核磁共振成像和計算機X線斷層掃描設(shè)備的兼容輔助系統(tǒng)設(shè)計
德國INNOMEDIC公司是一家主要從事醫(yī)療自動機械和手術(shù)輔助系統(tǒng)的開發(fā),、生產(chǎn)及銷售的供應(yīng)商,，在業(yè)界處于領(lǐng)先地位,。為了實現(xiàn)目前醫(yī)學(xué)輔助方法的最新創(chuàng)新，INNOMEDIC公司為核磁共振成像（MRI）和計算機X線斷層造影（CT）儀器的制造設(shè)計了兼容輔助系統(tǒng),。輔助系統(tǒng)是核磁共振成像和計算機X線斷層造影設(shè)備能夠進行安全,、精密的運動控制,、完成檢查和診斷程序的關(guān)鍵。因此,，系統(tǒng)的運動控制構(gòu)成了該設(shè)計的核心,。
病人的安全是至高無上的，這就意味著需要為醫(yī)生提供一個直觀的界面來控制該輔助系統(tǒng),，并采用具有高度精確性的高級伺服元件,。INNOMEDIC的核磁共振成像（MRI）和計算機X線斷層掃描（CT）兼容輔助系統(tǒng)的設(shè)計目的是能夠通過圖像引導(dǎo)對系統(tǒng)運動進行干預(yù)，從而實現(xiàn)迄今為止還處于市場空白的高度精確性和安全性,。
核磁共振成像（MRI）和計算機X線斷層掃描（CT）設(shè)備的狹小工作空間及其生成圖像的獨特方式，使得該輔助系統(tǒng)的設(shè)計極具挑戰(zhàn)性,。另外,，該系統(tǒng)必須包括一個故障安全控制結(jié)構(gòu)，以保障檢查的安全和可靠,。
項目設(shè)計與實施
經(jīng)過多方考慮,，INNOMEDIC將目光投向了MEI，采用其SynqNet® 伺服控制系統(tǒng),，設(shè)計完成INNOMEDIC輔助系統(tǒng),。SynqNet不但具有較高的運動控制性能，而且還具有遠程診斷能力,、驅(qū)動器/電動機固件的升級能力,、以及便于文件配置等特點，完美地滿足了INNOMEDIC輔助系統(tǒng)的設(shè)計要求,。更重要的是,，SynqNet在環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)中的“自修復(fù)”容錯功能，使該系統(tǒng)在連接錯誤或系統(tǒng)任一處節(jié)點完全斷線的情況下,，能夠進入一個受控的安全狀態(tài),。這是目前現(xiàn)有的其它運動網(wǎng)絡(luò)都不能提供的安全和可靠性能。由于該伺服系統(tǒng)設(shè)計的上述諸多特性,，使得該輔助系統(tǒng)能夠提供最高的安全系數(shù),。
“自修復(fù)”容錯功能
“自修復(fù)”容錯是指在發(fā)生實際斷線、連接松動或發(fā)生整個節(jié)點或多個節(jié)點故障情況下繼續(xù)保持運行的能力,。 SynqNet 是第一個可以在上述情況下連續(xù)工作的全數(shù)字式運動網(wǎng)絡(luò),。 “自修復(fù)”容錯特性對于提高任何運動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的安全性和可靠性來說都是十分關(guān)鍵的，而在冗余性對于成本節(jié)約和/或安全性至關(guān)重要的高價值和醫(yī)療應(yīng)用中尤其如此,。
在具有“自修復(fù)”容錯功能的系統(tǒng)中,，如果五個節(jié)點中有兩個出現(xiàn)故障，則 SynqNet 仍然能夠控制其余的三個節(jié)點,，將應(yīng)用做出標記,，然后執(zhí)行備用運動參數(shù),。 閉環(huán)可以確保在整個環(huán)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總有一個冗余的數(shù)據(jù)通路。SynqNet 可以將這個冗余通路用作輔助數(shù)據(jù)通道,。
另外,，“自修復(fù)”容錯功能可以對故障的位置進行精確定位，從而實施快速維護和維修,。萬一某個線段出現(xiàn)故障,，SynqNet 硬件會在兩個伺服循環(huán)內(nèi)重新找到數(shù)據(jù)通路，使網(wǎng)絡(luò)連接仍然可用,。同時,，應(yīng)用程序?qū)⒈桓嬷@一故障及其位置，從而使機器以適應(yīng)特定環(huán)境的方式做出響應(yīng),。例如,，可對一臺機器進行編程，以結(jié)束一個移動順序,，否則,，該移動順序可導(dǎo)致獨立（或連鎖）機器軸發(fā)生危險碰撞（或可造成重大損失的碰撞)。
結(jié)構(gòu)中的每個節(jié)點都有其自己的監(jiān)視定時器,，這樣即使主機或整個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障,，每個節(jié)點也會以一個可預(yù)知的安全方式做出響應(yīng)，以便平穩(wěn),、可控地關(guān)機,。 為了預(yù)測可能的網(wǎng)絡(luò)故障，SynqNet 在每個節(jié)點上都有一個傳輸錯誤計數(shù)器,。 任何錯誤計數(shù)（可由用戶定義）的不正常增加都可被用于提醒應(yīng)用軟件,，并在發(fā)生災(zāi)難性故障之前，找到潛在問題的位置,。
遠程故障診斷
100 BaseT的電氣隔離具有實實在在的可靠性,，SynqNet 就是使用 100BaseT CRC 進行錯誤校驗的。SynqNet利用實時節(jié)點信息的可用性,，可實現(xiàn)預(yù)測性維修保養(yǎng),、遠程故障診斷以及維修應(yīng)支持的體系。例如,，如果該節(jié)點是一個SynqNet 放大器,，則可通過用戶應(yīng)用程序，遠程,、實時訪問溫度等參數(shù),、故障和報警狀態(tài)、組態(tài)、驅(qū)動電機及編碼器信息,。
SynqNet 和固件（IEEE 1394）網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計上均可與大量節(jié)點相適應(yīng),。當各節(jié)點分布在一臺機器或工廠的周圍時，這些節(jié)點通常被定位到不同的接地域上,，該接地域可引入接地噪聲和環(huán)流,。在上述接地之間，IEEE 1394 電纜配有一個直流連接,，并可導(dǎo)致一個接地環(huán)路,，而接地電流會對 IEEE 1394 網(wǎng)絡(luò)的可靠性造成負面影響。這種影響包括數(shù)據(jù)信號降級和來自電纜的過大電磁干擾（EMI）,，其可轉(zhuǎn)變成錯誤的,、可能有危險的運動性能或系統(tǒng)關(guān)機。如果接地電流足夠高,，則可能造成系統(tǒng)組件損壞,，以及引起人員電擊危險。
IEEE 1394 網(wǎng)絡(luò)是為至／從遠程節(jié)點的源點和（或）轉(zhuǎn)發(fā)器電源而設(shè)計的,，以便使各節(jié)點不必配備各自的網(wǎng)絡(luò)功能電源。此功能與IEEE 1394 系統(tǒng)中所需要的高速信號傳輸速率相結(jié)合,，使得直流電纜隔離難以實施,。 相反，諸如100 BaseT（IEEE802.3）等行業(yè)標準網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及其它網(wǎng)絡(luò),，采用使用變壓器或光電耦合器的直流電纜隔離,。由于SynqNet 基于100 BaseT， 從而避免了1394 網(wǎng)絡(luò)中固有的電磁干擾（EMI）問題,。
除上述安全,、可靠性能外，INNOMEDIC系統(tǒng)的設(shè)計包含一個全數(shù)字多數(shù)據(jù)通訊路徑,，以控制關(guān)鍵的伺服氣動軸,。與正負10伏模擬系統(tǒng)相比，SynqNet全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)能夠提供強大的遠程診斷能力,、大量減少接線,，同時，在計算機X線斷層掃描（CT）引導(dǎo)的干預(yù)中,，減小對內(nèi)科醫(yī)生和病人的輻射劑量,。
設(shè)計效果與廣泛應(yīng)用
由于使用了INNOMEDIC系統(tǒng)，在核磁共振成像（MRI）和計算機X線斷層掃描（CT）中的圖像引導(dǎo)的干預(yù)無疑將更加有效,、快速,、安全且經(jīng)濟。內(nèi)科醫(yī)生無需額外輔助就能夠完成相應(yīng)的操作和干預(yù)。這也降低了總治療成本,。
該輔助系統(tǒng)可用于廣泛的應(yīng)用中,，包括：經(jīng)由皮膚的疼痛治療，組織間隙的腫瘤治療,，活組織檢查和脂濁度試驗（LITT）等,。
