技术领域
[0001] 本
发明涉及
放射治疗领域，更具体地说，涉及用于在
放射治疗系统中更换
准直器的装置和方法。
背景技术
[0002] 设计放射外科治疗系统的一些临床必要条件包括提供：a)传递到位于遍及身体
位置的目标的高
精度射束(beam)；b)高共形的剂量分布；c)对较小和/或较大复杂形状的病变都能够进行照射的能
力。为此，所述系统使用射束位置的组合，这些射束位置的相对权重(或剂量分布)已经因此进行计量，以按体积形成所述剂量。可以选择一个或多个准直器，以使所述射束(beams)具有实现理想临床效果所必须的直径。当前的放射治疗外科设TM备(如由美国Accuray 公司制造的CYBERKNIFE 放射外科系统)依赖一套12个圆形的固定尺寸的辅助准直器，以将射束减小到治疗设计
算法所需的尺寸。对这些准直器的当前更换都是用手来手动完成的。
[0003] 图9和图10表示手动更换准直器的传统过程。图9表示通过松开
锁定
螺母和准直器，而将该锁定螺母901拆卸下来。随后，通过拧紧锁定螺母，该准直器可以由另一准直TM器代替。对由美国Accuray 公司制造的该版本的CYBERKNIFE 放射外科系统更换准直器，必须用手将锁定螺母901旋转多圈，从而将准直器从线性
加速器(LINAC)的端部拆卸下来。
图10表示在手动更换准直器的过程中从准直器壳体拆卸下来的准直器。
[0004] 手动更换准直器的一个传统操作过程包括如下操作。首先，操作者通过松开锁定螺母901而将锁定螺母901从准直器壳体拆卸下来。接着，操作者用他/她的手从底部
支撑准直器。然后，操作者松开止动销，以将准直器从准直器壳体卸到操作者的手中。接着，操作者选择不同的准直器，并将该不同的准直器插入准直器壳体中，直到止动销卡住。最后，操作者通过将锁定螺母901拧紧到准直器壳体，而使锁定螺母901回到原位。在该传统的过程中，必须将锁定螺母901旋转多圈，以从LINAC的端部拆卸下来。
附图说明
[0005] 附图中的各图以
实施例的方式而不是以限制的方式对本发明进行了描述。
[0006] 图1表示放射治疗
机器人和自动准直器更换装置的一种实施方式；
[0007] 图2表示放射治疗机器人的准直器壳体的一种实施方式；
[0008] 图3表示与用于更换准直器的系统的工具盘相配合的准直器容器的一种实施方式；
[0009] 图4表示用于更换准直器的系统的工具盘的一种实施方式；
[0010] 图5表示放射治疗机器人的准直器壳体的一种实施方式；
[0011] 图6表示用于更换准直器的系统的一种实施方式；
[0012] 图7表示与准直器容器配合的放射治疗机器人的准直器壳体的一种实施方式；
[0013] 图8表示工具更换装置的一种实施方式；
[0014] 图9表示更换准直器的手动过程；
[0015] 图10表示在手动更换准直器的过程中从准直器壳体拆卸下来的准直器；
[0016] 图11为表示自动更换准直器的过程的一种实施方式的
流程图；
[0017] 图12为表示自动更换准直器的过程的另一种实施方式的流程图；
[0018] 图13表示工具更换装置和第二准直器的准直器壳体的一种实施方式；
[0019] 图14表示包括放射治疗机器人和用于更换准直器的自动准直器更换装置的系统的一种实施方式；
[0020] 图15表示包括螺母拆卸装置和位于该螺母拆卸装置内的光敏
传感器的工具盘的一种实施方式；
[0021] 图16表示具有装有万向接头的
放射源头部组件的基于台架的系统(gantry based system)的一种实施方式，该台架式系统具有自动准直器更换装置。
具体实施方式
[0022] 描述了用于更换放射治疗系统中准直器的方法和装置。为了提供对本发明多种实施方式的更好的理解，以下
说明书描述多个具体的详细内容，如具体系统、部件、方法等的实施例。但是，本领域技术人员应该明白，本发明的至少一些实施方式无需这些具体的详细内容就可以实施。在其他例子中，为了避免使本发明不必要地模糊，对已知部件或方法没有详细地加以描述，或者以简单的
块图形式加以表示。因此，所描述的具体的详细内容仅是示例性的。具体的实施可能会随这些示例性的详细内容而有所不同，但仍然应该被认为是在本发明的实质和范围内。
[0023] 如下面更为具体的详细内容所述，这里描述的实施方式包括用于放射治疗系统中的自动准直器更换装置。该自动准直器更换装置可包括连接于放射治疗系统的线性加速器的准直器壳体。该自动准直器更换装置还可包括保持机构，该保持机构设置为将准直器保持在准直器壳体中。利用线性加速器的移动，准直器壳体和保持机构
定位为自动地更换准直器，以代替传统上手动更换准直器的操作者。作为选择，自动准直器更换装置包括工具更换装置，该工具更换装置可拆卸地连接于线性加速器，并设置为自动地更换准直器。类似地，利用线性加速器的移动，该工具更换装置定位为自动地更换准直器。
[0024] 自动准直器更换装置可以具有第一保持机构和第二保持机构中的至少一个，所述第一保持机构和第二保持机构连接于准直器壳体，以将准直器固定在准直器壳体中。所述第一保持机构和第二保持机构可以都设置在前端，都设置在后端，或者一个在前端而另一个在后端。作为选择，自动准直器更换装置可具有单个保持机构。该单个保持机构可设置在准直器壳体的准直器的前端(即，射束离开准直器的端部)。作为选择，保持机构可设置在准直器壳体的后端(即，射束进入准直器的端部)。
[0025] 这里所描述的实施方式可提供一种用于自动更换准直器的装置。这里所描述的实施方式依赖于放射治疗机器人(例如，与LINAC连接的机械手)，以实现对准直器的更换，而不是依赖于如传统上手动更换准直器的操作者。通过针对每个治疗计划使用多个不同尺寸的准直器，这些实施方式可以允许输送至目标的总
辐射有潜在的减少。另外，这些实施方式能够减少更换准直器所涉及的操作者的数量，例如通过省去多个准直器的手动更换。通过减少涉及操作者的数量，可以根据治疗计划进行治疗，不会由于操作者进入治疗室而中断。这些实施方式还提供准直器的集中存放。这里所描述的实施方式提供位置的可重复性，这意味着准直器每次都能够设置在可重复的位置上。通过削减固定准直器所涉及的操作者，这里所描述的自动过程可提供比传统手动过程更为可重复的过程，特别是如果多个人工操作者执行准直器的更换时。此外，在一些实施方式中，在已有的放射治疗系统中，放射治疗机器人并没有增加额外的
信号或动力线缆来支持这些实施方式。在另一些实施方式中，已有的准直器和LINAC没有变化，而是对设置在容纳准直器的准直器壳体的前侧上的
接触探测传感器有较小的改变。
[0026] 可以使用如下所述的
硬件和
软件部件来实现所述系统。硬件可以包括具有涉及功能性的硬件和涉及安全性的硬件的两个功能性部件。涉及功能性硬件可包括工具盘，当准直器不为放射治疗系统使用时，该工具盘用于盛放准直器。而且，该工具盘可具有用于松开锁定销(lock pin)的装置(也称为杠杆)。准直器套圈(collimator collar)可将准直器固定于与放射治疗系统相关联的准直器壳体中。涉及功能性的硬件还可包括接触探测传感器和/或光敏传感器，用于校准工具盘在放射治疗机器人
框架中的位置。涉及安全性的硬件可包括准直器壳体中的接近
开关，用于指示准直器是否存在。这些
接近开关还可称为存在-不存在传感器(presence-absence sensor)。接近开关还可设置在工具盘之下，以检测线性加速器和工具盘之间的接触。此外，工具盘可设计有
应力点(stress points)，如果线性加速器和工具盘之间接触，该应力点允许工具盘在对线性加速器造成损害之前破坏。涉及安全性的硬件还可包括与线性加速器相关联的准直器壳体上的至少一个接近开关，用于指示准直器套圈的准确锁定。
[0027] 涉及安全性的装置放置在适当位置，以
预防危险，例如，准直器落在患者身上。通过在准直器套圈位置上的检测开关(check switch)，能够防止这种危险的发生。在一种实施方式中，检测开关为设置在准直器套圈的旋转端部的接近开关，用于确保准直器套圈正确地定位。该机械结构确保接近开关的位置为：一旦装上(tripped)，准直器套圈是牢固的，并处于完全固定的位置。另一危险的例子是线性加速器会与患者发生碰撞。这种危险包括(可包括)三级预防措施(mitigation)：1)检测盘的位置的光传感器；2)指示与盘的接触的接近开关；3)防止对线性加速器造成损坏的破坏应力点(breakaway stress points)。可以应用相同的三级预防措施，以避免放射治疗机器人与工具盘之间的碰撞危险。
[0028] 在可供选择的实施方式中，软件可以将所有的涉及功能性和安全性的硬件集成到TM放射治疗机器人(如由美国Accuray 公司制造的CYBERKNIFE 放射外科系统)中。理想地，软件可以提供抽象层(abstraction layer)，因而该系统的其他部分不需要了解关于工具盘的状态或功能性的具体信息。
[0029] 图1表示放射治疗机器人100和自动准直器更换装置103的一种实施方式。在一种实施方式中，与准直器更换装置相关的所有运动可以由放射治疗机器人100提供，而不需要额外的驱动装置(actuation)。该运动可以为机械运动，这种运动可以依赖于某些轮廓(certain contours)，以触发放射治疗机器人100中某些弹性机构。在一种实施方式中，放射治疗机器人100的联接能力(articulation capability)用于从工具盘400中捡取准直器401，并将准直器401放回工具盘400中。准直器401的捡取和放回可以仅由放射治疗机器人100的动作来完成。在一些实施方式中，使用者可以对放射治疗机器人100编制程序，以将其置于正确的位置来捡取和放回准直器401。在图1所示的实施方式中，放射治疗机器人100(或放射治疗装置)包括与自动准直器更换装置103联接的线性加速器(LINAC)101。
[0030] 自动准直器更换装置103包括准直器壳体102。自动准直器更换装置103还可包括一个或多个保持机构(图1中未显示)，该保持机构连接于准直器壳体102，用于将准直器安装在准直器壳体102中，或从准直器壳体102中拆卸下来。作为选择，自动准直器更换装置103包括工具更换装置(例如，
气动工具更换装置)。该工具更换装置可设置为放回或捡取待要固定于准直器壳体102的准直器。工具更换装置还可设置为捡取包括一个或多个保持机构的准直器壳体，如这里所述。
[0031] 自动准直器更换装置103的运动可以通过放射治疗机器人100来提供，而且在一些实施方式中(例如，不使用工具更换装置的实施方式)，由于该放射治疗机器人100，该自动准直器更换装置不需要额外的驱动装置。放射治疗机器人100的运动和自动准直器更换装置103可以设置为自动地更换准直器壳体102中的准直器。作为选择，放射治疗系统可包括其他类型的放射治疗机器人，而不是放射治疗机器人100和/或包括至少一个准直器的其他类型的放射治疗输送装置。
[0032] 在一种实施方式中，自动准直器更换装置103仅包括被动性机械元件(passive mechanical components)，如一个或多个保持机构，该保持机构连接于准直器壳体102，用于将准直器固定于准直器壳体102，并将准直器从准直器壳体102释放。这些实施方式中的自动准直器更换装置103依赖于放射治疗机器人100的运动来定位准直器壳体102，因而，接合和松开所述保持机构能够捡取和放回所述准直器。由于这些元件为被动性机械元件，因而不需要额外的动力来驱动该自动准直器更换装置。
[0033] 在另一实施方式中，自动准直器更换装置103可包括主动性
电子元件(例如，驱动工具更换装置来捡取或放回所述准直器的元件)，该主动性电子元件结合机械元件(例如，准直器和准直器壳体)一起使用。类似地，由于具有用于捡取和放回准直器的主动性电子元件(例如，工具更换装置)，放射治疗机器人100的运动可用于定位自动准直器更换装置103。作为选择，自动准直器更换装置103可包括用于更换准直器的被动性元件和主动性元件。
[0034] 图2表示准直器壳体200的一种实施方式。准直器壳体200可与线性加速器101连接。在一种实施方式中，准直器壳体200包括第一保持机构201和第二保持机构202。该第一保持机构201和第二保持机构202与准直器壳体200连接。该第一保持机构201和第二保持机构202都设置为将准直器401固定在准直器壳体200中。在一种实施方式中，第一保持机构201提供作用于准直器的强制锁定力(positive locking force)。在一种实施方式中，第一保持机构201为螺母，如锁定螺母。在一种实施方式中，锁定螺母包括该锁定螺母上的止动部(stop)，因而该锁定螺母不能转过该止动部。作为选择，锁定螺母可不包括止动部。在另一实施方式中，可以设置传感器，如下面描述的接近开关204，用于指示锁定螺母紧固于准直器壳体。在另一实施方式中，第二保持机构202为连接于准直器壳体200的锁定销。作为选择，第二保持机构可以为锁定机构、螺旋机构等。
[0035] 在另一实施方式中，第一保持机构201可以为准直器套圈。该准直器套圈可设置为强制锁定(positive locking)在准直器壳体200上。通过将线性加速器101旋转四分之一圈，能够实现该强制锁定。强制锁定可包括施加强制作用力，以释放锁(lock)，而无需
摩擦力或
弹簧。没有施加强制作用力，则第一保持机构保持锁定。准直器套圈201还可称为“四分之一圈”锁定机构。锁定螺母901可具有手动紧固转矩的所需结构(requirement)，因而普通操作者能够使用一只手拆卸和更换锁定螺母。应该理解的是，第一保持机构201可通过
螺纹机构而连接于准直器壳体。该螺纹机构可通过在准直器套圈201上形成螺纹并将第一保持机构201螺旋拧紧在准直器壳体200上来实现。在一种实施方式中，通过旋转第一保持机构201约45度以将准直器固定(如锁定或拧紧)于准直器壳体200，将第一保持机构201连接于准直器壳体。作为选择，第一保持机构201可以旋转大于或小于45度的
角度，如90度。在另一实施方式中，第一保持机构201为连接于壳体200的环形装置(carousel)，作为用于将准直器固定于准直器壳体200的防护件。作为选择，第一保持机构201可以是本领域普通技术人员所公知的其他类型的保持机构，例如，锁定机构、螺旋机构、销机构等。例如，在其他实施方式中，保持机构可以为准直器上的螺纹(如，改变钨准直器，从而使其外表面具有粗糙的凸起螺纹(coarse spinal thread))以及准直器壳体上的相对应的配合螺纹。放射治疗机器人100的运动使准直器螺纹与准直器壳体内表面上的配合螺纹
啮合。在该实施方式中，准直器作为
螺栓，而准直器壳体作为配合的螺母。
[0036] 在另一实施方式中，准直器壳体200包括单个保持机构，如上述第一保持机构和第二保持机构中的一个。例如，在一种实施方式中，该单个保持机构设置在准直器壳体的前端。单个保持机构可以为在准直器上形成螺纹，以与准直器壳体中的螺纹相配合。在另一实施方式中，在具有单个保持机构的准直器壳体的前端设置有接触传感器。该接触传感器可以包括设置在该接触传感器壳体周边上的空腔(cavity)，保持机构设置在接触传感器的该空腔中。通过将保持机构设置在接触传感器壳体的空腔中，在保持机构配合或不配合的情况下，当接触传感器与准直器容器相互影响时，该接触传感器不启动。作为选择，在其他结构中，保持机构和接触传感器设置在准直器壳体的前端。
[0037] 在一种实施方式中，准直器壳体200包括至少一个接近开关204。该接近开关204与准直器壳体200连接，并设置为当准直器牢固连接于准直器壳体200时用于进行指示。在一种实施方式中，接近开关204用于检测第一保持机构201(例如，准直器套圈或螺母)的存在。在一种实施方式中，接近开关204为机械电子开关。作为选择，接近开关可以为本领域普通技术人员所公知的其他类型的开关，如电子传感器开关。
[0038] 在一种实施方式中，第一保持机构201和第二保持机构202设置在准直器壳体200的前端205。虽然图2中表示为都设置在前端205，但第一保持机构和第二保持机构也可都设置在后端206，或者一个在前端205，另一个在后端206。作为选择，准直器壳体可具有单个保持机构(例如，准直器套圈或螺母)。该单个保持机构可设置在准直器壳体的前端205。作为选择，保持机构可设置在准直器壳体的后端206。
[0039] 图3表示准直器容器300的一种实施方式。在一种实施方式中，工具盘400包括一个或多个准直器容器，每个准直器容器容纳一个准直器401。准直器容器300可包括导向机构301。该导向机构301可以设置为当准直器壳体的保持销下降时与该保持销配合。导向机构301会拉动该销，从而将准直器401从准直器壳体200释放。在另一实施方式中，导向机构301包括使锁定销(如第二保持机构202)动作的斜面，以将准直器401释放到空的准直器容器300中。当放射治疗机器人100朝向准直器容器300移动以将准直器401从准直器壳体200释放到准直器容器300时，导向机构301可与准直器容器300连接，以松开锁定销。
[0040] 在另一实施方式中，准直器容器300可具有传感器302，用于探测准直器容器300中是否存在准直器401。准直器容器300还可具有方向传感器303，用于校准准直器401在准直器容器300中相对于放射治疗机器人100的位置。
[0041] 应该注意的是，虽然图3表示具有一个或多个传感器(如传感器302和方向传感器303)的准直器容器，但也可使用没有传感器302和/或方向传感器303的准直器容器。
[0042] 图4表示工具盘400的一种实施方式。在该实施方式中，工具盘400包括用于盛放多个准直器401的多个准直器容器300。在一种实施方式中，工具盘400包括一组12个准直器容器300，用于盛放一组12个圆形的固定尺寸的准直器401。作为选择，工具盘400可包括一个或多个准直器容器300。
[0043] 在一种实施方式中，每个准直器容器为有键的凹腔404，该凹腔404设置为保持准直器套圈(如，第一保持机构201)。作为选择，准直器容器可以不加工有键。
[0044] 在一种实施方式中，工具盘400可包括至少一个光敏传感器，例如，三个光敏传感器405、406和407，该光敏传感器连接于工具盘400，用于校准工具盘400在放射治疗机器人100框架中的位置。例如，光敏传感器可以用于确保准直器位于准直器容器的中心。如上所述，线性加速器101产生一个或多个放射束。这些放射束可以由三个光敏传感器405、406和407探测到。传感器405、406和407可以向线性加速器的
控制器汇报，以校准工具盘400在线性加速器框架中的位置。该校准允许放射治疗机器人对准直器进行定位，以与正确的准直器容器配合，并将准直器定位于准直器容器中的正确位置。在一种实施方式中，每个准直器容器中至少设置有一个传感器。作为选择，可以使用更多或更少的光敏传感器。
[0045] 在另一实施方式中，工具盘包括一个或多个固定的快速检测传感器，该传感器与工具盘400连接。快速检测传感器可以为光敏传感器，用于确定线性加速器正确地位于工具盘的上方，作为与工具盘的准直器容器中的准直器接合和释放之前的最后检查。可以使用多个光敏传感器来记录盘桌(traytable)在线性加速器的框架中的位置，而且一个传感器可以用于快速检测工具盘的位置，而无需使用多个光敏传感器进行记录作业。在另一实施方式中，工具盘400包括第二组至少一个接近开关，用于探测放射治疗机器人100与工具盘400之间的接触。该第二组至少一个接近开关可以设置在工具盘400的下方。在一种实施方式中，工具盘400包括位于工具盘400中的应力点，如果发生工具盘400和放射治疗机器人100之间的接触，在对放射治疗机器人100造成损坏之前，该应力点允许工具盘400破坏。作为选择，工具盘400可包括光敏传感器、接近开关、应力点或上述的任意组合。
[0046] 图5表示准直器壳体500。在图5所示的实施方式中，准直器壳体500与至少一个接触传感器501连接，以检测放射治疗机器人100与工具盘400之间的接触和/或放射治疗机器人100和患者之间的接触。作为选择，接触传感器可以用于检测与治疗室内其他物体的接触。
[0047] 在该实施方式中，接触传感器501设置在准直器壳体500的前端。在一种实施方式中，接触传感器501包括设置在该接触传感器501周边的空腔502。第一保持机构201(如螺母或准直器套圈)设置在接触传感器501的空腔502中。在另一实施方式中，第二保持机构202设置在接触传感器501的空腔502中。作为选择，接触传感器501可以以其它结构应用于准直器壳体500上，该其它结构允许第一保持机构201(或第二保持机构202)自动动作而无需操作者的介入。
[0048] 图6表示用于更换准直器的系统600的一种实施方式。系统600包括放射治疗机器人601和位于放射治疗机器人601所及范围内的工具盘602。放射治疗机器人601通过支承板603(back plate)与线性加速器101连接。系统600包括12个准直器401。这些准直器可以是12个圆形的固定尺寸的准直器。工具盘602包括12个对应的准直器容器300。放射治疗机器人601与准直器壳体连接，如准直器壳体102、准直器壳体500或准直器壳体
200。放射治疗机器人601和自动准直器更换装置103可以设置为将12个准直器401中的一个从与工具盘602连接的准直器容器300中放入准直器壳体500。放射治疗机器人601和自动准直器更换装置103还可设置为将12个准直器401中的一个从准直器壳体500放入工具盘602中对应的准直器容器300。自动准直器更换装置103可具有第一保持机构和/或第二保持机构。在一种实施方式中，第一保持机构为准直器套圈201。第一保持机构与准直器壳体500连接。准直器套圈201可与工具盘602的准直器容器300配合，例如，通过可采用强制型锁定的锁定机构来实现。放射治疗机器人601可以旋转约四分之一圈，以实现准直器套圈201和准直器壳体500之间的强制锁定。当在锁定位置时，准直器401固定于准直器壳体500。作为选择，放射治疗机器人601不旋转，并且
气动工具更换装置可以用于自动准直器更换装置103，以将准直器401紧固在准直器壳体中。在一种实施方式中，使用一个或多个传感器，可以探测准直器401存在和/或不存在。已有的准直器401可以设置在工具盘602中，并放在放射治疗机器人601所及范围之内。准直器套圈201(可以为
黄铜)可以放置在工具盘602的准直器容器300中的一个中。在一种实施方式中，准直器容器300为有键的凹腔404，该凹腔404具有四分之一圈锁定机构。
[0049] 图7表示与准直器容器703连接的导向机构701松开准直器壳体700的锁定销702的实施方式。准直器壳体700容纳准直器704。准直器704可以与上述准直器401类似。在该实施方式中，准直器壳体700的锁定销702与准直器容器703的导向机构701接触。在一种实施方式中，导向机构701具有斜面，该斜面使所述锁定销702动作并释放锁定销702，从而将准直器704从准直器壳体700中松开，以放入准直器容器703中。
[0050] 图7还表示准直器壳体500的螺纹705，其中第一保持机构201(例如，螺母或准直器套圈)可以螺旋拧紧到准直器壳体上。
[0051] 图8表示工具更换装置的实施方式。该工具更换装置800可用作自动准直器更换装置，以用于更换放射治疗系统的一个或多个准直器401。在一种实施方式中，工具更换装置800为气动工具更换装置。气动工具更换装置的尺寸可以相当小，通常直径约为50毫米，高约为25毫米，且不需要额外的空间。作为选择，本领域普通技术人员所公知的其他工具更换装置可用于接合和松开准直器壳体中的一个或多个准直器。
[0052] 在另一实施方式中，工具更换装置800设置为捡取尺寸可变准直器的壳体。该尺寸可变准直器可以为具有可设计(programmable)尺寸的准直器。壳体、尺寸可变准直器和其他必须的机械电子元件可以集成在一个独立的模块(module)中。该模块与线性加速器的连接接触面可以与用于固定尺寸准直器的(这里所述)准直器壳体的连接接触面类似。在另一实施方式中，工具更换装置800设置为捡取准直器壳体，该准直器壳体用于捡取一个或多个固定尺寸的准直器。在一种实施方式中，工具更换装置800与第一准直器的壳体连接，而且该第一准直器的壳体与线性加速器连接。
[0053] 在一种实施方式中，工具更换装置包括主动性元件，如传感器801、空气压力等。作为选择，可以包括其他的主动性元件。在一种实施方式中，主动性元件包括一个或多个
致动器，以与准直器接合或释放准直器。在另一实施方式中，主动性元件包括
电机或工具盘中的其他致动器，以将准直器套圈从准直器容器中去除，而不是放射治疗机器人100移动整个线性加速器以去除准直器套圈。在另一实施方式中，主动性元件包括位于旋转或平移的环形传送装置(a rotating or translating carrousel)中的驱动机构，该环形传送装置容纳多个固定尺寸的准直器。环形装传送置中的驱动机构可将所需的准直器置于线性加速器的射束的路径中，以提供必须的准直。这些主动性元件可位于不同的位置，如位于线性加速器101上，位于机械手601上，或者作为选择，位于工具盘602上。在一种实施方式中，通过加固线性加速器支承板(例如，图6中所示的支承板)，能够实现工具更换装置800的安装。这些设计可具有一个或多个位于准直器401周围的工具更换装置模块，而且通过加固线性加速器支承板能够实现工具更换装置800的安装。该支承板连接在机械手601和线性加速器101之间。而且，每个准直器壳体可安装在一个公共接触板(common interface plate)中，该公共接触板与工具更换装置结构相配合。该公共接触板可位于准直器上或准直器的壳体上。在包括第一准直器和第二准直器的设计中，在第一准直器上或在第一准直器的壳体上可以有接触板，该接触板与工具更换装置配合。作为选择，可以使用本领域普通技术人员所公知的其他结构，例如分叉架(decoupled pronged mount)等。
[0054] 当气动工具更换装置的主动性元件作用于线性加速器时，通过提供气动压力来使所述工具更换装置动作，从而将准直器容器中的准直器松开。要与准直器容器中的准直器接合，则可以消除工具更换装置中的气动压力。在该实施方式中，供气管路(也称为气压管路)与线性加速器连通。在该实施方式中，所有的致动线路和信号线路可以经过现有的线性加速器101的
电缆，并经过如工具更换装置800的电力供给802。
[0055] 在另一实施方式中，供气管路与安装在机械手601上的工具更换装置的主动性元件连接。在该实施方式中，安装于机械手601的主动性元件在工具盘附近。在该实施方式中，通过供应气动压力来使所述工具更换装置动作，以释放准直器。为了与准直器容器中的准直器接合，可以去除工具更换装置中的空气压力。在一种实施方式中，自动准直器更换装置为安装在放射治疗机器人上的气动工具更换装置。不是从放射治疗机器人向气动工具更换装置提供压力气体供应，而是可以在工具盘提供快速连接空气供应。为了接合/松开准直器，放射治疗机器人将气动工具更换装置设置在如下位置：在该位置，工具盘的快速连接空气供应可以与气动工具更换装置连接，以用于捡取或放下工具盘的准直器容器中的准直器。
[0056] 图11为表示用于自动更换准直器的过程的一种实施方式的流程图。在工具更换时步骤(event)顺序可以包括将准直器401放入工具盘400中。在第一步骤1101中，将准直器放置在工具盘上，从而使准直器位于线性加速器101所及的范围内。启动治疗计划时，放射治疗系统检测所需准直器尺寸。如果在准直器壳体203中安装有正确尺寸的准直器401，则无需中断而继续治疗。然而，如果安装的准直器401不正确，则给使用者提供自动更换准直器401的选择，以再次检测或中止。选择自动更换的选项，会启动更换准直器的过程。这些步骤的其余部分涉及在准直器更换过程中可能发生的步骤(event)。所述系统进行检测，以查看所分配的用于准直器套圈201且有键的凹腔404是否为空。如果该有键的凹腔不是空的，则放射治疗系统可以显示错误，并由操作者进行手动更换。在流程图1100的第二步骤，放射治疗机器人100将线性减速器101移动至分配的位置，在该位置，可以使用线性加速器激光来检测工具盘400的位置。这可以通过使用安装于工具盘的一个或多个光敏传感器来完成。如果不能确定正确的定位，则可以进行手动更换。在该步骤1102中，随后将该线性加速器移动到工具盘400的有键的凹腔404上方。在第三步骤1103中，然后放射治疗机器人接近工具盘400，并将线性加速器降低到容纳准直器套圈201的有键的凹腔404中。在第四步骤1104中，然后放射治疗机器人100旋转四分之一圈，以将准直器套圈201从准直器壳体200释放到准直器容器中。在第五步骤1105中，放射治疗机器人100从工具盘400收回LINAC，将准直器套圈201留在有键的凹腔404中。在第六步骤1106中，接着将LINAC移动到存放有所需准直器401的准直器容器300的上方。在第七步骤1107中，使线性加速器向准直器容器300移动。通过准直器容器300的导向机构与准直器壳体200接合，以将准直器401从准直器壳体200释放到准直器容器300中。为了将准直器401从准直器壳体200释放到准直器容器300中，当准直器壳体700向下朝向准直器容器703移动时，以斜面设置的导向机构301与准直器壳体700的锁定销702配合。然后，导向机构701拉动锁定销702，松开准直器704，而且准直器704置入准直器容器703中。所述系统可以进行检测，以确定准直器704实际上已经移走。在第八步骤1108中，收回线性加速器，并将该线性加速器放置于待捡取的准直器401上方。所述系统进行检测，以查看所需准直器容器300内是否具有准直器401。在第九步骤1109中，使准直器壳体200下降以捡取准直器401。这里，线性加速器围绕其自身轴线的旋转角度与当线性加速器放下准直器704时的旋转角度不同。因此，在捡取准直器401的过程中，锁定销202不与导向机构301配合。在第十步骤1110中，然后收回准直器壳体200，该准直器壳体200朝向准直器套圈201所在的有键的凹腔404移动。在第十一步骤1111中，准直器壳体200与准直器套圈201接合，而且线性加速器旋转四分之一圈，以可拆卸地将准直器套圈201连接于准直器壳体200。准直器还通过锁定销201而固定在准直器壳体200中。在成功地完成更换后，放射治疗机器人可以旋转到安全位置(perch position)并根据治疗计划继续治疗输送。
[0057] 图12为表示自动更换准直器的过程的一种实施方式的流程图1200。在第一步骤1201中，将准直器放置在工具盘中，从而使准直器位于线性加速器101所及的范围内。在第二步骤1202中，线性加速器101定位在空的准直器容器300上面的工具盘602之上。在第三步骤1203中，然后通过提供气动压力来使工具更换装置800动作，以将准直器401从与工具更换装置连接的准直器壳体释放到准直器容器300中。在第四步骤1204中，接着将线性加速器101移动到容纳有所需准直器401的准直器容器300上方。在第五步骤1205中，去除工具更换装置800的空气压力，捡取准直器401。
[0058] 在一种可选择的实施方式中，所述系统可包括用于将空气压力管路连接到工具更换装置800的机构，该工具更换装置800安装在工具盘602附近的放射治疗机器人601上。以下的这些操作过程可以添加到上述涉及的更换准直器401的步骤中。工具更换装置800移动到合适位置并与空气供应管路锁合。该空气供应管路通常为软管，在更换操作过程中，该软管可以始终连接于工具更换装置800。当完成准直器的更换之后，空气供应管路放置在
指定的槽中，供应管路断开。
[0059] 图13表示工具更换装置和第二准直器的准直器壳体的一种实施方式。工具更换装置1301可以与以上参考图8进行描述的工具更换装置800类似。工具更换装置1301与容纳第一准直器的准直器壳体1303和容纳第二准直器401的准直器壳体500相连接。准直器壳体500与以上参考图5进行描述的准直器壳体500类似，并包括都设置在第二准直器壳体500前端205上的第一保持机构201、第二保持机构202和接触传感器501。工具更换装置1300位于第二准直器壳体500的后端206。准直器壳体500可包括工具板1302，该工具板1302与工具更换装置1301接合。
[0060] 在一种实施方式中，线性加速器101包括X光头部组件，该组件容纳线性加速器、第一准直器、第二准直器、RF源和其他额外的元件。第一准直器安装在支承板的隔板(bulkhead)上，该支承板安装有线性加速器、RF源和组成X光头部组件的所有其他元件。该X光头部组件
覆盖有金属罩，该金属罩上安装有装饰壳。该X光头部组件安装在放射治疗机器人100上。工具更换装置1300(如快速更换工具更换装置)包括样板(master plate)1301和工具板1302。具有锁定和解锁传感器1304的样板1301安装在第一准直器1303上。工具更换装置1300的样板1301通过气动驱动锁定机构而锁定于工具板1302。该锁定机构可使用具有球锁止技术(ball locking technology)的双锥度
活塞(double-tapered piston)，以及当丧失气压时保持工具板1302固定于样板1301的失效安全机构(fail-safe mechanism)。作为选择，锁定机构可使用其他元件来固定样板1301和工具板1302。样板1301可以允许连接到工具板1302的电连接件和气动连接件通过。工具板1302可连接于端部操作器(end-effector)，如与固定尺寸准直器接合/释放的准直器壳体，或者可变尺寸准直器的准直器壳体。工具板1302可与样板1301的气动连接件和电连接件连接，并将气动连接件和电连接件传递给端部操作器。
[0061] 图14表示包括放射治疗机器人和用于更换准直器的自动准直器更换装置的系统的一种实施方式。图14的系统600包括与图6的系统600相同的元件，即，放射治疗机器人601和位于该放射治疗机器人601所及范围内的工具盘602。如上所述，放射治疗机器人601通过支承板603与线性加速器101连接。系统600还包括12个准直器401。这些准直器可以为12个圆形的固定尺寸的准直器。工具盘602包括12个对应的准直器容器300。
[0062] 而且，如上所述，放射治疗机器人601和自动准直器更换装置103可以设置为将12个准直器401中的1个从与工具盘602连接的准直器容器放到准直器壳体102中，以及将准直器从准直器壳体102放到准直器容器300中。图6表示有间距地定位在工具盘602上方的放射治疗机器人601，图14表示定位为将其中一个准直器401接合/释放到准直器壳体102中的放射治疗机器人601。如上所述，放射治疗机器人601可以旋转，以将准直器401从准直器容器300锁定于准直器壳体102中。作为选择，放射治疗机器人601不旋转，而气动工具更换装置可以用于自动准直器更换装置103，以将准直器401固定在准直器壳体中。虽然图14表示从工具盘602捡取一个准直器401，但类似地，放射治疗机器人601可定位为将准直器401释放到工具盘的空的准直器容器300中。
[0063] 图15表示工具盘1500的一种实施方式，该工具盘1500包括螺母拆卸装置(nut remover)1501和位于该螺母拆卸装置中的光敏传感器1502。工具盘1500包括容纳12个准直器1504的12个准直器容器1503。该12个准直器1504可以为圆形的固定尺寸的准直器。工具盘1500包括螺母拆卸装置1501。该螺母拆卸装置1501设置为卸掉松开自动准直器更换装置103的保持机构。例如，自动准直器更换装置103包括用于将准直器401固定在准直器壳体中的第一保持机构和第二保持机构。该第一保持机构为锁定螺母(还称为准直器保持螺母)。通过将保持螺母放置到螺母拆卸装置中，以将保持螺母从准直器壳体松开，从而能够将准直器保持螺母从准直器壳体卸掉。在一种实施方式中，准直器壳体位于螺母拆卸装置的上方，而且在用螺母拆卸装置1501与准直器壳体的保持螺母配合之前，通过来自线性加速器的激光和设置在螺母拆卸装置1501中的光敏传感器1502，可以对准直器壳体的对齐进行检测。作为选择，光敏传感器1502位于螺母拆卸装置1501中的另一位置上。作为选择，没有光敏传感器用于检测准直器壳体和螺母拆卸装置1502的对齐。
[0064] 在一种实施方式中，螺母拆卸装置1502包括与准直器保持螺母配合的两个弹簧销，在放射治疗机器人(如逆
时针)旋转以将保持螺母从准直器壳体松开时，该弹簧销防止螺母旋转。
[0065] 在一种实施方式中，在螺母拆卸装置1501上可以设置有接近开关或其他类型的传感器，用于检测螺母拆卸装置1501中保持螺母的存在/不存在。作为选择，没有接近开关或其他类型的传感器用于检测螺母拆卸装置1501中保持螺母的存在/不存在。
[0066] 当将保持螺母从准直器壳体上卸下来时，放射治疗机器人100可以将准直器壳体放置在空的准直器容器上方，以将准直器落到准直器容器中。然后，放射治疗机器人100可以将准直器壳体放到不同的准直器容器的上方，以从工具盘捡取不同的准直器。当不同的准直器已经固定于准直器壳体中时(例如，使用第二保持机构)，放射治疗机器人100可以位于螺母拆卸装置1501上方，以将准直器保持螺母(即第一保持机构)固定于准直器壳体。这可以通过如下方式来实现：定位准直器壳体，以与螺母拆卸装置1501中的保持螺母相配合，并且使用放射治疗机器人100旋转(如顺时针)准直器壳体，以将保持螺母拧紧到准直器壳体上。当保持螺母固定于准直器壳体，放射治疗机器人100可以定位到远离螺母拆卸装置1501的位置(如，在治疗之前，位于安全位置)。
[0067] 虽然这些实施方式将螺母描述为保持机构和用于将螺母拧紧到准直器壳体/从准直器壳体松开螺母的机构，但其他的保持机构卸载装置可以加以采用，用于接合/松开在自动准直器更换装置103中可使用的其他类型的保持机构。
[0068] 应该注意的是，虽然这里有时讨论关于基于机器人的图像引导放射治疗系统，但这里所描述的方法和装置也可用于其他类型的放射治疗系统。在可选择的实施方式中，可以使用其他类型的机构，如装有万向接头的头部组件的台架臂或O型环，用来移动LINAC，并从而移动准直器。
[0069] 图16表示基于O型环的系统1600的一种实施方式，该系统1600具有装有万向接头的放射源头部组件1601和自动准直器更换装置103。在该实施方式中，工具盘602在台架1600下方移动，并定位为使得线性加速器1602(包括准直器壳体1603和自动准直器更换装置103)可以与工具盘602的准直器容器300中的准直器401接合和松开。该O型环和装有万向接头的头部组件1601可设置为为系统提供足够的移动
自由度，以用上述自动准直器更换装置运行。更为具体地说，为了定位线性加速器1602以能够与工具盘602的准直器接合和松开，O型环可以围绕其垂直轴线和
万向节倾斜，可以驱动该万向节沿平面(pan)方向和倾斜方向旋转。自动准直器更换装置103包括一个或多个保持机构，如上述实施方式中所述。线性加速器1602的运动(如由O型环和装有万向接头的头部组件1601操纵)以及准直器壳体1603(包括自动准直器壳体103的一个或多个保持机构)可以用于自动更换准直器壳体1603中的准直器401。在另一实施方式中，自动工具更换装置可以用于基于O型环的放射治疗系统1600。作为选择，自动准直器更换装置103可以用于其他基于台架的放射治疗系统，该系统具有使用自动准直器更换装置103运行的机构(如臂、万向节等)。
[0070] 应该注意的是，这里所讨论的方法和装置并不限于仅用于医疗分析影像和治疗。在可选择的实施方式中，这里的方法和装置可以用于医疗技术领域之外的应用，例如，工业影像和材料的无损探测(例如
汽车工业中的
发动机箱体(motor block)、航空工业中的
机身、建筑工业中的
焊接和石油工业中的岩芯)以及
地震勘测。在这些应用中，例如，“治疗”可以通常是指由处理计划系统控制的运行操作的完成，如(例如、放射、声学的等)射束的应用，而且“目标”可以指非解剖学上的目标物或区域。
[0071] 虽然这里以具体的顺序来表示和描述方法的运行过程，但每个方法的运行过程的顺序可以改变，因而某些运行过程可以以相反的顺序进行，或者某些运行过程(至少一部分)可以与其他运行过程同时进行。在另一实施方式中，不同运行过程的指令或子过程可以为间断和/或交互的方式。另外，一些运行过程可以在具体方法的反复中重复进行。
[0072] 在上述说明书中，参考其具体典型的实施方式对本发明进行了描述。然而，显而易见的是，在不脱离附属
权利要求所阐明的本发明的较宽精神和范围的前提下，可以对本发明做出各种
修改和改进。因此，说明书和图都应视为描述性的意义，而不是限制性的意义。
