[发明专利]相对于放射线放置患者的装置

说明书

本发明涉及相对于外部放射治疗束放置患者的装置。其在放射治疗领域具有特别有利的应用，在放射治疗领域中，照射束被用于需要极高精度的治疗，例如用于脉络膜的黑色素瘤或用于某些颅内肿瘤。特别当肿瘤位于患者颅底时，放射治疗的目的是照射恶性区域同时避免接触关键器官，诸如附近的眼部神经、脑干、内耳或脊髓。因此，相对于旨在照射肿瘤的放射线正确地放置患者是至关重要的。在放射治疗中，通常患者被置于在台子或椅子上，然后使用电动机械设备来放置。

然而，本发明具有更广泛的范围，因为其能够应用于需要准确放置患者或任何其它物体的其它领域。例如，本发明能够应用于需要相对于给定参照系精确且快速地放置患者的任何类型的医学应用。

在现有技术中，文献US 2005/0234327描述了用于放置患者的装置，其包括用于承载患者的台子并具有SCARA(选择型配用机器人臂)形态的机器臂，该机器臂设置有允许沿着垂直轴移动的棱柱连接、两个连续的垂直环形连接和具有共点轴的机器腕部。这种装置的缺点是当机械臂在其上放置有患者的情况下伸展至最大时的机械弹性的准确建模。为了获得医学应用所需的准确度，必须安装复杂的软件修正台系统。此外，垂直平移轴承受相当大的应力，这会限制连接部件的寿命并且增加尺寸。此外，该平移轴需要将装置安装在超过一米深的坑中。

此外，Marco A.Meggiolaro等人的文献“Geometric and elastic error calibration of a high accuracy patient positioning system(高准确度患者放置系统的几何和弹性误差校正)”，Mechanism and Machine Theory，40(2005)415-427，12 September 2004，描述了对放置患者的另一种电动机械系统的变形进行补偿的方法。所述机器人模型设置有用于垂直、横向和纵向平移的三个直线轴。此外，其还具有位于治疗台的固定接口下方的三个不共点的旋转轴。具有六自由度的该放置装置提供了倾斜和转动的有限可动性(±3度)。此外，该装置的控制不允许进行复杂的运动，诸如任何机器人系统所提供的、相对于肿瘤绕远离腕部的虚拟参照点的旋转。该设备具有与前述系统相同的缺点，即机械弹性和在治疗室中对深坑的需求。

文献WO2007/017211描述了使用工业机器人的放置装置，该工业机器人具有能够将患者放置在合适位置的多个旋转旋转轴。然而，这种装置非常庞大并且需要能够容纳放置装置底部的大尺寸坑。因此，在治疗室中安装这种装置非常昂贵并且强加了许多限制。

本发明的目的是通过提出新的放置装置来克服现有技术的缺点，该装置紧凑且非常坚固，并且本质上具有高精确度且不需要深坑。

本发明的主题是便于安装的放置机器人的开发。

最后，本发明的目的是提出放置机器人的高性能控制，从而在运动期间为患者和医护人员提供尽可能的安全保证。

使用相对于放射线放置患者的装置实现上述目的中的至少一个；该装置为多关节机器人，其包括：

-至少一条直线水平的移动轨道；

-连接部，能够相对于直线轨道进行平移并且能够绕垂直于直线轨道的旋转轴旋转；以及

-机器臂，连接至连接部，机器臂包括腕部，腕部具有共点的旋转轴并连接至患者支撑件。

本发明有利地组成了非常紧凑但能够在广阔空间中以非常高的精度操纵的放置机器人。总体尺寸与现有技术的装置相比大幅降低。实际上，根据组成机器人的机械部分所采用的顺序和角度，所述几何构造区别于传统的形态。上述的“SCARA”、多关节或六节(hexapodic)概念具有需要地面深坑的主要缺点。

此外，当在房间中处于折叠状态时，本发明在总体尺寸和紧凑性方面具有创造性。为了使这种系统的工作空间最优化，必须将其置于平面中心，该平面在地面上的高度能够从一米二变化至一米五。这种限制在放射束治疗的原理中是固有的。

本发明的主题甚至更加值得注意，因为其组成混合放置机器人，由地面上的直线轴的联接以及垂直枢轴上的上述连接部的联接来有利地代替被称为“串联(serial)”的多关节形态的肩部和肘部间的连接(具有人类手臂运动类型的机器人)。这些变化克服了移动性(平移轴)和紧凑性(连接部)的两种限制。该机器人是紧凑的，因为轨道能够使机器臂组件以平移的方式运动，直至治疗方案所设置的位置(从连接部至患者支撑件)。因此，具有多重自由度的机器臂随后能够进行小幅但需要高精度的运动，从而使在治疗参照系中待治疗目标的位置最优化。