Una nuova tecnologia per la radioterapia.

Un'azienda statunitense attiva nel settore medicale, la ViewRay (Oakwood Village USA), ha sviluppato una nuova tecnologia radioterapica per il trattamento del cancro. L'adattamento delle radiazioni gamma necessario per questa terapia richiede l'uso di diversi apparecchi, pilotati da un unico dispositivo di controllo del moto collegato in rete. Motori, riduttori, motherboard e controller di maxon motor garantiscono un'alta precisione dei movimenti.

La società ViewRay di Oakwood Village (Ohio, USA) si era posta come obiettivo la realizzazione di un collimatore multilamellare (MLC). I suoi ingegneri puntavano a sviluppare un prodotto finale che fosse in grado di operare in modo più preciso rispetto a tutti gli altri apparecchi già presenti sul mercato. Nella ricerca di un partner per la fornitura di componenti fondamentali quali motori, encoder, riduttori e moduli per il controllo dei motori, la scelta è caduta su maxon Precision Motors. ViewRay è un'impresa privata attiva nel settore dell'ingegneria medica che sviluppa tecnologie radioterapiche all'avanguardia per la cura del cancro. L'impianto ViewRay consente una visualizzazione ininterrotta dei tessuti molli durante la radioterapia con risonanza magnetica. I medici possono così individuare con precisione i punti in cui la dose di radiazioni colpisce le cellule e apportare opportune correzioni in funzione delle particolari caratteristiche anatomiche dei singoli pazienti. L'impianto per radioterapia ViewRay è costituito complessivamente da cinque sottosistemi, completamente integrati tra loro per garantire ai pazienti una cura ottimale. Questi sottosistemi sono: risonanza magnetica in tempo reale; pianificazione del trattamento; previsione e ottimizzazione della dose di radiazioni; rappresentazione in tempo reale dei tessuti molli; valutazione e conferma via accesso remoto. Il trattamento viene effettuato in un tomografo MRI a risonanza magnetica dotato di un telaio girevole per il posizionamento delle tre sorgenti di cobalto 60 con tre collimatori multilamellari.

Negli altri sistemi di radioterapia le immagini venivano generate prima o dopo il trattamento, ma non durante la fase di irraggiamento. Ciò costituiva spesso un problema dal punto di vista terapeutico, in quanto escludeva la possibilità di una regolazione dinamica delle radiazioni. I movimenti dei tessuti molli causavano inoltre spesso uno spostamento del tumore nel corso del trattamento, con conseguenti danni all'intero tessuto. ViewRay ha risolto il problema impiegando una combinazione di tecnologie di risonanza magnetica e radioterapia. Grazie alla visualizzazione ininterrotta dei tessuti molli durante il trattamento e nella fase di irraggiamento, gli impianti ViewRay permettono di modificare la direzione e il dosaggio delle radiazioni a trattamento in corso.
Questo è il primo sistema di radioterapia MRI (Magnetic Resonance Imaging).

Il team di progettazione spiega: “Il sistema di controllo dei motori dell'MLC è uno degli aspetti critici dell'impianto. Sapevamo che svilupparlo sarebbe stato per noi uno dei compiti più impegnativi, a causa della vicinanza ai magneti per la risonanza e alle limitazioni dimensionali dovute alla struttura del telaio.” Il sistema utilizza tre sorgenti di radiazioni gamma, integrate in testate schermate separate. L'MLC di ViewRay è realizzato con doppia messa a fuoco: i margini del campo visualizzato appaiono più nitidi e si producono delle zone di penombra come negli acceleratori convenzionali. Ciò permette ai medici un più elevato grado di sicurezza nel trattamento dei pazienti.

Il team di ingegneri ha scelto il controllo di posizione compatto EPOS2 Module 36/2 di maxon perché, con le sue dimensioni ridotte, offriva la possibilità di collegare 60 canali per il comando del movimento per ogni collimatore. Su una scheda madre è possibile installare trenta moduli EPOS2, e ogni collimatore dispone di due schede madri. Per ogni impianto ViewRay sono necessari tre collimatori, uno per ognuna delle tre testate. I controllori EPOS2 sono controlli di posizione completamente digitali, progettati per essere utilizzati come moduli plug-in in motherboards customizzati per formare sistemi di controllo per multiasse. Ogni modulo EPOS2, dotato di uno stadio di potenza flessibile ed altamente efficiente, controlla un motore DC a corrente continua con encoder digitale. Gli EPOS2 sono concepiti appositamente per il funzionamento come nodi slave all'interno di una rete CANopen. La corrente continua massima in uscita è di 2 A; la tensione di alimentazione è compresa nel range 11–36 V. Il firmware dell’EP S2 offre modalità operative e funzioni di monitoraggio facilmente configurabili e corrisponde così alle esigenze dell'applicazione.

180 gruppi motore-riduttore-encoder

Ogni collimatore è composto da trenta coppie di lamelle poste una di fronte all'altra, per un totale di sessanta lamelle. Poiché l'intero impianto è costituito da tre collimatori, in esso viene installato un totale di 180 controller EPOS2 e di 180 gruppi comprendenti motore, encoder e riduttore. Gli MLC sono montati su un telaio che consente la collimazione delle tre sorgenti di radiazioni gamma in funzione della posizione del punto target. Mentre il telaio si porta in posizione, ogni singola lamella del collimatore viene posizionata secondo il piano di trattamento. A tale scopo i comandi di posizione vengono trasmessi al nodo corrispondente tramite il bus CANopen. Ogni nodo è costituito da motore, encoder, riduttore e sistema di controllo . In questo modo si ottiene una forma allineata in modo preciso e corrispondente alle indicazioni del piano di trattamento del paziente.

I 180 motori utilizzati nell'impianto sono motori DC con spazzole a corrente continua RE 16 da 4,5 watt. Ogni motore può raggiungere velocità di esercizio fino a 11.000 giri/min.

Grazie alla loro speciale concezione, questi motori non presentano cogging magnetico - un grande vantaggio rispetto ai motori tradizionali, specialmente per il funzionamento a velocità ridotte. Gli encoder a effetto Hall MENC 13 garantiscono un controllo preciso dei motori, mentre i riduttori planetari GP 16 A forniscono la coppia necessaria per una velocità di posizionamento di 1 cm/s.

 © maxon motor ag

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