셰필드 대학교, InnerVision, Martyn Paley
표준 하드웨어나 소프트웨어를 수정하지 않고도 임상 MRI 시스템에서 MRI를 연구할 수 있는 저렴한 컨트롤 및 수집 시스템을 개발하는 것입니다.
NI LabVIEW 소프트웨어와 NI 상용 하드웨어를 사용하여 MR(자기공명) 연구 과학자가 표준 스캐너 컨트롤 시스템과 독립적으로 사용할 수 있는 완전한 MR 컨트롤 시스템 및 다중 채널 영상 분광기를 개발합니다.
MRI는 오늘날 이용 가능한 가장 강력한 영상 진단 도구임에 틀림없습니다. MR 시스템은 일반적으로 100만 달러 이상의 비용이 들고 GE, 지멘스, Philips와 같은 가장 큰 전자 기기 회사가 제공합니다. 이 시스템은 대형 자석, 무선 주파수 트랜시버 시스템 및 강력한 오디오 증폭기 및 코일을 기반으로 한 필드 그라데이션 세트를 사용합니다. 하드웨어는 정교하고 값비싼 컨트롤 시스템을 사용하여 정확하게 프로그래밍됩니다. 그러나 이러한 시스템은 임상 검사를 위해 설계되었으며 매우 독점적인 하드웨어와 소프트웨어를 사용하여 구축되어 연구 과학자가 독립적으로 프로그래밍하기 어려운 경우가 많습니다. 전세계의 많은 과학자는 MRI 분야에서 자체 프로그래밍과 하드웨어 기술을 사용하여 주요 과학 기술을 개발하지만, 대부분 엄청난 학습 곡선을 필요로 하며 임상 기기의 적절한 작동을 방해할 수 있습니다.
Paley 교수는 셰필드 대학교 의료영상학과 교수이며, 정형외과 및 신생아 영상을 위한 틈새 어플리케이션인 MRI 시스템 개발을 개척하기 위해 1993년에 설립된 회사인 InnerVision MRI Ltd.의 수석 과학자이기도 합니다. InnerVision은 1990년대 후반 미국에서 최초로 네오디뮴 붕소 철 기반 틈새 MRI 시스템을 판매하기 위해 FDA의 허가를 받았으며 그 이후 여러 시스템을 전 세계에 판매해왔습니다. 2001년 셰필드 신생아 중환자실에 설치된 틈새 신생아 MRI 시스템은 지난 10년 동안 1,000명 이상의 신생아를 안전하고 효율적으로 검사했습니다. 이 회사는 이후 MR 과학자가 의료 영상과 필수 시스템의 정상적인 임상 운영을 방해하지 않으면서 표준 임상 MR 시스템으로 참신한 연구를 이어갈 수 있는 독립적인 분광기 개발에 주력해 왔습니다. 임페리얼 칼리지 런던과 영국 암 연구소의 연구원은 LabVIEW 소프트웨어 플랫폼이 유연하고 확장하기 쉬우며 NI 하드웨어가 강력하며 안정적이기 때문에 진행 중인 MR 연구에 NI 도구를 기반으로 한 InnerVision 분광기를 도입했습니다.
MRI는 다중 채널에서 동시 웨이브폼 출력 및 입력을 긴밀하게 통합하고, 빠른 위상 응집 주파수 전환을 통해 디지털 주파수 통합을 컨트롤해야 합니다. NI가 제공하는 동시 샘플링 하드웨어 및 소프트웨어는 각 채널에 대해 빠른 샘플링 속도를 가진 다중 채널 수신기 시스템을 구축하는 데 이상적입니다. 저희는 소프트웨어를 조금만 변경하면 되는 추가 모듈을 구입하여 채널 수를 원활하게 늘릴 수 있습니다. NI S 시리즈 동시 샘플링 데이터 수집(DAQ) 모듈은 매우 잘 작동하고 오류율이 낮기 때문에 이를 사용하여 3.5MS/s로 작동하는 32개의 수신기 채널이 있는 분광기를 구축하였습니다.
당사의 이전 설계에서는 전용 디지털 신호 프로세서(DSP) 모듈을 사용했는데, 이는 OS와 컴퓨터 하드웨어 인터페이스가 발전하면서 빠르게 무용지물로 전락한 특수 하위 레벨 소프트웨어 드라이버를 사용하는 소규모 제조업체의 모듈이었습니다. 즉, 이미 있는 것을 다시 만들고 소프트웨어를 복제하느라 상당한 시간을 허비한 것이었습니다. 처음에는 소프트웨어를 전통적인 ANSI C로 코딩한 다음 NI LabWindows™/CVI 소프트웨어로 코딩했습니다. LabVIEW가 분광기 컨트롤에 적합한지 회의적이었지만, 한 달도 채 안 되어 LabWindows/CVI 버전의 분광기 소프트웨어를 LabVIEW로 변환했습니다. 이를 통해 LabVIEW가 이러한 목적을 달성하는 데 있어 매우 유용하고 강력한 개발 도구임이 분명해졌습니다. 직관적인 그래픽 기반 설계 소프트웨어는 MRI에 필요한 다중 루프 컨트롤 구조를 만드는 데 이상적입니다. 저희는 소프트웨어 아키텍처의 변화를 신속하게 구현하고 내장된 신호 및 이미지 처리 도구를 사용하여 이미지 재구성 알고리즘을 손쉽게 만들 수 있습니다.
작은 회사라 NI 하드웨어와 소프트웨어에 투자하는 초기 금액이 부담스러웠지만, 저희는 NI 도구가 프로젝트에 가장 적합한 선택이라고 결론지었습니다. NI는 정기적으로 제품 개발에 투자하여 도구가 최신 상태이고 이전 버전과 호환되도록 하여 소프트웨어와 하드웨어 플랫폼을 지속적으로 재개발할 필요가 사라졌고 소프트웨어와 컴퓨터 기술의 최신 혁신 기능을 활용할 수 있게 되었습니다.
고객이 MRI 웨이브폼을 쉽게 시각화하고 편집할 수 있는 사전 엔지니어링 소프트웨어 도구인 NI 날로그 웨이브폼 편집기와 같은 NI 제품을 사용하여 더 많은 이점을 실현했습니다. 사내에서 이와 동등한 편집기를 생산하려면 상당히 소프트웨어에 공을 들였을 것이고 개발은 엄청나게 지연되었을 것입니다.
NI의 영업, 교육, 지원 담당자는 해박한 지식을 토대로 효율적으로 저희의 수많은 질문에 답하고 요청을 들어주셨습니다. 또한 NI는 항상 제시간에 장비를 보내주셨고 그 장비는 훌륭한 상태로 배송되었습니다.
NI 도구를 기반으로 제작된 당사의 연구 분광기는 주요 MR 제조 기업이 공급하는 시스템을 실제로 뛰어넘는 기능을 일부 갖춘 유연한 연구 도구이며, 필요에 따라 소프트웨어를 수정하여 시스템을 새로운 요구사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 향후 설계를 위해 LabVIEW로 프로그래밍할 수 있는 NI의 재구성 가능한 FPGA(Field-programmable gate array) 하드웨어를 살펴볼 수 있게 되기를 기대하고 있습니다. 예를 들어, NI FlexRIO 하드웨어는 고성능 FPGA 백엔드와 사용자 지정 가능한 I/O를 결합하며, 이를 사용하여 수백 MHz의 신호를 수집하고 가장 강력한 MRI 자석에도 직접 디지털 다운변환을 수행할 수 있습니다. 또한 FPGA에서 추가 신호 처리 기능을 구현하는 프로세스를 조사하여 시스템의 영상 성능을 높일 수 있습니다.
LabWindows 상표는 Microsoft Corporation의 라이센스 하에 사용되고 있습니다. Windows는 미국 및 기타 국가에 등록된 Microsoft Corporation의 등록 상표입니다.
Martyn Paley
셰필드 대학교, InnerVision
영국
전화: +44 1142713208