CN101217913B - 用于患者定位组件的机器人手臂 - Google Patents

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Abstract

一种机器人患者定位组件，包括患者治疗床以及连接于该患者治疗床的机器人手臂。所述机器人手臂用于沿着五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述患者治疗床。

Description

用于患者定位组件的机器人手臂
相关申请的交叉引用
本申请是要求享有2004年4月6日申请的美国临时申请No.60/560,318的优先权的、2004年6月30日提交的专利申请No.10/881,315的部分继续申请，该申请在此结合以供参考。
技术领域
本发明的实施方式属于医学操作用的患者定位组件领域。
背景技术
传统的机器人设计用来一次次地做完全相同的事情，例如在用于装配的装配线上。这些机器人被编制程序并构造来重复一个指定的动作以实现特定功能。机器人经常用来实现比人类更加有效且通常更加精确的很多功能。
典型地，传统的机器人包括一个或两个机器人手臂。这些机器人手臂可以具有多个部件来帮助在不同的自由度(DOF)上方便地移动。一些传统的机器人使用计算机通过启动与相应部件相连的各个步进电机的旋转来控制机器人手臂的部件。其他设计可以使用液压或气动来启动手臂部件的移动。计算机允许机器人手臂进行精确且可重复的移动。
现有技术中的平面关节型机器人手臂(SCARA)用4个或更少的自由度(“DOF”)操作。换句话说，这些机器人手臂设计成沿着4个或更少的轴线移动。这种传统机器人手臂的一个典型应用是拾放式机器。拾放式机器用于自动化组装、自动化放置、印刷电路板制造、集成电路拾放、以及其他涉及小物件的自动化工作，例如加工、测量、测试和焊接。这些机器人手臂包括末端执行器，也称为机器人外围设备、机器人附件、机器人或者机器人工具、臂端(EOA)工具、或者臂端装置。末端执行器可以为例如机器人机械爪、冲压工具、喷漆枪、喷灯、修边工具、弧焊枪、钻等等。这些末端执行器典型地设置在机器人手臂的端部，并且用于上面描述的用途。一个普通的末端执行器是手的简化版本，其可以抓住并携带不同物品。这种末端执行器典型地支撑范围从3kg到20kg(6.61-44.09磅)的最大有效载荷。
一些传统的机器人已经用于像外部放射疗法那样的应用中的患者定位。一种这样的患者定位系统是用于很广领域的Harvard Cyclotron Laboratory机器人桌/椅。这个设计是用于基于可转动平台、气垫以及四个独立从动腿的固定的水平质子束治疗室。另外一种患者定位系统是用于放射外科学的定向装置“星”，用在Harvard Cyclotron Laboratory的质子线。这个“星”设计是基于空气悬浮系统以及底座围绕垂直轴线而患者围绕其自身水平主轴线的双旋转。
其他的患者定位系统使用机器人椅基于六DOF平行连接机器人和旋转平台来治疗眼睛和头部目标。另外一个例子是连接于患者定位器的桌子，用于波士顿的Northeast Protontherapy Center的桶架(gantry)室。这个特殊的设计是基于具有6DOF的线性机器人。然而，这个设计的6DOF包括至少三个线性轴。这三个线性轴仅仅方便了平移运动。此外，这个设计看起来仅仅方便了在一个DOF的相对于相连桌子的移动的旋转运动，而且这个机器人连接于地板或者地板下的坑中。
附图说明
本发明的实施方式通过举例而不是限制性地结合附图来解释，图中：
图1示出了用于医疗放射治疗的机器人患者定位组件的一种实施方式的示意性方块图。
图2A示出了包括具有五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的机器人手臂的机器人患者定位组件的一种实施方式。
图2B示出了包括安装板的患者治疗床的一种实施方式。
图2C示出了患者治疗床的一个实施方式的截面图。
图2D示出了包括安装板、倾斜传感器和缓冲器的患者治疗床的一种实施方式。
图2E示出了轨道安装组件的一个实施方式。
图2F示出了患者治疗床和垂直安装的机器人手臂的偏转误差的一个实施方式。
图3A示出了包括具有六个旋转自由度和一个大体水平的线性自由度的机器人手臂的机器人患者定位组件的一种实施方式。
图3B示出了与图3A的机器人手臂相连的患者治疗床的一个实施方式。
图4A示出了具有五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的机器人患者定位组件连同基于机器人的线性加速系统的一个示例位置。
图4B示出了具有五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的机器人患者定位组件连同基于机器人的线性加速系统的另一个示例位置。
图4C示出了具有安装在传统治疗桌的第一侧上的机器人手臂的医疗放射源的整个可用表面区域的上到下视图。
图4D示出了具有安装在传统治疗桌的第二侧上的机器人手臂的医疗放射源的整个可用表面区域的上到下视图。
图4E示出了医疗放射源和患者治疗床的一个实施方式的整个可用表面区域的从上到下的视图。
图4F示出了安装到床上的机器人手臂的作为选择的一个实施方式。
图4G示出了相对于成像系统安装到图4F的床上的机器人手臂的一个实施方式的侧视图和顶视图。
图5示出了手持用户界面单元的示意图的一个实施方式。
图6示出了投放到治疗传输显示屏上的用户界面屏的示例实施方式。
图7示出了使用机器人手臂定位患者治疗床的方法的一个实施方式。
图8示出了使用机器人手臂和基于机器人的线性加速系统定位患者治疗床的方法的另一个实施方式。
具体实施方式
在下面的描述中，提出很多具体的细节，例如具体的元件、装置、方法等等，用于彻底理解本发明的实施方式。然而，对于本领域技术人员来讲很明显的是，不需要使用这些具体细节来实践本发明。在其他情况下，公知的材料或方法没有详细描述，以避免使本发明不必要的模糊。
机器人患者定位组件用来在例如使用医疗放射治疗系统进行医疗放射治疗期间调整患者位置。机器人患者定位组件包括多关节机器人手臂，该机器人手臂包括轨道安装组件，用以方便患者在患者治疗床(例如桌子或椅子)上在三维(3D)空间中移动，同时升高和降低患者到高的和低的位置，而不会损害在平移和旋转移动方面的柔性或定位。轨道安装组件可以垂直安装到例如立柱的垂直侧。
机器人手臂可以在五个DOF以及一个大体垂直的线性DOF上定位与机器人手臂相连的患者治疗床。这五个DOF包括用于沿着相互垂直的x-和y-水平坐标轴平移运动的两个旋转轴；以及用于分别围绕x-、y-、和z-轴滚动(roll)-、俯仰(pitch)-和偏移(yaw)-旋转运动的三个旋转轴。所述一个大体垂直的线性DOF包括用于沿着大体垂直的线在垂直于水平的x-和y-坐标轴的z-坐标轴上平移的大体线性的轴。在一个实施方式中，患者治疗床和垂直安装的机器人手臂可以以接近0到5毫米(0-5mm)的偏转误差支撑达五百磅(500lbs)的患者。
在另一个实施方式中，机器人手臂包括连接在肩部组件和轨道安装组件之间的额外的板件，用于提供额外的旋转DOF，共计六个旋转DOF和一个大体垂直的线性DOF。这六个DOF包括用于沿着相互垂直的x-、y-和z-坐标轴平移运动的三个旋转轴；以及用于分别围绕x-、y-、和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转运动的三个旋转轴。所述一个大体垂直的线性DOF包括用于沿着大体垂直的线在垂直于水平的x-和y-坐标轴的z-坐标轴上平移的大体线性的轴。
图1示出了机器人患者定位组件的一个实施方式的示意性方块图，该机器人患者定位组件在医疗放射治疗过程中在计算机控制下调整患者的位置。在这个实施方式中，机器人患者定位组件100包括：1)用于在医疗放射治疗过程中支撑和定位负载物如患者的患者治疗床103，以及2)机器人手臂102，该机器人手臂方便了在三维工作空间中在五个旋转DOF和一个大体垂直的线性DOF上定位患者治疗床或者在治疗室中进行包裹。图1的控制器101连接于机器人手臂102、传感器系统104、用户界面105、医疗放射治疗系统106以及成像系统107。机器人手臂102连接于患者治疗床103。
机器人患者定位组件100可以进一步包括用于检测患者治疗床103的位置的传感器系统104；用于控制机器人手臂102和患者治疗床103的运动的控制器101；用户界面105，其允许用户手动控制机器人手臂102和患者治疗床103的运动；以及医疗放射治疗系统106。控制器101可以在操作过程中连接于传感器系统104和机器人患者定位组件100的用户界面单元105，以基于从传感器系统104接收的数据计算患者治疗床103相对于治疗室或者其他预定的治疗坐标系的位置。控制器101还可以用来控制机器人患者定位组件100的运动，以使患者身体内的治疗目标在整个治疗过程中保持相对于医疗放射治疗系统106的治疗束源完全对齐。控制器101还可以用来操作医疗放射治疗系统106。在一个实施方式中，医疗放射治疗系统106可以是像加利福尼亚的Accuray，Inc.开发的CyberKnife
Figure 2006800250458_0
系统那样的利用线性加速器(“linac”)的无框架的影像引导的基于机器人的医疗放射治疗系统。作为选择，医疗放射治疗系统106可以是基于桶架(ISO为中心(iso-centric))的治疗系统或者其他类型的医疗操作系统。控制器101还可以同医疗放射治疗系统106连通，接收表示患者体内的治疗目标的一个或多个预治疗扫描的预治疗扫描数据。预治疗扫描可以显示出目标相对于预治疗坐标系的位置和方位。控制器101还可以接收来自成像系统107的表示目标的实时或接近实时的影像的影像数据。所述影像数据可以包含关于目标相对于治疗坐标系的实时或接近实时的位置和方位的信息。所述治疗坐标系和预治疗坐标系通过公知的变换参数而相关联。
控制器101可以包括输入模块，用于接收1)表示目标的预治疗扫描的预治疗扫描数据，以及2)表示目标的实时或者接近实时的影像的实时或接近实时影像数据。预治疗扫描显示出目标相对于预治疗坐标系的位置和方位。在控制器101的命令下由成像系统107采集的接近实时影像示出了治疗目标相对于治疗坐标系的位置和方位。治疗坐标系和预治疗坐标系通过公知的变换参数而相关联。控制器101包括TLS(目标位置标记系统)处理单元，该处理单元使用预治疗扫描数据、实时或接近实时影像数据、以及预治疗坐标系和治疗坐标系之间的变换参数来计算治疗目标在治疗坐标系中的位置和方位。控制器101的所述处理单元还可以计算医疗放射治疗系统106的ISO中心(iso-center)的位置和方位。
机器人患者定位组件100的用于检测患者治疗床103位置的传感器系统104可以是基于解算器的传感器系统。作为选择，本领于技术人员公知的其他传感器系统也可以使用，例如连接于患者治疗床103的用于检测患者治疗床103的运动的惯性传感器，或者红外三角系统，或者设置在治疗室内用于检测患者治疗床103相对于治疗室或其他治疗坐标系的位置的激光扫描系统或光学跟踪系统，或者光学编码器。
示例性的激光扫描系统可以以接近60x/秒扫描治疗室，以确定患者治疗床103的位置。激光扫描系统可以包括执行单平面扫描、或者两平面扫描或者多平面扫描的装置。相应的，控制器101可以装载适于接收来自传感器系统104的信息并计算患者治疗床103以及医疗放射治疗系统106的位置的软件，使得包括控制器101的机器人患者定位组件100总能知道患者治疗床103的位置。控制器101可以被编程以自动地或者周期性地将患者治疗床103同医疗放射治疗系统106的医疗放射源校准。在作为选择的实施方式中，传感器系统104包括用于跟踪患者治疗床103相对于治疗坐标系的位置的磁跟踪系统。磁跟踪系统优选地包括与患者治疗床103相连的至少一个变换器。
通过比较治疗目标与线性加速器系统的iso中心的位置，控制器101可以适于检测由患者的移动造成的治疗目标与线性加速器系统的iso中心的未对准，并且产生运动命令信号用于实施机器人患者定位组件100的正确运动，以将治疗目标相对于医疗放射治疗系统106的放射治疗源对准。
在另一个实施方式中，机器人患者定位组件100的正确运动可以适应多种运动，例如呼吸运动；患者心脏的强心泵运动；打喷嚏、咳嗽或打嗝；以及患者的一个或多个身体部位的肌肉移动。
在另一个实施方式中，通过比较预治疗影像与实时或接近实时影像并通过利用患者治疗床103和/或医疗放射治疗系统106的放射源(在基于机器人的医疗放射治疗系统中)来重新定位患者，或者通过调整患者治疗床103和医疗放射治疗系统106的放射源的位置以与治疗计划对应，包括控制器101的机器人患者定位组件100可以适于检测和适应由器官变形引起的肿瘤几何形状的改变。
控制器101包括用于建立和维护与患者治疗床103的可靠通信界面的软件。该软件使用为患者治疗床103开发的界面说明。控制器101进一步包括用于将患者位置和方位信息从成像系统107转换成在患者治疗床103的移动能力的自由度内的适当的移动单元的软件。控制器101可以包括用于向医疗放射治疗系统用户控制台提供用户界面单元105的软件，以监测和启动机器人患者定位组件100的运动从而定位患者。控制器101还可以包括用于检测、报告和处理通信中或者患者治疗床103的软件控制中的错误的软件。
控制器101可以包括至少一个用户界面单元，例如用户界面单元105，用于使用户通过实施一个或多个用户可选择功能来相互控制机器人患者定位组件100的运动或正确运动。在一个实施方式中，用户界面单元105可以是手持用户界面单元或者远程控制单元。作为选择，用户界面单元105可以是图形用户界面(GUI)。
控制器101和机器人患者定位组件100的其他元件(例如机器人手臂102、患者治疗床103、传感器系统104、用户界面105、医疗放射治疗系统106以及成像系统107)之间的通信链路可以是具有维持可靠和实时通信所必须的带宽的有线链路或者无线链路。
在一个实施方式中，医疗放射治疗系统106可以是放射外科系统，例如CyberKnife
Figure 2006800250458_1
放射外科系统。放射外科系统可以包括具有多关节机器人手臂的机器人、安装在多关节机器人手臂的远端并用于选择性地发射医疗放射线的医疗放射源；x射线成像系统107；以及控制器。在一个实施方式中，医疗放射源可以是x射线线性加速器。X射线成像系统107产生表示目标的一个或多个实时或者接近实时影像的影像数据。x射线成像系统107可以包括一对诊断x射线源以及一对x射线影像检测器408(或者相机)，每个检测器布置在相关x射线源的对面。患者治疗床103(或者治疗桌)在治疗期间支撑患者，并且可以定位在两个x射线相机及其各自的成像系统107的诊断x射线源之间。
成像系统107实时地或接近实时地产生表示目标在治疗坐标框架中的位置和方位的x射线影像。控制器101可以包含治疗计划和传输软件，其可以响应预治疗扫描数据CT(和/或MRI数据、PET数据、超声扫描数据、和/或荧光透视法成像数据)和用户输入，以产生包括预期的连续射束路径的治疗计划，在每个固定的一组治疗位置或节点处，每个射束路径都具有相关的剂量率和持续时间。响应于控制器的方向，机器人手臂移动且定位x射线线性加速器，连续地且有序地通过每个节点，而x射线线性加速器如控制器所控制的那样传输所需的剂量。预治疗扫描数据可以包括例如CT扫描数据、MRI扫描数据、PET扫描数据、超声扫描数据、和/或荧光透视法成像数据。
在患者医疗放射治疗系统106上进行治疗前，必须调整患者在由成像系统107建立的参考系内的位置和方位，以与患者必须在的提供用于计划治疗的影像的CT(或者MRI或者PET或者荧光透视法)扫描器的参考系内的位置和方位匹配。在一个示范性实施方式中，这种对齐可以在所有五个或六个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度上达到几十毫米和几十度内。
尽管机器人手臂102和患者治疗床103在这里可以与影像引导的基于机器人的医疗放射治疗系统(并且特别是CyberKnife
Figure 2006800250458_2
的系统)相关描述，但是机器人手臂102和患者治疗床103也可以与其他类型的系统一起使用，例如基于桶架(iso为中心)的治疗系统。也应该理解，机器人患者定位组件100可以选择性地用于其他医疗设施，例如手术室(OR)工作台，或者CT扫描或者MRI处理以及类似操作中的支撑装置。
图2A示出了包括具有五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的机器人手臂的机器人患者定位组件的一个实施方式。图2A的机器人患者定位组件包括机器人手臂202，该机器人手臂202具有腕部组件220、肘部组件230、肩部组件240、轨道安装组件250、以及轨道260；患者治疗床103；以及立柱270。患者治疗床103可以可旋转地连接于腕部组件220，该腕部组件220包括偏移工具关节(tool-yaw joint)、俯仰工具关节(tool-pitch joint)和滚动工具关节(tool-roll joint)。腕部组件220的偏移工具关节可以连接于安装板211，安装板可以连接于患者治疗床103的底部。腕部组件220的偏移工具关节方便了患者治疗床103沿着z轴，图2A中的轴线6偏移旋转的旋转运动。俯仰工具关节可以连接于偏移工具关节并且方便了患者治疗床103沿着y轴，图2A中的轴线5俯仰旋转的旋转运动。滚动工具关节可以连接于俯仰工具关节并且方便了患者治疗床103沿着x轴，图2A中的轴线4滚动旋转的旋转运动。
肘部组件230可以连接于腕部组件220的滚动工具关节。肘部组件230可以包括三个驱动轴和三个电机。在一个实施方式中，这里讨论的电机可以是步进电机。作为选择，这些电机也可以是伺服电机或者本领域技术人员熟知的其他电机。第一驱动轴可以连接于第一电机和偏移工具关节。第一电机和驱动轴沿着偏移轴，轴线6驱动患者治疗床103的旋转运动。第二驱动轴可以连接于第二电机和俯仰工具关节。第二电机和驱动轴沿着俯仰轴，轴线5驱动患者治疗床103的旋转运动。第三驱动轴可以连接于第三电机和滚动工具关节。第三电机和驱动轴沿着滚动轴，轴线4驱动患者治疗床103的旋转运动。在一个示例性实施方式中，肘部组件230的远端直径为10英寸，该远端连接于腕部组件220的滚动工具关节。作为选择，肘部组件230可以具有接近3到20英寸范围的直径。作为选择，肘部组件230可以具有圆以外的其他形状，例如矩形、椭圆或其他已知形状，并且肘部组件230可以具有3到20英寸之间的横截面的最小量度。
肩部组件240可以通过肘关节连接于肘部组件230并且通过肩关节连接于轨道安装组件250。肘关节包括肘部变速箱，该变速箱可以用来驱动机器人手臂202的肘部组件230在旋转轴，图2A中的轴线3上的旋转运动。肩关节包括肩部变速箱，该肩部变速箱可以用来驱动机器人手臂202的肩部组件240在旋转轴，图2A中的轴线2上的旋转运动。肘部和肩部组件230和240的肘部和肩部变速箱方便了患者治疗床103在二维水平面，例如在平行于地面的(x-，y-)平面上的平移运动。在一个实施方式中，肘部和肩部变速箱具有接近于200比1的齿轮减速比(200∶1)。肘部和肩部变速箱的200∶1的齿轮减速比使得能够在接近于0到60毫米(0-60mm)范围的偏转误差261内将载荷达到500磅的患者支撑在患者治疗床103上。在一个示例性实施方式中，偏转误差261接近0到5毫米(0-5mm)。作为选择，齿轮减速比可以范围在接近10比1的齿轮减速比(10∶1)和接近600比1的齿轮减速比(600∶1)之间。应该注意到，当说到支撑载荷达到500磅的患者时，这里描述的结构可以支撑4倍的患者载荷重量，用以满足安全标准。而且，尽管使用具有五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的机器人手臂进行了阐释，但这里描述的图2F的偏转误差261也可应用于具有六个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的其他实施方式的机器人手臂。
在一个实施方式中，控制器101、机器人手臂202的肩部和肘部变速箱、轨道安装组件250、以及腕部组件220可以包括德国的KUKA Roboter GmbH制造的元件。
轨道安装组件250可以连接于轨道260并连接于肩部组件240的肩关节。轨道安装组件250和轨道260方便了患者治疗床103在大体垂直的线性轴线，图2A中的轴线1上的平移运动。所述大体垂直的线性轴线(z-)可以大体垂直于二维水平面(x-，y-)。在一个实施方式中，轨道可以垂直定位，例如垂直安装到立柱270的垂直侧。在医疗放射治疗期间，立柱270可以紧固或安装到治疗室的地板上或者地板下面的坑内。在另一个实施方式中，在医疗放射治疗期间，立柱270可以紧固或安装到治疗室的天花板上。作为选择，如本领域技术人员公知的，轨道260可以垂直安装到其他结构上，例如墙壁、基座、支撑或其他基础结构。立柱270具有立柱深度271和立柱宽度272。在一个实施方式中，立柱深度271至少接近10英寸，并且立柱宽度272至少接近15英寸。在一个示例性实施方式中，立柱深度271接近17英寸，并且立柱宽度272接近22英寸。在一个实施方式中，立柱270具有围绕x-轴的至少接近800in4的主惯性矩。在一个示例性实施方式中，围绕x-轴的主惯性矩接近1200in4。
上面提到的腕部组件220、肘部组件230、肩部组件240、轨道安装组件250以及轨道260的布置方便了使用五个旋转的自由度和一个平移的大体垂直的线性自由度对患者治疗床103进行定位。机器人患者定位组件100的机器人手臂202的五个旋转的和一个平移的大体垂直的线性自由度可以将患者定位到患者治疗床103上的预期治疗区域中的任何地方，例如机器人手臂202的机械运动范围内的工作空间。机器人手臂202可以定位患者治疗床103以在工作空间或治疗区域内的多个位置具有工具中心位置(TCP)或者iso中心。机器人手臂202也可以为特殊患者提供装载/卸载位置，如下面所描述的。机器人手臂202可以用来方便患者治疗床103沿着五个旋转DOF和一个大体垂直的线性DOF移动。在一个示例性实施方式中，五个DOF包括用于沿着相互垂直的水平坐标轴(x-和y-)平移运动的两个旋转轴，以及用于分别围绕x-、y-、和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转运动的三个旋转轴。所述一个大体垂直的线性DOF包括用于沿着大体垂直的线在大体垂直于水平坐标轴(x-和y-)的坐标轴z-上平移运动的大体线性的轴。
在一个实施方式中，机器人手臂202包括用于根据来自控制器101的方向移动患者治疗床103的一个或多个患者治疗床移动致动器。工作台界面模块允许患者治疗床103与传感器系统104、机器人手臂102的致动器、控制器101、医疗放射治疗系统106、以及用户界面单元105连接。电子模块可以对照周围障碍物的模型独立地检测患者治疗床的位置，以保证在机器人患者定位组件100运动期间患者治疗床103不会与障碍物相撞。
在图2A的示例性实施方式中，患者治疗床103可以是手术台，尽管在其他实施方式中也可以使用其他类型的支撑装置(例如桌、椅或者长台)。
图2B示出了包括安装板的患者治疗床的一个实施方式。安装板211连接于患者治疗床103。在一个实施方式中，安装板211可以在偏心位置或者枢转点连接于患者治疗床103。在一个实施方式中，患者治疗床103的长度215可以接近于88英寸到145英寸范围。患者治疗床103的宽度214可以接近于10英寸到45英寸范围。在一个示例性实施方式中，长度215接近于78英寸并且宽度214接近于20英寸。
在一个实施方式中，相对于患者治疗床103的长度215，偏心位置217可以距离患者治疗床103的一侧(例如包括患者头枕的一侧)接近于50到75英寸范围。在一个示例性实施方式中，相对于患者治疗床103的长度215，偏心位置217距离患者治疗床103的一侧50英寸。在另一个实施方式中，偏心位置217距离患者治疗床103的中心位置216具有偏心长度距离212和偏心宽度距离218。在一个实施方式中，偏心长度距离212可以为从相对于长度215的中心位置216到患者治疗床103的一侧这段距离的接近于0-90％，并且偏心宽度距离218可以为从相对于宽度214的中心位置216到患者治疗床103的一侧这段距离的接近于0-90％。在一个示例性实施方式中，偏心位置217为相对于患者治疗床103的长度215距离中心位置216接近于21英寸，并且相对于患者治疗床103的宽度214距离中心位置216接近于4英寸。或者换句话说，偏心长度距离212为21英寸，偏心宽度距离218为4英寸。在另一个实施方式中，偏心位置217可以以百分比术语表示，例如偏心位置217可以设置在相对于患者治疗床103的长度215的接近于50-85％内，并且在相对于患者治疗床103的宽度214的接近于0-50％内。作为选择，安装板211可以在相对于患者治疗床103的长度215和宽度214的中心位置216处连接于患者治疗床103。
在一个实施方式中，患者治疗床103可以具有接近于0.75英寸到3英寸范围内的厚度213。在一个示例性实施方式中，患者治疗床103具有接近2.25英寸的厚度213。在另一个示例性实施方式中，患者治疗床103具有接近2.25英寸的厚度213、接近77英寸的长度215以及接近20英寸的宽度214。
图2C示出了患者治疗床的一个实施方式的截面图。患者治疗床103可以由射线可透材料制成。在一个实施方式中，患者治疗床103包括外壳材料256和主体材料257。在一个示例性实施方式中，外壳材料256是碳纤维且主体材料257是泡沫塑料。作为选择，其他射线可透材料也可以用作外壳和主体材料。在一个实施方式中，外壳材料256具有外壳厚度258。外壳厚度258可以接近于0.02到0.12英寸厚度范围。在一个示例性实施方式中，外壳厚度可以接近于0.058英寸。
图2D示出了包括安装板、倾斜传感器、加速计以及缓冲器的患者治疗床的一个实施方式。在这个实施方式中，缓冲器219连接于安装板211和患者治疗床103。缓冲器219可以具有缓冲材料，例如橡胶或塑料。作为选择，缓冲器219可以是本领域公知的减小或缓冲振动的其他装置，例如弹簧类元件。
倾斜传感器280可以安装于患者治疗床103。倾斜传感器280可以是检测患者治疗床103角度的双轴倾斜传感器。倾斜传感器280可以连接于控制器101并且可以用来发送关于患者治疗床103的倾斜的信息，例如一个或多个轴的角度测量。倾斜传感器280可以防止患者在治疗期间从患者治疗床103上掉下来。倾斜传感器280还可以使患者感觉没有从患者治疗床103上掉下来的危险。倾斜传感器280允许在没有围栏的情况下操作患者治疗床103，以防止治疗期间患者掉下或感觉不舒服。在一个实施方式中，倾斜传感器280可以是单轴倾斜传感器，并且可以使用一个或多个倾斜传感器来检测患者治疗床103在滚动和俯仰旋转中的倾斜。在另一个实施方式中，倾斜传感器280可以是双轴倾斜传感器，其检测并发送有关患者治疗床103的俯仰和滚动旋转的倾斜角度的信息(例如角度测量)给控制器101。作为选择，本领域普通技术人员公知的其他倾斜传感器也可以使用，例如三轴倾斜传感器。倾斜传感器280可以用来当患者治疗床103的滚动和/或俯仰角度到达预设角度时进行检测，并且停止患者治疗床103的运动，以便于不超过这个预设角度，以防止患者掉下。在一个实施方式中，该预设角度可以接近6-9度范围。在一个示例性实施方式中，该预设角度是7度。作为选择，其他特定角度也可以用来防止患者治疗床103在滚动或俯仰轴上运动期间其运动超过预设角度。在一个实施方式中，倾斜传感器280可以包括由加利福尼亚圣何塞的Crossbow Inc.制造的元件。
加速计281可以安装于患者治疗床103。加速计281可以检测患者治疗床103的加速度。加速计281可以连接于控制器101，并且可以用来发送有关患者治疗床103的加速度的信息。加速计可以防止患者在治疗期间从患者治疗床103掉下。在一个实施方式中，加速计281可以包括由加利福尼亚圣何塞的Crossbow Inc.制造的元件。在一个实施方式中，机器人患者定位组件100可以仅仅包括倾斜传感器280。作为选择，机器人患者定位组件100可以仅仅包括加速计281。还应该注意到，尽管其他附图中没有示出以不干扰其他实施方式的讨论，这里描述的缓冲器219、加速计281和倾斜传感器280可以用于其他实施方式。
图2E示出了轨道安装组件的一个实施方式。轨道安装组件251连接于图2A的轨道260和肩部组件240。应该注意到，这里关于机器人手臂202的轨道安装组件250的结构和操作应用于轨道安装组件251。轨道安装组件251包括轨道安装轴环(collar)252和轨道安装板253。在一个实施方式中，轨道安装轴环252和轨道安装板253可以是分离的元件。作为选择，轨道安装轴环252和轨道安装板253可以是一体件。轨道安装轴环252包括前高度254和后高度255，后高度255比前高度254更靠近轨道。在一个实施方式中，轨道安装轴环252的后高度可以是至少11英寸。在另一个实施方式中，轨道安装轴环252的高度从最靠近轨道安装板253的端部逐渐减小，最靠近轨道安装板253的端部的高度大于最远离轨道安装板253的端部的高度。在这个实施方式中，在最远离轨道安装板253的端部的前高度254可以是至少5英寸，而在最靠近轨道安装板253的端部的后高度255可以是至少11英寸。
在一个实施方式中，在偏心位置217连接于安装板211的患者治疗床103使得能够在患者治疗床103的接近0到5毫米偏转误差261内支撑患者载荷达到500磅。在另一个实施方式中，患者治疗床103的厚度213使得能够在患者治疗床103的接近0到5毫米偏转误差261内支撑患者载荷达到500磅。作为选择，患者治疗床103与安装板211在偏心位置217的连接以及患者治疗床的厚度213都使得能够在患者治疗床103的接近0到5毫米偏转误差内支撑达到500磅的患者负载。应该注意到，患者治疗床103和机器人手臂202可以支撑超过500磅的更大重量。
图3A示出了包括机器人手臂的机器人患者定位组件的一个实施方式，该机器人手臂具有六个旋转自由度和一个大体水平的线性自由度。如图3A所示，机器人患者定位组件包括具有腕部组件220、肘部组件230、肩部组件240、板件380、轨道安装组件350、以及轨道360的机器人手臂302；以及患者治疗床103(图3A中未示出)。如上面所述，患者治疗床103可以可旋转地连接于腕部组件220，腕部组件220包括偏移工具关节、俯仰工具关节以及滚动工具关节。腕部组件220的偏移工具关节可以连接于安装板211，安装板211连接于患者治疗床103的底部。腕部组件220的偏移工具关节方便了患者治疗床103沿着偏移轴，图3A中的轴6偏移旋转的旋转运动。俯仰工具关节可以连接于偏移工具关节并且方便了患者治疗床103沿着俯仰轴，图3A中的轴5俯仰旋转的旋转运动。滚动工具关节可以连接于俯仰工具关节并且方便了患者治疗床103沿着滚动轴，图3A中的轴4滚动旋转的旋转运动。
肘部组件230可以连接于腕部组件220的滚动工具关节。肘部组件230包括三个驱动轴和三个电机。第一驱动轴可以连接于偏移工具关节和第一电机。第一电机和驱动轴驱动患者治疗床103沿着偏移轴，图3A中的轴6旋转运动。第二驱动轴可以连接于俯仰工具关节和第二电机。第二电机和驱动轴驱动患者治疗床103沿着俯仰轴，图3A中的轴5旋转运动。第三驱动轴可以连接于滚动工具关节和第三电机。第三电机和驱动轴驱动患者治疗床103沿着滚动轴，图3A中的轴4旋转运动。在一个示例性实施方式中，肘部组件230在连接于腕部组件220的滚动工具关节的远端具有10英寸的直径。作为选择，肘部组件230可以具有接近3到20英寸的直径。作为选择，肘部组件230可以具有圆以外的其他形状，例如矩形、椭圆形或者其他公知形状，并且肘部组件230可以具有3到20英寸之间的最小横截面量度。在一个实施方式中，连接于患者治疗床103的肘部组件的10英寸直径使得能够在患者治疗床103的接近0到5毫米的偏转误差261内支撑达到500磅的患者载荷。
肩部组件240可以通过肘关节连接于肘部组件230并且通过肩关节连接于轨道安装组件350。肘关节包括肘部变速箱，该肘部变速箱可以用来驱动机器人手臂的肘部组件230在旋转轴，图3A中的轴3上旋转运动。肩关节包括肩部变速箱，该肩部变速箱可以用来驱动机器人手臂的肩部组件240在旋转轴，图3A中的轴2上旋转运动。肩部和肘部组件240和230的肩部和肘部变速箱方便了患者治疗床103在二维水平面上的平移运动，例如在平行于地面的(x-，y-)平面。在一个实施方式中，肘部和肩部变速箱具有接近200比1(200∶1)的齿轮减速比。肘部和肩部变速箱的200∶1的齿轮减速比使得能够在患者治疗床103的接近0到60毫米的偏转误差261内支撑达到500磅的患者载荷。在一个示例性实施方式中，偏转误差261接近0到5毫米。作为选择，齿轮减速比范围可以从接近10比1(10∶1)的齿轮减速比到接近600比1(600∶1)的齿轮减速比。
板件380可以连接于肩部组件240的肩关节并且可旋转地安装到轨道安装组件350上。板件包括变速箱，该变速箱可以用来驱动机器人手臂的板件380在旋转轴，图3A中的轴1上旋转运动。板件的变速箱方便了患者治疗床103在大体平行于地面的水平面上的平移运动。在一个实施方式中，板件380的变速箱具有齿轮减速比。板件380的变速箱的齿轮减速比的范围可以从接近250比1(250∶1)到接近300比1(300∶1)。在一个示例性实施方式中，板件变速箱的齿轮减速比是接近300∶1。
在一个实施方式中，轨道安装组件350具有与前面参考图2E讨论的类似的尺寸。作为选择，也可以使用其他尺寸。
在一个实施方式中，机器人手臂302的腕部、肘部和肩部组件220、230、240以及板件380可以包括由德国KUKA Roboter GmbH制造的元件。
轨道安装组件350可以连接于轨道360并连接于板件380。轨道安装组件350和轨道360方便了患者治疗床103在大体水平的线性轴，图3A中的轴7上的平移运动。大体水平的线性轴(x-，y-)大体垂直于二维垂直平面(z-)。轨道360连接于地面。在另一个实施方式中，轨道360可以垂直定位，例如垂直安装于立柱270的垂直侧。在医疗放射治疗期间，立柱270可以固定或安装到治疗室的地面上或者在地面下的坑内。在另一个实施方式中，在医疗放射治疗期间，立柱270可以固定或安装到治疗室的天花板上。作为选择，轨道360可以垂直安装到本领域技术人员公知的其他结构上，例如墙壁、基座、支撑或其他基础结构。
腕部组件220、肘部组件230、肩部组件240、板件380、轨道安装组件350以及轨道360的上面提到的布置方便了使用六个旋转的自由度和一个平移的大体水平的线性自由度对患者治疗床103进行定位。机器人患者定位组件100的机器人手臂302的六个旋转的和一个大体水平的线性自由度可以将患者定位到患者治疗床103上的预期治疗区域中的大体任意位置，例如在机器人手臂302的机械移动范围内的工作空间。机器人手臂302可以将患者治疗床103定位，以在工作空间或治疗区域内在多个位置具有工具中心位置(TCP)。机器人手臂302还可以为特殊患者提供装载/卸载位置。在一个实施方式中，所述六个自由度包括用于沿着相互垂直的坐标轴(x-，y-，z-)平移运动的三个旋转轴；以及用于分别围绕x-y-和z-轴滚动-俯仰-和偏移-旋转运动的三个旋转轴。所述一个大体水平的线性自由度包括用于沿着大体水平的线在大体垂直于垂直坐标轴(z-)的坐标轴(x-和y-)上平移运动的大体线性的轴。
在一个实施方式中，机器人手臂302包括一个或多个患者治疗床移动致动器，用于根据来自控制器101的指令移动患者治疗床103。工作台界面模块允许患者治疗床103与传感器系统104、机器人手臂302/102的致动器、控制器101、医疗放射治疗系统106、以及用户界面单元105连接。电子模块可以对照周围障碍物的模型独立地检测患者治疗床的位置，以保证在机器人患者定位组件100运动期间患者治疗床103不会与障碍物相撞。
如上面所述，患者治疗床103能够在至少五个旋转自由度上运动，即两个平移自由度(x-和y-轴)(分别是图2A中的轴2和3)，三个旋转自由度(偏移-，俯仰-和滚动-轴)(图2A中的轴6，5和4)，以及一个大体垂直的线性自由度(大体垂直的线性轴)(图2A中的轴1)。作为选择，患者治疗床103能够在所有六个自由度上移动，即三个平移自由度(x-，y-和z-轴)(分别是图3A中的轴3，2和1)加上三个旋转自由度(偏移-，俯仰-和滚动-轴)(图3A中的轴6，5和4)，以及一个大体垂直的线性自由度(大体垂直的线性轴)(图3A中的轴7)。由控制器101产生的移动命令信号可以控制机器人患者定位组件100在不同自由度上正确运动。在一个实施方式中，患者治疗床103相对于治疗系统106的位置可以是已知的，因此可以实现坐标移动。在一个示例性实施方式中，患者治疗床103和治疗系统106都能够参照公共(或者“室”)的坐标系。
图3B示出了连接于图3A的机器人手臂的患者治疗床的一个实施方式。机器人手臂302连接于安装板211。机器人手臂302连接于轨道360。在这个实施方式中，轨道360安装到地面并且装在轨道箱370中。在其他实施方式中，轨道360可以垂直定位，例如垂直安装到立柱270的垂直侧。如前面讨论的，在医疗放射治疗期间立柱270可以固定或者安装到治疗室的地面或天花板上，或者立柱270可以固定或者安装到地面下的坑内。作为选择，轨道360可以垂直安装到本领域技术人员公知的其他结构上，例如墙壁、基座、支撑或其他基础结构。图3B的机器人手臂302包括形成图3A的机器人手臂302的元件和组件，如上面讨论的，但这些元件和组件不参考图3B讨论，以不对关于机器人手臂302和患者治疗床103的连接的讨论形成干扰。
在图3B中，安装板211连接于患者治疗床103。在一个实施方式中，安装板211可以在偏心位置或者枢转点连接于患者治疗床103。在一个实施方式中，患者治疗床103的长度315可以接近于48到145英寸之间的范围。患者治疗床103的宽度314可以接近于10到45英寸之间的范围。在一个示例性实施方式中，长度315接近78英寸，宽度314接近20英寸。
在一个实施方式中，偏心位置317相对于患者治疗床103的长度315可以距离患者治疗床103的一侧(例如包括患者头枕的一侧)接近于50到75英寸范围。在一个示例性实施方式中，偏心位置317相对于患者治疗床103的长度315距离患者治疗床103的一侧接近于50英寸。在另一个实施方式中，偏心位置317距离患者治疗床103的中心位置316具有偏心长度距离312和偏心宽度距离318。在一个实施方式中，偏心长度距离312可以为从相对于长度315的中心位置316到患者治疗床103的一侧这段距离的接近于0-90％，并且偏心宽度距离318可以为从相对于宽度314的中心位置316到患者治疗床103的一侧这段距离的接近于0-90％。在一个示例性实施方式中，偏心位置317为相对于患者治疗床103的长度315距离中心位置316接近于25英寸，并且相对于患者治疗床103的宽度314距离中心位置316接近于4英寸。或者换句话说，偏心长度距离312是21英寸，偏心宽度距离318是4英寸。在另一个实施方式中，偏心位置317可以以百分比术语表示，例如，偏心位置317可以设置在相对于患者治疗床103的长度315的接近于50-85％内，并且在相对于患者治疗床103的宽度314的接近于0-50％内。作为选择，安装板211可以在相对于患者治疗床103的长度315和宽度314的中心位置316处连接于患者治疗床103。
在一个实施方式中，患者治疗床103可以具有接近于0.75英寸到3英寸范围内的厚度313。在一个示例性实施方式中，患者治疗床103具有接近2.25英寸的厚度313。在另一个示例性实施方式中，患者治疗床103具有接近2.25英寸的厚度313、接近77英寸的长度315以及接近20英寸的宽度314。如上面参考图2C所讨论的，患者治疗床103可以由射线可透材料制成。在一个实施方式中，患者治疗床103包括外壳材料256和主体材料257。在一个示例性实施方式中，外壳材料256是碳纤维且主体材料257是泡沫塑料。作为选择，其他射线可透材料也可以用作外壳和主体材料。在一个实施方式中，外壳材料256具有外壳厚度258。外壳厚度258可以接近于0.02到0.12英寸厚度范围。在一个示例性实施方式中，外壳厚度可以接近于0.058英寸。
在一个实施方式中，在偏心位置317连接于安装板211的患者治疗床103能够在患者治疗床103的接近0到5毫米的偏转误差261内支撑患者载荷达到500磅。在另一个实施方式中，患者治疗床103的厚度313能够在患者治疗床103的接近0到5毫米的偏转误差261内支撑患者载荷达到500磅。作为选择，患者治疗床103与安装板211在偏心位置317的连接以及患者治疗床的厚度313都能够在患者治疗床103的接近0到5毫米的偏转误差内支撑达到500磅的患者负载。应该注意到，患者治疗床103和机器人手臂302可以支撑超过500磅的更大重量。在一个实施方式中，患者治疗床103和机器人手臂302在静止位置可以支撑达到接近2000磅的重量。
图4A和4B示出了具有五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的机器人患者定位组件100连同基于机器人的线性加速器系统406的示例性位置。图4A和4B的机器人患者定位组件100包括机器人手臂202、患者治疗床103、安装板211、腕部组件220、肘部组件230、肩部组件240、轨道安装组件250、轨道260、立柱270、具有机器人手臂402的基于机器人的线性加速器系统406、以及成像系统107的x射线成像源407。在所示实施方式中，基于机器人的线性加速器系统406可以是CyberKnife
Figure 2006800250458_3
放射线治疗系统或者其他基于机器人的线性加速器系统。图4A的机器人患者定位组件100示出了具有负载物(例如患者)的患者治疗床103的示例性低位置或者装载/卸载位置。在一个实施方式中，这个低位置可以是用于装载/卸载患者的预编程位置。所述低位置或者装载/卸载位置距地面可以接近于16到25英寸范围内。在这个实施方式中，患者可以从轮椅被装载到患者治疗床103上。作为选择，所述位置可以由使用者通过用户界面105手动控制机器人手臂202和患者治疗床103而得到。
图4B的机器人患者定位组件100示出了患者治疗床103的示例性的高的或者“TREAT”位置。在这个示例性实施方式中，高的或者“TREAT”位置高于图4A的用于装载/卸载患者的低位置。在一个实施方式中，在开始治疗之前所述高位置可以是默认位置。这个“TREAT”位置可以在控制器101中预编程，或者作为选择可以由使用者通过用户界面105手动控制而得到。
在一个实施方式中，患者治疗床103可以由可透放射线材料制成，使得能够穿过患者治疗床103对患者进行成像。可以与机器人患者定位组件100和基于机器人的线性加速器系统406一起使用的示例性的成像系统107包括两个x-射线成像源407、与每个x-射线成像源相连的电源、一个或多个成像检测器408、以及控制器101。x-射线成像源407可以成角度地分离安装，例如分离大约90度，并且穿过治疗目标(例如患者体内的瘤)朝检测器408瞄准。作为选择，可以使用单独一个大的检测器，其将被每个x-射线成像源照射。在该单个检测器成像系统107中，两个x-射线源407可以以小于90度的角度分开来定位，以保持两者都在该单个检测器表面上成像。
检测器408可以放置在治疗目标下方，也就是在地面上、在患者治疗床103上或者在患者治疗床103下方，并且x-射线成像源407可以定位在治疗目标上方(例如治疗室的天花板上)，以将影像的放大以及由此检测器408的所需尺寸最小化。在作为选择的实施方式中，x-射线成像源407和检测器408的位置可以颠倒，例如x-射线成像源407在治疗目标下方，检测器408在治疗目标上方。在另一个实施方式中，由于医疗放射治疗系统106的桶架的限制摆动，并且为了减少放大效果，检测器408可以布置成在它们移动到成像位置的同时，桶架可以以不干涉成像系统107的方式定位，并且随后在医疗放射治疗系统106的医疗束发送期间移走。
检测器408可以产生患者影像信息并将之发送给控制器101。控制器101进行所有的成像计算以确定患者相对于预期治疗位置的位置，并产生对于不同自由度的修正值。该修正值可以自动提供给机器人患者定位组件100以自动对准患者，并/或发送给控制器101以自动调整患者相对于基于机器人的线性加速器系统406的医疗放射源409的位置，并/或发送给用户界面单元105，以供用户手动调整患者相对于基于机器人的线性加速器系统406的医疗放射源409的位置。
如前面提到的，包括控制器101的机器人患者定位组件100可以通过传感器系统104知道患者治疗床103的位置，并且通过实时的或接近实时的影像数据知道治疗目标的位置，并且还知道线性加速器系统的位置并产生移动命令信号以实现机器人患者定位组件100的修正运动，从而将治疗目标与医疗放射治疗系统106的放射治疗源对准。在使用用于医疗放射治疗系统106的基于机器人的线性加速器系统406的一个实施方式中，机器人患者定位组件100的修正运动可以使用控制器101与医疗放射治疗系统106的治疗x-射线源的运动动态配合，以将基于机器人的线性加速器系统406可用的工作空间最大化。换句话说，通过使用控制器101动态协调医疗放射治疗系统106的治疗x-射线源的运动，治疗目标的有效数量将由于患者治疗床103和医疗放射治疗系统106的方位和位置数量的增加而增加，这例如通过检测器408和/或x-射线成像源407(如图4A和4B)将是没有障碍的。在这个实施方式中，基于机器人的线性加速器系统406的治疗x-射线源的机器人实现的移动将通过机器人患者定位组件100的修正运动来实现，使得治疗x-射线源和患者治疗床103之间的相对运动可以保证预期的放射图案遍及目标区域发送。
在一个实施方式中，患者治疗床103的运动和医疗放射治疗系统106的x-射线线性加速器的运动的结合被动态地协调和控制，以将医疗放射治疗系统106可利用的工作空间最大化。
机器人手臂202可以定位患者治疗床103以在工作空间或者治疗区内的多个位置上具有工具中心位置(TCP)或者治疗目标。基于机器人的线性加速器系统406的机器人手臂也可以将线性加速器医疗放射源409的iso中心定位在工作空间或治疗区内的多个位置。然而，工作空间或治疗区可以通过定位限制来限制，例如由于患者治疗床103、医疗放射源409或者它们相应的具有医疗放射治疗系统106、成像系统107的机器人手臂和/或机器人手臂102或具有上面提到的这些元件的任意元件的基于机器人的线性加速器系统406的医疗放射源409的放射线束的障碍中任意之间可能的干涉而造成的障碍。举个例子，x-射线成像源407可以防止基于机器人的线性加速器系统406的医疗放射源409被定位在x-射线成像源407安装的位置，因为将其定位在这里将导致可能的干涉(例如碰撞障碍物)。同样，由于检测器408(例如碰撞障碍物)的布置，基于机器人的线性加速器系统406的医疗放射源409不会定位在患者治疗床103下面。定位限制的另一个例子是由于其他元件，例如检测器408和/或x-射线成像源407(例如光束障碍物)，来自医疗放射源409的放射线束的障碍。
在一个实施方式中，控制器101可以用来结合患者治疗床使用机器人手臂沿着五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度动态移动，并且结合基于机器人的线性加速器系统使用基于机器人的线性加速器系统的机器人手臂沿着至少五个自由度动态移动，以动态协调患者治疗床103和基于机器人的线性加速器系统406的医疗放射源409的方位和位置。患者治疗床和医疗放射源之间的动态协调移动可以在机器人手臂的机械运动范围内增加治疗目标的数量。
控制器101可以用来定位患者治疗床103和基于机器人的线性加速器系统，以在机器人手臂和基于机器人的线性加速器系统的机械移动范围内在由定位限制所造成的先前的障碍位置产生治疗目标。在一个实施方式中，所述先前的障碍位置可以由可能碰撞的障碍造成，例如在或者患者治疗床103、医疗放射源409，或者它们对应的机器人手臂与机器人手臂202、患者治疗床103、医疗放射源409、x-射线成像源407、检测器408、和/或基于机器人的线性加速器系统406的其他元件之间。作为选择，所述先前的障碍位置可以由医疗放射源409的放射线束与机器人手臂202、患者治疗床103、医疗放射源409、x-射线成像源407、检测器408、和/或基于机器人的线性加速器系统406的其他元件的障碍造成。
在一个实施方式中，防撞模块可以嵌在控制器101内，以保证患者不被定位在可能造成包括患者身体的患者治疗床103和线性加速器桶架或基于机器人的线性加速器系统406的其他移动部件之间可能的碰撞的方位和/或位置。
图4C示出了具有安装到传统治疗台的第一侧的基于机器人的放射线治疗系统的机器人手臂的医疗放射源的整个可用表面区域的上到下视图。在这个实施方式中，医疗放射源409连接于基于机器人的线性加速器系统406，如上面参考图4A和4B所描述的。基于机器人的线性加速器系统406在传统治疗台401的一侧安装到地面上。传统治疗台401是地面安装的治疗桌。如上面所述，医疗放射源409在机器人手臂402的机械移动范围内可以使用线性加速器系统406的机器人手臂402(例如多关节机器人手臂)定位在三维工作空间内。医疗放射源409可以定位到距离传统治疗台401上的患者的体内的治疗目标一定距离处。放射源409和患者的治疗目标之间的所述一定距离是源轴距(SAD)。因为基于机器人的放射源409可以使用基于机器人的线性加速器系统406的机器人手臂402定位和定向在三维工作空间内，所以放射源409具有可以依赖于SAD的总的可用表面区域404。在一个实施方式中，如果SAD是固定数值，则总的可用表面区域404将具有接近球的形状。作为选择，其他可用表面区域可以使用通过改变SAD而获得的不同形状。总的可用表面区域404可以表示位置或节点，放射源409(例如x-射线线性加速器)可以定位在这些位置或节点中，以发出医疗放射线到患者体内的治疗目标。总的可用表面区域404可以通过上面描述的定位限制来限制。
在一个实施方式中，所述定位限制可以由治疗台或床造成。在一个示例性实施方式中，由于安装传统治疗台的地面和安装基于机器人的线性加速器系统406的地面的限制，所述定位限制可以造成不能达到的表面区域404。作为选择，其他限制可以造成放射源409具有不能到达的表面区域。在一个实施方式中，不可到达的表面区域404可以由安装到传统治疗台401一侧的基于机器人的线性加速器系统406造成，如图4C所示。图4C包括总的可用表面区域404和不可到达表面区域405的二维圆形。应该注意到，尽管图4C中以二维圆形表示，但总的可用表面区域404可以是接近球形的表面区域。作为选择，其他可用表面区域可以使用通过改变SAD而获得的不同形状。
应该注意到，不可到达区域404不能通过仅仅将基于机器人的线性加速器系统406的机器人手臂安装到传统治疗台401的相对侧上来解决，如图4D所示。图4D示出了具有安装到传统治疗台401的第二侧的基于机器人的线性加速器系统406的机器人手臂的医疗放射源409的整个可用表面区域的上到下视图。在这个实施方式中，由于传统治疗台401和基于机器人的线性加速器系统406的机器人手臂的障碍，不可到达表面区域405保持了。换句话说，仅仅将基于机器人的放射治疗系统安装到另一侧不能克服定位限制，这是由于障碍造成不可到达区域405。
图4E示出了医疗放射源和患者治疗床的一个实施方式的总的可用表面区域的从上到下的视图。在这个实施方式中，医疗放射源409连接于基于机器人的线性加速器系统406，如参考图4A和4B所描述的。基于机器人的线性加速器系统406在患者治疗床103的一侧在位置403a安装于地面。作为选择，基于机器人的线性加速器系统406可以在患者治疗床103的相对侧安装于地面。患者治疗床103连接于机器人手臂202。患者治疗床103以及机器人手臂202的细节已经在这里描述了，并且不再重复以免对增加总的可用表面区域404的讨论造成混乱。在这个实施方式中，患者治疗床103和机器人手臂202垂直安装。作为选择，可以使用安装机器人手臂的地面或天花板。如上面所描述的，医疗放射源409可以使用线性加速器系统406的机器人手臂402(例如多关节机器人手臂)在机器人手臂402的机械运动范围内在三维工作空间中定位。医疗放射源409可以定位到距离患者治疗床103上的患者的治疗目标一定距离，SDA处。因为基于机器人的放射源409可以使用基于机器人的线性加速器系统406的机器人手臂402定位和定向在三维工作空间内，放射源409具有可以依赖于SAD的总的可用表面区域404。在一个实施方式中，如果SAD是固定数值，则总的可用表面区域404将具有接近球的形状。作为选择，其他可用表面区域可以使用通过改变SAD而获得的不同形状。
总的可用表面区域404可以表示位置或节点，放射源409(例如x-射线线性加速器)可以定位在这些位置或节点中，以发出医疗放射线到患者的治疗目标。总的可用表面区域404可以通过上面描述的定位限制来限制。
如上面所描述的，定位限制可以由治疗台或床造成。然而，在这个实施方式中，如参考图4C和图4D所描述和阐释的那样，患者治疗床103和机器人手臂202可以定位以消除不可达到区域405。图4E示出了患者治疗床103如患者治疗床403b那样的新位置。在这个实施方式中，患者治疗床103的位置从位置403A转移到403B。换句话说，连接于机器人手臂202的患者治疗床103可以增加可定位医疗放射源409以向患者的治疗目标发出医疗放射线的总的可用表面区域404。作为选择，其他移动可以用来消除不可到达表面区域并且增加图4E的总的可用表面区域404。
图4E包括总的可用表面区域404的二维圆形。应该注意到，尽管图4C中以二维圆形表示，但总的可用表面区域404可以是接近球形的表面区域。作为选择，其他可用表面区域可以使用通过改变SAD而获得的不同形状。
在另一个实施方式中，障碍可能由地面造成；因此，当使用传统治疗台401时，障碍在接近球形的可用区域的底部上产生不可到达的表面区域。使用垂直安装的机器人手臂202和患者治疗床103，患者治疗床103可以从地面提升，从第一位置到第二较高位置，消除不可到达表面区域并增加总的可用表面区域。作为选择，其他不可到达表面区域可以通过协调机器人手臂202和患者治疗床103的移动来克服，举个例子，例如由检测器408以及x-射线成像源407造成的障碍物。
图4F示出了安装于床上的机器人手臂的作为选择的实施方式。在这个实施方式中，机器人手臂202在床的延伸安装区域491安装于患者治疗床103。应该注意到，延伸安装区域491也可以不同于图4F所示沿着患者治疗床的外围设置在其他位置。作为选择，如果患者治疗床103在安装区域具有充足的厚度213(图2B中所示)，则机器人手臂202可以直接安装到床的边缘侧496，而不使用延伸安装区域491。机器人手臂202在延伸安装区域491(或者作为选择在边缘侧496)上的安装可以允许机器人手臂在用于所有支撑的治疗位置(90度定向位置的例子将参考图4G在下面描述)的成像视野(imaging field of view)之外。如前面讨论的，在一个实施方式中，患者治疗床103由可透放射线材料构造。然而，机器人手臂202不由这种可透放射线材料构造。因此，当机器人手臂202在相对于成像系统的某些位置移动患者治疗床103的时候，机器人手臂202不会透像以及造成成像障碍。
图4G示出了安装到图4F的床上的机器人手臂的一个实施方式的与成像系统相关的侧视图和顶视图。如上面参考图4A和图4B所讨论的，与机器人患者定位组件100和基于机器人的线性加速器系统406一起使用的成像系统可以包括两个x-射线成像源(源A和源B)407以及两个成像检测器(检测器A和检测器B)408。在图4A和图4B中所示的患者治疗床103相对于检测器408的方位上，机器人手臂202不会干涉或障碍检测器的成像视野。然而，当机器人手臂202相对于图4A和图4B的方位成接近90度定位患者治疗床103的时候，机器人手臂202在如图4A和图4B所示安装时可能造成在某些位置的成像障碍。图4G示出了在相对于图4A和图4B所示的床和检测器的结构成90度的位置定位的患者治疗床。举个例子，在这个90度方位上(并且在其他方位上)，通过使用用于机器人手臂202的延伸安装区域491(或者安装边缘侧496)，机器人手臂202可以大体保持在成像系统(例如x-射线成像源407和成像检测器408)的成像区域495的外部。
图5示出了手持用户界面单元的示意图的一个实施方式。用户界面单元500可以影响机器人控制的患者治疗床103的至少五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度的计算机控制。在一个示例性实施方式中，用户界面单元500包括：用于将患者治疗床103连接于包括控制器101、传感器系统104、成像系统107、机器人手臂102、医疗放射治疗系统106的治疗系统主工作站的总线接口；以及至少一个用户界面单元105，例如用于允许用户与控制器101连接以交互控制机器人患者定位组件100的运动的用户界面单元500；以及与治疗系统E-停(紧急停止)电路连接的硬件。总线接口可以是以太网总线接口，其可以连接于治疗系统主工作站。当任何E-停启动的时候，与E-停电路连接的硬件可以使机器人患者定位组件100的计算机控制运动失效。
E-停机构可以用来停止机器人患者定位组件100的计算机控制运动。在一个实施方式中，“系统E-停”可以是紧急闭锁机构，能够关掉任何和所有放射线以及任何和所有运动。换句话说，“系统E-停”可以关掉至少以下：1)通过医疗放射治疗系统106的治疗x-射线源产生医疗x-射线束；2)医疗放射治疗系统106的治疗x-射线源和/或机器人手臂的任何运动；3)机器人手臂102和患者治疗床103的任何运动；以及4)成像系统107。
用户界面单元500可以允许用户或操作者通过执行一个或多个用户可选择的功能来交互参与控制机器人手臂102和患者治疗床103的运动。在一个实施方式中，用户界面单元500可以是远程控制单元。作为选择，用户界面单元可以是如下面描述的图形用户界面单元。这些用户可选择的功能可以包括但不限于以下：1)允许用户启动患者治疗床103使得能够开始获取患者治疗床103的位置的功能；2)允许用户启动x-射线成像系统107使得能够开始获取目标的实时或接近实时影像的功能；3)允许用户将患者治疗床103移动到一个或多个预编程的装载位置的功能，其方便了以预期方式将患者装载到患者治疗床103上；4)允许用户将患者治疗床103移动到预编程的“TREAT”位置的功能，该位置可以是默认的治疗位置；5)根据来自实时的或接近实时的影像的信息，向用户显示对应于调整目标位置所需的患者治疗床103修正运动的平移和旋转的功能；6)允许用户将平移和旋转与每个平移和旋转的各自的预定限制进行比较的功能；7)允许用户修改一个或多个预定限制的功能；以及8)允许用户检验平移和旋转在预定限制之下，并在此基础上启动医疗放射治疗系统106的治疗x-射线源来开始治疗发送的功能。
在一个解释性实施方式中，用户界面单元500可以是手持远程控制单元(例如手持悬架式操纵台)，其给用户提供了远程控制能力，用于机器人手臂102和患者治疗床103的运动的远程控制。图5的用户界面单元500可以是手持悬架式操纵台，并且可以包括分别与这些用户可选择的功能相关联的多个按钮。手持远程控制单元500可以提供控制来手动调整患者的位置，并且可以提供与机器人患者定位组件100的运动相关的状态指示器。
在所示实施方式中，手持远程控制单元500包括运动开关：六组轴运动控制开关510A-510F，三个装载位置开关520A、520B、和520C，以及治疗开关530。轴运动控制开关可以通过按钮提供每个自由度的双向手动控制。轴运动控制开关会造成预期轴(三个旋转轴：左/右(510A)、后/前(510B)、低(向着脚)/高(向着头)(510C)；三个旋转轴：滚动左/右(510D)；头下/上(510E)；头左/右(510F))在预期方向的移动，直到开关关闭并且运动不能进行。每个装载位置开关520A、520B、和520C都可以启动程序控制运动，如果运动启动，则这将使患者治疗床103自动移动到完全缩回，完全降低的装载位置，而无需任何进一步的操作器动作。控制器101可以具有一个或多个预编程的装载位置，并且作为选择，用户可以通过用户界面单元500或者图6所示的计算机界面600手动设定患者的装载位置。控制器101可以存储用于进一步治疗的特殊患者的装载位置。治疗开关530可以启动程序控制运动，如果运动启动，则这将使患者治疗床103移动到由控制器101限定并预先下载到患者治疗床103的位置。
远程控制单元500还可以包括一对运动启动开关550。按压一个或两个所述开关可以启动所有运动开关(轴运动控制、装载位置以及治疗)，并且如果有也不管系统E-停，尽管其不可能忽视任何桌E-停开关。在程序控制运动发生的同时释放一个或两个所述启动开关将会造成运动停止。
远程控制单元500还可以包括一对状态指示器540和542，所述状态指示器可以是发光二极管(LED)，其可以指示运动是否启动并被接受。在所示实施方式中，当系统E-停被断定的时候，E-停LED540是黄色的，当系统E-停被启动开关忽视的时候E-停LED540是绿色的，并且当系统E-停没有被断定的时候E-停LED540是关闭的。只要开关被推入并且运动启动，移动LED542就是绿色的，当程序控制移动发生时移动LED542是闪绿的，并且当桌E-停开始时移动LED542是黄色的。
远程控制单元500还可以包括GoTo开关(未示出)，其允许用户得到存储位置。远程控制单元500还可以包括显示功能(未示出)，例如向用户显示平移和旋转，或者向用户显示情报信息。远程控制单元500还可以包括绝对和相对位置显示/输入模块(未示出)。在另一个实施方式中，远程控制单元500还可以包括用于启动传感器系统104以开始检测患者治疗床103的位置的开关。
在主CyberKnife
Figure 2006800250458_4
工作站的用户控制台上的一个或多个用户界面屏幕将允许用户检查、启动和交互控制机器人患者定位组件100的运动以定位患者。图6示出了用户界面屏幕600的一个示例性实施方式，进入主工作站的治疗传输屏幕640。在所示实施方式中，用户界面屏幕600可以向用户提供整体的患者治疗床位置显示以及患者治疗床运动控制能力。用户界面屏幕600提供次级选项，以仅仅调整平移，或者仅仅调整旋转，或者对可用的所有自由度一起调整。
在一个实施方式中，用户界面屏幕600包括允许用户启动传感器系统104以检测患者治疗床103的位置的按钮图标。
在所示实施方式中，在治疗传输屏幕640中的ALIGN COUCH按钮可以开始用户界面屏幕600。用户界面屏幕600可以包括具有不同功能的多个区域。这些区域可以包括平移和旋转区域，它们最初填充有由控制器101的TLS单元返回的机器人患者定位组件100的修正运动。如果不能得到正确的患者治疗床修正运动，则这些区域是空的。平移和旋转区域可以编辑。
在所示实施方式中，用户界面屏幕600包括“MOVE”按钮610、“AUTOALIGN”按钮620，以及“CANCEL”按钮630。“MOVE”按钮610通过指示的平移和旋转量来移动患者治疗床103。如果“实施旋转”区域未被检测，则患者治疗床103仅仅可以在旋转轴上移动。“AUTO ALIGN”按钮620最初通过指示的平移和旋转量来移动患者治疗床103，并且继续通过成像系统107获得影像并自动地修正患者治疗床103的位置，直到满足了预定的“自动对准限制”。这意味着平移和旋转在预定限制之下，或者指示的影像数量被采取。“自动对准限制”区域以系统配置文件的形式被填充，但可以被编辑。“CANCEL”按钮630将返回到患者对准界面。
在一个实施方式中，用户界面屏幕600包括允许用户调整成像参数，例如强度、能量、以及由成像系统107产生的成像束中的x-射线的持续时间；获取的实时或接近实时影像的数量；选择和不选择基准；以及刚性体参数的按钮图标。
图7示出了使用机器人手臂定位患者治疗床的方法的一个实施方式。该方法可以包括步骤701，提供连接于机器人手臂102的患者治疗床103，以及步骤702，使用所述机器人手臂102沿着五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述患者治疗床103。在一个实施方式中，所述五个旋转自由度包括两个水平旋转轴(图2A中的轴3和轴2)(例如x-，y-轴)和包括偏移轴、俯仰轴和滚动轴(图2A中的轴6，轴5和轴4)在内的三个旋转轴，并且所述一个大体垂直的线性自由度包括用于使患者治疗床沿着大体垂直的线在大体垂直于两个水平坐标轴(例如x-和y-轴)的坐标轴(例如z-轴)上平移运动的大体线性的轴。
在另一个实施方式中，使用机器人手臂102来定位患者治疗床103的方法可以包括提供连接于机器人手臂102的患者治疗床103，以及使用所述机器人手臂102沿着六个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述患者治疗床103。在一个实施方式中，所述六个旋转自由度包括三个旋转轴(图3A中的轴3、轴2和轴1)(例如x-，y-和z-轴)和包括偏移轴、俯仰轴和滚动轴(图3A中的轴6，轴5和轴4)在内的三个旋转轴，并且所述一个大体垂直的线性自由度包括用于使患者治疗床沿着大体垂直的线在大体垂直于两个水平坐标轴(例如x-和y-轴)的坐标轴(例如z-轴)上平移运动的大体线性的轴。
在一个实施方式中，所述方法可以包括在接近0到5毫米的偏转误差261内在患者治疗床上支撑达到500磅的负载物。作为选择，在静止位置承载在患者治疗床上的患者可以达到2000磅。
所述方法可以进一步包括沿着所述旋转轴中的单独一个轴遍及所述患者治疗床的整个移动范围来移动所述患者治疗床，而不沿不同于该轴的轴移动所述患者治疗床。所述方法还可以进一步包括提供控制器，以沿着五个或六个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述机器人手臂和患者治疗床。所述方法还可以进一步包括提供连接于所述控制器的用户界面单元，以沿着五个或六个旋转自由度中的至少一个以及一个大体垂直的线性自由度来手动移动所述机器人手臂和患者治疗床。
在一个实施方式中，使用所述机器人手臂沿着沿着五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述患者治疗床的步骤包括使用机器人手臂的偏移工具关节沿着偏移-轴旋转所述患者治疗床，使用机器人手臂的俯仰工具关节沿着俯仰-轴旋转所述患者治疗床，使用机器人手臂的滚动工具关节沿着滚动-轴旋转所述患者治疗床，使用肘关节和肩关节沿着两个水平旋转轴旋转患者治疗床，以及使用垂直于两个水平旋转轴的轨道和轨道安装组件沿着大体垂直的线性轴平移患者治疗床。在另一个实施方式中，移动患者治疗床进一步包括使用额外的肩关节沿着额外的平移轴旋转患者治疗床，总计六个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度。所述六个旋转自由度包括用于沿着相互垂直的x-，y-，和z-坐标轴平移运动的三个旋转轴；以及用于分别围绕x-，y-，和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转运动的三个旋转轴。所述一个大体垂直的线性自由度可以包括用于沿着大体垂直的线在垂直于水平x-和y-坐标轴的z-坐标轴上平移的大体线性的轴。
图8示出了使用机器人手臂和基于机器人的线性加速器系统406定位患者治疗床的方法的另一个实施方式。所述方法可以包括步骤801，提供连接于第一机器人手臂的患者治疗床；步骤802，提供使用第二机器人手臂的基于机器人的医疗放射治疗系统；步骤803，使用第一机器人手臂沿着五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度来移动患者治疗床；以及步骤804，使用基于机器人的医疗放射治疗系统的第二机器人手臂沿着至少五个自由度来移动基于机器人的线性加速器系统。在另一个实施方式中，所述方法可以进一步包括提供连接于基于机器人的医疗放射治疗系统和机器人手臂的控制器。
在一个实施方式中，移动患者治疗床和基于机器人的线性加速器系统的步骤可以包括使用控制器来动态协调患者治疗床和基于机器人的线性加速器系统的医疗放射源的方位和位置。动态协调患者治疗床和医疗放射源的方位和位置可以增加机器人手臂的机械运动范围内的治疗目标数量。在另一个实施方式中，移动患者治疗床和基于机器人的线性加速器系统包括将基于机器人的线性加速器系统的医疗放射源与位于患者治疗床上的患者的体内的治疗目标对准。在另一个实施方式中，移动患者治疗床和基于机器人的线性加速器系统进一步包括定位患者治疗床和医疗放射源，以在机器人手臂和基于机器人的线性加速器系统的机械移动范围内的先前的障碍位置形成治疗目标。
在一个实施方式中，先前的障碍位置可以由可能碰撞的障碍造成，例如在或者患者治疗床103、医疗放射源409，或者它们对应的机器人手臂与机器人手臂202、患者治疗床103、医疗放射源409、x-射线成像源407、检测器408、和/或基于机器人的线性加速器系统406的其他元件之间。作为选择，先前的障碍位置可以由医疗放射源409的放射线束与机器人手臂202、患者治疗床103、医疗放射源409、x-射线成像源407、检测器408、和/或基于机器人的线性加速器系统406的其他元件的障碍造成。
在操作中，患者的接近治疗位置可以作为治疗计划过程的一部分来计算。当治疗计划载入控制器101的时候，接近治疗位置可以下载到患者治疗床103。操作者将患者定位到患者治疗床103上并且应用任何限制装置。操作者然后按下手持用户界面单元500(如图5所示)上的“TREAT”键，并且患者治疗床103自动移动以将其所有自由度带到存储位置。作为选择，“处理”命令也可以由用户界面屏幕600发出。同步移动的轴的数量可以通过设计来限制，以保证电力需要不会过量并且患者对发生的同步运动的数量感到舒适。
操作者然后退出治疗室并且使用工作站上的用户界面屏幕600(图6所示)或者专用控制面板，可以命令系统将患者对准到预期误差内。用户界面屏幕600可以允许用户输入参数，例如对准期间要采集的实时的或接近实时的影像的最大数量以及定位和定向的预期误差。用户界面屏幕600还可以允许与每个影像相关的误差显示出来。
在实现满意的对准后，医疗放射治疗系统106可以被命令来开始治疗。作为治疗的一部分，实时的或接近实时的影像可以通过成像系统107周期性获得，以检测治疗期间患者是否移动。如果患者确实移动了，治疗传输可以自动中止或者由操作者手动中止，并且通过进行机器人患者定位组件100的适当修正运动，患者可以被重新对准。在治疗结束时，操作者再次进入治疗室，并且使用手持用户界面单元500上的“装载位置”按钮来使患者治疗床103返回到用于卸载患者的装载/卸载位置。作为选择，所述系统可以从用户界面屏幕600发出命令以返回到最初装载位置。
在一个实施方式中，机器人手臂202或者机器人手臂302的元件可以包括在元件外部的触感材料。在另一个实施方式中，元件外部可以涂覆有接触泡沫。作为选择，可以使用其他材料来防止机器人手臂202或302的元件挤压或者撞击操作者。关于本领域普通技术人员公知的触感材料和接触泡沫的具体细节没有包含在内，以免干扰对于用材料涂覆机器人手臂202和302的外部来防止操作者被机器人手臂挤压或撞击的讨论。
下面是对上面所讨论的机器人患者定位组件的操作的另一个实施方式的更详细描述。
第一阶段是最初患者设定阶段。在这个阶段期间，在患者进入治疗室内之前，下载治疗计划文件。在治疗文件下载期间，患者治疗床103的治疗位置可以下载到控制器101内。患者治疗床103的治疗位置可以是以下之一：a)用于选择设定的线束路径的默认患者治疗床位置；以及b)患者的治疗位置，使用最近的时间相同的计划。在患者走进治疗室之前，可以按压手持远程控制单元500上的一个装载位置按钮，以便于将患者治疗床103定位到预定的患者可上到患者治疗床103上的舒适位置。患者然后可以不动，例如使用热塑掩模和或其他固定装置。
手持远程控制单元500上的“TREAT”按钮可以用来将患者治疗床103定位到指定治疗位置。对于头部或身体治疗，或者如果这是用同样的计划对患者进行的第二次或后续的治疗，则指定治疗位置对于进一步的自动定位可能是足够的，并且操作者可以继续通过用户控制台对患者进行自动定位。否则，患者治疗床103可以使用手持远程控制单元500进一步手动调整，以使关注的解剖学目标区域可以在成像视野内。操作者然后继续通过用户界面屏幕600对患者进行自动定位。
接下来的阶段可以是最初影像获取阶段。在这个阶段期间，操作者可以使用用户界面屏幕600(图6示出)中的患者对准屏幕上的ACQUIRE按钮来获取影像。如果必要，需要调整成像参数。这些参数的一些例子是：x-射线参数；可能被迁移或很难跟踪的不选择基准；以及刚性体参数的调整。
接下来的阶段可以是一次患者治疗床对准阶段。用户选择在患者对准屏幕上的“AUTO COUCH”按钮。这就提出了用户界面屏幕600的床调整界面屏幕，其包含由控制器101的TLS单元获得的最初修正。这个来自TLS的最初修正可以编辑。“MOVE”按钮通过窗口指示的修正量来移动患者治疗床103。对无法旋转修正的选项也可以获得。“AUTO ALIGN”按钮可以执行第一修正，并且继续完成自动对准。
接下来的阶段可以是自动患者治疗床对准阶段。床调整界面屏幕上的“AUTO ALIGN”按钮可以执行自动对准。自动对准可以通过在床调整界面上进行最初修正来开始，并且继续采集额外的影像并根据影像执行修正，直到以下条件之一满足：获得了自动对准阶段的预期数量的影像，和/或剩余修正在自动对准界面中确定的限制之下。
接下来的阶段可以是患者再对准阶段。只要系统遇到可复原错误(包括操作者中止)可以进行患者再对准，并且系统从此状态恢复。患者再对准可以与患者对准相同的方式处理。换句话说，再最初获取之后，进一步的调整可以使用床调整界面中的“AUTO ALIGN”按钮来自动完成。
最后的阶段可以是治疗传输阶段。当患者治疗床103的修正运动在用于平移和旋转机器人手臂102和患者治疗床103的预定限制之下的时候，治疗传输可以开始。下载到机器人患者定位组件100的控制器101中的修正运动可以包括平移和特定组的旋转。机器人可以移动到指定节点位置，通过特定的平移和旋转来修正，并且然后使医疗放射治疗系统106的x-射线束发生器能够工作。在节点的剂量传输结束时，医疗放射治疗系统106的机器人在该指定位置可以继续下个节点。
控制器101可以包括用于错误检测、报告和修正的软件。在一个实施方式中，错误处理软件包括“操作者中止”功能。如果一个影像在处理中，这个功能允许用户停止影像获取，并且返回到目标对准或者再对准模式。如果一个影像在处理中，用户还可以停止机器人患者定位组件100的运动，并且返回到目标对准或者再对准模式。如果“自动对准”模式在进行中，用户还可以停止后续的影像获取和机器人患者定位组件100的运动。
在一个实施方式中，错误处理软件还包括处理TLS(目标位置标记系统)错误的功能。适当的TLS错误被报告，例如软件算法错误和/或硬件的E-停错误。在确认了错误的基础上，控制器101可以返回到对准或再对准状态。如果“自动对准”在进行中，则用户可以停止随后的影像获取和机器人患者定位组件100的运动。在最初对准期间，“患者超重”错误可以是不起作用的，但是“TREAT”按钮可以是不起作用的，直到患者的重量在磅数内。
在一个实施方式中，错误处理软件包括处理桌面界面错误的功能。像通信错误那样的桌面界面错误作为软件错误处理，这需要用户确认，但不涉及E-停。在一个实施方式中，错误处理软件可以包括处理E-停的功能。在这个实施方式中，E-停使用双冗余机构(dual redundant mechanism)来停止机器人患者定位组件100的计算机控制运动。控制器软件停止产生任何进一步的运动命令信号。当进行E-停时，患者治疗床控制器硬件不能进行患者治疗床的移动。即使当E-停进行时，患者治疗床能够使用手持用户界面单元500来移动。在从中止恢复或可恢复E-停的基础上，E-停可以通过从操作台对系统重新设定来清除，然后再进入患者再对准状态。在这个阶段，用户可以使用自动对准来限定患者位置。患者再对准屏幕上的“RESUME”按钮使得可以重新开始治疗传输。
在医疗操作期间的定位患者位置和方位的一个实施方式中，包括沿着两个水平旋转轴(x，y-)(图2A中的轴2和轴3)和三个旋转轴(偏移、俯仰和滚动)(图2A中的轴6，轴5和轴4)定位患者治疗床103；并且沿着一个大体垂直的线性轴(z-)(图2A中的轴1)定位患者治疗床103。
在医疗操作期间的定位患者位置和方位的一个实施方式中，包括沿着三个旋转轴(x-，y-，z-)(图3A中的轴3，轴2和轴1)和三个旋转轴(偏移、俯仰和滚动)(图3A中的轴6，轴5和轴4)定位患者治疗床103；并且沿着一个大体垂直的线性轴(z-)(图3A中的轴7)定位患者治疗床103。
在一个实施方式中，患者治疗床103可以具有至少两个装载机构的方向，在操作中可以以水平和垂直方式装载或卸载患者。机器人患者定位组件100包括患者治疗床103，其可以以垂直装载的方式倾斜于水平面定位，例如相对于水平面成接近于70度。在患者固定到患者治疗床103上以后，患者治疗床103可以将患者定位到工作空间内的治疗位置。在一个实施方式中，患者治疗床103的顶表面可以具有患者专用模型，其可以定制以配合患者的身体曲线。在另一个实施方式中，患者治疗床103的一端可以具有以垂直装载方式支撑患者脚的脚板。在另一个实施方式中，患者治疗床103可以具有椅子似的支撑装置，并且患者治疗床103可以适于提供用于装载和/或卸载和/或治疗患者的坐立位置。
作为选择，患者治疗床103还可以提供如图4A所示的装载/卸载位置、坐立装载/卸载位置、以及为方便特殊患者而设定其他装载/卸载位置。
应该注意到，更多的可旋转的和/或可滑动的部件，例如额外的手臂，可以添加给机器人患者定位组件100以获得更多的柔性且更方便到达患者治疗床103。作为选择，机器人患者定位组件100可以包括比机器人患者定位组件100更少的部件，例如仅仅包括肘部组件而不是肘部组件和肩部组件都有。机器人患者定位组件100的平移和旋转移动可以手动控制和/或通过计算机控制器101自动控制。
在前面的说明中，本发明的实施方式已经参考具体示例性实施方式描述。然而，显然在没有脱离权利要求确定的本发明实施方式的更宽精神和范围的情况下可以对其进行多种改变和变化。因此，说明书和附图被认为是解释性的，而不是限制性的。

Claims (64)

1.一种使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，所述装置包括：
所述患者治疗床；以及
连接于所述患者治疗床的所述机器人手臂，所述机器人手臂被配置为以五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动；
所述五个自由度包括：用于在相互垂直的水平坐标x和y轴上平移移动所述患者治疗床的两个旋转轴；以及用于使得所述患者治疗床分别围绕x轴、y轴和z轴滚动、俯仰和偏移旋转运动的三个旋转轴，所述一个大体垂直的线性自由度包括用于在大体垂直于所述水平坐标x和y轴的z轴上沿着大体垂直的线平移移动所述患者治疗床的大体线性的轴；
所述机器人手臂包括：腕部组件，所述腕部组件可旋转地安装于安装板；肘部组件，所述肘部组件连接于所述腕部组件；肩部组件，所述肩部组件连接于所述肘部组件；轨道安装组件，所述轨道安装组件连接于所述机器人手臂的所述肩部组件；以及轨道，所述轨道连接于所述轨道安装组件；
所述腕部组件包括：偏移工具关节，所述偏移工具关节连接于所述安装板；俯仰工具关节，所述俯仰工具关节连接于所述偏移工具关节；以及滚动工具关节，所述滚动工具关节连接于所述俯仰工具关节；
连接所述偏移工具关节以绕z轴旋转所述患者治疗床，其中，连接所述俯仰工具关节以绕y轴旋转所述患者治疗床，并且其中，连接所述滚动工具关节以绕x轴旋转所述患者治疗床；
所述肘部组件包括：第一驱动轴，所述第一驱动轴连接于所述偏移工具关节；第一电机，所述第一电机连接于所述第一驱动轴，所述第一电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述偏移工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第一旋转轴旋转运动；第二驱动轴，所述第二驱动轴连接于所述俯仰工具关节；第二电机，所述第二电机连接于所述第二驱动轴，所述第二电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述俯仰工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第二旋转轴旋转运动；第三驱动轴，所述第三驱动轴连接于所述滚动工具关节；以及第三电机，所述第三电机连接于所述第三驱动轴，所述第三电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述滚动工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第三旋转轴旋转运动；
所述装置进一步包括：肘关节，所述肘关节连接于所述肘部组件和所述肩部组件，其中所述肘关节包括肘部变速箱，所述肘部变速箱被配置为绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第四旋转轴驱动所述机器人手臂的所述肘部组件旋转运动；以及肩关节，所述肩关节连接于所述肩部组件和所述轨道安装组件，其中所述肩关节包括肩部变速箱，所述肩部变速箱被配置为绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第五旋转轴驱动所述机器人手臂旋转运动。
2.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床具有大约0.75英寸到3英寸的厚度。
3.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床具有大约2.25英寸的厚度。
4.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床由射线可透材料制成。
5.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床包括外壳材料和主体材料。
6.如权利要求5所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述外壳材料具有大约0.02英寸到0.12英寸的厚度。
7.如权利要求5所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述外壳材料具有大约0.058英寸的厚度。
8.如权利要求5所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述外壳材料是碳纤维，并且所述主体材料是泡沫塑料。
9.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括加速计以及连接于所述患者治疗床的至少一个倾斜传感器。
10.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括连接于所述机器人手臂的外部的传感材料。
11.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括在偏心位置连接于所述机器人手臂和所述患者治疗床的安装板。
12.如权利要求11所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述偏心位置具有：
偏心长度距离，所述偏心长度距离为从相对于所述患者治疗床长度的中心位置到所述患者治疗床的第一侧这段距离的大约0到90％；以及
偏心宽度距离，所述偏心宽度距离为从相对于所述患者治疗床宽度的中心位置到所述患者治疗床的第二侧这段距离的大约0到90％。
13.如权利要求11所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述偏心位置具有：
偏心长度距离，所述偏心长度距离为大约21英寸；以及
偏心宽度距离，所述偏心宽度距离为大约4英寸。
14.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床的长度为大约48英寸到145英寸，并且所述患者治疗床的宽度为大约10英寸到45英寸。
15.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床的长度为大约78英寸，并且所述患者治疗床的宽度为大约21英寸。
16.如权利要求11所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括具有缓冲材料的缓冲器，所述缓冲器连接于所述安装板和所述患者治疗床。
17.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述患者治疗床包括沿着所述患者治疗床的侧边缘设置的延伸安装区域，并且其中所述机器人手臂在所述延伸安装区域连接于所述患者治疗床。
18.如权利要求16所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述缓冲材料包括塑料。
19.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道垂直定向。
20.如权利要求19所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道连接于立柱的垂直侧。
21.如权利要求20所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述立柱安装到地面和天花板的至少一者上。
22.如权利要求19所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道连接于墙壁。
23.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述肘部变速箱和肩部变速箱具有大约10∶1到600∶1的齿轮减速比。
24.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述肘部变速箱和肩部变速箱具有大约200∶1的齿轮减速比。
25.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述肘部变速箱和肩部变速箱被配置为在二维水平面上移动所述患者治疗床。
26.如权利要求24所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道和轨道安装组件被配置为在垂直于二维水平面的大体垂直的线性平移轴上移动所述患者治疗床。
27.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道安装组件包括具有后高度和前高度的轨道安装轴环，所述后高度比所述前高度更靠近所述轨道。
28.如权利要求27所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道安装组件的所述轨道安装轴环的后高度至少为大约11英寸。
29.如权利要求27所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述轨道安装组件的高度从最靠近所述轨道的第一端到最远离所述轨道的第二端逐渐减小，并且其中所述前高度至少为大约5英寸。
30.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述机器人手臂被配置为以附加的自由度移动。
31.如权利要求30所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述五个自由度和所述附加的自由度包括：
用于在相互垂直的x、y和z坐标轴上平移所述患者治疗床的三个旋转轴；以及
用于使得所述患者治疗床分别围绕x、y和z轴滚动、俯仰和偏移旋转的三个旋转轴。
32.如权利要求30所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述一个大体垂直的线性自由度包括用于在大体垂直于水平x和y轴的z轴上沿着大体垂直的线平移移动所述患者治疗床的大体线性的轴。
33.如权利要求32所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括：
板件，所述板件可旋转地安装在所述轨道安装组件和所述肩部组件上，其中所述腕部组件包括三个变速箱，该三个变速箱被配置为驱动所述安装板绕所述机器人手臂的六个自由度中的三个旋转轴旋转运动；
肘关节，所述肘关节连接于所述肘部组件和所述肩部组件，其中所述肘关节包括肘部变速箱，该肘部变速箱被配置为驱动所述机器人手臂的所述肘部组件绕所述机器人手臂的六个自由度的第四旋转轴旋转运动；
第一肩关节，所述第一肩关节连接于所述肩部组件和所述板件，其中所述第一肩关节包括被第一肩部变速箱，该第一肩部变速箱配置为驱动所述机器人手臂绕该机器人手臂的所述六个自由度的第五旋转轴旋转运动；以及
第二肩关节，所述第二肩关节连接于所述板件和所述轨道安装组件，其中所述第二肩关节包括第二肩部变速箱，该第二肩部变速箱被配置为驱动所述机器人手臂绕该机器人手臂的所述六个自由度的第六旋转轴旋转运动。
34.如权利要求1所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括：
安装板，所述安装板连接于所述患者治疗床；
所述机器人手臂的腕部组件，所述腕部组件连接于所述安装板，所述安装板在偏心位置连接于所述患者治疗床，其中所述患者治疗床具有大约2.25英寸的厚度；以及
轨道安装组件，所述轨道安装组件连接于轨道，其中所述轨道安装组件包括轨道安装轴环，所述轨道安装轴环在最靠近所述轨道的一端具有至少大约11英寸的后高度，其中所述机器人手臂被配置为以大约0到5毫米的偏转误差支撑重达大约500磅的患者。
35.一种使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，所述方法包括：
提供连接于机器人手臂的患者治疗床；以及
通过所述机器人手臂的五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述患者治疗床；
所述五个自由度包括：用于在相互垂直的水平坐标x和y轴上平移移动所述患者治疗床的两个旋转轴；以及用于使得所述患者治疗床分别围绕x轴、y轴和z轴滚动、俯仰和偏移旋转运动的三个旋转轴，所述一个大体垂直的线性自由度包括用于在大体垂直于所述水平坐标x和y轴的z轴上沿着大体垂直的线平移移动所述患者治疗床的大体线性的轴；
所述机器人手臂包括：腕部组件，所述腕部组件可旋转地安装于安装板；肘部组件，所述肘部组件连接于所述腕部组件；肩部组件，所述肩部组件连接于所述肘部组件；轨道安装组件，所述轨道安装组件连接于所述机器人手臂的所述肩部组件；以及轨道，所述轨道连接于所述轨道安装组件；
所述腕部组件包括：偏移工具关节，所述偏移工具关节连接于所述安装板；俯仰工具关节，所述俯仰工具关节连接于所述偏移工具关节；以及滚动工具关节，所述滚动工具关节连接于所述俯仰工具关节；
连接所述偏移工具关节以绕z轴旋转所述患者治疗床，其中，连接所述俯仰工具关节以绕y轴旋转所述患者治疗床，并且其中，连接所述滚动工具关节以绕x轴旋转所述患者治疗床；
所述肘部组件包括：第一驱动轴，所述第一驱动轴连接于所述偏移工具关节；第一电机，所述第一电机连接于所述第一驱动轴，所述第一电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述偏移工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第一旋转轴旋转运动；第二驱动轴，所述第二驱动轴连接于所述俯仰工具关节；第二电机，所述第二电机连接于所述第二驱动轴，所述第二电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述俯仰工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第二旋转轴旋转运动；第三驱动轴，所述第三驱动轴连接于所述滚动工具关节；以及第三电机，所述第三电机连接于所述第三驱动轴，所述第三电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述滚动工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第三旋转轴旋转运动；
所述装置进一步包括：肘关节，所述肘关节连接于所述肘部组件和所述肩部组件，其中所述肘关节包括肘部变速箱，所述肘部变速箱被配置为绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第四旋转轴驱动所述机器人手臂的所述肘部组件旋转运动；以及肩关节，所述肩关节连接于所述肩部组件和所述轨道安装组件，其中所述肩关节包括肩部变速箱，所述肩部变速箱被配置为绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第五旋转轴驱动所述机器人手臂旋转运动。
36.如权利要求35所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，所述五个旋转自由度包括用于平移移动的两个旋转轴以及用于绕偏移轴、俯仰轴和滚动轴旋转运动的三个旋转轴。
37.如权利要求35所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括使用连接于所述患者治疗床的至少一个倾斜传感器和连接于所述患者治疗床的加速计来防止患者从所述患者治疗床上掉下。
38.如权利要求35所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括：
提供连接于所述机器人手臂的外部的传感材料；以及
使用所述传感材料防止所述机器人手臂碰撞操作者。
39.如权利要求36所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括：
提供连接于所述患者治疗床的安装板；以及
提供连接于所述安装板和所述患者治疗床的缓冲器，所述缓冲器用于缓冲所述患者治疗床的振动。
40.如权利要求36所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括以大约0到5毫米的机器人手臂的偏转误差将重达500磅的负载物支撑在所述患者治疗床上。
41.如权利要求36所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括：在不使用所述五个旋转自由度的情况下，沿着所述大体垂直的线性轴大体遍及所述患者治疗床的整个移动范围来移动所述患者治疗床。
42.如权利要求36所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，移动所述患者治疗床的步骤进一步包括：
使用所述机器人手臂的偏移工具关节绕所述z轴旋转所述患者治疗床；
使用所述机器人手臂的俯仰工具关节绕所述y轴旋转所述患者治疗床；
使用所述机器人手臂的滚动工具关节绕所述x轴旋转所述患者治疗床；
使用肘关节和肩关节绕所述两个水平旋转轴旋转所述患者治疗床；以及
使用垂直于所述两个水平旋转轴的轨道和轨道安装组件沿着大体垂直的线性轴平移所述患者治疗床。
43.如权利要求42所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括使用附加的肩关节绕附加的轴旋转所述患者治疗床。
44.如权利要求43所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括提供控制器，所述控制器用于使得所述机器人手臂以所述五个或六个旋转自由度中的至少一个旋转自由度以及一个大体垂直的线性自由度移动。
45.如权利要求44所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括提供连接于所述控制器的用户界面单元，所述用户界面单元用于手动控制所述机器人手臂以所述五个或六个旋转自由度中的至少一个旋转自由度以及一个大体垂直的线性自由度移动。
46.一种使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，所述装置包括：
患者治疗床；
机器人手臂，所述机器人手臂连接于所述患者治疗床，所述机器人手臂被配置为以五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动；
控制器，所述控制器连接于所述机器人手臂；以及
成像系统，所述成像系统连接于所述控制器，以产生患者的多个影像；
所述五个自由度包括：用于在相互垂直的水平坐标x和y轴上平移移动所述患者治疗床的两个旋转轴；以及用于使得所述患者治疗床分别围绕x轴、y轴和z轴滚动、俯仰和偏移旋转运动的三个旋转轴，所述一个大体垂直的线性自由度包括用于在大体垂直于所述水平坐标x和y轴的z轴上沿着大体垂直的线平移移动所述患者治疗床的大体线性的轴；
所述机器人手臂包括：腕部组件，所述腕部组件可旋转地安装于安装板；肘部组件，所述肘部组件连接于所述腕部组件；肩部组件，所述肩部组件连接于所述肘部组件；轨道安装组件，所述轨道安装组件连接于所述机器人手臂的所述肩部组件；以及轨道，所述轨道连接于所述轨道安装组件；
所述腕部组件包括：偏移工具关节，所述偏移工具关节连接于所述安装板；俯仰工具关节，所述俯仰工具关节连接于所述偏移工具关节；以及滚动工具关节，所述滚动工具关节连接于所述俯仰工具关节；
连接所述偏移工具关节以绕z轴旋转所述患者治疗床，其中，连接所述俯仰工具关节以绕y轴旋转所述患者治疗床，并且其中，连接所述滚动工具关节以绕x轴旋转所述患者治疗床；
所述肘部组件包括：第一驱动轴，所述第一驱动轴连接于所述偏移工具关节；第一电机，所述第一电机连接于所述第一驱动轴，所述第一电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述偏移工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第一旋转轴旋转运动；第二驱动轴，所述第二驱动轴连接于所述俯仰工具关节；第二电机，所述第二电机连接于所述第二驱动轴，所述第二电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述俯仰工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第二旋转轴旋转运动；第三驱动轴，所述第三驱动轴连接于所述滚动工具关节；以及第三电机，所述第三电机连接于所述第三驱动轴，所述第三电机被配置为驱动所述机器人手臂的所述滚动工具关节绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第三旋转轴旋转运动；
所述装置进一步包括：肘关节，所述肘关节连接于所述肘部组件和所述肩部组件，其中所述肘关节包括肘部变速箱，所述肘部变速箱被配置为绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第四旋转轴驱动所述机器人手臂的所述肘部组件旋转运动；以及肩关节，所述肩关节连接于所述肩部组件和所述轨道安装组件，其中所述肩关节包括肩部变速箱，所述肩部变速箱被配置为绕所述机器人手臂的所述五个自由度的第五旋转轴驱动所述机器人手臂旋转运动。
47.如权利要求46所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，进一步包括：
连接于所述控制器的医疗放射治疗系统，其中，所述控制器被配置为控制所述机器人手臂和所述医疗放射治疗系统中的至少一个的移动，以将医疗放射源与位于所述患者治疗床上的患者的体内的治疗目标对准。
48.如权利要求47所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述医疗放射治疗系统是基于机器人的线性加速器系统。
49.如权利要求48所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述基于机器人的线性加速器系统的医疗放射源以及所述患者治疗床的定向和位置由所述控制器动态协调。
50.如权利要求49所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述控制器被配置为定位所述患者治疗床以及所述基于机器人的线性加速器系统的医疗放射源，以在先前障碍位置将放射传递到所述治疗目标，其中所述先前障碍位置在所述机器人手臂和所述基于机器人的线性加速器系统的机械移动范围内在由定位限制形成。
51.如权利要求50所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述定位限制包括与连接于所述患者治疗床的所述机器人手臂的至少一个可能碰撞的障碍，以及所述医疗放射源与所述患者治疗床、医疗放射源、以及所述成像系统中的至少一个的障碍。
52.如权利要求50所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述定位限制包括所述医疗放射源的放射线束与所述患者治疗床、医疗放射源、以及所述成像系统中的至少一个的障碍。
53.如权利要求46所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的装置，其中，所述成像系统具有成像视野，并且其中，所述机器人手臂在延伸安装区域连接于所述患者治疗床，以在所述机器人手臂移动所述患者治疗床的时候保持所述机器人手臂在所述成像系统的成像视野之外。
54.一种使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，所述方法包括：
提供连接于第一机器人手臂的患者治疗床；
提供连接于第二机器人手臂的基于机器人的线性加速器系统；以及
通过所述第一机器人手臂的五个旋转自由度和一个大体垂直的线性自由度移动所述患者治疗床；
所述五个自由度包括：用于在相互垂直的水平坐标x和y轴上平移移动所述患者治疗床的两个旋转轴；以及用于使得所述患者治疗床分别围绕x轴、y轴和z轴滚动、俯仰和偏移旋转运动的三个旋转轴，所述一个大体垂直的线性自由度包括用于在大体垂直于所述水平坐标x和y轴的z轴上沿着大体垂直的线平移移动所述患者治疗床的大体线性的轴；
所述第一机器人手臂包括：腕部组件，所述腕部组件可旋转地安装于安装板；肘部组件，所述肘部组件连接于所述腕部组件；肩部组件，所述肩部组件连接于所述肘部组件；轨道安装组件，所述轨道安装组件连接于所述第一机器人手臂的所述肩部组件；以及轨道，所述轨道连接于所述轨道安装组件；
所述腕部组件包括：偏移工具关节，所述偏移工具关节连接于所述安装板；俯仰工具关节，所述俯仰工具关节连接于所述偏移工具关节；以及滚动工具关节，所述滚动工具关节连接于所述俯仰工具关节；
连接所述偏移工具关节以绕z轴旋转所述患者治疗床，其中，连接所述俯仰工具关节以绕y轴旋转所述患者治疗床，并且其中，连接所述滚动工具关节以绕x轴旋转所述患者治疗床；
所述肘部组件包括：第一驱动轴，所述第一驱动轴连接于所述偏移工具关节；第一电机，所述第一电机连接于所述第一驱动轴，所述第一电机被配置为驱动所述第一机器人手臂的所述偏移工具关节绕所述第一机器人手臂的所述五个自由度的第一旋转轴旋转运动；第二驱动轴，所述第二驱动轴连接于所述俯仰工具关节；第二电机，所述第二电机连接于所述第二驱动轴，所述第二电机被配置为驱动所述第一机器人手臂的所述俯仰工具关节绕所述第一机器人手臂的所述五个自由度的第二旋转轴旋转运动；第三驱动轴，所述第三驱动轴连接于所述滚动工具关节；以及第三电机，所述第三电机连接于所述第三驱动轴，所述第三电机被配置为驱动所述第一机器人手臂的所述滚动工具关节绕所述第一机器人手臂的所述五个自由度的第三旋转轴旋转运动；
所述装置进一步包括：肘关节，所述肘关节连接于所述肘部组件和所述肩部组件，其中所述肘关节包括肘部变速箱，所述肘部变速箱被配置为绕所述第一机器人手臂的所述五个自由度的第四旋转轴驱动所述第一机器人手臂的所述肘部组件旋转运动；以及肩关节，所述肩关节连接于所述肩部组件和所述轨道安装组件，其中所述肩关节包括肩部变速箱，所述肩部变速箱被配置为绕所述第一机器人手臂的所述五个自由度的第五旋转轴驱动所述第一机器人手臂旋转运动。
55.如权利要求54所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括使用所述基于机器人的线性加速器系统的所述第二机器人手臂的至少两个自由度来移动所述基于机器人的线性加速器系统。
56.如权利要求54所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括使用所述基于机器人的线性加速器系统的所述第二机器人手臂的至少五个自由度来移动所述基于机器人的线性加速器系统。
57.如权利要求54所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括提供连接于所述基于机器人的线性加速器系统和所述机器人手臂的控制器。
58.如权利要求57所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，移动所述患者治疗床和所述基于机器人的线性加速器系统的步骤进一步包括使用所述控制器来动态协调所述患者治疗床以及所述基于机器人的线性加速器系统的医疗放射源的定向和位置。
59.如权利要求58所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，动态协调所述患者治疗床和所述医疗放射源的定向和位置增加了在所述机器人手臂的机械移动范围内的所述医疗放射源的总的可用表面区域。
60.如权利要求54所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，移动所述患者治疗床和所述基于机器人的线性加速器系统的步骤进一步包括将所述基于机器人的线性加速器系统的医疗放射源与位于所述患者治疗床上的患者的体内的治疗目标对准。
61.如权利要求57述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，移动所述患者治疗床和所述基于机器人的线性加速器系统的步骤进一步包括定位所述患者治疗床和所述医疗放射源，以在先前障碍位置将放射传递到所述治疗目标，其中所述先前障碍位置在所述机器人手臂和所述基于机器人的线性加速器系统的机械移动范围内由定位限制形成。
62.如权利要求61所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，动态协调所述患者治疗床和所述医疗放射源的定向和位置的步骤进一步包括避免所述定位限制。
63.如权利要求62所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，其中，所述定位限制包括由于x射线成像源和x射线成像检测器中的至少一个造成的所述医疗放射源的障碍。
64.如权利要求54所述的使用机器人手臂定位患者治疗床的方法，进一步包括：
提供具有成像视野的成像系统；以及
对于所有支撑的治疗位置，保持所述患者治疗床大体在所述成像视野之外。
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