PC- és EtherCAT-alapú mozgásvezérlés műtét közbeni röntgenezéshez.
Az osztrák medPhoton orvostechnikai vállalat első ízben 2014-ben mutatta be sugárterápiákhoz kifejlesztett képalkotó rendszerét. Ezzel a most már mozgatható változatban is elérhető „Imaging Ring” elnevezésű megoldással a sebészeti kórtermekben fekvő betegek testéről az orvosok műtét előtt, után, sőt, közben is képet alkothatnak. A rendszer a Beckhoff PC- és EtherCAT-alapú vezérlés- és hajtástechnikájával állítja be a röntgensugár-forrás kívánt megvilágítási szögeit és milliméter pontossággal a pozícióját.
A 2012-ben Heinz Deutschmann által alapított medPhoton vállalat a Paracelsus Orvosi Magánegyetemből és a Salzburgi Állami Klinikákból (SALK) kivált vállalkozás. Az eredetileg orvostechnikai szakemberekből és szoftverfejlesztőkből álló kis csapattal közösen a kiváló fizikus a diagnosztikai képalkotás „svájci bicskáját” tervezte létrehozni, és önálló vállalkozóvá válása után a piacra bevezetni. A vállalat ma évente mintegy 35 általánosan alkalmazható eszközt épít.
„Az úgynevezett képalkotó gyűrűnk egy nagy felbontású számítógépes tomográf, amely nemcsak két- és háromdimenziós képek, hanem röntgensugár-impulzusokkal működő fluoroszkópiás felvételek készítésére is alkalmas. Ennek a képességének köszönhetően különösen anatómiai változások műtét közben való megtekintésére és digitalizálására használható”
– fejtette ki Michael Hubauer-Brenner, a medPhoton operatív ügyvezető igazgatója, hangsúlyozva, hogy a rendszer számos különféle kezelési folyamatba beintegrálható.
A salzburgiak találmánya az onkológiában a tumorok megjelenítése és a célzott sugárkezelések terén mutatja meg erejét, sebészeti területeken pedig a műtétet végző orvosoknak nyújt háromdimenziós tájékozódási segítséget.
„Vállalati hátterünket tekintve a sugárterápia felől érkeztünk, ahol eszközeinket általában a mennyezetre vagy a kezelőasztalhoz rögzítik. Az ilyen környezetek elég tágasak két vagy három vezérlőszekrény elhelyezéséhez, viszont teljesen más a helyzet a számítógéppel segített és képi támogatással végzett műtéteknél”
– nyilatkozta Andreas Schippani, a medPhoton pénzügyi igazgatója a műtők általában rendkívül zsúfolt körülményeire utalva. Számítógépes tomográfjainak legújabb generációjában ezért a vállalat megpróbálta az automatizálási technológia összes elemét a képalkotó gyűrű karjaiban, lábaiban és tartóelemeiben elhelyezni. Ezt a kialakítást a Beckhoff berendezéseinek kis mérete, valamint elosztott vezérlési és hajtási intelligenciája, azaz a rendszer decentralizált jellege tette lehetővé.
Rugalmasság a mozgatásban és a képalkotásban
A képalkotó gyűrű m/Loop-X nevű mobil képalkotó robotjának kifejlesztése során a medPhoton szorosan együttműködött a Brainlab céggel, amely a szoftveralapú orvostechnológia világvisznylatban élvonalbeli szakvállalata. A mindössze 182 x 87 x 189 cm méretű robot kivételesen tág mozgástartománnyal rendelkezik.
„Két lábon áll, amelyek mindegyikére két-két, egymástól független irányban elforgatható kerék van szerelve. Ennek köszönhetően képes előre, hátra és elforgova mozogni, saját súlypontja vagy a terem bármely más pontja körül elfordulni sőt, akkumulátoros üzemmódban akár át is vihető egyik műtőből a másikba – és mindezt teljesen autonóm módon. A kezelőnek mindössze ki kell adnia a megfelelő navigációs parancsokat a vezérlőpanelen”
– részletezte Armin Schlattau, a medPhoton automatizálásfejlesztési vezetője.
Fontos, hogy a robot nemcsak a mozgatás terén rendkívül rugalmas, hanem a képalkotásban is. A sugárforrás és a detektor sugárirányú elrendezésének és a kettő egyidejű, de egymástól független mozgatásának számos előnye van; például, rendkívül nagy a rendszer háromdimenziós látótére és nem‑izocentrikus képalkotás is végezhető vele.
„Ez azt jelenti, hogy röntgenezéskor a betegnek nem muszáj a gyűrűnyílás közepén lennie, ugyanis a rendszer teljesen automatikusan a megfelelő területre állítja be a letapogatást”
– magyarázta Andreas Schippani, amihez munkatársa, Armin Schlattau a következőket tette hozzá:
„Bár a detektorunk felülete kicsi, az egyes tengelyek eltérő sebességű folyamatos mozgatásával képesek vagyunk dinamikusan különböző szögekből panorámaképeket készíteni.”
Az összesen 26 tengely összehangolt mozgatását egy C6015 típusú, Intel® Atom™ négymagos processzorral rendelkező ultrakompakt, mindössze 82 x 82 x 40 mm méretű ipari PC vezérli, amely a medPhoton szerint tökéletesen illeszkedik a képalkotó robot szerkezeti kialakításához. Az ipari számítógép egyrészt összehangolja az összes mozgásvezérlési feladatot, másrészt TCP/IP kiszolgálóként is működik, biztosítva a kapcsolatot a magas szintű adatfeldolgozó számítógéppel a TwinCAT ADS adatátviteli könyvtáron keresztül.
Andreas Schippani (néhány kompakt telepítésű EtherCAT terminál mellett lefényképezve), a medPhoton ügyvezető pénzügyi igazgatója nagyra tartja, hogy a Beckhoff nemcsak telefonos támogatást nyújt, hanem szükség esetén szakszerű helyszíni támogatást is © Beckhoff
Pályavezérelt háromdimenziós röntgen
A medPhoton berendezése a TwinCAT NC Camming nevű vezérmű-modul segítségével vonal, kereszt vagy téglalap alakzatban lézeres vezetővonalakat vetít a betegre, optikailag segítve a pozicionálást az összes rendelkezésre álló képalkotási folyamatnál. A vezérmű-modul nemlineáris kapcsolatokat hoz létre master és slave tengelyek között.
„Amikor háromdimenziós térfogati képet alkotunk több száz kétdimenziós vetületből, pontosan tudnunk kell, hogy az egyes képek mikor és milyen szögből készültek. Bármely hiba végzetes következményekkel járna, végül is orvosi beavatkozásokról van szó”
– hangsúlyozta Michael Hubauer-Brenner a pontos és időbélyegekkel ellátott jelek fontosságára utalva.
„Nemcsak a helyzetadatoknak kell pontosaknak lenniük, hanem nanoszekundumos pontossággal mérjük azt is, hogy melyik irányból mennyi ideig röntgenezünk”
– részletezte Armin Schlattau a folyamatot, amelynél többek között az XFC időbélyegző funkcióval rendelkező EL1252 típusú digitális bemeneti terminált használják.
Bezeczky Balázs, a Beckhoff bécsi értékesítési irodájának vezetője; Heinz Deutschmann, a medPhoton alapítója; és Michael Hubauer-Brenner, a medPhoton operatív ügyvezető igazgatója (balról jobbra) © Beckhoff
Széles termékpaletta egyetlen forrásból
A képalkotó robot több mint tízféle a Beckhoff által gyártott terminált tartalmaz, többek között EL1904 vagy EL6910 típusú TwinSAFE egységet, EL7037-sorozatú léptetőmotor-terminálokat, továbbá EL7221-9014 típusú, egykábeles (OCT) technológiával ellátott szervomotor-terminálokat.
„Amikor 2017 májusában a linzi Smart Automation szakvásáron vezérléstechnikai beszállítót kerestünk Imaging Ring termékünk mozgatható változatához, nagyon gyorsan meggyőzött bennünket a Beckhoff kompakt termékeinek széles választéka”
– idézte fel Armin Schlattau. Az automatizálásfejlesztő mérnök szerint a Beckhoff vállalat melletti fő érvek közé tartozott, hogy a cég rendelkezik inkrementális jeladóval egybeépített léptetőmotor-terminállal, a teljes értékű szervohajtás csak 12 mm széles és EtherCAT-terminál formájában elérhető, valamint AM8121 típusú szervomotorjai esetében egyetlen motorkábelen keresztül biztosít tápellátást és digitális visszacsatolást.
„Rendszerünk bonyolultságának és teljesítőképességének fokozása mellett tizedére tudtuk csökkenteni az automatizálási technológia helyigényét”
– nyilatkozta Michael Hubauer-Brenner, örömmel nyugtázva a produktív együttműködés minden eddigi várakozást felülmúló eredményeit. Ezzel azonban még nem ért véget ez a történet:
„Bizonyosan tovább fogjuk fejleszteni Imaging Ring termékcsaládunkat, és számítunk a Beckhoff további kreatív támogatására”
– zárta le gondolatait Andreas Schippani. Bezeczky Balázs, a Beckhoff bécsi értékesítési irodájának vezetője azonnal reagált erre saját első optimalizálási ötletével:
„Új fémházas, ELM72xx-sorozatú szervomotor-termináljainkkal még kompaktabbá lehet tenni a hajtástechnikát. Az ELM72xx-9018 típusú változattal emellett kialakítható egy átfogó Safe Motion (biztonságos mozgatás) nevű funkciócsomag, amely többek között a Safe Limited Speed (biztonsági sebességkorlátozás) és a Safe Limited Position (biztonsági pozíciókorlátozás) opciókat is tartalmazhatná.”
A medPhoton már el is fogadta a meghívást a kétcsatornás ELM72x2 típusú egység kipróbálására.
