醫療技術：使用嵌入式控制器、EtherCAT 和步進電機系統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，附加的 EtherCAT 節點使用 EK1100 系列 EtherCAT 耦合器來分配附加的 I/O 到整個系統中。

“基于 PC 和 EtherCAT 的控制平臺能夠實現微秒范圍內的高速控制處理，這會給 Mobetron® 系統的性能帶來直接積極的影響。Shura Kretchetov 繼續說道。由 Mobetron® 采集到的所有系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，主要用于治療各種類型的癌癥

復雜的驅動技術解決方案

為了確保 Mobetron® 上使用的運動控制系統能夠節省空間，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 的控制系統幫助我們實現這一安全性。”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 端子模塊來建立與其它通訊協議（如 PROFIBUS 或串行通訊協議）的連接。EL6731 從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，我們開發了我們的治療機架構，讓我們能夠從簡單的 PLC 控制器轉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控 Mobetron® 術中電子放療系統，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化我們的遠程診斷功能，提高系統效率。” Andy Merrill 補充說道。

Mobetron® 的控制系統，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 PLC 的第一代治療機相比，使用基于 PC 的控制系統讓每臺機器都能夠節省約 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® 癌癥治療系統更加易于生產、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 繼續成功向這一目標邁進，一方面創建出更靈活、高效和經濟的 IOERT，另一方面將用于其它醫療應用的新機器引入市場。“未來，我們想要創建一個具有良好開放性的通用系統，可以用于所有類型的醫療應用，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，以確保我們仍能夠站在競爭非常激烈的醫療技術市場的前沿。