MR-FPGA-Spec

< Projeler Sayfası

Proje Adı
FPGA Tabanlı MRI Spektrometresi

Şirket Adı
Umram

Şirket Mentoru
Dr. Erkan Dorken

Akademik Mentor
Prof. Ergin Atalar

Asistan
Arda Aşçı

Takım Üyeleri
Ayçe İdil Aytekin, Düşlem Osmanağaoğlu, Utku Ağtaş, Leyla Naz Candoğan, Bülent Ege Sancak, Mehmet Berk Şahin

Özet
Bu projenin amacı FPGA temelli MRI spektrometresi geliştirmektir. Spektrometre MRI’dan gelen ve MRI’a giden sinyalleri kontrol etmek için kullanılan bir cihazdır. Bu proje UMRAM’daki araştırmaları hızlı ve hassas sinyaller gönderebilen esnek bir spektrometre tasarımı yoluyla kolaylaştırmayı amaçlar. Bunu gerçekleştirmek için uyguladığımız temel fonksiyonlar: dalga biçimlerini bilgisayardan FPGA’e uygun bir bağlantıyla göndermek, dalga şekillerini FPGA’de depolamak ve FPGA içinde dalgaları üretmek. “.SEQ” uzantılı dosyalar bilgisayarda okunup dalga parametreleri FPGA kartına gönderilir. FPGA modeli olarak Xilinix Virtex VC707 modeli kullanılmıştır. PCIe göndermek istediğimiz dalga biçimlerini yeterli iletim hızıyla gönderebildiği için PCIe, FPGA ve bilgisayar arasındaki iletişimi gerçekleştirmek üzere seçilmiştir. Bilgisayardaki operasyonlar Linux işletim sistemi altında gerçekleştirilir. Dalga parametreleri kartın RAM kısmında depolanır. Dalgaları kontrol etmek ve FPGA’e göndermek için kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır dolayısıyla dalga üretim kodları, kullanıcı ara-yüzünün içine eklenmiştir. FPGA’i çalıştırmak ve tasarlamak için Vivado kullanılmıştır. UMRAM’da araştırmalarda kullanılan donanım projemizi test etmek için kullanılmıştır. Bu donanım içinde gradyan sargı, gradyan yükseltici ve osiloskop vardır. Mevcut tasarımların test kodları doğrulama için kullanılmıştır. FPGA’den gelen z-gradyan dalga biçimlerini kullanarak MRI resimleri elde edilir. Bütün gradyan dalga biçimleri akım olarak ölçülür. Bütün süreçleri asgari gecikme olacak şekilde tasarlanmıştır ve dalga biçimleri asgari hata payıyla oluşturulur.


Abstract
The purpose of this project is to design an FPGA-based spectrometer for MRI. A spectrometer controls the transmitted and received signals used in MRI. This project aims to ease the current research in UMRAM by providing a flexible spectrometer design that can transmit signals fast and accurate. The idea is to transmit waveforms from PC to FPGA with a suitable connection and store the waveform patterns in FPGA and generate the waveforms within. The data (.SEQ file) is read in PC, and waveform parameters are sent to an FPGA board. For the FPGA board, Xilinx Virtex VC707 is used. PCIe is used for the communication between the FPGA and PC since it is fast enough for waveforms. The PC operations are conducted in Linux. The waveform parameters are stored in the RAM of the board. An interface is designed for controlling and sending the waveforms to FPGA. The waveform generation option is embedded in the interface. Vivado is used for designing and simulating the FPGA. An existing hardware setup in UMRAM is used for tests. The setup includes gradient coils, gradient amplifiers and an oscilloscope. Test codes of the existing designs are used for validation. MRI images are acquired using the Z gradient waveforms that are coming from the FPGA. All gradient waveforms are measured as current. An operation with minimum delay is conducted. The waveforms are constructed with minimum error in the final.