Neue Bestrahlungstechnologie zur Krebstherapie.

Ein Medizinunternehmen aus den USA hat eine neue Bestrahlungstechnologie zur Krebstherapie entwickelt. Zur Anpassung von Gammastrahlen für diese Strahlungstherapie werden mehrere Geräte benötigt, die von einer einzelnen vernetzten Bewegungssteuerung präzise kontrolliert werden. Motoren, Getriebe und Steuerungen von maxon motor sorgen für präzise Bewegungen.

Das Unternehmen ViewRay aus Oakwood Village (Ohio, USA) stand vor der Aufgabe, einen Multilamellenkollimator (MLC) zu konstruieren. Die Ingenieure setzten sich die Entwicklung eine Endprodukts zum Ziel, das präziser arbeitete als alle anderen Geräte auf dem Markt. Als Partner für grundlegende Bauteile wie Motoren, Encoder, Getriebe und Module zur Motorsteuerung holte man sich maxon Precision Motors ins Boot. ViewRay ist ein privat geführtes Medizintechnik-Unternehmen, das zukunftsweisende Bestrahlungstechnologie zur Krebstherapie entwickelt. Die ViewRay-Anlage ermöglicht eine ununterbrochene bildliche Erfassung des Weichteilgewebes während der Strahlentherapie per MRT. Auf diese Weise können die Ärzte, genau sehen, wo die Strahlendosis auf die Zellen trifft und können entsprechend den individuellen anatomischen Merkmalen des Patienten Korrekturen vornehmen. Insgesamt besteht die Bestrahlungsanlage ViewRay-Anlage aus fünf Teilsystemen, die zur optimalen Patientenversorgung nahtlos integriert sind. Die wichtigsten Teilsysteme sind: Echtzeit-MRT, Behandlungsplanung, Vorausberechnung und Optimierung der Strahlendosis, Abbildung des Weichteilgewebes in Echtzeit sowie Auswertung und Bestätigung per Fernzugriff. Die Behandlung wird in einem Magnetresonanztomographen durchgeführt, der über ein drehbares Gestell zur Positionierung der drei abgeschirmten Kobalt-60-Quellen mit den drei Multilamellenkollimatoren verfügt.

Bei anderen Technologien der Strahlenbehandlung wurden die Bilder vor oder nach der Behandlung erzeugt, aber nicht bei eingeschaltetem Strahl. Für die Therapie stellte das oft ein Problem dar, da die Strahlen nicht dynamisch justiert werden konnten.

Durch die Bewegung des Weichteilgewebes wurde oft auch der Tumor während der Behandlung verschoben und Beschädigungen des gesamten Weichteilgewebes waren die Folge. ViewRay löste das Problem durch den Einsatz einer Kombination von Technologien aus MRT und Strahlungstherapie. Durch die ununterbrochene bildliche Erfassung des Weichteilgewebes während der Behandlung und bei eingeschaltetem Strahl kann mit ViewRay-Anlagen die Ausrichtung und die Dosis der Strahlung in der laufenden Behandlung angepasst werden.

Das Konstruktionsteam erklärt: „Die Motorsteuerung des MLC ist einer der wichtigen Punkte der Anlage. Wir wussten, dass dessen Entwicklung zu den anspruchsvolleren Aufgaben gehören würde, wegen seiner Nähe zum MRT-Magneten und der Grössenbeschränkungen durch den Aufbau des Gerüsts.“ In der Anlage kommen drei Gammastrahlenquellen zum Einsatz, die in separaten abgeschirmten Köpfen eingebaut sind. Für ViewRay ist der MLC mit Doppelfokus so ausgelegt, dass die Feldränder schärfer abgebildet werden und Halbschatten ähnlich wie bei konventionellen Beschleunigern entstehen. Auf diese Weise können Ärzte ihre Patienten mit grösserer Sicherheit behandeln.

Digitale Positioniersteuerung EPOS2
Das Team entschied sich für die kompakte digitale Positioniersteuerung EPOS2 Module 36/2 von maxon, da die Ingenieure damit aufgrund der geringen Abmessungen 60 Kanäle zur Bewegungssteuerung für jeden Kollimator bündeln konnten. Auf ein Motherboard der Strahlentherapieanlage passen dreissig EPOS-Module, und jeder Kollimator verfügt über zwei Motherboards. Für jede ViewRay-Anlage wurden drei dieser Kollimatoren benötigt, jeweils einer für jeden der drei Köpfe in der Anlage. Ausgerüstet mit einer flexiblen und hocheffizienten Endstufe, steuert jedes EPOS-Modul einen DC-Gleichstrommotor mit digitalem Encoder an. Die maxon-Motoren sind eigens für den Betrieb als Slave-Knoten in einem CANopen-Netzwerk ausgelegt. Die maximale Ausgangsleistung beträgt 2 Ampere, die Stromversorgung erfolgt über ein 11-36-V-Netzteil. Zur Verbindung mit den Steuerungen verwendete das Team von ViewRay die EPOS2-Firmware, die über problemlos umsetzbare Betriebsmodi und Überwachungsfunktionen verfügt und somit die Anforderungen der Steuerung erfüllte.

180 Baugruppen aus Motor, Getriebe und Encoder
Jeder Kollimator besteht aus sechzig Lamellen, die in dreissig einander gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind. Da die Anlage aus drei Kollimatoren besteht, kommen insgesamt 180 EPOS-Steuerungen und 180 Baugruppen aus Motor, Encoder und Getriebe zum Einsatz.
Die MLCs sind auf einem Gerüst montiert, so dass die Kollimation der drei Gammastrahlenquellen entsprechend der Position des Zielpunkts erfolgen kann. Während das Gerüst in seine Position fährt, wird jede Lamelle des Kollimators nach dem Behandlungsplan positioniert. Dafür werden die Befehle vom CANopen-Bus an den entsprechenden Knoten weitergeleitet. Jeder Knoten besteht aus Motor, Encoder, Getriebe und Steuerung. Auf diese Weise erhält man eine genau ausgerichtete Form, die den Vorgaben des Behandlungsplans des Patienten entspricht.

Bei den in der Anlage eingesetzten 180 Motoren handelt es sich um bürstenbehaftete DC-Gleichstrommotoren RE 16 mit 4,5 Watt. Jeder Motor hat eine Betriebsdrehzahl von bis zu 11'000 1/min.

Durch ihr Design haben sie kein magnetisches Rastmoment, was gegenüber konventionell konstruierten Motoren besonders bei niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten von grossem Vorteil ist. Hall-Effekt Encoder MENC 13 sorgen für eine präzise Motorsteuerung, während die GP 16A-Planetengetriebe das passende Drehmoment für eine Positioniergeschwindigkeit von 1 cm/s liefern.

 © maxon motor ag

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