Robotický zobrazovací systém.

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F04753437%3A_____%2F19%3AN0000001" target="_blank" >RIV/04753437:_____/19:N0000001 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://www.irradion.com/" target="_blank" >https://www.irradion.com/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Robotický zobrazovací systém.

Popis výsledku v původním jazyce

Robotický zobrazovací systém sestává ze dvou robotických ramen: jedno rameno nese rentgenku a druhé rameno polohuje rentgenový zobrazovací detektor založený na Timepix/Medipix technologii. Robotická ramena umožňují flexibilitu úhlu pohledu rentgenového zobrazování, včetně získání dat pro zobrazovací modalitu výpočetní tomografie (CT). Pro zajištění dostatečné kvality obrazu a akvizice přesných dat pro CT je důležité, aby vzájemná poloha obou robotů byla dobře definovatelná, a proto jsme velkou pozornost věnovali návrhu stabilních podpěr. Jediná samostatná podpěra, ke které jsou oba robotická ramena trvale připevněna, má běžnou a jednoduchou konstrukci, nicméně uvedený návrh není flexibilní, je nákladný a je poměrně těžký. Navíc platformu nelze snadno přesunout ze skladovacích prostor do protonové místnosti. Proto jsme zvolili jiný přístup: vytvoření lehké, ale dostatečně stabilní a samostatné podstavy. Tento přístup je flexibilní, protože vzdálenost mezi oběma roboty lze libovolně a jednoduše měnit, a proto bude možné platformu umístit do různých typů protonových místností. Robotický zobrazovací systém kombinuje několik zobrazovacích modalit společně s ozařováním fotony. Během vývoje jsme provedli výpočty ozařovací dávky, zobrazovacích parametrů a radiační ochrany pracoviště pro různé zdroje rentgenového záření. Výsledky ukázaly, že v současné fázi projektu není vhodné používat jeden stejný zdroj pro rentgenové zobrazování i ozařování fotony, které vyžaduje značně odlišné parametry, a především vyšší stupeň radiační ochrany. Pro účely vývoje komunikační a ovládací elektroniky a tím zprovoznění celého systému byla v této fázi nainstalována rentgenka, kterou si společnost Radalytica zapůjčila. Rentgenka integrovaná do robotického zobrazovacího systému (Oxford Apogee 5500) je svými parametry vhodná pro prvotní testy zobrazování malých zvířat. Další rentgenky, které uvažujeme testovat a v dalších fázích integrovat do finální platformy Irradion jsou optimalizovány svou lehkou a kompaktní konstrukcí pro robotické aplikace (výrobce RTW, typ MCBI a MCBH). Pro různé zobrazovací modality jako je spektrální výpočetní tomografie, jednofotonová výpočetní tomografie nebo dokonce zobrazování dynamických procesů byly pro integraci do finálního zařízení vybrány různé typy rentgenových zobrazovacích detektorů. Prvním z nich je velkoplošný detektor WIDEPIX 2x5 s rozlišením 512 x 1280 pro spektrální CT, který se skládá z modulů hybridních elektronických čipů Medipix3 (256 x 256 pixelů). Druhým typem je menší detekční jednotka (256 x 512 pixelů) skládající se ze dvou modulů Timepix s vysokou snímkovou frekvencí (až 1 700 snímků za sekundu), díky čemuž umožňuje zobrazování dynamických procesů, jako je např. srdeční rytmus myši. Pro účely testování a využití různých zdrojů RTG záření a zobrazovacích detektorů byl do zařízení v další fázi zabudován mechanický nástroj, „tool gripper“ umožňující snadnou a rychlou změnu různých zobrazovacích zařízení. Systém koncových částí robotických ramen je nyní konstruován tak, aby zobrazovací komponenty mohly být snadno vyměněny, takže je možné integrovat rentgenku nebo detektor podle aktuálních potřeb testů a jejich výsledků. Mechanické upevnění rentgenky a různých typů zobrazovacích detektorů jsou navrženy tak, aby chránily zařízení a připevňovali rentgenku a detektor ke koncové části robotického ramena s minimální přidanou hmotností. Konstrukce rentgenky umožňuje kompatibilitu s chladicími ventilátory, vzduchovými ventily, které odvádějí vzduch od vzorku, a s tepelným senzorem. Dále jsou kolem emisního bodu zapuštěny silné magnety, které umožňují snadno připojit různé rentgenové filtry nebo kolimátory záření. Držák detektoru chrání elektrické a chladicí připojení a má otvor pro citlivou oblast detektoru. Všechny upevňovacích částí jsou kompatibilní s „tool gripperem“. V oblasti robotiky byl vyvinut kalibrační algoritmus, který slouží k definování přesné vzdálenosti mezi oběma roboty. V oblasti komunikace byly vyvinuty základní komunikační funkce mezi komponentami systému. Hlavní počítač může přijímat a odesílat data do rentgenky, detektoru a obou robotů. Tyto funkce nám umožňují zahájit testování robotického zobrazovacího systému a vývoj softwarových knihoven nejnižší úrovně, jako jsou nástroje pro zpracování dat nebo pro řízení robotů.

Název v anglickém jazyce

Robotic Imaging System

Popis výsledku anglicky

Robotic Imaging System is comprised of two robotic arms: one arm is holding X-ray tube, the other arm is positioning imaging detector based on TimePix/MediPix technology. The importance of precisely defined and repeateble position of the robots required the proper design of stable bases to maintain the stability and mobility as well. For the X-ray tube solution Oxford Instruments Apogee 5500 tube was selected which appeard to provide optimal results in imaging of small animals. The tubes of RTW (MCBI, MCBH) are to be tested as well. For various imaging modalities (CT, SPECT etc.) we selected different types of imaging detectors: WidePIX 2x5 with resolution 512x1280 pixels for spectral CT, than two AdvaPIX of 256x512 pixels resolution with 1700 fps which enables fast dynamic processes imaging (such as mice's heart beat). For attaching various tool to the robot we started to use mechanical tool gripper. The special attention was paid to the mass as the robot can carry up to 5kg.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20602 - Medical laboratory technology (including laboratory samples analysis; diagnostic technologies) (Biomaterials to be 2.9 [physical characteristics of living material as related to medical implants, devices, sensors])

Projekt

<a href="/cs/project/7D19002" target="_blank" >7D19002: Portable Small Animal Particle Irradiation and Imaging Unit</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2019

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Robotický zobrazovací systém.

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Robotický zobrazovací systém sestává ze dvou robotických ramen: jedno rameno nese rentgenku a druhé rameno polohuje rentgenový zobrazovací detektor založený na Timepix/Medipix technologii. Pro zajištění dostatečné kvality obrazu a akvizice přesných dat pro CT je důležité, aby vzájemná poloha obou robotů byla dobře definovatelná, a proto jsme velkou pozornost věnovali návrhu stabilních podpěr. Finální design obsahuje lehkou, ale dostatečně stabilní a samostatnou podstavu. Vzdálenost mezi oběma roboty lze libovolně a jednoduše měnit, a proto bude možné platformu umístit do různých typů protonových místností. Pro účely vývoje komunikační a ovládací elektroniky a tím zprovoznění celého systému byla v této fázi nainstalována rentgenka, kterou si společnost Radalytica zapůjčila. Rentgenka integrovaná do robotického zobrazovacího systému (Oxford Apogee 5500) disponuje urychlujícím napětím 50 kV, proudem 1 mA a velmi malým ohniskem 35 µm, díky čemuž je vhodná pro zobrazování malých zvířat. Pro účely testování a využití různých zdrojů RTG záření a zobrazovacích detektorů byl do zařízení v další fázi zabudován mechanický nástroj, „tool gripper“ umožňující snadnou a rychlou změnu různých zobrazovacích zařízení. Systém koncových částí robotických ramen je nyní konstruován tak, aby zobrazovací komponenty mohly být snadno vyměněny, takže je možné integrovat rentgenku podle aktuálních potřeb testů a jejich výsledků. Pro různé zobrazovací modality jako je spektrální výpočetní tomografie, jednofotonová výpočetní tomografie nebo dokonce zobrazování dynamických procesů byly pro integraci do finálního zařízení vybrány různé typy rentgenových zobrazovacích detektorů. Prvním z nich je velkoplošný detektor WIDEPIX 2x5 s rozlišením 512 x 1280 pro spektrální CT, vlastní prostorové rozlišení detektoru je definováno velikostí pixelu, která je 55 μm. Technologie Medipix3 umožňuje nastavit různé prahy energetického rozlišování, které budou využity pro spektrální měření prostřednictvím CT. Dalším typem je menší detekční jednotka (256 x 512 pixelů) skládající se ze dvou modulů Timepix s vysokou snímkovou frekvencí (až 1 700 snímků za sekundu), díky čemuž umožňuje zobrazování dynamických procesů, jako je např. srdeční rytmus myši. Elektronika řídí napětí a proud rentgenky. Kromě toho je sledována teplota rentgenky pomocí tepelného senzoru připevněného na jejím povrchu. Tepelný senzor je nainstalován do bezpečnostního obvodu, který má funkci bezpečnostního spínače a okamžitě vypne napájení rentgenky, pokud její teplota překročí nastavenou hodnotu a existuje riziko přehřátí nebo pokud obsluha vstoupí do místnosti. Robotické rameno bylo proto vybaveno senzorem, který umožňuje sledovat vzdálenost od dalších částí systému (lůžko malého zvířete, mechanická upevnění zobrazovacích komponent atd.) a díky čemuž roboti budou „znát“ podobu svého okolí. Signály ze senzoru vzdálenosti budou sloužit jako vstupy do softwaru, který bude vytvořen v další fázi projektu.

Ekonomické parametry

Náklady na ostatní zboží a služby ve výši 3266,97 tis. Kč byly tvořeny zejména externí výrobou přesných mechanických dílů pro podstavy robotických ramen a upevnění zobrazovacích zařízení k hlavám robotů. Dále na zakázkový vývoj a výrobu unikátních zobrazovacích rentgenových detektorů a na nákup odpovídající komunikační a ovládací elektroniky. Pro rok 2019 nebyly vyčerpány všechny prostředky z kategorie Ostatní zboží a služby z důvodu dosažení plánovaného výsledku za vynaložení menší než plánované výše finančních prostředků. Nevyužití finančních prostředků nemá žádný dopad na řešení projektu, bylo dosaženo výsledku plánovaného pro rok 2019 a zobrazovací systém je připraven pro testování a následný vývoj jak softwarových, tak dalších hardwarových nástrojů.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

04753437

Název vlastníka

Radalytica

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

—

Adresa www stránky s výsledkem

https://www.irradion.com/