MRI-scanners zijn een belangrijk diagnostisch hulpmiddel, maar ze zijn groot, erg zwaar en hebben vloeibaar helium nodig om ze af te koelen. Neoscan Solutions vond een veel kleinere en lichtere MRI-scanner uit die direct in de kinderafdeling van het ziekenhuis kon worden geplaatst om reizen kort te houden en zieke baby's in hun slaap te scannen. Sleutel tot het veel kleinere ontwerp is het gebruik van digitizers en AWG's die door Spectrum Instrumentation worden aangeboden sub-nanoseconde, coherentieprecisie om de scannersignalen te genereren en de resultaten vast te leggen.
De huidige MRI-scanners wegen ongeveer acht ton en moeten daarom op vloeren worden geplaatst die dit gewicht kunnen dragen, wat betekent dat ofwel speciaal versterkte vloeren ofwel in een kelder moeten worden geplaatst. Ze hebben ook ca. 40 vierkante meter voor de scanner en alle ondersteunende apparatuur. Ten slotte moeten ze onderkoeld worden met vloeibaar helium, dat een speciale behandeling vereist.
"Na jarenlang met MRI-scanners te hebben gewerkt, herkende ik het probleem", legt Stefan Roell, oprichter van Neoscan Solutions in Duitsland, uit. “Het scannen van een ziek kind betekent meestal een lange reis van de afdeling naar de scanner en baby's hebben mogelijk ondersteunende apparatuur nodig die niet gemakkelijk te vervoeren is. Hierdoor wordt soms een MRI-scan niet eens gedaan. We hebben een MRI-scanner speciaal ontworpen voor pasgeborenen en baby's, wat betekent dat het gat in het midden slechts 30 cm in diameter is, niet 60 cm. Hierdoor is de scanner veel kleiner (170 cm x 150 cm x 110 cm) en kan hij door standaard deuropeningen gaan. Met een gewicht van slechts 2000 kg kan hij op standaardvloeren worden geplaatst en omdat hij slechts tien vierkante meter nodig heeft, kan hij in een logeerkamer direct op de kinderafdeling worden geïnstalleerd. Het dragen van een slapende baby op slechts een paar meter van de MRI is een groot voordeel, omdat het een lange reis door het gebouw en de noodzaak van kalmerende middelen om de baby voor de scan onbeweeglijk te houden, bespaart. "
Innovaties nodig
De technologie en de veldsterkte van de Neoscan-machine is identiek aan die van de huidige scanners, zodat er geen nieuwe klinische onderzoeken nodig zijn om deze te valideren. Om dit te bereiken waren verschillende innovaties van het bedrijf nodig. Ten eerste moest het team, om de omvang te verkleinen, een droge magneet ontwikkelen die het standaard veld van 1.5 Tesla in het gat zou creëren, maar zonder dat daarvoor vloeibaar helium nodig was. Dit wordt gedaan door een binnenste, cilindrische magneet die 2.5T genereert en vervolgens een buitenste cilindrische magneet die het binnenveld tegenwerkt om een sterke, actieve magneetafscherming te bieden, zodat er geen magnetische velden meer achterblijven dan ongeveer 1 meter van de afdekking van het apparaat.
De tweede innovatie was in de besturingselektronica. Huidige MRI-scanners vereisen doorgaans drie grote rekken met speciaal ontwikkelde elektronica, die op maat zijn ontworpen en gebouwd door de MRI-fabrikant. Neoscan Solutions koos voor een andere aanpak. Het team gebruikt een pc waarop de software draait die Neoscan heeft gemaakt, plus high-end meet-pc-kaarten van Spectrum Instrumentation. De signalen voor de MRI worden gegenereerd door de M4i.6620-x8 en M2p.6546-x4 AWG's (Arbitraire Waveform Generators) en vervolgens geanalyseerd met behulp van een M2p.5968-x4 digitizer. Het systeem maakt gebruik van de SCAPP-softwarestuurprogramma's van Spectrum waarmee een grafische processor met 5000 cores de parallelle verwerking kan uitvoeren, in plaats van slechts 8 of 16 cores van een normale CPU te gebruiken.
Sub-nanoseconde precisie van Spectrum-kaarten
"Als start-up konden we het ons niet veroorloven om gespecialiseerde hardware te maken en daarom gebruikten we deze route van standaardkaarten van hoge kwaliteit die een platform bieden om onze software op te draaien", voegt Dr. Roell toe. “Dit betekende dat we onze vaardigheden konden concentreren op de softwareontwikkeling met zeer snelle ontwikkelingscycli in de wetenschap dat de hardware al was uitgeprobeerd en getest. Dit was alleen mogelijk vanwege de ontwerpkwaliteit van de Spectrum-kaarten. Voor MRI is het van vitaal belang dat er fasecoherentie is in de 64 MHz-signalen, anders treden er annuleringseffecten op. In de praktijk betekent dat dat de AWG en de bijbehorende digitizer een coherentieprecisie van minder dan een nanoseconde moeten hebben, wat met de Spectrum-kaarten wordt bereikt. Tijdens de onderzoeksfase was het moeilijk om dit te bepalen aan de hand van de specificaties van de kaarten die werden verstrekt door de verschillende leveranciers waarmee we contact hadden opgenomen, aangezien het een nogal ongebruikelijk detailniveau is. Spectrum was echter uitstekend in het helpen van technische ondersteuning, zowel bij de specificatie van de beste kaarten om te gebruiken als bij de implementatie. Het duurde weken langer voordat een rivaliserend voorstel binnenkwam en het was veel te gespecificeerd en te duur omdat ze niet de moeite hadden genomen om de details van ons project te begrijpen. "
Neoscan installeert binnenkort zijn eerste apparaten in Duitse ziekenhuizen, waar het door potentiële klanten in werking kan worden gezien terwijl het foto's van baby's maakt. Het certificeringsproces met een CE-markering zal naar verwachting voor het einde van 2021 zijn afgerond. De website van Neoscan biedt meer informatie onder:
Dr. Roell sloot af met de woorden: “Deze benadering van een direct beschikbaar hardwareplatform met speciaal ontworpen software werkte erg goed voor ons, omdat het ons in staat heeft gesteld een product veel sneller te maken. Ik denk dat het een zeer elegante oplossing is die kan worden gebruikt voor veel andere complexe machines, zoals CT-scanners en echografieapparaten, vooral omdat het het mogelijk maakt om innovatieve nieuwe benaderingen eenvoudig uit te proberen en te evalueren. software veranderingen."
Voor meer informatie, bezoek spectrum-instrumentatie.com