SpinExchangeOpticalPumpingEfficiencyMonitor

Spin-Exchange Optical Pumping Efficiency Monitor

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

Описание утилиты: Spin-Exchange Optical Pumping Efficiency Monitor

Spin-Exchange Optical Pumping Efficiency Monitor — Монитор эффективности оптической накачки (SEOP)

ℹ️  Утилита оценивает качество процесса гиперполяризации:
    • Достигнутый уровень поляризации
    • Время нарастания сигнала (Buildup Time)
    • Отношение к теоретическому пределу
    • Статус плотности паров рубидия

⚠️  КРИТИЧНО: Низкая эффективность означает потерю дорогостоящего газа!
    Основные причины: деградация лазера, утечка тепла, истощение рубидия.

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

Формат input.csv:
BatchNumber,ProductName,Laser_W,Cell_T_C,Rb_Factor,B_Field_G,Initial_Pol_Percent,Buildup_Time_sec,Max_Theoretical_Pol,Min_Acceptable_Pol,Max_Buildup_Time

Пример:
  SEOP-2026-001,Xe-129 Mix,100,180,1.0,15,45,40,55,40,60

— ЗАЧЕМ ЭТО НУЖНО?
Контроль эффективности SEOP критичен для производства HP-Xe-129:
• Процесс передачи спина от оптически накачанного рубидия к ксенону сложен и нестабилен
• Эффективность зависит от мощности лазера, температуры ячейки и чистоты газа
• Низкая эффективность приводит к получению газа с низким уровнем поляризации, что делает МРТ-снимки нечитаемыми
• Утилита помогает выявить деградацию компонентов поляризатора до того, как будет испорчена вся партия газа

⚠️  КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО:
• Достигнутая поляризация должна быть ≥80% от теоретического предела для данной смеси
• Время нарастания (Buildup Time) не должно превышать 60 секунд (для стандартных ячеек)
• Плотность паров рубидия должна соответствовать заданной температуре (контроль фактора Rb)
• Стабильность магнитного поля критична для сохранения ориентации спинов

Ключевые особенности утилиты:
• Расчет относительной эффективности процесса (Actual vs Theoretical)
• Мониторинг кинетики нарастания поляризации
• Диагностика проблем с рубидиевой ячейкой (температура/плотность)
• Оценка влияния мощности лазера на конечный результат

Критические параметры:
• Achieved Polarization: ≥40% (example threshold)
• Buildup Time: ≤60 sec
• Efficiency Ratio: ≥80%
• Rb Density Factor: 1.0 ± 0.2

💡 Советы по использованию:
1. Регулярно калибруйте датчики температуры рубидиевой ячейки
2. Следите за мощностью лазера на выходе из волоконного кабеля (деградация со временем)
3. Используйте газы высокой чистоты для максимизации теоретического предела поляризации
4. Проводите тестовые циклы накачки без газа для проверки однородности магнитного поля
5. Ведите журнал эффективности для прогнозирования срока службы рубидиевых ампул

⚠️ Особенность: В отличие от химических реакций, где выход продукта стабилен, эффективность SEOP может плавно снижаться месяцами из-за "отравления" стенок ячейки или старения лазера. Утилита позволяет отслеживать этот медленный дрейф и планировать превентивное обслуживание.

input.csv

BatchNumber,ProductName,Laser_W,Cell_T_C,Rb_Factor,B_Field_G,Initial_Pol_Percent,Buildup_Time_sec,Max_Theoretical_Pol,Min_Acceptable_Pol,Max_Buildup_Time
SEOP-2026-001,Xe-129 (90%) + N2,100,180,1.0,15,45,40,55,40,60
SEOP-2026-002,Xe-129 (85%) + O2,80,175,0.8,15,30,55,50,40,60
SEOP-2026-003,Xe-129 (Degraded Laser),100,180,1.0,15,20,80,55,40,60

URS & FS — пользовательские требования и функциональная спецификация

URS & FS — спецификация пользователя и функциональная спецификация

Документ описывает контролируемый интерфейс и поведение утилиты SpinExchangeOpticalPumpingEfficiencyMonitor для объекта «Spin-Exchange Optical Pumping Efficiency Monitor». 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

Achieved Polarization: ≥40% (example threshold)
Buildup Time: ≤60 sec
Efficiency Ratio: ≥80%
Rb Density Factor: 1.0 ± 0.2

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 «Spin-Exchange Optical Pumping Efficiency Monitor».	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	`SEOP-2026-001`	Идентификатор серии/партии для трассируемости.
2	`ProductName`	string	as specified	`Xe-129 (90%) + N2`	Наименование контролируемого продукта, газа, процедуры или оборудования.
3	`Laser_W`	decimal	W	`100`	Параметр лазерной системы SEOP.
4	`Cell_T_C`	decimal	°C	`180`	Контролируемое поле input.csv: Cell T C.
5	`Rb_Factor`	decimal	as specified	`1.0`	Контролируемое поле input.csv: Rb Factor.
6	`B_Field_G`	decimal	G	`15`	Параметр магнитного поля или его однородности.
7	`Initial_Pol_Percent`	decimal	%	`45`	Показатель уровня, потери или целевого значения гиперполяризации Xe-129.
8	`Buildup_Time_sec`	decimal	s	`40`	Временной параметр процесса, релаксации, накачки или исследования.
9	`Max_Theoretical_Pol`	decimal	as specified	`55`	Показатель уровня, потери или целевого значения гиперполяризации Xe-129.
10	`Min_Acceptable_Pol`	decimal	as specified	`40`	Показатель уровня, потери или целевого значения гиперполяризации Xe-129.
11	`Max_Buildup_Time`	decimal	as specified	`60`	Временной параметр процесса, релаксации, накачки или исследования.

BatchNumber,ProductName,Laser_W,Cell_T_C,Rb_Factor,B_Field_G,Initial_Pol_Percent,Buildup_Time_sec,Max_Theoretical_Pol,Min_Acceptable_Pol,Max_Buildup_Time
SEOP-2026-001,Xe-129 (90%) + N2,100,180,1.0,15,45,40,55,40,60
SEOP-2026-002,Xe-129 (85%) + O2,80,175,0.8,15,30,55,50,40,60
SEOP-2026-003,Xe-129 (Degraded Laser),100,180,1.0,15,20,80,55,40,60

FS — функциональная спецификация

ID	Функция	Реализация
FS-001	CLI execution	`SpinExchangeOpticalPumpingEfficiencyMonitor.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 «Spin-Exchange Optical Pumping Efficiency Monitor» 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": "spin-exchange-optical-pumping-efficiency-monitor",
  "primaryTag": "instrumental",
  "overallStatus": "PASS|WARNING|FAIL",
  "sourceFile": "input.csv",
  "checks": [
    {
      "parameter": "BatchNumber",
      "value": "SEOP-2026-001",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "ProductName",
      "value": "Xe-129 (90%) + N2",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Laser_W",
      "value": "100",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Cell_T_C",
      "value": "180",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Rb_Factor",
      "value": "1.0",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "B_Field_G",
      "value": "15",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Initial_Pol_Percent",
      "value": "45",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Rule-based check result"
    },
    {
      "parameter": "Buildup_Time_sec",
      "value": "40",
      "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: стабильность, хранение, распад и отходы

Kinetic stability, shelf life, decay correction, expiry, storage, trend и radioactive waste.

Открыть