Comprehensive sensor system for efficient control of magnetic resonance imaging

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27240%2F22%3A10250813" target="_blank" >RIV/61989100:27240/22:10250813 - isvavai.cz</a>

Result on the web

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

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Komplexní senzorický systém pro efektivní řízení snímkování magnetické rezonance

Original language description

5. Stručný popis výsledku (co je podstatou výsledku a co je v něm nové):Výstupem je otestovaný poloprovoz komplexního senzorického systému, navrženého pro monitorování vitálních funkcí (srdeční a respirační aktivita) subjektu v prostředí skeneru magnetické rezonance (MR). Systém zpracovává monitorované vitální funkce snímaného objektu v reálném čase a umožňuje generování spouštěcího signálu a tím efektivně řízení MR skeneru během snímkování břišní, hrudní oblasti a také oblasti krční páteře. Systém je sestaven z následujících komponent:●Senzorická podložka umístěná v pacientském lehátku MR skeneru obsahující 16 pneumatických tlakových čidel.●Distribuční vedení pro přenos snímaných tlakových změn k vyhodnocovací jednotce a tlakovým snímačům.●Obsluhou řízený pneumatický systém umožňující nastavení požadovaného tlaku v jednotlivých pneumatických tlakových čidlech senzorické podložky a přepínání snímaných kanálů. Pneumatický systém spolu s potřebnou elektronikou pro měření a řízení je umístěn v přenosné skříni.●8 tlakových snímačů připojených přes obsluhou řízené dvoucestné a třícestné elektromagnetické ventily umožňující přepínání mezi 2 vstupními pneumatickými kanály a uzavření pneumatického okruhu pro každý měřený kanál.●Řídící a vyhodnocovací jednotka s programovatelným hradlovým polem (FPGA), analogovými vstupy, digitálními vstupy a výstupy. Jednotka zajišťuje řízení digitálních výstupů (generování spouštěcího signálu a ovládání pneumatického systému), snímání analogových vstupů připojených na výstupy tlakových snímačů, zpracování měřených signálů v reálném čase a komunikaci s uživatelským PC.●Uživatelský PC s aplikací pro vyvinutý senzorický systém, která umožňuje ovládání systému, ukládání měřených a zpracovaných signálů, automatickou konfiguraci systému a obsahuje uživatelské rozhraní pro vizualizaci dat.Vyvinutý systém podporuje generování spouštěcího signálu na základě dechové aktivity, srdeční aktivity nebo jejich kombinace. Poslední možnost byla navržena pro nahrazení techniky zadržení dechu, která se používá pro potlačení artefaktů v MR snímcích v důsledků dechové aktivity pacienta. Tento režim generování spouštěcích signálů má velký význam především při snímkování geriatrických nebo patologických pacientů, kteří ve většině případů nejsou schopni zadržet dech na dobu delší než několik sekund. Zmíněný režim kombinovaného generování spouštěcího signálu pracuje tak, že generuje spouštěcí signál na základě srdeční aktivity subjektu pouze v okamžicích zvolené fáze respiračního cyklu (typicky výdech).Vyvinutý systému je unikátní v tom, že podporuje 3 různé režimy spouštění MR snímkování integrované do jednoho systému. V klinické praxi se momentálně využívají nezávislé systémy pro monitorování srdeční nebo respirační aktivity snímaného subjekt. Vyvinutý systém byl navržen tak, aby byl integrován do lehátka MR skeneru. V důsledku toho není vyžadována žádná příprava (nasazení a přesné umístění snímačů) pacienta před MR vyšetřením. Tím dochází ke snížení času potřebného pro přípravu pacienta, což přímo vede ke zvýšení efektivity pracoviště. Další výhodou je snížení nutného času, který musí obsluha strávit v přímé blízkosti MR skeneru, což může vést ke snížení únavy, pocitu závratě nebo bolení hlavy obsluhy MR skeneru.Vyvinutý systém je také inertní vůči magnetickému poli a není jím žádným způsobem ovlivňován, zároveň nenarušuje magnetické pole skeneru a tím nezpůsobuje žádné artefakty ve výsledném obraze. Zmíněná vlastnost je velkou výhodou např. vůči elektrokardiografickému (EKG) monitorování srdeční aktivity pacienta, které se konvenčně během MR vyšetření srdce používá. V případě použití EKG pro monitorování srdeční aktivity se musí obsluha řídit pravidly pro umístění elektrod a rozložení kabelů, v některých případech musí být pacient připraven před aplikací elektrod (odstranění ochlupení). I při dodržení těchto pravidel není vždy zajištěno bezpečné a kvalitní monitorování pomocí EKG v důsledku toho, že je tento systém velmi citlivý na silné magnetické pole MR skeneru.

Czech name

Komplexní senzorický systém pro efektivní řízení snímkování magnetické rezonance

Czech description

5. Stručný popis výsledku (co je podstatou výsledku a co je v něm nové):Výstupem je otestovaný poloprovoz komplexního senzorického systému, navrženého pro monitorování vitálních funkcí (srdeční a respirační aktivita) subjektu v prostředí skeneru magnetické rezonance (MR). Systém zpracovává monitorované vitální funkce snímaného objektu v reálném čase a umožňuje generování spouštěcího signálu a tím efektivně řízení MR skeneru během snímkování břišní, hrudní oblasti a také oblasti krční páteře. Systém je sestaven z následujících komponent:●Senzorická podložka umístěná v pacientském lehátku MR skeneru obsahující 16 pneumatických tlakových čidel.●Distribuční vedení pro přenos snímaných tlakových změn k vyhodnocovací jednotce a tlakovým snímačům.●Obsluhou řízený pneumatický systém umožňující nastavení požadovaného tlaku v jednotlivých pneumatických tlakových čidlech senzorické podložky a přepínání snímaných kanálů. Pneumatický systém spolu s potřebnou elektronikou pro měření a řízení je umístěn v přenosné skříni.●8 tlakových snímačů připojených přes obsluhou řízené dvoucestné a třícestné elektromagnetické ventily umožňující přepínání mezi 2 vstupními pneumatickými kanály a uzavření pneumatického okruhu pro každý měřený kanál.●Řídící a vyhodnocovací jednotka s programovatelným hradlovým polem (FPGA), analogovými vstupy, digitálními vstupy a výstupy. Jednotka zajišťuje řízení digitálních výstupů (generování spouštěcího signálu a ovládání pneumatického systému), snímání analogových vstupů připojených na výstupy tlakových snímačů, zpracování měřených signálů v reálném čase a komunikaci s uživatelským PC.●Uživatelský PC s aplikací pro vyvinutý senzorický systém, která umožňuje ovládání systému, ukládání měřených a zpracovaných signálů, automatickou konfiguraci systému a obsahuje uživatelské rozhraní pro vizualizaci dat.Vyvinutý systém podporuje generování spouštěcího signálu na základě dechové aktivity, srdeční aktivity nebo jejich kombinace. Poslední možnost byla navržena pro nahrazení techniky zadržení dechu, která se používá pro potlačení artefaktů v MR snímcích v důsledků dechové aktivity pacienta. Tento režim generování spouštěcích signálů má velký význam především při snímkování geriatrických nebo patologických pacientů, kteří ve většině případů nejsou schopni zadržet dech na dobu delší než několik sekund. Zmíněný režim kombinovaného generování spouštěcího signálu pracuje tak, že generuje spouštěcí signál na základě srdeční aktivity subjektu pouze v okamžicích zvolené fáze respiračního cyklu (typicky výdech).Vyvinutý systému je unikátní v tom, že podporuje 3 různé režimy spouštění MR snímkování integrované do jednoho systému. V klinické praxi se momentálně využívají nezávislé systémy pro monitorování srdeční nebo respirační aktivity snímaného subjekt. Vyvinutý systém byl navržen tak, aby byl integrován do lehátka MR skeneru. V důsledku toho není vyžadována žádná příprava (nasazení a přesné umístění snímačů) pacienta před MR vyšetřením. Tím dochází ke snížení času potřebného pro přípravu pacienta, což přímo vede ke zvýšení efektivity pracoviště. Další výhodou je snížení nutného času, který musí obsluha strávit v přímé blízkosti MR skeneru, což může vést ke snížení únavy, pocitu závratě nebo bolení hlavy obsluhy MR skeneru.Vyvinutý systém je také inertní vůči magnetickému poli a není jím žádným způsobem ovlivňován, zároveň nenarušuje magnetické pole skeneru a tím nezpůsobuje žádné artefakty ve výsledném obraze. Zmíněná vlastnost je velkou výhodou např. vůči elektrokardiografickému (EKG) monitorování srdeční aktivity pacienta, které se konvenčně během MR vyšetření srdce používá. V případě použití EKG pro monitorování srdeční aktivity se musí obsluha řídit pravidly pro umístění elektrod a rozložení kabelů, v některých případech musí být pacient připraven před aplikací elektrod (odstranění ochlupení). I při dodržení těchto pravidel není vždy zajištěno bezpečné a kvalitní monitorování pomocí EKG v důsledku toho, že je tento systém velmi citlivý na silné magnetické pole MR skeneru.

Type

Z_polop - Pilot plant

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.003/06-12-2022_PO

Numerical identification

—

Technical parameters

Vyvinutý senzorický systém se po propojení jednotlivých výše uvedených komponent skládá z 5 částí. Samostatnou komponentou je senzorická podložka, která je umístěna přímo v lehátku MR skeneru. Jednotlivá pneumatická tlaková čidla jsou spojena se zbytkem systému pomocí distribučního vedení, které je spojeno na jedné straně s výstupním portem podložky a na druhé straně se vstupním portem přenosné skříně. Uvnitř skříně jsou propojeny jednotlivé komponenty umožňující vytvoření pneumatického okruhu a měření tlaku v jednotlivých větvích. Přenosnou skříň je nutné napájet ze sítě (vyvedená flexošňůra) a dále je skříň spojená 2 kabely NI SHC68M-68F-RMIO s PXIe NI PXIe-7862 modulem, který je uvnitř PXIe šasi NI PXIe-1090. Toto propojení zajišťuje přenos měřených signálů ze skříně k PXIe modulu, a naopak řídících signálu z modulu do skříně pro ovládání pneumatického okruhu. Propojení je realizováno mezi PXIe modulem a k němu určenými svorkovnicemi, jejich vstupní konektory jsou vyvedeny ze skříně ze přední strany (typická oblast umístění CD/DVD mechaniky). Nakonec je propojeno PXIe šasi s uživatelským PC nebo laptopem přes oboustranný USB-C kabel podporující rozhraní Thunderbolt 3. Principiální a fyzické propojení jednotlivých částí systému je znázorněno na obrázcích 2–5. Podrobněji v přiložené dokumentaci.

Economical parameters

Vyvinutý komplexní senzorický systém umožňuje snížit náklady na jednotlivé vyšetření oproti konvenčně použitému EKG systému pro monitorování srdeční aktivity pacienta během MR vyšetření. V případě našeho systému je minimalizováno množství spotřebního materiálu pouze na papírová prostěradla, které se dávají mezi pacienta a lehátko (v našem případě senzorickou podložku). V případě EKG je nutné u každého pacienta aplikovat minimálně 3 elektrody speciálně vyrobené z nekovového (nemagnetického) materiálu. V některých případech je nutné i odstranit ochlupení pacienta před aplikací elektrody pomocí jednorázové žiletky (další spotřební položky). V případě vyvinutého senzorického systému není příprava pacienta nutná a podložku stačí dezinfikovat pomocí standardně používaných přípravků. Podrobněji v přiložené dokumentaci.

Application category by cost

—

Owner IČO

61989100

Owner name

VŠB - Technical University of Ostrava

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

https://starfos.tacr.cz/cs/project/EG19_262%2F0020242