In recent years, the use of magnetic resonance technology has grown with advances in hardware, delivering accessible and small-size equipment and devices that open a range of new applications. Innovation in this field requires versatility and flexibility of both hardware and software. Despite the technological advances in the magnetic resonance hardware, the software still the most notable problem currently. This stagnation, delays progress that could reduce production costs and deliver faster development. Researchers in this field are unsatisfied with currently available options. In this panorama, we seek the enhancement of our specific framework for programming magnetic resonance systems, employing concepts from the areas of computing, engineering, and physics. This setup allows the software to merge different perceptions, causing it to be flexible and robust. We converged to Python and object-oriented programming to offer the Python Magnetic Resonance framework - PyMR. The PyMR includes graphical interfaces from templates that can be filled with data, requiring no programming. Our framework comprises other programming tools such as our plugin for the Spyder IDE, which creates the perfect environment to create systems and the pulse sequences. Also, a user-friendly magnetic resonance simulator MR SPRINT, derived from the PyMR structure, addresses educational use, exposing the whole experiment construction, setup, and visualization. Including, PyMR has been contributing to new challenging magnetic resonance systems, introducing modern concepts to change the actual scenario the researchers are facing when developing new magnetic resonance systems. / Nos últimos anos, o uso da tecnologia de ressonância magnética cresceu com os avanços em hardware, fornecendo equipamentos e dispositivos acessíveis e de pequeno porte que abrem uma série de novas aplicações. Inovações neste campo requerem versatilidade e flexibilidade de hardware e software. Apesar dos avanços tecnológicos no hardware de ressonância magnética, o software ainda é um dos maiores problemas atualmente. Essa estagnação atrasa o progresso que poderia reduzir os custos de produção e proporcionar um desenvolvimento mais rápido. Além disso, pesquisadores neste campo estão insatisfeitos com as opções atualmente disponíveis. Com este panorama, buscamos o aprimoramento de nosso framework para programação de sistemas de ressonância magnética, empregando conceitos das áreas de computação, engenharia e física. Essa configuração permite que o software mescle visões de diferentes meios, fazendo com que a estrutura seja flexível e robusta. Nós convergimos, então, para a linguagem Python e programação orientada a objetos para oferecer o framework Python Magnetic Resonance - PyMR. O PyMR inclui interfaces gráficas a partir de modelos que podem ser preenchidos com dados, sem a necessidade de programação. Nossa estrutura compreende outras ferramentas de programação, como o nosso plugin para o Spyder IDE, que cria o ambiente perfeito para criar novos sistemas e sequências de pulsos. Além disso, um simulador de ressonância magnética de fácil utilização, MR SPRINT, derivado da estrutura PyMR, aborda o uso educacional, expondo toda a construção, configuração e visualização do experimento. O PyMR vem contribuindo para novos e desafiadores sistemas de ressonância magnética, introduzindo conceitos modernos para mudar o cenário atual que os pesquisadores estão enfrentando.

Neste trabalho serão discutidas novas ferramentas para a construção de um espectrômetro de Ressonância Magnética (RM) totalmente digital. A motivação parte das dificuldades encontradas pelos pesquisadores no momento de programar um equipamento de RM, incluindo a falta de ferramentas para desenvolvimento de metodologias, as quais não são oferecidas pelos softwares atuais. Em particular tratamos do desenvolvimento de uma biblioteca, a PyMR (Python Magnetic Resonance), de uma API (Application Program Interface) e de um IDE (Integrated Development Environment). Nesta estrutura, a biblioteca PyMR é o front-end para programação e setup dos equipamentos de RM enquanto a API constitui o back-end. O IDE, por sua vez, é uma ferramenta de auxílio especializado para criação e gerenciamento das metodologias e protocolos de RM de forma funcional e amigável. O desenvolvimento baseado no estado-da-arte das tecnologias de Computação e Ressonância Magnética garante a qualidade, robustez, adaptabilidade e ainda assim, a simplicidade para uso dos menos experientes. Para a validação do sistema, além de métricas de software, foi montada uma sequência de pulsos conhecida como CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) executada no espectrômetro local sobre uma amostra de CuSO4 em solução, o qual mostrou valores de T2 compatíveis com os valores esperados. Os resultados do novo sistema mostram sua capacidade de atender as principais exigências dos usuários e desenvolvedores de metodologias de RM, oferecendo um amplo conjunto de ferramentas. Em suma, este projeto provê a estrutura básica e funcional de uma nova forma de se programar e utilizar equipamentos de RM, gerando um poderoso instrumento para a pesquisa na área. / In this study we discuss new tools for the building of a fully digital Magnetic Resonance (MR) spectrometer. The research was motivated by several difficulties experienced by researchers in programming MR machines, which include the lack of tools for the development of methodologies that are not currently offered by companies. In particular, we treat the development of a library, PyMR (Python Magnetic Resonance), an API (Application Program Interface) and an IDE (Integrated Development Environment). In this structure, the PyMR library acts as a front-end for MR equipment programming and setup while the API is a back-end. Finally, the IDE is a user-friendly tool that helps the developer to create and manage methodologies and protocols. The state-of-the-art of Computer Sciences and Magnetic Resonance technologies adopted here has ensured the quality, robustness and adaptability keeping simplicity for non-experienced users. For the validation of the system, besides software metrics, a pulse sequence known as CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) was assembled and performed on an onsite spectrometer, using a solution of CuSO4 as a sample, which exhibited compatible T2 values. The results show that the system can meet the main requirements of both users and developers and offer a large set of tools. This project provides a basic and functional structure of a new way to program and use the MR equipment and a powerful tool for researchers in this area.

Neste trabalho serão discutidas novas ferramentas para a construção de um espectrômetro de Ressonância Magnética (RM) totalmente digital. A motivação parte das dificuldades encontradas pelos pesquisadores no momento de programar um equipamento de RM, incluindo a falta de ferramentas para desenvolvimento de metodologias, as quais não são oferecidas pelos softwares atuais. Em particular tratamos do desenvolvimento de uma biblioteca, a PyMR (Python Magnetic Resonance), de uma API (Application Program Interface) e de um IDE (Integrated Development Environment). Nesta estrutura, a biblioteca PyMR é o front-end para programação e setup dos equipamentos de RM enquanto a API constitui o back-end. O IDE, por sua vez, é uma ferramenta de auxílio especializado para criação e gerenciamento das metodologias e protocolos de RM de forma funcional e amigável. O desenvolvimento baseado no estado-da-arte das tecnologias de Computação e Ressonância Magnética garante a qualidade, robustez, adaptabilidade e ainda assim, a simplicidade para uso dos menos experientes. Para a validação do sistema, além de métricas de software, foi montada uma sequência de pulsos conhecida como CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) executada no espectrômetro local sobre uma amostra de CuSO4 em solução, o qual mostrou valores de T2 compatíveis com os valores esperados. Os resultados do novo sistema mostram sua capacidade de atender as principais exigências dos usuários e desenvolvedores de metodologias de RM, oferecendo um amplo conjunto de ferramentas. Em suma, este projeto provê a estrutura básica e funcional de uma nova forma de se programar e utilizar equipamentos de RM, gerando um poderoso instrumento para a pesquisa na área. / In this study we discuss new tools for the building of a fully digital Magnetic Resonance (MR) spectrometer. The research was motivated by several difficulties experienced by researchers in programming MR machines, which include the lack of tools for the development of methodologies that are not currently offered by companies. In particular, we treat the development of a library, PyMR (Python Magnetic Resonance), an API (Application Program Interface) and an IDE (Integrated Development Environment). In this structure, the PyMR library acts as a front-end for MR equipment programming and setup while the API is a back-end. Finally, the IDE is a user-friendly tool that helps the developer to create and manage methodologies and protocols. The state-of-the-art of Computer Sciences and Magnetic Resonance technologies adopted here has ensured the quality, robustness and adaptability keeping simplicity for non-experienced users. For the validation of the system, besides software metrics, a pulse sequence known as CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) was assembled and performed on an onsite spectrometer, using a solution of CuSO4 as a sample, which exhibited compatible T2 values. The results show that the system can meet the main requirements of both users and developers and offer a large set of tools. This project provides a basic and functional structure of a new way to program and use the MR equipment and a powerful tool for researchers in this area.