Development of a multiplatform console for acquisition, organization and visualization of CIERMag digital spectrometer data: ToRM Console

As técnicas de ressonância magnética nuclear (RM), por não serem invasivas ou destrutivas, apresentam um papel importante em diversas áreas do conhecimento como, por exemplo, medicina, química, física, setor rural, setor petrolífero, etc. Entretanto os custos de aquisição, manutenção e atualização dos equipamentos comerciais são muito altos e países em desenvolvimento, como é o caso do Brasil, sofrem com os impactos em função deste fator, principalmente nos setores ligados à pesquisa, em especial, nas áreas de concepção de novos métodos de RM. Além disso, o cenário nacional de desenvolvimento tecnológico desta área é escasso e os equipamentos comerciais fornecidos pelas empresas nem sempre oferecem a flexibilidade desejada. Baseado no uso de tecnologias inovadoras, como é o caso dos hardwares reconfiguráveis e uso de linguagem, compilador, bibliotecas e editores próprios para desenvolvimento de métodos de sequência de pulsos de RM, o Centro de Imagens e Espectroscopia in vivo por Ressonância Magnética (CIERMag) propõe uma solução alternativa através do desenvolvimento de um espectrômetro completamente digital de RM, flexível o suficiente para operar como um tomógrafo. O objetivo deste trabalho é idealizar e desenvolver a camada de software responsável pela aquisição, organização, visualização e armazenamento dos dados provenientes do espectrômetro através do subsistema ToRM Console, levando em consideração a flexibilidade proposta. Além disso, um arcabouço de ferramentas para automatização de pós-processamento, o ToRM Processing API, foi desenvolvido. Ambos os sistemas foram implementados em linguagem Python, com auxílio das principais bibliotecas de propósito científico (Numpy, Scipy, Matplotlib, etc). A realização de um experimento para estudo do comportamento do tempo de relaxação transversal de soluções de sulfato de cobre em função da variação da concentração é mostrada através do uso do método Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG). Outras aplicações do espectrômetro são mostradas através da obtenção de dados gerados por meio de sintetizadores de sinais acoplados ao espectrômetro. Os resultados mostram que o espectrômetro atualmente pode operar como um relaxômetro de RM de fácil operação. Os sistemas desenvolvidos neste trabalho mostram-se suficientemente flexíveis e preparados para operação em experimentos de Imagens e Espectroscopia de Alta Resolução, que são futuras etapas de desenvolvimento no CIERMag, tendo em vista as ferramentas desenvolvidas e testadas através do uso de dados sintetizados.The Nuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques, which are neither invasive nor destructive, play an important role on several areas of knowledge, such as Medicine, Chemistry, Physics, Agriculture, Oil industry, among others. However, the costs associated with acquisition, maintenance and upgrade are very high, which have impacted on developing countries, as Brazil. Furthermore, the national scenario of technological development in this area is scarce and the commercial equipment provided by the companies does not always offer the desired flexibility. Based on the use of innovative technologies, which is the case of reconfigurable hardware and the use of proprietary language, compiler, libraries and editors for the development of NMR sequence pulses methods, the Magnetic Resonance Imaging and in vivo Spectroscopy Center (CIERMag) have proposed an alternative solution through the development of a completely digital NMR spectrometer, flexible enough to operate as an MRI Scanner. This dissertation reports the design and development of a software layer responsible for the acquisition, organization, visualization and storage of the data provided by the spectrometer through the ToRM Console subsystem, taking into account the proposed flexibility. A framework for post-processing automation, the ToRM Processing API, is also described. Both systems were developed in Python programming language, with the help of the main scientific purpose libraries (Numpy, Scipy, Matplotlib, etc.). Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) method was used for the evaluation of the transverse relaxation time dependency on variable concentrations of copper sulfate solution. Other spectrometer applications are shown through the acquisition of synthesized data from simulation devices coupled to the spectrometer. The results show that the spectrometer can currently operate as an easy-to-use NMR Relaxometer. The systems described in the present work proved to be sufficiently flexible and prepared for the operation as MRI Scanners or Analytical Spectrometers, which are the future stages of development at CIERMag, considering the tools developed and tested through the use of synthesized data