美國的一家醫療企業研發了治療癌癥的新型輻照技術。輻射治療需要使用多臺設備調整伽馬射線,
這些設備均由唯一的一臺網絡化運動控制裝置進行精確控制。maxon 電機、傳動裝置和控制系統確保動作精確。
位于 Oakwood Village(Ohio 俄亥俄州,美國)的 ViewRay 公司面臨一項任務,須構建多葉準直儀(MLC)。工
程師為最終產品設定的研發目標是要比市場上任何其他設備運行更精確。關于諸如電機、編碼器、變速器及電機控制模塊等基本組件,maxon
Precision Motors 公司受邀作為合作伙伴。ViewRay 是一家私人控股的醫療設備公司,研
發用于癌癥治療的具有前瞻性的輻照技術。ViewRay 設備可以在 MRT(核磁共振成像)放射治療期間不間斷地對軟組織進行視覺圖像檢測。利
用這種方式醫生可以清楚地看到輻射到細胞上的射線量,并根據患者個別的組織特征進行修正。ViewRay 的輻照設備總共由五個子系統無縫集成,
以便實現最佳的患者護理。最重要的子系統是:實時 MRT(核磁共振成像)、治療計劃、預測及優化射線量、軟組織實時成像,以及遠程評估和確認。
治療操作是在磁共振斷層掃描儀中進行,該掃描儀具有可旋轉的機架用于定位三個屏蔽鈷 60 源的三個多葉準直儀。
其他放射治療技術均在治療之前或之后生成圖像,而不是在射線放射時。這對于此類治療來說始終是一個問題,因為無法動態調整射線。
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軟組織的移動經常會造成治療過程中腫瘤推移以及整個軟組織受損。ViewRay 通過將 MRT(核磁共振成像)和放射治療技術結合使用,解
決了這個問題。通過在治療過程中和射線發射時不間斷地采集軟組織視覺圖像,ViewRay
設備可在治療過程中調整射線方向和射線量。
設計團隊解釋說:“MLC 電機控制系統是設備的重要部分之一。我們知道,由于鄰近 MRT 磁體以及因支架結構造成規格尺寸受限,其
研發工作屬于更富有挑戰性的任務之一。”在設備中使用了三個伽瑪射線源,均被安裝在獨立的屏蔽頭中。為 ViewRay 設計的 MLC
為雙焦點,使區域邊界更清晰,并類似傳統加速器生成半影。用此方式醫生可更安全地對患者進行治療。
EPOS2 數字式位置控制器
該團隊決定使用 maxon 的緊湊型數字式位置控制器 EPOS2 模塊 36/2,因為工程師可借助其小巧規格將 60
條控制運動的信道針對每個準直器進行集束。在放射治療設備主板上可裝配 30個 EPOS 模塊,每個準直器配有兩塊主板。每臺
ViewRay 設備均需要三個這樣的準直器,設備中三個屏蔽頭中每個配備一個準直器。配備了一個靈活高效的功率放大器,每個 EPOS
模塊控制一個帶數字編碼器的
直流電機。maxon 電機是專門作為 CANopen
網絡中的從站節點而設計。最大輸出功率為 2 安培,通過
11–36-V 電源供電。ViewRay 團隊使用 EPOS2 固件與控制系統連接,該固件容易操作并具備監視功能,從
而滿足控制系統的要求。
電機、變速器和編碼器等 180 個組件
每個準直器由 60 個葉片組成,以每列 30 個成對排布。因為設備由三個準直器組成,所以一共使用有 180 個 EPOS 控制器和
180 個電機、編碼器和變速器組件。
MLC 安裝在支架上,以便能夠相應于目標點位置完成三個伽瑪射線源的準直。在支架駛至其位置的過程中,準
直器的每個葉片均根據治療計劃進行定位。為此 CANopen 總線的指令將傳送到相應節點處。每個節點均由電機、編碼器、變速器和控制器組成。
由此可以得到精確校準的狀態,
滿足患者治療計劃的要求。
設備中使用的 180 個電機,均為有刷的 RE 16
直流電機,功率為 4.5 瓦。每個電機的運行轉數均達到每分鐘 11000。
其設計中沒有磁性齒槽,這相對于常規設計的電機來說具有很大的優勢,尤其是在運行速度較低時。當 GP 16 A 行星齒輪箱針對 1
厘米/秒的定位速度提供適當扭矩時,霍爾效應編碼器 MENC 13 確保精確的電機控制。