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创新性放射疗法使用灵活的基于PC的控制平台
作者:Beckhoff
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医疗技术:使用嵌入式控制器、EtherCAT 和步进电机系统精确控制和校准电子束技术

先进的自动化技术在癌症的有效治疗中扮演着越来越重要的角色。美国 Intraop Medical 公司研发的术中电子放疗(IOERT)在实际应用中有着非常出色的效果,现在已在全球很多医院中使用。在癌症手术中,肿瘤切除后可直接使用该技术,以给出直接、高度集中和精确剂量的电子射线束。

总部位于美国加利福尼亚州森尼韦尔的 IntraOp Medical 公司开发了一款名为 Mobetron® 的移动式术中电子放疗电射线束加速器。目前,北美、欧洲及亚洲的一些诊所和医院都在使用这款设备来治疗各种癌症。Mobetron® 能够用高密度的射线束精确对瘤灶区进行放疗,彻底杀灭残余癌症细胞。在大部分案例中,这样可消除或至少减少术后外部放射治疗的需要。“除了提高存活率、缩短治疗周期和减少副作用之外,Mobetron® 还可以帮助降低癌症治疗的费用。”IntraOp Medical 公司工程与运营部副总裁 Andy Merrill 解释说道。

嵌入式控制器控制电子放射治疗

IntraOp Medical 采用 Beckhoff 基于 PC 的控制系统对其第二代移动式射线加速器进行自动化改造。“使用开发式 PC 控制解决方案让我们能够满足我们在电气工程方面的重要战略需求。CX5020 系列嵌入式控制器是结构紧凑、性能高且灵活的控制器。”IntraOp Medical 公司物理学家 Shura Kretchetov 如此说道。所有控制功能都够通过 TwinCAT PLC 和 TwinCAT NC PTP 自动化软件运行。它控制 Mobetron® 的所有自动功能,包括将射线束直接照射到感染区所用的的小型射线加速器。

“我们使用处理能力更高的 CX5020,以便持续整合新功能到控制器中,如治疗计划工具或远程诊断等。”Shura Kretchetov 解释道。EtherCAT 端子模块直接连接在 CX 右侧,附加的 EtherCAT 节点使用 EK1100 系列 EtherCAT 耦合器来分配附加的 I/O 到整个系统中。

“基于 PC 和 EtherCAT 的控制平台能够实现微秒范围内的高速控制处理,这会给 Mobetron® 系统的性能带来直接积极的影响。Shura Kretchetov 继续说道。由 Mobetron® 采集到的所有系统和过程数据可以像肿瘤细胞被放疗那样快速、高效地处理。

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Mobetron® 是术中电子放疗的线束加速器,在全球得到广泛应用,
主要用于治疗各种类型的癌症

复杂的驱动技术解决方案

为了确保 Mobetron® 上使用的运动控制系统能够节省空间,IntraOp Medical 公司使用 Beckhoff 的 EL7031 和 EL7041 的步进电机控制模块和 AS1060 系列紧凑型步进电机,不需要单独的驱动器。步进电机控制模块确保精确控制和校准射线束。“当然,确保精确控制机器运动和治疗过程是病人健康和安全的关键,基于 PC 和 EtherCAT 的控制系统帮助我们实现这一安全性。”Andy Merrill 解释说道。

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CX5020 嵌入式控制器以及直连的 I/O 端子模块,结构设计上非常紧凑,在控制柜中仅会占用很小的空间

通过各种接口实现灵活的设备连接

除了能够通过以太网接口方便地集成任何设备之外,IntraOp Medical 利用 EtherCAT 端子模块来建立与其它通讯协议(如 PROFIBUS 或串行通讯协议)的连接。EL6731 从站端子模块能够完全集成 PROFIBUS 设备到 EtherCAT 网络中,无需添加 PCI 接口卡。同样,通过 EL6021 串口端子模块可轻松连接带 RS422 或 RS485 接口的设备。

“通过集成 Beckhoff 的控制技术,我们开发了我们的治疗机架构,让我们能够从简单的 PLC 控制器转换到使用高性能的开放式 PC 控制平台,从而为我们带来了更多的灵活性。”Andy Merrill 说道。通过集成基于 PC的控制平台,能够以更高的精度更轻松地监控 Mobetron® 术中电子放疗系统,这在癌症治疗的高安全标准方面有重大意义。“PC 控制解决方案意味着我们能够更好地监测和控制我们的治疗机上的各种组件,同时它还能够帮助我们优化我们的远程诊断功能,提高系统效率。” Andy Merrill 补充说道。

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Mobetron® 的控制系统,由一台嵌入式控制器 CX5020、TwinCAT 自动化软件和相连接的 EtherCAT I/O 模块构成,具有高效且灵活的特点。
它控制 Mobetron® 的所有自动功能,包括将射线束直接照射到感染区所用的的小型射线加速器。

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IntraOp Medical 使用 Beckhoff 的 EL7031 好 EL7041 步进电机控制模块和 AS1060 系列步进电机来精确校准射线束

基于 PC 的控制平台带来的另一个意义就是显著缩短工程时间。“与装配了传统 PLC 的第一代治疗机相比,使用基于 PC 的控制系统让每台机器都能够节省约 36 个小时的设计和装配时间,从而让我们每个月的机器的出货量翻倍。Shura Kretchetov 阐述道。他继续补充道:“总的说来,由于集成了 Beckhoff 的控制技术,我们的 Mobetron® 癌症治疗系统更加易于生产、故障排除和维护;保守估计,我们的总控制成本减少了 20 %”。

受到这些好结果的鼓励,IntraOp Medical 继续成功向这一目标迈进,一方面创建出更灵活、高效和经济的 IOERT,另一方面将用于其它医疗应用的新机器引入市场。“未来,我们想要创建一个具有良好开放性的通用系统,可以用于所有类型的医疗应用,如整形手术、烧伤治疗、抗感染和病毒等,不一而足。”Andy Evans 解释说道。我们专注于专用和定制的“即用型”解决方案,以确保我们仍能够站在竞争非常激烈的医疗技术市场的前沿。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (4/23/2014)
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