In der Ruhe liegt die Präzision

CT-Scanner werden in praktisch allen medizinischen Disziplinen eingesetzt. Im Laufe der Jahre haben technologische Entwicklungen mehrere Gerätegenerationen hervorgebracht, die immer bessere Ergebnisse liefern und die Patienten einer immer geringeren Strahlungsdosis aussetzen. Gleichzeitig hat sich die Abtast-Technologie weiterentwickelt. So verwendet beispielsweise ein Spiral-CT mehrere tausend Schnittbilder, die im Computer verarbeitet und zusammengesetzt werden, um dreidimensionale Darstellungen der untersuchten Körperregionen zu erzeugen. Zu diesem Zweck dreht sich die als Tunnel oder Gantry bezeichnete Strahlungs-/Erfassungseinheit in hoher Geschwindigkeit um den Patienten, der in horizontaler Richtung ruckfrei hindurchbewegt wird. Während die Geräte der ersten Generation noch mehrere Stunden für eine Umdrehung benötigten, erreichen moderne CTs Umdrehungszeiten von unter 500 ms.

Entsprechend hohe Anforderungen stellen diese hochentwickelten Präzisionsgeräte an die eingebauten Antriebskomponenten. Im Besonderen muss die Bewegung des Patienten im Verhältnis zu den Abtastvorrichtungen sowohl absolut stoßfrei als auch präzise erfolgen – je schneller die Rotation der Vorrichtungen, und damit der Abtastvorgang, umso mehr Präzision ist erforderlich. Heutzutage erfolgt die Tunnelrotation entweder durch große Schleifringläufer-Motoren oder neuerdings durch induktive Linearmotoren mit einem wandernden elektromagnetischen Feld. Dieses Feld bewegt die bis zu einer Tonne schwere, röhrenförmige Erfassungseinheit nach dem Prinzip der Magnetschwebebahn.

Die für die horizontale Bewegung des Patiententisches verantwortliche Antriebstechnologie muss gleich eine ganze Reihe von Anforderungen erfüllen. Zunächst müssen die Antriebssysteme sicherstellen, dass sich der Patiententisch präzise und vollkommen ruckfrei bewegt. Außerdem muss eine besonders feine Justierung möglich sein. Schon die kleinste Ungleichmäßigkeit im Bereich dieser Horizontalbewegung kann die Darstellungsqualität beeinträchtigen und die gesamte Aufnahme unbrauchbar machen. Um so viele Störungen oder Fehler wie irgend möglich auszuschließen, muss das Antriebssystem zuverlässig funktionieren. Nicht zu vergessen, dass viele Patienten CT-Untersuchungen angesichts der Enge in der Röhre als sehr unangenehm empfinden. Diese beengten Verhältnisse können klaustrophobische Panikattacken hervorrufen.

Weitere Herausforderungen für Antriebssysteme sind grundlegende Erfordernisse wie eine verstellbare Geschwindigkeit und hohe Tragzahlen. Die derzeit geltenden Sicherheitsvorschriften beziffern die maximale zulässige Last des Tisches auf 280 kg. Dieser Wert soll in Kürze auf 340 kg angehoben werden. Das heißt, das Antriebssystem muss in der Lage sein, ein derart hohes Gewicht zuverlässig zu bewegen. Die immer höheren Rotationsgeschwindigkeiten der röhrenförmigen Erfassungseinheit in neuesten Gerätegenerationen – ermöglicht durch die Nutzung induktiver Linearmotoren – verlangen eine entsprechend steigende Verstellgeschwindigkeit des Patiententisches. Die benötigten Vorschubgeschwindigkeiten reichen von 10 bis 100 mm/s.

Diese erhöhten Anforderungen an Verstellgeschwindigkeit und Tragfähigkeit gilt es zudem, mit der Forderung nach möglichst kompakten Motoren in Einklang zu bringen. Alle Bauteile in medizinischen Geräten müssen vollständig umschlossen sein. Angesichts des begrenzten Platzangebots innerhalb des Tunnels heißt das, der Motor darf ebenfalls nicht beliebig groß ausfallen. Zu lösen ist das nur mithilfe schneller, relativ kompakter Servomotoren – die wiederum ein Getriebesystem erforderlich machen, das die Motordrehzahl untersetzt und so das Ausgangsdrehmoment erhöht. Für medizintechnische Anwendungen lässt sich diese Drehmoment-Steigerung durch die Verwendung von Planetengetrieben realisieren.

Planetengetriebe bestehen aus einer Zahnradanordnung, bei der sich drei bis fünf Stirn- oder Planentenräder um ein zentrales Antriebsritzel drehen. Der Vorteil ist, dass die an der Abtriebswelle wirkende Last gleichmäßig auf die Planetenzahnräder aufgeteilt wird. So verfügt eine Planetengetriebe-Anordnung über eine höhere Tragzahl als ein Stirnradgetriebe derselben Baugröße. Die Konstruktionsweise von Planetengetrieben bietet das höchstmögliche Ausgangsdrehmoment, und zwar bei hoher Effizienz und Präzision. Damit lassen sich kleinere Servomotoren einsetzen, sodass sich die Gesamtgröße der Geräte auf ein Minimum beschränkt. Zudem weisen Planetengetriebe ein sehr geringes Flankenspiel auf, was Positionierfehler ausschließt und die Vibrations- sowie Geräuschentwicklung senkt. Natürlich besteht eine Antriebssteuerung nicht nur aus einem Getriebe. Thomson hat sich auf die Unterstützung von Herstellern medizinischer Geräte spezialisiert und bietet ein umfangreiches Produktprogramm an.

Howard Horn Thomson Industries, Radford, VA/USA