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

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

<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

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

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

Popis výsledku v původním jazyce

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

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

The output is a software developed in LabVIEW development environment and its extension module for FPGA (field programmable gate array) programming. The software consists of two subcomponents that together enable multi-channel monitoring of patient&apos;s vital signs (cardiac activity based on evaluation of ballistocardiographic signals and respiratory activity based on evaluation of respiratory signals), their real-time analysis and generation of control signals based on the analyzed data.The first component of the software is the logic implemented for the FPGA chip, which is located on the reconfigurable multifunctional I/O module PXIe R-series offered by NI. The implemented logic allows the measurement of 8 input signals, their filtering using configurable IIR filters (2 filters per channel to separate cardiac and respiratory activity). Subsequently, the detection of significant points for the ballistocardiographic signal and for the respiratory signal is implemented on the two selectable signals. The implemented logic enables the generation of control signals/pulse to digital output based on the detected significant points (inspiration, expiration, cardiac systole or a combination of these) in the selected signals. Control pulse generation can be implemented with a configurable delay (e.g., in the case of cardiac activity to generate a control pulse in diastole phase).The FPGA logic also enables control of digital outputs that can be used, for example, to control input measurement circuits. Control of the digital outputs is enabled in several modes:. direct control. time sequence switching of individual outputs in sequence. time-limited switching of all outputs at once. time limited switching of only one selected outputTranslated with www.DeepL.com/Translator (free version)The implemented logic for the FPGA also includes an input interface using a memory FIFO and DMA transfer. Through this interface, the parent system can send control and configuration data to the implemented logic, for example, to configure IIR filters or control digital outputs. The FPGA logic also includes an output interface that provides for sending measured raw data, filtered data, and control signals to the parent system for visualization, data storage, and advanced processing.The second component of the software is a user application developed for the Windows operating system. The application primarily includes a user interface for visualizing the measured and generated control signals and for setting up and sending configuration and control data to the FPGA logic. The application allows logging of measured raw data or filtered data to local storage, enabling subsequent advanced data analysis and postprocessing. The application also includes continuous analysis of the measured data, the output of which is the automatic selection of the most suitable signal for control pulse generation. The output of the continuous analysis is also the automatic setting of configuration parameters to detect significant points on the basis of which the control pulse is generated. The application also includes an interface for configuring IIR filters. Within this interface, the user can monitor the effect of specific filter settings on the currently measured data and, if necessary, directly send the desired settings to the FPGA logicTranslated with www.DeepL.com/Translator (free version)

Druh

R - Software

CEP obor

—

OECD FORD obor

20201 - Electrical and electronic engineering

Projekt

<a href="/cs/project/EG19_262%2F0020242" target="_blank" >EG19_262/0020242: Vývoj komplexního senzorického systému pro efektivní řízení snímkování magnetické rezonance</a><br>

Návaznosti

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Rok uplatnění

2022

Kód důvěrnosti údajů

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

Interní identifikační kód produktu

ev.č.:015/23-11-2022_SW

Technické parametry

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.

Ekonomické parametry

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

IČO vlastníka výsledku

61989100

Název vlastníka

VŠB - Technical University of Ostrava