(57)【要約】  線形加速器（ＬＩＮＡＣ）およびＬＩＮＡＣに連結するロボットマニピュレータを含む、ロボット治療施行システム。このロボットマニピュレータは、７つ以上の自由度に沿ってＬＩＮＡＣを移動させ、７つ以上の自由度の少なくとも１つは、冗長自由度であるように構成される。【選択図】なし
2012501866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
医療器具と、
前記医療器具に連結し、前記医療器具を７つ以上の自由度（ＤＯＦ）に沿って移動させる、ロボットマニピュレータと、
を含み、前記７つ以上のＤＯＦは、少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む、装置。
【請求項２】
前記ロボットマニピュレータが、回転運動または並進移動のいずれかを可能にする関節によって相互接続される、複数の剛体リンクを含み、前記関節の少なくとも１つは、前記ロボットマニピュレータを前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦにおいて移動させる冗長関節である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ロボットマニピュレータがロボットアームであって、前記ロボットマニピュレータは、
前記医療器具に連結し、前記医療器具を３つのＤＯＦにおいて移動させる、リストアセンブリと、
前記リストアセンブリに連結し、前記医療器具を４つのＤＯＦにおいて移動させる、アームアセンブリと、
を含み、前記４つのＤＯＦは、前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記リストアセンブリが、
前記医療器具を支持する取り付けプレートに連結し、前記治療器具を第１回転軸に沿って回転させる、器具ヨー関節と、
前記器具ヨー関節に連結し、前記治療器具を第２回転軸に沿って回転させる、器具ピッチ関節と、
前記器具ピッチ関節に連結し、前記治療器具を第３回転軸に沿って回転させる、器具ロール関節と、
を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記アームアセンブリが、
肘アセンブリと、
前記リストアセンブリと前記肘アセンブリとの間に連結する冗長関節アセンブリと、
前記肘アセンブリに連結する第１肩アセンブリと、
前記第１肩アセンブリに連結する第２肩アセンブリと、
を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記冗長関節アセンブリおよび前記肘アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第４回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させるギアボックスを含む、冗長関節と、
前記肘アセンブリおよび前記第１肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第５回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる肘ギアボックスを含む、肘関節と、
前記第１肩アセンブリおよび前記第２肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第６回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第１肩ギアボックスを含む、第１肩関節と、
前記第２肩アセンブリおよび取り付けアセンブリに連結し、前記ロボットアームの第７回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第２肩ギアボックスを含む、第２肩関節と、
を更に含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ロボットアームの前記第２肩アセンブリに連結するトラック取り付けアセンブリと、
前記トラック取り付けアセンブリに連結し、前記ロボットアームの第８並進軸に沿って前記トラック取り付けアセンブリを移動させるように構成された、トラックと、
を更に含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記アームアセンブリが、
前記リストアセンブリに連結する肘アセンブリと、
前記肘アセンブリに連結する第１肩アセンブリと、
前記第１肩アセンブリに連結する第２肩アセンブリと、
前記肘アセンブリおよび前記第１肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第４回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる肘ギアボックスを含む、肘関節と、
前記第１肩アセンブリおよび前記第２肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第５回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第１肩ギアボックスを含む、第１肩関節と、
前記第２肩アセンブリおよび取り付けアセンブリに連結し、前記ロボットアームの第６回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第２肩ギアボックスを含む、第２肩関節と、
前記第１肩アセンブリおよび前記第２肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第７回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第３肩ギアボックスを含む、冗長関節と、
を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記アームアセンブリが、
前記リストアセンブリに連結する肘アセンブリと、
前記肘アセンブリに連結する第１肩アセンブリと、
前記肘アセンブリと前記第１肩アセンブリとの間に連結する冗長関節アセンブリと、
前記第１肩アセンブリに連結する第２肩アセンブリと、
を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記リストアセンブリおよび前記肘アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第４回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる肘ギアボックスを含む、肘関節と、
前記肘アセンブリおよび前記第１肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第５回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させるギアボックスを含む、冗長関節と、
前記第１肩アセンブリおよび前記第２肩アセンブリに連結し、前記ロボットアームの第６回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第１肩ギアボックスを含む、第１肩関節と、
前記第２肩アセンブリおよび取り付けアセンブリに連結し、前記ロボットアームの第７回転軸において前記ロボットアームの回転移動を駆動させる第２肩ギアボックスを含む、第２肩関節と、
を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記７つ以上のＤＯＦの７つのＤＯＦが、
互いに直交するｘ座標軸、ｙ座標軸、およびｚ座標軸に沿った、前記医療器具の並進移動のための、４つの回転軸と、
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸をそれぞれ中心とする、前記医療器具のロール回転、ピッチ回転、およびヨー回転のための、３つの回転軸と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
第８のＤＯＦを更に含み、前記第８のＤＯＦは、実質的に直線の軸に沿った前記医療器具の並進移動のための前記実質的に直線の軸を含む、実質的に直線のＤＯＦである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記実質的に直線のＤＯＦが、前記８つのＤＯＦの第１ＤＯＦであって、前記第１ＤＯＦは、前記ロボットマニピュレータの前記他の７つのＤＯＦを移動させるように構成され、前記第１ＤＯＦは、前記ロボットアームの前記基端部に直近する前記ＤＯＦである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記７つ以上のＤＯＦの７つのＤＯＦが、
互いに直交するｘ座標軸、ｙ座標軸、およびｚ座標軸に沿った、前記医療器具の並進移動のための、３つの回転軸と、
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸をそれぞれ中心とする、前記医療器具のロール回転、ピッチ回転、およびヨー回転のための、３つの回転軸と、
実質的に直線の軸に沿った、前記医療器具の並進移動のための、並進軸と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記医療器具が線形加速器（ＬＩＮＡＣ）である、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む前記７つ以上のＤＯＦに沿って、前記医療器具を移動させることにより、前記ロボットマニピュレータが前記ＬＩＮＡＣの作業空間を増大させ、前記作業空間は、放射線を標的に対して照射するように前記ＬＩＮＡＣを位置決めすることができる多数のノードを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記医療器具が、画像装置の画像形成供給源である、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記医療器具が、外科手術用器具である、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記医療器具が、移植器具である、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記医療器具が、治療台である、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記ロボットマニピュレータに連結し、前記ロボットマニピュレータおよび前記医療器具を、前記７つ以上のＤＯＦにおいて移動させる制御装置を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
方法であって、
７つ以上の自由度（ＤＯＦ）を有するロボットマニピュレータに連結する医療器具を提供することであって、前記７つのＤＯＦは少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含むことと、
前記ロボットマニピュレータを使用して、前記７つ以上の自由度（ＤＯＦ）に沿って前記医療器具を移動させることと、
を含む、方法。
【請求項２３】
前記７つ以上のＤＯＦに沿って前記医療器具を移動させることが、
互いに直交するｘ座標軸、ｙ座標軸、およびｚ座標軸に沿った、前記医療器具の並進移動のための、４つの回転軸において、前記医療器具を移動させることと、
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸をそれぞれ中心とする、前記医療器具のロール回転、ピッチ回転、およびヨー回転のための、３つの回転軸において、前記医療器具を移動させることと、
を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記４つの回転軸を使用して前記医療器具を移動させることにより、前記医療器具を固定位置に位置決めすることと、
前記３つの回転軸を使用して前記医療器具を移動させることにより、前記医療器具を前記固定位置で配向させることと、
を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ロボットマニピュレータを使用して、前記医療器具を固定位置に位置決めすることと、
前記医療器具を前記固定位置に維持する一方で、前記ロボットマニピュレータを移動させることと、
を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ロボットマニピュレータおよび前記医療器具の機械的可動域内における、位置決め制限に起因する従来の妨害位置に、前記医療器具を位置決めすることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記医療器具を、第１位置から第２位置へと、障害物に起因する、前記同一の第２位置への妨害経路を通らずに、第１経路を通って位置決めすることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記医療器具を、第１位置から第２位置へと、第１経路を通って位置決めすることを更に含み、前記第１経路は、前記同一の第２位置への第２経路よりも、障害物と前記ロボットマニピュレータおよび医療器具との間に、より大きい距離余裕を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記医療器具を、拘束体積内に、前記拘束体積外部の物体と衝突することなく位置決めすることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記医療器具を、実質的に直線のＤＯＦに沿って移動させることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
方法であって、
ロボットマニピュレータを使用して、医療器具を固定位置に位置決めすることと、
前記医療器具を前記固定位置に維持する一方で、前記ロボットマニピュレータを移動させることと、
を含む、方法。
【請求項３２】
前記ロボットマニピュレータが、関節によって相互接続された複数の剛体リンクを含み、前記医療器具を前記固定位置に維持することは、前記ロボットマニピュレータの前記複数の剛体リンクの１つ以上を移動させる一方で、前記医療器具を前記固定位置に維持することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
装置であって、
医療器具と、
前記医療器具を７つ以上の自由度（ＤＯＦ）に沿って移動させるための手段と、
を含み、前記７つ以上のＤＯＦは、少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む、装置。
【請求項３４】
前記医療器具が線形加速器（ＬＩＮＡＣ）であって、前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む前記７つ以上のＤＯＦに沿って、前記ＬＩＮＡＣを移動させることにより、前記ＬＩＮＡＣの作業空間を増大させるための手段を更に含み、前記作業空間は、放射線を標的に対して照射するように前記ＬＩＮＡＣを位置決めすることができる多数のノードを含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記作業空間を増大させるための前記手段が、前記ＬＩＮＡＣと障害物との間の距離余裕を増大させる一方で、放射線を標的に対して照射するように前記ＬＩＮＡＣをノードに位置決めするための手段を含む、
請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦに沿って、前記医療器具を移動させるための前記手段が、前記医療器具の可動域を増大させる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む前記７つ以上のＤＯＦに沿って、前記ＬＩＮＡＣを移動させるための前記手段が、前記医療器具を、拘束体積内に、前記拘束体積外部の物体と衝突することなく位置決めすることを可能にする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む前記７つ以上のＤＯＦに沿って、前記ＬＩＮＡＣを移動させるための前記手段が、前記医療器具を、第１位置から第２位置へと、第１経路を通って位置決めすることを可能にし、前記第１経路は、前記同一の第２位置への第２経路よりも、障害物と前記ＬＩＮＡＣを移動させるための前記手段との間に、より大きい距離余裕を有する、請求項３３に記載の装置。
【請求項３９】
前記医療器具を固定位置に位置決めするための手段と、
前記医療器具を前記固定位置に維持する一方で、前記医療器具を位置決めするための前記手段を移動させるための手段と、
を更に含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項４０】
前記医療器具を前記固定位置に維持するための前記手段が、前記医療器具を前記固定位置に位置決めするための経路の数を増大させる、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
システム装置であって、
線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、
前記ＬＩＮＡＣに連結し、前記ＬＩＮＡＣを少なくとも７つの自由度（ＤＯＦ）において移動させるように構成され、前記少なくとも７つのＤＯＦは、少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含む、ロボットマニピュレータと、
前記ロボットマニピュレータに連結し、前記ＬＩＮＡＣの移動を制御して、前記ＬＩＮＡＣの放射線供給源を治療標的に位置合わせする、制御装置と、
前記治療標的の複数の画像を生成するための画像形成システムと、
を含む、システム装置。
【請求項４２】
前記制御装置が、前記ロボットマニピュレータおよび前記ＬＩＮＡＣの機械的可動域内における、位置決め制限に起因する従来の妨害位置内の治療標的にアクセスするべく、前記ＬＩＮＡＣを位置決めするように構成される、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記ロボットマニピュレータが、少なくとも１つの冗長関節を含み、前記ＬＩＮＡＣを少なくとも１つの冗長ＤＯＦにおいて移動させる、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記画像形成システムが、
１対のｘ線供給源と、
１対のｘ線画像検出器と、
を含み、各画像検出器は、対応する供給源に対向して配置される、請求項４１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００８年９月１２日出願の米国仮特許出願第６１／０９６，７２８号の恩恵を請求し、同仮出願の全体の内容を参照することによりここに援用する。
【０００２】
本発明の実施形態は、医療用途で使用されるロボットマニピュレータの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来式のロボットは、例えば組み立て用の組み立てラインなどにおけるように、全く同じことを何度も繰り返して行うように設計されている。それらのロボットは、特定の機能を遂行するために所与の動きを繰り返すようにプログラム化及び設定されている。ロボットは、多くの場合、人間に比べてより効率的に、及び多くの場合より正確に遂行するために組み入れられる。
【０００４】
従来式のロボットは、典型的には、１つ又は２つのロボットアームを含んでいる。それらのロボットアームは、異なる自由度（ＤＯＦ）で動きを促進ことに役立つ複数のセグメントを有する場合がある。幾つかの従来式のロボットは、対応するセグメントに接続される個別のステップモータの回転を作動させることによってロボットアームのセグメントを制御するためにコンピュータを採用している。他の設計では、アームセグメントの動きを作動させるために油圧技術又は空気圧技術を使用する場合もある。コンピュータは、ロボットアームの正確な再現可能な動きを可能にしている。
【０００５】
先行の選択的に柔軟な多関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ）ロボットは、４又はそれより少ない自由度（「ＤＯＦ」）で動作している。言い換えれば、それらのロボットアームは、４つ又はそれより少ない軸に沿って動くように設計されている。従来式のロボットアームの標準的な用途は、ピックアンドプレース方式の機械の利用である。ピックアンドプレース方式機械は、自動化組み立て、自動化配置、プリント基板製造、集積回路ピックアンドプレース、及び機械加工、計測、検査及び溶接のような小項目を含む他の自動化業務で使用されている。それらのロボットアームは、ロボット周辺機器、ロボット付属品、ロボット又はロボット用具、アーム端末（ＥＯＡ）用具又はアーム端末デバイスとしても知られているエンドエフェクタを含んでいる。エンドエフェクタは、ロボット把持部、プレス用具、塗装スプレーヤ、ブロートーチ、バリ取り用具、アーク溶接砲、ドリル等のような器具であり得る。それらのエンドエフェクタは、典型的には、ロボットアームの端部に設置され、上述の用途で使用される。１つの一般的なエンドエフェクタは、異なる目的物を把持及び運搬する手の簡略版である。そのようなエンドエフェクタは、標準的には、３ｋｇから２０ｋｇ（６．６１ポンドから４４．０９ポンド）の範囲の最大積載量を支持する。
【０００６】
放射線治療システムの放射線供給源の位置決めで使用されている別の型のロボットは、Adlerによる米国特許第５，２０７，２２３号に記載されるような、選択的に放射線を放つために、関節ロボットアームの遠位端部に取り付けられる直線加速度計（ＬＩＮＡＣ）のような放射線供給源を位置決めするための多関節ロボットアームを含んでいる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で説明しているのは、７つ以上の自由度に沿って医療器具を移動することができるロボットマニピュレータに連結された医療器具を有する装置であり、ロボットマニピュレータは、少なくとも１つの冗長関節を有している。以下の説明では、本実施形態を深く理解頂くために、特定の構成要素、デバイス、方法等の実例のような多数の特定の細部が述べられている。しかしながら、当業者には自明のように、それらの特定の細部を、本実施形態を実施するために採用する必要はない。本実施形態を不必要に分かりにくくすることを回避するために、他の例では周知の材料又は方法を詳細に説明していない。
【０００８】
ロボットマニピュレータは、７つ以上のＤＯＦでロボットマニュピレータに取り付けられる医療器具を位置決めすることができる。ロボットマニュピレータは、７つ以上のＤＯＦで医療器具を動かすために、関節で相互に接続されている複数の剛性リンクを含んでいる。剛性リンクの１つは、追加の関節（本明細書では冗長関節とも呼ばれている）を含んでいる。複数の剛性リンクは、関節によって相互接続されていて、医療器具の回転又は並進変位を可能にしている。一実施形態では、７つのＤＯＦは、少なくとも１つの冗長ＤＯＦを含んでいる。追加の関節は、１つの冗長ＤＯＦで医療器具を動かすために使用することができる。例えば、複数の剛性リンクは、関節によって相互接続されていて、６ＤＯＦで医療器具を動かすために使用されてもよく、追加の関節は、第７のＤＯＦで医療器具を動かすために使用されてもよく、第７のＤＯＦは、冗長ＤＯＦである。あるいは、複数の剛性リンクは、関節によって相互接続されていて、７つより多いＤＯＦで医療器具を動かすために使用されてもよく、剛性リンクのうちの１つの、２つの追加の関節は、２つの冗長ＤＯＦで医療器具を動かすために使用されている。
【０００９】
ロボットマニュピレータは、例えば治療上の放射線処理の間、放射線供給源の位置及び方向性を調整するためのロボット治療施行システムで使用することができる。ロボット治療施行システムは、三次元（３Ｄ）空間においてＬＩＮＡＣなどの放射線供給源を位置決め及び配向するための関節ロボットアームのようなロボットマニュピレータを含んでいる。しかしながら、従来式のロボット治療施行システムとは異なり、本明細書で説明している実施形態のロボットマニュピレータは、第７以上のＤＯＦに沿って医療器具を動かすために、６ＤＯＦを有する従来式のロボットアームで使用されるものと比べて１つ以上の追加の関節を含んでいる。例えば、第３の軸（Ａ３）及びリストアセンブリの間のリンクに追加の関節を加えることによって、ロボットマニュピレータは、患者又は治療台をロボットマニュピレータとの衝突の危険性に曝すこと無く、従来式のロボットアームと比較してより広範囲の動きが可能となるように、関節を位置決めすることができる。同様の結果は、ロボットマニュピレータが、大容積のロボットマニュピレータを例えば床に向けて回転させることを可能にするために第１及び第２の軸（Ａ１及びＡ２）の場所に第３の関節を追加することによって実現することができる。この実例を用いれば、ロボットマニュピレータは、医療用具を複数の高さに位置決めすることができ、例えば、ロボットマニュピレータは、ＬＩＮＡＣを高所にあるアイソセンタには低い位置又は低所にあるアイソセンタには高い位置に位置決めすることができる。
【００１０】
本明細書で説明している実施形態は、７つ以上の自由度の内の１つ以上の冗長ＤＯＦを含んでいるので、本明細書で説明している実施形態は、従来式の６ＤＯＦロボットアームと比べてより多くの可能性を有している。追加の自由度が与えられて、ロボットマニュピレータの作業空間が大幅に増大する一方で、１つ以上の冗長ＤＯＦを有するロボットマニュピレータは、医療器具の所与の用具姿勢のための無数の構成を提供する。作業空間は、ロボットマニュピレータの動作領域を表す。ロボットマニュピレータの１つ以上の冗長ＤＯＦは、更に、ロボットマニュピレータが、器具の位置を変えないままで動くこと、その上円滑な平面運動ができること、を可能にすることができる。それらの追加のＤＯＦは、更に、ロバストな障害物回避に必要な動きを可能にすることができる。本明細書で説明している実施形態は、多くのノード及びノード（例えば現存するノード及び新しいノード）に達する多くのパスを提供することができる。本明細書で説明している実施形態は、更に、ノードに達するパスの最適化を提供することができる。例えば、本明細書で説明している実施形態は、ノードを横切る時間を減らすこと、ならびに可能な障害物の間の距離余裕又は隙間を増やすことを可能にしている。本明細書で説明している実施形態は、更に、ロボットマニュピレータを使用して医療器具を固定位置に位置決めし、医療器具を固定位置に維持しながら、ロボットマニピュレータを移動させることができる。本明細書で説明している実施形態は、更に、拘束体積の外部の物体と衝突することなく拘束体積（例えば障害物迷路）の中を通過させて医療器具を操作するために使用することができる。
【００１１】
従来式のシステムでは、６より多いＤＯＦを有するロボットアームは、ハードウェアの複雑性が増し、要求される運動学的分析が増すという理由で通例的には敬遠されてきたことを留意されたい。しかしながら、本明細書で説明している実施形態は、障害物を回避するために使用することができ、ロボットマニュピレータは、器具位置及び器具方向性の運動学的分析を単純化するために、２つのセグメント、アセンブリ及びアームアセンブリに分解することができる。例えば、各々のセグメントの運動学を解決するために異なる方法を用いることができる。
【００１２】
本明細書で説明する実施形態は、ＬＩＮＡＣに連結されたロボットアームとして描写及び説明してきたが、他の実施形態では他のロボットマニュピレータ及び／又は他の医療器具を使用してもよいことを留意されたい。例えば、医療器具は、画像装置の画像形成供給源、外科手術用器具、インプラント器具、治療台等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】７自由度を有するロボットアームを含んでいるロボット治療施行システムの一実施形態を図示している。
【図２】冗長関節を有するロボット治療施行システムの別の実施形態を図示している。
【図３Ａ】７つの自由度を有する垂直に取り付けられたロボットアームを含んでいるロボット治療施行システム３００の一実施形態を、第１の軸に沿った第１位置で図示している。
【図３Ｂ】図３Ａのロボット治療施行システムの別の実施形態を、第１の軸に沿った第２位置で図示している。
【図３Ｃ】第７の自由度用の線形トラック上に水平に取り付けられた６自由度を有するロボットアームを含んでいるロボット治療施行システム３５０の別の実施形態を図示している。
【図４Ａ】従来式のロボット治療施行システムの上面図を治療台に対する第１位置で図示している。
【図４Ｂ】一実施形態による、ロボット治療システムの上面図を治療台に対する第１位置で図示している。
【図４Ｃ】図４Ａの従来式のロボット治療施行システムの上面図を治療台に対する第２位置で図示している。
【図４Ｄ】一実施形態による、図４Ｂのロボット治療施行システムの上面図を治療台に対する第２位置で図示している。
【図５】一実施形態による、ロボット治療施行システムの作業空間を図示している透視図である。
【図６】ロボットマニピュレータを使用して医療器具を位置付けるための方法の一実施形態を図示している。
【図７】固定位置で医療器具を維持するための方法の別の実施形態を図示している。
【図８】本発明の実施形態を実現し得る、放射線治療の実施に使用することができる治療システムの一実施形態のブロック図を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、添付図面の図中では、制限を課すためのものではなく例証として図示されている。
【００１５】
図１は、７つの自由度を有するロボットアーム２０２を含んでいるロボット治療施行システム２００の一実施形態を図示している。ロボット治療施行システム２００は、ＬＩＮＡＣ２０３と、リストアセンブリ２１２及びアームアセンブリを有するロボットアーム２０２と、を含んでいる。リストアセンブリ２１２は、３つの回転ＤＯＦ（軸５から軸７）でＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られており、アームアセンブリは、４つのＤＯＦ（軸１から軸４）でＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られており、１つは冗長ＤＯＦである。アームアセンブリは、冗長ＤＯＦを含む、４つのＤＯＦでＬＩＮＡＣ２０３を動かすために、関節で相互に接続されている複数の剛性リンクを含んでいる。
【００１６】
ＬＩＮＡＣ２０３は、目標物に向けることができる放射線ビームを発するために使用されている。ロボットアームは、患者２０５を取り巻く作業体積の中で多数の角度から施行される放射線で病的状態の体の部位のような目標物を照射するようにＬＩＮＡＣ２０３を適正に位置付ける及び配向するために複数の回転ＤＯＦを有している。患者２０５は、ヒト患者及びあるいは動物患者であってもよいものと留意されたい。更に、他の実施形態では、ヒト又は動物以外の他の目的物を使用し得る。ロボット治療施行システム２００で実施される治療は、単一のアイソセンタ（収束点）、複数のアイソセンタを伴う又は特定のアイソセンタの無い、ビーム路程を含んでいてもよい。（即ちビームは、病的な目標物体積と交差しさえすればよく、目標物の範囲内の一点又はアイソセンタに収束する必要はない）。その上、治療は、治療計画中に決定されるように単一のセッション（モノフラクション）又は少数のセッション（ハイポフラクション）のどちらかで施行されてもよい。ロボット治療施行システム２００は、術前治療計画段階の間に目標物体積の術中位置を目標物容積の位置に合わせるために患者を硬い外部フレームに固定すること無く治療計画に従って放射線ビームを送出する。
【００１７】
ＬＩＮＡＣ２０３は、リストアセンブリ２１２に回転自在に取り付けられており、リストアセンブリ２１２は、器具ヨー関節、器具ピッチ関節及び器具ロール関節を含んでいる。リストアセンブリ２１２の器具ヨー関節は、取り付けプレート（図示せず）と連結することができ、取り付けプレートは、ＬＩＮＡＣ２０３の底部に取り付けられてもよい。あるいは、リストアセンブリ２１２の器具ヨー関節は、ＬＩＮＡＣ２０３の底部に直接的に連結されてもよい。リストアセンブリ２１２の器具ヨー関節は、ｚ軸に沿ってヨー回転するＬＩＮＡＣ２０３の回転性の動きを促進する。器具ピッチ関節は、器具ヨー関節と連結することができ、ｙ軸に沿ってピッチ回転するＬＩＮＡＣ２０３の回転性の動きを促進する。器具ロール関節は、器具ピッチ関節と連結することができ、ｘ軸に沿ってロール回転するＬＩＮＡＣ２０３の回転性の動きを促進する。ｚ軸、ｙ軸及びｘ軸は、ロボットアーム２０２の軸５から軸７であり得る。
【００１８】
描写している実施形態では、アームアセンブリは、冗長関節アセンブリ２１２、肘アセンブリ２１３、第１の肩アセンブリ２１４及び第２の肩アセンブリ２１５を含んでいる。冗長関節アセンブリ２１１は、リストアセンブリ２１２の器具ロール関節に連結される。冗長関節アセンブリ２１３は、リストアセンブリ２１２の関節の回転性の動きを駆動するために３つの駆動軸及び３つのモータを含んでいてもよい。一実施形態では、本明細書で論じるモータはステップモータであってもよい。あるいは、モータは、当業者には理解頂けるように、サーボモータ又は他のモータであってもよい。第１の駆動軸は、器具ヨー関節及び第１のモータと連結することができる。第１のモータ及び駆動軸は、ヨー軸である軸７に沿ったＬＩＮＡＣ２０３の回転性の動きを駆動する。第２の駆動軸は、器具ピッチ関節及び第２のモータと連結することができる。第２のモータ及び駆動軸は、ピッチ軸である軸６に沿ったＬＩＮＡＣ２０３の回転性の動きを駆動する。第３の駆動軸は、器具ロール関節及び第３のモータと連結することができる。第３のモータ及び駆動軸は、ロール軸である軸５に沿ったＬＩＮＡＣ２０３の回転性の動きを駆動する。これらの軸は、軸５から軸７の他の順序で設計されてもよいものと留意されたい。
【００１９】
肘アセンブリ２１３は、冗長関節によって冗長関節アセンブリ２１１に連結されており、第１の肩アセンブリ２１４は、肘部関節によって肘アセンブリ２１３に連結されている。冗長関節は、回転軸、軸４での冗長関節アセンブリ２１１の回転性の動きを駆動するように作られることができる変速装置を含んでいる。肘部関節は、回転軸、軸３での肘アセンブリ２１３の回転性の動きを駆動するように作られることができる肘部変速装置を含んでいる。肩アセンブリ２１４は、回転軸、軸２での第１の肩アセンブリ２１４の回転性の動きを駆動するように作られることができる変速装置を含んでいる第１肩部関節を含んでいる。追加の関節、肘部関節及び肩部関節の変速装置は、３−Ｄ空間でのＬＩＮＡＣ２０３の並進移動を促進することができる。第２の肩アセンブリ２１５は、第２の肩部関節によって第１の肩アセンブリ２１４に連結されており、第２の肩部関節は、回転軸、軸１で第２の肩アセンブリ２１５の回転性の動きを駆動するように作られることができる変速装置を含んでいる。他の実施形態では、ロボットアーム２０２は、制御装置からの方向性によって、ＬＩＮＡＣ２０３を動かすための変速装置以外の他の型の動作作動装置を含んでいてもよいものと留意されたい。
【００２０】
描写している実施形態では、冗長関節アセンブリ２１１は、リストアセンブリ２１２及び肘アセンブリ２１３の間に連結されている。あるいは、冗長関節アセンブリ２１１は、アームアセンブリの他の構成要素の間に連結されてもよい。例えば、別の実施形態では、冗長関節アセンブリは、肘アセンブリ及び第１の肩アセンブリの間に連結されている。この実施形態では、肘部関節は、リストアセンブリ及び肘アセンブリに連結されている。肘部関節は、回転軸、軸４でロボットアームの回転性の動きを駆動するために肘部変速装置を含んでいる。更に、冗長関節は、肘アセンブリ及び第１の肩アセンブリに連結されている。冗長関節は、回転軸、軸３でロボットアームの回転性の動きを駆動するために変速装置を含んでいる。第１及び第２の肩アセンブリは、第１及び第２の肩部関節と、上述のように、回転軸、軸２及び軸１でロボットアームの回転性の動きを駆動するための対応する変速装置と、を含んでいる。別の実施形態では、肘アセンブリ２１３がリストアセンブリ２１２に直接的に連結される場合、肘アセンブリは、器具ヨー関節、器具ピッチ関節及び器具ロール関節にそれぞれ連結されている第１、第２及び第３の駆動軸と、器具ヨー、器具ピッチ及び器具ロールの関節の回転性の動きをそれぞれ駆動するための第１、第２及び第３のモータを含んでいる。
【００２１】
ロボットアーム２０２は、第２の肩部関節によって取り付けアセンブリ２１６に連結することができる。取り付けアセンブリ２１６は、床、壁、天井、支柱等に連結されてもよい。あるいは、ロボットアーム２０２は、取り付けアセンブリ２１６を使用せずに、床、壁、天井、支柱等に直接的に連結されてもよい。
【００２２】
別の実施形態では、第２の肩アセンブリ２１５は、ロボットアームの第８の軸でのロボットアームの回転性の動きを駆動するために第３の肩部変速装置を有する第３の肩部関節を含んでいる。別の実施形態では、取り付けアセンブリ２１６は、トラック２２６に連結されるトラック取り付けアセンブリに連結されている。あるいは、第２の肩アセンブリ２１５は、トラック取り付けアセンブリに連結されてもよい。トラック取り付けアセンブリ及びトラックは、実質的に線形軸でのＬＩＮＡＣ２０３の並進移動を促進することができる。トラックは水平方向に置かれても又は垂直方向に置かれてもよい。この線形軸は、ロボットアームの第８のＤＯＦであってもよい。別の実施形態では、上述のように、線形軸は、最後の回転軸、軸１の代わりに第７のＤＯＦである。
【００２３】
一実施形態では、実質的に線形ＤＯＦは、７つ又は８つのＤＯＦの内の第１のＤＯＦであり、ロボットアームの基端部から最も遠いロボットアームのエンドエフェクタ端部（先端部とも称される）にある最後のＤＯＦではなく、ロボットアームの基端部に直近するＤＯＦを意味している。第１のＤＯＦは、ロボットアームの他の６又は７回転ＤＯＦを動かすように作られている。即ち医療器具及びロボットアームは、回転性の自由度に沿って医療器具を動かすこと無く、医療器具の動作の全範囲を通して実質的に線形軸に沿って動かすことができる。
【００２４】
実質的に線形ＤＯＦは、相互に直交する、水平な座標軸であるｘ軸及びｙ軸に実質的に直角なｚ軸にある実質的な垂直線、又はｚ軸に実質的に直角な相互に直交する、水平な座標軸であるｘ軸及びｙ軸にある実施的な水平線、のどちらかに沿って医療器具が並進運動するための実質的な線形軸を含んでいる。一実施形態では、トラックは、垂直に配向されてもよく、例えば支柱の垂直側部に垂直に取り付けられている。支柱は、治療用放射線処置の間治療室の床に又はピットの中で床より下方に固定されても又は取り付けられてもよい。別の実施形態では、支柱は、治療用放射線処置の間治療室の天井に固定されても又は取り付けられてもよい。あるいは、トラックは、壁、台板、ブロック又は下部構造のような当業者には周知の他の構造に垂直方向に取り付けられてもよい。別の実施形態では、トラックは、水平に配向されてもよく、例えば治療用放射線処置の間治療室の床に又はピットの中で床より下方に固定される又は取り付けられている。別の実施形態では、トラックは、治療用放射線処置の間治療室の天井に固定されても又は取り付けられてもよい。あるいは、トラックは当業者には周知の他の構造に水平方向に取り付けられてもよい。
【００２５】
一実施形態では、制御装置（説明図を簡略化するために図示せず）は、ロボットアーム及びＬＩＮＡＣ２０３を７つ以上のＤＯＦで動かすためにロボットアーム２０２に連結されている。ロボットアーム２０２は、制御装置から受け取る動作命令によって制御することができる。別の実施形態では、ユーザーインターフェイスユニットは、ロボットアーム２０２及びＬＩＮＡＣ２０３を７つ以上のＤＯＦで手動で動かすために制御装置に連結されている。
【００２６】
リストアセンブリ２１２、肘アセンブリ２１３、第１の肩アセンブリ２１４、第２の肩アセンブリ２１５及び取り付けアセンブリ２１６の上述の配置は、１つの冗長ＤＯＦを含む、７つの回転ＤＯＦを使用するＬＩＮＡＣ２０３の位置決めを促進している。ロボット治療施行システム２００のロボットアーム２０２の７つのＤＯＦは、ロボットアーム２０２の動作の機械的な範囲内の作業空間のような、所望の治療区画の中の実質的に任意の場所でＬＩＮＡＣ２０３を位置決めする及び配向することができる。ロボットアーム２０２は、作業空間又は治療区画内の複数の場所で用具中心位置（ＴＣＰ）、機械中心又はアイソセンタを有するようにＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。動作命令信号は、制御装置から生成されていて、様々なＤＯＦでロボット治療施行システム２００の補正動作を制御することができる。一実施形態では、協調運動を達成することができるように、治療台２０６に対するＬＩＮＡＣ２０３の位置及び方向性を知ることができる。１つの例示的な実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３及び治療台２０６は、共に、共通（又は「空間」）座標システムに対して参照することができる。あるいは、ロボットアーム２０２は、８つのＤＯＦに沿ったＬＩＮＡＣ２０３の動作を促進するように作られてもよい。
【００２７】
一実施形態では、８つのＤＯＦは、２つの冗長ＤＯＦを含んでいる。別の実施形態では、８つのＤＯＦは、１つの冗長ＤＯＦを含む７つの回転ＤＯＦ、及び１つの並進ＤＯＦを含んでいる。あるいは、他の構成も可能である。１つの例示的な実施形態では、７つのＤＯＦは、相互に直交するｘ座標軸、ｙ座標軸及びｚ座標軸に沿ってＬＩＮＡＣ２０３が並進して動くための４つの回転軸と、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のそれぞれの周囲でＬＩＮＡＣ２０３がロール回転、ピッチ回転及びヨー回転するための３つの回転軸と、を含んでいる。この実施形態では、４つの回転軸は、ＬＩＮＡＣ２０３が並進して動くための１つの冗長回転軸を含んでいる。別の例示的な実施形態では、８つのＤＯＦは、相互に直交するｘ座標軸、ｙ座標軸及びｚ座標軸に沿ってＬＩＮＡＣ２０３が並進して動くための５つの回転軸と、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の周囲でＬＩＮＡＣ２０３がロール回転、ピッチ回転及びヨー回転するための３つの回転軸と、を含んでいる。
【００２８】
別の例示的な実施形態では、８つのＤＯＦは、相互に直交するｘ座標軸、ｙ座標軸及びｚ座標軸に沿ってＬＩＮＡＣ２０３が並進して動くための４つの回転軸と、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のそれぞれの周囲でＬＩＮＡＣ２０３がロール回転、ピッチ回転及びヨー回転するための３つの回転軸と、相互に直交する水平な座標軸であるｘ軸及びｙ軸に実質的に直角なｚ軸にある実質的な垂直線、又はｚ軸に実質的に直角である、相互に直交する水平な座標軸であるｘ軸及びｙ軸にある実質的な水平線、のどちらかに沿って医療器具が並進運動するための１つの実質的な線形ＤＯＦと、を含んでいる。あるいは、１つ以上の冗長ＤＯＦは、他の構成で使用されてもよい。
【００２９】
ロボット治療施行システム２００は、制御装置を使用することで、治療用放射線処置の間コンピュータ制御下の治療室の３Ｄ作業空間又は動作領域の中でＬＩＮＡＣ２０３の位置及び方向性を調整するように作られている。制御装置は、ロボットアーム２０２、運動追跡システムシステム２１０、ユーザーインターフェイス、画像形成システム（ｘ線供給源２０７及び検出器２０８を含む）及び治療台２０６を含む患者整位システム２１２と連結することができる。あるいは、制御装置は、図１で描写しているシステムの凡その構成部品に連結されている。
【００３０】
一実施形態では、ロボット治療施行システム２００は、ＬＩＮＡＣを利用する、フレーム無しの、画像誘導ロボットベース治療用放射線処理システムである。あるいは、ロボット治療施行システム２００は、他の型のロボットベース医療システムであってもよい。一実施形態では、放射線供給源は、ＬＩＮＡＣ２０３のようなＬＩＮＡＣである。あるいは、放射線供給源は、ロボットアームの遠位端部に取り付けることができる他の型の放射線供給源であってもよい。一実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３は、Ｘ線ＬＩＮＡＣである。あるいは、ＬＩＮＡＣ２０３は、当業者には理解頂けるであろう他の型のＬＩＮＡＣであってもよい。
【００３１】
描写している実施形態では、患者整位システム２１２は、リストアセンブリ２２２、肘アセンブリ２２３、肩アセンブリ２２４、トラック取り付けアセンブリ２２５及びトラック２２６を有するロボットアーム２２１に連結された治療台２０６を含んでいる。ロボットアーム２２１は、１つの実質的な線形ＤＯＦを含む６ＤＯＦで治療台を動かすように作られている。ロボットアーム２２１は、５つの回転ＤＯＦで治療台２０６を動かすために、関節によって相互接続されている複数の剛性リンクを含んでいる。ロボットアーム２２１は、実質的な線形ＤＯＦでの治療台２０６の動きを促進するトラック２２６に取り付けられている。リストアセンブリ２２２は、３つの回転ＤＯＦ（軸４から軸６）で治療台２０６を動かすように作られており、肘、肩及びトラック取り付けのアセンブリである２２３から２２５及びトラック２２６は、３つのＤＯＦ、すなわち２つの回転ＤＯＦ及び１つの実質的な線形ＤＯＦで治療台２０６を動かすように作られている。
【００３２】
肘アセンブリ２２３は、手首アセンブリ２２２及び肩アセンブリ２２４に連結されている。トラック取り付けアセンブリ２２５は、トラック２２６及び肩アセンブリ２１４の肩部関節に連結されている。描写している実施形態では、トラック取り付けアセンブリ２２５及びトラック２２６は、実質的に垂直な、線形軸でのＬＩＮＡＣ２０３の並進移動を促進している。実質的に垂直な線形軸（ｚ）は、２次元水平面（ｘ、ｙ）に実質的に直角であってもよい。一実施形態では、トラックは、垂直に配向されていてもよく、例えば支柱の垂直側部に垂直に取り付けられている。支柱は、治療用放射線処置の間治療室の床に又はピットの中で床より下方に固定されても又は取り付けられてもよい。別の実施形態では、支柱は、治療用放射線処置の間治療室の天井に固定されても又は取り付けられてもよい。あるいは、トラック２２６は、壁、台板、ブロック又は下部構造のような当業者には周知の他の構造に垂直方向に取り付けられてもよい。
【００３３】
図１では、治療台２０６がロボットアーム２２１に連結されているが、他の実施形態では、患者をロボット治療施行システム２００に対して位置決めする及び配向するために他の患者整位システムを使用してもよい。例えば、ＬＩＮＡＣ２０３は、スタンド、床に取り付けられた治療台のようなロボットアームに連結されていない治療台２０６に、カリフォルニア州、サニーベールのアキュレイ社（Accuray Inc.）で開発されたＡＸＵＭ（登録商標）治療台に又は他の患者整位システムに、対して位置決めされてもよい。
【００３４】
一実施形態では、ロボットアーム２２１は、ロボットアーム２０２を制御している制御装置と同じ制御装置に連結されている。制御装置は、ＬＩＮＡＣ２０３及び治療台２０６の両方の動きを互いに連係させるために使用することができる。これは、これまで従来式のシステムでは障害物で通過できない場合があった追加の位置にある治療台に対してＬＩＮＡＣ２０３を位置決めする及び配向することを可能にすることができる。別の実施形態では、ロボットアーム２０２及び２２１は、別々の制御装置に連結されている。
【００３５】
別の実施形態では、ロボット治療施行システム２００は、Ｘ線画像形成システムを含んでいる。Ｘ線画像形成システムは、目標物の１つ以上の実時間又は実時間に近い画像を代表する画像データを生成する。Ｘ線画像形成システムは、一対の診断用ｘ線供給源２０７、各々のＸ線画像形成供給源に伴う電力供給装置、１つ又は２つの画像形成検出器２０８（又はカメラ）及び制御装置を含んでいてもよい。Ｘ線画像形成供給源２０７は、例えば約９０度、角度的に離して取り付けること、治療目標物（例えば患者内部の腫瘍）を貫いて単数又は複数の検出器２０８に向けることができる。あるいは、各々のｘ線供給源によって照射される単一の大型検出器を用いてもよい。単一の検出器による画像形成システムでは、２つのｘ線供給源２０７は、両方の画像を単一の検出器表面で保つために９０度未満の角度で離されて位置決めされてもよい。
【００３６】
単数又は複数の検出器２０８は、治療目標物より下方、例えば床の上、治療台２０６の上又はＬＩＮＡＣ２０３の真下に置かれてもよく、Ｘ線画像形成供給源２０７は、画像の拡大及びそれによって単数又は複数の検出器２０８の求められる大きさを最小化するために、治療目標物より上方（例えば治療室の天井）に位置決めされてもよい。代替的な実施形態では、Ｘ線画像形成供給源２０７及び単数又は複数の検出器２０８の位置は、例えばＸ線撮像源２０７が治療目標物より下方、単数又は複数の検出器２０８が治療目標物より上方、のように逆になってもよい。別の実施形態では、単数又は複数の検出器２０８は、それらが画像形成用の所定の位置に移動するような方法で配置され、ＬＩＮＡＣ２０３又は治療台２０６を位置決めする間又はＬＩＮＡＣ２０３から放射線ビームを送出する間、邪魔にならないように移動される。
【００３７】
単数又は複数の検出器２０８は、患者の画像情報を生成して制御装置へ送ることができる。制御装置は、所望の治療位置に関する患者の位置を確定するために全ての画像形成計算を実行し、種々のＤＯＦ用の補正値を生成する。補正値は、ＬＩＮＡＣ２０３を自動的に位置調整するためにロボット治療施行システム２００に自動的に適用されること、及び／又はＬＩＮＡＣ２０３に対して治療台２０６及びロボットアーム２１２を使用して患者の位置を自動的に調整するために制御装置に送られること、及び／又はユーザーがロボットアーム２０２及び２２１の一方又は両方を用いてＬＩＮＡＣ２０６に対する患者の位置を手動で調整するためにユーザーインターフェイスユニットに送られること、が可能である。
【００３８】
別の実施形態では、ロボット治療施行システム２００の補正動作を、システムが使用可能な作業空間を最大化するような方法で、制御装置を使用して、治療台２０６及びロボットアーム２２１の動作と動的に連係させてもよい。制御装置を使用して治療台２０６及びＬＩＮＡＣ２０３の動きを動的に連係することによって、例えば検出器２０８及び／又はＸ線画像形成供給源２０７、ロボットアーム又は治療室内の他の設備などによって邪魔されることの無いＬＩＮＡＣ２０３及び治療台２０６の方向性及び位置の数が増える結果、治療目標物の利用可能な数は増える。この実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３のロボットが実行する動きは、ＬＩＮＡＣ２０３及び治療台２０６の間の相対的な動作が、目標領域全体に亘る所望の放射線パターンの送出を確実にするように、治療台２０６の補正動作によって補完される。
【００３９】
治療台２０６は、治療の間患者２０５を支持しており、２つのＸ線カメラ及び画像形成システムのそれぞれの診断用ｘ線供給源の間に位置決めされ得る。一実施形態では、治療台２０６は、放射線透過性材料で作られ得、患者を治療台２０６を通して撮像することができる。
【００４０】
画像形成システムは、実時間に又はほぼ実時間に、治療座標フレームで目標物の位置及び方向性を示すＸ線画像を生成する。制御装置は、治療計画および送出ソフトウェアを含んでいてもよく、それは、各々が、一定の治療位置又はノードの各々で関連付けられる線量率及び継続時間を有する一連の所望のビーム路程から成る治療計画を生成するために、治療計画及び事前処理走査データＣＴ（及び／又はＭＲＩデータ、ＰＥＴデータ、超音波走査データ及び／又は蛍光透視法画像データ）及びユーザー入力に応答することができる。制御装置の指図に応えて、ロボットアームは、各々のノードを通して連続的および順次にＬＩＮＡＣ２０３を動かし、配向し、一方でＬＩＮＡＣ２０３は、制御装置によって指図される要求線量を送出する。事前処理走査データは、例えばＣＴ走査データ、ＭＲＩ走査データ、ＰＥＴ走査データ、超音波走査データ及び／又は蛍光透視法画像データを含んでいてもよい。
【００４１】
治療に先立ち、画像形成システムによって確立された基準のフレーム内部の患者の位置及び方向性は、患者が、治療を計画するために使用される画像を提供するＣＴ（又はＭＲＩ又はＰＥＴ又は蛍光透視法）走査装置の基準フレーム内で有する位置及び方向性に適合するように調整することができる。１つの例示的な実施形態では、この位置調整は、数十分の１ミリメータ及び全てのＤＯＦに対して数十分の１度の範囲内まで実行することができる。
【００４２】
制御装置は、更に、診断又は治療計画システムと通信して、患者体内の治療目標物の１つ以上の事前処理走査を表す事前処理走査データを受け取ることができる。事前処理走査は、事前処理座標システムに対する目標物の位置及び方向性を示すことができる。制御装置は、更に、画像形成システム（ｘ線供給源２０７及び検出器２０８）から、目標物の実時間又はほぼ実時間の画像を表す画像データを受け取ることができる。画像データは、治療座標システムに関する目標物の実時間又はほぼ実時間の位置及び方向性に関する情報を含み得る。治療座標システム及び事前処理座標システムは、既知の変換パラメータによって関連付けられる。
【００４３】
制御装置は、１）目標物の事前処理走査を表す事前処理走査データ及び２）目標物の実時間又はほぼ実時間の画像を表す実時間又はほぼ実時間の画像データ、を受け取るための入力モジュールを含んでいてもよい。事前処理走査は、事前処理座標システムに対する目標物の位置及び方向性を示している。ほぼ実時間の画像は、制御装置の指図の下で画像形成システムによって取得されたもので、治療座標システムに対する治療目標物の位置及び方向性を示している。治療座標システム及び事前治療座標システムは、既知の変換パラメータによって関連付けられる。制御装置は、事前処理走査データ、実時間又はほぼ実時間画像データ及び事前処理座標システムと治療座標システムの間の変換パラメータを使用して、治療座標システムの中で治療目標物の位置及び方向性を算出するＴＬＳ（目標位置決めシステム）処理ユニットを含んでいる。制御装置の処理ユニットは、更に、ＬＩＮＡＣ２０３のアイソセンタの位置及び方向性を算出してもよい。
【００４４】
運動追跡システム２１０は、ＬＩＮＡＣ２０３及び／又は治療台２０６の位置を検出するために使用することができる。運動追跡システム２１０は、ロボット治療施行システム２００の一部であってよく、又は当該システムから分離していてもよい。制御装置は、運動追跡システムから受け取ったデータに基づいて、治療室又は他の所定の治療座標システムに対するＬＩＮＡＣ２０３の位置及び方向性を計算するために、運動追跡システム２１０に動作可能なように連結され得る。制御装置は、ＬＩＮＡＣ２０３がロボット治療施行システム２００の動作中に障害物と衝突しないことを確実にするために、周囲の障害物のモデルに対するＬＩＮＡＣ２０３の位置及び方向性を独立して検査することができる。制御装置は、更に、患者の部位内の治療目標物が、治療処理を通じてＬＩＮＡＣ２０３の治療ビーム源に対して適切に整列している状態であり続けるように、ロボット治療施行システム２００の動作を制御するために機能することができる。制御装置は、治療台２０６の位置決めを操作するために使用されてもよい。
【００４５】
運動追跡システム２１０は、治療室又は他の治療座標システムに対するＬＩＮＡＣ２０３の位置を検出するために治療室内部に配置されるレーザー走査システム又は光学追跡システムであってもよい。例示的なレーザー走査システムは、ＬＩＮＡＣ２０３の位置を確定するために約６０回／秒で治療室を走査することができる。レーザー走査システムは、単一面走査又は二面走査又は複数面走査を実行するデバイスを含んでいてもよい。これに対応して、制御装置を含むロボット治療施行システム２００がＬＩＮＡＣ２０３の位置を常時知っているように、制御装置は、運動追跡システム２１０から情報を及びＬＩＮＡＣ２０３、更に治療台又は治療室の他の設備の位置を計算することに適したソフトウェアを搭載していてもよい。制御装置は、自動的に又は周期的に、ＬＩＮＡＣ２０３を治療台に合わせて較正するようにプログラム化され得る。
【００４６】
代替的な実施形態では、運動追跡システム２１０は、治療座標システムに対するＬＩＮＡＣ２０３の位置を追跡するための磁気追跡システムを含んでいる。磁気追跡システムは、ＬＩＮＡＣ２０３に取り付けられる少なくとも１つの変換器を含んでいれば望ましい。あるいは、ＬＩＮＡＣ２０３の動作を感知するためにＬＩＮＡＣ２０３に取り付けられる慣性センサー、レゾルバベースセンサーシステム、赤外線三角測量システム、光学エンコーダ等、当業者には理解頂けるような他のセンサーシステムを使用してもよい。運動追跡システム２１０は、ロボットアーム２０２、ＬＩＮＡＣ２０３、ロボットアーム２２１、治療台２０６、患者２０５又は治療室内部の他の目的物を追跡するために使用することができることに留意されたい。運動追跡システム２１０は、更に、患者２０５内部の目標物を追跡するために使用することもできる。
【００４７】
制御装置は、治療目標物の位置をＬＩＮＡＣ２０３のアイソセンタと比較することによって、患者が動くことに起因する、治療目標物のＬＩＮＡＣ２０３のアイソセンタとのずれを検出する、及び治療目標物を放射線治療源（例えばＬＩＮＡＣ２０３）に対して位置を揃えるためのロボット治療施行システム２００の補正的な動作を実施するための動作命令信号を生成する、ように構成されてもよい。
【００４８】
別の実施形態では、ロボット治療施行システム２００の補正的な動作は、様々な動作、例えば呼吸運動、患者の心臓の心拍運動、くしゃみ、咳又はしゃっくり及び患者の１つ以上の部位の筋肉転位などに対応することができる。別の実施形態では、制御装置を含むロボット治療施行システム２００は、実時間又はほぼ実時間の画像を事前処理画像と比較すること及びロボットアーム２０２を使用してＬＩＮＡＣ２０３を及び／又は治療台を使用して患者を再配置すること又は治療計画に対応するためにＬＩＮＡＣ２０３及び治療台の位置を調節すること、によって、組織変形に起因する可能性のある腫瘍の幾何学変化を検出し、それに適合するように構成されることができる。
【００４９】
制御装置は、ＬＩＮＡＣ２０３との信頼性のある通信インターフェイスを確立及び維持するためのソフトウェアを含んでいる。ソフトウェアは、ＬＩＮＡＣ２０３用に開発されたインターフェイス規格を使用している。制御装置は、画像形成システムからの患者の位置及び方向性の情報をＬＩＮＡＣ２０３の動作能力のＤＯＦでの動きの適切な構成単位に変換するためのソフトウェアを更に含んでいる。制御装置は、患者を位置決めするためのロボット治療施行システム２００の動作を監視及び起動するために、ユーザーインターフェイスユニットを治療施行システムのユーザー制御コンソールに提供するためのソフトウェアを含んでいてもよい。制御装置２００は、ＬＩＮＡＣ２０３の通信又はソフトウェア制御の誤りを検出、報告及び処理するためのソフトウェアを更に含んでいてもよい。
【００５０】
制御装置は、ユーザーが、１つ以上のユーザーによる選択可能な機能を実施することによって、ロボット治療施行システム２００の動作又は補正動作を双方向的に制御することを可能にするための少なくとも１つのユーザーインターフェイスユニットを含んでいてもよい。ユーザーインターフェイスユニットは、手持ち式のユーザーインターフェイスユニット又は遠隔制御ユニットであってもよい。あるいは、ユーザーインターフェイスユニットは、ディスプレイ上のグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）であってもよい。
【００５１】
制御装置及びロボット治療施行システム２００の他の構成要素（例えばロボットアーム２０２、ＬＩＮＡＣ２０３、運動追跡システム２１０、ユーザーインターフェイス、治療台２０６及び画像形成システム）の間の通信リンクは、有線又は無線のリンクであってもよく、信頼性のある適時の通信を維持するために必要な帯域幅を備えている。
【００５２】
上記の実施形態における追加の関節は、リストアセンブリ２１１及び肘アセンブリ２１３の間に連結される冗長関節アセンブリで実装されるが、しかしながら、他の実施形態では、冗長関節は、他の構成で実装されてもよいことを留意されたい。一実施形態では、ロボットアームは、ＬＩＮＡＣ２０３に連結されるリストアセンブリと、リストアセンブリに連結されるアームアセンブリと、を含んでいる。アームアセンブリは、１つ以上の冗長関節を含んでいてもよい。１つ以上の冗長関節は、１つ以上の冗長関節アセンブリと併せて、又はアームアセンブリの他のアセンブリへの追加の関節として実装されてもよい。例えば、図１の描写している実施形態は、リストアセンブリ２１１及び肘アセンブリ２１３の間の追加の関節を図示している。他の実施形態では、追加の関節は、肘アセンブリ２１３、第１の肩アセンブリ２１４、第２の肩アセンブリ２１５及び取り付けアセンブリ２１６の内の何れか２つの間に連結される冗長関節アセンブリで配置してもよい。他の実施形態では、追加の関節は、肘アセンブリ２１３、第１の肩アセンブリ２１４及び第２の肩アセンブリ２１５の内の何れか１つの関節と繋がる追加の関節として実装されてもよい。例えば、第１及び第２の肩アセンブリ（取り付けアセンブリ２１６とまとめて、ベースアセンブリと称してもよい）は、第１及び第２の肩部関節を含んでいる。追加の関節を、第１及び第２の軸（Ａ１及びＡ２）の場所で（例えば第１及び第２の肩部関節を含むベースアセンブリで）追加してもよい。第１及び第２の肩部関節の場所に追加の関節を加えることによって、アームアセンブリは、患者又は治療台をロボットアーム又はＬＩＮＡＣ２０３と衝突する危険に曝すこと無く、従来式のロボットアームと比較してより広範囲の動作が可能であるように、関節を位置決めすることができる。更に、追加の関節を第１及び第２の肩部関節の場所に加えることによって、アームアセンブリは、図２で示すように、ロボットアーム全体を例えば床に向けて回転させることを可能にしている。
【００５３】
図２は、冗長関節を有するロボット治療施行システム２５０の別の実施形態を図示している。ロボット治療施行システム２５０は、ロボットアーム２５２に連結されるＬＩＮＡＣ２０３を含んでいる。ロボットアーム２５２は、図１に関して上文で述べたように、リストアセンブリ２１２、肘アセンブリ２１３、第１の肩アセンブリ２１４、第２の肩アセンブリ２１５及び取り付けアセンブリ２１６を含んでいる。冗長関節アセンブリ２１１を有するのではなく、ロボットアーム２５２は、第１及び第２の肩アセンブリの位置で追加の関節２５３を含んでいる。ロボットアーム２０２は、ロボットアーム２０２をベースアセンブリの第１及び第２の回転軸（Ａ１及びＡ２）に沿って動かすために第１及び第２の肩部関節を、及びロボットアーム２０２を第３及び第４の軸（Ａ３及びＡ４）に沿って動かすために肘部の及び冗長な関節を、使用していることに留意されたい。ロボットアーム２０２のアームアセンブリは、第１及び第２の肩部関節を含んでいるベースアセンブリと、追加の関節及び肘部関節によって相互に接続されている３つの剛性リンクと、を含んでいる。対照的に、ロボットアーム２５２は、ロボットアーム２５２をベースアセンブリの第１、第２及び第３の回転軸（Ａ１、Ａ２及びＡ３）に沿って動かすために、第１及び第２の肩部関節と追加の関節２５３とを使用し、ロボットアーム２５２を第４の回転軸（Ａ４）に沿って動かすために肘部関節を使用している。ロボットアーム２５２のアームアセンブリは、第１及び第２の肩部関節及び追加の関節２５３を含んでいるベースアセンブリと、肘部関節によって相互接続されている２つの剛性リンクと、を含んでいる。上述のように、追加の関節２５３をベースアセンブリに追加することによって、ロボットアーム２５２全体を、例えば床に向けて回転させることができる。
【００５４】
描写している実施形態では、ロボットアーム２５０は、第１位置２５１（点線で表示）から第２位置２５３（実線で表示）まで回転される。それらの２つの位置２５１及び２５２は、ＬＩＮＡＣ２０３をより低所にあるアイソセンタを治療する高い位置に、及びより高所にあるアイソセンタを治療する低い位置に位置決めするために使用することができる。例えば、図２の治療台２０６は、高い位置に配置されているように図示されている。従って、アイソセンタは高所にあるアイソセンタであり得る。ＬＩＮＡＣ２０３を高所にあるアイソセンタより下方の幾つかの位置に位置決めするために、ＬＩＮＡＣ２０３を高所にあるアイソセンタの真下、例えば第２位置２５３に位置決めするようにロボットアーム２５２を追加の関節２５３の周囲で回転させることができる。しかしながら、治療台２０６がより低い位置へ動かされると、ＬＩＮＡＣ２０３を低所にあるアイソセンタより上方、例えば第１位置２５１に位置決めするようにロボットアーム２５２を追加の関節２５３の周囲で回転することができる。
【００５５】
上記の実施形態は、ＬＩＮＡＣ２０３及びロボットアーム２０２をロボットアーム２２１に連結されている治療台２０６に対して動かすように述べられているが、他の実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３及びロボットアーム２０２は、ロボットアーム１０２のような従来式のロボットアームに連結され得る従来式の治療台１０６又は従来式のロボットアームに連結されていない従来式の治療台に対して動かされる。
【００５６】
図１及び図２の実施形態は、取り付けアセンブリと同時に床に、水平に取り付けられているロボットアームを図示している。他の実施形態では、１つ以上の追加の関節を含んでいるロボットアームは、図３Ａ及び図３Ｂに図示されるように、垂直に取り付けられてもよい。
【００５７】
図３Ａ及び図３Ｂは、第１の軸に沿った２つの位置３２１及び３２３にある７つ自由度を有する垂直に取り付けられたロボットアームを含んでいるロボット治療施行システム３００の一実施形態を図示している。ロボット治療施行システム３００は、ロボットアーム３０２に連結されたＬＩＮＡＣ２０３を含んでいる。ロボットアーム３０２は、ロボットアーム２０２及び２５２のように、リストアセンブリ２１２及びアームアセンブリを含んでいる。上述のように、リストアセンブリ２１２は、３つの回転ＤＯＦ（軸５から軸７）でＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られている。図３Ａのアームアセンブリの描写されている実施形態は、肘アセンブリ３１３、冗長関節アセンブリ３１１、肩アセンブリ３１４、トラック取り付けアセンブリ３１６及びトラック３１７を含んでいる。肘アセンブリ３１３は、リストアセンブリ２１２の器具ロール関節に連結されている。肘アセンブリ３１３は、冗長関節アセンブリ２１１に関して上文で述べたように、３つ駆動軸及び３つのモータを含んでいてもよい。冗長関節アセンブリ３１１は、肘部関節によって肘アセンブリ３１３に、冗長関節によってショルダアセンブリ３１４に連結されている。肩アセンブリ３１４は、肩部関節によってトラック取り付けアセンブリ３１６に連結されている。肘部関節、冗長関節及び肩部関節は、変速器を含んでいてもよく、当該変速機は、第４の回転軸（軸４）で肘アセンブリ３１３、第３の回転軸（軸３）で冗長関節アセンブリ３１１、第２の回転軸（軸２）で肩アセンブリ３１４の回転性の動きをそれぞれ駆動するように作られ得る。肘部関節、冗長関節及び肩部の変速器は、例えば床と平行な（ｘ、ｙ）平面における２次元水平面でのＬＩＮＡＣ２０３の並進移動を促進することができる。トラック取り付けアセンブリ３１６及びトラック３１７は、実質的に垂直な線形軸（軸１）でＬＩＮＡＣ２０３の並進移動を促進することができる。実質的に垂直な線形軸（ｚ）は、２次元水平面（ｘ、ｙ）に対して実質的に直角であり得る。
【００５８】
この実施形態では、トラック３１７は、支柱３１８の垂直側部に取り付けられている。支柱３１８は、治療用放射線処置の間治療室の床に又はピットの中で床より下方に固定されても又は取り付けられてもよい。別の実施形態では、支柱３１８は、治療用放射線処置の間治療室の天井に固定されても又は取り付けられてもよい。あるいは、トラック３１７は、壁、台板、ブロック又は下部構造のような当業者に知られている他の構造に垂直方向に取り付けられてもよい。
【００５９】
制御装置２０１は、ロボットアーム３０２及びＬＩＮＡＣ２０３を７つのＤＯＦで動かすためにロボットアーム３０２に連結されている。ロボットアーム３０２は、制御装置２０１によって制御されており、６つの回転ＤＯＦ及び１つの並進性の実質的に垂直な線形ＤＯＦを用いてＬＩＮＡＣ２０３の位置決め及び配向を促進している。ロボットアーム２０２のように、ロボット治療施行システム２００のロボットアーム３０２の６つの回転及び１つの実質的に水平な線形ＤＯＦは、ロボットアーム３０２の動作の機械的な範囲内の、作業空間のような、所望の治療区画の中の実質的に任意の場所にＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。ロボットアーム３０２は、作業空間又は治療区画内の複数の場所でＴＣＰを有するようにＬＩＮＡＣ２０３を適切に位置決めすることができる。
【００６０】
一実施形態では、ロボットアーム３０２は、ＬＩＮＡＣ２０３の動作の全範囲を通して他の軸に沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすこと無く、単一軸に沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られている。例えば、第１のＤＯＦは、４、５又は６回転ＤＯＦに沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすこと無く、ロボットアームの動作の実質的に全範囲を通して実質的に線形軸に沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られている。第１のＤＯＦは、ロボットアームの基端部に直近しているＤＯＦである。基端部は、ロボットアーム３０２が支柱３１８に取り付けられているところである。あるいは、基端部は、ロボットアーム３０２が床、天井、壁又は治療室の他の取り付け場所に取り付けられているところである。ＬＩＮＡＣ２０３は、ロボットアーム３０２の先端部とも称される、ロボットアーム３０２のエンドエフェクタの端部でロボットアーム２０２に連結されている。
【００６１】
一実施形態では、制御装置２０１は、第１のＤＯＦの第１の軸３３１に沿ってロボットアーム３０２を動かすように作られている。第１のＤＯＦは、ロボットアーム３０２の他の６つの回転ＤＯＦを動かすように作られている。制御装置は、ロボットアーム３０２を別の位置まで軸３３１に沿って上下に動かす。例えば、ロボットアーム３０２は、図３Ａで図示しているような第１位置３２１及び図３Ｂで図示しているような第２位置３２３に位置決めすることができる。図３Ａ及び図３Ｂで図示しているように、ロボットアーム３０２は、６つの回転ＤＯＦに沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすこと無く、ＬＩＮＡＣ２０３の動作の実質的に全範囲を通して実質的に垂直な線形軸（例えば軸３３１）に沿ってロボットアーム３０２ならびにＬＩＮＡＣ２０３も動かすように作ることができる。
【００６２】
別の実施形態では、ロボットアーム３０２は、水平な実質的な線形ＤＯＦを有している。別の実施形態では、ロボットアーム３０２は、４つの回転ＤＯＦ及び１つの実質的な線形ＤＯＦを有しており、第１のＤＯＦは、ロボットアームの他の４つの回転ＤＯＦを動かすように作られている実質的な線形ＤＯＦである。この実施形態では、制御装置は、４つの回転ＤＯＦに沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすこと無く、ＬＩＮＡＣ２０３の動作の実質的に全範囲を通して実質的に線形軸（例えば軸３３１又は水平な第１の軸）に沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすことができる。第１のＤＯＦが水平である実施形態では、制御装置は、垂直軸（例えばｚ軸）に実質的に直角である相互に直交する水平座標軸（例えばｘ軸及びｙ軸）の実質的な水平線に沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られている。第１のＤＯＦが垂直である実施形態では、制御装置は、相互に直交する水平座標軸（例えばｘ軸及びｙ軸）に実質的に直角である垂直軸（例えばｚ軸）の実質的な垂直線に沿ってＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られている。
【００６３】
図３Ｃは、第７の自由度用の線形トラック３５３に水平に取り付けられている６自由度を有するロボットアームを含んでいるロボット治療施行システム３５０の別の実施形態を図示している。線形トラック３５３は、第７のＤＯＦとして述べられているが、第１のＤＯＦが標準的にはロボットアーム３５２の基端部に直近するＤＯＦであるので、線形トラック３５３は、第１のＤＯＦと称することもできることに留意されたい。線形トラック３５３は、ロボットアーム３５２全体を治療室の中の或る位置から別の位置まで動かすことを可能にし、ロボットアーム３５２の６ＤＯＦに加えて第７のＤＯＦを提供する。ロボット治療施行システム３５０は、６つの自由度を有する水平に取り付けられたロボットアーム３５２と、ロボットアーム３５２に連結されたＬＩＮＡＣ２０３を含んでいる。ロボットアーム３５２は、例えば、ロボットアーム３５２を線形軸に沿って並進させることを可能にしているレール３５４を有している線形トラック３５３に水平に取り付けられている。ロボットアーム３５２は、ロボットアーム３５２をトラック３５３に沿って動かすことを可能にしているレール３５４と係合しているトラック取り付けアセンブリに連結されてもよい。あるいは、当業者には理解頂けるように、ロボットアーム３５２をトラック３５３に沿って動かすことを可能にするために、他の型の機構を使用してもよい。別の実施形態では、トラック３５３は、非線形トラックである。制御装置（図示せず）は、１つの並進ＤＯＦ（例えば実質的に水平な）と、ロボットアーム３５２の６つの回転ＤＯＦを含んでいる７つのＤＯＦでロボットアーム３５２及びＬＩＮＡＣ２０３を動かすように作られている。制御装置は、ＬＩＮＡＣ２０３の動作の全範囲を通してロボットアーム３５２の他のＤＯＦを動かすこと無く、単一軸（又は非線形経路）に沿ってロボットアーム３５２を動かすことができる。実際には、第７のＤＯＦは、座標系全体を移動することを可能にしている。
【００６４】
上述の実施形態は、水平に取り付けられていて、床に取り付けられている６つのＤＯＦロボットアーム３５２であるが、他の構成も可能である。例えば、線形トラック３５３は、天井又は床内部のピットに取り付けられてもよい。更に、他の実施形態では、トラックは、支柱、壁等に垂直に取り付けられてもよい。他の実施形態では、ロボットアーム３５２は、本明細書で説明しているような冗長自由度を含んでいる。一実施形態では、ロボットアーム３５２は、６つの自由度を含んでいて、６つの自由度の内の１つは冗長ＤＯＦであり、第７のＤＯＦは、トラックである。別の実施形態では、ロボットアーム３５２は、７つのＤＯＦを含んでおり、７つのＤＯＦの内の１つは冗長ＤＯＦであり、第８のＤＯＦはトラックである。あるいは、ロボットアーム３５２は、１つより多い冗長ＤＯＦを含んでいてもよい。
【００６５】
６つのＤＯＦのみのロボットアームを使用すると、ロボットアームの動作領域を表す作業空間は、干渉性、及び可到達性の問題によって、患者を中心として非対称となり得る。例えば、ロボットアームが患者の一方の側に配置される場合、ＬＩＮＡＣは、患者、治療台、または室内の他の物体によって妨害されることによって、特定の位置に位置決めすることができない。直線トラック３５３は、ロボットアーム３５３を治療台の両側に位置決めし、対称的な作業空間を作り出すことを可能にする。直線トラック３５３はまた、作業空間を拡大して、従来は患者に近接することにより妨害され回避されたより多くの位置に、ＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることも可能にする。直線トラック３５３はまた、ロボットアーム３５３を患者により接近、または患者からより遠ざけるように動かすことによって、作業空間を拡大させることもできる。これは重量物を運搬する際に、体をすくめて腕を伸ばすか、または体に過度に近いか、といったことに類似し得る。近すぎる場合は、より遠くに離れればよく、遠すぎる場合は、その物体により近づけばよい。空間内でのＬＩＮＡＣ２０３の一意的な位置決めは、６つのＤＯＦによって為され得るため、第７のＤＯＦ（例えば、トラック）によって提供される柔軟性は、ロボットアーム３５２を、ＬＩＮＡＣ２０３の所与の位置に関して、治療室内の障害物または他の干渉物を回避するように位置決めするために使用することができる。第７のＤＯＦはまた、例えば、ロボットアーム３５２が患者の上を通り越すことがないような、より望ましい位置を提供することもできる。第７のＤＯＦはまた、ロボットアーム３５２の位置に基づいた移動時間を最適化することもできる。例えば、ロボットアーム３５２は、他のＤＯＦを移動させずに、この直線のＤＯＦに沿って移動させることができる。これらの機能の全ては同時に実行可能であるが、一実施形態では、制御装置により、順序付きリストのような優先度に従って、これらの機能のリストを完遂してもよいことに留意されたい。
【００６６】
治療施行システム３００および治療施行システム３５０は、図１に関して説明されるように、画像形成システム、運動追跡システム、および患者位置決めシステムと併用して使用することができる。
【００６７】
一実施形態では、ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２の構成要素は、構成要素の外表面上にタッチセンス材料を含み得る。別の実施形態では、構成要素の外表面は、接触発泡材によって被覆してもよい。あるいは、他の材料を使用して、ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２の構成要素が、操作者に衝突するか、もしくは操作者を転倒させることを防いでもよい。当業者には既知のタッチセンス材料および接触発泡材に関する具体的な詳細は含まれてはいないが、これは、ロボットアームによる操作者の転倒または衝突を防ぐための材料で、ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２の外表面を被覆することに関する考察を不明瞭にしないためである。
【００６８】
一実施形態では、図１、図２、図３Ａ、および図３Ｂのロボットアームは、ドイツのＫＵＫＡロボット社によって製造された構成要素を含み得る。あるいは、ロボットアームの構成要素は、他の種類の構成要素を含んでもよい。
【００６９】
図４Ａは、治療台２０６に対して第１位置４０１にある、従来のロボット治療施行システム４００の上面図を示す。従来のロボット治療施行システム４００は、ロボットアーム１０２に連結するＬＩＮＡＣ１０３を含む。ロボットアーム１０２は、単一の肘関節によって相互接続される２つの剛体リンクを有する。ＬＩＮＡＣ１０３は、治療台２０６に対して第１位置４０１に位置決めされている。第１位置４０１では、治療台２０６とＬＩＮＡＣ１０３およびロボットアーム１０２との間に距離余裕４１０が存在する。
【００７０】
図４Ｂは、一実施形態による、治療台２０６に対して第１位置４０１にある、ロボット治療システム４５０の上面図を示す。ロボット治療施行システム４５０は、ロボットアーム４０２に連結するＬＩＮＡＣ２０３を含む。ロボットアーム４０２は、ロボットアーム１０２とは異なり、肘関節および冗長関節の２つの関節によって相互接続される３つの剛体リンクを有する。ロボットアーム１０２が、比較目的のために図４Ｄに（破線で）示されている。
【００７１】
ＬＩＮＡＣ２０３は、治療台２０６に対し、同一の第１位置４０１に位置決めされている。第１位置では、治療台２０６とＬＩＮＡＣ２０３およびロボットアーム４０２との間に距離余裕４２０が存在する。ロボット治療施行システム４５０の距離余裕４２０は、従来のロボット治療施行システム４００の距離余裕４１０よりも大きい。冗長関節を含むロボットアーム４０２は、ロボットアームと治療室内の他の障害物との間の距離余裕を増大させるようにＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。距離余裕４２０が距離余裕４１０よりも大きいばかりではなく、ロボットアーム４０２は、ＬＩＮＡＣ２０３を第１経路を通じて第１位置４０１に位置決めすることができるが、この第１経路は、ロボットアーム１０２がＬＩＮＡＣ１０３を位置決めするために採る経路のような、同一位置４０１への第２経路よりも、障害物（治療台２０６）とロボットアーム４０２との間に大きい距離余裕を有する。
【００７２】
ロボットアーム４０２は、作業空間もしくは治療領域の範囲内の複数の位置において、ＴＣＰまたは治療標的を有するように、ＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。しかしながら、作業空間もしくは治療領域は、例えば、ＬＩＮＡＣ２０３、治療台２０６、またはこれらの対応するアームのいずれかと、ＬＩＮＡＣ２０３、治療台２０６、画像形成供給源２０７、検出器２０８、並びに／またはロボットアーム２０２およびロボットアーム３０２のようなシステムの構成要素との間で起こり得る衝突に起因する妨害、あるいは上述のこれらの構成要素のいずれかによるＬＩＮＡＣ２０３の放射線ビームの妨害、といった位置決め制限によって限定される場合がある。例えば、ｘ線画像形成供給源２０７は、ＬＩＮＡＣ２０３がｘ線画像形成供給源２０７の取り付け場所に位置決めされることを阻止する場合があるが、これは、その場所へ位置決めすることが、想定される衝突を引き起こす恐れがあるためである（例、衝突妨害）。同様に、ＬＩＮＡＣ２０３は、検出器２０８の配置により、治療台２０６の下に位置決めすることができない（例、衝突妨害）。位置決め制限の別の例は、ＬＩＮＡＣ２０３からの放射線ビームが、他の構成要素、例えば検出器２０８、および／またはｘ線画像形成供給源２０７によって妨害される場合である（例、ビーム妨害）。別の妨害は、地面によって引き起こされる場合がある。少なくとも１つの冗長関節を有するロボットアームを使用して、これらの位置決め制限を克服することができる。位置決め制限を克服することにより、図５に関して説明するように、ＬＩＮＡＣ２０３の位置決めのための、より多くのノードが使用可能となるため、作業空間が増大し得る。作業空間内の利用可能なノードの増大に加えて、少なくとも１つの冗長関節を有するロボットアームは、作業空間内に既に存在するノードへ至る利用可能な経路の数を増大させ得る。また、いったんＬＩＮＡＣ２０３を一定の位置に位置決めすると、ロボットアームの１つ以上のリンクを移動させることもできる。例えば、１つ以上のリンクを移動させて、ロボットアームと、治療台２０６のような治療室内の障害物との間の距離余裕を増大させることができる。更に、１つ以上の冗長関節を有する１つ以上のリンクを使用することで、ロボットアームは、拘束体積内で、その拘束体積外部の障害物と衝突することなく、医療器具を操作することができる。
【００７３】
図４Ｃは、治療台２０６に対して第２位置４０２にある、図４Ａの従来のロボット治療施行システム４００の上面図を示す。ロボットアーム１０２がＬＩＮＡＣ２０３を第２位置４０２に位置決めする場合は、ロボットアーム１０２と治療台２０６との間で衝突が起こり得る。したがって、第２位置４０２は妨害位置であり、作業空間内における可能なノードとして使用できない。
【００７４】
図４Ｄは、一実施形態による、治療台２０６に対して第２位置４０２にある、ロボット治療施行システム４５０の上面図を示す。ロボットアーム１０２とは異なり、ロボットアーム４０２は、従来は位置決め制限に起因する妨害位置と見なされる第２位置４０２に、ロボットアーム４０２と治療台２０６との間の衝突を起こすことなく、ＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。ロボットアーム１０２が、比較目的のために図４Ｄに（破線で）示されている。
【００７５】
別の実施形態では、ロボットアーム４０２およびロボットアーム２２１の移動は、動的に連係し得る。治療台２０６とＬＩＮＡＣ２０３との間の動的な移動の連係は、ロボットアームの機械的可動域内における治療標的の数を増大させることができ、ロボットアーム４０２の機械的可動域内、またはロボットアーム２２１の機械的可動域内において、位置決め制限に起因する従来の妨害位置に、治療標的を作り出すことができる。一実施形態では、従来の妨害位置は、例えば、ＬＩＮＡＣ２０３、治療台２０６、ロボットアーム２０２、ロボットアーム２２１、ｘ線画像形成供給源２０７、検出器２０８、および／またはシステムの他の構成要素のいずれか２つの間で起こり得る衝突の妨害に起因し得るものである。あるいは、従来の妨害位置は、ロボットアーム２０２、ロボットアーム２２１、ｘ線画像形成供給源２０７、検出器２０８、および／またはシステムの他の構成要素のいずれかによる、ＬＩＮＡＣ２０３の放射線ビームの妨害に起因し得るものである。別の実施形態では、患者身体を含む治療台２０６とシステム４００の他の移動部分との間で起こり得る衝突を引き起こすような配向および／または位置に、患者を確実に配置させないように、衝突防止モデルを制御装置に組み込んでもよい。
【００７６】
ロボットアーム４０２を使用して、ＬＩＮＡＣ２０３を治療台２０６に対して対称的な位置に位置決めすることができる。ＬＩＮＡＣ２０３を治療台２０６に対して対称的な位置に位置決めする能力は、治療計画中における治療計画システムによって計算されるもののような、治療施行前に計算される、経路計画および接触回避計画に関する単純化された経路を導き得る。ＬＩＮＡＣ２０３を治療台２０６に対して対称的な位置に位置決めする能力は、放射線を標的に直射するようにＬＩＮＡＣ２０３を位置決めし得る作業空間を増大させることができる。作業空間内のノードの数が増大するため、患者の様々な部位の標的に対する放射線直射へのアクセスが増大し得る。例えば、治療台２０６の一方の側のノードはまた、治療台２０６の他方の側にも鏡像化することができる。
【００７７】
使用可能な全表面積は、患者の治療標的に放射線を照射するようにＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる位置またはノードを表し得る。ロボット治療施行システム４５０の使用可能な全表面積は、ロボット治療施行システム４００の使用可能な全表面積とは異なり、上述の位置決め制限によって限定されない。ロボットアーム４０２を使用して、位置決め制限を低減または排除することができる。あるいは、ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２を使用して、位置決め制限を低減または排除し得る。
【００７８】
ロボット治療施行システム４００の到達不可領域は、ロボットアーム１０２を単に治療台２０６の反対側に取り付けることだけによって矯正することはできないが、これは、その場合に、反対側が治療台２０６およびロボットアーム１０２の妨害によって到達不可領域を有することになるためであることに留意されたい。換言すれば、ロボットをベースとする放射線手術システムを、単に他の側に取り付けるだけでは、ロボット治療施行システム４００の到達不可領域を生じさせる妨害による位置決め制限は克服されない。
【００７９】
図５は、一実施形態によるロボット治療施行システム２００またはロボット治療施行システム３００の作業空間５１１を示す透視図である。上述のように、空間ノードおよびこれらの空間ノードを相互接続する関連した安全経路の集合は、「作業空間」または「ノード群」と呼ばれる。作業空間は、ロボットアームの動作領域を表す。作業空間５１１は、放射線供給源を位置決めするための、作業空間５１１の表面上に存在する一群の空間ノード５１１を含む。各空間ノード５１１は、「＋」記号（数個のみ表示）によって表される。空間ノード５１１は、従来の治療施行システムを位置決めし得る空間ノードを表す。上述のように、作業空間またはノード群は、空間ノードおよびこれらの空間ノードを相互接続する関連した安全経路の集合である。しかしながら、従来システムの作業空間とは異なり、作業空間５１１、および空間ノードの数は、治療施行システム２００または治療施行システム３００を使用することで増大し得る。したがって、作業空間５１１はまた、破線の「＋」で示すような、一群の追加のまたは増大した空間ノード５１２も含む。作業空間５１１の、空間ノード５１１および増大した空間ノード５１２の総数は、従来システムの作業空間の空間ノード５１１の総数よりも多い。
【００８０】
ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２を使用してＬＩＮＡＣ２０３を移動させることにより、ＬＩＮＡＣ２０３は、従来のシステムにおいて以前にはブロックされるかまたは別様で到達不可であった、治療台２０６周囲の特定のゾーン（例えば、空間ノード）へアクセスすることができる。例えば、従来のロボットアームは、ＬＩＮＡＣ１０３を特定の位置に位置決めするために、治療台１０６の周囲にＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができなかった。しかしながら、本明細書に記載されるように、治療施行システム２００および治療施行システム３００に関しては、これらのブロックされた位置は、ブロックされず、到達可能である。従来システムにおいて以前には治療台によりブロックされるかまたは別様で到達不可であったそれら特定のゾーンへの、より高いアクセス可能性を有することで、作業空間５１１（例えば、ＬＩＮＡＣ２０３が放射線を標的に照射することができる空間ノード）が増大する。更に、従来のロボットアームと患者との間の距離余裕のために、従来のロボットアームではアクセスできなかった追加の空間ノードに、アクセスすることができる。
【００８１】
作業空間５１１は球状であるが、代替的に、作業空間５１１は他の幾何学形状（例えば、楕円状）を有してもよく、また、患者の頭部内または患者の他の部位内に存在するＶＯＩに関して画定されることに留意されたい。更には、複数の作業空間を、患者の異なる部分に関して画定してもよく、各作業空間は、６５０ｍｍおよび８００ｍｍのような異なる半径または軸間距離（ＳＡＤ）を有する。このＳＡＤは、ＬＩＮＡＣ２０３のコリメータとＶＯＩ内の標的との距離である。ＳＡＤは、作業空間の表面積を規定する。楕円状作業空間の一実施形態では、ＳＡＤを９００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲とすることができる。他のＳＡＤを使用してもよい。
【００８２】
空間ノード５１１および増大空間ノード５１２は、作業空間５１１の表面上に存在する。空間ノードは、ＬＩＮＡＣ２０３が停止して、患者内のＶＯＩへ一定線量の放射線を照射するように予めプログラムされた場所を表す。治療計画を施行する間、ロボットアーム２０２は、既定の経路に従い、一定線量の照射が決定された空間ノード１１２および空間ノード４１２のそれぞれ全てに、ＬＩＮＡＣ２０３を移動させる。この既定の経路はまた、ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２の動きを単純化するために、照射線量が必要とされない空間ノード５１１および空間ノード５１２を含んでもよい。
【００８３】
ノード群は、作業空間５１１の幾何学表面にわたって実質的に均一に分布する空間ノードを含み得る。ノード群は、プログラムされた空間ノード５１１および空間ノード４１２の全てを含み、ほとんどの病気および関連するＶＯＩに対する治療計画解決法を効果的に演算するための、作業可能な数の空間ノード５１１および空間ノード５１２を提供する。ノード群は、多種多様な異なるＶＯＩに対しての均一性および原体性の許容限界が達成され得るように、適度に多数の空間ノード５１１および空間ノード５１２を提供する一方で、患者内の重要組織を避けるための十分な視点を提供する。本明細書の実施形態を使用する場合、空間ノードの数は、従来システムの空間ノードの数よりも多い。ノード群は、空間ノード５１１および空間ノード５１２を、図示または論じられているものよりも多く、あるいは少なく含み得ることを理解されたい。例えば、処理能力が向上し、治療計画を作り出す経験が増すにつれて、空間ノード５１１および空間ノード５１２の平均数は時間と共に増大し、より高度な柔軟性およびより高い質の治療計画が提供され得る。
【００８４】
放射線治療の間、患者は治療台２０６上に安置され、この治療台２０６は、標的を含む関心体積（「ＶＯＩ」）を、設定位置に、またはＬＩＮＡＣ２０３の放射線供給源にアクセス可能な動作範囲内に位置決めするように操作される。ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２は、ＬＩＮＡＣ２０３をほぼ無限の数の位置および配向でその動作領域内に位置決めすることが可能な、７つのＤＯＦを有する。
【００８５】
上述のように、本明細書に記載される実施形態は、ＬＩＮＡＣに連結するロボットアームとして図示し、説明しているが、しかしながら他の実施形態では、他のロボットマニピュレータおよび／または他の医療器具を使用してもよい。例えば、医療器具は、画像装置の画像形成供給源、外科手術用器具、インプラント器具、治療台であってもよい。治療台の場合では、ロボットアームは、ロボットアームと治療室内の他の障害物との間の距離余裕の増大、利用可能な作業空間の増大などのために、上述のＬＩＮＡＣと同様に治療台を位置決めすることができる。
【００８６】
本明細書に記載される実施形態によって、ＬＩＮＡＣ２０３を様々な位置で位置決めし、１つ以上の放射線ビームを治療台上の患者に向けて直射することが可能となる。例えば、治療台上に横たわる患者の頭部内の標的に放射線を直射するための第１位置に、ＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。あるいは、臀部治療に関する患者内の標的に放射線を直射するための第２位置に、ＬＩＮＡＣ２０３を位置決めすることができる。臀部治療の間、患者が治療台上に仰臥位で横たわる状態で、ＬＩＮＡＣ２０３を患者に対して上方に向けるように位置決めし、臀部方向から治療ビームを照射することができる。ＬＩＮＡＣ２０３はまた、位置および／もしくは同一の場所での配向を移動させることによって、異なる場所に移動させることもでき、または同一の場所で異なる配向に移動させることもできる。例えば、ロボットアームは、実質的に垂直な直線ＤＯＦ（例えば、トラック２２６）および追加のＤＯＦ（例えば、冗長関節、肘アセンブリ、および肩アセンブリ）を使用して、患者の上方にＬＩＮＡＣ２０３を位置決めおよび配向させて垂直方向のリーチを提供する一方で、リストアセンブリ２１２が、臀部治療の標的に対してＬＩＮＡＣ２０３の配向を提供することができる（例えば、リストアセンブリ２１２の器具ヨー関節を使用してＬＩＮＡＣ２０３をピッチ軸を中心に回転させる）。あるいは、ロボットアーム２０２の他の動きを使用して、臀部治療の標的に対してＬＩＮＡＣ２０３を位置決めおよび配向することができる。あるいは、位置２８３のＬＩＮＡＣ２０３は、他の種類の治療の標的に放射線を直射するよう構成される。
【００８７】
図６は、ロボットマニピュレータを使用して医療器具を位置決めするための方法６００の一実施形態を示す。この方法６００は、７つ以上のＤＯＦを有するロボットマニピュレータに連結する医療器具（例えばＬＩＮＡＣ２０３）を提供する、工程６０１、およびロボットマニピュレータを使用して、７つ以上のＤＯＦに沿って医療器具を移動させる、工程６０２を含む。
【００８８】
７つ以上のＤＯＦに沿って医療器具を移動させることは、互いに直交するｘ座標軸、ｙ座標軸、およびｚ座標軸に沿った、医療器具の並進移動のための４つの回転軸において、並びにｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸をそれぞれ中心とする、医療器具のロール回転、ピッチ回転、およびヨー回転のための３つの回転軸において、医療器具を移動させることを含む。一実施形態では、医療器具は、４つの回転軸を使用して医療器具を移動させることにより固定位置に位置決めされ、３つの回転軸を使用して固定位置で配向させることができる。医療器具はまた、実質的に直線のＤＯＦに沿って移動させることもできる。実質的に直線のＤＯＦは、上述の回転ＤＯＦに追加されてもよく、上述の回転ＤＯＦの１つの代わりであってもよい。一実施形態では、医療器具は、水平座標系のｘ軸およびｙ軸に対して実質的に垂直なｚ軸における実質的な垂直線に沿った、医療器具の並進移動のための実質的に直線の軸を有する、実質的に垂直、直線のＤＯＦに沿って移動する。別の実施形態では、医療器具は、ｚ軸に対し実質的に垂直な、互いに直交する水平座標系のｘ軸およびｙ軸における水平線に沿った、医療器具の並進移動のための実質的に直線の軸を有する、実質的に水平、直線のＤＯＦに沿って移動する。医療器具は、６つ（７つのＤＯＦについて）または７つ（８つのＤＯＦについて）の回転ＤＯＦにおいて医療器具を回転させることなく、実質的に直線の軸に沿って、医療器具の可動域の実質的に全体にわたり移動することができる。
【００８９】
別の実施形態では、医療器具は、ロボットマニピュレータの器具ヨー関節、器具ピッチ関節、および器具ロール関節を使用して、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を中心に回転させることができる。医療器具はまた、ロボットマニピュレータの冗長関節、肘関節、および第１肩関節をそれぞれ使用して、第１回転軸、第２回転軸、および第３回転軸を中心に回転させることもできる。医療器具は、第２肩関節を使用して第４回転軸を中心に回転させるか、または第７ＤＯＦに対するトラックおよびトラック取り付けアセンブリを使用して実質的に直線の軸を中心に並進移動させることができる。
【００９０】
別の実施形態では、医療器具を、ロボットマニピュレータを使用して固定位置に位置決めし、また固定位置に維持しつつロボットマニピュレータを移動させることができる。医療器具は、拘束体積内に、その拘束体積外部の物体と衝突することなく、位置決めすることができる。
【００９１】
この方法はまた、ロボットマニピュレータおよび医療器具の機械的可動域内における、位置決め制限に起因する従来の妨害位置に、医療器具を位置決めすることも含む。別の実施形態では、医療器具は、第１位置から第２位置へと、障害物に起因する同一の第２位置への妨害経路を通らずに、第１経路を通って位置決めされる。別の実施形態では、医療器具は、第１位置から第２位置へと、第１経路を通って位置決めされ、この第１経路は、同一の第２位置への第２経路よりも、障害物とロボットマニピュレータおよび医療器具との間に、大きい距離余裕を有する。
【００９２】
図７は、医療器具を固定位置に維持するための方法の別の実施形態を示す。この方法は、ロボットマニピュレータを使用して医療器具を固定位置に位置決めする、工程７０１、および医療器具を固定位置に維持する一方で、ロボットマニピュレータを移動させる、工程７０２を含む。一実施形態では、ロボットマニピュレータは、関節によって相互接続された複数の剛体リンクを含む。医療器具を固定位置に維持する一方で、ロボットマニピュレータの剛体リンクの１つ以上を移動させることができる。医療器具は、拘束体積内に、その拘束体積外部の物体と衝突することなく、位置決めすることができる。
【００９３】
別の実施形態では、この方法は、画像形成視野を有する画像形成システムを提供すること、およびＬＩＮＡＣ２０３を、全ての支援治療位置に対して、画像形成視野の実質的な外部に維持することを含む。
【００９４】
一実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３および治療台２０６の移動は、制御装置を使用して、ＬＩＮＡＣ２０３および治療台２０６の配向並びに位置を動的に連係させることを含む。別の実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３および治療台２０６の移動は、ＬＩＮＡＣ２０３の放射線供給源を、治療台２０６上に配置された患者内の治療標的と位置合わせすることを含む。別の実施形態では、ＬＩＮＡＣ２０３および治療台２０６の移動は、ロボットアーム２０２およびＬＩＮＡＣ２０３の機械的可動域内における、従来の妨害位置内に、治療標的を作り出すように、ＬＩＮＡＣ２０３および治療台２０６を位置決めすることを更に含む。
【００９５】
図８は、本発明の実施形態を実現し得る、放射線治療の実施に使用することができる治療システム８００の一実施形態のブロック図を示す。図示の治療システム８００は、診断画像形成システム８１０、治療計画システム８３０、および治療施行システム８５０を含む。他の実施形態では、治療システム８００は、より少ない構成要素、またはより多い構成要素のシステムを含み得る。
【００９６】
診断画像形成システム８１０は、患者内の関心体積（ＶＯＩ）の医療診断画像を作り出すことが可能な任意のシステムを表し、その画像は、後続の医療診断、治療計画、および／または治療施行のために使用することができる。例えば、診断画像形成システム８１０は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）システム、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システム、ポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ）システム、近赤外線蛍光画像システム、超音波システム、または他の同様の画像形成システムとすることができる。考察の容易性のために、本明細書での、ＣＴ用ｘ線画像形成システム（または他の特定のシステム）のような特定の画像形成システムへのいずれの具体的参照も、一般に、診断画像形成システム８１０を表すものであり、特に指定のない限り、他の画像診断法を排除するものではない。
【００９７】
図示の診断画像形成システム８１０は、画像形成供給源８１２、画像形成検出器８１４、および処理デバイス８１６を含む。画像形成供給源８１２、画像形成検出器８１４、および処理デバイス８１６は、バスのような通信チャネルによって互いに連結される。一実施形態では、画像形成供給源８１２は画像形成ビーム（例えばｘ線、超音波、高周波など）を生成し、画像形成検出器８１４は画像形成ビームを検出して受け取る。あるいは、画像形成検出器８１４は、画像形成供給源からの画像形成ビームによって誘導された二次画像形成ビーム、または放射物を検出して受け取ることができる（例えば、ＭＲＩスキャンまたはＰＥＴスキャンにおいて）。一実施形態では、診断画像形成システム８１０は、２つ以上の診断画像形成供給源８１２、および対応する２つ以上の画像形成検出器８１４を含み得る。例えば、２つのｘ線供給源８１２を、画像形成される患者の周囲に配置し、互いに角度分離させて固定し（例えば、９０度、４５度など）、画像形成供給源８１４に直径方向で対向し得る、対応する画像形成検出器８１４に向けて、患者を通して照準を合わせてもよい。単一の大型画像形成検出器８１４、または複数の画像形成検出器８１４もまた、各ｘ線画像形成供給源８１４によって照射することができる。あるいは、他の数および他の構成の画像形成供給源８１２並びに画像形成検出器８１４を使用してもよい。
【００９８】
画像形成供給源８１２および画像形成検出器８１４は、診断画像形成システム８１０内における画像形成工程の制御および画像データの処理のために、処理デバイス８１６に連結される。一実施形態では、処理デバイス８１６は、画像形成供給源８１２および画像形成検出器８１４と通信を行なうことができる。処理デバイス８１６の実施形態は、１つ以上の、汎用プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のような専用プロセッサ、または制御装置もしくはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような他の種類のデバイスを含み得る。処理デバイス８１６はまた、メモリ、ストレージデバイス、ネットワークアダプタなどのような、他の構成要素（図示せず）も含み得る。一実施形態では、処理デバイス８１６は、医療用デジタル画像通信（ＤＩＣＯＭ）形式のような標準形式で、デジタル診断画像を生成する。他の実施形態では、処理デバイス８１６は、標準または非標準の、他のデジタル画像形式を生成することができる。
【００９９】
更には、処理デバイス８１６は、ＤＩＣＯＭファイルのような診断画像ファイルを、データリンク８６０を経由して治療計画システム８３０に伝送することができる。一実施形態では、データリンク８６０は、直接リンク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）リンク、インターネットのような広域ネットワーク（ＷＡＮ）リンク、または他の種類のデータリンクとすることができる。更には、診断画像形成システム８１０と治療計画システム８３０との間で伝送される情報は、遠隔診断または遠隔治療計画の構成におけるような、データリンク８６０を介した引き出し、または転送が可能である。例えば、ユーザは、本発明の実施形態を利用して、システムユーザと患者との間に物理的分離が存在するにもかかわらず、遠隔的な診断または治療計画を行なうことができる。
【０１００】
図示の治療計画システム８３０は、処理デバイス８３２、システムメモリデバイス８３４、電子データストレージデバイス８３６、ディスプレイデバイス８３８、および入力デバイス８４０を含む。処理デバイス８３２、システムメモリ８３４、ストレージ８３６、ディスプレイ８３８、および入力デバイス８４０は、１つ以上のバスのような通信チャネル８４２によって互いに連結することができる。
【０１０１】
処理デバイス８３２は、画像データを受け取って処理する。処理デバイス８３２はまた、治療計画システム８３０内で、命令および動作の処理も行なう。特定の実施形態では、処理デバイス８３２は、１つ以上の、汎用プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のような専用プロセッサ、または制御装置もしくはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような他の種類のデバイスを含み得る。
【０１０２】
具体的には、処理デバイス８３２は、本明細書で論じる治療工程を行なうための命令を実行するように構成することができる。例えば、処理デバイス８３２は、患者内の標的の非線形移動経路を識別し、非線形移動経路の非線形モデルを生成することができる。別の実施経路では、処理デバイス８３２は、複数の位置決め点および複数の方向表示に基づく非線形モデルを生成することができる。別の実施経路では、処理デバイス８３２は、複数の相関モデルを作成し、そのモデルの１つを選択して標的の位置を導き出すことができる。更には、処理デバイス８３２は、本明細書で論じる工程に関連する、他の診断、計画、および治療工程を容易にし得る。
【０１０３】
一実施形態では、システムメモリ８３４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的ストレージデバイスを含み得る。上述のように、システムメモリ８３４は、通信チャネル８４２によって、処理デバイス８３２に連結することができる。一実施形態では、システムメモリ８３４は、情報、および処理デバイス８３２によって実行される命令を記憶する。システムメモリ８３４はまた、処理デバイス８３２による命令の実行中に、一時的な変数または中間情報を記憶するために使用することもできる。別の実施形態では、システムメモリ８３４はまた、静的情報、および処理デバイス８３２に関する命令を記憶するための、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）または他の静的ストレージデバイスも含み得る。
【０１０４】
一実施形態では、ストレージ８３６は、情報および命令を記憶するための、１つ以上の大容量ストレージデバイス（例えば、磁気ディスクドライブ、テープドライブ、光学ディスクドライブなど）を表す。ストレージ８３６および／またはシステムメモリ８３４はまた、機械可読媒体と呼ぶこともできる。特定の実施形態では、ストレージ８３６は、本明細書で論じるモデル化の工程を実行するための命令を記憶することができる。例えば、ストレージ８３６は、データ点の取得および記憶、画像の取得および記憶、非線形経路の識別、線形および／または非線形の相関モデルの生成などのための命令を記憶することができる。別の実施形態では、ストレージ８３６は、１つ以上のデータベースを含み得る。
【０１０５】
一実施形態では、ディスプレイ８３８は、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または別の種類のディスプレイデバイスとすることができる。ディスプレイ８３８は、情報（例えば、ＶＯＩの２次元または３Ｄ表示）をユーザに対して表示する。入力デバイス８４０は、キーボード、マウス、トラックボール、または同様のデバイスのような、１つ以上のユーザインターフェイスデバイスを含み得る。入力デバイス８４０はまた、指向性情報の伝達、処理デバイス８３２に関するコマンドの選択、ディスプレイ８３８上のカーソル移動の制御などのために使用することもできる。
【０１０６】
治療計画システム８３０の一実施形態が本明細書に記載されるが、記載される治療計画システム８３０は、治療計画システム８３０の一例を表すのみである。治療計画システム８３０の他の実施形態は、多くの異なる構成およびアーキテクチャを有し得、より少ない構成要素またはより多くの構成要素を含み得る。例えば、他の実施形態は、周辺バスまたは専用キャッシュバスのような、複数のバスを含み得る。更には、治療計画システム８３０はまた、画像を融合させ、異なるシステム上に標的を明確に示し、次いで計画および線量計算のために治療計画システム８３０内に取り込むことができるように、ＤＩＣＯＭの取り込みに対応する医療画像再生取り込みツール（ＭＩＲＩＴ）を含み得る。別の実施形態では、治療計画システム８３０はまた、ＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴなどのような様々な画像診断法の任意の１つにおいて、ユーザが治療を計画し、線量分布を視認できる、拡大画像融合機能を含み得る。更には、治療計画システム８３０は、従来の治療計画システムの機構を１つ以上含み得る。
【０１０７】
一実施形態では、治療計画システム８３０は、ストレージ８３６上のデータベースを、治療施行システム８５０と共有し、それによって治療施行システム８５０は、治療施行の前または治療施行の間に、そのデータベースにアクセスすることができる。治療計画システム８３０は、データリンク８７０を介して治療施行システム８５０にリンクすることができ、このデータリンク８７０は、データリンク８６０に関して上述したような、直接リンク、ＬＡＮリンク、またはＷＡＮリンクとすることができる。ＬＡＮ、ＷＡＮ、または他の分散型の接続が実施される場合は、治療システム８００のいずれの構成要素も分散化した場所に存在させることができ、そのため個々のシステム８１０、８３０、および８５０は、互いに物理的に遠く離れてもよい。あるいは、診断画像形成システム８１０、治療計画システム８３０、もしくは治療施行システム８５０の、機能上の特徴の一部または全てを、治療システム８００内で互いに統合させてもよい。
【０１０８】
図示の治療施行システム８５０は、放射線供給源８５２、画像形成システム８５４、処理デバイス８５６、および治療台８５８を含む。放射線供給源８５２、画像形成システム８５４、処理デバイス８５６、および治療台８５８は、１つ以上の通信チャネル８６０を介して互いに連結させることができる。治療施行システム８５０の一例は、図４Ａを参照して、より詳細に示され、説明される。
【０１０９】
一実施形態では、放射線供給源８５２は、治療計画に準拠して、既定の放射線量を標的体積に照射するための、治療的または外科的放射線供給源８５２である。一実施形態では、放射線供給源８５２は、本明細書に記載されるＬＩＮＡＣ２０３である。あるいは、放射線供給源８５２は、当業者には明らかであるような、他の種類の放射線供給源であってもよい。例えば、標的体積は、内臓器官、腫瘍、体域とすることができる。上述のように、標的、標的体積、標的領域、標的部位、または内部標的への本明細書における言及は、臓器、腫瘍、体域、もしくは治療計画の対象である他の明確に示された体積の全体または部分のいずれを指すものである。
【０１１０】
一実施形態では、治療施行システム８５０の画像形成システム８５４は、放射線供給源に対する患者の位置決めを目的とする、上述の診断画像との位置合わせまたは関連付けのために、標的体積を含む患者体積の治療中画像を捕捉する。診断画像形成システム８１０と同様に、治療施行システム８５０の画像形成システム８５４は、１つ以上の供給源および１つ以上の検出器を含み得る。
【０１１１】
治療施行システム８５０はまた、放射線供給源８５２、画像形成システム８５４、および任意の患者支持デバイスを表す治療台８５８を制御するための、処理デバイス８５６も含み得る。一実施形態では、治療台８５８は、本明細書に記載の、ロボットアーム２０２またはロボットアーム３０２に連結する、治療台２０６である。別の実施形態では、治療台８５８は、本明細書に記載の、ロボットアーム１０６に連結する治療台である。あるいは、他の種類の患者支持デバイスを使用してもよい。一実施形態では、放射線供給源８５２は、第１のロボットアーム（例えば、ロボットアーム２０２）に連結され、治療台８５８は、第２のロボットアーム（例えば、ロボットアーム２２１）に連結される。第１のロボットアームおよび第２ロボットアームは、同じ制御装置（例えば、制御装置）または個別の制御装置に連結することができる。一実施形態では、第１のロボットアームおよび第２のロボットアームは、同一のロボットアームである。一実施形態では、第１のロボットアームおよび第２のロボットアームのそれぞれは、４つの回転ＤＯＦ、および１つの実質的に直線のＤＯＦを含む。別の実施形態では、第１のロボットアームおよび第２のロボットアームのそれぞれは、５つの回転ＤＯＦ、および１つの実質的に直線のＤＯＦを含む。あるいは、第１のロボットアームおよび第２ロボットアームのそれぞれは、６つの回転ＤＯＦ、および１つの実質的に直線のＤＯＦを含む。あるいは、第１のロボットアームおよび第２のロボットアームは、異なる数および異なる種類のＤＯＦを含み得る。別の実施形態では、第１のロボットアームおよび第２のロボットアームは、異なる種類のロボットアームである。あるいは、治療台２０６に対してＬＩＮＡＣ２０３を移動させるために、第１のロボットアームのみが使用される。
【０１１２】
処理デバイス８５６は、１つ以上の、汎用プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のような専用プロセッサ、または制御装置もしくはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような他のデバイスを含み得る。更には、処理デバイス８５６は、メモリ、ストレージデバイス、ネットワークアダプタなどのような、他の構成要素（図示せず）も含み得る。
【０１１３】
図示の治療施行システム８５０はまた、ユーザインターフェイス８６２および測定デバイス８６４も含む。一実施形態では、ユーザインターフェイス８６２は、ユーザインターフェイス５００である。別の実施形態では、ユーザインターフェイス８６２は、グラフィカルユーザインターフェイス６００である。一実施形態では、ユーザインターフェイス８６２によって、ユーザは治療施行システム８５０と連携することが可能となる。具体的には、ユーザインターフェイス８６２は、キーボード、ディスプレイ画面などのような、入力デバイスおよび出力デバイスを含み得る。測定デバイス８６４は、標的領域２０に実際に照射される放射線に影響を及ぼし得る上述の外的要因のような外的要因を測定する、１つ以上のデバイスとすることができる。一部の例示的な測定デバイスとしては、周囲温度を測定するための温度計、湿度を測定するための湿度計、空気圧を測定するための気圧計、または外的要因を測定するための、任意の他の種類の測定デバイスが挙げられる。
【０１１４】
上記明細書において、本発明の実施形態は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されている。しかしながら、特許請求の範囲に記載される本実施形態の広い精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を加え得ることは明白であろう。したがって、本明細書および図面は、限定的ではなく例示的な意味において解釈されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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