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       醫(yī)療技術：使用嵌入式控制器、EtherCAT 和步進電機系統(tǒng)精確控制和校準電子束技術

先進的自動化技術在癌癥的有效治療中扮演著越來越重要的角色。美國 Intraop Medical 公司研發(fā)的術中電子放療（IOERT）在實際應用中有著非常出色的效果，現(xiàn)在已在全球很多醫(yī)院中使用。在癌癥手術中，腫瘤切除后可直接使用該技術，以給出直接、高度集中和精確劑量的電子射線束。

總部位于美國加利福尼亞州森尼韋爾的 IntraOp Medical 公司開發(fā)了一款名為 Mobetron® 的移動式術中電子放療電射線束加速器。目前，北美、歐洲及亞洲的一些診所和醫(yī)院都在使用這款設備來治療各種癌癥。Mobetron® 能夠用高密度的射線束精確對瘤灶區(qū)進行放療，徹底殺滅殘余癌癥細胞。在大部分案例中，這樣可消除或至少減少術后外部放射治療的需要。“除了提高存活率、縮短治療周期和減少副作用之外，Mobetron® 還可以幫助降低癌癥治療的費用。”IntraOp Medical 公司工程與運營部副總裁 Andy Merrill 解釋說道。

嵌入式控制器控制電子放射治療

IntraOp Medical 采用 Beckhoff 基于 PC 的控制系統(tǒng)對其第二代移動式射線加速器進行自動化改造。“使用開發(fā)式 PC 控制解決方案讓我們能夠滿足我們在電氣工程方面的重要戰(zhàn)略需求。CX5020 系列嵌入式控制器是結構緊湊、性能高且靈活的控制器。”IntraOp Medical 公司物理學家 Shura Kretchetov 如此說道。所有控制功能都夠通過 TwinCAT PLC 和 TwinCAT NC PTP 自動化軟件運行。它控制 Mobetron® 的所有自動功能，包括將射線束直接照射到感染區(qū)所用的的小型射線加速器。

“我們使用處理能力更高的 CX5020，以便持續(xù)整合新功能到控制器中，如治療計劃工具或遠程診斷等。”Shura Kretchetov 解釋道。EtherCAT 端子模塊直接連接在 CX 右側(cè)，附加的 EtherCAT 節(jié)點使用 EK1100 系列 EtherCAT 耦合器來分配附加的 I/O 到整個系統(tǒng)中。

“基于 PC 和 EtherCAT 的控制平臺能夠?qū)崿F(xiàn)微秒范圍內(nèi)的高速控制處理，這會給 Mobetron® 系統(tǒng)的性能帶來直接積極的影響。Shura Kretchetov 繼續(xù)說道。由 Mobetron® 采集到的所有系統(tǒng)和過程數(shù)據(jù)可以像腫瘤細胞被放療那樣快速、高效地處理。

Mobetron® 是術中電子放療的線束加速器，在全球得到廣泛應用，主要用于治療各種類型的癌癥

復雜的驅(qū)動技術解決方案

為了確保 Mobetron® 上使用的運動控制系統(tǒng)能夠節(jié)省空間，IntraOp Medical 公司使用 Beckhoff 的 EL7031 和 EL7041 的步進電機控制模塊和 AS1060 系列緊湊型步進電機，不需要單獨的驅(qū)動器。步進電機控制模塊確保精確控制和校準射線束。“當然，確保精確控制機器運動和治療過程是病人健康和安全的關鍵，基于 PC 和 EtherCAT 的控制系統(tǒng)幫助我們實現(xiàn)這一安全性。”Andy Merrill 解釋說道。

CX5020 嵌入式控制器以及直連的 I/O 端子模塊，結構設計上非常緊湊，在控制柜中僅會占用很小的空間

通過各種接口實現(xiàn)靈活的設備連接

除了能夠通過以太網(wǎng)接口方便地集成任何設備之外，IntraOp Medical 利用 EtherCAT 端子模塊來建立與其它通訊協(xié)議（如 PROFIBUS 或串行通訊協(xié)議）的連接。EL6731 從站端子模塊能夠完全集成 PROFIBUS 設備到 EtherCAT 網(wǎng)絡中，無需添加 PCI 接口卡。同樣，通過 EL6021 串口端子模塊可輕松連接帶 RS422 或 RS485 接口的設備。

“通過集成 Beckhoff 的控制技術，我們開發(fā)了我們的治療機架構，讓我們能夠從簡單的 PLC 控制器轉(zhuǎn)換到使用高性能的開放式 PC 控制平臺，從而為我們帶來了更多的靈活性。”Andy Merrill 說道。通過集成基于 PC的控制平臺，能夠以更高的精度更輕松地監(jiān)控 Mobetron® 術中電子放療系統(tǒng)，這在癌癥治療的高安全標準方面有重大意義。“PC 控制解決方案意味著我們能夠更好地監(jiān)測和控制我們的治療機上的各種組件，同時它還能夠幫助我們優(yōu)化我們的遠程診斷功能，提高系統(tǒng)效率。” Andy Merrill 補充說道。

Mobetron® 的控制系統(tǒng)，由一臺嵌入式控制器 CX5020、TwinCAT 自動化軟件和相連接的 EtherCAT I/O 模塊構成，具有高效且靈活的特點。它控制 Mobetron® 的所有自動功能，包括將射線束直接照射到感染區(qū)所用的的小型射線加速器。IntraOp

Medical 使用 Beckhoff 的 EL7031 好 EL7041 步進電機控制模塊和 AS1060 系列步進電機來精確校準射線束

基于 PC 的控制平臺帶來的另一個意義就是顯著縮短工程時間。“與裝配了傳統(tǒng) PLC 的第一代治療機相比，使用基于 PC 的控制系統(tǒng)讓每臺機器都能夠節(jié)省約 36 個小時的設計和裝配時間，從而讓我們每個月的機器的出貨量翻倍。Shura Kretchetov 闡述道。他繼續(xù)補充道：“總的說來，由于集成了 Beckhoff 的控制技術，我們的 Mobetron® 癌癥治療系統(tǒng)更加易于生產(chǎn)、故障排除和維護；保守估計，我們的總控制成本減少了 20 %”。

受到這些好結果的鼓勵，IntraOp Medical 繼續(xù)成功向這一目標邁進，一方面創(chuàng)建出更靈活、高效和經(jīng)濟的 IOERT，另一方面將用于其它醫(yī)療應用的新機器引入市場。“未來，我們想要創(chuàng)建一個具有良好開放性的通用系統(tǒng)，可以用于所有類型的醫(yī)療應用，如整形手術、燒傷治療、抗感染和病毒等，不一而足。”Andy Evans 解釋說道。我們專注于專用和定制的“即用型”解決方案，以確保我們?nèi)阅軌蛘驹诟偁幏浅＜ち业尼t(yī)療技術市場的前沿。