醫療技術：使用嵌入式控製器、EtherCAT 和步進電機係統精確控製和校準電子束技術

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

總部位於(yu) 美國加利福尼亞(ya) 州森尼韋爾的 IntraOp Medical 公司開發了一款名為(wei) 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(ya) 洲的一些診所和醫院都在使用這款設備來治療各種癌症。Mobetron® 能夠用高密度的射線束精確對瘤灶區進行放療，徹底殺滅殘餘(yu) 癌症細胞。在大部分案例中，這樣可消除或至少減少術後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® 還可以幫助降低癌症治療的費用。”IntraOp Medical 公司工程與(yu) 運營部副總裁 Andy Merrill 解釋說道。

嵌入式控製器控製電子放射治療

IntraOp Medical 采用 Beckhoff 基於(yu) PC 的控製係統對其第二代移動式射線加速器進行自動化改造。“使用開發式 PC 控製解決(jue) 方案讓我們(men) 能夠滿足我們(men) 在電氣工程方麵的重要戰略需求。CX5020 係列嵌入式控製器是結構緊湊、性能高且靈活的控製器。”IntraOp Medical 公司物理學家 Shura Kretchetov 如此說道。所有控製功能都夠通過 TwinCAT PLC 和 TwinCAT NC PTP 自動化軟件運行。它控製 Mobetron® 的所有自動功能，包括將射線束直接照射到感染區所用的的小型射線加速器。

“我們(men) 使用處理能力更高的 CX5020，以便持續整合新功能到控製器中，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(ce) ，附加的 EtherCAT 節點使用 EK1100 係列 EtherCAT 耦合器來分配附加的 I/O 到整個(ge) 係統中。

“基於(yu) PC 和 EtherCAT 的控製平台能夠實現微秒範圍內(nei) 的高速控製處理，這會(hui) 給 Mobetron® 係統的性能帶來直接積極的影響。Shura Kretchetov 繼續說道。由 Mobetron® 采集到的所有係統和過程數據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，主要用於(yu) 治療各種類型的癌症

複雜的驅動技術解決(jue) 方案

為(wei) 了確保 Mobetron® 上使用的運動控製係統能夠節省空間，IntraOp Medical 公司使用 Beckhoff 的 EL7031 和 EL7041 的步進電機控製模塊和 AS1060 係列緊湊型步進電機，不需要單獨的驅動器。步進電機控製模塊確保精確控製和校準射線束。“當然，確保精確控製機器運動和治療過程是病人健康和安全的關(guan) 鍵，基於(yu) PC 和 EtherCAT 的控製係統幫助我們(men) 實現這一安全性。”Andy Merrill 解釋說道。

CX5020 嵌入式控製器以及直連的 I/O 端子模塊，結構設計上非常緊湊，在控製櫃中僅(jin) 會(hui) 占用很小的空間

通過各種接口實現靈活的設備連接

除了能夠通過以太網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(yu) 其它通訊協議（如 PROFIBUS 或串行通訊協議）的連接。EL6731 從(cong) 站端子模塊能夠完全集成 PROFIBUS 設備到 EtherCAT 網絡中，無需添加 PCI 接口卡。同樣，通過 EL6021 串口端子模塊可輕鬆連接帶 RS422 或 RS485 接口的設備。

“通過集成 Beckhoff 的控製技術，我們(men) 開發了我們(men) 的治療機架構，讓我們(men) 能夠從(cong) 簡單的 PLC 控製器轉換到使用高性能的開放式 PC 控製平台，從(cong) 而為(wei) 我們(men) 帶來了更多的靈活性。”Andy Merrill 說道。通過集成基於(yu) PC的控製平台，能夠以更高的精度更輕鬆地監控 Mobetron® 術中電子放療係統，這在癌症治療的高安全標準方麵有重大意義(yi) 。“PC 控製解決(jue) 方案意味著我們(men) 能夠更好地監測和控製我們(men) 的治療機上的各種組件，同時它還能夠幫助我們(men) 優(you) 化我們(men) 的遠程診斷功能，提高係統效率。” Andy Merrill 補充說道。

Mobetron® 的控製係統，由一台嵌入式控製器 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。它控製 Mobetron® 的所有自動功能，包括將射線束直接照射到感染區所用的的小型射線加速器。IntraOp

Medical 使用 Beckhoff 的 EL7031 好 EL7041 步進電機控製模塊和 AS1060 係列步進電機來精確校準射線束

基於(yu) PC 的控製平台帶來的另一個(ge) 意義(yi) 就是顯著縮短工程時間。“與(yu) 裝配了傳(chuan) 統 PLC 的第一代治療機相比，使用基於(yu) PC 的控製係統讓每台機器都能夠節省約 36 個(ge) 小時的設計和裝配時間，從(cong) 而讓我們(men) 每個(ge) 月的機器的出貨量翻倍。Shura Kretchetov 闡述道。他繼續補充道：“總的說來，由於(yu) 集成了 Beckhoff 的控製技術，我們(men) 的 Mobetron® 癌症治療係統更加易於(yu) 生產(chan) 、故障排除和維護；保守估計，我們(men) 的總控製成本減少了 20 %”。

受到這些好結果的鼓勵，IntraOp Medical 繼續成功向這一目標邁進，一方麵創建出更靈活、高效和經濟的 IOERT，另一方麵將用於(yu) 其它醫療應用的新機器引入市場。“未來，我們(men) 想要創建一個(ge) 具有良好開放性的通用係統，可以用於(yu) 所有類型的醫療應用，如整形手術、燒傷(shang) 治療、抗感染和病毒等，不一而足。”Andy Evans 解釋說道。我們(men) 專(zhuan) 注於(yu) 專(zhuan) 用和定製的“即用型”解決(jue) 方案，以確保我們(men) 仍能夠站在競爭(zheng) 非常激烈的醫療技術市場的前沿。