ОткрепитьЗакрепитьЗакрыть

14 окт. 2021 г.

Компактная приводная техника делает высокотехнологичный модуль КТ мобильным

Управление перемещением на базе ПК и EtherCAT для интраоперационного рентгенологического исследования

В 2014 году австрийская компания medPhoton, специализирующаяся в области медицинских технологий, впервые представила собственное решение по визуализации для радиотерапии. На сегодняшний день также доступна мобильная версия системы Imaging Ring, обеспечивающая визуальное представление внутренних структур тела пациента в хирургической палате перед, после или во время проведения операции. Технологии управления на базе ПК и EtherCAT, а также приводная техника от Beckhoff используются для достижения желаемого угла обзора и выравнивания с миллиметровой точностью источника рентгеновского луча относительно пациента.

Компания medPhoton GmbH была основана в 2012 году Хайнцем Дойчманном как дочернее предприятие частного медицинского университета Парацельса и государственной клиники Зальцбурга (SALK). Вместе с первоначально небольшой командой медицинских техников и разработчиков программного обеспечения, выдающийся физик хотел создать «Швейцарский нож диагностической визуализации» и представить его на рынке, когда он станет владельцем собственного бизнеса. Между тем, в настоящее время ежегодно производятся уже 35 таких универсальных устройств. «Наше кольцо визуализации – это компьютерный томограф высокого разрешения, который позволяет не только получить двухмерные или трехмерные изображения, но и проводить рентгеноскопию с импульсным рентгеновским излучением. Данные функциональные возможности идеально подходят для таких задач как запись и оцифровка интраоперационных анатомических изменений», объясняет Майкл Хубауэр-Бреннер, исполнительный директор по операциям компании medPhoton, описывая решение, которое можно интегрировать в широкий диапазон процессов лечения.

Балаж Безецкий, руководитель офиса продаж Beckhoff в Вене; основатель компании medPhoton Хайнц Дойчманн и Майкл Хубауэр-Бреннер, исполнительный директор по операциям компании medPhoton (слева направо).
Балаж Безецкий, руководитель офиса продаж Beckhoff в Вене; основатель компании medPhoton Хайнц Дойчманн и Майкл Хубауэр-Бреннер, исполнительный директор по операциям компании medPhoton (слева направо).

Изобретение из г. Зальцбург в онкологии используется при визуализации опухолей и лучевой терапии, а в хирургии – при трехмерном руководстве врачей во время операций. «История нашей компании берет начало в области радиационной терапии, где наше устройство обычно устанавливалось на потолке или на процедурном столе. В данной области применения достаточно пространства для двух или трех шкафов управления, однако в случае компьютеризированной хирургии под визуализационным контролем ситуация абсолютно другая», замечает Андреас Шиппани, исполнительный директор по финансам компании medPhoton, имея в виду обычно очень ограниченное пространство операционных. Принимая все это во внимание, в компьютерном томографе Imaging Rings последнего поколения вся система автоматизации размещена на рычагах, опорах и держателях. Это конструктивное исполнение стало возможным благодаря компактным компонентам Beckhoff и децентрализованной архитектуре с распределенным управлением и интеллектуальным приводом.

Гибкость в области перемещения и визуализации

Мобильное робототехническое устройство визуализации Imaging Ring m/Loop-X было разработано в тесном сотрудничестве с Brainlab – ведущим мировым специалистом в области программно-реализованных медицинских технологий. Устройство размером всего 182 x 87 x 189 см предлагает исключительную амплитуду движений. «Оно стоит всего на двух опорах, каждая из которых имеет по два колесика, которые вращаются независимо друг от друга в разных направлениях. Это позволяет ему двигаться вперед, назад, поворачиваться и вращаться вокруг собственного центра тяжести или любой другой точки в помещении и даже перемещаться из одной операционной в другую в режиме работы от аккумулятора – и все это полностью автономно. Все, что нужно сделать оператору, так это ввести соответствующие команды навигации на планшете управления», объясняет Армин Шлаттау, руководитель отдела автоматизации компании medPhoton.

Робототехническое устройство предлагает максимум эксплуатационной гибкости не только в области передвижения, но и визуализации. Радиальное расположение источника излучения и детектора в сочетании с одновременным, но при этом независимым перемещением предлагают большое количество преимуществ, которые включают возможность достижения чрезвычайно большой трехмерной области обзора и получение неизоцентрических изображений. «Это означает, что пациентам не придется быть в центре отверстия гентри во время облучения рентгеновскими лучами, поскольку система полностью автоматически позиционирует область сканирования в нужном месте», описывает Андреас Шиппани. Его коллега, Армин Шлаттау, добавляет: «Несмотря на то, что у нас есть небольшая область детектирования, мы можем в динамическом режиме генерировать панорамные изображения под разными углами обзора, непрерывно перемещая индивидуальные оси на различной скорости». Взаимодействие между 26 осями координируется с помощью ультракомпактного промышленного ПК C6015 с четырехъядерным процессором Intel® Atom™. По словам специалистов medPhoton, благодаря его компактным размерам, составляющим всего 82 x 82 x 40 мм, требуется минимальное пространство для монтажа, а значит, он идеально подходит для конструктивного решения робототехнического устройства визуализации. С одной стороны, промышленный ПК координируют все задачи управления перемещением, а с другой стороны он функционирует как сервер TCP/IP, который устанавливает связь с высокоуровневой вычислительной машиной для обработки данных посредством библиотеки TwinCAT ADS Communication.

Андреас Шиппани (рядом с несколькими компактно установленными EtherCAT-модулями), исполнительный директор по финансам medPhoton, высоко ценит тот факт, что Beckhoff обеспечивает не только поддержку по телефону, но и при необходимости квалифицированное вспомогательное обслуживание на месте.
Андреас Шиппани (рядом с несколькими компактно установленными EtherCAT-модулями), исполнительный директор по финансам medPhoton, высоко ценит тот факт, что Beckhoff обеспечивает не только поддержку по телефону, но и при необходимости квалифицированное вспомогательное обслуживание на месте.

Трехмерная рентгенография с контурным управлением

Чтобы иметь возможность создавать лазерные проекции в виде линий, перекрестий или прямоугольников на теле пациента в качестве оптического средства позиционирования для всех доступных процессов визуализации компания medPhoton использует функцию кулачка TwinCAT NC Camming. Это позволяет установить нелинейные связи между ведущими и ведомыми осями. «Для расчета объемных 3D-изображений из сотен 2D-проекций нам необходимо точно знать, когда и под каким углом были сделаны индивидуальные изображения. Любые ошибки будут иметь фатальные последствия – не стоит забывать, что мы говорим о медицинском вмешательстве», подчеркивает Михаэль Хубауэр-Бреннер, указывая на важность точных сигналов с метками времени. «Мы не только зависим от прецизионных данных о положении, но и с наносекундной точностью измеряем длительность рентгеновского излучения в каждом направлении», говорит Армин Шлаттау, описывая процесс, в котором среди прочего используется такое оборудование, как модули цифровых входов EL1252 с функцией метки времени XFC.

Разнообразие продуктов из одного источника

Более 10 различных типов модулей Beckhoff установлены на робототехническом устройстве визуализации, включая такие компоненты TwinSAFE как ПАЗ-модули EL1904 или EL6910, а также модули шагового двигателя EL7037 и сервоусилители EL7221-9014 с однокабельной технологией подключения OCT. «Когда в мае 2017 года на выставке Smart Automation в Линц мы искали поставщика технологий управления для мобильной версии нашего устройства Imaging Ring, нас сразу впечатлила компания Beckhoff, предлагающая большое разнообразие продуктов, доступных в компактном исполнении», вспоминает Армин Шлаттау. По словам ведущего инженера по автоматизации, основными аргументами в пользу выбора специалиста по автоматизации из города Ферль прежде всего были модули шаговых двигателей с инкрементальным энкодером, возможность интеграции полнофункциональных сервоприводов в рамках EtherCAT-модуля шириной всего 12 мм и объединение электропитания и системы цифровой обратной связи в одном соединительном кабеле двигателя для серводвигателей AM8121.

«Несмотря на то, что сложность и производительность нашей системы увеличилась, мы смогли снизить пространство, необходимое для технических средств автоматизации, в десять раз», говорит Михаэль Хубауэр-Бреннер, довольный результатами продуктивного сотрудничества, которые на сегодняшний день превзошли все ожидания. Но это еще не финишная черта: «Безусловно, будут еще дальнейшие доработки наших систем Imaging Rings, и мы надеемся на творческий вклад Beckhoff», заключает Андреас Шиппани. Балаж Безецкий, руководитель офиса продаж Beckhoff в Вене, сразу же представил собственную идею первоначальной оптимизации: «С помощью нашего нового сервоусилителя ELM72xx в металлическом корпусе будет возможно добиться еще большей компактности в области приводной техники. Помимо этого, модуль ELM72xx-9018 позволит отображать набор функций безопасности Safe Motion, включая опции Безопасное ограничение скорости (SLS) и Безопасно ограниченная позиция (SLP)». По его инициативе тестовый режим с двухканальным модулем ELM72x2 уже внедрен.

Дополнительная информация