[发明专利]用于患者定位组件的机器人手臂

说明书

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。