方案中，軌道可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的天花板?？商鎿Q地，軌道可水平安裝至本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施方案中，控制器(為易于描述未示出)耦合機(jī)器人手臂202以沿7或更多個DOF移動機(jī)器人手臂和LINAC 203。機(jī)器人手臂202可被從控制器接收的運(yùn)動命令控制。在另一實(shí)施方案中，用戶界面單元耦合控制器以沿7或更多個DOF手動移動機(jī)器人手臂 202 和 LINAC 203。使用7個旋轉(zhuǎn)D0F(包括一個冗余D0F)的腕部組件212、肘部組件213、第一肩部組件214、第二肩部組件215和安裝組件216的上述布置促進(jìn)LINAC 203的定位。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的機(jī)器人手臂202的7個DOF可在期望治療區(qū)域的基本上任何位置(例如機(jī)器人手臂202的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)的工作空間)定位和取向LINAC 203。機(jī)器人手臂 202可定位LINAC 203以在工作空間或治療區(qū)域內(nèi)的多個位置中具有工具中心位置(TCP)、 機(jī)器中心或等角點(diǎn)。由控制器產(chǎn)生的運(yùn)動命令信號可控制機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200沿多個 DOF的校正運(yùn)動。在一個實(shí)施方案中，LINAC 203相對于治療床206的定位和取向可是已知的，使得可實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)動。在一個示例性實(shí)施方案中，LINAC 203和治療床206可稱為公共 (或〃房間〃)坐標(biāo)系?？商鎿Q地，機(jī)器人手臂202可被構(gòu)造為促進(jìn)LINAC 203沿著8個 DOF運(yùn)動。在一個實(shí)施方案中，8個DOF包括2個冗余D0F。在另一實(shí)施方案中，8個DOF包括7個旋轉(zhuǎn)D0F，包括一個冗余DOF和一個平移D0F?？商鎿Q地，其他構(gòu)造是可能的。在一個示例性實(shí)施方案中，7個DOF包括用于使LINAC 203沿著互相正交的x_、y_和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的4個旋轉(zhuǎn)軸、和用于使LINAC 203分別圍繞x_、y-和z_軸滾動-、俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸。在該實(shí)施方案中，4個旋轉(zhuǎn)軸包括用于LINAC 203的平移運(yùn)動的一個冗余旋轉(zhuǎn)軸。在另一示例性實(shí)施方案中，8個DOF包括用于使LINAC 203沿著互相正交的χ-、y-和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的5個旋轉(zhuǎn)軸、和用于使LINAC 203分別圍繞x_、y-和ζ-軸滾動_、俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸。在另一示例性實(shí)施方案中，8個DOF包括用于使LINAC 203沿著互相正交的χ-、 y-和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的4個旋轉(zhuǎn)軸、用于使LINAC 203分別圍繞x-、y-和ζ-軸滾動-、 俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸、和基本上線性D0F，所述基本上線性DOF包括基本上線性軸，所述基本上線性軸用于使醫(yī)學(xué)工具沿著ζ-軸(基本上垂直于互相正交的水平坐標(biāo) χ-和y_軸)的基本上垂直線平移運(yùn)動，或者使醫(yī)學(xué)工具沿基本上垂直于ζ-軸的互相正交的水平坐標(biāo)χ-和y-軸的基本上水平線平移運(yùn)動?？商鎿Q地，在其他構(gòu)造中可使用一個或多個冗余D0F。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200被構(gòu)造為使用控制器在治療輻射治療的過程中，在計算機(jī)控制下調(diào)節(jié)LINAC 203在治療室的3D工作空間或操作環(huán)境中的定位和取向?？刂破骺神詈蠙C(jī)器人手臂202、運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210、用戶界面、成像系統(tǒng)(包括χ-射線源207和檢測器208)和患者定位系統(tǒng)212，包括治療床206?？商鎿Q地，控制器耦合圖1中所示系統(tǒng)的更多或更少的組件。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200可以是使用LINAC的無框、圖像引導(dǎo)的機(jī)器人基治療輻射治療系統(tǒng)?？商鎿Q地，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200可以是其他類型的機(jī)器人基醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。在一個實(shí)施方案中，輻射源是LINAC，例如LINAC 203?？商鎿Q地，輻射源可以是可安裝至機(jī)器人手臂的遠(yuǎn)端的其他類型的輻射源。在一個實(shí)施方案中，LINAC 203是 χ-射線LINAC。可替換地，LINAC 203可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的其他類型的LINAC。在示出的實(shí)施方案中，患者定位系統(tǒng)212耦合機(jī)器人手臂221的治療床206，機(jī)器人手臂221具有腕部組件222、肘部組件223、肩部組件224、軌道安裝組件225和軌道226。 機(jī)器人手臂221被構(gòu)造為沿6個D0F、包括一個基本上線性DOF移動治療床。機(jī)器人手臂 221包括通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接以沿5個旋轉(zhuǎn)DOF移動治療床206。機(jī)器人手臂221 安裝至軌道226，這促進(jìn)治療床206沿基本上線性DOF運(yùn)動。腕部組件222被構(gòu)造為沿3個旋轉(zhuǎn)DOF(軸4-6)移動治療床206，并且肘部、肩部和軌道安裝組件223-225與軌道2 被構(gòu)造為沿3個D0F、2個旋轉(zhuǎn)DOF和基本上線性DOF移動治療床206。肘部組件223耦合腕部組件222和肩部組件224。軌道安裝組件225耦合軌道2 和肩部組件214的肩關(guān)節(jié)。在示出的實(shí)施方案中，軌道安裝組件225和軌道2 促進(jìn)LINAC 203沿基本上垂直線性軸平移運(yùn)動?；旧洗怪本€性軸(ζ-)可基本上垂直于兩維水平面 (x-，y-)。在一個實(shí)施方案中，軌道可垂直取向例如垂直安裝至圓柱的垂直側(cè)。圓柱可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的地板或地板下的坑中。在另一實(shí)施方案中，圓柱可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的天花板。可替換地，軌道2 可垂直安裝至本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他結(jié)構(gòu)，例如墻壁、基座、塊體或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。盡管在圖1中治療床206耦合機(jī)器人手臂221，但是在其他實(shí)施方案中，可以使用其他患者定位系統(tǒng)以相對于機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200來定位和取向患者。例如，LINAC 203 可相對未耦合機(jī)器人手臂的治療床206定位，例如安裝至架臺、地板、AXUM 治療床(由 California，Sunnyvale的Accuray Inc.開發(fā))或其他患者定位系統(tǒng)的治療床。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂221耦合與控制機(jī)器人手臂202的控制器相同的控制器?？刂破骺捎糜趨f(xié)調(diào)LINAC 203和治療床206相對于彼此的運(yùn)動。這可允許LINAC203在另外的位置相對于治療床來定位和取向，所述另外的位置可對于常規(guī)系統(tǒng)而言是之前障礙的。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂202和221耦合單獨(dú)的控制器。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200包括χ-射線成像系統(tǒng)。χ-射線成像系統(tǒng)產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，其表示靶的一個或多個實(shí)時或接近實(shí)時圖像。X-射線成像系統(tǒng)可包括一對診斷X-射線源207、和各X-射線成像源關(guān)聯(lián)的電源、一個或兩個成像檢測器208 (或相機(jī))和控制器。χ-射線成像源207可以成角度分開安裝，例如約90度分開安裝，并且通過治療靶(例如患者內(nèi)的腫瘤)瞄向檢測器208?？商鎿Q地，可以使用單一大型檢測器，其將由各χ-射線源照射。在單一檢測器成像系統(tǒng)中，兩個χ-射線源207可以以小于90度的角度分開定位，以使兩個圖像保持在單一檢測器表面上。檢測器208可放置在治療靶下，例如在地板上，在治療床206上，或在LINAC 203 下方，并且χ-射線成像源207可定位在治療靶上(例如治療室的天花板)，以使圖像的放大倍數(shù)、以及因此檢測器208的要求尺寸最小化。在可替換的實(shí)施方案中，χ-射線成像源207 和檢測器208的位置可反轉(zhuǎn)，例如χ-射線成像源207在治療靶下并且檢測器208在治療靶上。在另一實(shí)施方案中，檢測器208以這樣的方式布置，使得在LINAC203或治療床206的定位過程中或者在遞送來自LINAC 203的輻射束的過程中，它們移動到用于成像的位置中和從該途徑中移動出來。檢測器208可產(chǎn)生患者的圖像信息，并且將其發(fā)送至控制器。控制器進(jìn)行所有的成像計算以確定相對于期望的治療位置的患者位置，并產(chǎn)生對于各種DOF的校正。校正可以自動施加至機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200，以自動對齊LINAC 203，和/或發(fā)送至控制器以使用治療床206和機(jī)器人手臂212相對于LINAC 203自動調(diào)節(jié)患者位置，和/或發(fā)送至用于用戶的用戶界面單元以使用機(jī)器人手臂202和221中的一個或兩個相對于LINAC 206手動調(diào)節(jié)患者位置。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的校正運(yùn)動可以使用控制器以這樣的方式動態(tài)協(xié)調(diào)治療床206和機(jī)器人手臂221的運(yùn)動，該方式為使適用于系統(tǒng)的工作空間最小化。通過使用控制器動態(tài)協(xié)調(diào)治療床206和LINAC 203的運(yùn)動，治療靶的可用數(shù)量增加，因?yàn)槔缤ㄟ^治療室內(nèi)的檢測器208和/或χ-射線成像源207、機(jī)器人手臂或其他設(shè)備，LINAC 203和治療床206的取向和定位數(shù)量增加，這是無障礙的。在該實(shí)施方案中， LINAC 203的機(jī)器人實(shí)施的運(yùn)動通過治療床206的校正運(yùn)動補(bǔ)充，使得LINAC 203和治療床 206之間的相對運(yùn)動確保在整個靶區(qū)內(nèi)遞送期望的輻射圖案。治療床206在治療過程中支撐患者205，并且可定位在成像系統(tǒng)的兩個x_射線相機(jī)和它們相應(yīng)的診斷X-射線源之間。在一個實(shí)施方案中，治療床206可由射線可透的材料制成，使得患者能夠通過治療床206成像。成像系統(tǒng)產(chǎn)生實(shí)時或接近實(shí)時的表示靶在治療坐標(biāo)框架中的位置和取向的χ射線圖像?？刂破骺梢园委熡媱澓瓦f送軟件，其可以響應(yīng)預(yù)治療掃描數(shù)據(jù)CT (和/或MRI 數(shù)據(jù)、PET數(shù)據(jù)、超聲掃描數(shù)據(jù)、和/或熒光透視法成像數(shù)據(jù))和用戶輸入，以產(chǎn)生包括期望的連續(xù)光束路徑的治療計劃，在每個固定的一組治療位置或節(jié)點(diǎn)處，每個光束路徑都具有相關(guān)的劑量率和持續(xù)時間。響應(yīng)于控制器的方向，機(jī)器人手臂移動且取向LINAC 203連續(xù)地且有序地通過每個節(jié)點(diǎn)，而LINAC 203如控制器所指導(dǎo)的那樣遞送所需的劑量。預(yù)治療掃描數(shù)據(jù)可以包括例如CT掃描數(shù)據(jù)、MRI掃描數(shù)據(jù)、PET掃描數(shù)據(jù)、超聲掃描數(shù)據(jù)、和/或熒光透視法成像數(shù)據(jù)。在治療前，可調(diào)節(jié)在由成像系統(tǒng)建立的參考框內(nèi)的患者位置和取向，以與患者在的提供用于計劃治療的圖像的CT (或者M(jìn)RI或者PET或者熒光透視法)掃描器的參考框內(nèi)的位置和取向匹配。在一個示例性實(shí)施方案中，這種對齊可以在所有DOF的上達(dá)到幾十毫米和幾十度內(nèi)?？刂破鬟€可以通信診斷或治療計劃系統(tǒng)，從而接收表示患者內(nèi)治療靶的一個或多個預(yù)治療掃描的預(yù)治療掃描數(shù)據(jù)。預(yù)治療掃描可顯示出靶相對于預(yù)治療坐標(biāo)系的位置和取向?？刂破鬟€可以從成像系統(tǒng)(χ-射線源207和檢測器208)接收表示靶的實(shí)時或接近實(shí)時圖像的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)可含有關(guān)于靶靶相對于治療坐標(biāo)系的實(shí)時或接近實(shí)時的位置和取向的信息。治療坐標(biāo)系和預(yù)治療坐標(biāo)系通過已知的變換參數(shù)而相關(guān)聯(lián)?？刂破骺梢园ㄝ斎肽K，用于接收1)表示靶的預(yù)治療掃描的預(yù)治療掃描數(shù)據(jù)， 以及2)表示靶的實(shí)時或者接近實(shí)時的圖像的實(shí)時或接近實(shí)時圖像數(shù)據(jù)。預(yù)治療掃描顯示出靶相對于預(yù)治療坐標(biāo)系的位置和取向。在控制器的命令下由成像系統(tǒng)采集的接近實(shí)時圖像顯示出治療靶相對于治療坐標(biāo)系的位置和取向。治療坐標(biāo)系和預(yù)治療坐標(biāo)系通過已知的變換參數(shù)而相關(guān)聯(lián)?？刂破靼═LS (靶位置系統(tǒng))處理單元，該處理單元使用預(yù)治療掃描數(shù)據(jù)、實(shí)時或接近實(shí)時圖像數(shù)據(jù)、以及預(yù)治療坐標(biāo)系和治療坐標(biāo)系之間的變換參數(shù)來計算治療靶在治療坐標(biāo)系中的位置和取向。控制器的所述處理單元還可以計算LINAC 203的等角點(diǎn)的位置和取向。運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210可用于檢測LINAC 203和/或治療床206的位置。運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210可以是機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的一部分或和機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200分離?？刂破骺刹僮鞯伛詈线\(yùn)動追蹤系統(tǒng)210，以基于從從運(yùn)動追蹤系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)來計算LINAC 203相對于治療室或其他預(yù)定的治療坐標(biāo)系的位置和取向?？刂破骺瑟?dú)立地檢查針對周圍障礙的模型的LINAC的位置和取向，以確保在機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的運(yùn)動過程中LINAC 203不和障礙碰撞?？刂破鬟€可操作以按這樣的方式控制機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的運(yùn)動， 該方式為在整個治療方案中患者解剖內(nèi)的治療靶相對于LINAC203是治療光束源保持合適地對齊?？刂破鬟€可用于操作治療床206的定位。運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210可以是設(shè)置在治療室內(nèi)以用于檢測相對于治療室或其他治療坐標(biāo)系的LINAC 203的位置的激光掃描系統(tǒng)或光學(xué)追蹤系統(tǒng)。示例性激光掃描系統(tǒng)可以以接近60x/秒掃描治療室，以確定LINAC 203的位置。激光掃描系統(tǒng)可以包括執(zhí)行單平面掃描、或者兩平面掃描或者多平面掃描的裝置。相應(yīng)地，控制器可以裝載適于接收來自運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210的信息并計算LIN AC 203以及治療床或治療室中的其他設(shè)備的位置的軟件，使得包括控制器的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200總知道LINAC 203的位置。控制器可以被編程以自動或者周期性地將LINAC 203和治療床校準(zhǔn)。在可替換的實(shí)施方案中，運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210包括用于跟蹤LINAC 203相對于治療坐標(biāo)系的位置的磁性追蹤系統(tǒng)。磁性追蹤系統(tǒng)優(yōu)選地包括與LINAC 203附接的至少一個變換器?？商鎿Q地，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的其他傳感器系統(tǒng)，例如附接LINAC 203 的用于傳感LINAC 203的運(yùn)動的慣性傳感器，分解器基傳感器系統(tǒng)，紅外三角系統(tǒng)，光學(xué)編碼器等。應(yīng)該注意，運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210可用于追蹤機(jī)器人手臂202、LINAC 203、機(jī)器人手臂 221、治療床206、患者205、或治療室內(nèi)的其他對象。運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210還可用于追蹤患者205內(nèi)的靶。通過比較治療靶與LINAC 203的等角點(diǎn)的位置，控制器可以適于檢測由患者的移動造成的治療靶與LINAC 203的等角點(diǎn)的未對齊，并且產(chǎn)生運(yùn)動命令信號用于實(shí)施機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的校正運(yùn)動，從而使治療靶相對于輻射治療源(例如LINAC 203)對齊。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的校正運(yùn)動可以適應(yīng)多種運(yùn)動，例如呼吸運(yùn)動；患者心臟的強(qiáng)心泵運(yùn)動；打噴嚏、咳嗽或打嗝；以及患者的一個或多個身體部位的肌肉移動。在另一實(shí)施方案中，通過比較預(yù)治療圖像與實(shí)時或接近實(shí)時圖像并通過利用機(jī)器人手臂202和/或患者(使用治療床)來重新定位LINAC 203，或者通過調(diào)節(jié)LINAC 203和治療床的位置以與治療計劃對應(yīng)，包括控制器的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200可以適于檢測和適應(yīng)可由組織變形引起的腫瘤幾何形狀的改變?？刂破靼ㄓ糜诮⒑途S護(hù)與LINAC 203的可靠通信界面的軟件。該軟件使用為 LINAC 203開發(fā)的界面說明?？刂破鬟M(jìn)一步包括用于將患者位置和取向信息從成像系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成在LINAC 203的移動能力的DOF內(nèi)的適當(dāng)?shù)囊苿訂卧能浖??？刂破骺梢园ㄓ糜谙蛑委熯f送系統(tǒng)用戶控制臺提供用戶界面單元的軟件，以監(jiān)測和啟動機(jī)器人治療遞送系統(tǒng) 200的運(yùn)動從而定位患者。控制器200還可以包括用于檢測、報告和處理通信中或者LINAC 203的軟件控制中的錯誤的軟件?？刂破骺梢园ㄖ辽僖粋€用戶界面單元以用于能夠使用戶通過實(shí)施一個或多個用戶可選擇功能來相互控制機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的運(yùn)動或校正運(yùn)動。用戶界面單元可以是手持用戶界面單元或者遠(yuǎn)程控制單元?？商鎿Q地，用戶界面單元可以是顯示器上的圖形用戶界面(GUI)?？刂破骱蜋C(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的其他組件(例如機(jī)器人手臂202、LINAC 203、 運(yùn)動追蹤系統(tǒng)210、用戶界面、治療床206和成像系統(tǒng))之間的通信鏈路可以是具有維持可靠和實(shí)時通信所必須的帶寬的有線鏈路或者無線鏈路。應(yīng)該注意，上述實(shí)施方案中的附加關(guān)節(jié)在耦合到腕部組件211和肘部組件213之間的冗余關(guān)節(jié)組件中實(shí)施，然而，在其他實(shí)施方案中，冗余關(guān)節(jié)可以在其他構(gòu)造中實(shí)施。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂包括耦合LINAC 203的腕部組件、耦合腕部組件的手臂組件。 手臂組件可包括一個或多個冗余關(guān)節(jié)。一個或多個冗余關(guān)節(jié)可聯(lián)合一個或多個冗余關(guān)節(jié)組件實(shí)施，或者實(shí)施為手臂組件的其他組件的附加關(guān)節(jié)。例如，圖1的示出的實(shí)施方案描述了腕部組件211和肘部組件213之間的附加關(guān)節(jié)。在其他實(shí)施方案中，附加關(guān)節(jié)可設(shè)置在冗余關(guān)節(jié)組件中，所述冗余關(guān)節(jié)組件耦合在下列中的任意兩者之間肘部組件213、第一肩部組件214、第二肩部組件215和安裝組件216。在其他實(shí)施方案中，附加關(guān)節(jié)可實(shí)施為下列任一種的關(guān)節(jié)的附加關(guān)節(jié)肘部組件213、第一肩部組件214和第二肩部組件215。例如，第一和第二肩部組件(聯(lián)合安裝組件216可統(tǒng)稱為基礎(chǔ)組件)包括第一和第二肩關(guān)節(jié)。附加關(guān)節(jié)可增加在第一和第二軸的位置處(Al和A2)(例如在包括第一和第二肩關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)組件處)。通過在第一和第二肩關(guān)節(jié)的位置處增加附加關(guān)節(jié)，手臂組件能夠定位關(guān)節(jié)，使得相對于常規(guī)機(jī)器人手臂，能夠產(chǎn)生更大的移動范圍，而不會使患者或治療床處于和機(jī)器人手臂或LINAC 203碰撞的風(fēng)險中。此外，通過在第一和第二肩關(guān)節(jié)的位置處增加附加關(guān)節(jié)，手臂組件能夠例如朝向地板旋轉(zhuǎn)機(jī)器人手臂的主體，如圖2中所示。圖2示出具有冗余關(guān)節(jié)的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)250的另一實(shí)施方案。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)250包括耦合機(jī)器人手臂252的LINAC 203。機(jī)器人手臂252包括腕部組件212、 肘部組件213、第一肩部組件214、第二肩部組件215和安裝組件216，如上面參照圖1所述。 不是具有冗余-關(guān)節(jié)組件211，機(jī)器人手臂252包括在第一和第二肩部組件的位置處的附加關(guān)節(jié)253。應(yīng)該注意，機(jī)器人手臂202使用第一和第二肩關(guān)節(jié)以沿著基礎(chǔ)組件的第一和第二旋轉(zhuǎn)軸(Al和似)移動機(jī)器人手臂202，和使用肘部和冗余關(guān)節(jié)以沿著第三和第四旋轉(zhuǎn)軸 (A3和A4)移動機(jī)器人手臂202。機(jī)器人手臂202的手臂組件包括基礎(chǔ)組件(包括第一和第二肩關(guān)節(jié))、通過附加關(guān)節(jié)互連的3個剛性連接、和肘關(guān)節(jié)。相反，機(jī)器人手臂252使用第一和第二肩關(guān)節(jié)與附加關(guān)節(jié)253以沿著基礎(chǔ)組件的第一、第二和第三旋轉(zhuǎn)軸(A1、A2和A3) 移動機(jī)器人手臂252，并且使用肘關(guān)節(jié)以沿著第四旋轉(zhuǎn)軸(A4)移動機(jī)器人手臂252。機(jī)器人手臂252的手臂組件包括基礎(chǔ)組件(包括第一和第二肩關(guān)節(jié))、和附加關(guān)節(jié)253、與通過肘關(guān)節(jié)互連的兩個剛性連接。如上所述，通過在基礎(chǔ)組件處增加附加關(guān)節(jié)253，可以例如朝向地板旋轉(zhuǎn)機(jī)器人手臂252的主體。在示出的實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂250從第一位置251(由虛線所示)旋轉(zhuǎn)至第二位置253(由實(shí)線所示)。這兩個位置251和252可用于使LINAC 203定位至高位以治療更低等角點(diǎn)，和定位至地位以治療更高等角點(diǎn)。例如，圖2中的治療床206被示出為設(shè)置在高位。這樣，等角點(diǎn)可以是更高等角點(diǎn)。為了使LINAC 203定位在更高等角點(diǎn)下方的某些位置處，機(jī)器人手臂252可圍繞附加關(guān)節(jié)253旋轉(zhuǎn)以使LINAC 203定位在更高等角點(diǎn)下方，例如在第二位置253。然而當(dāng)治療床206移動至低位時，機(jī)器人手臂252可圍繞附加關(guān)節(jié)253 旋轉(zhuǎn)以使LINAC 203定位在低等角點(diǎn)之上，例如在第一位置251。盡管上述實(shí)施方案描述為相對于治療床206 (耦合機(jī)器人手臂221)移動LINAC 203和機(jī)器人手臂202，但是在其他實(shí)施方案中，LINAC 203和機(jī)器人手臂202可相對于常規(guī)治療床106(耦合常規(guī)機(jī)器人手臂，例如機(jī)器人手臂102)或未耦合常規(guī)機(jī)器人手臂的常規(guī)治療床移動。圖1和2的實(shí)施方案示出機(jī)器人手臂，其水平安裝至安裝組件以及地板。在其他實(shí)施方案中，包括一個或多個附加關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂可垂直安裝，例如如圖3A和;3B中所示。圖3A和;3B示出機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)300的一個實(shí)施方案，其包括在沿著第一軸的兩個位置321和323具有7個自由度的垂直安裝的機(jī)器人手臂。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)300 包括耦合機(jī)器人手臂302的LINAC 203。機(jī)器人手臂302，如同機(jī)器人手臂202和252，包括腕部組件212和手臂組件。如上所述，腕部組件212被構(gòu)造為沿3個旋轉(zhuǎn)DOF(軸5_7)移動LINAC 203。圖3A的手臂組件的所示實(shí)施方案包括肘部組件313、冗余關(guān)節(jié)組件311、肩部組件314、軌道安裝組件316和軌道317。肘部組件313耦合腕部組件212的工具滾動關(guān)節(jié)。肘部組件313可包括3個驅(qū)動軸和3個電機(jī)，如上面相對冗余關(guān)節(jié)組件211所述。冗余關(guān)節(jié)組件311通過肘關(guān)節(jié)耦合肘部組件313和通過冗余關(guān)節(jié)耦合肩部組件314。肩部組件314通過肩關(guān)節(jié)耦合軌道安裝組件316。肘關(guān)節(jié)、冗余關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)可包括齒輪箱，其可被構(gòu)造為分別沿第四旋轉(zhuǎn)軸(軸4)驅(qū)動肘部組件313的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，沿第三旋轉(zhuǎn)軸(軸3)驅(qū)動冗余關(guān)節(jié)組件311的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，沿第二旋轉(zhuǎn)軸(軸幻驅(qū)動肩部組件314的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。肘關(guān)節(jié)、冗余關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的齒輪箱可促進(jìn)LINAC 203在二維水平面內(nèi)的平移運(yùn)動，例如，在平行于地板的(x_，y_)面內(nèi)。軌道安裝組件316和軌道317促進(jìn)LINAC 203沿基本上垂直線性軸(軸1)平移運(yùn)動?；旧洗怪本€性軸(ζ-)可基本上垂直于二維水平面(x-，y_)。
在該實(shí)施方案中，軌道317安裝至圓柱318的垂直側(cè)。圓柱318可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的地板或地板下的坑中。在另一實(shí)施方案中，圓柱318可在治療輻射治療的過程中固定或安裝至治療室的天花板。可替換地，軌道317可垂直安裝至本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他結(jié)構(gòu)，例如墻壁、基座、塊體或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?？刂破?01耦合機(jī)器人手臂302以沿7個DOF移動機(jī)器人手臂302和LINAC 203。 被控制器201控制的機(jī)器人手臂302使用6個旋轉(zhuǎn)DOF和一個平移基本上垂直線性DOF來促進(jìn)LINAC 203的定位和取向。如同機(jī)器人手臂202，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200的機(jī)器人手臂302的6個旋轉(zhuǎn)和一個基本上水平線性DOF可以在期望治療區(qū)域的基本上任何位置(例如機(jī)器人手臂302的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)的工作空間)定位LINAC 203。機(jī)器人手臂302可定位LINAC 203以在工作空間或治療區(qū)域內(nèi)的多個位置中具有TCP。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂302被構(gòu)造為沿著單一軸移動LINAC203，而無需在LINAC 203的運(yùn)動的整個范圍內(nèi)沿著其他軸移動LINAC 203。例如，第一 DOF被構(gòu)造為在機(jī)器人手臂的運(yùn)動的基本上整個范圍內(nèi)沿著基本上線性軸移動LINAC 203，而無需沿著4、 5或6個旋轉(zhuǎn)DOF移動LINAC203。第一 DOF是最接近機(jī)器人手臂的基端的D0F?；耸菣C(jī)器人手臂302安裝至圓柱318處。可替換地，基端是機(jī)器人手臂302安裝至地板、天花板、 墻壁或治療室中的其他安裝位置處。LINAC 203在機(jī)器人手臂302的末端執(zhí)行器端部(也稱為機(jī)器人手臂302的使用端)耦合機(jī)器人手臂202。在一個實(shí)施方案中，控制器201被構(gòu)造為沿著第一 DOF的第一軸331移動機(jī)器人手臂302。第一 DOF被構(gòu)造為移動機(jī)器人手臂302的其余6個旋轉(zhuǎn)D0F?？刂破餮刂S331 上下移動機(jī)器人手臂302至不同位置。例如，機(jī)器人手臂302可定位在第一位置321，如圖 3A中所述，并且可定位在第二位置323，如圖;3B中所述。如圖3A和中所述，機(jī)器人手臂 302可被構(gòu)造為沿著基本上垂直線性軸(例如軸331)在LINAC 203的運(yùn)動的基本上整個范圍內(nèi)移動LINAC 203以及機(jī)器人手臂302，而無需沿著6個旋轉(zhuǎn)DOF移動LINAC 203。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂302具有水平的基本上線性D0F。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂302具有4個旋轉(zhuǎn)DOF和一個基本上線性D0F，并且第一 DOF是基本上線性 D0F,其被構(gòu)造為移動機(jī)器人手臂的其余4個旋轉(zhuǎn)D0F。在該實(shí)施方案中，控制器可在LINAC 203的運(yùn)動的基本上整個范圍內(nèi)沿著基本上線性軸(例如軸331或水平第一軸)移動LIN AC，而無需沿著4個旋轉(zhuǎn)DOF移動LINAC 203。在第一 DOF是水平的實(shí)施方案中，控制器被構(gòu)造為在互相正交的水平坐標(biāo)軸(例如χ-和y_軸)沿著基本上水平線移動LINAC 203，所述水平坐標(biāo)軸基本上垂直于垂直軸(例如ζ-軸)。在第一 DOF是垂直的實(shí)施方案中，控制器被構(gòu)造為在垂直軸(例如ζ-軸)沿著基本上垂直線移動LINAC 203，所述垂直軸基本上垂直于互相正交的水平坐標(biāo)軸(例如χ-和y_軸)。圖3C示出機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)350的另一實(shí)施方案，其包括水平安裝在線性軌道 353上用于第七自由度的具有6個自由度的機(jī)器人手臂。應(yīng)該注意，盡管線性軌道353描述為第七D0F，但是線性軌道353也可稱為第一 D0F，因?yàn)榈谝?DOF是典型地最接近機(jī)器人手臂352的基端的D0F。線性軌道353允許整個機(jī)器人手臂352在治療室中從一個位置移動到另一位置，從而在機(jī)器人手臂352的6個DOF中提供第七D0F。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)350 包括具有6個自由度的水平安裝的機(jī)器人手臂352、和耦合機(jī)器人手臂352的LINAC203。機(jī)器人手臂352水平安裝至具有例如導(dǎo)軌354的線性軌道353，所述導(dǎo)軌3M允許機(jī)器人手臂352沿著線性軸平移。機(jī)器人手臂352可耦合軌道安裝組件，所述軌道安裝組件嚙合導(dǎo)軌354以允許機(jī)器人手臂352沿著軌道353移動。可替換地，可使用其他類型的機(jī)構(gòu)以允許機(jī)器人手臂352沿著軌道353移動，如本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的。在另一實(shí)施方案中，軌道353是非線性軌道。控制器(未示出)被構(gòu)造為沿機(jī)器人手臂352的7個D0F、包括一個平移DOF (例如基本上水平)和6個旋轉(zhuǎn)DOF移動機(jī)器人手臂352和LINAC 203。控制器可沿著單一軸(或非線性路徑)移動機(jī)器人手臂352，而無需在LINAC 203的運(yùn)動的整個范圍內(nèi)移動機(jī)器人手臂352的其他D0F。實(shí)際上，第七DOF允許整個參考框移位。盡管上述實(shí)施方案是安裝至地板的水平安裝的6個DOF機(jī)器人手臂352，但是其他構(gòu)造是可能的。例如，線性軌道353可安裝至天花板或地板的坑中。此外，在其他實(shí)施方案中，軌道可垂直安裝至圓柱、墻壁等。在其他實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂352包括本文中所述的冗余自由度。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂352包括6個自由度(6個中的一個是冗余 D0F)，并且第七DOF是軌道。在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂352包括7個DOF (7個中的一個是冗余D0F)，并且第八DOF是軌道。可替換地，機(jī)器人手臂352可包括多于一個冗余D0F。僅使用6個DOF機(jī)器人手臂，并表示機(jī)器人手臂的操作環(huán)境的工作空間可以圍繞患者是非對稱的，這是因?yàn)楦蓴_和可達(dá)性問題。例如，如果機(jī)器人手臂設(shè)置在患者的一側(cè)上，LINAC不可以定位在某些位置，因?yàn)槠鋵⒈换颊摺⒅委煷不蚍块g內(nèi)的其他對象所阻礙。線性軌道353可能夠使機(jī)器人手臂353定位在治療床的兩側(cè)上，從而產(chǎn)生對稱的工作空間。線性軌道353還可能夠產(chǎn)生擴(kuò)大的工作空間，從而允許LINAC 203定位在之前由于鄰近患者而被阻礙或避免的更多位置。線性軌道353還可通過移動機(jī)器人手臂353更接近或進(jìn)一步遠(yuǎn)離患者來擴(kuò)大工作空間。這可類似于某人疲倦地舉起重物，其中該人的手臂延伸出或太接近該人的身體。如果太近，該人可以更遠(yuǎn)一步，并且如果太遠(yuǎn)，該人可更近對象一步。由于在空間中獨(dú)特地定位LINAC203可使用6個DOF完成，因此由第七DOF(例如軌道)提供的撓性可用于使機(jī)器人手臂352定位，以對于LINAC 203的給定位置，避免障礙或治療室中的其他干擾物。第七DOF還可賦予機(jī)器人手臂352更期望的位置，例如，以避免到達(dá)患者上方或穿過患者。第七DOF還可基于機(jī)器人手臂352的位置來優(yōu)化運(yùn)行時間。例如，機(jī)器人手臂352可沿著線性DOF移動，而不會移動其他D0F。應(yīng)該注意，所有這些能力可同時進(jìn)行， 但在一個實(shí)施方案中，控制器可根據(jù)優(yōu)先權(quán)例如次序表來經(jīng)歷這些能力的列表。治療遞送系統(tǒng)300和350可聯(lián)合成像系統(tǒng)、運(yùn)動追蹤系統(tǒng)和患者定位系統(tǒng)使用，如參照圖1所述。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂202或機(jī)器人手臂302的組件可以包括在組件外部的觸感材料。在另一個實(shí)施方案中，組件外部可以涂覆接觸泡沫?？商鎿Q地，可以使用其他材料來防止機(jī)器人手臂202或302的組件擠壓或者撞擊操作者。關(guān)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的觸感材料和接觸泡沫的具體細(xì)節(jié)沒有包含在內(nèi)，以免干擾對于用材料涂覆機(jī)器人手臂 202和302的外部來防止操作者被機(jī)器人手臂擠壓或撞擊的討論。在一個實(shí)施方案中，圖1、2、3A和;3B的機(jī)器人手臂可包括由Germany的KUKA Roboter GmbH制造的組件?？商鎿Q地，機(jī)器人手臂的組件可包括其他類型的組件。圖4A示出在相對于治療床206的第一位置401的常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400 的頂部側(cè)視圖。常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400包括耦合機(jī)器人手臂102的LINAC 103。機(jī)器人手臂102具有通過單一肘關(guān)節(jié)互連的兩個剛性連接。LINAC 103已經(jīng)被相對于治療床206定位至第一位置401。在第一位置401，在治療床206與LINAC 103和機(jī)器人手臂102 之間存在距離邊緣410。圖4B示出根據(jù)一個實(shí)施方案在相對于治療床206的第一位置401的機(jī)器人治療系統(tǒng)450的頂部側(cè)視圖。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)450包括耦合機(jī)器人手臂402的LINAC 203。 機(jī)器人手臂402，不同于機(jī)器人手臂102，具有通過兩個關(guān)節(jié)-肘關(guān)節(jié)和冗余關(guān)節(jié)互連的3 個剛性連接。機(jī)器人手102在圖4D中被示出(虛線)以用于比較的目的。LINAC 203已經(jīng)被相對于治療床206定位至相同第一位置401。在第一位置，在治療床206與LINAC 103和機(jī)器人手臂402之間存在距離邊緣420。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)450 的距離邊緣420大于常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400的距離邊緣410。包括冗余關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂402可定位LINAC 203以增加機(jī)器人手臂和治療室中的其他障礙之間的距離邊緣。 不僅距離邊緣420大于距離邊緣410，而且機(jī)器人手臂402可定位LINAC 203通過第一路徑至第一位置401，其在障礙(治療床206)和機(jī)器人手臂402之間的距離邊緣高于至相同位置401的第二路徑，例如由機(jī)器人手臂102采納以定位LINAC 103的路徑。機(jī)器人手臂402可定位LINAC 203以在工作空間或者治療區(qū)域內(nèi)的多個位置具有TCP或治療靶。然而，工作空間或者治療區(qū)域可以通過定位限制來限制，例如由于LINAC 203、治療床206或者它們相應(yīng)的具有系統(tǒng)的組件的(LINAC 203、治療床206、成像源207、 檢測器208)的機(jī)器人手臂和/或機(jī)器人手臂202和302或具有上面提到的這些組件的任意組件的LINAC203的輻射束的障礙中任意之間可能的碰撞而造成的障礙。例如，χ-射線成像源207可以防止LINAC 203被定位在χ-射線成像源207安裝的位置，因?yàn)閷⑵涠ㄎ辉谶@里將導(dǎo)致可能的碰撞(例如碰撞障礙物)。同樣，由于檢測器208 (例如碰撞障礙物)的布置，LINAC 203不可定位在治療床206下面。定位限制的另一個例子是由于其他組件，例如，檢測器208和/或χ-射線成像源207 (例如光束障礙物)，來自LINAC 203的輻射束的障礙。另一個障礙可由地面引起。使用具有至少一個冗余關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂，可以克服這些定位限制。通過克服定位限制，工作空間可增加，因?yàn)橛糜诙ㄎ籐INAC 203的更多節(jié)點(diǎn)可變得可得，如參照圖5所述。除了增加工作空間中的可利用的節(jié)點(diǎn)，具有至少一個冗余關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂可增加工作空間中已經(jīng)存在的節(jié)點(diǎn)的可得路徑的數(shù)量。此外，在LINAC 203 定位到位后，可以移動機(jī)器人手臂的一個或多個連接。例如，一個或多個連接可移動以增加機(jī)器人手臂和治療室中的障礙(例如治療床206)之間的距離邊緣。另外，使用具有一個或多個冗余關(guān)節(jié)的一個或多個連接，機(jī)器人手臂可在限定體積內(nèi)操縱醫(yī)學(xué)工具，而不會碰撞限定體積外部的障礙。圖4C示出在相對于治療床206的第二位置402的圖4Α的常規(guī)機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400的頂部側(cè)視圖。如果機(jī)器人手臂102使LINAC 203定位至第二位置402，將在機(jī)器人手臂102和治療床206之間產(chǎn)生碰撞430。這樣，第二位置402是阻礙的位置，并且在工作空間中不可作為可能的節(jié)點(diǎn)。圖4D示出根據(jù)一個實(shí)施方案在相對于治療床206的第二位置402的圖4Β的機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)450的頂部側(cè)視圖。不同于機(jī)器人手臂102，機(jī)器人手臂402可使LINAC 203定位在第二位置402，該位置被認(rèn)為是由定位限制引起的之前阻礙的位置，而不會有機(jī)器人手臂402和治療床206之間的碰撞。機(jī)器人手臂102在圖4D中被示出(虛線)以用于比較的目的。
在另一實(shí)施方案中，機(jī)器人手臂402和機(jī)器人手臂221的運(yùn)動可動態(tài)協(xié)調(diào)。治療床206和LINAC 203之間的運(yùn)動的動態(tài)協(xié)調(diào)可增加機(jī)器人手臂的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)治療靶的數(shù)量，可在由機(jī)器人手臂402的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)定位限制、或機(jī)器人手臂221的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)定位限制引起的之前阻礙的位置產(chǎn)生治療靶。在一個實(shí)施方案中，之前阻礙的位置可由可能的碰撞的阻礙引起，例如，下列中的任意兩種之間的碰撞=LINAC 203、治療床 206、機(jī)器人手臂202、機(jī)器人手臂221、x-射線成像源207、檢測器208和/或系統(tǒng)的其他組件。可替換地，之前阻礙的位置可由具有下列中任一種的LINAC 203的輻射束的限制引起 機(jī)器人手臂202、機(jī)器人手臂221、χ-射線成像源207、檢測器208和/或系統(tǒng)的其他組件。 在另一實(shí)施方案中，防-碰撞模型可以嵌在控制器內(nèi)，以保證患者不被定位在可能造成包括患者身體的治療床206和系統(tǒng)400的其他移動部件之間可能的碰撞的取向和/或位置。使用機(jī)器人手臂402，LINAC 203可相對于治療床206定位在對稱的位置。相對于治療床206使LINAC 203定位在對稱的位置的能力可導(dǎo)致用于在治療遞送前計算的路徑計劃和避免接觸計劃的簡化的路徑，例如在治療計劃的過程中由治療計劃系統(tǒng)計算。相對于治療床206使LINAC 203定位在對稱的位置的能力可增加工作空間，在該工作空間內(nèi)LINAC 203可定位以導(dǎo)向輻射至靶。接近以導(dǎo)向輻射至患者的各種位置內(nèi)的靶可增加，因?yàn)楣ぷ骺臻g中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增加。例如，治療床206的一側(cè)上的節(jié)點(diǎn)也可鏡射到治療床206的另一側(cè)上。總的可用表面區(qū)域可以表示位置或節(jié)點(diǎn)，LINAC 203可以定位在這些位置或節(jié)點(diǎn)中，以發(fā)射輻射至患者的治療靶。機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)450的總的可用表面區(qū)域，不同于機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400的總的可用表面區(qū)域，不受上述定位限制的限制。使用機(jī)器人手臂 402，定位限制可減少或消除?？商鎿Q地，使用機(jī)器人手臂202或302，定位限制可減少或消除。應(yīng)該注意，機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400的不可到達(dá)的區(qū)域不能僅通過安裝機(jī)器人手臂102在治療床206的相對側(cè)上來解決，因?yàn)橛捎谥委煷?06和機(jī)器人手臂102的障礙，相對側(cè)然后將具有不可到達(dá)的區(qū)域。換句話說，因?yàn)橐饳C(jī)器人治療遞送系統(tǒng)400的不可到達(dá)的區(qū)域的障礙，僅將機(jī)器人基放射學(xué)系統(tǒng)安裝在另一側(cè)上不會克服定位限制。圖5是示出根據(jù)一個實(shí)施方案機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)200或300的工作空間511 的透視圖。如上所述，空間節(jié)點(diǎn)和互連這些空間節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)安全路徑的集合稱為"工作空間"或"節(jié)點(diǎn)組"。工作空間表示機(jī)器人手臂的操作環(huán)境。工作空間511包括一組空間節(jié)點(diǎn)511，其位于工作空間511的表面上，輻射源定位于此。各空間節(jié)點(diǎn)511由"+"符號(僅標(biāo)記出一對形式的)表示。空間節(jié)點(diǎn)511表示可定位常規(guī)治療遞送系統(tǒng)的空間節(jié)點(diǎn)。如上所述，工作空間或節(jié)點(diǎn)組是空間節(jié)點(diǎn)和互連這些空間節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)安全路徑的集合。然而，不同于常規(guī)系統(tǒng)的工作空間，工作空間511和空間節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可使用治療遞送系統(tǒng)200或300 來增加。這樣，工作空間511還包括一組另外或增加的空間節(jié)點(diǎn)512，示出為虛線〃 +〃。工作空間511的空間節(jié)點(diǎn)511和增加的空間節(jié)點(diǎn)512的總數(shù)大于常規(guī)系統(tǒng)的工作空間的空間節(jié)點(diǎn)511的總數(shù)。通過使用機(jī)器人手臂202或302移動LINAC 203，LINAC 203可接近圍繞治療床 206的某些區(qū)段(例如空間節(jié)點(diǎn))，所述治療床206在常規(guī)系統(tǒng)中之前被阻擋或不可到達(dá)。 例如，常規(guī)機(jī)器人手臂不能圍繞治療床106定位LINAC 103，以使LINAC 103定位在某些位置。然而，這些阻擋的位置對于本文中所述的治療遞送系統(tǒng)200和300是不阻擋的和可到達(dá)的。對于這些某些區(qū)段(在常規(guī)系統(tǒng)中之前被治療床阻擋或不可到達(dá))具有更大的可接近性，這增大了工作空間511 (例如空間節(jié)點(diǎn)，在此處LINAC 203可遞送輻射至靶)。而且， 可接近另外的空間節(jié)點(diǎn)，因?yàn)槌Ｒ?guī)機(jī)器人手臂和患者之間的距離邊緣其通過常規(guī)機(jī)器人手臂無法接近。應(yīng)該注意，盡管工作空間511是球形的，但是可替換地，工作空間511可具有其他幾何形狀(例如橢圓形)，并且限定用于存在于患者頭部或者患者的其他區(qū)域內(nèi)的V0I。另外，多個工作空間可限定用于患者的不同部分，其均具有不同的半徑或源軸距(SAD)，例如 650mm和800mm。SAD是LINAC203中的準(zhǔn)直儀和VOI內(nèi)的靶之間的距離。SAD限定了工作空間的表面區(qū)域。在橢圓形工作空間的一個實(shí)施方案中，SAD可以為900mm至1000mm?？梢允褂闷渌鸖AD?？臻g節(jié)點(diǎn)511和增加的空間節(jié)點(diǎn)512存在于工作空間511的表面上?？臻g節(jié)點(diǎn)表示LINAC 203被編程以停止和遞送輻射劑量至患者內(nèi)的VOI的位置。在治療計劃的遞送過程中，機(jī)器人手臂202移動LINAC 203至各個和每個空間節(jié)點(diǎn)112和412，其中確定待遞送的劑量，然后確定預(yù)定的路徑。預(yù)定的路徑還可包括一些其中不需要遞送劑量的空間節(jié)點(diǎn) 511和512，以簡化機(jī)器人手臂202或302的運(yùn)動。節(jié)點(diǎn)組可包括基本上均勻地分布在工作空間511的幾何表面上的空間節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)組包括所有編程的空間節(jié)點(diǎn)511和412，并且提供可工作數(shù)量的空間節(jié)點(diǎn)511和512，以有效地計算用于大部分疾病和相關(guān)VOI的治療計劃方案。節(jié)點(diǎn)組提供適當(dāng)大數(shù)量的空間節(jié)點(diǎn) 511和512，使得對于大部分不同VOI可以實(shí)現(xiàn)均勻性和適形性閾值，同時提供足夠的優(yōu)點(diǎn)以避免患者內(nèi)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。使用本文所述的實(shí)施方案，空間節(jié)點(diǎn)的數(shù)量大于常規(guī)系統(tǒng)中空間節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。應(yīng)該意識到，節(jié)點(diǎn)組可包括比所述或所討論更多或更少的空間節(jié)點(diǎn)511和 512。例如，處理能力增加，并且獲得的產(chǎn)生治療計劃的經(jīng)驗(yàn)，空間節(jié)點(diǎn)511和512的平均數(shù)量可隨著時間而增加以提供更大的靈活性和更高質(zhì)量的治療計劃。在輻射治療的過程中，患者休息在治療床206上，同時被操縱以定位含有靶的目標(biāo)體積(“V0I")至預(yù)設(shè)的位置或接近LINAC 203的輻射源的操作范圍內(nèi)。機(jī)器人手臂 202或302具有7個D0F，其能夠在其操作環(huán)境內(nèi)在具有幾乎無限數(shù)量的位置和取向的情況下定位LINAC 203。如上所述，本文所述的實(shí)施方案已經(jīng)被示出和描述為耦合LINAC的機(jī)器人手臂， 然而在其他實(shí)施方案中，可以使用其他機(jī)器人操縱器和/或其他醫(yī)學(xué)工具。例如，醫(yī)學(xué)工具可以是成像器的成像源、手術(shù)工具、移植工具、治療床。在治療床的情況下，機(jī)器人手臂可定位治療床如上述LINAC，以增加機(jī)器人手臂和治療室中的其他障礙之間的距離邊緣，以增加可利用的工作空間等。本文所述的實(shí)施方案可允許LINAC 203定位在各個位置以引導(dǎo)一個或多個輻射束朝向治療床上的患者。例如，LINAC 203可定位至第一位置以引導(dǎo)輻射至躺在治療床上的患者頭部內(nèi)的靶。可替換地，LINAC 203可定位至第二位置以引導(dǎo)輻射至用于臀部治療的患者內(nèi)的靶。在臀部治療的過程中，在患者躺在治療床上的背臥位。LINAC 203可定位以指向患者并遞送來自后面方向的治療束。通過移動位置和/或相同位置的取向，LINAC 203 還可移動至不同位置或在相同位置的不同取向。例如，機(jī)器人手臂可定位和取向LINAC 203在患者上，這使用基本上垂直線性DOF (例如軌道226)和傳統(tǒng)DOF (例如冗余-關(guān)節(jié)、肘部和肩部組件)以提供垂直到達(dá)，同時腕部組件212提供相對于臀部治療(例如使用腕部組件212的工具偏移關(guān)節(jié)，圍繞俯仰-軸旋轉(zhuǎn)LINAC 203)中的靶的LINAC 203的取向?？商鎿Q地，LINAC 203可使用機(jī)器人手臂202的其他運(yùn)動相對于臀部治療中的靶而定位和取向。 可替換地，在位置觀3的LINAC 203被構(gòu)造為引導(dǎo)輻射至其他類型的治療中的靶。圖6示出使用機(jī)器人操縱器來定位醫(yī)學(xué)工具的方法600的一個實(shí)施方案。方法600 包括提供耦合機(jī)器人操縱器的醫(yī)學(xué)工具(例如LINAC 203)，所述機(jī)器人操縱器具有7或更多個D0F，操作601，以及使用機(jī)器人操縱器操作602沿著7或更多個DOF移動醫(yī)學(xué)工具。沿著7或更多個DOF移動醫(yī)學(xué)工具包括沿用于使醫(yī)學(xué)工具沿著互相正交的X-、 y-和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的4個旋轉(zhuǎn)軸、和沿用于使醫(yī)學(xué)工具分別圍繞χ-、y-和ζ-軸滾動_、俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸移動醫(yī)學(xué)工具。在一個實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具可通過使用4個旋轉(zhuǎn)軸移動醫(yī)學(xué)工具、并且使用3個旋轉(zhuǎn)軸在固定位置取向來定位至固定位置。 醫(yī)學(xué)工具還可以沿著基本上線性DOF移動。另外，基本上線性DOF可代替上述旋轉(zhuǎn)DOF中的一種。在一些實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具沿著基本上垂直線性DOF移動，所述基本上垂直線性 DOF具有用于使醫(yī)學(xué)工具沿著ζ-軸(基本上垂直于水平坐標(biāo)χ-和y_軸)中的基本上垂直線平移運(yùn)動的基本上線性軸。在另一實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具沿著基本上水平線性DOF移動， 所述基本上水平線性DOF具有用于使醫(yī)學(xué)工具在互相正交的水平坐標(biāo)χ-和y_軸(基本上垂直于ζ-軸)沿著水平線平移運(yùn)動的基本上線性軸。醫(yī)學(xué)工具可沿著基本上線性軸在醫(yī)學(xué)工具的運(yùn)動的基本上整個范圍內(nèi)運(yùn)動，而無需沿6個(對于7個D0F)或7個(對于8個 D0F)旋轉(zhuǎn)DOF移動醫(yī)學(xué)工具。在另一實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具可以使用機(jī)器人操縱器的工具偏移關(guān)節(jié)、工具俯仰關(guān)節(jié)和工具滾動關(guān)節(jié)圍繞ζ-軸、y_軸和ι-軸旋轉(zhuǎn)。醫(yī)學(xué)工具也可以分別使用機(jī)器人操縱器的冗余關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和第一肩關(guān)節(jié)圍繞第一、第二和第三旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。醫(yī)學(xué)工具可使用第二肩關(guān)節(jié)圍繞第四旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，或者使用軌道和用于第七DOF的軌道安裝組件圍繞基本上線性軸平移。在另一實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具可使用機(jī)器人操縱器定位至固定位置并保持在該固定位置，同時移動機(jī)器人操縱器。醫(yī)學(xué)工具可定位在限定體積內(nèi)，而不會和限定體積外部的對象碰撞。所述方法還可包括定位醫(yī)學(xué)工具至之前阻礙的位置，該位置由機(jī)器人操縱器和醫(yī)學(xué)工具的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)的位置限制引起。在另一實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具從第一位置通過第一路徑定位至第二位置，而不是通過由障礙引起的阻礙的路徑定位至相同第二位置。 在另一實(shí)施方案中，醫(yī)學(xué)工具從第一位置通過第一路徑定位至第二位置，第一路徑在障礙與機(jī)器人操縱器和醫(yī)學(xué)工具之間的距離邊緣高于至相同第二位置的第二路徑。圖7示出使醫(yī)學(xué)工具保持在固定位置的方法的其他實(shí)施方案。所述方法包括使用機(jī)器人操縱器操作701使醫(yī)學(xué)工具定位至固定位置；以及使醫(yī)學(xué)工具保持在該固定位置， 同時移動機(jī)器人操縱器操作702。在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人操縱器包括通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接。盡管醫(yī)學(xué)工具保持在固定位置，但是可以移動機(jī)器人操縱器的一個或多個剛性連接。醫(yī)學(xué)工具可定位在限定體積內(nèi)，而不會和限定體積外部的對象碰撞。在另一實(shí)施方案中，所述方法包括提供具有成像觀察區(qū)的成像系統(tǒng)；以及對于所有支撐的治療位置使LINAC 203保持在基本上成像觀察區(qū)的外部。在一個實(shí)施方案中，移動LINAC 203和治療床206可包括使用控制器動態(tài)協(xié)調(diào) LINAC 203和治療床206的取向和位置。在另一實(shí)施方案中，移動LINAC 203和治療床206 包括使LINAC 203的輻射源對齊設(shè)置在治療床206上的患者內(nèi)的治療靶。在另一實(shí)施方案中，移動LINAC 203和治療床206還包括定位LINAC 203和治療床206以在機(jī)器人手臂202 和LINAC 203的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)的之前阻礙的位置中產(chǎn)生治療靶。圖8示出治療系統(tǒng)800的一個實(shí)施方案的流程圖，其可用于進(jìn)行輻射治療，其中可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案。所示的治療系統(tǒng)800包括診斷成像系統(tǒng)810、治療計劃系統(tǒng)830和治療遞送系統(tǒng)850。在其他實(shí)施方案中，治療系統(tǒng)800可包括更少或更多的組件系統(tǒng)。診斷成像系統(tǒng)810表示能夠在患者內(nèi)產(chǎn)生目標(biāo)體積(VOI)的醫(yī)學(xué)診斷圖像的任何系統(tǒng)，該圖像可用于隨后的醫(yī)學(xué)診斷、治療計劃和/或治療遞送。例如，診斷成像系統(tǒng)810可以是計算機(jī)斷層照相(CT)系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算機(jī)斷層照相(SPECT)系統(tǒng)、核磁成像(MRI) 系統(tǒng)、正電子發(fā)射斷層照相(PET)系統(tǒng)、近紅外熒光成像系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、或其他類似的成像系統(tǒng)。為了便于討論，本文中任何特定涉及具體成像系統(tǒng)，例如CT、x-射線成像系統(tǒng)(或另一特定系統(tǒng))的情況通常都表示診斷成像系統(tǒng)810，并且不排除其他成像形式，除非另有說明。示出的診斷成像系統(tǒng)810包括成像源812、成像檢測器814和處理裝置816。成像源812、成像檢測器814和處理裝置816通過通信通道818例如總線彼此耦合。在一個實(shí)施方案中，成像源812產(chǎn)生成像束(例如χ-射線、超聲波、射頻波等)，并且成像檢測器814檢測和接收所述成像束?？商鎿Q地，成像檢測器814可檢測和接收次級成像束或由來自成像源(例如MRI或PET掃描中)的成像束刺激的發(fā)射。在一個實(shí)施方案中，診斷成像系統(tǒng)810 可包括兩個或多個診斷成像源812和兩個或多個對應(yīng)的成像檢測器814。例如，兩個χ-射線源812可圍繞待成像的患者設(shè)置，以彼此分開的角度(例如90度、45度等)固定，并且瞄準(zhǔn)通過患者朝向相應(yīng)的成像檢測器814，這可直徑地相對于成像源814。單一大型成像檢測器814或多個成像檢測器814也可被各χ-射線成像源814照射?？商鎿Q地，可以使用成像源812和成像檢測器814的其他數(shù)量和構(gòu)造。成像源812和成像檢測器814耦合處理裝置816以控制診斷成像系統(tǒng)810內(nèi)的成像操作和處理圖像數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施方案中，處理裝置816可通信成像源812和成像檢測器 814。處理裝置816的實(shí)施方案可包括一個或多個通用處理器(例如微處理器)、專用處理器例如數(shù)字信號處理器(DSP)、或其他類型的裝置例如控制器或場可編程門陣列(FPGA)。 處理裝置816還可包括其他組件(未示出)，例如內(nèi)存、存儲裝置、網(wǎng)絡(luò)適配器等。在一個實(shí)施方案中，處理裝置816產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)格式例如數(shù)字成像和通信醫(yī)學(xué)(DICOM)格式的數(shù)字診斷圖像。在其他實(shí)施方案中，處理裝置816可產(chǎn)生其他標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字圖像格式。另外，處理裝置816可通過數(shù)據(jù)鏈路860傳遞診斷圖像文件例如DICOM文件至治療計劃系統(tǒng)830。在一個實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)鏈路860可以是直接鏈路、局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)鏈路、 廣域網(wǎng)絡(luò)(WAN)鏈路例如互聯(lián)網(wǎng)、或其他類型的數(shù)據(jù)鏈路。另外，在診斷成像系統(tǒng)810和治療計劃系統(tǒng)830之間傳遞的信息可以拉過來或推出去數(shù)據(jù)鏈路860，例如遠(yuǎn)程診斷或治療計劃構(gòu)造。例如，用戶可使用本發(fā)明的實(shí)施方案來遠(yuǎn)程診斷或計劃治療，盡管在系統(tǒng)用戶和患者之間存在物理分離。
示出的治療計劃系統(tǒng)830包括處理裝置832、系統(tǒng)內(nèi)存裝置834、電子數(shù)據(jù)存儲裝置836、顯示器裝置838和輸入裝置840。處理裝置832、系統(tǒng)內(nèi)存834、存儲器836、顯示器 838和輸入裝置840可通過一個或多個通信通道842例如總線耦合在一起。處理裝置832接收和處理圖像數(shù)據(jù)。處理裝置832還處理治療計劃系統(tǒng)830內(nèi)的指令和操作。在某些實(shí)施方案中，處理裝置832可包括一個或多個通用處理器(例如微處理器)、專用處理器例如數(shù)字信號處理器(DSP)、或其他類型的裝置例如控制器或場可編程門陣列(FPGA)。特別地，處理裝置832可被構(gòu)造為執(zhí)行指令以進(jìn)行本文中討論的治療操作。例如， 處理裝置832可鑒定患者內(nèi)靶運(yùn)動的非線性路徑，并且開發(fā)運(yùn)動的非線性路徑的非線性模型。在另一實(shí)施方案中，處理裝置832可基于多個位置點(diǎn)和多個方向標(biāo)來開發(fā)非線性模型。 在另一實(shí)施方案中，處理裝置832可產(chǎn)生多個相關(guān)模型，并且選擇一個模型以驅(qū)動靶的位置。另外，處理裝置832可促進(jìn)有關(guān)本文中所述的操作的其他診斷、計劃和治療操作。在一個實(shí)施方案中，系統(tǒng)內(nèi)存834可包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)或其他動態(tài)存儲裝置。如上所述，系統(tǒng)內(nèi)存834可通過通信通道842耦合處理裝置832。在一個實(shí)施方案中，系統(tǒng)內(nèi)存834存儲待由處理裝置832執(zhí)行的信息和指令。在處理裝置832執(zhí)行指令的過程中，系統(tǒng)內(nèi)存834還可用于存儲臨時可變或其他中間信息。在另一實(shí)施方案中，系統(tǒng)內(nèi)存834還可包括只讀存儲器(ROM)或其他靜態(tài)存儲裝置，以用于存儲用于處理裝置832的靜態(tài)信息和指令。在一個實(shí)施方案中，存儲器836表示一個或多個大容量存儲裝置(例如磁盤驅(qū)動、 磁帶驅(qū)動、光盤驅(qū)動等)以存儲信息和指令。存儲器836和/或系統(tǒng)內(nèi)存834還可稱為機(jī)器可讀介質(zhì)。在特定實(shí)施方案中，存儲器836可存儲指令以進(jìn)行本文中討論的模擬操作。例如，存儲器836可存儲指令以獲取和存儲數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲取和存儲圖像，鑒定非線性路徑，開發(fā)線性和/或非線性相關(guān)模型等。在另一實(shí)施方案中，存儲器836可包括一個或多個數(shù)據(jù)庫。在一個實(shí)施方案中，顯示器838可以是陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器 (IXD)或其他類型的顯示器裝置。顯示器838顯示信息(例如表示VOI的二維或3D信息) 給用戶。輸入裝置840可包括一個或多個用戶界面裝置。例如鍵盤、鼠標(biāo)、軌道球或類似裝置。輸入裝置840還可用于通信方向信息，選擇用于處理裝置832的命令，控制在顯示器 838上指針的運(yùn)動等。盡管本文中描述了治療計劃系統(tǒng)830的一個實(shí)施方案，但是所述治療計劃系統(tǒng) 830僅表示示例性治療計劃系統(tǒng)830。治療計劃系統(tǒng)830的其他實(shí)施方案可具有不同的構(gòu)造和架構(gòu)，并且可包括更少或更多的組件。例如，其他實(shí)施方案可包括多個總線，例如外圍總線或?qū)Ｓ镁彺婵偩€。另外，治療計劃系統(tǒng)830還可包括醫(yī)學(xué)圖像查看和導(dǎo)入工具(IORIT) 以支撐DICOM導(dǎo)入，使得圖像可被融合，并且圖像描繪在不同系統(tǒng)上然后導(dǎo)入到治療計劃系統(tǒng)830中，以用于計劃和劑量計算。在另一實(shí)施方案中，治療計劃系統(tǒng)830還可包括擴(kuò)大的圖像融合能力，其允許用戶計劃治療和在各種成像形式例如MRI、CT、PET等中任一種上的劑量分布。另外，治療計劃系統(tǒng)830可包括管理治療計劃系統(tǒng)的一個或多個特征。在一個實(shí)施方案中，治療計劃系統(tǒng)830可以使用治療遞送系統(tǒng)850分享存儲器836 上的數(shù)據(jù)庫，使得治療遞送系統(tǒng)850可在治療遞送之前或過程中進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。治療計劃系統(tǒng)830可通過數(shù)據(jù)鏈路870鏈接治療遞送系統(tǒng)850，其可以是直接鏈路、LAN鏈路、或WAN鏈路，如上面參照數(shù)據(jù)鏈路860所討論的。如果實(shí)施LAN、WAN或其他分布式連接，治療系統(tǒng) 800的任一個組件可在分散的位置，使得個體系統(tǒng)810、830和850可彼此物理遠(yuǎn)程。可替換地，診斷成像系統(tǒng)810、治療計劃系統(tǒng)830或治療遞送系統(tǒng)850的一些或所有功能特征可彼此集成在治療系統(tǒng)800內(nèi)。示出的治療遞送系統(tǒng)850包括輻射源852、成像系統(tǒng)854、處理裝置856和治療床 858。輻射源852、成像系統(tǒng)854、處理裝置856和治療床858可通過一個或多個通信通道 860彼此耦合。參照圖4A更詳細(xì)地示出和描述治療遞送系統(tǒng)850的一個例子。在一個實(shí)施方案中，輻射源852是治療或手術(shù)輻射源852以依照治療計劃施用預(yù)定的輻射劑量至靶體積。在一個實(shí)施方案中，輻射源852是LINAC203，如本文中所述?？商鎿Q地，輻射源852可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的其他類型的輻射源。例如，靶體積可以是內(nèi)部器官、腫瘤、區(qū)域。如上所述，本文中涉及靶、靶體積、靶區(qū)、靶區(qū)域或內(nèi)部靶的情況都是指任何全部或部分器官、腫瘤、區(qū)域、或?yàn)橹委熡媱澋哪繕?biāo)的其他描述的體積。在一個實(shí)施方案中，治療遞送系統(tǒng)850的成像系統(tǒng)邪4捕獲患者體積(包括靶體積)的內(nèi)部處理圖像以登記或校對上述診斷圖像，從而相對于輻射源定位患者。類似于診斷成像系統(tǒng)810，治療遞送系統(tǒng)850的成像系統(tǒng)邪4可包括一個或多個源和一個或多個檢測
ο治療遞送系統(tǒng)850還可包括處理裝置856以控制輻射源852、成像系統(tǒng)邪4和治療床858 (表示任何患者支撐裝置)。在一個實(shí)施方案中，治療床858是耦合機(jī)器人手臂202 或302的治療床206，如本文中所述。在另一實(shí)施方案中，治療床858是耦合機(jī)器人手臂106 的治療床，如本文中所述?？商鎿Q地，可以使用其他類型的患者支撐裝置。在一個實(shí)施方案中，輻射源852耦合第一機(jī)器人手臂(例如機(jī)器人手臂202)，并且治療床858耦合第二機(jī)器人手臂(例如機(jī)器人手臂221)。第一和第二機(jī)器人手臂可耦合相同控制器(例如控制器) 或單獨(dú)的控制器。在一個實(shí)施方案中，第一和第二機(jī)器人手臂是相同機(jī)器人手臂。在一個實(shí)施方案中，第一和第二機(jī)器人手臂均包括4個旋轉(zhuǎn)DOF和一個基本上線性D0F。在另一實(shí)施方案中，第一和第二機(jī)器人手臂均包括5個旋轉(zhuǎn)DOF和一個基本上線性D0F?？商鎿Q地，第一和第二機(jī)器人手臂均包括6個旋轉(zhuǎn)DOF和一個基本上線性D0F?？商鎿Q地，第一和第二機(jī)器人手臂可包括不同數(shù)量和類型的D0F。在另一實(shí)施方案中，第一和第二機(jī)器人手臂是不同類型的機(jī)器人手臂。可替換地，僅有第一機(jī)器人手臂用于相對于治療床206移動 LINAC 203。處理裝置856可包括一個或多個通用處理器(例如微處理器)、專用處理器例如數(shù)字信號處理器(DSP)、或其他類型的裝置例如控制器或場可編程門陣列(FPGA)。另外，處理裝置856可包括其他組件(未示出)，例如內(nèi)存、存儲裝置、網(wǎng)絡(luò)適配器等。示出的治療遞送系統(tǒng)850還包括用戶界面862和測量裝置864。在一個實(shí)施方案中，用戶界面862是用戶界面500。在另一實(shí)施方案中，用戶界面862是圖形用戶界面600。 在一個實(shí)施方案中，用戶界面862允許用戶面接治療遞送系統(tǒng)850。特別地，用戶界面862 可包括輸入和輸出裝置，例如鍵盤、顯示器屏幕等。測量裝置864可以是測量外部因素(例如上述外部因素)的一種或多個裝置，所述外部因素可影響實(shí)際遞送至靶區(qū)20的輻射。一些示例性測量裝置包括溫度計以測量周圍溫度，包括濕度計以測量濕度，包括氣壓計以測量氣壓，或包括測量外部因素的任何其他類型的測量裝置。
在前面的說明中，本發(fā)明的實(shí)施方案已經(jīng)參考具體示例性實(shí)施方案描述。然而，顯然在沒有偏離權(quán)利要求確定的本發(fā)明是實(shí)施方案的更寬的精神和范圍的情況下可以對其進(jìn)行多種改變和變化。因此，說明書和附圖被認(rèn)為是解釋性的，而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 醫(yī)學(xué)工具；和機(jī)器人操縱器，其耦合所述醫(yī)學(xué)工具以沿著7或更多個自由度(DOF)移動所述醫(yī)學(xué)工具，其中所述7或更多個DOF包括至少一個冗余D0F。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述機(jī)器人操縱器包括通過允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或平移位移的關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接，并且其中所述關(guān)節(jié)中的至少一個是沿所述至少一個冗余 DOF移動所述機(jī)器人操縱器的冗余關(guān)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述機(jī)器人操縱器是機(jī)器人手臂，并且其中所述機(jī)器人操縱器包括腕部組件，其耦合所述醫(yī)學(xué)工具以沿3個DOF移動所述醫(yī)學(xué)工具；以及手臂組件，其耦合所述腕部組件以沿4個DOF移動所述醫(yī)學(xué)工具，其中所述4個DOF包括至少一個冗余D0F。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述腕部組件包括耦合安裝板的工具偏移關(guān)節(jié)，所述安裝板支撐所述醫(yī)學(xué)工具以沿著第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述醫(yī)學(xué)工具；工具俯仰關(guān)節(jié)，其耦合所述工具偏移關(guān)節(jié)以沿著第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述醫(yī)學(xué)工具；以及工具滾動關(guān)節(jié)，其耦合所述工具俯仰關(guān)節(jié)以沿著第三旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述醫(yī)學(xué)工具。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述手臂組件包括 肘部組件；耦合在所述腕部組件和所述肘部組件之間的冗余關(guān)節(jié)組件； 耦合所述肘部組件的第一肩部組件；以及耦合所述第一肩部組件的第二肩部組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括耦合所述冗余關(guān)節(jié)組件和所述肘部組件的冗余關(guān)節(jié)，其中所述冗余關(guān)節(jié)包括齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第四旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；耦合所述肘部組件和所述第一肩部組件的肘關(guān)節(jié)，其中所述肘關(guān)節(jié)包括肘部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第五旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；耦合所述第一肩部組件和所述第二肩部組件的第一肩關(guān)節(jié)，其中所述第一肩關(guān)節(jié)包括第一肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第六旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；以及耦合所述第二肩部組件和安裝組件的第二肩關(guān)節(jié)，其中所述第二肩關(guān)節(jié)包括第二肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第七旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，還包括耦合所述機(jī)器人手臂的所述第二肩部組件的軌道安裝組件；以及耦合所述軌道安裝組件的軌道，其中所述軌道被構(gòu)造為沿著所述機(jī)器人手臂的第八平移軸移動所述軌道安裝組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述手臂組件包括 耦合所述腕部組件的肘部組件；耦合所述肘部組件的第一肩部組件； 耦合所述第一肩部組件的第二肩部組件；耦合所述肘部組件和所述第一肩部組件的肘關(guān)節(jié)，其中所述肘關(guān)節(jié)包括肘部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第四旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；耦合所述第一肩部組件和所述第二肩部組件的第一肩關(guān)節(jié)，其中所述第一肩關(guān)節(jié)包括第一肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第五旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；耦合所述第二肩部組件和安裝組件的第二肩關(guān)節(jié)，其中所述第二肩關(guān)節(jié)包括第二肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第六旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；以及耦合所述第一和第二肩部組件的冗余關(guān)節(jié)，其中所述冗余關(guān)節(jié)包括第三肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第七旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述手臂組件包括 耦合所述腕部組件的肘部組件；耦合所述肘部組件的第一肩部組件；耦合在所述肘部組件和所述第一肩部組件之間的冗余關(guān)節(jié)組件；以及耦合所述第一肩部組件的第二肩部組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括耦合所述腕部組件和所述肘部組件的肘關(guān)節(jié)，其中所述肘關(guān)節(jié)包括肘部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第四旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；耦合所述肘部組件和所述第一肩部組件的冗余關(guān)節(jié)，其中所述冗余關(guān)節(jié)包括齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第五旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；耦合所述第一肩部組件和所述第二肩部組件的第一肩關(guān)節(jié)，其中所述第一肩關(guān)節(jié)包括第一肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第六旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；以及耦合所述第二肩部組件和安裝組件的第二肩關(guān)節(jié)，其中所述第二肩關(guān)節(jié)包括第二肩部齒輪箱以沿所述機(jī)器人手臂的第七旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述7或更多個DOF的7個DOF包括 用于所述醫(yī)學(xué)工具沿著互相正交的χ-、y-和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的4個旋轉(zhuǎn)軸；以及用于所述醫(yī)學(xué)工具分別圍繞x-、y_和ζ-軸滾動_、俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括第八D0F，其中所述第八DOF是基本上線性 D0F，其包括用于所述醫(yī)學(xué)工具沿著所述基本上線性軸平移運(yùn)動的基本上線性軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述基本上線性DOF是8個DOF的第一D0F，其中所述第一 DOF被構(gòu)造為移動所述機(jī)器人操縱器的其余7個旋轉(zhuǎn)D0F，并且其中所述第一 DOF是最接近所述機(jī)器人手臂的基端的D0F。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述7或更多個DOF的7個DOF包括 用于所述醫(yī)學(xué)工具沿著互相正交的χ-、y-和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的3個旋轉(zhuǎn)軸；用于所述醫(yī)學(xué)工具分別圍繞x-、y_和ζ-軸滾動_、俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸；以及用于所述醫(yī)學(xué)工具沿著基本上線性軸平移運(yùn)動的平移軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)工具是線性加速器(LINAC)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中通過沿著所述7或更多個D0F、包括所述至少一個冗余DOF移動所述醫(yī)學(xué)工具，所述機(jī)器人操縱器增加所述LINAC的工作空間，并且其中所述工作空間包括多個節(jié)點(diǎn)，所述LINAC可定位于此以遞送輻射至靶。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)工具是成像器的成像源。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)工具是手術(shù)工具。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)工具是移植工具。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)工具是治療床。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括控制器，其耦合所述機(jī)器人操縱器以沿所述7 或更多個DOF移動所述機(jī)器人操縱器和所述醫(yī)學(xué)工具。
22.—種方法，包括提供耦合具有7或更多個自由度(DOF)的機(jī)器人操縱器的醫(yī)學(xué)工具，其中所述7個DOF 包括至少一個冗余DOF ；以及使用所述機(jī)器人操縱器沿著所述7或更多個自由度(DOF)移動所述醫(yī)學(xué)工具。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中沿著所述7或更多個DOF移動所述醫(yī)學(xué)工具包括沿用于所述醫(yī)學(xué)工具沿著互相正交的χ-、y-和ζ-坐標(biāo)軸平移運(yùn)動的4個旋轉(zhuǎn)軸移動所述醫(yī)學(xué)工具；以及沿用于所述醫(yī)學(xué)工具分別圍繞x-、y_和ζ-軸滾動_、俯仰-和偏移-旋轉(zhuǎn)的3個旋轉(zhuǎn)軸移動所述醫(yī)學(xué)工具。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括通過使用所述4個旋轉(zhuǎn)軸移動所述醫(yī)學(xué)工具而使所述醫(yī)學(xué)工具定位至固定位置；以及通過使用所述3個旋轉(zhuǎn)軸移動所述醫(yī)學(xué)工具而使所述醫(yī)學(xué)工具在所述固定位置處取向。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括使用機(jī)器人操縱器使所述醫(yī)學(xué)工具定位至固定位置；以及使所述醫(yī)學(xué)工具保持在所述固定位置，同時移動所述機(jī)器人操縱器。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括使所述醫(yī)學(xué)工具定位至之前阻礙的位置，該位置由所述機(jī)器人操縱器和所述醫(yī)學(xué)工具的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)的位置限制引起。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括通過第一路徑使所述醫(yī)學(xué)工具從第一位置定位至第二位置，而不是通過由障礙引起的阻礙的路徑定位至相同第二位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括通過第一路徑使所述醫(yī)學(xué)工具從第一位置定位至第二位置，其中所述第一路徑在障礙和所述機(jī)器人操縱器與所述醫(yī)學(xué)工具之間的距離邊緣高于至所述相同第二位置的第二路徑。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括使所述醫(yī)學(xué)工具定位在限定體積內(nèi)，而不和所述限定體積外部的對象碰撞。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括沿著基本上線性DOF移動所述醫(yī)學(xué)工具。
31.一種方法，包括使用機(jī)器人操縱器使醫(yī)學(xué)工具定位至固定位置；以及使所述醫(yī)學(xué)工具保持在所述固定位置，同時移動所述機(jī)器人操縱器。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述機(jī)器人操縱器包括通過關(guān)節(jié)互連的多個剛性連接，并且其中使所述醫(yī)學(xué)工具保持在所述固定位置包括移動所述機(jī)器人操縱器的多個剛性連接中的一個或多個，同時使所述醫(yī)學(xué)工具保持在所述固定位置。
33.一種設(shè)備，包括醫(yī)學(xué)工具；以及用于沿著7或更多個自由度(DOF)移動所述醫(yī)學(xué)工具的構(gòu)件，其中所述7個DOF包括至少一個冗余D0F。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)工具是線性加速器(LINAC)，并且其中所述設(shè)備還包括用于通過沿著所述7或更多個D0F、包括所述至少一個冗余DOF移動所述 LINAC而增加所述LINAC的工作空間的構(gòu)件，其中所述工作空間包括多個節(jié)點(diǎn)，所述LINAC 可定位于此以遞送輻射至靶。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中用于增加所述工作空間的構(gòu)件包括這樣的構(gòu)件，其用于增加所述LINAC和障礙之間的距離邊緣，同時使所述LINAC定位在節(jié)點(diǎn)處以遞送輻射至靶。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中用于沿著所述至少一個冗余DOF移動所述醫(yī)學(xué)工具的構(gòu)件增加所述醫(yī)學(xué)工具的運(yùn)動范圍。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中用于沿著所述7或更多個D0F、包括所述至少一個冗余DOF移動所述LINAC的構(gòu)件允許所述醫(yī)學(xué)工具定位在限定體積內(nèi)，而不和所述限定體積外部的對象碰撞。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中用于沿著所述7或更多個D0F、包括所述至少一個冗余DOF移動所述LINAC的構(gòu)件允許通過第一路徑使所述醫(yī)學(xué)工具從第一位置定位至第二位置，其中所述第一路徑在障礙和用于移動所述LINAC的構(gòu)件之間的距離邊緣高于至相同第二位置的第二路徑。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，還包括用于使所述醫(yī)學(xué)工具定位至固定位置的構(gòu)件；以及用于使所述工具保持在所述固定位置、同時移動所述用于定位所述醫(yī)學(xué)工具的構(gòu)件的構(gòu)件。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述用于使所述醫(yī)學(xué)工具保持在所述固定位置的構(gòu)件增加多個路徑以使所述醫(yī)學(xué)工具定位至所述固定位置。
41.一種系統(tǒng)設(shè)備，包括線性加速器(LINAC)；耦合所述LINAC的機(jī)器人操縱器，所述機(jī)器人操縱器被構(gòu)造為沿至少7個自由度(DOF) 移動所述LINAC，其中所述至少7個DOF包括至少一個冗余DOF ；控制器，其耦合所述機(jī)器人操縱器以控制所述LINAC的運(yùn)動，從而使所述LINAC的輻射源對齊治療靶；以及產(chǎn)生所述治療靶的多個圖像的成像系統(tǒng)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被構(gòu)造為使所述LINAC定位至接近之前阻礙的位置處的治療靶，該位置由所述機(jī)器人操縱器和所述LINAC的運(yùn)動的機(jī)械范圍內(nèi)的位置限制引起。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人操縱器包括至少一個冗余關(guān)節(jié)以沿所述至少一個冗余DOF移動所述LINAC。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)包括一對X-射線源；以及一對χ-射線圖像檢測器，其中各圖像檢測器被設(shè)置為相對各自的源。
全文摘要
一種機(jī)器人治療遞送系統(tǒng)包括線性加速器(LINAC)、和耦合LINAC的機(jī)器人操縱器。機(jī)器人操縱器被構(gòu)造為沿7或更多個自由度移動LINAC，所述7個自由度中的至少一個是冗余自由度。
文檔編號A61B17/00GK102196776SQ200980142231
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者M·P·內(nèi)勒, S·薩耶伊 申請人:艾可瑞公司