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1. procedimientos b sicos para el procesamiento inicial de los espectros y un m dulo externo de cuantificaci n con dos m todos optimizados para la extracci n de los par metros del equipo con un error inferior al 1 uno iterativo y otro no iterativo Se demuestra que los cambios introducidos no modifican el poder de resoluci n la sensibilidad y la potencia de los pulsos de excitaci n reportados por el fabricante Las modificaciones introducidas permitieron disponer de una instalaci n experimental expandida que ha sido utilizada con xito en investigaciones biom dicas as como en la ense anza de pregrado y postgrado Palabras clave Espectroscopia de Resonancia Magn tica MRS Dispositivos l gicos programables Procesamiento Espectral Resonancia Magn tica en biomedicina 1 INTRODUCCI N La Espectroscopia de Resonancia Magn tica ERM es un m todo f sico qu mico basado en las propiedades magn ticas de los n cleos at micos y permite estudiar la estructura geometr a pureza e interacciones de compuestos org nicos e inorg nicos mediante el an lisis de sus espectros Su uso fundamental est en ramas como la qu mica farmac utica la f sica qu mica y la medicina al permitir la determinaci n de estructuras moleculares e interacciones f sico qu micas Actualmente la ERM de alta resoluci n 500 900 MHz se emplea con xito en la dilucidaci n de complejas estructuras moleculares proteinas y cidos n2. 02524 50445 3460 S 4 DISCUSI N A nuestro juicio la p rdida de la resoluci n de la instalaci n en dos veces se debe al prolongado tiempo en que la instalaci n ha estado fuera de servicio que requiere de un ajuste fino y de una revisi n exhaustiva Esto se basa en que la forma de la l nea espectral viene dada por 1 1 gt YAB 2 2 donde T es el tiempo de relajaci n transversal y AB es la diferencia de campo en la muestra provocada por las inhomogeneidades del campo magn tico est tico La l nea seleccionada es estrecha de manera tal que el primer t rmino puede ser despreciado La resoluci n electr nica no es considerada ya que esta viene dada por 1 e sol T Adq Ep donde Tadq es el tiempo de duraci n del proceso de adquisici n que en nuestro caso fue de 180 s por lo tanto la resoluci n electr nica frecuencial es de 5 6mHz Los valores de sensibilidad y de ancho del pulso no difieren del reportado por el fabricante en m s de un 5 Esto demuestra que la programaci n de los par metros del equipo se realiza adecuadamente y no hay interferencia de ning n tipo generada por el sistema modificado La simulaci n de espectros permiti evaluar el funcionamiento integral del espectr metro en las nuevas condiciones La cuantificaci n realizada no difiere de los espectros patrones entregados por el fabricante Los resultados obtenidos en estos ensayos demostrar n que el equipo opera dentro
3. CE22V 10H donde se conforman las se ales de control necesarias para las transferencias de datos y direcciones hacia el equipo Fig 2 La foto muestra la tarjeta de interfaz colocada en el sistema de adquisici n del Espectr metro parte de la electr nica desarrollada para el control del equipo Los 7415244 destinados al env o de datos hacia la primera interface son habilitados por la se al CSH que proviene de ella los cuales se habilitan tanto en el caso que se requiera realizar una lectura por DMA o por el microprocesador La lectura de las se ales de reporte se realiza mediante la se al LATBUF generada en el PLD Para la lectura de la se al digitalizada de estabilizaci n nuclear se utiliz la misma se al ENF con la diferencia de que en este caso es activada por la direcci n de lectura D8000H LATBUF es generada por la direcci n de lectura D8002H El software escrito consta de tres m dulos fundamentales 1 Estabilizaci n nuclear 11 Programaci n de impulsos 111 An lisis espectral Estos m dulos garantizan el control de todas las funciones b sicas del espectr metro a trav s de una interfaz gr fica Otros procedimientos garantizan el almacenamiento de la informaci n espectral y de las series utilizadas los par metros y modos de operaci n y la graficaci n en diferentes dispositivos de salida Un m dulo desarrollado sobre Matlab 5 0 permite el procesamiento espectral y la cuantificaci n de se ales esp
4. Memorias Il Congreso Latinoamericano de Ingenier a Biom dica Habana 2001 Mayo 23 al 25 2001 La Habana Cuba INTRODUCCI N DE UNA COMPUTADORA PERSONAL A UN ESPECTROMETRO DE RESONANCIA MAGNETICA R P rez de Alejo Fort n E M Rodr guez Cala E D Alvarez Guerra D Uribazo Zapata N Fleitas Centro de Biof sica M dica Universidad de Oriente Patricio Lumumba s n Santiago de Cuba 90500 rigo Ocbm uo edu cu RESUMEN La Espectroscopia de Resonancia Magn tica ha tenido un extraordinario avance en las ltimas d cadas especialmente en lo concerniente a las aplicaciones biol gicas y m dicas No obstante contin a siendo una tecnolog a muy cara y por tanto es deseable dar un uso racional e intensivo a los sistemas instalados En este trabajo se presenta una interfaz para acoplar un equipo de Espectroscopia por Resonancia Magn tica Tesla BS587A con una computadora personal IBM compatible que garantiza el completo control y la adquisici n de todos los datos del equipo Fue desarrollada utilizando dispositivos l gicos programables y la se al fue adquirida mediante acceso directo a memoria Adem s se escribi un software para el control y el post procesamiento de los datos sobre plataforma Windows 98 Este garantiza una compatibilidad completa con otros softwares destinado al procesamiento de este tipo de datos y la implementaci n de los nuevos m todos de calibraci n autom tica de dicha instalaci n El paquete incluye
5. PUTER WITH THE MAGNETIC RESONANCE SPECTROMETER ABSTRACT Magnetic Resonance Spectroscopy has been remarkablely improving in the last decades specially in those issues related to biological and medical applications Nowdays it remains expensive and unaffordable technology for most institutions worldwide An interface to coupled the Magnetic Resonance Spectrometer ERM equipment Tesla BS587A with IBM compatible Personal Computer PC adequate to complete control of equipment and acquisition of data is presented It was designed using Programmable Logic Devices PLD and signal was adquired using Direct Access to Memory Devices DMA Controller It is proved that changes do not affect those paramter values reported by the manufacturer Furthermore software to control of equipment and post processing of data in Windows 98 was written The software that allow a complete compatibility with other software to process of the data and a implementation of the new methods of equipment automatic calibrations It include a principal methods of spectral start process and two quantification methods optimised to extract the parameter of equipment with error lower than 1 one iterative and the other not iterative Modifications give us an upgraded experimental spectrometer that has been used in different reserach and in undergraduate and postgraduate courses at the University of Orient
6. cleicos y se extienden las aplicaciones biom dicas a la caracterizaci n de tejidos y fluidos biol gicos en condiciones normales y en diferentes procesos patol gicos 7 9 11 La existencia de Tom grafos de Resonancia Magn tica equipados con m dulos para ERM ha permitido el desarrollo de investigaciones in vivo cuyo alcance puede ser importante para el diagn stico m dico Una caracter stica de estos sistemas es que operan a campos magn ticos entre 1T 3T por razones de bioseguridad campos mayores de 2T s lo para voluntarios modelos animales campos relativamente bajos en ERM A pesar de los avances experimentados por la tecnologia y el marcado crecimiento de las aplicaciones el uso extensivo de la ERM esta limitado por diversos factores i los altos costos de los equipos y el mantenimiento de la instalaci n ii la limitada cantidad de protocolos experimentales estandarizados y iii la incertidunbre que existe en cuanto a la reproducibilidad de los resultados especialmente en las aplicaciones in vivo Los espectr metros que operan a bajos campos pueden ser utilizados todav a en aquellas condiciones donde se desea poner a punto m todos que ser n utilizados posteriormente en espectroscopia in vivo y no es aconsejable establecer estudios cl nicos que requieren rigurosos protocolos aprobados o el estudio se encuentra en las fases inciales y son necesarias las mediciones in vitro de patrones o modelos Por estas razones ma
7. de 100 La figura 2 muestra la correspondencia que existe entre los m ximos de los mismos y la curva ideal que corresponde a la f rmula 1 La correlaci n hallada fue de 0 99 El valor calculado de Tp para 90 y para 180 grados es de 8 2 y 16 4us que no difieren esencialmente de los reportados por el fabricante en el proceso de puesta a punto de la instalaci n 8 0 y 16 1 ml mM bi AAA UN op i miii iii Fig 3 Curva para la calibraci n de potencia y ajuste seg n la ecuaci n 1 El m ximo de se al corresponde al valor ptimo de ancho de pulso La muestra de o diclobenceno fue utilizada finalmente para cuantificar el espectro y hacer las comprobaciones finales La tabla 1 muestra los resultados de la cuantificaci n La figura 3 muestra el espectro reci n adquirido y el espectro despu s del procesamiento Fig 4 En la imagen izquierda azul espectro sin procesar de o diclobenceno A la derecha rojo se muestra el espectro con correcci n de fase y ensanchamiento de la l nea de 0 007Hz que mejora significativamente la relaci n se al ruido Tabla 1 Cuantificaci n del espectro del o diclobenceno Se muestran los adquirido y su Error STD picos m s prominentes del espectro correspondencia con el valor del espectro simulado Par metros de los picos de la Par metro Se al Simulada por el HSVD C Tef Par metros Calculados pa Pase o 0 050 8926 os for fAmpltud 300 300 600 50972
8. de los par metros establecidos por el fabricante y por tanto las modificaciones establecidas no introdujeron errores en el proceso de operaci n 5 CONCLUSIONES El trabajo realizado permiti montar y comprobar una interface compuesta por dos tarjetas que garantizan el funcionamiento adecuado del espectr metro Tesla BS587A controlado por una PC se implement un procedimiento para la correcci n autom tica de los errores introducidos por el corrimiento del cero en espectros de RM as como la correcci n de fase introducida por la transformada de Fourier Se comprob e implement una metodolog a para el filtrado inicial de la data por el m todo de ensanchamiento de la l nea til para el caso en que las ventanas de conversi n en el dominio del tiempo sean grandes Se evaluaron los m todos de cuantificaci n no iterativos por ser los m s ventajosos en cuanto a tiempo de c mputo Se comprobaron los par metros poder de resoluci n estabilidad y sensibilidad encontr ndose valores dentro del rango de operaci n del equipo Durante el a o de operaci n del equipo no se han reportado fallas del sistema lo que garantiza una alta confiabilidad en la interface dise ada y construida AGRADECIMIENTOS El colectivo de autores agradece especialmente al Ing Orlando Calder n Medina al Lic Oreste Ferrer Borges y al Lic Alexander Pascau Sim n por su colaboraci n a la realizaci n de este trabajo REFERENCIAS 1 Arch
9. ectrales utlizando m todos iterativos y no iterativos como el HSVD y el VARPRO 4 15 Este m dulo no se describe en este trabajo Una parte importante del software desarrollado tiene que ver con la incorporaci n de procedimientos para la correcci n de fase Para lograr una representaci n lineal del espectro se desarroll un procedimiento de correcci n de fase El algoritmo propuesto tiene el siguiente esquema 1 Se introducen los datos complejos en el dominio del tiempo a la funci n y se calcula la FFT a los mismos 2 Se calculan los vectores Fsin y Fcos que est n conformados por una funci n seno y coseno respectivamente cuyo per odo es igual al ancho de la ventana frecuencial en este caso el doble del ancho de banda 3 Se calcula la nueva parte real como parte real de data Fcos parte imaginaria de data Esin y la nueva parte imaginaria como parte real de data Fsin parte imaginaria de data Fcos Con la nueva interfaz y el software procedimos a comprobar el funcionamiento de espectr metro Para ello se realizaron determinaciones del poder de resoluci n la sensibilidad y la calibraci n de pulso de 90 grados El valor de resoluci n reportado por el fabricante es de 0 14Hz En nuestra comprobaci n el valor obtenido fue de 0 27Hz El valor de sensibilidad calculado a partir de la muestra de etilbenceno fue de 70 5 seg n la f rmula 2 EL valor reportado por el fabricante para la muestra utilizada fue
10. ivo de planos Obvodov Schemata Desek ADT 4700 Tesla 1985 2 D Barache J P Antoine and J M Dereppet J Magn Reson vol 128 pp 1 11 1997 3 H Barjat P B Chilvers B K Fetler T J Horne and G A Morris A Practical Method for Automated Shimming with Normal Spectrometer Hardware J Magn Res vol 125 1997 4 R de Beer c59 Quantitative In Vivo NMR 1994 5 R Bracewell The Fourier Transfor and its applicatins MaGraw and Hill rs Editions 1965 6 A E Derome Modern NMR Techniques for Chemistry Research Pergamon Press 3 Edition 1987 7 L Dologlou S Van Huffel and D Van Ormond J Magn Reson Vol 130 pp238 243 1998 8 E Fukushima and S B W Roeder Experimental Pulse NMR 2 Edition 1981 J P Grivet J Magn Reson Vol 125 pp 102 106 1997 10 H Gunther NMR Spectroscopy 2 Edicion John Wiley Sons 1994 11 Intel 8237A 8237A 4 8237A 5 High Performance Programmable DMA Controller Intel 1990 12 H Serral L Senhadji J D De Certaines and J L Coartrieeux J Magn Reson vol 124 pp 20 34 1997 13 V Soghomonian M Cotten R Rosanske and T A Cross J Magn Res Vol 125 pp 212 215 1997 14 Tesla Manual de Usuario del Espectr metro Tesla BS 587 A Tesla 1987 15 J W C Van deer Veen R De Beer P R Luyten and D Van Ormondt Magn Reson Med vol 6 pp 92 98 1998 INTERFACE OF A PERSONAL COM
11. ntener operando las instalaciones experimentales y obtener los m ximos beneficios requieren un alto nivel de conocimiento por parte de los espectroscopistas y un nivel constante de modernizaci n de los equipos Este trabajo presenta la modificaci n de los bloques de control de un espectr metro TESLA a 80MHz y su conexi n a una computadora personal PC Para lograr este objetivo se dise aron las interfaces necesarias y se realiz un riguroso proceso de puesta a punto Esta modernizaci n permiti obtener mayores beneficios del espectr metro al mejorar el procesamiento de los datos y la programaci n de experimentos La nueva arquitectura asegura la adquisici n y exportaci n de los datos as como un procesamiento m s avanzado de los mismos al introducir novedosos m todos de cuantificaci n que no estaban disponibles en el equipo original Este equipo est incorporado al trabajo experimental en un laboratorio de investigaciones biom dicas del Centro de Biof sica M dica 950 7132 57 5 c 2001 Sociedad Cubana de Bioingenier a art culo 00373 2 METODOLOG A Concepci n general del dise o La nueva interface la dividimos en dos tarjetas la interface N 1 situada en el bus AT de la computadora que ahora se encuentra en la consola del operaci n Esa modificaci n se realiz para lograr mayor sencillez e interacci n con el operador y la interface N 12 situada en el armario del equipo En estas se introdujeron los Dis
12. positivos L gicos Programables para ganar en compactaci n calidad en el trabajo y nivel de terminaci n y se introdujo la transferencia de datos por DMA que garantiza una mayor eficiencia en el trabajo La comunicaci n entre las dos tarjetas se realiz usando dos de las cintas de comunicaci n que tra a el equipo que est n formadas por 30 v as de plata ubicadas paralelas equidistantes y fundidas en pl stico Inicialmente la nueva interface dise ada permiti la adquisici n de la se al de RM del Canal de Observaci n utilizando una de las interrupciones de la m quina Selecci n de la computadora Se utiliz una PC AcerOpen Pentium a 120 MHz con 32 MB de RAM que cumple con nuestras exigencias en cuanto a la posibilidad de implementar nuevos m todos de calibraci n y correcci n de garantizar la estabilidad de trabajo de la instalaci n y ser compatible con los potentes sistemas de c lculo existentes La computadora seleccionada garantiza los tiempos requeridos para el funcionamiento del equipo y la transferencia de datos Impresos La simulaci n de los circuitos y el dise o del impreso se realizaron utilizando los software Orcad Pspice y PCAD La fabricaci n del mismo se realiz en un equipo para el desarrollo de circuito impreso de la firma alemana LPKF Software de procesamiento y control Fue desarrollado sobre plataforma Windows 98 Se utiliz la versi n 1 del Borland Delphi Este est conformado por tres bloques f
13. que debe responder a Tp ANA 1 p sins op donde TP90 es el t correspondiente a aquel pulso que genera una rotaci n de los espines de 90 grados Poder de Resoluci n Fue obtenido midiendo a la semi altura el ancho de una l nea con tiempo de relajaci n transversal largo estrecha La muestra utilizada fue el patr n de o diclorobenceno Sensibilidad Se evalu como la raz n entre una l nea dada y el nivel de ruido para un experimento donde se utiliz un pulso de 90 que viene dada por Alinea 2 Noisepp Sensibilidad 2 5 donde Alinea es la l nea m s intensa del espectro y Noisepp es la magnitud del ruido pico a pico La muestra utilizada fue el patr n de etilbenceno 3 RESULTADOS La interface N 1 fue ubicada en el bus AT de la PC y se encarga de la decodificaci n de la direcci n de memoria v lida para el trabajo con el espectr metro de la transferencia de datos y direcciones PC espectr metro de formar las se ales de control b sicas y del env o de la interrupci n a la PC La figura 1 mustra un esquema en bloque del sistema Para la transferencia de datos y direcciones hacia y desde la PC se utilizaron 4 transceptores de l nea bidireccionales con posibilidadades de tercer estado 741s245 Los 2 tranceptores para la escritura de los datos son habilitados por la se al de control del bus AT de la m quina MEMW y una de las salidas de un decodificador de direcciones de 4 16 l neas 7415154 al q
14. ue llegan los bits de direcciones A16 A19 y la se al de validaci n de direcciones AEN Fig 1 Diagrama en bloques de la instalaci n La direcci n de trabajo es seleccionada por un conmutador situado en la tarjeta En nuestro caso se permite como zona de trabajo del equipo la zona D de la memoria de la m quina Se reserv desde la D4000H hasta la D8FFFH La lectura de los datos es validada por la salida del decodificador y la se al de control de lectura del bus AT MEMR La direccionalidad de la transferencia de los datos es controlada en el pin 1 DIR de cada transceptor de datos de forma tal que cuando se requiere de una escritura este terminal se mantiene en 0 y en caso de una lectura cambia de nivel En el caso de la escritura de direcciones se mantiene fija DIR 0 debido a que la transferencia se efect a en una sola direcci n Para transferir datos de 16 bits se activa la se al MEMCS16 del bus mediante la ltima salida del 741s245 utilizado para la transferencia de direcciones 1 12 16 En esta tarjeta tambi n se generan las se ales de control b sicas para la escritura y lectura de los datos en el espectr metro WRCOM y RDCOM respectivamente Ambas son sincronizadas por las se ales MEMW y MEMR del bus y la salida del decodificador 1 12 16 La tarjeta interface N 2 ver figura 2 basicamente consta de los 4 manipuladores de l nea 741s244 y el resto de las compuertas est n integradas en un PLD PAL
15. undamentales uno para el control y visualizaci n de la se al de estabilizaci n que act a como tutorial para la gu a del usuario durante todo el proceso otro para el dise o y ejecuci n de las diferentes series de impulso y un tercero para la obtenci n del espectro los cambios de los par metros espectrales como ancho de banda temperatura del experimento n mero de repeticiones frecuencia de trabajo tipo de n cleo y para el procesamiento del espectro filtrado control de fase almacenamiento y lectura de datas ya almacenadas impresi n y graficado etc Para la interacci n con la interface se desarroll una Biblioteca de Enlace Din mico DLL Patrones para la calibraci n Se utilizaron dos patrones suministrados por el fabricante 1 50 de Cloroformo 2 de Tetrametilsilano TMS como referencia interna y 48 de Deuteroacetona y 11 30 de o diclorobenceno 5 de Hidroxidimetilsulf xido como referencia interna y 65 de Deuteroacetona Calibraci n de la potencia del pulso de excitaci n Se obtuvieron 30 espectros de H de una muestra compuesta por 50 de Cloroformo 2 de Tetrametilsilano TMS para patr n y 48 de Deuteroacetona Estos difieren en el ancho del pulso de excitaci n que fueron variados linealmente desde 1 hasta 3011S De cada espectro se tom la l nea correspondiente al TMS y se grafic su amplitud contra el tiempo de duraci n del pulso de excitaci n t la
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