Tecnología de accionamiento compacta que hace móvil la unidad TC de alta tecnología

La empresa medPhoton GmbH fue fundada por Heinz Deutschmann en 2012 como ramificación de la Paracelsus Medical Private University (Universidad Médica privada de Paracelso) y las clínicas estatales de Salzburgo (SALK). Junto con lo que inicialmente era un pequeño grupo de técnicos sanitarios y desarrolladores de software, este distinguido físico buscaba crear una “navaja suiza de las imágenes de diagnóstico“y lanzarla al mercado cuando empezó a trabajar por cuenta propia. En la actualidad, se construyen alrededor de 35 dispositivos aplicables de forma universal como estos cada año.”Nuestro Imaging Ring es un tomógrafo computarizado de alta resolución que no solo ofrece imágenes en dos y tres dimensiones, sino que también permite realizar fluoroscopias con rayos X pulsados. Este tipo de funcionalidad es ideal para tareas como la captura y digitalización de cambios anatómicos intraoperatorios”, explica Michael Hubauer-Brenner, director ejecutivo de operaciones en medPhoton, describiendo una solución que puede integrarse en una amplia variedad de procesos de tratamiento.

En oncología, la innovación de Salzburgo muestra su fortaleza a la hora de visualizar tumores y ofrecer irradiación dirigida, mientras que sus aplicaciones quirúrgicas incluyen la facilitación de una orientación en 3D para los cirujanos. “El origen de nuestra empresa proviene del campo de la radioterapia, en el que nuestros dispositivos se montan habitualmente en el techo o en la camilla de tratamiento. Estos entornos ofrecen suficiente espacio para dos o tres armarios de distribución, pero la situación es totalmente distinta en la cirugía guiada por imágenes asistida por ordenador”, señala Andreas Schippani, director ejecutivo financiero en medPhoton, en referencia a la habitual falta de espacio en los quirófanos. Con esto en mente, se trabajó por integrar la tecnología de automatización al completo en los brazos, patas y soportes de los Imaging Rings de última generación de TC. El diseño se vio facilitado por la compacidad de los componentes de Beckhoff utilizados y una arquitectura de sistemas descentralizada con control distribuido e inteligencia de accionamiento.

El robot móvil de procesamiento de imágenes Imaging Ring m/Loop-X se desarrolló en estrecha colaboración con Brainlab, especialista líder a nivel global en tecnología médica basada en software. Mide únicamente 182 x 87 x 189 cm y ofrece un rango de movimiento excepcional. “Se sostiene sobre dos patas, cada una de las cuales dispone de dos ruedas que pueden rotar de forma independiente en diferentes direcciones. Esto es lo que permite moverlo hacia delante, hacia atrás y en diagonal, y realizar rotaciones alrededor de su propio centro de gravedad o de cualquier otro punto de la sala, e incluso cambiarlo de un quirófano a otro en modo batería, todo ello de forma completamente autónoma. Todo lo que el operador debe hacer es introducir los comandos de navegación correspondientes en la tableta de control”, explica Armin Schlattau, jefe de desarrollo de automatización en medPhoton.

También es importante resaltar que el robot ofrece la máxima flexibilidad no solo en términos de movilidad, sino también de imagen. La disposición radial de la fuente de radiación y el detector, combinada con el movimiento simultáneo pero independiente, ofrece numerosas ventajas entre las que se incluyen la capacidad de alcanzar un campo visual tridimensional especialmente grande y la posibilidad de obtener imágenes no isocéntricas. “Esto significa que los pacientes no tienen que estar en el centro de la abertura del pórtico durante la radiografía, ya que el sistema posiciona la región de escaneado de forma completamente automática en el área pertinente”, describe Andreas Schippani. Su compañero, Armin Schlattau, añade: “Aunque el área del detector es pequeña, podemos generar imágenes panorámicas de forma dinámica desde diferentes ángulos moviendo continuamente los ejes individuales a distintas velocidades”. La interacción entre el total de los 26 ejes se orquesta mediante un PC industrial ultracompacto C6015 con una CPU quad-core Intel Atom. Sus medidas de tan solo 82 x 82 x 40 mm significan que requiere un espacio de instalación mínimo, lo que lo hace perfecto para el concepto de diseño del robot de procesamiento de imágenes, según medPhoton. Por un lado, el PC industrial coordina todas las tareas de control de movimiento y, por otro, funciona como un servidor TCP/IP que establece la conexión con el ordenador de procesamiento de datos de nivel superior mediante la TwinCAT ADS Communication Library.

Mediante el uso de la funcionalidad de discos de levas de TwinCAT NC Camming, medPhoton genera proyecciones láser en forma de líneas, cruces o rectángulos sobre el paciente como ayuda de posicionamiento óptico para todos los procesos de procesamiento de imágenes disponibles. Esta función establece relaciones no lineales entre los ejes maestros y esclavos. “Para calcular una imagen 3D volumétrica a partir de cientos de proyecciones en 2D, necesitamos saber exactamente en qué momento y desde qué ángulo se tomaron las diferentes imágenes. Cualquier error tendría unas consecuencias fatales ya que, al fin y al cabo, estamos hablando de intervenciones médicas”, resalta Michael Hubauer-Brenner con respecto a la importancia de las señales exactas con registro de tiempo. “No solo dependemos de la información precisa sobre la posición, sino que también medimos el tiempo que aplicamos rayos X desde cada dirección con una precisión de nanosegundos”, afirma Armin Schlattau, describiendo un proceso que utiliza equipos como el terminal de entrada digital EL1252 con función de marca de tiempo XFC.

En el robot de procesamiento de imágenes hay instalados más de 10 tipos de terminales diferentes de Beckhoff, incluidos componentes TwinSAFE como el EL1904 o EL6910, así como terminales de motor paso a paso EL7037, y terminales de servomotor EL7221-9014 con tecnología de cable único (OCT por sus siglas en inglés). “Cuando buscábamos un proveedor de tecnología de control para la versión móvil del Imaging Ring en la feria Smart Automation de Linz en mayo de 2017, Beckhoff nos impresionó desde un primer momento con su amplia variedad de productos disponibles en formato compacto”, recuerda Armin Schlattau. De acuerdo con el ingeniero de desarrollo de automatización, los principales argumentos a favor del especialista en automatización de Verl incluían el terminal de motor paso a paso con codificador incremental, la integración de un servoamplificador completo dentro de un terminal EtherCAT que mide tan solo 12 mm de ancho y la agrupación de una fuente de alimentación y un sistema de retroalimentación digital en tan solo un único cable de conexión del motor para los servomotores AM8121.

“Al tiempo que aumentamos la complejidad y el rendimiento de nuestro sistema, también fuimos capaces de reducir el espacio necesario para la tecnología de automatización a una décima parte”, afirma Michael Hubauer-Brenner, satisfecho con los resultados de una colaboración productiva que ha superado todas las expectativas hasta la fecha. Pero parece que la línea de meta todavía está lejos: “Sin duda habrá nuevos desarrollos para nuestros Imaging Rings y seguiremos esperando aportaciones creativas por parte de Beckhoff”, concluye Andreas Schippani. Balázs Bezeczky, jefe de la oficina de ventas de Beckhoff en Viena, responde planteando una idea de optimización inicial propia: “Con nuestros nuevos terminales de servomotor ELM72xx en carcasas de metal, sería posible alcanzar una compacidad todavía mayor en términos de tecnología de accionamiento. Es más, el modelo ELM72xx-9018 hace que sea posible mapear un paquete funcional Safe Motion completo con opciones de velocidad limitada de seguridad y posición limitada de seguridad”. Su invitación a una prueba con el modelo ELM72x2 de dos canales ya ha sido aceptada.