CN102196776B

CN102196776B - 具有至少一个冗余关节的7或更多个自由度的机器人操纵器

Info

Publication number: CN102196776B
Application number: CN200980142231.3A
Authority: CN
Inventors: M·P·内勒; S·萨耶伊
Original assignee: Accuray Inc
Current assignee: Accuray Inc
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: US20120158017A1; CN102196776A; WO2010030463A1; EP2326254A4; US8126114B2; US20100069920A1; JP2012501866A; EP2326254B1; US8761337B2; EP2326254A1

Abstract

一种机器人治疗递送系统包括线性加速器(LINAC)、和耦合LINAC的机器人操纵器。机器人操纵器被构造为沿7或更多个自由度移动LINAC，所述7个自由度中的至少一个是冗余自由度。

Description

具有至少一个冗余关节的7或更多个自由度的机器人操纵器

相关申请

本申请要求2008年9月12日提交的美国临时申请No.61/096,728的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施方案属于用在医学应用中的机器人操纵器的领域。

背景技术

常规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。这些机器人被编程并构造为重复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，常规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沿不同的自由度(DOF)方便地移动。一些常规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)机器人用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个或更少的轴移动。常规机器人手臂的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、钻之类的装置。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对象。这种末端执行器典型地支撑范围从3kg-20kg(6.61-44.09磅)的最大有效载荷。

在辐射治疗系统的辐射源的定位中实施的另一种类型的机器人包括铰接的机器人手臂，以定位辐射源例如线性加速器(LINAC)，所述辐射源安装在铰接的机器人手臂的远端以选择性地发射辐射，例如如美国专利5,207,223(Adler)中所述。

附图说明

本发明的实施方案通过例子而不是限制的方式并结合附图来解释，图中：

图1示出机器人治疗递送系统的一个实施方案，其包括具有7个自由度的机器人手臂。

图2示出具有冗余关节的机器人治疗递送系统的另一实施方案。

图3A示出机器人治疗递送系统300的一个实施方案，其沿着第一轴在第一位置包括具有7个自由度的垂直安装的机器人手臂。

图3B示出图3A的机器人治疗递送系统沿着第一轴在第二位置的另一实施方案。

图3C示出机器人治疗递送系统350的另一实施方案，包括水平安装在用于第七自由度的线性轨道上的具有6个自由度的机器人手臂。

图4A示出在相对于治疗床的第一位置的常规机器人治疗递送系统的顶部侧视图。

图4B示出根据一个实施方案在相对于治疗床的第一位置的机器人治疗系统的顶部侧视图。

图4C示出在相对于治疗床的第二位置的图4A的常规机器人治疗递送系统的顶部侧视图。

图4D示出根据一个实施方案在相对于治疗床的第二位置的图4B的机器人治疗递送系统的顶部侧视图。

图5是示出根据一个实施方案的机器人治疗递送系统的工作空间的透视图。

图6示出使用机器人操纵器来定位医学工具的方法的一个实施方案。

图7示出使医学工具保持在固定位置的方法的另一实施方案。

图8示出可用于进行辐射治疗的治疗系统的一个实施方案的流程图，其中可实施本发明的实施方案。

具体实施方式

本文所述具有耦合机器人操纵器的医学工具的设备，所述机器人操纵器可沿着7或更多个自由度移动医学工具，机器人操纵器具有至少一个冗余关节。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、方法的例子等，以用于提供彻底理解本发明的实施方案。然而，对于本领域技术人员来讲明显的是，不需要使用这些具体细节来实施本发明的实施方案。在其他情况下，熟知的材料或方法没有详细描述，以避免使本发明的实施方案不必要的模糊。

机器人操纵器可以沿7或更多个DOF定位附接机器人操纵器的医学工具。机器人操纵器包括通过关节互连的多个刚性连接以沿7或更多个DOF移动医学工具。刚性连接中的一种包括附加关节(本文也称为冗余关节)。通过关节互连的多个刚性连接允许医学工具的旋转或平移位移。在一个实施方案中，7个DOF包括至少一个冗余DOF。附加关节可用于沿一个冗余DOF移动医学工具。例如，通过关节互连的多个刚性连接可用于沿6个DOF移动医学工具，并且附加关节可用于沿第七DOF移动医学工具，第七DOF是冗余DOF。可替换地，通过关节互连的多个刚性连接可用于沿多于7个DOF移动医学工具，其中一个刚性连接的两个附加关节用于沿两个冗余DOF移动医学工具。

机器人操纵器可用在机器人治疗递送系统中以在例如治疗辐射治疗的过程中调节辐射源的位置和取向。机器人治疗递送系统包括机器人操纵器例如铰接的机器人手臂，以在三维(3D)空间中定位和取向辐射源例如LINAC。然而，不同于常规机器人治疗递送系统，本文所述的实施方案的机器人操纵器包括一个或多个附加关节(其用在具有6个DOF的常规机器人手臂中)以沿着第七或更多DOF移动医学工具。例如，通过在第三轴(A3)和腕部组件之间的连接上增加附加关节，机器人操纵器可定位关节，使得相对于常规机器人手臂，能够产生更大的移动范围，而不会使患者或治疗床处于和机器人操纵器碰撞的风险中。通过下列方式可实现类似的结果：在第一和第二轴(A1和A2)的位置处增加第三关节，以允许机器人操纵器例如朝向地板旋转机器人操纵器的主体。使用这样的例子，机器人操纵器可以在多种高度定位医学工具，例如，机器人操纵器可定位LINAC至用于更高等角点(isocenter)的低位，或定位至用于低等角点的高位。

由于本文所述的实施方案包括7或更多个自由度的一个或多个冗余DOF，因此本文所述的实施方案比常规6个DOF机器人手臂拥有更多的能力。尽管考虑到特别的自由度机器人操纵器的工作空间实质性增加，但是具有一个或多个冗余DOF的机器人操纵器对于医学工具的给定工具姿势提供无限数量的构造。工作空间表示机器人操纵器的操作环境(operatingenvelop)。机器人操纵器的一个或多个冗余DOF还可允许机器人操纵器移动，同时工具位置保持不变，以及能够进行光滑的平面运动。这些附加DOF还可允许机器人避免障碍所要求的运动。本文所述的实施方案可提供更多节点和更多路径以到达节点(例如现有节点和新的节点)。本文所述的实施方案还可提供路径的优化以到达节点。例如，本文所述的实施方案可减少穿越节点的时间，以及增加可能的障碍之间的距离边缘或间隙。本文所述的实施方案还可用于使用机器人操纵器使医学工具定位在固定点，并且使医学工具保持在所述固定点，同时移动机器人操纵器。本文所述的实施方案还可用于操纵医学工具通过限定体积(例如迷宫)，而不会和限定体积外部的对象碰撞。

应该注意，在常规系统中通常避免具有多于6个DOF的机器人手臂，因为硬件的复杂性增加并且要求的动力学分析增加。然而，本文所述的实施方案可用于避免障碍，并且机器人操纵器可分解成两个部件-腕部组件和手臂组件，以简化工具位置和工具取向的动力学分析。例如，可使用不同的方法来解决各部件的动力学。

还应该注意，本文所述的实施方案被示出和描述为耦合LINAC的机器人手臂，然而在其他实施方案中，可以使用其他机器人操纵器和/或其他医学工具。例如，医学工具可以是成像器的成像源、手术工具、移植工具、治疗床等。

图1示出机器人治疗递送系统200的一个实施方案，其包括具有7个自由度的机器人手臂202。机器人治疗递送系统200包括LINAC 203、和具有腕部组件212与手臂组件的机器人手臂202。腕部组件212被构造为沿3个旋转DOF(轴5-7)移动LINAC 203，并且手臂组件被构造为沿4个DOF(轴1-4)移动LINAC 203，其中一个是冗余DOF。手臂组件包括通过关节互连的多个刚性连接，以沿4个DOF、包括冗余DOF移动LINAC 203。

LINAC 203用于产生可定向于靶的辐射束。机器人手臂可以是高度铰接的机器人手臂，其可具有多个旋转DOF，以合适地定位和取向LINAC 203，从而使用在开放体积内从多个角度递送的光束围绕患者205而辐射靶例如病理解剖学靶。应该注意，患者205可以是人患者，并且可替换地，可以是动物患者。此外，在其他实施方案中，可以使用除了人或动物之外的其他对象。使用机器人治疗递送系统200实施治疗可涉及具有单一等角点(会聚点)、多个等角点、或没有任何特定等角点(即，光束仅需要交织病理靶体积，并且不必会聚在靶内的单一点或等角点上)的光束路径。而且，治疗可以以单次对话(单-分割)或少数对话(低-分割)的方式来递送，如治疗计划期间所确定的那样。机器人治疗递送系统200根据治疗计划来递送辐射束，而无需使患者固定至刚性外部框架，以使用手术之前治疗计划期的过程中的靶体积的位置来登记为靶体积的手术期间位置。

LINAC 203可旋转地附接腕部组件212，其包括工具偏移关节、工具俯仰关节和工具滚动关节。腕部组件212的工具偏移关节可耦合安装板(未示出)，其可附接LINAC 203的底部。可替换地，腕部组件212的工具偏移关节可直接偶合LINAC 203的底部。腕部组件212的工具偏移关节促进LINAC203在沿着z-轴的偏移-旋转中的旋转运动。工具俯仰关节可耦合工具偏移关节，并促进LINAC 203在沿着y-轴的俯仰-旋转中的旋转运动。工具滚动关节可耦合工具俯仰关节，并促进LINAC 203在沿着x-轴的滚动-旋转中的旋转运动。z-轴、y-轴和x-轴可以是机器人手臂202的轴5-7。

在示出的实施方案中，手臂组件包括冗余关节组件211、肘部组件213、第一肩部组件214和第二肩部组件215。冗余关节组件211耦合腕部组件212的工具滚动关节。冗余关节组件213可包括3个驱动轴和3个电机以驱动腕部组件212的关节的旋转运动。在一个实施方案中，本文讨论的电机可以是步进电机。可替换地，电机可以是伺服电机或本领域技术人员意识到的其他电机。第一驱动轴可耦合工具偏移关节和第一电机。第一电机和驱动轴驱动LINAC 203沿着偏移轴-轴7旋转运动。第二驱动轴可耦合工具俯仰关节和第二电机。第二电机和驱动轴驱动LINAC 203沿着俯仰轴-轴6旋转运动。第三驱动轴可耦合工具-滚动关节和第三电机。第三电机和驱动轴驱动LINAC 203沿着滚动轴-轴5旋转运动。应该注意，轴可以以轴5-7的其他次序来表示。

肘部组件213通过冗余关节耦合冗余关节组件211，并且第一肩部组件214通过肘关节耦合肘部组件213。冗余关节包括齿轮箱，其可被构造为沿旋转轴-轴4驱动冗余关节组件211的旋转运动。肘关节包括肘部齿轮箱，其可被构造为沿旋转轴-轴3驱动肘部组件213的旋转运动。肩部组件214包括第一肩关节，其包括齿轮箱，所述齿轮箱可被构造为沿旋转轴-轴2驱动第一肩部组件214的旋转运动。附加关节、肘关节和肩关节的齿轮箱可促进LINAC 203在3-D空间中的平移运动。第二肩部组件215通过包括齿轮箱的第二肩关节耦合第一肩部组件214，所述齿轮箱可被构造为沿旋转轴-轴1驱动第二肩部组件215的旋转运动。应该注意，在其他实施方案中，机器人手臂202可包括除了齿轮箱之外的其他类型的运动致动器，以依照来自控制器的方向而移动LINAC 203。

在示出的实施方案中，冗余关节组件211耦合在腕部组件212和肘部组件213之间。可替换地，冗余关节组件211可耦合在手臂组件的其他组件之间。例如，在另一实施方案中，冗余关节组件耦合在肘部组件和第一肩部组件之间。在该实施方案中，肘关节耦合腕部组件和肘部组件。肘关节包括肘部齿轮箱以沿旋转轴-轴4驱动机器人手臂的旋转运动。此外，冗余关节耦合肘部组件和第一肩部组件。冗余关节包括齿轮箱以沿旋转轴-轴3驱动机器人手臂的旋转运动。第一和第二肩部组件包括第一和第二肩关节和相应的齿轮箱，以沿旋转轴-轴2和轴1驱动机器人手臂的旋转运动，如上所述。在另一实施方案中，当肘部组件213直接偶合腕部组件212时，肘部组件包括分别耦合工具偏移关节、工具俯仰关节和工具滚动关节的第一、第二和第三驱动轴，以及第一、第二和第三电机以分别驱动工具-偏移、工具-俯仰和工具滚动关节的旋转运动。

机器人手臂202可通过第二肩关节耦合安装组件216。安装组件216可耦合地板、墙壁、天花板、圆柱等。可替换地，机器人手臂202可直接偶合地板、墙壁、天花板、圆柱等，而无需使用安装组件216。

在另一实施方案中，第二肩部组件215包括具有第三肩部齿轮箱的第三肩关节，以沿机器人手臂的第八轴驱动机器人手臂的旋转运动。在另一实施方案中，安装组件216耦合轨道安装组件(其耦合轨道226)。可替换地，第二肩部组件215可耦合轨道安装组件。轨道安装组件和轨道可促进LINAC203沿基本上线性轴的平移运动。轨道可水平取向或垂直取向。该线性轴可以是机器人手臂的8个轴。在另一实施方案中，线性轴是第七DOF，其如上所述取代最后旋转轴-轴1。

在一个实施方案中，基本上线性DOF是7个或8个DOF的第一DOF，这是指DOF最接近机器人手臂的基端，其相对于机器人手臂的末端执行器端(也称为使用端)处的最后DOF，这距离机器人手臂的基端最远。第一DOF被构造为移动机器人手臂的其他6个或7个旋转DOF。即，医学工具和机器人手臂沿着基本上线性轴在医学工具运动的整个范围内移动，而不会使医学工具沿着旋转自由度运动。

基本上线性DOF包括基本上线性轴，所述基本上线性轴用于使医学工具沿着z-轴(基本上垂直于互相正交的水平坐标x-和y-轴)的基本上垂直线平移运动，或者使医学工具沿基本上垂直于z-轴的互相正交的水平坐标x-和y-轴的基本上水平线平移运动。在一个实施方案中，轨道可垂直取向例如垂直安装圆柱的垂直侧。圆柱可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的地板或地板下的坑中。在另一实施方案中，圆柱可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的天花板。可替换地，轨道可垂直安装至本领域技术人员已知的其他结构，例如墙壁、基座、块体或基础结构。在另一实施方案中，轨道可在治疗辐射治疗的过程中水平取向例如水平安装至治疗室的地板或地板下的坑中。在另一实施方案中，轨道可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的天花板。可替换地，轨道可水平安装至本领域技术人员已知的其他结构。

在一个实施方案中，控制器(为易于描述未示出)耦合机器人手臂202以沿7或更多个DOF移动机器人手臂和LINAC 203。机器人手臂202可被从控制器接收的运动命令控制。在另一实施方案中，用户界面单元耦合控制器以沿7或更多个DOF手动移动机器人手臂202和LINAC 203。

使用7个旋转DOF(包括一个冗余DOF)的腕部组件212、肘部组件213、第一肩部组件214、第二肩部组件215和安装组件216的上述布置促进LINAC 203的定位。机器人治疗递送系统200的机器人手臂202的7个DOF可在期望治疗区域的基本上任何位置(例如机器人手臂202的运动的机械范围内的工作空间)定位和取向LINAC 203。机器人手臂202可定位LINAC 203以在工作空间或治疗区域内的多个位置中具有工具中心位置(TCP)、机器中心或等角点。由控制器产生的运动命令信号可控制机器人治疗递送系统200沿多个DOF的校正运动。在一个实施方案中，LINAC 203相对于治疗床206的定位和取向可是已知的，使得可实现协调运动。在一个示例性实施方案中，LINAC 203和治疗床206可称为公共(或″房间″)坐标系。可替换地，机器人手臂202可被构造为促进LINAC 203沿着8个DOF运动。

在一个实施方案中，8个DOF包括2个冗余DOF。在另一实施方案中，8个DOF包括7个旋转DOF，包括一个冗余DOF和一个平移DOF。可替换地，其他构造是可能的。在一个示例性实施方案中，7个DOF包括用于使LINAC 203沿着互相正交的x-、y-和z-坐标轴平移运动的4个旋转轴、和用于使LINAC 203分别围绕x-、y-和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转的3个旋转轴。在该实施方案中，4个旋转轴包括用于LINAC 203的平移运动的一个冗余旋转轴。在另一示例性实施方案中，8个DOF包括用于使LINAC 203沿着互相正交的x-、y-和z-坐标轴平移运动的5个旋转轴、和用于使LINAC 203分别围绕x-、y-和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转的3个旋转轴。

在另一示例性实施方案中，8个DOF包括用于使LINAC 203沿着互相正交的x-、y-和z-坐标轴平移运动的4个旋转轴、用于使LINAC 203分别围绕x-、y-和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转的3个旋转轴、和基本上线性DOF，所述基本上线性DOF包括基本上线性轴，所述基本上线性轴用于使医学工具沿着z-轴(基本上垂直于互相正交的水平坐标x-和y-轴)的基本上垂直线平移运动，或者使医学工具沿基本上垂直于z-轴的互相正交的水平坐标x-和y-轴的基本上水平线平移运动。可替换地，在其他构造中可使用一个或多个冗余DOF。

机器人治疗递送系统200被构造为使用控制器在治疗辐射治疗的过程中，在计算机控制下调节LINAC 203在治疗室的3D工作空间或操作环境中的定位和取向。控制器可耦合机器人手臂202、运动追踪系统210、用户界面、成像系统(包括x-射线源207和检测器208)和患者定位系统212，包括治疗床206。可替换地，控制器耦合图1中所示系统的更多或更少的组件。

在一个实施方案中，机器人治疗递送系统200可以是使用LINAC的无框、图像引导的机器人基治疗辐射治疗系统。可替换地，机器人治疗递送系统200可以是其他类型的机器人基医学系统。在一个实施方案中，辐射源是LINAC，例如LINAC 203。可替换地，辐射源可以是可安装至机器人手臂的远端的其他类型的辐射源。在一个实施方案中，LINAC 203是x-射线LINAC。可替换地，LINAC 203可以是本领域技术人员意识到的其他类型的LINAC。

在示出的实施方案中，患者定位系统212耦合机器人手臂221的治疗床206，机器人手臂221具有腕部组件222、肘部组件223、肩部组件224、轨道安装组件225和轨道226。机器人手臂221被构造为沿6个DOF、包括一个基本上线性DOF移动治疗床。机器人手臂221包括通过关节互连的多个刚性连接以沿5个旋转DOF移动治疗床206。机器人手臂221安装至轨道226，这促进治疗床206沿基本上线性DOF运动。腕部组件222被构造为沿3个旋转DOF(轴4-6)移动治疗床206，并且肘部、肩部和轨道安装组件223-225与轨道226被构造为沿3个DOF、2个旋转DOF和基本上线性DOF移动治疗床206。

肘部组件223耦合腕部组件222和肩部组件224。轨道安装组件225耦合轨道226和肩部组件214的肩关节。在示出的实施方案中，轨道安装组件225和轨道226促进LINAC 203沿基本上垂直线性轴平移运动。基本上垂直线性轴(z-)可基本上垂直于两维水平面(x-，y-)。在一个实施方案中，轨道可垂直取向例如垂直安装至圆柱的垂直侧。圆柱可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的地板或地板下的坑中。在另一实施方案中，圆柱可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的天花板。可替换地，轨道226可垂直安装至本领域技术人员已知的其他结构，例如墙壁、基座、块体或基础结构。

尽管在图1中治疗床206耦合机器人手臂221，但是在其他实施方案中，可以使用其他患者定位系统以相对于机器人治疗递送系统200来定位和取向患者。例如，LINAC 203可相对未耦合机器人手臂的治疗床206定位，例如安装至架台、地板、AXUM治疗床(由California，Sunnyvale的Accuray Inc.开发)或其他患者定位系统的治疗床。

在一个实施方案中，机器人手臂221耦合与控制机器人手臂202的控制器相同的控制器。控制器可用于协调LINAC 203和治疗床206相对于彼此的运动。这可允许LINAC 203在另外的位置相对于治疗床来定位和取向，所述另外的位置可对于常规系统而言是之前障碍的。在另一实施方案中，机器人手臂202和221耦合单独的控制器。

在另一实施方案中，机器人治疗递送系统200包括x-射线成像系统。x-射线成像系统产生图像数据，其表示靶的一个或多个实时或接近实时图像。x-射线成像系统可包括一对诊断x-射线源207、和各x-射线成像源关联的电源、一个或两个成像检测器208(或相机)和控制器。x-射线成像源207可以成角度分开安装，例如约90度分开安装，并且通过治疗靶(例如患者内的肿瘤)瞄向检测器208。可替换地，可以使用单一大型检测器，其将由各x-射线源照射。在单一检测器成像系统中，两个x-射线源207可以以小于90度的角度分开定位，以使两个图像保持在单一检测器表面上。

检测器208可放置在治疗靶下，例如在地板上，在治疗床206上，或在LINAC 203下方，并且x-射线成像源207可定位在治疗靶上(例如治疗室的天花板)，以使图像的放大倍数、以及因此检测器208的要求尺寸最小化。在可替换的实施方案中，x-射线成像源207和检测器208的位置可反转，例如x-射线成像源207在治疗靶下并且检测器208在治疗靶上。在另一实施方案中，检测器208以这样的方式布置，使得在LINAC203或治疗床206的定位过程中或者在递送来自LINAC 203的辐射束的过程中，它们移动到用于成像的位置中和从该途径中移动出来。

检测器208可产生患者的图像信息，并且将其发送至控制器。控制器进行所有的成像计算以确定相对于期望的治疗位置的患者位置，并产生对于各种DOF的校正。校正可以自动施加至机器人治疗递送系统200，以自动对齐LINAC 203，和/或发送至控制器以使用治疗床206和机器人手臂212相对于LINAC 203自动调节患者位置，和/或发送至用于用户的用户界面单元以使用机器人手臂202和221中的一个或两个相对于LINAC 206手动调节患者位置。

在另一实施方案中，机器人治疗递送系统200的校正运动可以使用控制器以这样的方式动态协调治疗床206和机器人手臂221的运动，该方式为使适用于系统的工作空间最小化。通过使用控制器动态协调治疗床206和LINAC 203的运动，治疗靶的可用数量增加，因为例如通过治疗室内的检测器208和/或x-射线成像源207、机器人手臂或其他设备，LINAC 203和治疗床206的取向和定位数量增加，这是无障碍的。在该实施方案中，LINAC 203的机器人实施的运动通过治疗床206的校正运动补充，使得LINAC 203和治疗床206之间的相对运动确保在整个靶区内递送期望的辐射图案。

治疗床206在治疗过程中支撑患者205，并且可定位在成像系统的两个x-射线相机和它们相应的诊断x-射线源之间。在一个实施方案中，治疗床206可由射线可透的材料制成，使得患者能够通过治疗床206成像。

成像系统产生实时或接近实时的表示靶在治疗坐标框架中的位置和取向的x射线图像。控制器可以包含治疗计划和递送软件，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，以产生包括期望的连续光束路径的治疗计划，在每个固定的一组治疗位置或节点处，每个光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，机器人手臂移动且取向LINAC 203连续地且有序地通过每个节点，而LINAC 203如控制器所指导的那样递送所需的剂量。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。

在治疗前，可调节在由成像系统建立的参考框内的患者位置和取向，以与患者在的提供用于计划治疗的图像的CT(或者MRI或者PET或者荧光透视法)扫描器的参考框内的位置和取向匹配。在一个示例性实施方案中，这种对齐可以在所有DOF的上达到几十毫米和几十度内。

控制器还可以通信诊断或治疗计划系统，从而接收表示患者内治疗靶的一个或多个预治疗扫描的预治疗扫描数据。预治疗扫描可显示出靶相对于预治疗坐标系的位置和取向。控制器还可以从成像系统(x-射线源207和检测器208)接收表示靶的实时或接近实时图像的图像数据。图像数据可含有关于靶靶相对于治疗坐标系的实时或接近实时的位置和取向的信息。治疗坐标系和预治疗坐标系通过已知的变换参数而相关联。

控制器可以包括输入模块，用于接收1)表示靶的预治疗扫描的预治疗扫描数据，以及2)表示靶的实时或者接近实时的图像的实时或接近实时图像数据。预治疗扫描显示出靶相对于预治疗坐标系的位置和取向。在控制器的命令下由成像系统采集的接近实时图像显示出治疗靶相对于治疗坐标系的位置和取向。治疗坐标系和预治疗坐标系通过已知的变换参数而相关联。控制器包括TLS(靶位置系统)处理单元，该处理单元使用预治疗扫描数据、实时或接近实时图像数据、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靶在治疗坐标系中的位置和取向。控制器的所述处理单元还可以计算LINAC 203的等角点的位置和取向。

运动追踪系统210可用于检测LINAC 203和/或治疗床206的位置。运动追踪系统210可以是机器人治疗递送系统200的一部分或和机器人治疗递送系统200分离。控制器可操作地耦合运动追踪系统210，以基于从从运动追踪系统接收的数据来计算LINAC 203相对于治疗室或其他预定的治疗坐标系的位置和取向。控制器可独立地检查针对周围障碍的模型的LINAC的位置和取向，以确保在机器人治疗递送系统200的运动过程中LINAC 203不和障碍碰撞。控制器还可操作以按这样的方式控制机器人治疗递送系统200的运动，该方式为在整个治疗方案中患者解剖内的治疗靶相对于LINAC203是治疗光束源保持合适地对齐。控制器还可用于操作治疗床206的定位。

运动追踪系统210可以是设置在治疗室内以用于检测相对于治疗室或其他治疗坐标系的LINAC 203的位置的激光扫描系统或光学追踪系统。示例性激光扫描系统可以以接近60x/秒扫描治疗室，以确定LINAC 203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。相应地，控制器可以装载适于接收来自运动追踪系统210的信息并计算LIN AC 203以及治疗床或治疗室中的其他设备的位置的软件，使得包括控制器的机器人治疗递送系统200总知道LINAC 203的位置。控制器可以被编程以自动或者周期性地将LINAC 203和治疗床校准。

在可替换的实施方案中，运动追踪系统210包括用于跟踪LINAC 203相对于治疗坐标系的位置的磁性追踪系统。磁性追踪系统优选地包括与LINAC 203附接的至少一个变换器。可替换地，可以使用本领域技术人员意识到的其他传感器系统，例如附接LINAC 203的用于传感LINAC 203的运动的惯性传感器，分解器基传感器系统，红外三角系统，光学编码器等。应该注意，运动追踪系统210可用于追踪机器人手臂202、LINAC 203、机器人手臂221、治疗床206、患者205、或治疗室内的其他对象。运动追踪系统210还可用于追踪患者205内的靶。

通过比较治疗靶与LINAC 203的等角点的位置，控制器可以适于检测由患者的移动造成的治疗靶与LINAC 203的等角点的未对齐，并且产生运动命令信号用于实施机器人治疗递送系统200的校正运动，从而使治疗靶相对于辐射治疗源(例如LINAC 203)对齐。

在另一实施方案中，机器人治疗递送系统200的校正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。在另一实施方案中，通过比较预治疗图像与实时或接近实时图像并通过利用机器人手臂202和/或患者(使用治疗床)来重新定位LINAC 203，或者通过调节LINAC 203和治疗床的位置以与治疗计划对应，包括控制器的机器人治疗递送系统200可以适于检测和适应可由组织变形引起的肿瘤几何形状的改变。

控制器包括用于建立和维护与LINAC 203的可靠通信界面的软件。该软件使用为LINAC 203开发的界面说明。控制器进一步包括用于将患者位置和取向信息从成像系统转换成在LINAC 203的移动能力的DOF内的适当的移动单元的软件。控制器可以包括用于向治疗递送系统用户控制台提供用户界面单元的软件，以监测和启动机器人治疗递送系统200的运动从而定位患者。控制器200还可以包括用于检测、报告和处理通信中或者LINAC 203的软件控制中的错误的软件。

控制器可以包括至少一个用户界面单元以用于能够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治疗递送系统200的运动或校正运动。用户界面单元可以是手持用户界面单元或者远程控制单元。可替换地，用户界面单元可以是显示器上的图形用户界面(GUI)。

控制器和机器人治疗递送系统200的其他组件(例如机器人手臂202、LINAC 203、运动追踪系统210、用户界面、治疗床206和成像系统)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。

应该注意，上述实施方案中的附加关节在耦合到腕部组件211和肘部组件213之间的冗余关节组件中实施，然而，在其他实施方案中，冗余关节可以在其他构造中实施。在一个实施方案中，机器人手臂包括耦合LINAC 203的腕部组件、耦合腕部组件的手臂组件。手臂组件可包括一个或多个冗余关节。一个或多个冗余关节可联合一个或多个冗余关节组件实施，或者实施为手臂组件的其他组件的附加关节。例如，图1的示出的实施方案描述了腕部组件211和肘部组件213之间的附加关节。在其他实施方案中，附加关节可设置在冗余关节组件中，所述冗余关节组件耦合在下列中的任意两者之间：肘部组件213、第一肩部组件214、第二肩部组件215和安装组件216。在其他实施方案中，附加关节可实施为下列任一种的关节的附加关节：肘部组件213、第一肩部组件214和第二肩部组件215。例如，第一和第二肩部组件(联合安装组件216可统称为基础组件)包括第一和第二肩关节。附加关节可增加在第一和第二轴的位置处(A1和A2)(例如在包括第一和第二肩关节的基础组件处)。通过在第一和第二肩关节的位置处增加附加关节，手臂组件能够定位关节，使得相对于常规机器人手臂，能够产生更大的移动范围，而不会使患者或治疗床处于和机器人手臂或LINAC 203碰撞的风险中。此外，通过在第一和第二肩关节的位置处增加附加关节，手臂组件能够例如朝向地板旋转机器人手臂的主体，如图2中所示。

图2示出具有冗余关节的机器人治疗递送系统250的另一实施方案。机器人治疗递送系统250包括耦合机器人手臂252的LINAC 203。机器人手臂252包括腕部组件212、肘部组件213、第一肩部组件214、第二肩部组件215和安装组件216，如上面参照图1所述。不是具有冗余-关节组件211，机器人手臂252包括在第一和第二肩部组件的位置处的附加关节253。应该注意，机器人手臂202使用第一和第二肩关节以沿着基础组件的第一和第二旋转轴(A1和A2)移动机器人手臂202，和使用肘部和冗余关节以沿着第三和第四旋转轴(A3和A4)移动机器人手臂202。机器人手臂202的手臂组件包括基础组件(包括第一和第二肩关节)、通过附加关节互连的3个刚性连接、和肘关节。相反，机器人手臂252使用第一和第二肩关节与附加关节253以沿着基础组件的第一、第二和第三旋转轴(A1、A2和A3)移动机器人手臂252，并且使用肘关节以沿着第四旋转轴(A4)移动机器人手臂252。机器人手臂252的手臂组件包括基础组件(包括第一和第二肩关节)、和附加关节253、与通过肘关节互连的两个刚性连接。如上所述，通过在基础组件处增加附加关节253，可以例如朝向地板旋转机器人手臂252的主体。

在示出的实施方案中，机器人手臂250从第一位置251(由虚线所示)旋转至第二位置253(由实线所示)。这两个位置251和252可用于使LINAC 203定位至高位以治疗更低等角点，和定位至地位以治疗更高等角点。例如，图2中的治疗床206被示出为设置在高位。这样，等角点可以是更高等角点。为了使LINAC 203定位在更高等角点下方的某些位置处，机器人手臂252可围绕附加关节253旋转以使LINAC 203定位在更高等角点下方，例如在第二位置253。然而当治疗床206移动至低位时，机器人手臂252可围绕附加关节253旋转以使LINAC 203定位在低等角点之上，例如在第一位置251。

尽管上述实施方案描述为相对于治疗床206(耦合机器人手臂221)移动LINAC 203和机器人手臂202，但是在其他实施方案中，LINAC 203和机器人手臂202可相对于常规治疗床106(耦合常规机器人手臂，例如机器人手臂102)或未耦合常规机器人手臂的常规治疗床移动。

图1和2的实施方案示出机器人手臂，其水平安装至安装组件以及地板。在其他实施方案中，包括一个或多个附加关节的机器人手臂可垂直安装，例如如图3A和3B中所示。

图3A和3B示出机器人治疗递送系统300的一个实施方案，其包括在沿着第一轴的两个位置321和323具有7个自由度的垂直安装的机器人手臂。机器人治疗递送系统300包括耦合机器人手臂302的LINAC 203。机器人手臂302，如同机器人手臂202和252，包括腕部组件212和手臂组件。如上所述，腕部组件212被构造为沿3个旋转DOF(轴5-7)移动LINAC 203。图3A的手臂组件的所示实施方案包括肘部组件313、冗余关节组件311、肩部组件314、轨道安装组件316和轨道317。肘部组件313耦合腕部组件212的工具滚动关节。肘部组件313可包括3个驱动轴和3个电机，如上面相对冗余关节组件211所述。冗余关节组件311通过肘关节耦合肘部组件313和通过冗余关节耦合肩部组件314。肩部组件314通过肩关节耦合轨道安装组件316。肘关节、冗余关节和肩关节可包括齿轮箱，其可被构造为分别沿第四旋转轴(轴4)驱动肘部组件313的旋转运动，沿第三旋转轴(轴3)驱动冗余关节组件311的旋转运动，沿第二旋转轴(轴2)驱动肩部组件314的旋转运动。肘关节、冗余关节和肩关节的齿轮箱可促进LINAC 203在二维水平面内的平移运动，例如，在平行于地板的(x-，y-)面内。轨道安装组件316和轨道317促进LINAC 203沿基本上垂直线性轴(轴1)平移运动。基本上垂直线性轴(z-)可基本上垂直于二维水平面(x-，y-)。

在该实施方案中，轨道317安装至圆柱318的垂直侧。圆柱318可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的地板或地板下的坑中。在另一实施方案中，圆柱318可在治疗辐射治疗的过程中固定或安装至治疗室的天花板。可替换地，轨道317可垂直安装至本领域技术人员已知的其他结构，例如墙壁、基座、块体或基础结构。

控制器201耦合机器人手臂302以沿7个DOF移动机器人手臂302和LINAC 203。被控制器201控制的机器人手臂302使用6个旋转DOF和一个平移基本上垂直线性DOF来促进LINAC 203的定位和取向。如同机器人手臂202，机器人治疗递送系统200的机器人手臂302的6个旋转和一个基本上水平线性DOF可以在期望治疗区域的基本上任何位置(例如机器人手臂302的运动的机械范围内的工作空间)定位LINAC 203。机器人手臂302可定位LINAC 203以在工作空间或治疗区域内的多个位置中具有TCP。

在一个实施方案中，机器人手臂302被构造为沿着单一轴移动LINAC203，而无需在LINAC 203的运动的整个范围内沿着其他轴移动LINAC 203。例如，第一DOF被构造为在机器人手臂的运动的基本上整个范围内沿着基本上线性轴移动LINAC 203，而无需沿着4、5或6个旋转DOF移动LINAC203。第一DOF是最接近机器人手臂的基端的DOF。基端是机器人手臂302安装至圆柱318处。可替换地，基端是机器人手臂302安装至地板、天花板、墙壁或治疗室中的其他安装位置处。LINAC 203在机器人手臂302的末端执行器端部(也称为机器人手臂302的使用端)耦合机器人手臂202。

在一个实施方案中，控制器201被构造为沿着第一DOF的第一轴331移动机器人手臂302。第一DOF被构造为移动机器人手臂302的其余6个旋转DOF。控制器沿着轴331上下移动机器人手臂302至不同位置。例如，机器人手臂302可定位在第一位置321，如图3A中所述，并且可定位在第二位置323，如图3B中所述。如图3A和3B中所述，机器人手臂302可被构造为沿着基本上垂直线性轴(例如轴331)在LINAC 203的运动的基本上整个范围内移动LINAC 203以及机器人手臂302，而无需沿着6个旋转DOF移动LINAC 203。

在另一实施方案中，机器人手臂302具有水平的基本上线性DOF。在另一实施方案中，机器人手臂302具有4个旋转DOF和一个基本上线性DOF，并且第一DOF是基本上线性DOF，其被构造为移动机器人手臂的其余4个旋转DOF。在该实施方案中，控制器可在LINAC 203的运动的基本上整个范围内沿着基本上线性轴(例如轴331或水平第一轴)移动LIN AC，而无需沿着4个旋转DOF移动LINAC 203。在第一DOF是水平的实施方案中，控制器被构造为在互相正交的水平坐标轴(例如x-和y-轴)沿着基本上水平线移动LINAC 203，所述水平坐标轴基本上垂直于垂直轴(例如z-轴)。在第一DOF是垂直的实施方案中，控制器被构造为在垂直轴(例如z-轴)沿着基本上垂直线移动LINAC 203，所述垂直轴基本上垂直于互相正交的水平坐标轴(例如x-和y-轴)。

图3C示出机器人治疗递送系统350的另一实施方案，其包括水平安装在线性轨道353上用于第七自由度的具有6个自由度的机器人手臂。应该注意，尽管线性轨道353描述为第七DOF，但是线性轨道353也可称为第一DOF，因为第一DOF是典型地最接近机器人手臂352的基端的DOF。线性轨道353允许整个机器人手臂352在治疗室中从一个位置移动到另一位置，从而在机器人手臂352的6个DOF中提供第七DOF。机器人治疗递送系统350包括具有6个自由度的水平安装的机器人手臂352、和耦合机器人手臂352的LINAC203。机器人手臂352水平安装至具有例如导轨354的线性轨道353，所述导轨354允许机器人手臂352沿着线性轴平移。机器人手臂352可耦合轨道安装组件，所述轨道安装组件啮合导轨354以允许机器人手臂352沿着轨道353移动。可替换地，可使用其他类型的机构以允许机器人手臂352沿着轨道353移动，如本领域技术人员意识到的。在另一实施方案中，轨道353是非线性轨道。控制器(未示出)被构造为沿机器人手臂352的7个DOF、包括一个平移DOF(例如基本上水平)和6个旋转DOF移动机器人手臂352和LINAC 203。控制器可沿着单一轴(或非线性路径)移动机器人手臂352，而无需在LINAC 203的运动的整个范围内移动机器人手臂352的其他DOF。实际上，第七DOF允许整个参考框移位。

尽管上述实施方案是安装至地板的水平安装的6个DOF机器人手臂352，但是其他构造是可能的。例如，线性轨道353可安装至天花板或地板的坑中。此外，在其他实施方案中，轨道可垂直安装至圆柱、墙壁等。在其他实施方案中，机器人手臂352包括本文中所述的冗余自由度。在一个实施方案中，机器人手臂352包括6个自由度(6个中的一个是冗余DOF)，并且第七DOF是轨道。在另一实施方案中，机器人手臂352包括7个DOF(7个中的一个是冗余DOF)，并且第八DOF是轨道。可替换地，机器人手臂352可包括多于一个冗余DOF。

仅使用6个DOF机器人手臂，并表示机器人手臂的操作环境的工作空间可以围绕患者是非对称的，这是因为干扰和可达性问题。例如，如果机器人手臂设置在患者的一侧上，LINAC不可以定位在某些位置，因为其将被患者、治疗床或房间内的其他对象所阻碍。线性轨道353可能够使机器人手臂353定位在治疗床的两侧上，从而产生对称的工作空间。线性轨道353还可能够产生扩大的工作空间，从而允许LINAC 203定位在之前由于邻近患者而被阻碍或避免的更多位置。线性轨道353还可通过移动机器人手臂353更接近或进一步远离患者来扩大工作空间。这可类似于某人疲倦地举起重物，其中该人的手臂延伸出或太接近该人的身体。如果太近，该人可以更远一步，并且如果太远，该人可更近对象一步。由于在空间中独特地定位LINAC203可使用6个DOF完成，因此由第七DOF(例如轨道)提供的挠性可用于使机器人手臂352定位，以对于LINAC 203的给定位置，避免障碍或治疗室中的其他干扰物。第七DOF还可赋予机器人手臂352更期望的位置，例如，以避免到达患者上方或穿过患者。第七DOF还可基于机器人手臂352的位置来优化运行时间。例如，机器人手臂352可沿着线性DOF移动，而不会移动其他DOF。应该注意，所有这些能力可同时进行，但在一个实施方案中，控制器可根据优先权例如次序表来经历这些能力的列表。

治疗递送系统300和350可联合成像系统、运动追踪系统和患者定位系统使用，如参照图1所述。

在一个实施方案中，机器人手臂202或机器人手臂302的组件可以包括在组件外部的触感材料。在另一个实施方案中，组件外部可以涂覆接触泡沫。可替换地，可以使用其他材料来防止机器人手臂202或302的组件挤压或者撞击操作者。关于本领域技术人员已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。

在一个实施方案中，图1、2、3A和3B的机器人手臂可包括由Germany的KUKA Roboter GmbH制造的组件。可替换地，机器人手臂的组件可包括其他类型的组件。

图4A示出在相对于治疗床206的第一位置401的常规机器人治疗递送系统400的顶部侧视图。常规机器人治疗递送系统400包括耦合机器人手臂102的LINAC 103。机器人手臂102具有通过单一肘关节互连的两个刚性连接。LINAC 103已经被相对于治疗床206定位至第一位置401。在第一位置401，在治疗床206与LINAC 103和机器人手臂102之间存在距离边缘410。

图4B示出根据一个实施方案在相对于治疗床206的第一位置401的机器人治疗系统450的顶部侧视图。机器人治疗递送系统450包括耦合机器人手臂402的LINAC 203。机器人手臂402，不同于机器人手臂102，具有通过两个关节-肘关节和冗余关节互连的3个刚性连接。机器人手102在图4D中被示出(虚线)以用于比较的目的。

LINAC 203已经被相对于治疗床206定位至相同第一位置401。在第一位置，在治疗床206与LINAC 103和机器人手臂402之间存在距离边缘420。机器人治疗递送系统450的距离边缘420大于常规机器人治疗递送系统400的距离边缘410。包括冗余关节的机器人手臂402可定位LINAC 203以增加机器人手臂和治疗室中的其他障碍之间的距离边缘。不仅距离边缘420大于距离边缘410，而且机器人手臂402可定位LINAC 203通过第一路径至第一位置401，其在障碍(治疗床206)和机器人手臂402之间的距离边缘高于至相同位置401的第二路径，例如由机器人手臂102采纳以定位LINAC 103的路径。

机器人手臂402可定位LINAC 203以在工作空间或者治疗区域内的多个位置具有TCP或治疗靶。然而，工作空间或者治疗区域可以通过定位限制来限制，例如由于LINAC 203、治疗床206或者它们相应的具有系统的组件的(LINAC 203、治疗床206、成像源207、检测器208)的机器人手臂和/或机器人手臂202和302或具有上面提到的这些组件的任意组件的LINAC203的辐射束的障碍中任意之间可能的碰撞而造成的障碍。例如，x-射线成像源207可以防止LINAC 203被定位在x-射线成像源207安装的位置，因为将其定位在这里将导致可能的碰撞(例如碰撞障碍物)。同样，由于检测器208(例如碰撞障碍物)的布置，LINAC 203不可定位在治疗床206下面。定位限制的另一个例子是由于其他组件，例如，检测器208和/或x-射线成像源207(例如光束障碍物)，来自LINAC 203的辐射束的障碍。另一个障碍可由地面引起。使用具有至少一个冗余关节的机器人手臂，可以克服这些定位限制。通过克服定位限制，工作空间可增加，因为用于定位LINAC 203的更多节点可变得可得，如参照图5所述。除了增加工作空间中的可利用的节点，具有至少一个冗余关节的机器人手臂可增加工作空间中已经存在的节点的可得路径的数量。此外，在LINAC 203定位到位后，可以移动机器人手臂的一个或多个连接。例如，一个或多个连接可移动以增加机器人手臂和治疗室中的障碍(例如治疗床206)之间的距离边缘。另外，使用具有一个或多个冗余关节的一个或多个连接，机器人手臂可在限定体积内操纵医学工具，而不会碰撞限定体积外部的障碍。

图4C示出在相对于治疗床206的第二位置402的图4A的常规机器人治疗递送系统400的顶部侧视图。如果机器人手臂102使LINAC 203定位至第二位置402，将在机器人手臂102和治疗床206之间产生碰撞430。这样，第二位置402是阻碍的位置，并且在工作空间中不可作为可能的节点。

图4D示出根据一个实施方案在相对于治疗床206的第二位置402的图4B的机器人治疗递送系统450的顶部侧视图。不同于机器人手臂102，机器人手臂402可使LINAC 203定位在第二位置402，该位置被认为是由定位限制引起的之前阻碍的位置，而不会有机器人手臂402和治疗床206之间的碰撞。机器人手臂102在图4D中被示出(虚线)以用于比较的目的。

在另一实施方案中，机器人手臂402和机器人手臂221的运动可动态协调。治疗床206和LINAC 203之间的运动的动态协调可增加机器人手臂的运动的机械范围内治疗靶的数量，可在由机器人手臂402的运动的机械范围内定位限制、或机器人手臂221的运动的机械范围内定位限制引起的之前阻碍的位置产生治疗靶。在一个实施方案中，之前阻碍的位置可由可能的碰撞的阻碍引起，例如，下列中的任意两种之间的碰撞：LINAC 203、治疗床206、机器人手臂202、机器人手臂221、x-射线成像源207、检测器208和/或系统的其他组件。可替换地，之前阻碍的位置可由具有下列中任一种的LINAC203的辐射束的限制引起：机器人手臂202、机器人手臂221、x-射线成像源207、检测器208和/或系统的其他组件。在另一实施方案中，防-碰撞模型可以嵌在控制器内，以保证患者不被定位在可能造成包括患者身体的治疗床206和系统400的其他移动部件之间可能的碰撞的取向和/或位置。

使用机器人手臂402，LINAC 203可相对于治疗床206定位在对称的位置。相对于治疗床206使LINAC 203定位在对称的位置的能力可导致用于在治疗递送前计算的路径计划和避免接触计划的简化的路径，例如在治疗计划的过程中由治疗计划系统计算。相对于治疗床206使LINAC 203定位在对称的位置的能力可增加工作空间，在该工作空间内LINAC 203可定位以导向辐射至靶。接近以导向辐射至患者的各种位置内的靶可增加，因为工作空间中节点的数量增加。例如，治疗床206的一侧上的节点也可镜射到治疗床206的另一侧上。

总的可用表面区域可以表示位置或节点，LINAC 203可以定位在这些位置或节点中，以发射辐射至患者的治疗靶。机器人治疗递送系统450的总的可用表面区域，不同于机器人治疗递送系统400的总的可用表面区域，不受上述定位限制的限制。使用机器人手臂402，定位限制可减少或消除。可替换地，使用机器人手臂202或302，定位限制可减少或消除。

应该注意，机器人治疗递送系统400的不可到达的区域不能仅通过安装机器人手臂102在治疗床206的相对侧上来解决，因为由于治疗床206和机器人手臂102的障碍，相对侧然后将具有不可到达的区域。换句话说，因为引起机器人治疗递送系统400的不可到达的区域的障碍，仅将机器人基放射学系统安装在另一侧上不会克服定位限制。

图5是示出根据一个实施方案机器人治疗递送系统200或300的工作空间511的透视图。如上所述，空间节点和互连这些空间节点的关联安全路径的集合称为″工作空间″或″节点组″。工作空间表示机器人手臂的操作环境。工作空间511包括一组空间节点511，其位于工作空间511的表面上，辐射源定位于此。各空间节点511由″+″符号(仅标记出一对形式的)表示。空间节点511表示可定位常规治疗递送系统的空间节点。如上所述，工作空间或节点组是空间节点和互连这些空间节点的关联安全路径的集合。然而，不同于常规系统的工作空间，工作空间511和空间节点的数量可使用治疗递送系统200或300来增加。这样，工作空间511还包括一组另外或增加的空间节点512，示出为虚线″+″。工作空间511的空间节点511和增加的空间节点512的总数大于常规系统的工作空间的空间节点511的总数。

通过使用机器人手臂202或302移动LINAC 203，LINAC 203可接近围绕治疗床206的某些区段(例如空间节点)，所述治疗床206在常规系统中之前被阻挡或不可到达。例如，常规机器人手臂不能围绕治疗床106定位LINAC 103，以使LINAC 103定位在某些位置。然而，这些阻挡的位置对于本文中所述的治疗递送系统200和300是不阻挡的和可到达的。对于这些某些区段(在常规系统中之前被治疗床阻挡或不可到达)具有更大的可接近性，这增大了工作空间511(例如空间节点，在此处LINAC 203可递送辐射至靶)。而且，可接近另外的空间节点，因为常规机器人手臂和患者之间的距离边缘其通过常规机器人手臂无法接近。

应该注意，尽管工作空间511是球形的，但是可替换地，工作空间511可具有其他几何形状(例如椭圆形)，并且限定用于存在于患者头部或者患者的其他区域内的VOI。另外，多个工作空间可限定用于患者的不同部分，其均具有不同的半径或源轴距(SAD)，例如650mm和800mm。SAD是LINAC203中的准直仪和VOI内的靶之间的距离。SAD限定了工作空间的表面区域。在椭圆形工作空间的一个实施方案中，SAD可以为900mm至1000mm。可以使用其他SAD。

空间节点511和增加的空间节点512存在于工作空间511的表面上。空间节点表示LINAC 203被编程以停止和递送辐射剂量至患者内的VOI的位置。在治疗计划的递送过程中，机器人手臂202移动LINAC 203至各个和每个空间节点112和412，其中确定待递送的剂量，然后确定预定的路径。预定的路径还可包括一些其中不需要递送剂量的空间节点511和512，以简化机器人手臂202或302的运动。

节点组可包括基本上均匀地分布在工作空间511的几何表面上的空间节点。节点组包括所有编程的空间节点511和412，并且提供可工作数量的空间节点511和512，以有效地计算用于大部分疾病和相关VOI的治疗计划方案。节点组提供适当大数量的空间节点511和512，使得对于大部分不同VOI可以实现均匀性和适形性阈值，同时提供足够的优点以避免患者内的关键结构。使用本文所述的实施方案，空间节点的数量大于常规系统中空间节点的数量。应该意识到，节点组可包括比所述或所讨论更多或更少的空间节点511和512。例如，处理能力增加，并且获得的产生治疗计划的经验，空间节点511和512的平均数量可随着时间而增加以提供更大的灵活性和更高质量的治疗计划。

在辐射治疗的过程中，患者休息在治疗床206上，同时被操纵以定位含有靶的目标体积(″VOI″)至预设的位置或接近LINAC 203的辐射源的操作范围内。机器人手臂202或302具有7个DOF，其能够在其操作环境内在具有几乎无限数量的位置和取向的情况下定位LINAC 203。

如上所述，本文所述的实施方案已经被示出和描述为耦合LINAC的机器人手臂，然而在其他实施方案中，可以使用其他机器人操纵器和/或其他医学工具。例如，医学工具可以是成像器的成像源、手术工具、移植工具、治疗床。在治疗床的情况下，机器人手臂可定位治疗床如上述LINAC，以增加机器人手臂和治疗室中的其他障碍之间的距离边缘，以增加可利用的工作空间等。

本文所述的实施方案可允许LINAC 203定位在各个位置以引导一个或多个辐射束朝向治疗床上的患者。例如，LINAC 203可定位至第一位置以引导辐射至躺在治疗床上的患者头部内的靶。可替换地，LINAC 203可定位至第二位置以引导辐射至用于臀部治疗的患者内的靶。在臀部治疗的过程中，在患者躺在治疗床上的背卧位。LINAC 203可定位以指向患者并递送来自后面方向的治疗束。通过移动位置和/或相同位置的取向，LINAC 203还可移动至不同位置或在相同位置的不同取向。例如，机器人手臂可定位和取向LINAC 203在患者上，这使用基本上垂直线性DOF(例如轨道226)和传统DOF(例如冗余-关节、肘部和肩部组件)以提供垂直到达，同时腕部组件212提供相对于臀部治疗(例如使用腕部组件212的工具偏移关节，围绕俯仰-轴旋转LINAC 203)中的靶的LINAC 203的取向。可替换地，LINAC 203可使用机器人手臂202的其他运动相对于臀部治疗中的靶而定位和取向。可替换地，在位置283的LINAC 203被构造为引导辐射至其他类型的治疗中的靶。

图6示出使用机器人操纵器来定位医学工具的方法600的一个实施方案。方法600包括提供耦合机器人操纵器的医学工具(例如LINAC 203)，所述机器人操纵器具有7或更多个DOF，操作601，以及使用机器人操纵器操作602沿着7或更多个DOF移动医学工具。

沿着7或更多个DOF移动医学工具包括沿用于使医学工具沿着互相正交的x-、y-和z-坐标轴平移运动的4个旋转轴、和沿用于使医学工具分别围绕x-、y-和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转的3个旋转轴移动医学工具。在一个实施方案中，医学工具可通过使用4个旋转轴移动医学工具、并且使用3个旋转轴在固定位置取向来定位至固定位置。医学工具还可以沿着基本上线性DOF移动。另外，基本上线性DOF可代替上述旋转DOF中的一种。在一些实施方案中，医学工具沿着基本上垂直线性DOF移动，所述基本上垂直线性DOF具有用于使医学工具沿着z-轴(基本上垂直于水平坐标x-和y-轴)中的基本上垂直线平移运动的基本上线性轴。在另一实施方案中，医学工具沿着基本上水平线性DOF移动，所述基本上水平线性DOF具有用于使医学工具在互相正交的水平坐标x-和y-轴(基本上垂直于z-轴)沿着水平线平移运动的基本上线性轴。医学工具可沿着基本上线性轴在医学工具的运动的基本上整个范围内运动，而无需沿6个(对于7个DOF)或7个(对于8个DOF)旋转DOF移动医学工具。

在另一实施方案中，医学工具可以使用机器人操纵器的工具偏移关节、工具俯仰关节和工具滚动关节围绕z-轴、y-轴和y-轴旋转。医学工具也可以分别使用机器人操纵器的冗余关节、肘关节和第一肩关节围绕第一、第二和第三旋转轴旋转。医学工具可使用第二肩关节围绕第四旋转轴旋转，或者使用轨道和用于第七DOF的轨道安装组件围绕基本上线性轴平移。

在另一实施方案中，医学工具可使用机器人操纵器定位至固定位置并保持在该固定位置，同时移动机器人操纵器。医学工具可定位在限定体积内，而不会和限定体积外部的对象碰撞。

所述方法还可包括定位医学工具至之前阻碍的位置，该位置由机器人操纵器和医学工具的运动的机械范围内的位置限制引起。在另一实施方案中，医学工具从第一位置通过第一路径定位至第二位置，而不是通过由障碍引起的阻碍的路径定位至相同第二位置。在另一实施方案中，医学工具从第一位置通过第一路径定位至第二位置，第一路径在障碍与机器人操纵器和医学工具之间的距离边缘高于至相同第二位置的第二路径。

图7示出使医学工具保持在固定位置的方法的其他实施方案。所述方法包括使用机器人操纵器操作701使医学工具定位至固定位置；以及使医学工具保持在该固定位置，同时移动机器人操纵器操作702。在一个实施方案中，机器人操纵器包括通过关节互连的多个刚性连接。尽管医学工具保持在固定位置，但是可以移动机器人操纵器的一个或多个刚性连接。医学工具可定位在限定体积内，而不会和限定体积外部的对象碰撞。

在另一实施方案中，所述方法包括提供具有成像观察区的成像系统；以及对于所有支撑的治疗位置使LINAC 203保持在基本上成像观察区的外部。

在一个实施方案中，移动LINAC 203和治疗床206可包括使用控制器动态协调LINAC 203和治疗床206的取向和位置。在另一实施方案中，移动LINAC 203和治疗床206包括使LINAC 203的辐射源对齐设置在治疗床206上的患者内的治疗靶。在另一实施方案中，移动LINAC 203和治疗床206还包括定位LINAC 203和治疗床206以在机器人手臂202和LINAC 203的运动的机械范围内的之前阻碍的位置中产生治疗靶。

图8示出治疗系统800的一个实施方案的流程图，其可用于进行辐射治疗，其中可实施本发明的实施方案。所示的治疗系统800包括诊断成像系统810、治疗计划系统830和治疗递送系统850。在其他实施方案中，治疗系统800可包括更少或更多的组件系统。

诊断成像系统810表示能够在患者内产生目标体积(VOI)的医学诊断图像的任何系统，该图像可用于随后的医学诊断、治疗计划和/或治疗递送。例如，诊断成像系统810可以是计算机断层照相(CT)系统、单光子发射计算机断层照相(SPECT)系统、核磁成像(MRI)系统、正电子发射断层照相(PET)系统、近红外荧光成像系统、超声系统、或其他类似的成像系统。为了便于讨论，本文中任何特定涉及具体成像系统，例如CT、x-射线成像系统(或另一特定系统)的情况通常都表示诊断成像系统810，并且不排除其他成像形式，除非另有说明。

示出的诊断成像系统810包括成像源812、成像检测器814和处理装置816。成像源812、成像检测器814和处理装置816通过通信通道818例如总线彼此耦合。在一个实施方案中，成像源812产生成像束(例如x-射线、超声波、射频波等)，并且成像检测器814检测和接收所述成像束。可替换地，成像检测器814可检测和接收次级成像束或由来自成像源(例如MRI或PET扫描中)的成像束刺激的发射。在一个实施方案中，诊断成像系统810可包括两个或多个诊断成像源812和两个或多个对应的成像检测器814。例如，两个x-射线源812可围绕待成像的患者设置，以彼此分开的角度(例如90度、45度等)固定，并且瞄准通过患者朝向相应的成像检测器814，这可直径地相对于成像源814。单一大型成像检测器814或多个成像检测器814也可被各x-射线成像源814照射。可替换地，可以使用成像源812和成像检测器814的其他数量和构造。

成像源812和成像检测器814耦合处理装置816以控制诊断成像系统810内的成像操作和处理图像数据。在一个实施方案中，处理装置816可通信成像源812和成像检测器814。处理装置816的实施方案可包括一个或多个通用处理器(例如微处理器)、专用处理器例如数字信号处理器(DSP)、或其他类型的装置例如控制器或场可编程门阵列(FPGA)。处理装置816还可包括其他组件(未示出)，例如内存、存储装置、网络适配器等。在一个实施方案中，处理装置816产生标准格式例如数字成像和通信医学(DICOM)格式的数字诊断图像。在其他实施方案中，处理装置816可产生其他标准或非标准数字图像格式。

另外，处理装置816可通过数据链路860传递诊断图像文件例如DICOM文件至治疗计划系统830。在一个实施方案中，数据链路860可以是直接链路、局域网络(LAN)链路、广域网络(WAN)链路例如互联网、或其他类型的数据链路。另外，在诊断成像系统810和治疗计划系统830之间传递的信息可以拉过来或推出去数据链路860，例如远程诊断或治疗计划构造。例如，用户可使用本发明的实施方案来远程诊断或计划治疗，尽管在系统用户和患者之间存在物理分离。

示出的治疗计划系统830包括处理装置832、系统内存装置834、电子数据存储装置836、显示器装置838和输入装置840。处理装置832、系统内存834、存储器836、显示器838和输入装置840可通过一个或多个通信通道842例如总线耦合在一起。

处理装置832接收和处理图像数据。处理装置832还处理治疗计划系统830内的指令和操作。在某些实施方案中，处理装置832可包括一个或多个通用处理器(例如微处理器)、专用处理器例如数字信号处理器(DSP)、或其他类型的装置例如控制器或场可编程门阵列(FPGA)。

特别地，处理装置832可被构造为执行指令以进行本文中讨论的治疗操作。例如，处理装置832可鉴定患者内靶运动的非线性路径，并且开发运动的非线性路径的非线性模型。在另一实施方案中，处理装置832可基于多个位置点和多个方向标来开发非线性模型。在另一实施方案中，处理装置832可产生多个相关模型，并且选择一个模型以驱动靶的位置。另外，处理装置832可促进有关本文中所述的操作的其他诊断、计划和治疗操作。

在一个实施方案中，系统内存834可包括随机存取存储器(RAM)或其他动态存储装置。如上所述，系统内存834可通过通信通道842耦合处理装置832。在一个实施方案中，系统内存834存储待由处理装置832执行的信息和指令。在处理装置832执行指令的过程中，系统内存834还可用于存储临时可变或其他中间信息。在另一实施方案中，系统内存834还可包括只读存储器(ROM)或其他静态存储装置，以用于存储用于处理装置832的静态信息和指令。

在一个实施方案中，存储器836表示一个或多个大容量存储装置(例如磁盘驱动、磁带驱动、光盘驱动等)以存储信息和指令。存储器836和/或系统内存834还可称为机器可读介质。在特定实施方案中，存储器836可存储指令以进行本文中讨论的模拟操作。例如，存储器836可存储指令以获取和存储数据点，获取和存储图像，鉴定非线性路径，开发线性和/或非线性相关模型等。在另一实施方案中，存储器836可包括一个或多个数据库。

在一个实施方案中，显示器838可以是阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)或其他类型的显示器装置。显示器838显示信息(例如表示VOI的二维或3D信息)给用户。输入装置840可包括一个或多个用户界面装置。例如键盘、鼠标、轨道球或类似装置。输入装置840还可用于通信方向信息，选择用于处理装置832的命令，控制在显示器838上指针的运动等。

尽管本文中描述了治疗计划系统830的一个实施方案，但是所述治疗计划系统830仅表示示例性治疗计划系统830。治疗计划系统830的其他实施方案可具有不同的构造和架构，并且可包括更少或更多的组件。例如，其他实施方案可包括多个总线，例如外围总线或专用缓存总线。另外，治疗计划系统830还可包括医学图像查看和导入工具(MIRIT)以支撑DICOM导入，使得图像可被融合，并且图像描绘在不同系统上然后导入到治疗计划系统830中，以用于计划和剂量计算。在另一实施方案中，治疗计划系统830还可包括扩大的图像融合能力，其允许用户计划治疗和在各种成像形式例如MRI、CT、PET等中任一种上的剂量分布。另外，治疗计划系统830可包括管理治疗计划系统的一个或多个特征。

在一个实施方案中，治疗计划系统830可以使用治疗递送系统850分享存储器836上的数据库，使得治疗递送系统850可在治疗递送之前或过程中进入数据库。治疗计划系统830可通过数据链路870链接治疗递送系统850，其可以是直接链路、LAN链路、或WAN链路，如上面参照数据链路860所讨论的。如果实施LAN、WAN或其他分布式连接，治疗系统800的任一个组件可在分散的位置，使得个体系统810、830和850可彼此物理远程。可替换地，诊断成像系统810、治疗计划系统830或治疗递送系统850的一些或所有功能特征可彼此集成在治疗系统800内。

示出的治疗递送系统850包括辐射源852、成像系统854、处理装置856和治疗床858。辐射源852、成像系统854、处理装置856和治疗床858可通过一个或多个通信通道860彼此耦合。参照图4A更详细地示出和描述治疗递送系统850的一个例子。

在一个实施方案中，辐射源852是治疗或手术辐射源852以依照治疗计划施用预定的辐射剂量至靶体积。在一个实施方案中，辐射源852是LINAC203，如本文中所述。可替换地，辐射源852可以是本领域技术人员意识到的其他类型的辐射源。例如，靶体积可以是内部器官、肿瘤、区域。如上所述，本文中涉及靶、靶体积、靶区、靶区域或内部靶的情况都是指任何全部或部分器官、肿瘤、区域、或为治疗计划的目标的其他描述的体积。

在一个实施方案中，治疗递送系统850的成像系统854捕获患者体积(包括靶体积)的内部处理图像以登记或校对上述诊断图像，从而相对于辐射源定位患者。类似于诊断成像系统810，治疗递送系统850的成像系统854可包括一个或多个源和一个或多个检测器。

治疗递送系统850还可包括处理装置856以控制辐射源852、成像系统854和治疗床858(表示任何患者支撑装置)。在一个实施方案中，治疗床858是耦合机器人手臂202或302的治疗床206，如本文中所述。在另一实施方案中，治疗床858是耦合机器人手臂106的治疗床，如本文中所述。可替换地，可以使用其他类型的患者支撑装置。在一个实施方案中，辐射源852耦合第一机器人手臂(例如机器人手臂202)，并且治疗床858耦合第二机器人手臂(例如机器人手臂221)。第一和第二机器人手臂可耦合相同控制器(例如控制器)或单独的控制器。在一个实施方案中，第一和第二机器人手臂是相同机器人手臂。在一个实施方案中，第一和第二机器人手臂均包括4个旋转DOF和一个基本上线性DOF。在另一实施方案中，第一和第二机器人手臂均包括5个旋转DOF和一个基本上线性DOF。可替换地，第一和第二机器人手臂均包括6个旋转DOF和一个基本上线性DOF。可替换地，第一和第二机器人手臂可包括不同数量和类型的DOF。在另一实施方案中，第一和第二机器人手臂是不同类型的机器人手臂。可替换地，仅有第一机器人手臂用于相对于治疗床206移动LINAC 203。

处理装置856可包括一个或多个通用处理器(例如微处理器)、专用处理器例如数字信号处理器(DSP)、或其他类型的装置例如控制器或场可编程门阵列(FPGA)。另外，处理装置856可包括其他组件(未示出)，例如内存、存储装置、网络适配器等。

示出的治疗递送系统850还包括用户界面862和测量装置864。在一个实施方案中，用户界面862是用户界面500。在另一实施方案中，用户界面862是图形用户界面600。在一个实施方案中，用户界面862允许用户面接治疗递送系统850。特别地，用户界面862可包括输入和输出装置，例如键盘、显示器屏幕等。测量装置864可以是测量外部因素(例如上述外部因素)的一种或多个装置，所述外部因素可影响实际递送至靶区20的辐射。一些示例性测量装置包括温度计以测量周围温度，包括湿度计以测量湿度，包括气压计以测量气压，或包括测量外部因素的任何其他类型的测量装置。

在前面的说明中，本发明的实施方案已经参考具体示例性实施方案描述。然而，显然在没有偏离权利要求确定的本发明是实施方案的更宽的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

1.一种辐射治疗设备，包括：

医学工具；和

机器人操纵器，其耦合所述医学工具以沿着7或更多个自由度移动所述医学工具，其中所述7或更多个自由度包括至少一个冗余自由度，其中所述机器人操纵器包括通过允许旋转运动或平移位移的关节互连的多个刚性连接，并且其中所述关节中的至少一个是沿所述至少一个冗余自由度移动所述机器人操纵器的冗余关节，其中所述机器人操纵器是机器人手臂，并且其中所述机器人操纵器包括：

腕部组件，其耦合所述医学工具以沿3个自由度移动所述医学工具；以及

手臂组件，其耦合所述腕部组件以沿4个自由度移动所述医学工具，其中所述4个自由度包括至少一个冗余自由度。

2.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述腕部组件包括：

耦合安装板的工具偏移关节，所述安装板支撑所述医学工具以沿着第一旋转轴旋转所述医学工具；

工具俯仰关节，其耦合所述工具偏移关节以沿着第二旋转轴旋转所述医学工具；以及

工具滚动关节，其耦合所述工具俯仰关节以沿着第三旋转轴旋转所述医学工具。

3.根据权利要求2所述的辐射治疗设备，其中所述手臂组件包括：

肘部组件；

耦合在所述腕部组件和所述肘部组件之间的冗余关节组件；

耦合所述肘部组件的第一肩部组件；以及

耦合所述第一肩部组件的第二肩部组件。

4.根据权利要求3所述的辐射治疗设备，还包括：

耦合所述冗余关节组件和所述肘部组件的冗余关节，其中所述冗余关节包括齿轮箱以沿所述机器人手臂的第四旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；

耦合所述肘部组件和所述第一肩部组件的肘关节，其中所述肘关节包括肘部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第五旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；

耦合所述第一肩部组件和所述第二肩部组件的第一肩关节，其中所述第一肩关节包括第一肩部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第六旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；以及

耦合所述第二肩部组件和安装组件的第二肩关节，其中所述第二肩关节包括第二肩部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第七旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动。

5.根据权利要求4所述的辐射治疗设备，还包括：

耦合所述机器人手臂的所述第二肩部组件的轨道安装组件；以及

耦合所述轨道安装组件的轨道，其中所述轨道被构造为沿着所述机器人手臂的第八平移轴移动所述轨道安装组件。

6.根据权利要求2所述的辐射治疗设备，其中所述手臂组件包括：

耦合所述腕部组件的肘部组件；

耦合所述肘部组件的第一肩部组件；

耦合所述第一肩部组件的第二肩部组件；

耦合所述肘部组件和所述第一肩部组件的肘关节，其中所述肘关节包括肘部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第四旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；

耦合所述第一肩部组件和所述第二肩部组件的第一肩关节，其中所述第一肩关节包括第一肩部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第五旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；

耦合所述第二肩部组件和安装组件的第二肩关节，其中所述第二肩关节包括第二肩部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第六旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；以及

耦合所述第一和第二肩部组件的冗余关节，其中所述冗余关节包括第三肩部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第七旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动。

7.根据权利要求2所述的辐射治疗设备，其中所述手臂组件包括：

耦合所述腕部组件的肘部组件；

耦合所述肘部组件的第一肩部组件；

耦合在所述肘部组件和所述第一肩部组件之间的冗余关节组件；以及

耦合所述第一肩部组件的第二肩部组件。

8.根据权利要求7所述的辐射治疗设备，还包括：

耦合所述腕部组件和所述肘部组件的肘关节，其中所述肘关节包括肘部齿轮箱以沿所述机器人手臂的第四旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；

耦合所述肘部组件和所述第一肩部组件的冗余关节，其中所述冗余关节包括齿轮箱以沿所述机器人手臂的第五旋转轴驱动所述机器人手臂的旋转运动；

9.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述7或更多个自由度的7个自由度包括：

用于所述医学工具沿着互相正交的x-、y-和z-坐标轴平移运动的4个旋转轴；以及

用于所述医学工具分别围绕x-、y-和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转的3个旋转轴。

10.根据权利要求9所述的辐射治疗设备，还包括第八自由度，其中所述第八自由度是基本上线性自由度，其包括用于所述医学工具沿着所述基本上线性轴平移运动的基本上线性轴。

11.根据权利要求10所述的辐射治疗设备，其中所述基本上线性自由度是8个自由度的第一自由度，其中所述第一自由度被构造为移动所述机器人操纵器的其余7个旋转自由度，并且其中所述第一自由度是最接近所述机器人手臂的基端的自由度。

12.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述7或更多个自由度的7个自由度包括：

用于所述医学工具沿着互相正交的x-、y-和z-坐标轴平移运动的3个旋转轴；

用于所述医学工具分别围绕x-、y-和z-轴滚动-、俯仰-和偏移-旋转的3个旋转轴；以及

用于所述医学工具沿着基本上线性轴平移运动的平移轴。

13.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述医学工具是线性加速器。

14.根据权利要求13所述的辐射治疗设备，其中通过沿着所述7或更多个自由度、包括所述至少一个冗余自由度移动所述医学工具，所述机器人操纵器增加所述线性加速器的工作空间，并且其中所述工作空间包括多个节点，所述线性加速器可定位于此以递送辐射至靶。

15.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述医学工具是成像器的成像源。

16.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述医学工具是手术工具。

17.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述医学工具是移植工具。

18.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，其中所述医学工具是治疗床。

19.根据权利要求1所述的辐射治疗设备，还包括控制器，其耦合所述机器人操纵器以沿所述7或更多个自由度移动所述机器人操纵器和所述医学工具。

20.一种辐射治疗系统设备，包括：

线性加速器；

耦合所述线性加速器的机器人操纵器，所述机器人操纵器被构造为沿至少7个自由度移动所述线性加速器，其中所述至少7个自由度包括至少一个冗余自由度，其中所述机器人操纵器包括通过允许旋转运动或平移位移的关节互连的多个刚性连接，并且其中所述关节中的至少一个是沿所述至少一个冗余自由度移动所述机器人操纵器的冗余关节，其中所述机器人操纵器为机器人手臂，并且其中所述机器人操纵器包括：

腕部组件，其耦合所述线性加速器以沿3个自由度移动所述线性加速器；以及

手臂组件，其耦合所述腕部组件以沿4个自由度移动所述线性加速器，其中所述4个自由度包括至少一个冗余自由度；

控制器，其耦合所述机器人操纵器以控制所述线性加速器的运动，从而使所述线性加速器的辐射源对齐治疗靶；以及

产生所述治疗靶的多个图像的成像系统。

21.根据权利要求20所述的辐射治疗系统设备，其中所述控制器被构造为使所述线性加速器定位至接近之前阻碍的位置处的治疗靶，该位置由所述机器人操纵器和所述线性加速器的运动的机械范围内的位置限制引起。

22.根据权利要求20所述的辐射治疗系统设备，其中所述成像系统包括：

一对x-射线源；以及

一对x-射线图像检测器，其中各图像检测器被设置为相对各自的源。