SPECTRUM製 A/D・D/Aボードは、新しいMRIで重要な役割を果たします
はじめに：
MRIスキャナーは重要な診断ツールですが、大きく、非常に重く、冷却するための液体ヘリウムが必要です。
Neoscan Solutions社は、病院の小児病棟に配置して、移動距離を短くし、睡眠中の病気の赤ちゃんをスキャンできる、はるかに小型で軽量のMRIスキャナーを開発しました。 小型設計の鍵は、SPECTRUM製のA/DボードとD/Aボードの使用です。これらは、スキャナー信号を生成して結果をキャプチャするためのサブナノ秒のコヒーレンス精度を提供します。
MRIスキャナーの問題点：
現在のMRIスキャナーの重量は約８トンであるため、この重量に耐えられる床に配置する必要があります。つまり、特別に補強された床か地下室に配置する必要があります。 それはまた広さも必要とします。スキャナーとすべてのサポート機器用に40平方メートルが必要です。さらに、液体ヘリウムで冷却する必要があり特別な取り扱いが必要です。
「長年MRIスキャナーを使用してきたので、私は問題を認識しました。」と、ドイツのNeoscan Solutions社の創設者であるStefan Roell氏は説明します。「病気の子供をスキャンすることは、通常、病棟からスキャナーまでの長い旅を意味し、赤ちゃんは簡単に移動できないサポート機器が必要になる場合があります。このため、MRIスキャンさえ行われないことがあります。私達はMRIスキャナーを特別に設計しました。新生児や乳幼児の場合、中央の穴の直径は60cmではなく直径30cmです。その結果、スキャナーははるかに小さく（170cm x 150cm x 110cm）することができ、通常のドアを通過できます。わずか2000kgのため標準的な床に配置でき、10平方メートルしか必要としないため、小児病棟の予備の部屋に設置できます。眠っている赤ちゃんをMRIまでわずか数メートルで運ぶことは大きな利点であり、建物内の長い旅とスキャンのために赤ちゃんを動かさないようにするための鎮静剤の必要性をなくします。」
実現のためのチャレンジ：
Neoscanマシンの技術と電界強度は現在のスキャナーと同じであるため、検証するための新しい臨床研究は必要ありません。これを達成する為にメーカーによるいくつかのチャレンジが必要でした。
まず、サイズを縮小するために、液体ヘリウムを使用せずに穴の内側に標準の1.5テスラの磁場を生成する乾式磁石を開発する必要がありました。これは、2.5テスラを生成する内側の円筒形磁石と、内側の磁場を打ち消して強力でアクティブな磁石シールドを提供する外側の円筒形磁石によって実現することで、デバイスのカバーから約1mを超えて漂遊磁場が残らない事を実現しました。
2番目のチャレンジは制御用電子機器でした。現在のMRIスキャナーは通常、特別に開発された電子機器の3つの大きなラックを必要とします。これらは、MRIメーカーによってカスタム設計され製造されています。Neoscan Solutions社は、別のアプローチを選択しました。それは、自社作成したソフトウェアを実行するPCとSPECTRUM製のハイエンド測定用PCIeカードを使用することです。MRIの信号は、M4i.6620-x8およびM2p.6546-x4 D/Aボー
ドによって生成され、M2p.5968-x4 A/Dボードを使用して分析されます。システムは、CPUの8コアまたは16コアのみを使用する代わりに、5000コアのGPUが並列処理を実行できるようにするSPECTRUM製のSCAPPソフトウェアドライバを使用します。
高精度なSPECTRUMボード：
「初期段階で専用のハードウェアを作成する余裕がなかったため、ソフトウェアを実行するためのプラットフォームを提供する高品質の標準PCIeカードを使用しました。」とRoell博士は付け加えました。「これは、ハードウェアがすでに試されテストされていることがわかっている為、非常に速い開発サイクルでソフトウェア開発にスキルを集中できることを意味します。これは、SPECTRUMボードの設計品質により可能になる事でした。MRIの場合、64MHz信号に位相コヒーレンスがあることが重要です。そうでない場合はキャンセル効果となります。実際には、D/AボードとマッチングするA/Dボードがサブナノ秒のコヒーレンス精度を備えている必要があることを意味します。これは、SPECTRUM製PCIeボードにより実現できます。検討したさまざまなサプライヤーから提供されたボードの仕様書からこれを判断するのは困難ですが、SPECTRUM社は、使用するのに最適な両方のボードの仕様に関しての技術サポートを提供してくれました。他社の提案は、回答までに数週間近くかかり、私たちのプロジェクトの詳細を理解する努力をしていなかったため、オーバースペックとなり価格が高くなりました。」
Neoscan社は、まもなくドイツの病院に最初の機器を設置し、将来お客様が赤ちゃんの画像を撮影する際に操作を確認できるようにします。CEマークの付いた認証プロセスは、2021年末までに完了する予定です。Neoscan社のWebサイトでは、詳細情報を提供していますのでご確認ください。
こちら☞ www.neoscan-solutions.com
Roell博士は、次のように述べています。「特別に設計されたソフトウェアを実行するために、すぐに利用できるハードウェアプラットフォームを利用するこのアプローチは、製品をはるかに短期間で作成できるため非常に良い手法でした。これは、CTスキャナーや超音波装置など、他の多くの複雑な機器に使用できる非常に洗練されたソリューションだと思います。特に、ソフトウェアを変更するだけで革新的な新しいアプローチを簡単に評価できるためです。」
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原文ドキュメント：Spectrum社
Shrunken MRI scanner helps in saving lives of sick babies
関連製品
M4i.4471-x8：180MHz A/D ボード (PCIe)
M2p.6533-x4：40MHz D/A ボード (PCIe)
Spectrum Instrumentation社について
Spectrum社は、Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbHとして1989年に設立され、2017年にSpectrum Instrumentation GmbHに改名されました。最も一般的な業界標準（PCIe、LXI、PXIe）で500を超えるデジタイザおよびジェネレータ製品を作成するモジュール設計のパイオニアです。これら高性能のPCベースのテスト&メジャーメントデザインは、電子信号の取得・生成および解析に使用されます。同社はドイツのGrosshansdorfに本社を置き、幅広い販売ネットワークを通じて世界中に製品を販売し、設計エンジニアによる優れたサポートを提供しています。 Spectrum社の詳細については、www.spectrum-instrumentation.comを参照してください。