ANISOTROPIC DIFFUSION PHANTOM FOR CALIBRATION OF DIFFUSION TENSOR IMAGING PULSE SEQUENCES USED IN MRI

• Main Author: KRZYZAK, ARTUR
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 03.12.2009
• Subjects: MEASURING; MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES; PHYSICS; TESTING

The subject matter of the invention concerns the anisotropic diffusion phantom for the calibration of any diffusion MR-DTI imaging sequence and a method for the calibration of all the MRI scanners by using anisotropic diffusion models based on the "b" matrix, which is a quantity specific for every magnetic resonance (MR) imaging sequence and the MRI scanner used. It has application in the study of solids, amorphous materials, liquids and biological tissues. The anisotropic diffusion phantom for the calibration of any MR imaging sequence is any anisotropic diffusion model of any shape for the hydrogen H2 contained in H2O or LC, for example. The diffusion standard according to the invention is preferably a pipe with a bundle of capillaries filled with H2O, hydrogel or any other substance that contains hydrogen nuclei or any volume, preferably cylindrical, filled with H2O, hydrogel or any other substance that contains hydrogen nuclei or densely filled with non-magnetic cylindrical rods free of hydrogen nuclei. In another embodiment, the diffusion model is an array of thin glass plates (1) separated with layers of H2O, hydrogel or any other substance that contains hydrogen nuclei (2). The model, being a pipe with a bundle of capillaries, has the capillaries selected so that the restriction of diffusion at a temperature in the direction perpendicular to the capillary axis is significant with respect to the range of diffusion times ? in the diffusion MR imaging sequence. For the calibration of any MR imaging sequence using the anisotropic diffusion phantom of the invention, the anisotropic diffusion phantom is placed in the volume of the MRI scanner tested. Subsequently, the number of "b" matrices needed for the calculation of the diffusion tensor is determined based on the anisotropic diffusion model. This constitutes no less than six "b" matrices as defined spatially for each voxel and for the specific directions of the diffusion gradient vector. Therefore, in the simplest case, 36 "b" matrices and one "bo" matrix without diffusion gradients are determined. The anisotropic diffusion phantom is a diffusion model for which the diffusion tensor in the system of principal axes assumes known values. The diffusion model is rotated by various Euler angles, so that the determinant DM of the matrix whose columns correspond to the components of the diffusion tensor D is different from zero after each rotation. L'invention concerne un fantôme de diffusion anisotropique destiné à l'étalonnage d'une quelconque séquence d'imagerie MR-DTI de diffusion et un procédé qui permet d'étalonner tous les scanners IRM en utilisant des modèles de diffusion anisotropique fondés sur une matrice "b", qui est une matrice spécifique de quantité pour chaque séquence d'imagerie de résonance magnétique (RM) et pour le scanner IRM utilisé. L'invention trouve une application dans l'étude des solides, des matériaux amorphes, des liquides et des tissus biologiques. Le fantôme de diffusion destiné à l'étalonnage de n'importe quelle séquence d'imagerie RM est un quelconque modèle de diffusion anisotropique d'une quelconque forme pour l'hydrogène H2 contenu dans le H2O ou le LC, par exemple. La norme de diffusion selon l'invention est de préférence un tuyau comprenant un faisceau de capillaires remplis de H2O, d'hydrogel ou d'une quelconque autre substance contenant des noyaux d'hydrogène ou un quelconque volume, de préférence cylindrique, rempli de H2O, d'hydrogel ou d'une quelconque autre substance contenant des noyaux d'hydrogène, ou densément rempli de tiges cylindriques non magnétiques dépourvues de noyaux d'hydrogène. Dans un autre mode de réalisation, le modèle de diffusion est un réseau de minces plaques de verre (1) séparées par des couches de H2O, d'hydrogel ou d'une quelconque autre substance contenant des noyaux d'hydrogène (2). Le modèle précité, lorsqu'il est un tuyau comprenant un faisceau de capillaires, comprend des capillaires qui ont été choisis de manière que la limitation de la diffusion à une température dans une direction perpendiculaire à l'axe des capillaires est significative par rapport à la plage de temps de diffusion ? dans la séquence d'imagerie RM de diffusion. Pour étalonner une quelconque séquence d'imagerie RM en utilisant le fantôme de diffusion anisotropique selon l'invention, on place ledit fantôme de diffusion anisotropique dans le volume du scanner IRM testé. On détermine ensuite le nombre de matrices "b" nécessaires au calcul du tenseur de diffusion sur la base du modèle de diffusion anisotropique, nombre qui ne représente pas moins de six matrices "b" définies spatialement pour chaque voxel et pour les directions spécifiques du vecteur du gradient de diffusion. Ainsi dans le plus simple des cas, on détermine 36 matrices "b" et une matrice "bo" sans gradients de diffusion. Le fantôme de diffusion anistropique est un modèle de diffusion pour lequel le tenseur de diffusion dans le système des axes principaux adopte des valeurs connues. On fait tourner le modèle de diffusion selon divers angles d'Euler, de manière que le déterminant DM de la matrice dont les colonnes correspondent aux composantes du tenseur de diffusion D est différent de zéro après chaque rotation.