Wenn korrekte Positionierung Leben rettet

Mit dem Laser Tracker als Referenz für Positionierungsaufgaben lassen sich die in der Strahlenbehandlung eingesetzten Protonenstrahlen zielgerichteter nutzen.

Die Anwendung von Laser Tracker Technologie zur korrekten Positionierung von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen oder bei der Montage ist in vielen Bereichen der industriellen Fertigung längst an der Tagesordnung. Die Genauigkeit, mit der die Position von Objekten in 3D erfasst werden kann, ist mit einigen Hundertstelmillimetern sehr hoch. Dementsprechend können solche Objekte durch die korrekte Verarbeitung der gemessenen Koordinaten extrem präzise positioniert werden.

Langsam, aber sicher finden diese bewährten Technologien den Weg aus der Fertigung in andere Bereiche, die eine mindestens ebenso hohe Präzision erfordern.

Dazu zählt beispielsweise die robotergestützte Positionierung von Patienten. Itel Telecomunicazioni aus Ruvo di Puglia in der italienischen Provinz Bari arbeitet derzeit unter dem Titel Robotised Patient Positioning System (RPPS) an einem solchen Projekt.

Das 1982 gegründete Unternehmen ist auf die Entwicklung und Montage von Systemen für Magnetresonanztomografie, bildgebende Diagnostik, Nuklearmedizin und moderne Strahlenbehandlung spezialisiert. Mit seinem starken Schwerpunkt auf Innovation und Forschung hat Itel Telecomunicazioni modernste Systeme entwickelt, die in 40 Ländern weltweit in Betrieb sind. Derzeit wird an der Fertigstellung eines innovativen Protonentherapiesystems zur Tumorbekämpfung gearbeitet.

Raffaele Andrea Prisco, der FuE-Leiter von Itel Telecomunicazioni, erklärt, wie der Leica Absolute Tracker AT401 von Hexagon Manufacturing Intelligence Teil des Systems wurde.

„Die Nuklearmedizin, die ursprünglich als modernes Diagnoseverfahren gedacht war, entwickelt sich rasant weiter und wird zunehmend für therapeutische Anwendungen – insbesondere zur Behandlung von Tumoren und Geschwülsten mit gebündelter Strahlung – eingesetzt. Wir arbeiten an einem Protonenbeschleuniger, der in der Lage ist, Energie sehr gezielt und in wesentlich höheren Dosen abzugeben als die Strahlungsvarianten (Photonen und Elektronen), die bisher verwendet wurden. Davon versprechen wir uns bei Tumoren und Geschwülsten eine Heilungsrate von fast 95 % im Vergleich zu derzeit 75 %. Dementsprechend nimmt auch der Anteil an Rückfällen und Metastasen langfristig ab. Die Eigenschaften des Protonenstrahls erlauben den hochdosierten Partikelbeschuss des Ziels bei geringer Strahlenbelastung des umliegenden gesunden Gewebes und damit die Reduktion der Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Nebenwirkungen, wie sie für die Strahlentherapie typisch sind.“

Beim Protonenbeschleuniger handelt es sich um eine große, extrem komplexe Maschine, die in einer Betonhülle eingeschlossen ist. Er ist für den Patienten, der im Behandlungsraum auf einer Liege liegt, die von zwei anthropomorphen Robotern von Kuka bewegt wird, vollkommen unsichtbar.

„Der Wirkungsgrad der Behandlung, ebenso wie die ballistische Präzision, mit der wir den Tumor im Körper des Patienten anzielen können, ist wesentlich höher. Angesichts der Abmessungen und Eigenschaften des Protonenbeschleunigers ist es unmöglich, diesen zu bewegen oder auszurichten. Aus diesem Grund mussten wir eine Möglichkeit finden, den zu behandelnden Patienten so genau wie möglich vor dem Beschleuniger zu positionieren. Die Liege kann durch ein Roboterpaar in jede beliebige Richtung im Raum gedreht werden. Weil der Protonenstrahl millimetergenau auf die Behandlungszone treffen muss, ist eine exakte Kontrolle und Korrektur der Position und Orientierung der Liege im Raum unerlässlich. An dieser Stelle kommt der Laser Tracker von Hexagon ins Spiel. Die Liege wird mit Reflektoren versehen, die vom Laser Tracker überwacht werden, um die Position des Patienten in Echtzeit zu verfolgen und bei Bedarf zu korrigieren. Durch die auf wenige Hundertstelmillimeter genaue Positionserfassung mit dem Laser Tracker wird sichergestellt, dass sich die Fehlerkette bei der Ausrichtung des Protonenstrahls auf wenige Millimeter beschränkt, damit höchstmögliche Effizienz und Sicherheit gewährleistet sind.“

Für diese sehr spezielle Anwendung reichte die Standardsoftware, die im Lieferumfang des Laser Trackers enthalten ist, nicht aus. Deshalb entwickelte das Team von Itel eine eigene Schnittstelle für die direkte Kommunikation mit der Firmware des Trackers, über die das System gesteuert werden kann.

„Die Nutzung des Laser Trackers war keine Innovation, die nur für dieses Projekt relevant ist“, so Priscos Bilanz. „Laser Tracker werden in unterschiedlichsten Branchen für eine Vielzahl von Steuerungs-, Positionierungs- und Ausrichtaufgaben eingesetzt. Da lag es nahe, auf dieses bewährte Messgerät zurückzugreifen, als wir die Anforderungen an das RPPS-System definiert haben. Die erzielten Ergebnisse waren genau wie erwartet: Überzeugend!“