Maschine zum Vermessen
des optischen Tracking-Systems

Maschine zum Vermessen des optischen Tracking-Systems
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XYZ-System von ISEL Germany AG für die genaue Positionierung eines Reflektorblocks in einem Kubus von 1 x 1 x 1 m
14.09.2016 | Mit einem von Varian Medical Systems entwickelten optischen Trackingsystem können beim CT-Scannen scharfe 3D-Röntgenbilder erzeugt und damit Tumore exakt lokalisiert werden. Ein Messsystem von Teltec Systems AG unterstützt die Entwicklung.

Bei der Behandlung von Krebspatienten gibt es grundsätzlich drei verschiedene Therapiemöglichkeiten. Je nach Typ und Lage des Tumors entscheidet der Arzt, welcher Behandlungsweg am sinnvollsten ist und am ehesten Erfolg verspricht. Neben der Tumoroperation und einer Chemotherapie besteht die Option einer Bestrahlung mit hochenergetischen Röntgenstrahlen. In der Strahlentherapie ist eine genaue Bestrahlung entscheidend, so dass das komplette Tumorgewebe bestrahlt wird, das gesunde umliegende Gewebe aber verschont bleibt.

 

Eine besondere Herausforderung hierbei ist die Bestrahlung von Tumoren im Brustbereich. Während der Patient bei der Behandlung atmet, hebt und senkt sich der Brustkorb und damit auch der Tumor. Eine punktgenaue Bestrahlung des Tumors ist daher kaum möglich. Bisher wurde das Strahlenfeld einfach vergrössert und damit auch gesundes Gewebe bestrahlt. Vor allem für jüngere Patienten besteht dadurch ein erhöhtes Risiko, durch die Bestrahlung des gesunden Gewebes mit der Zeit erneut einen Tumor zu entwickeln. Dies zu verbessern, ist ein Forschungsgebiet von Varian Medical Systems.

 

Optisches Trackingsystem für scharfe 3D-Röntgenbilder

Voraussetzung für eine genaue Behandlung eines Tumors ist dessen exakte Lokalisierung. Mit Hilfe eines CT-Scanners werden die Position und die Form des Tumors bestimmt, auch eventuelle Metastasen werden lokalisiert. Aus den Daten des Scanners wird ein hochauflösendes Röntgenbild in 3D erstellt. Doch auch beim Scannen besteht das Problem, dass der Patient atmet und sich der Brustkorb bewegt. Beim Zusammensetzen des 3D-Bildes erscheint dieser Bereich unscharf. Die Lösung hierfür ist ein von Varian Medical Systems entwickeltes optisches Trackingsystem, welches die Atmungsbewegung in Echtzeit aufzeichnet. Dafür wird ein Reflektorblock mit vier Reflektorstellen in einer definierten Geometrie dem Patienten auf die Brust gelegt und mit Infrarotlicht bestrahlt. Während der Atmung verändert sich die gemessene Geometrie der Reflektorstellen und es kann eine Atmungskurve erstellt werden. Diese Atmungskurve wird an den CT-Scanner übergeben. Unter Einberechnung der Atmungskurve kann der CT-Scanner scharfe 3D-Bilder erzeugen.

Tracking für scharfe 3D-Röntgenbilder

Tracking für scharfe 3D-Röntgenbilder
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XYZ-System von ISEL Germany AG für die genaue Positionierung eines Reflektorblocks in einem Kubus von 1 x 1 x 1 m
Maschine zum Vermessen des optischen Tracking-Systems

«Für unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben wir eine Maschine oder ein mechanisches System gesucht, um das optische Trackingsystem ausmessen zu können und um Spezifikationen zu testen», erklärt Benjamin Wyrsch, Projektverantwortlicher bei Varian Medical Systems. Ursprünglich war eine Koordinatenmessmaschine dafür oberste Priorität. Doch es stellte sich heraus, dass eine neue Maschine den Budget­rahmen bei Weitem gesprengt hätte und eine Occasionsmaschine veraltete Komponenten enthalten hätte. «Dann sind wir mit Teltec ins Gespräch gekommen», berichtet B. Wyrsch und ergänzt: «Auf Grund dessen sind wir zu dem Schluss gelangt, dass wir mit Teltec die für uns optimale Lösung realisieren können.» Zusammen mit Teltec Systems wurde ein mechanisches System inklusive Steuerung komplett aus Bauteilen von Isel, einem deutschen Anbieter von Komponenten in den Bereichen Mechanik, Elektronik und Software, entwickelt. Das Fundament dieses Systems besteht aus einem optischen Arbeitstisch der Firma Opta, welcher bei niedriger Dichte optimale Steifigkeit und Dämpfung bietet.

Anforderung: Genauigkeit im Raum

Anforderung: Genauigkeit im Raum
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Das System bietet die Möglichkeit, den Reflektorblock in einem Kubus von 1?x?1?x?1 Metern zu positionieren und zu bewegen. Der entwickelte 3-Achsen-­Messtisch dient als Referenztisch für das optische Trackingsystem und arbeitet mit einer Positioniergenauigkeit von ±0,3 mm in der X- und der Z-Achse (lateral und vertikal), in der Y-Achse (longitudinal) liegt die Positioniergenauigkeit bei ±0,5 mm. Die Reproduzierbarkeit eines Punktes liegt bei ±0,1 mm. «Die grösste Herausforderung und entscheidend für uns ist gewesen, die absolute Genauigkeit eines Punktes im Raum genau messen zu können», berichtet B. Wyrsch über die besonderen Anforderungen bei Messungen in die Tiefe.

Für die Ausmessung des optischen Trackingsystems wurden verschiedene Messpunkte im Raum definiert, insgesamt sind es 120 Messpunkte. Zwischen den gemessenen Ist-Werten und den definierten Soll-Werten wird ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt, die Differenz definiert schlussendlich die Genauigkeit des Scanners. Gegenüber manueller Messung ist das entwickelte Mess-System wesentlich schneller und auch genauer. «Dieses 3-Achs-Mess-System ist genau abgestimmt auf unsere Bedürfnisse bei Varian, in Bezug auf den Preis, Flexibilität und Funktionalität. Es ist genau das, was wir hier brauchen», fasst B. Wyrsch zusammen.

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