Differenzierung Automationslösung für dosimetrische Messgeräte

Redakteur: Anne Richter

Der Schutz von medizinischem Personal im Bereich der Radiologie erfordert eine genaue Kontrolle der Strahlenbelastung. Dazu dienen Dosimeter, die in definierten Zeitintervallen ausgewertet werden. Neue Arbeitsweisen erfordern differenziertere Methoden zur Dokumentation der Belastung. In enger Zusammenarbeit mit einem Anbieter von Dosimetrie-Dienstleistungen wurde deshalb ein System entwickelt, das es gestattet, diese Arbeiten vollautomatisch und damit fehlersicher miteinander zu verknüpfen.

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Die Kamera liest sowohl die beiden Codes der Halter als auch den Datamatrixcode auf den einzelnen Elementen und auf den vom Laser beschrifteten Deckeln.
Die Kamera liest sowohl die beiden Codes der Halter als auch den Datamatrixcode auf den einzelnen Elementen und auf den vom Laser beschrifteten Deckeln.
(Bild: Klaus Vollrath)

«Wir sind Engineering-Dienstleister bei solchen Automationsprojekten, bei denen es keine Baukastenlösungen von der Stange gibt», erläutert Dipl.-Ing. MBA Georg Cramm, Geschäftsführer der ADS GmbH in Pratteln. Das Unternehmen greift hierbei die Vorstellungen des Kunden auf und entwickelt in partnerschaftlichem Dialog mit ihm dann eine massgeschneiderte Lösung. Typischerweise besteht diese aus einer Kombination von Elementen unterschiedlichster Bereiche wie Elektronik und Mechatronik, Hydraulik, Pneumatik, Sensorik sowie der dazu erforderlichen Hard- und Software. Hinzu kommen häufig noch Leistungen aus Bereichen wie Rapid Prototyping, Design, Validierung und Zertifizierung sowie weiterer Disziplinen. Dabei muss häufig zunächst aufwendig recherchiert werden, ob es am Markt Systeme bzw. Komponenten gibt, welche den geforderten Aufgabenmix überhaupt erfüllen können. In der Regel erfordert dies eine intensive Entwicklungszusammenarbeit mit dem Kunden, da Möglichkeiten, Einsatzgrenzen – und natürlich auch Kosten – der verfügbaren Technologien immer wieder gemeinsam diskutiert und bewertet werden müssen.

Radiologie: Geänderte Anforderungen an die Dosimetrie

«Grund für die Kundenanfrage war der Wunsch, potenzielle Fehlerquellen bei der Überwachung der Belastung von Mitarbeitern in radiologischen Bereichen zu minimieren», ergänzt G. Cramm. Der Schutz der Mitarbeiter vor gesundheitlichen Risiken durch ionisierende Strahlung aus Röntgengeräten und Strahlungsquellen mit radioaktiven Isotopen wird durch gesetzliche Vorschriften streng reglementiert. Die radioaktive Exposition wird hauptsächlich durch sogenannte Ganzkörperdosimeter erfasst, die am Körper getragen und nach einem definierten Zeitraum ausgewertet werden. Mit der Zeit ergab sich jedoch die Notwendigkeit einer differenzierten Bestimmung der Exposition einzelner Körperbereiche, insbesondere durch das Aufkommen neuer Eingriffsmethoden, bei denen die Position von Sonden oder Werkzeugen mit Hilfe von Röntgenstrahlen oder unter dem Computertomografen beobachtet wird. Weil in solchen Fällen beispielsweise Hände oder Kopf der behandelnden Medizinpersonen höhere Strahlungsdosen erhalten als der restliche Körper, muss die Erfassung bei solchen Personengruppen stärker differenziert werden. Hier werden Ringe oder Clips eingesetzt. Letztere können, am Kopf getragen, Informationen über die Belastung der Augenlinse geben. Die Zahl der Extremitäten-Dosimeter richtet sich nach der Art der Tätigkeit: In Extremfällen muss der Arzt oder Laborant an jedem einzelnen Finger ein Dosimeter tragen, das dem jeweiligen Körperteil eindeutig zugeordnet sein muss.

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Bei Ringen kam die bisherige Arbeitsweise …

«Damit stand die bisher für die herkömmlichen Ganzkörperdosimeter ausgelegte Technologie vor einer echten Herausforderung», verrät G. Cramm. Für die Ganzkörperdosimeter steht seit Jahren eine automatisierte Verpackungsanlage zur Verfügung, bei der die Dosimeter zusammen mit einem Etikett, das Angaben zum Träger, der Tragweise und der Tragzeit enthält, in eine wasserdichte Blisterverpackung eingeschweisst werden. Das Dosimeter wird während der Arbeitszeit am Körper getragen. Dort registrieren die Messzellen die Belastung durch Röntgenstrahlung oder Radioaktivität. Nach Ablauf der vorgesehenen Einsatzdauer wird das Dosimeter gegen ein neues ausgetauscht und die während der Tragzeit aufgelaufene Strahlungsdosis bestimmt. Aus Kostengründen sowie zur Sicherstellung grösstmöglicher Prozesssicherheit erfolgt dies zentral und vollautomatisch, wobei die Auswertungseinheit zugleich auch den Lochcode auf dem Halter liest. Trotz hoher Stückzahlen – zurzeit sind allein bei Dosilab rund 150 000 Dosimeter im Umlauf – ermöglicht dies die zweifelsfreie Zuordnung der Daten zu den einzelnen Mitarbeitern und eine zuverlässige Langzeitarchivierung der Belastungshistorie jeder überwachten Person.

... an ihre Grenze

«Um das Dosimeter-Element in einem Ring unterzubringen, muss man es jedoch aus dem Halter herausnehmen», weiss G. Cramm. Damit geht die eindeutige Zuordnung von Halter und Element verloren. Zudem waren die Elemente ursprünglich nicht beschriftet. Man behalf sich, indem man sie am Rand mit einer vierstelligen Kennnummer versah und in die Ringe ein Papieretikett, das die Informationen zum Träger enthielt, mit einlegte. Nach der Rücklieferung mussten die Elemente wieder in ihre Halter eingelegt werden, damit sie ausgewertet werden konnten. Trotz aller Sorgfalt – unter anderem wurden alle Zuordnungen protokolliert und von einem zweiten Mitarbeiter kontrolliert, und die Mitarbeiter wurden jeweils nach maximal 1–2 h ausgetauscht, um einem Nachlassen der Konzentration vorzubeugen – ist eine solche händische Arbeitsweise zwangsläufig deutlich fehleranfälliger als eine automatisierte, computerüberwachte Abwicklung. Zudem waren die sehr kleinen, am Rand eingeprägten Zahlen schwer zu lesen, was durch Abnutzung und Beschädigung noch verschärft wurde. Darüber hinaus verursachte der zu treibende Personalaufwand eine erhebliche Kostenbelastung. Mit steigenden Stückzahlen solcher Anwendungen wurde immer klarer, dass man für diese Aufgabe eine vollautomatische, sicher beherrschbare Lösung benötigte.

Entwicklungspartner

«Wir brauchten eine möglichst gut auf unseren Bedarf hin massgeschneiderte Lösung für eine Aufgabenstellung, die damals noch nicht in allen Aspekten definiert werden konnte», sagt Dr. Manuel Strasser, Labormanager der Dosilab AG in Köniz. Erster Teil der Aufgabe war daher die Suche nach einem geeigneten Entwicklungspartner, der sowohl Kompetenz als auch Engagement mitbringen sollte, um das Projekt zu einem erfolgreichen Abschluss zu führen. Nach Prüfung einer Reihe von Angeboten fiel die Wahl auf die Firma ADS, mit der man schon bei früheren Gelegenheiten gute Erfahrungen gemacht hatte. Erster Teil des Projekts war die Identifizierung der für die einzelnen Aufgabenstellungen des Systems erforderlichen Komponenten. In einem weiteren Durchgang musste überprüft werden, wie weit diese tatsächlich imstande waren, die verschiedenen von ihnen erwarteten Aufgaben auch durchzuführen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden gemeinsam im Team bewertet und daraus wurde schrittweise die endgültige Anlagenkonfiguration entwickelt.

Wesentliche Anlagenkomponenten

Zu den wesentlichen Komponenten der Anlage gehört ein gekapselter Beschriftungslaser, mit dem sowohl die winzigen Metallflächen der Dosimeterelemente als auch die Deckel der Ringdosimeter bzw. Clips beschriftet werden können. Hinzu kommt ein Kamerasystem, das sowohl die beiden Codes der Halter als auch den Datamatrixcode auf den einzelnen Elementen und auf den vom Laser beschrifteten Deckeln sicher lesen kann. Weitere Bestandteile des Systems sind ein Ultraschall-Schweissgerät für das Festschweissen der Deckel auf den Ringen sowie eine Messereinheit, um die Deckel nach Ablauf der Messperiode abzutrennen. Danach kann das Element entnommen und zur Weiterleitung an die zentrale Auswerteeinheit wieder in die Halter eingefügt werden. Eine seitlich an der Kamera angeflanschte pneumatisch betätigte Mechatronikeinheit übernimmt das Öffnen und Schliessen der Halter sowie den Quertransport der Elemente zwischen den Haltern, der mittig angeordneten runden Ablage sowie den Adaptern für die einzelnen Ringe bzw. Clips. Den Längstransport vom Einlegeplatz zu den Arbeitsstationen führt ein Schlitten aus, der insgesamt je drei Halter und Ringe bzw. Clips aufnehmen kann. Vervollständigt wird das Ganze durch einen PC, der die neue Anlage über eine direkte Schnittstelle mit dem Computersystem der Fa. Dosilab verbindet und die Anlage über Einzelbefehle ansteuern kann.

Abläufe

«Das System bietet insgesamt drei Arbeitsmodi», erläutert M. Strasser. Möglich sind die Überführung von Dosimeterelementen von den Haltern in Ringe bzw. Clips, die spätere Rücküberführung in die Halter sowie die Erstbeschriftung unmarkierter neuer Dosimeterelemente mit einem Datamatrixcode. Im ersten Fall werden drei Halter mit Elementen sowie drei Deckel in die entsprechenden Aufnahmen gelegt und die rechts angeordneten Adapter mit den jeweils passenden Ringen bzw. Clips bestückt. Anschliessend entnimmt das System die Elemente aus den Haltern, um sie in die zugehörigen Ablagen und anschliessend in die Ringe zu überführen. Hierbei werden die Codes sowohl der Halter als auch der Datamatrixcode der Elemente gelesen und in einer Datenbank miteinander verknüpft. Danach wird der Deckel vom Beschriftungslaser mit Klartextinformationen zum Träger sowie zur vorgesehenen Einsatzart – L2 bedeutet beispielsweise der zweite Finger der linken Hand – und einem zusätzlichen Datamatrixcode versehen und mittels Ultraschall unlösbar und wasserdicht verschweisst.

Umgekehrt wird beim Entnehmen nach Gebrauch der Schlitten mit leeren Haltern sowie gefüllten Ringen beschickt. Zunächst wird der Datamatrixcode der Deckel sowie der Halter ermittelt, dann werden die Deckel mit Hilfe eines Messers abgetrennt und die Zellen entnommen. Nach dem Einlesen des darauf befindlichen Codes erfolgt die Überführung in die Halter. Alle hierbei registrierten Nummern werden ebenfalls an die Datenbank des Dosilab-Rechners übermittelt und dort miteinander verknüpft.

Mit dem neuen System, so Dr. Strasser, sei man bei Dosilab sehr zufrieden. Die gemeinsame Entwicklungsarbeit sei harmonisch und sehr effizient verlaufen, ADS habe alle Vorstellungen von Dosilab angenommen und erfolgreich umgesetzt. Man verfüge jetzt über ein vollautomatisches System für den Transfer der individuell eindeutig identifizierbaren Elemente in die Ringe oder Trageclips bzw. zurück in die Halter. Dieses ermöglicht eine vollständige Kontrolle aller Bewegungen bzw. Zuordnungen und damit die Eliminierung all jener Fehlerquellen, die bei manueller Arbeitsweise auftreten konnten. <<

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