Software for data acquisition, processing, analysis and control of magnetic resonance imaging triggering

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27240%2F22%3A10250770" target="_blank" >RIV/61989100:27240/22:10250770 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="https://starfos.tacr.cz/cs/project/EG19_262%2F0020242#project-main" target="_blank" >https://starfos.tacr.cz/cs/project/EG19_262%2F0020242#project-main</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Software pro sběr, zpracování, analýzu dat a řízení spouštění snímkování magnetické rezonance

Original language description

Výstupem je SW vyvinutý ve vývojovém prostředí LabVIEW a jeho rozšiřujícím modulu pro programování FPGA (programovatelné hradlové pole). SW sestává ze dvou dílčích komponent, které společně umožňují vícekanálové monitorování vitálních funkcí pacienta (srdeční aktivity na základě vyhodnocení balistokardiografických signálů a respirační aktivity na základě vyhodnocení dechových signálů), jejich analýzu v reálném čase a generování řídících signálu na základě analyzovaných dat.První komponentou SW je logika implementovaná pro FPGA čip, který se nachází na rekonfigurovatelném multifunkčním vstupně/výstupním modulu PXIe R-series nabízeném společností NI. Implementovaná logika umožňuje měření 8 vstupních signálů, jejich filtraci pomocí konfigurovatelných IIR filtrů (2 filtry na každý kanál pro oddělení srdeční a respirační aktivity). Na dvou volitelných signálech je následně realizovaná detekce významných bodů pro balistokardiografický signál a pro respirační signál. Implementovaná logika umožnuje generování řídícího signálů/pulzu na digitální výstup na základě detekovaných významných bodů (nádech, výdech, srdeční systola nebo jejich kombinace) ve zvolených signálech. Generování řídících pulzu je možné realizovat s konfigurovatelným zpožděním (např. v případě srdeční aktivity pro vygenerování řídícího pulzu ve fázi diastoly).FPGA logika dále umožňuje řízení digitálních výstupů, které je možné využít např. pro ovládání vstupních měřících okruhů. Řízení digitálních výstupů je umožněno v několika režimech:.přímé řízení.časová sekvence spínání jednotlivých výstupů po sobě.časově omezené sepnutí všech výstupů najednou.časově omezené sepnutí pouze jednoho zvoleného výstupuSoučástí implementované logiky pro FPGA je také vstupní rozhraní využívající FIFO paměti a DMA přenosu. Přes tohle rozraní může nadřazený systém do implementované logiku zasílat řídící a konfigurační data např. pro konfiguraci IIR filtrů nebo řízení digitálních výstupů. FPGA logika také zahrnuje výstupní rozraní, které zajišťuje odesílání měřených surových dat, filtrovaných dat a řídících signálů do nadřazeného systému za účelem vizualizace, ukládání dat a pokročilého zpracování.Druhou komponentou SW je uživatelská aplikace vyvinutá pro operační systém Windows. Aplikace primárně zahrnuje uživatelské rozhraní pro vizualizaci měřených a generovaných řídících signálů a pro nastavování a odesílání konfiguračních a řídících dat do FPGA logiky. Aplikace umožnuje logování měřených surových dat nebo filtrovaných dat na lokální uložiště, čímž je umožněno následná pokročilá analýzy dat a postprocessing. Aplikace dále zahrnuje kontinuální analýzu měřených dat, jejíž výstupem je automatická selekce nejvhodnějšího signálu pro generování řídícího pulzu. Výstupem kontinuální analýzy je také automatické nastavení konfiguračních parametrů pro detekci významných bodů, na základě kterých je řídící pulz generován. Součástí aplikace je i rozhraní pro konfiguraci IIR filtrů. V rámci tohoto rozhraní může uživatel sledovat vliv konkrétního nastavení filtrů na aktuálně měřených datech a v případě potřeby přímo odeslat požadované nastavení do FPGA logiky

Czech name

Software pro sběr, zpracování, analýzu dat a řízení spouštění snímkování magnetické rezonance

Czech description

Výstupem je SW vyvinutý ve vývojovém prostředí LabVIEW a jeho rozšiřujícím modulu pro programování FPGA (programovatelné hradlové pole). SW sestává ze dvou dílčích komponent, které společně umožňují vícekanálové monitorování vitálních funkcí pacienta (srdeční aktivity na základě vyhodnocení balistokardiografických signálů a respirační aktivity na základě vyhodnocení dechových signálů), jejich analýzu v reálném čase a generování řídících signálu na základě analyzovaných dat.První komponentou SW je logika implementovaná pro FPGA čip, který se nachází na rekonfigurovatelném multifunkčním vstupně/výstupním modulu PXIe R-series nabízeném společností NI. Implementovaná logika umožňuje měření 8 vstupních signálů, jejich filtraci pomocí konfigurovatelných IIR filtrů (2 filtry na každý kanál pro oddělení srdeční a respirační aktivity). Na dvou volitelných signálech je následně realizovaná detekce významných bodů pro balistokardiografický signál a pro respirační signál. Implementovaná logika umožnuje generování řídícího signálů/pulzu na digitální výstup na základě detekovaných významných bodů (nádech, výdech, srdeční systola nebo jejich kombinace) ve zvolených signálech. Generování řídících pulzu je možné realizovat s konfigurovatelným zpožděním (např. v případě srdeční aktivity pro vygenerování řídícího pulzu ve fázi diastoly).FPGA logika dále umožňuje řízení digitálních výstupů, které je možné využít např. pro ovládání vstupních měřících okruhů. Řízení digitálních výstupů je umožněno v několika režimech:.přímé řízení.časová sekvence spínání jednotlivých výstupů po sobě.časově omezené sepnutí všech výstupů najednou.časově omezené sepnutí pouze jednoho zvoleného výstupuSoučástí implementované logiky pro FPGA je také vstupní rozhraní využívající FIFO paměti a DMA přenosu. Přes tohle rozraní může nadřazený systém do implementované logiku zasílat řídící a konfigurační data např. pro konfiguraci IIR filtrů nebo řízení digitálních výstupů. FPGA logika také zahrnuje výstupní rozraní, které zajišťuje odesílání měřených surových dat, filtrovaných dat a řídících signálů do nadřazeného systému za účelem vizualizace, ukládání dat a pokročilého zpracování.Druhou komponentou SW je uživatelská aplikace vyvinutá pro operační systém Windows. Aplikace primárně zahrnuje uživatelské rozhraní pro vizualizaci měřených a generovaných řídících signálů a pro nastavování a odesílání konfiguračních a řídících dat do FPGA logiky. Aplikace umožnuje logování měřených surových dat nebo filtrovaných dat na lokální uložiště, čímž je umožněno následná pokročilá analýzy dat a postprocessing. Aplikace dále zahrnuje kontinuální analýzu měřených dat, jejíž výstupem je automatická selekce nejvhodnějšího signálu pro generování řídícího pulzu. Výstupem kontinuální analýzy je také automatické nastavení konfiguračních parametrů pro detekci významných bodů, na základě kterých je řídící pulz generován. Součástí aplikace je i rozhraní pro konfiguraci IIR filtrů. V rámci tohoto rozhraní může uživatel sledovat vliv konkrétního nastavení filtrů na aktuálně měřených datech a v případě potřeby přímo odeslat požadované nastavení do FPGA logiky

Type

R - Software

CEP classification

—

OECD FORD branch

20201 - Electrical and electronic engineering

Project

<a href="/en/project/EG19_262%2F0020242" target="_blank" >EG19_262/0020242: Development of a complex sensor system for effective control of magnetic resonance imaging</a><br>

Continuities

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Publication year

2022

Confidentiality

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

Internal product ID

ev.č.:015/23-11-2022_SW

Technical parameters

Proces pro příjem a zpracování měřených dat – Tento proces provádí příjem datových paketů z FPGA využívající paměť typu FIFO a DMA přenos. Přijaté datové pakety jsou naformátovány do příchozích hodnot měřených, filtrovaných a pomocných signálů. Naformátované hodnoty jednotlivých signálů jsou následně skládány do větších bloků (typicky 100 ms), po kterých jsou následně dále zpracovávány. V případě potřeby jsou také příchozí data decimována (např. snížení vzorkovací frekvence z 10 kHz na 1kHz), což podstatně zvyšuje efektivitu jejich vizualizace a snižuje nároky na paměť aplikace a lokální datové uložiště. Pokud je povoleno ukládání dat, pak jsou data podle zvolené konfigurace vkládána do souboru po zmíněných složených blocích. V rámci ukládání dat je možné volit mezi následujícími konfiguracemi podle potřeby uživatele a typu měření: • Pouze měřená data bez filtrace • Pouze měřená data bez filtrace a pomocné signály • Pouze filtrovaná data • Pouze filtrovaná data a pomocné signály • Všechna příchozí data Pro vizualizaci a pokročilou analýzu jsou 100 ms bloky dat dále skládány do větších bloků. V případě vizualizace jsou vytvářena plovoucí okna jednotlivých signálů (typicky velikost okna je 10 s), která jsou následně odesílána k vizualizaci. Pro pokročilou analýzu signálů jsou vytvářena plovoucí okna jednotlivých signálů o délce 15 s (nutné pro vyhodnocení nižších dechových frekvencí). Takto vytvořená plovoucí okna jsou následně analyzována v 5 sekundových intervalech. V rámci této analýzy dochází k určení několika parametrů pro každý signál. Na základě srovnání těchto parametrů se následně vypočte skoré kvality pro jednotlivé signály. Hodnoty skoré kvality jsou následně udržovány v plovoucím okně o délce 1 minuty. Podle nejvyšších hodnot skóre v tomto plovoucím okně jsou automaticky voleny signály pro detekci významných bodů. Na základě parametrů zvolených signálů se pak následně také automaticky vypočtou doporučené konfigurační parametry pro detektor významných bodů. Nalezené nastavení je odesláno do hlavního procesu k vizualizaci uživateli.

Economical parameters

Ekonomické parametry nejsou přímo vázány na výsledek. Výsledek je součástí většího celku v oblasti řízení snímkování magnetické rezonance.

Owner IČO

61989100

Owner name

VŠB - Technical University of Ostrava