Perché il trattamento sia efficace la diagnosi di una malattia deve essere tempestiva. Grazie alle moderne procedure diagnostiche, interventi chirurgici rischiosi, e il relativo stress per il paziente, non sono più necessari. Gli scanner per tomografia computerizzata (CT) sono in prima linea in termini di diagnostica ‘non invasiva’ e sono utilizzati praticamente in ogni disciplina medica. Allo stesso tempo, la tecnologia di scansione ha continuato a migliorare, al punto che i risultati dell’imaging prodotti dai moderni dispositivi hanno ora davvero poco in comune con le prime immagini radiografiche, pur utilizzando la stessa tecnica di base.
Ad esempio, la tomografia computerizzata spirale utilizza migliaia di visualizzazioni in sezione, elaborate tramite computer per creare immagini tridimensionali delle parti del corpo esaminate. Per ottenere questo risultato, l’unità di radiazione/scansione, detta ‘gantry’, ruota ad alta velocità attorno al paziente, il quale viene gradualmente spostato orizzontalmente attraverso la macchina. Mentre i dispositivi di prima generazione necessitavano di ore per una singola rotazione, i tempi di rotazione odierni possono essere inferiori a 500 millisecondi.
Movimenti adeguati
Comprensibilmente, questi dispositivi di precisione altamente sviluppati impongono requisiti molto stringenti in termini dei componenti adibiti al movimento al loro interno. In particolare, il movimento del paziente in relazione alle unità di scansione deve essere fluido e preciso; con una rotazione e una scansione ultra veloci, la precisione è un fattore d’importanza fondamentale. Al giorno d’oggi, il gantry viene ruotato tramite motori ad anelli di grandi dimensioni o, più recentemente e frequentemente, da motori lineari induttivi con un campo elettromagnetico mobile. Questo campo aziona l’unità di scansione tubolare, che può pesare fino a una tonnellata, proprio come un treno a levitazione magnetica.
In primo luogo, i sistemi di controllo del movimento devono assicurare che il lettino del paziente si sposti con precisione e fluidità, senza alcun contraccolpo. Deve inoltre consentire regolazioni molto precise. In generale, anche la minima irregolarità in termini di questo movimento orizzontale potrebbe disturbare la qualità dell’immagine e rendere l’intera scansione inutilizzabile. Questo significherebbe esporre il paziente a una seconda dose di radiazione con un’altra scansione.
Il sistema di controllo del movimento deve essere altamente affidabile, in modo da escludere il più possibile artefatti ed eliminare la possibilità di scansioni non riuscite. È inoltre vero che molti pazienti trovano gli esami CT un’esperienza sgradevole a causa dello spazio limitato all’interno dello scanner. Spesso, queste condizioni possono scatenare attacchi di panico causati da claustrofobia.
In questo contesto, la ripetizione della procedura a causa di un problema non solo comporterebbe un carico supplementare di radiazioni, ma in molti casi anche un inutile stress psicologico. Per queste ragioni, solo sistemi di controllo del movimento con un elevato livello di affidabilità devono essere considerati per l’uso in scanner CT.
Maggiore comfort
I severi requisiti attesi in termini di silenziosità e bassi livelli di generazione di rumore rendono questo processo più confortevole per i pazienti. Ogni decibel in meno in questa fase aiuta il paziente a rilassarsi. Questo riduce l’incidenza di movimenti involontari del paziente, che possono rendere la scansione inutilizzabile. Componenti del sistema di controllo del movimento silenziosi agevolano inoltre la comunicazione fra il personale medico e il paziente. Se il paziente non è in grado di comprendere chiaramente un’istruzione, come, per esempio, trattenere il respiro, la scansione può non ottenere i risultati desiderati.
Requisiti fondamentali, come la regolazione della velocità e la capacità di carico, devono essere inoltre offerti dai sistemi di controllo del movimento. Le norme di sicurezza attualmente in vigore prevedono un carico massimo sul lettino di 280 kg. Questo valore è destinato ad aumentare fino a 340 kg nel prossimo futuro. Questo significa che il sistema di controllo deve essere in grado di movimentare questo tipo di carico in modo affidabile.
La velocità di rotazione sempre più rapida dell’unità di scansione tubolare dei dispositivi di ultima generazione, resa possibile dall’utilizzo di motori lineari induttivi, significa anche che il lettino del paziente deve essere movimentato sempre più velocemente. La velocità di movimentazione richiesta va da 10 a 100 mm/s.
La richiesta di una maggiore velocità e capacità di carico deve essere bilanciata con la necessità di utilizzare motori sempre più compatti. Tutti i componenti dei dispositivi medici devono essere completamente sigillati e poiché nel gantry lo spazio disponibile è estremamente ridotto, esistono limitazioni anche per le dimensioni fisiche del motore. Per questo motivo, è necessario utilizzare servomotori veloci e relativamente piccoli, con un sistema di ingranaggi che riduca la velocità del motore e aumenti la coppia di uscita.
I riduttori epicicloidali
Nelle applicazioni medicali, questo aumento della coppia, assieme a un funzionamento fluido, possono essere ottenuti con riduttori epicicloidali, i quali utilizzano un sofisticato design che prevede 3-5 ingranaggi cilindrici a denti dritti, i cosiddetti ingranaggi epicicloidali, che ruotano intorno a un pignone centrale, o ‘ingranaggio solare’.
Il vantaggio principale dei riduttori epicicloidali è che tutti gli ingranaggi epicicloidali condividono il carico collegato all’albero di uscita, con una capacità di carico superiore a quella di un semplice ingranaggio cilindrico per una determinata scatola di trasmissione. Grazie a questa condivisione del carico, i riduttori epicicloidali offrono una vita in servizio più lunga rispetto ad altri tipi di riduttori, riducendo le esigenze di manutenzione e i tempi di inattività.
Il design dei riduttori epicicloidali offre inoltre l’uscita di coppia massima, con alta efficienza e precisione. In questo modo, le dimensioni del servomotore possono essere ridotte, contenendo le dimensioni complessive delle attrezzature mediche. I riduttori epicicloidali offrono anche un gioco ridotto, eliminando eventuali errori di posizionamento e riducendo vibrazioni e rumore.
Thomson vanta sei decenni di esperienza nella produzione di riduttori ad alta precisione, con una gamma esaustiva di riduttori Micron True Planetary appositamente realizzata per le applicazioni medicali. Sette famiglie di riduttori offrono ingranaggi elicoidali bombati, in grado di ridurre le vibrazioni, ideali per il funzionamento fluido, silenzioso e senza strappi richiesto dagli scanner CT. Gli ingranaggi elicoidali sono dotati di denti posizionati angolarmente rispetto alla mezzeria dell’albero motore, offrendo in questo modo un rapporto di contatto superiore. Il risultato è il 30-50% in più di capacità di coppia rispetto agli ingranaggi planetari di tipo cilindrico, con una maggiore capacità di carico e di condivisione del carico stesso e un funzionamento più fluido.
Prodotti dedicati
L’UltraTruetm, secondo il costruttore, è il riduttore più silenzioso e dal funzionamento più fluido e scorrevole attualmente disponibile sul mercato. Le elevate capacità di coppia di UltraTrue e ValueTrue offrono quindi un’affidabilità e fattori di sicurezza superiori, fondamentali in molte applicazioni mediche. Altre gamme sono la Xtruetm, conforme alla Direttiva UE 2002/95/CE (RoHS) e l’AquaTruetm, una famiglia di riduttori epicicloidali resistenti alla corrosione e a tenuta stagna (protezione IP66/IP67/IP69K), che offre impermeabilità all’acqua e ai disinfettanti, essenziale in alcune applicazioni mediche.
I progettisti di dispositivi medici non solo hanno a disposizione una vasta selezione di componenti tra cui scegliere, ma traggono vantaggio dal fatto che i componenti sono perfettamente compatibili fra loro, con un notevole risparmio di tempo nella pianificazione. L’innovativo sistema RediMount di Thomson offre un’installazione priva di errori dei riduttori su qualsiasi motore, consentendo un’agevole sostituzione dei motori stessi. Strumenti online possono aiutare a selezionare il riduttore corretto e altri componenti per l’applicazione.
Thomson vanta una vasta esperienza nella progettazione e test di soluzioni medicali per lo sviluppo di prodotti in collaborazione con i costruttori dei dispositivi. Lo strumento gratuito MicronMotioneering di Thomson (www.micronmotioneering.com) consente di dimensionare i riduttori in modo semplice ed estremamente preciso. Consente inoltre ai clienti di scegliere fra una vasta gamma di opzioni di configurazione grazie a parametri applicativi reali e profili di movimento avanzati, risparmiando sui tempi di progettazione e ottimizzando il rapporto fra prestazioni e costi di installazione. Le opzioni includono download dei modelli in 3D, prezzi di listino, tempi di consegna e dettagliate informazioni per le ordinazioni.
Cosa dire
Quello delle apparecchiature medicali è mercato competitivo, in rapido sviluppo, con gli OEM che ricercano vantaggi tecnici e di costo sulla concorrenza. Questo aspetto, assieme ai regolamenti in continua evoluzione e le nuove opportunità, sta stimolando l’innovazione e le prestazioni nel campo del controllo del movimento. Naturalmente, il controllo del movimento richiede molto di più di semplici riduttori.
Thomson è da tempo specializzata nel supporto dei produttori di dispositivi medici, con una gamma di prodotti completa che offre soluzioni quali cuscinetti lineari, guide lineari, viti a circolazione di sfere e viti conduttrici, frizioni e freni, attuatori lineari elettrici ad asta e sistemi di controllo del movimento pre-assemblati completi.