MagneticFieldHomogeneityMapper

Magnetic Field Homogeneity Mapper

instrumental Hyperpolarized Xenon RPH Xe-129 medical gases CSV→JSON URS & FS rule-based

Описание утилиты: Magnetic Field Homogeneity Mapper

Magnetic Field Homogeneity Mapper — Картограф однородности магнитного поля для систем гиперполяризации

ℹ️  Утилита анализирует карту магнитного поля (B0) в объеме поляризации:
    • Пиковое отклонение частоты (Гц)
    • Среднеквадратичная неоднородность (RMS)
    • Однородность в ppm

⚠️  КРИТИЧНО: Неоднородность поля ускоряет релаксацию (T2*)!
    Это приводит к быстрой потере гиперполяризации и размытию изображения.

Использование:
  MagneticFieldHomogeneityMapper.exe                            → демо-режим (вывод в консоль)
  MagneticFieldHomogeneityMapper.exe input.csv output.json      → оценка ваших данных

Формат input.csv:
BatchNumber,ProductName,Central_Freq_Hz,Max_Dev_Hz,RMS_Hz,VOI_Diameter_mm,Max_Allowed_Peak_Hz,Max_Allowed_RMS_Hz

Пример:
  B0-MAP-2026-001,SEOP Cell,63870000,150,40,50,200,50

— ЗАЧЕМ ЭТО НУЖНО?
Однородность магнитного поля критична для процесса SEOP:
• Гиперполяризация требует длительного времени взаимодействия атомов с лазером в магнитном поле
• Неоднородности поля приводят к дефазировке спинов (укорочение T2*)
• Это снижает максимальный достижимый уровень поляризации
• Для получения качественного МРТ-изображения поле должно быть однородным в пределах нескольких ppm
• Карта поля помогает настроить катушки шиммирования (shimming coils)

⚠️  КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО:
• Пиковое отклонение ≤200 Гц (зависит от силы поля)
• RMS неоднородность ≤50 Гц
• Однородность < 5 ppm для высокопольных систем
• Регулярная проверка перед каждой серией поляризации

Ключевые особенности утилиты:
• Анализ данных зондового картирования (NMR probe mapping)
• Расчет статистических метрик однородности (Peak, RMS)
• Пересчет отклонений в относительные единицы (ppm)
• Поддержка различных конфигураций магнитов

Критические параметры:
• Peak Deviation: ≤200 Hz
• RMS Inhomogeneity: ≤50 Hz
• Uniformity: < 5 ppm

💡 Советы по использованию:
1. Используйте стандартизированные фантомы для картирования поля
2. Проводите шиммирование (пассивное или активное) при обнаружении градиентов
3. Учитывайте влияние ферромагнитных предметов рядом с установкой
4. Контролируйте температуру магнита, так как она влияет на однородность
5. Сохраняйте карты поля для отслеживания дрейфа магнита во времени

⚠️ Особенность: В отличие от клинических МРТ-сканеров, где однородность важна для геометрии изображения, в поляризаторах она важна для самого процесса создания сигнала. Плохое поле = слабый сигнал на выходе, независимо от качества лазера.

input.csv

BatchNumber,ProductName,Central_Freq_Hz,Max_Dev_Hz,RMS_Hz,VOI_Diameter_mm,Max_Allowed_Peak_Hz,Max_Allowed_RMS_Hz
B0-MAP-2026-001,SEOP Cell (1.5T),63870000,150,40,50,200,50
B0-MAP-2026-002,SEOP Cell (Bad Shim),63870000,800,250,50,200,50
B0-MAP-2026-003,High-Field Cell (3T),127740000,100,25,50,200,50

URS & FS — пользовательские требования и функциональная спецификация

URS & FS — спецификация пользователя и функциональная спецификация

Документ описывает контролируемый интерфейс и поведение утилиты MagneticFieldHomogeneityMapper для объекта «Magnetic Field Homogeneity Mapper». Пределы из исходного описания являются стартовой конфигурацией и до продуктивного применения должны быть сверены с утверждённой спецификацией, протоколом исследования, инструкцией к оборудованию и локальными SOP.

Предметные ограничения и критические параметры

Peak Deviation: ≤200 Hz
RMS Inhomogeneity: ≤50 Hz
Uniformity: < 5 ppm

URS — пользовательские требования

ID	Требование	Критичность	Критерий приёмки
URS-001	Утилита должна принимать `input.csv` с точными заголовками из контракта данных.	High	Файл обрабатывается без ручного переименования колонок.
URS-002	Утилита должна выполнять детерминированную проверку для «Magnetic Field Homogeneity Mapper».	High	Для каждой строки формируется PASS / WARNING / FAIL.
URS-003	Обязательные поля, типы, диапазоны, единицы и согласованность данных должны проверяться до предметных правил.	High	Ошибки схемы отделены от несоответствий.
URS-004	Критические пределы из описания и утверждённой локальной конфигурации должны приводить к critical finding.	High	Нарушение критического правила приводит к FAIL.
URS-005	Результат должен формироваться в машинно-читаемом `output.json`.	High	JSON содержит исходные значения, проверки, предупреждения и отказы.
URS-006	Решение о соответствии не должно использовать машинное обучение.	Medium	Результат воспроизводим по явным правилам и входным данным.
URS-007	Должна сохраняться трассируемость серии, исходного файла, версии правил и итогового статуса.	High	QA/QC может воспроизвести решение.
URS-008	Утилита должна иметь ровно один основной портальный тег: `instrumental`.	Medium	Другие теги api / instrumental / medical_devices отсутствуют.
URS-009	Документация должна поддерживать IQ/OQ/PQ или эквивалентную CSA/CSV-проверку.	Medium	Контракт, тестовые сценарии и change-control правила доступны вместе с утилитой.

Контракт input.csv

#	Поле	Тип	Единица	Пример	Назначение
1	`BatchNumber`	string	as specified	`B0-MAP-2026-001`	Идентификатор серии/партии для трассируемости.
2	`ProductName`	string	as specified	`SEOP Cell (1.5T)`	Наименование контролируемого продукта, газа, процедуры или оборудования.
3	`Central_Freq_Hz`	decimal	Hz	`63870000`	Контролируемое поле input.csv: Central Freq Hz.
4	`Max_Dev_Hz`	decimal	Hz	`150`	Контролируемое поле input.csv: Max Dev Hz.
5	`RMS_Hz`	decimal	Hz	`40`	Контролируемое поле input.csv: RMS Hz.
6	`VOI_Diameter_mm`	decimal	mm	`50`	Контролируемое поле input.csv: VOI Diameter mm.
7	`Max_Allowed_Peak_Hz`	decimal	Hz	`200`	Контролируемое поле input.csv: Max Allowed Peak Hz.
8	`Max_Allowed_RMS_Hz`	decimal	Hz	`50`	Контролируемое поле input.csv: Max Allowed RMS Hz.

BatchNumber,ProductName,Central_Freq_Hz,Max_Dev_Hz,RMS_Hz,VOI_Diameter_mm,Max_Allowed_Peak_Hz,Max_Allowed_RMS_Hz
B0-MAP-2026-001,SEOP Cell (1.5T),63870000,150,40,50,200,50
B0-MAP-2026-002,SEOP Cell (Bad Shim),63870000,800,250,50,200,50
B0-MAP-2026-003,High-Field Cell (3T),127740000,100,25,50,200,50

FS — функциональная спецификация

ID	Функция	Реализация
FS-001	CLI execution	`MagneticFieldHomogeneityMapper.exe` поддерживает demo mode и режим `input.csv output.json`.
FS-002	CSV import	Чтение UTF-8 CSV, проверка заголовка, количества и порядка колонок.
FS-003	Schema validation	Проверка обязательности, пустых значений, типов и базовой правдоподобности.
FS-004	Domain rule engine	Применение явных правил для «Magnetic Field Homogeneity Mapper» и локально утверждённых пределов.
FS-005	Status aggregation	FAIL при critical finding; WARNING при некритическом отклонении; PASS при полном соответствии.
FS-006	JSON export	Запись исходных значений, применённых правил, статусов, warnings, failures и версии конфигурации.
FS-007	Audit support	Сохранение структуры результата для review, расследования, IQ/OQ и change control.
FS-008	Integration contract	LIMS/ELN/MES или приборный wrapper формирует CSV; утилита возвращает JSON.

Пример output.json

{
  "utilityId": "magnetic-field-homogeneity-mapper",
  "primaryTag": "instrumental",
  "overallStatus": "PASS|WARNING|FAIL",
  "sourceFile": "input.csv",
  "checks": [
    {
      "parameter": "BatchNumber",
      "value": "B0-MAP-2026-001",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "ProductName",
      "value": "SEOP Cell (1.5T)",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Central_Freq_Hz",
      "value": "63870000",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Max_Dev_Hz",
      "value": "150",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "RMS_Hz",
      "value": "40",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "VOI_Diameter_mm",
      "value": "50",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Max_Allowed_Peak_Hz",
      "value": "200",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Max_Allowed_RMS_Hz",
      "value": "50",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    }
  ],
  "warnings": [],
  "criticalFindings": []
}

OQ/PQ тестовые сценарии

ID	Сценарий	Ожидаемый результат
OQ-001	Валидная строка из примера	PASS или допустимый WARNING согласно локальным правилам.
OQ-002	Отсутствует обязательная колонка	Ошибка схемы; предметные проверки не маскируют ошибку.
OQ-003	Нечисловое значение в числовом поле	Ошибка преобразования типа.
OQ-004	Критический параметр за пределом	FAIL и critical finding.
OQ-005	Граничное значение	Результат соответствует явно заданному оператору ≤ / ≥ / < / >.
PQ-001	Реальные данные площадки	Согласованный QA/QC review с сохранением CSV, JSON, версии и контрольной суммы.

QA/QC и change control

Не менять имена колонок без обновления валидатора, документации и тестового набора.
Хранить input.csv, output.json, версию исполняемого файла, версию правил и контрольные суммы.
Перед продуктивным использованием выполнить локальную проверку пределов и IQ/OQ/PQ или эквивалентную CSA.
Изменения, влияющие на безопасность пациента, дозиметрию, газовую смесь, поляризацию или оборудование, требуют документированного impact assessment.

Входит в пакеты

Rph Hyperpolarized Xenon Lifecycle QC Suite

29 утилит для полного жизненного цикла гиперполяризованного ксенона: изотопный состав и чистота газа, SEOP и поляризация, T1/хранение/транспорт, безопасное смешивание и подача, MRI/SPECT QC, дозиметрия, scavenging, recovery и recycling.

Открыть

RPH isotope family: xenon and gas tracers

Xe-127, Xe-129 и Xe-133 для ventilation, hyperpolarized imaging, gas QC и safety.

Открыть

RPH organ/system: лёгкие и вентиляция

Lung perfusion, MAA, V/Q, aerosol, xenon ventilation, shunt и pulmonary dosimetry.

Открыть

RPH use case: ксенон, вентиляция и медицинские газы

Xe-129, Xe-133, Xe-127, гиперполяризация, SEOP, T1, mixing, scavenging, transport, recovery и вентиляционная визуализация.

Открыть

RPH workflow: дозиметрия и планирование терапии

Activity planning, absorbed dose, organ dose, lung shunt, preplanning и therapy verification.

Открыть

RPH workflow: imaging QC и количественная интерпретация

Acquisition, uptake, clearance, perfusion, transit, ejection fraction, segmentation и quantitative imaging.

Открыть

RPH workflow: instruments, devices и radiation safety

PET/gamma-camera state, calibration, detector QC, energy window, TOF, shielding и radiation safety.

Открыть