PL232529B1

PL232529B1 - Method for calibration of the diffusion imaging sequences in the dMRI-type experiment carried out on the MR tomograph

Info

Publication number: PL232529B1
Application number: PL413306A
Authority: PL
Inventors: Artur KRZYŻAK; Artur Krzyżak
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2019-06-28
Also published as: WO2017017163A1; PL413306A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób kalibracji sekwencji obrazowania dyfuzji w eksperymencie typu DMRI przeprowadzanym w tomografie MR, zwłaszcza w eksperymencie typu DWI, DTI, FMRI-DTI.The subject of the invention is a method for calibrating diffusion imaging sequences in a DMRI experiment performed in an MR tomography, especially in an experiment of the DWI, DTI, FMRI-DTI type.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (ang. MRI, Magnetic Resonance Imaging) to nieinwazyjna metoda uzyskiwania obrazów wnętrza obiektów. Ma zastosowanie w biologii, geologii czy medycynie, gdzie jest jedną z podstawowych technik tomografii. Tomografia to metoda diagnostyczna umożliwiająca uzyskanie obrazu przedstawiającego przekrój przez ciało lub jego część. Szczególną techniką rezonansu magnetycznego jest metoda dyfuzyjna (ang. Diffusion MRI, DMRI). Umożliwia ona mapowanie procesów dyfuzji molekuł, zwłaszcza wody, w układach porowatych np. rdzeni skał czy tkanek biologicznych. Dyfuzja molekularna odwzorowuje interakcje z przeszkodami, takimi jak makromolekuły, włókna, membrany itp. Rozkłady dyfuzji cząsteczek wody pozwalają więc na ujawnienie mikroskopowych informacji o architekturze badanych obiektów. Pozwalają również na ilościowe, nieinwazyjne określenie substancji zawierających wodę czy węglowodory. Odmianami DMRI są metody DWI (ang. Diffusion Weighted Imaging), DTI (ang. Diffusion Tensor Imaging) czy FMRI-DTI (ang. Diffusion Functional MRI-DTI).Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a non-invasive method of obtaining images of the interior of objects. It is used in biology, geology and medicine, where it is one of the basic tomography techniques. Tomography is a diagnostic method that allows you to obtain an image of a cross-section through the body or part of it. A special technique of magnetic resonance imaging is the diffusion method (Diffusion MRI, DMRI). It enables mapping the diffusion processes of molecules, especially water, in porous systems, e.g. rock cores or biological tissues. Molecular diffusion maps interactions with obstacles such as macromolecules, fibers, membranes, etc. The diffusion distributions of water molecules allow revealing microscopic information about the architecture of the studied objects. They also allow for the quantitative, non-invasive determination of substances containing water or hydrocarbons. Variations of DMRI are DWI (Diffusion Weighted Imaging), DTI (Diffusion Tensor Imaging) or FMRI-DTI (Diffusion Functional MRI-DTI) methods.

Jednym ze sposobów kalibracji tomografu MR w eksperymentach DWI, DTI, FMRI-DTI jest wykorzystanie anizotropowych fantomów dyfuzji, dla których określa się przestrzenny rozkład tensora dyfuzji dla danej sekwencji obrazowania magnetycznego rezonansu jądrowego MRJ, co opisano w patencie amerykańskim nr US8643369 czy też publikacji „Improving the accuracy of PGSE DTI experiments using the spatial distribution of b matrix. Magnetic Resonance” (Krzyzak AT, Olejniczak Z, BSD-DTI, Imaging 2015; 33:286-295).One of the methods of MR tomograph calibration in DWI, DTI, FMRI-DTI experiments is the use of anisotropic diffusion phantoms for which the spatial distribution of the diffusion tensor is determined for a given MRJ nuclear magnetic resonance imaging sequence, as described in the US patent No. US8643369 or the publication "Improving the accuracy of PGSE DTI experiments using the spatial distribution of b matrix. Magnetic Resonance "(Krzyzak AT, Olejniczak Z, BSD-DTI, Imaging 2015; 33: 286-295).

W znanym stanie techniki, wartości macierzy „b” potrzebne dla obliczenia tensora dyfuzji, są określane analitycznie, dla każdej dyfuzyjnej sekwencji obrazowania MR i dla każdego tomografu oddzielnie, w sposób przybliżony, ze względu na skomplikowane wzory służące do ich wyliczenia. W obliczeniach tensora dyfuzji jest stosowana również pojedyncza wartość macierzy „b”, dla danego wektora gradientu dyfuzji pola magnetycznego, przyjmowana dla całej objętości badanego obiektu.In the known art, the values of the matrix "b" needed to compute the diffusion tensor are determined analytically, for each MR diffusion sequence and for each tomograph separately, in an approximate manner due to the complex formulas used to calculate them. In the calculations of the diffusion tensor, a single value of the matrix "b" is also used, for a given magnetic field diffusion gradient vector, assumed for the entire volume of the tested object.

Wadą znanych sposobów obliczania tensora dyfuzji jest wysoka zawartość błędów przeliczeniowych, wynikających ze stosowania przybliżonych wartości macierzy „b” oraz z założenia braku przestrzennego rozkładu macierzy „b”. Stwarza to znaczne trudności we właściwym, precyzyjnym i ilościowym określeniu zmian dyfuzji wody obiektu badanego tomografem MR oraz brakiem powtarzalności otrzymanych wyników. Dla różnych tomografów MR występują różne sekwencje MR, co w konsekwencji daje różne, trudne do porównania wyniki. Wyniki te są obarczone błędami, ze względu na brak możliwości właściwego określenia wartości macierzy „b”.The disadvantage of the known methods of calculating the diffusion tensor is the high content of conversion errors resulting from the use of approximate values of the matrix "b" and from the assumption that the matrix "b" is not spatially distributed. This creates significant difficulties in the proper, precise and quantitative determination of changes in water diffusion in the object tested with MR tomograph and the lack of repeatability of the obtained results. Different MR sequences exist for different MR tomographs, resulting in different results that are difficult to compare. These results are subject to errors due to the inability to properly determine the value of the matrix "b".

Pierwsze rozwiązanie tego problemu zostało opisane w polskim zgłoszeniu patentowym nr P.385276 i znane jest pod nazwą „BSD-DTI” (ang. B-matrix Spatial Distribution in DTI), jak opisano w publikacji „Improving the accuracy of PGSE DTI experiments using the spatial distribution of b matrix. Magnetic Resonance (Krzyzak AT, Olejniczak Z, BSD-DTI, Imaging 2015; 33:286-295). Metoda BSD-DTI eliminuje opisane powyżej wady, pozwalając na precyzyjny pomiar współczynników dyfuzji i tensora dyfuzji przy pomocy dowolnej sekwencji obrazowania, w szczególności w eksperymentach DWI, DTI, FMRI-DTI. Rozwiązanie to polega na tym, że dla dokonania kalibracji dowolnej sekwencji tomografu MR anizotropowym fantomem dyfuzji, anizotropowy fantom dyfuzji zostaje umieszczony w polu oddziaływania cewki RF w badanej przestrzeni tomografu MR, po czym dla obliczenia przestrzennego rozkładu współczynnika dyfuzji (dla eksperymentów DWI) lub tensora dyfuzji (dla eksperymentów DTI) wyznacza się wymaganą liczbę macierzy „b” w oparciu o anizotropowy wzorzec dyfuzji. Co stanowi, oprócz macierzy b0, nie mniej niż jedną dla DWI, a dla DTI nie mniej niż sześć macierzy „b”, określonych dla każdego woksela i dla każdego wymaganego kierunku wektora gradientu dyfuzyjnego. Wartości macierzy „b” dla danego wektora gradientu dyfuzji określa się, poprzez rozwiązanie układu nie mniej niż sześciu równań dla różnych wartości tensora dyfuzji D. Dla danego kierunku wektora gradientu dyfuzyjnego różne wartości tensora dyfuzji uzyskuje się, korzystnie, poprzez obrót anizotropowego fantomu dyfuzji w badanej przestrzeni tomografu MR, który stanowi wzorzec dyfuzji, dla którego tensor dyfuzji w układzie osi głównych posiada znane wartości. Wzorcem dyfuzji wykonuje się obroty o różne wartości kątów Eulera tak, aby wyznacznik macierzy Dm, której kolumny odpowiadają składowym tensora dyfuzji D po kolejnych obrotach wzorca dyfuzji o określone kąty Eulera, był różny od zera.The first solution to this problem was described in the Polish patent application No. P.385276 and is known as "BSD-DTI" (B-matrix Spatial Distribution in DTI), as described in the publication "Improving the accuracy of PGSE DTI experiments using the spatial distribution of b matrix. Magnetic Resonance (Krzyzak AT, Olejniczak Z, BSD-DTI, Imaging 2015; 33: 286-295). The BSD-DTI method eliminates the drawbacks described above, allowing for precise measurement of the diffusion coefficients and the diffusion tensor using any imaging sequence, in particular in DWI, DTI, FMRI-DTI experiments. This solution consists in the fact that in order to calibrate any sequence of the MR tomograph with the anisotropic diffusion phantom, the anisotropic diffusion phantom is placed in the field of interaction of the RF coil in the tested space of the MR tomograph, and then to calculate the spatial distribution of the diffusion coefficient (for DWI experiments) or the diffusion tensor (for DTI experiments) the required number of matrices "b" is determined based on the anisotropic diffusion pattern. Which is, in addition to the b0 matrix, not less than one for DWI and for DTI not less than six matrices "b", determined for each voxel and for each required diffusion gradient vector direction. The values of the matrix "b" for a given diffusion gradient vector are determined by solving a system of not less than six equations for different values of the diffusion tensor D. For a given direction of the diffusion gradient vector, different values of the diffusion tensor are obtained, preferably, by rotating the anisotropic diffusion phantom in the tested MR tomograph space, which is a diffusion pattern for which the diffusion tensor in the principal axis system has known values. The diffusion pattern is rotated by different values of Euler angles so that the determinant of the Dm matrix, whose columns correspond to the components of the diffusion tensor D after successive rotations of the diffusion pattern by specific Euler angles, is different from zero.

Celowym byłoby dalsze usprawnienie sposobów kalibracji sekwencji obrazowania w eksperymencie typu DMRI, celem uproszczenia procedur i zmniejszenia czasu potrzebnego na kalibrację.It would be desirable to further improve the methods of calibrating the imaging sequences in a DMRI experiment in order to simplify procedures and reduce the time required for calibration.

PL 232 529 B1PL 232 529 B1

Sposób według wynalazku jest podejściem alternatywnym dla opisanego powyżej rozwiązania BSD-DTI. Znacznie (korzystnie, dwukrotnie) redukuje czas potrzebny na kalibrację i upraszcza procedury kalibracji.The method of the invention is an alternative approach to the BSD-DTI solution described above. It significantly (preferably, twice) reduces the time required for calibration and simplifies calibration procedures.

Istotą wynalazku jest sposób kalibracji sekwencji obrazowania dyfuzji w eksperymencie typu DMRI przeprowadzanym w tomografie MR, w którym to eksperymencie oblicza się współczynniki dyfuzji i/lub tensora dyfuzji na podstawie przestrzennego rozkładu macierzy b uzyskanego jako efekt kalibracji. Podczas kalibracji wykonuje się następujące kroki: w polu oddziaływania cewki RF w badanej przestrzeni tomografu MR: umieszcza się anizotropowy fantom dyfuzji, który ma ograniczenie dyfuzji w przynajmniej jednym kierunku wzdłuż jednej z osi układu osi głównych związanych z tym fantomem, o znanych wartościach tensora dyfuzji; który to anizotropowy fantom dyfuzji umieszcza się kolejno w 3 różnych położeniach ortogonalnych względem siebie; a ponadto w miejscu umieszczenia fantomu anizotropowego o znanym rozkładzie tensora dyfuzji umieszcza się fantom izotropowy o znanym współczynniku dyfuzji. Dla każdego położenia fantomu anizotropowego oraz dla położenia fantomu izotropowego wykonuje się pomiary sygnału MRJ, określając z nich następnie wartości macierzy b. Określenia macierzy b dokonuje się dla każdego woksela stałej określonej objętości zawartej jednocześnie wewnątrz fantomu anizotropowego i izotropowego w ten sposób, że dla każdego woksela 3 elementy diagonalne (bxx, byy, bzz) macierzy b oraz ich wartość efektywną (beff) obliczaną jako sumę trzech elementów diagonalnych (bxx byy, bzz) określa się z eksperymentów obrazowania dyfuzji wykonanych dla 3 położeń fantomu anizotropowego będącego wzorcem anizotropowego tensora dyfuzji. Dla każdego woksela określa się wartość efektywną macierzy (beff_iso) z eksperymentu obrazowania dyfuzji wykonanego dla fantomu izotropowego będącego wzorcem izotropowego tensora dyfuzji, natomiast wartości diagonalne (bxx, byy, bzz) oraz wartość efektywną macierzy b (beff) z eksperymentu obrazowania dyfuzji wykonanego dla fantomu anizotropowego normalizuje się do wartości efektywnej macierzy (beff_iso) z eksperymentu obrazowania dyfuzji wykonanego dla fantomu izotropowego będącego wzorcem izotropowego tensora dyfuzji. Uzyskany przestrzenny rozkład macierzy b podaje się jako efekt kalibracji sekwencji typu DMRI dla danego tomografu.The essence of the invention is a method for calibrating diffusion imaging sequences in a DMRI experiment performed in an MR tomograph, in which the diffusion coefficients and / or a diffusion tensor are calculated on the basis of the spatial distribution of the matrix b obtained as a result of the calibration. During calibration, the following steps are performed: in the field of action of the RF coil in the investigated space of the MR tomograph: place an anisotropic diffusion phantom that has diffusion limitation in at least one direction along one of the axes of the principal axis system associated with this phantom with known diffusion tensor values; which anisotropic diffusion phantom is sequentially placed at 3 different orthogonal positions to each other; in addition, an isotropic phantom with a known diffusion coefficient is placed at the location of the anisotropic phantom with a known diffusion tensor distribution. For each position of the anisotropic phantom and for the position of the isotropic phantom, measurements of the MRJ signal are performed, and then the values of matrix b are determined. The matrix b is determined for each voxel of a fixed volume contained simultaneously inside the anisotropic and isotropic phantom in such a way that for each voxel The 3 diagonal elements (bxx, byy, bzz) of the b matrix and their effective value (beff) calculated as the sum of three diagonal elements (bxx byy, bzz) are determined from diffusion imaging experiments performed for 3 positions of the anisotropic phantom being the pattern of the anisotropic diffusion tensor. For each voxel, the effective value of the matrix (beff_iso) from the diffusion imaging experiment performed for the isotropic phantom being the model of the isotropic diffusion tensor is determined, while the diagonal values (bxx, byy, bzz) and the effective value of the matrix b (beff) from the diffusion imaging experiment performed for the phantom the anisotropic phantom is normalized to the effective matrix value (beff_iso) from the diffusion imaging experiment performed on the isotropic phantom that is the pattern of the isotropic diffusion tensor. The obtained spatial distribution of matrix b is reported as the result of calibration of DMRI sequences for a given tomograph.

Korzystnie, określenie przestrzennego rozkładu macierzy b wykonuje się dla różnych parametrów sekwencji dyfuzyjnej, wybranych z grupy zawierającej: wartości gradientów dyfuzji, czasy dyfuzji, kierunki wektora gradientu dyfuzji, amplitudy wektora gradientu dyfuzji.Preferably, the determination of the spatial distribution of matrix b is performed for various parameters of the diffusion sequence selected from the group consisting of: diffusion gradient values, diffusion times, diffusion gradient vector directions, diffusion gradient vector amplitudes.

Korzystnie, kalibrację powtarza się w kolejnych krokach iteracyjnych przyjmując za wartości początkowe przestrzenne rozkłady macierzy b uzyskane w kroku poprzednim.Preferably, the calibration is repeated in successive iterative steps using the initial values of the spatial distributions of the matrix b obtained in the previous step.

Korzystnie, weryfikuje się uzyskane przestrzenne rozkłady macierzy b poprzez ich użycie do obliczeń tensora dyfuzji dla wzorcowych fantomów izotropowego i anizotropowego o znanych wartościach tensora dyfuzji.Preferably, the obtained spatial distributions of the matrix b are verified by using them to compute the diffusion tensor for standard isotropic and anisotropic phantoms with known diffusion tensor values.

Korzystnie, jeśli odchylenie standardowe dla przestrzennego rozkładu tensora dyfuzji dla fantomów wzorcowych przekracza pożądaną wartość, to w celu uzyskania dokładniejszych wyników powtarza się kalibrację sekwencji obrazowania dyfuzji w celu dalszego skorygowania przestrzennego rozkładu macierzy b.Preferably, if the standard deviation for the spatial distribution of the diffusion tensor for the standard phantoms exceeds the desired value, for more accurate results the calibration of the diffusion imaging sequences is repeated to further correct the spatial distribution of matrix b.

Korzystnie, otrzymane skorygowane przestrzenne rozkłady macierzy b stanowią element finalny kalibracji dowolnej sekwencji obrazowania eksperymentu typu DMRI, które następnie wykorzystuje się rutynowo przy obrazowaniu dowolnego obiektu w eksperymencie typu DMRI.Preferably, the obtained corrected spatial matrix b distributions constitute the final element of the calibration of any imaging sequence of a DMRI experiment, which is then routinely used to image any object in a DMRI experiment.

Korzystnie, kalibrację wykonuje się przed każdą zmianą parametrów sekwencji obrazowania, w szczególności przed zmianą wartości i kierunków wektorów gradientów dyfuzyjnych.Preferably, calibration is performed before each change of the imaging sequence parameters, in particular before changing the values and directions of the diffusion gradient vectors.

Korzystnie, anizotropowy fantom dyfuzji umieszcza się kolejno w 3 jego ortogonalnych położeniach zachowując zgodność osi głównych fantomu z osiami układu laboratoryjnego.Preferably, the anisotropic diffusion phantom is placed sequentially in 3 of its orthogonal positions keeping the main axes of the phantom aligned with the axes of the laboratory system.

Korzystnie, wartości pozadiagonalne macierzy b określa się jako iloczyny pierwiastków elementów diagonalnych.Preferably, the extra diagonal values of matrix b are defined as products of the roots of the diagonal elements.

Korzystnie, dla każdego woksela do określania współczynników dyfuzji w eksperymentach DWI używa się obliczonych dla tego woksela wartości macierzy b.Preferably, for each voxel, the matrix b values calculated for that voxel are used to determine the diffusion coefficients in the DWI experiments.

Korzystnie, dla każdego woksela do określania składowych tensora dyfuzji w eksperymentach DTI używa się obliczonych dla tego woksela wartości macierzy b.Preferably, for each voxel, the matrix b values calculated for that voxel are used to determine the components of the diffusion tensor in the DTI experiments.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, where:

Fig. 1A-1C przedstawiają trzy przykładowe położenia fantomu anizotropowego płytkowego ortogonalne względem siebie wewnątrz cewki RF, a Fig. 1D przedstawia przykładowe położenie fantomu izotropowego wewnątrz cewki RF;Figures 1A-1C show three exemplary anisotropic phantom positions orthogonal to each other within an RF coil, and Figures 1D shows an exemplary position of an isotropic phantom inside an RF coil;

PL 232 529 B1PL 232 529 B1

Fig. 2 przedstawia schemat sposobu według wynalazku;Fig. 2 is a diagram of the method according to the invention;

Fig. 3A-3B przedstawiają rozkłady wartości głównych tensora dyfuzji.Figures 3A-3B show the distribution of the principal diffusion tensor values.

Fig. 3C przedstawia rozkład różnicowy macierzy beff uzyskany przy pomocy sBSD-DTl.Fig. 3C shows the differential distribution of the beff matrix obtained with sBSD-DT1.

W niniejszym opisie metoda według wynalazku będzie określana jako sBSD-DTl (simplified B-matrix Spatial Distribution in DTI) i sBSD-DWI (simplified B-matrix Spatial Distribution in DWI) dla eksperymentów DTI i DWI, odpowiednio.In this description, the method of the invention will be referred to as sBSD-DT1 (simplified B-matrix Spatial Distribution in DTI) and sBSD-DWI (simplified B-matrix Spatial Distribution in DWI) for DTI and DWI experiments, respectively.

W niniejszym opisie następujące skróty oznaczają:In this description, the following abbreviations mean:

MR - Rezonans Magnetyczny (ang. Magnetic Resonance)MR - Magnetic Resonance

MRJ - Magnetyczny Rezonans Jądrowy (ang. Nuclear Magnetic Resonance)MRJ - Nuclear Magnetic Resonance

DTI - Obrazowanie Tensora Dyfuzji (ang. Diffusion Tensor Imaging)DTI - Diffusion Tensor Imaging

DWI - Obrazowanie ważone dyfuzyjnie (ang. Diffusion Weighted Imaging)DWI - Diffusion Weighted Imaging

FMRI-DTI - Funkcjonalne obrazowanie za pomocą obrazowania Tensora Dyfuzji - (ang. Functional Magnetic Resonance Imaging - Diffusion Tensor Imaging).FMRI-DTI - Functional Magnetic Resonance Imaging - Diffusion Tensor Imaging.

BSD-DTI - ang. B-matrix Spatial Distribution in DTI.BSD-DTI - B-matrix Spatial Distribution in DTI.

W sposobie według wynalazku, przestrzenny rozkład macierzy b jest dokładnie określany z pomiarów DMRI fantomu anizotropowego w 3 różnych położeniach ortogonalnych względem siebie oraz z pomiarów fantomu izotropowego. Następnie określony w ten sposób rozkład przestrzenny macierzy b stanowi element kalibrujący dla danej sekwencji obrazowania (DWI, DTI, FMRI-DTI).In the method according to the invention, the spatial distribution of matrix b is accurately determined from DMRI measurements of the anisotropic phantom at 3 different orthogonal positions to each other and from measurements of the isotropic phantom. Then, the spatial distribution of matrix b determined in this way constitutes a calibration element for a given imaging sequence (DWI, DTI, FMRI-DTI).

Fig. 1A-1C przedstawiają trzy przykładowe położenia fantomu anizotropowego płytkowego 101 ortogonalne względem siebie wewnątrz cewki RF 111, a Fig. 1D przedstawia przykładowe położenie fantomu izotropowego 102 wewnątrz cewki RF 111. Wskazanym jest, aby osie główne fantomu x, y, z były zgodne z osiami układu laboratoryjnego X, Y, Z.Figs. 1A-1C show three exemplary anisotropic phantom positions 101 orthogonal to each other inside RF coil 111, and Fig. 1D shows an exemplary position of the isotropic phantom 102 inside RF coil 111. It is desirable that the main axes of the phantom x, y, z align with the axes of the laboratory system X, Y, Z.

Fantomy umieszcza się tak, aby objętość zawarta jednocześnie wewnątrz fantomu anizotropowego (101) i izotropowego (102) obejmowała kalibracją przestrzeń, w której następnie będą badane obiekty właściwe. Można więc zastosować jeden zestaw dużych fantomów, których wspólna objętość obejmuje całą przestrzeń w której będą badane obiekty właściwe, lub też zestaw mniejszych fantomów, które umieszcza się kolejno w różnych miejscach cewki RF, tak aby objąć badaniem całą przestrzeń, w której będą badane obiekty właściwe.The phantoms are placed so that the volume contained simultaneously inside the anisotropic (101) and isotropic (102) phantom covers the calibrated space in which the proper objects will be examined. Therefore, one can use one set of large phantoms, the common volume of which covers the entire space in which the specific objects will be tested, or a set of smaller phantoms, which are placed successively in different places of the RF coil, so as to cover the entire space in which the proper objects will be examined. .

Wartości macierzy b dla dowolnego elementu przestrzeni wewnątrz cewki RF powinny być takie same. Istnienie niejednorodnego rozkładu wskazuje na niepożądany rozkład gradientów pola magnetycznego, który to rozkład można uwzględnić w eksperymentach właściwych i skorygować DMRI dla dowolnego badanego obiektu.The b matrix values for any element of the space inside the RF coil should be the same. The existence of a non-uniform distribution indicates an undesirable distribution of magnetic field gradients, which distribution can be taken into account in actual experiments and corrected by DMRI for any test object.

Anizotropowy fantom dyfuzji dla kalibracji dowolnej sekwencji obrazowania M R według wynalazku, stanowi dowolnego kształtu, dowolny fantom wykazujący anizotropię dyfuzji, dla wodoru zawartego w H2O i dopasowany do danej cewki RF. Fantom posiada taką budowę, aby występowało ograniczenie dyfuzji w przynajmniej jednym kierunku układu osi głównych (x, y, z - Fig. 1A-1C) związanych z fantomem, dla danej temperatury, danego zakresu czasów dyfuzji Δ, δ, w danej dyfuzyjnej sekwencji obrazowania MR. Przykładowo, może to być fantom kapilarny lub płytkowy. Dyfuzja swobodna cząstek wody, zachodząca przykładowo w poprzek kapilar, lub prostopadle do płaszczyzny cienkich płytek szklanych, jest zatrzymana przez przeciwległą ściankę kapilary, czy też przez płaszczyznę sąsiadującej cienkiej płytki szklanej, wykazując ograniczenie procesu dyfuzji. Poprzez regulację średnic kapilar, czy też grubości warstwy H 2O, hydrożelu lub dowolnej substancji zawierającej jądra wodoru, pomiędzy cienkimi płytkami szklanymi, wyznacza się wielkość ograniczenia dyfuzji dla określonych czasów dyfuzji Δ, wiedząc, że swobodna dyfuzja jest określona równaniem Einsteina-Smoluchowskiego:The anisotropic diffusion phantom for calibration of any M R imaging sequence according to the invention is any shape, any phantom exhibiting diffusion anisotropy, for the hydrogen contained in H 2 O and matched to a given RF coil. The phantom has such a structure that there is a diffusion limitation in at least one direction of the system of principal axes (x, y, z - Fig. 1A-1C) related to the phantom, for a given temperature, a given range of diffusion times Δ, δ, in a given diffusion imaging sequence. MR. For example, it may be a capillary or a plate phantom. The free diffusion of water particles, for example across the capillaries, or perpendicular to the plane of the thin glass plates, is stopped by the opposing wall of the capillary or by the plane of the adjacent thin glass plate, thus limiting the diffusion process. By adjusting the diameter of the capillaries, or the thickness of the H 2 O layer, of a hydrogel or any substance containing hydrogen nuclei between thin glass plates, the size of the diffusion limitation for specific diffusion times Δ is determined, knowing that free diffusion is determined by the Einstein-Smoluchowski equation:

(r-ro)(r-ro) = 6Dt (1) gdzie:(r-ro) (r-ro) = 6Dt (1) where:

r - wektor położenia dyfundującej cząsteczki po czasie t, ro - wektor położenia początkowego.r - position vector of the diffusing molecule over time t, r - vector of the initial position.

Równanie określa zależność między średnim kwadratem drogi a współczynnikiem dyfuzji D.The equation determines the relationship between the mean square of the path and the diffusion coefficient D.

PL 232 529 Β1PL 232 529 Β1

Anizotropowy fantom dyfuzji, można w układzie laboratoryjnym opisać symetrycznym tensorem dyfuzji D (ang. Diffusion Tensor) w postaci:The anisotropic diffusion phantom can be described in the laboratory system by a symmetrical Diffusion Tensor in the form:

D,, D ,, D.v D.v Dy. Dy. D„ D " D_)Z D _{) Z} D_v D _v Dzz, Dzz,

który po diagonalizacji w układzie osi głównych otrzymuje postać:which after diagonalization in the main axis system becomes:

D, o o θ Dy θ l θ θ aJ gdzie:D, o o θ Dy θ l θ θ aJ where:

Dij - to składowe symetrycznego tensora dyfuzji w układzie laboratoryjnym;Dij - are components of a symmetrical diffusion tensor in a laboratory system;

Di, D2, D3 - to współczynniki dyfuzji tensora wyznaczone w układzie osi głównych, korzystnie zgodnym z układem osi fantomu.Di, D2, D3 - these are the tensor diffusion coefficients determined in the system of main axes, preferably in accordance with the system of phantom axes.

Kalibrację dowolnej sekwencji obrazowania dyfuzji w eksperymentach MR sposobem według wynalazku, dokonuje się w celu precyzyjnego pomiaru współczynnika dyfuzji lub/i tensora dyfuzji dla dowolnego obiektu.Calibration of any diffusion imaging sequence in MR experiments with the method of the invention is performed in order to precisely measure the diffusion coefficient and / or the diffusion tensor for any object.

Pomiaru tensora dyfuzji w eksperymentach DWI, DTI i FMRI-DTI dokonuje się korzystając ze znanego wzoru podanego w 1965 roku przez Stejskalla i Tannera:The measurement of the diffusion tensor in the DWI, DTI and FMRI-DTI experiments is made using the well-known formula given in 1965 by Stejskall and Tanner:

y= _{b D} y = _{b D}

Λ(0) ^'=' (2) gdzie:Λ (0) ^ '=' (2) where:

A(b) - to sygnał echa (intensywność obrazu MR) dla danej wartości b mierzony dla każdego woksela;A (b) - is the echo signal (MR image intensity) for a given value of b measured for each voxel;

A(0) - to intensywność obrazu MR dla b=0;A (0) - is the MR image intensity for b = 0;

Bu - jest elementem symetrycznej macierzy „b”;Bu - is an element of the symmetric matrix "b";

Dij - jest elementem symetrycznego tensora dyfuzji D.Dij - is an element of the symmetrical diffusion tensor D.

Ze wzoru (2) wynika, że dla eksperymentów DTI, w celu obliczenia tensora dyfuzji dla wody, gdzie symetryczny tensor stanowi macierz 3x3, należy wykonać nie mniej niż siedem eksperymentów MR, dla których sekwencje MR będą zawierały sześć różnych, nie współliniowych kierunków gradientów dyfuzyjnych i jeden - siódmy - bez gradientów dyfuzyjnych. Stąd dla najprostszego eksperymentu DTI, dla każdego wektora gradientu dyfuzji, istnieje potrzeba wyznaczenia nie mniej niż sześciu symetrycznych macierzy „b”, z których każda zawiera sześć różnych składowych.Formula (2) shows that for the DTI experiments, in order to calculate the diffusion tensor for water, where the symmetric tensor is a 3x3 matrix, not less than seven MR experiments should be performed, for which the MR sequences will contain six different, non-collinear diffusion gradient directions and one - the seventh - without diffusion gradients. Hence, for the simplest DTI experiment, for each diffusion gradient vector, there is a need to determine not less than six symmetric "b" matrices, each containing six different components.

Przyjmując typowe założenie stosowane w praktyce komercyjnej, że macierz b jest reprezentowana przez wyrażenie b = bg (3) gdzie b jest stałym współczynnikiem dla dowolnego pomiaru DWI w kierunku zdefiniowanym przez jednostkowy wektor gradientu dyfuzji G_n ^T = (gx, g_y, g_z) a macierz g jest iloczynem G_nG_n ^T, zatem g_vg.Taking the typical assumption used in commercial practice that the matrix b is represented by the expression b = bg (3) where b is a constant coefficient for any DWI measurement in the direction defined by the unit diffusion gradient vector G _n ^T = (gx, g _y , g _z ) and the matrix g is a product of G _n G _n ^T , therefore g _v g.

g.gy g.gy g.g. g.g. gy gy gyg. gyg. g.-gy g.-gy gl gl

(4)(4)

To podejście zakłada brak wpływu gradientów obrazujących oraz ich interakcji z gradientami dyfuzyjnymi. Ponadto redukuje liczbę zmiennych potrzebnych do określenia macierzy b z 6 do 3.This approach assumes no influence of imaging gradients and their interaction with diffusion gradients. In addition, it reduces the number of variables needed to determine the matrix b from 6 to 3.

Sposobem kalibracji według wynalazku buduje się i dobiera fantom dyfuzji do badanej przestrzeni, dla danej cewki RF, w zależności od jej kształtu i parametrów. Typowe przykłady podziałuThe calibration method according to the invention is used to build and select a diffusion phantom into the tested space for a given RF coil, depending on its shape and parameters. Common examples of division

PL 232 529 Β1 cewek według typu to: objętościowe, powierzchniowe, „bird-cage”, siodłowe. Natomiast według przeznaczenia to np. cewki diagnostyczne: na głowę, rdzeń kręgowy, bark, tułów, kończyny, stawy kolanowe, łokciowe etc.PL 232 529 Β1 coils by type are: volumetric, surface, bird-cage, saddle. However, according to their purpose, they are e.g. diagnostic coils: for the head, spinal cord, shoulder, trunk, limbs, knee joints, elbows, etc.

Dla dokonania kalibracji dowolnej sekwencji tomografu MR anizotropowym oraz izotropowym fantomem dyfuzji według wynalazku, wzorcowe fantomy dyfuzji umieszcza się (krok 201) w badanej przestrzeni tomografu MR, przy czym fantom anizotropowy umieszcza się w przynajmniej trzech różnych położeniach ortogonalnych względem siebie wewnątrz cewki RF (jak przykładowo przedstawiono na Fig. 1A-1C). Przy czym ilość różnych położeń zależy od wymaganej dokładności eksperymentu. Im większa ilość pomiarów, tym później dokładniejszy rozkład macierzy b i tym dokładniejsza kalibracja danej sekwencji obrazowania dyfuzji.To calibrate any MR tomograph sequence with the anisotropic and isotropic diffusion phantom of the invention, diffusion standard phantoms are placed (step 201) in the investigated space of the MR tomograph, with the anisotropic phantom being placed in at least three different orthogonal positions within the RF coil (such as for example shown in Figs. 1A-1C). The number of different positions depends on the required accuracy of the experiment. The greater the number of measurements, the later the more precise the b matrix distribution and the more accurate the calibration of a given diffusion imaging sequence.

W każdym położeniu fantomów wykonuje się pomiary sygnałów MR (krok 202) dla każdego elementu przestrzeni (woksela), określając dla niego następnie składowe macierzy b, korzystając ze wzorów (2, 3 i 4).At each phantom position, MR signals are measured (step 202) for each space element (voxel), then the b matrix components are determined for it using formulas (2, 3, and 4).

W szczególności, dla każdego woksela, dla 3 położeń fantomu anizotropowego będącego wzorcem anizotropowego tensora dyfuzji określa się (krok 203) 3 elementy diagonalne (bxx, byy, bzz) macierzy b oraz ich wartość efektywną (beff) obliczaną jako sumę tych trzech elementów diagonalnych (bxx, byy, bzz). Ponadto, dla każdego woksela określa się wartość efektywną macierzy (beffjso) (krok 206) z eksperymentu obrazowania dyfuzji wykonanego dla fantomu izotropowego (krok 204, 205) będącego wzorcem izotropowego tensora dyfuzji.Specifically, for each voxel, for the 3 positions of the anisotropic phantom that is the pattern of the anisotropic diffusion tensor, the 3 diagonal elements (bxx, byy, bzz) of the matrix b are determined (step 203) and their effective value (beff) calculated as the sum of the three diagonal elements ( bxx, byy, bzz). In addition, for each voxel, the effective value of the matrix (beffjso) is determined (step 206) from the diffusion imaging experiment performed on the isotropic phantom (step 204, 205) being the isotropic diffusion tensor pattern.

Następnie, wartości diagonalne (bxx, byy, bzz) oraz wartość efektywną macierzy b (beff) z eksperymentu obrazowania dyfuzji wykonanego dla fantomu anizotropowego normalizuje się do wartości efektywnej macierzy (beffjso) z eksperymentu obrazowania dyfuzji wykonanego dla fantomu izotropowego.Then, the diagonal values (bxx, byy, bzz) and the effective value of the matrix b (beff) from the diffusion imaging experiment performed with the anisotropic phantom are normalized to the effective matrix value (beffjso) from the diffusion imaging experiment performed with the isotropic phantom.

Wartość efektywna macierzy (beffjso) z eksperymentu dla fantomu izotropowego może być określona z większą dokładnością niż poszczególne wartości diagonalne (bxx, byy, bzz) z eksperymentu dla fantomu anizotropowego, a więc normalizacja wartości (bxx, byy, bzz, beff) do wartości (beffjso) zwiększa dokładność obliczeń.The effective value of the matrix (beffjso) from the experiment for the isotropic phantom can be determined with greater accuracy than the individual diagonal values (bxx, byy, bzz) from the experiment for the anisotropic phantom, i.e. the normalization of the values (bxx, byy, bzz, beff) to the value ( beffjso) increases the accuracy of the calculations.

Wartości pozadiagonalne macierzy b określa się jako iloczyny pierwiastków elementów diagonalnych oraz jednostkowych wektorów gradientu dyfuzji korzystając ze wzoru:The non-diagonal values of the b matrix are defined as the products of the roots of the diagonal elements and the unit diffusion gradient vectors using the formula:

Si Sj gdzie i, j = x, y, zSi Sj where i, j = x, y, z

Uzyskane rozkłady macierzy b podaje się (krok 207) jako efekt kalibracji danej sekwencji DMRI i tomografu, dzięki czemu mogą być następnie wykorzystane do przeprowadzania eksperymentów DWI, DTI, FMRI-DTI. W razie potrzeby czy chęci dodatkowej poprawy dokładności procedurę kalibracji można powtórzyć korzystając z już określonego rozkładu macierzy b, tak więc kalibrację można powtarzać w kolejnych krokach iteracyjnych.The obtained b matrix distributions are reported (step 207) as a result of the calibration of the given DMRI sequence and the tomograph, so that they can then be used to perform DWI, DTI, FMRI-DTI experiments. If necessary, or if you want to further improve the accuracy, the calibration procedure can be repeated using the already defined b matrix distribution, so the calibration can be repeated in subsequent iterative steps.

Uzyskane przestrzenne rozkłady macierzy b można zweryfikować poprzez ich użycie do obliczeń tensora dyfuzji dla wzorcowych fantomów izotropowego i anizotropowego o znanych wartościach tensora dyfuzji. Jeśli odchylenie standardowe dla tak obliczonego przestrzennego rozkładu tensora dyfuzji dla fantomów wzorcowych przekracza pożądaną wartość, to w celu uzyskania dokładniejszych wyników powtarza się kalibrację sekwencji obrazowania dyfuzji w celu dalszego skorygowania przestrzennego rozkładu macierzy b. Otrzymane w ten sposób skorygowane przestrzenne rozkłady macierzy b stanowią element finalny kalibracji dowolnej sekwencji obrazowania eksperymentu typu DMRI, które następnie wykorzystuje się rutynowo przy obrazowaniu dowolnego obiektu w eksperymencie typu DMRI.The obtained spatial distributions of matrix b can be verified by using them to calculate the diffusion tensor for standard isotropic and anisotropic phantoms with known values of the diffusion tensor. If the standard deviation for the thus calculated spatial distribution of the diffusion tensor for the standard phantoms exceeds the desired value, then for more accurate results the calibration of the diffusion imaging sequences is repeated to further correct the spatial distribution of matrix b. The thus obtained corrected spatial distributions of matrix b constitute the final element. calibration of any imaging sequence of the DMRI experiment, which is then routinely used to image any object in the DMRI experiment.

Kalibracja do pomiarów DWI czy DTI jest szczególnie ważna w przypadku eksperymentów wymagających dużej dokładności, przykładowo w przypadku wspomnianego fMRI-DTI, gdzie obserwowane zmiany nie przekraczają kilku procent. Wstępne eksperymenty prowadzone sposobem według wynalazku, podobnie jak w przypadku metody BSD-DTI, pozwalają na poprawę dokładności o rząd wielkości, przy znacznym czasie skrócenia czasu kalibracji i uproszczeniu ich procedur.Calibration for DWI or DTI measurements is particularly important in the case of experiments requiring high accuracy, for example in the case of the aforementioned fMRI-DTI, where the observed changes do not exceed a few percent. Preliminary experiments carried out with the method of the invention, as with the BSD-DTI method, allow for an order of magnitude improvement in accuracy with a significant reduction in calibration time and simplification of their procedures.

Czynność kalibracji należy powtórzyć przed każdą zmianą parametrów sekwencji obrazowania, w szczególności dla zmiany wartości i kierunków wektorów gradientów dyfuzyjnych.The calibration should be repeated before each change of the imaging sequence parameters, in particular to change the values and directions of the diffusion gradient vectors.

Zaletą sposobu kalibracji dowolnej sekwencji dyfuzyjnej sposobem według wynalazku sBSD-DTI, czy też sposobem BSD-DTI, daje w konsekwencji nieosiągalną do tej pory w nauce i technice możliwość precyzyjnego pomiaru tensora dyfuzji.The advantage of the method of calibrating any diffusion sequence with the sBSD-DTI method according to the invention, or also with the BSD-DTI method, results in the possibility of precise measurement of the diffusion tensor, unattainable so far in science and technology.

PL 232 529 B1PL 232 529 B1

P r z y k ł a d w y k o n a n i aP r z o l a d e c o n i a

Na Fig. 3A-3B przedstawiono rozkłady wartości głównych tensora dyfuzji dla fantomu izotropowego uzyskane przy pomocy metody standardowej DTI (Fig. 3A) i metody według wynalazku sBSD-DTl (Fig. 3B). Wiersze odpowiadają 25 warstwom, natomiast kolumny wartościom głównym tensora dyfuzji. Fig. 3C przedstawia rozkład różnicowy macierzy beff (C) dla 25 warstw (wiersze) i 6 kierunków gradientu dyfuzji (kolumny) uzyskany przy pomocy sBSD-DTl. Eksperymenty przeprowadzono na skanerze klinicznym firmy GE 3T.Figures 3A-3B show the distributions of principal diffusion tensor values for the isotropic phantom obtained using the standard DTI method (Figure 3A) and the sBSD-DT1 method of the invention (Figure 3B). Rows correspond to 25 layers and columns to main values of the diffusion tensor. Fig. 3C shows the differential distribution of the beff (C) matrix for 25 layers (rows) and 6 diffusion gradient directions (columns) obtained with sBSD-DT1. The experiments were carried out on the GE 3T clinical scanner.

Wartości główne dla wody powinny być jednorodne i jak najbardziej zbliżone do siebie kolorystycznie (Fig. 3A, 3B). Tensor dyfuzji dla wody powinien mieć wartości główne identyczne. Z kolei na Fig. 3C różnica wartości macierzy beff powinna być równa 0 (kolor ze środka zakresu kolorów). Obecność rozkładu pokazuje tym samym występowanie niejednorodności pól gradientowych, które powinny być uwzględnione przy liczeniu wartości współczynników i tensorów dyfuzji.The main values for water should be homogeneous and as close to each other in color as possible (Figs. 3A, 3B). The diffusion tensor for water should have the same principal values. In Fig. 3C, the difference in the value of the beff matrix should be 0 (the color in the middle of the color range). The presence of the distribution thus shows the presence of heterogeneity in the gradient fields that should be taken into account when calculating the values of the diffusion coefficients and tensors.

Kalibracji sekwencji dyfuzyjnej SE-EPI (ang. Spin Echo Echo Plannar Imaging) dokonano w klinicznym tomografie MR, wyposażonym w magnes nadprzewodzący o polu 3 T korzystając ze sposobu według wynalazku i sześciennego anizotropowego fantomu o boku 5 cm zbudowanego z cienkich płytek szklanych o grubości 180 um, przedzielonych 20 um warstwami wody. Eksperymenty przeprowadzono w temperaturze T = 21.5°. Wykonano następujące czynności:The calibration of the diffusion sequence SE-EPI (Spin Echo Echo Plannar Imaging) was performed in a clinical MR tomograph, equipped with a superconducting magnet with a 3 T field, using the method according to the invention and a 5 cm cubic anisotropic phantom made of thin glass plates with a thickness of 180 µm, separated by 20 µm layers of water. The experiments were performed at the temperature T = 21.5 °. The following steps were taken:

1. W tomografie MR wyposażonym w magnes nadprzewodzący o polu 3 T, w polu oddziaływania cewki RF headcoil typu birdcage o średnicy 30 cm, został umieszczony opisany powyżej anizotropowy fantom dyfuzji. Pomiary tomograficzne wykonano przy użyciu sekwencji SE-EPI.1. In an MR tomograph equipped with a superconducting magnet with a field of 3 T, the anisotropic diffusion phantom described above was placed in the field of action of the 30 cm birdcage headcoil RF coil. Tomographic measurements were made using the SE-EPI sequence.

2. Pomiary tomograficzne DTI przy pomocy SE-EPI, dla określenia przestrzennego rozkładu macierzy b dla jednego dowolnego kierunku gradientu dyfuzji (DWI), wykonano dla 3 różnych położeń fantomu anizotropowego ortogonalnych względem siebie i dla 1 położenia fantomu izotropowego. W pierwszym położeniu fantom anizotropowy był obrócony względem osi (x,y,z) o kąty (0,0,0) - Fig. 1A, w drugim położeniu był obrócony o kąty (90,0,0) - Fig, 1B, a w trzecim położeniu o kąty (0,0,90) - Fig. 1C.2. DTI tomographic measurements using SE-EPI, to determine the spatial distribution of the b matrix for any one direction of the diffusion gradient (DWI), were performed for 3 different positions of the anisotropic phantom orthogonal to each other and for 1 position of the isotropic phantom. In the first position, the anisotropic phantom was rotated with respect to the axis (x, y, z) by angles (0,0,0) - Fig. 1A, in the second position it was rotated by angles (90,0,0) - Fig, 1B, and in a third position by angles (0,090) - Fig. 1C.

3. Czynność z pkt 2 powtórzono dla 6-ciu kierunków wektora gradientu dyfuzji.3. The operation from point 2 was repeated for the 6 directions of the diffusion gradient vector.

4. W ten sposób określono przestrzenne rozkłady macierzy b, które następnie użyto do pomiarów tensora dyfuzji metodą sBSD-DTl.4. In this way, the spatial distributions of the matrix b were determined, which were then used to measure the diffusion tensor by the sBSD-DT1 method.

5. Uzyskano w ten sposób 3-krotną poprawę dokładności obliczeń tensora dyfuzji dla fantomu izotropowego (Fig. 3B) w stosunku do metody standardowej (Fig. 3A). Poprawa jest określona jako stosunek odchyleń standardowych (SD) wartości głównych tensora dyfuzji mierzonych oboma metodami.5. This resulted in a 3-fold improvement in the accuracy of the calculations of the diffusion tensor for the isotropic phantom (Fig. 3B) compared to the standard method (Fig. 3A). The improvement is defined as the ratio of the standard deviations (SD) of the principal values of the diffusion tensor measured by both methods.

6. Dla wody wartość SD powinna być jak najmniejsza.6. For water, the SD value should be as low as possible.

Claims

Patent claims

A method of calibrating diffusion imaging sequences in a DMRI experiment carried out in an MR tomograph, in which the diffusion coefficients and / or a diffusion tensor are calculated from the spatial distribution of the matrix b obtained as a result of the calibration, characterized in that the following steps are performed during calibration :

- in the field of interaction of the RF coil in the tested space of the MR tomograph:

- disposing (201) an anisotropic diffusion phantom (101) which is diffusion limited in at least one direction along one of the axes of the system of major axes associated with the phantom with known diffusion tensor values;

- which anisotropic diffusion phantom (101) is sequentially positioned at 3 different orthogonal positions to each other;

- and in addition, an isotropic phantom (102) with a known diffusion coefficient is placed (204) at the location of an anisotropic phantom with a known diffusion tensor distribution;

- wherein for each position of the anisotropic phantom and for the position of the isotropic phantom, measurements of the MRJ signal are made (202, 205), and then the values of the matrix b are determined (203, 206);

- the determination of the matrix b is made for each voxel of a constant defined volume contained simultaneously inside the anisotropic (101) and isotropic (102) phantom

PL 232 529 B1 in such a way that for each voxel 3 diagonal elements (bxx, byy, bzz) of the matrix b and their effective value (beff) calculated as the sum of three diagonal elements (bxx, byy, bzz) are determined (203) from diffusion imaging experiments performed for 3 positions of the anisotropic phantom which is the pattern of the anisotropic diffusion tensor;

- wherein for each voxel the effective value of the matrix (beff_iso) from the diffusion imaging experiment performed on the isotropic phantom being the pattern of the isotropic diffusion tensor is determined (206);

- while the diagonal values (bxx, byy, bzz) and the effective value of the matrix b (beff) from the diffusion imaging experiment performed for the anisotropic phantom are normalized to the value of the effective matrix (beff_iso) from the diffusion imaging experiment performed for the isotropic phantom being the standard of the isotropic diffusion tensor;

- then the obtained spatial distribution of matrix b is given (207) as the effect of calibration of DMRI-type sequences for a given tomograph.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the determination of the spatial distribution of the matrix b is performed for various parameters of the diffusion sequence, selected from the group consisting of: diffusion gradient values, diffusion times, directions of the diffusion gradient vector, amplitudes of the diffusion gradient vector.

3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the calibration is repeated in successive iterative steps, taking as initial values the spatial distributions of the matrix b obtained in the previous step.

4. The method according to p. Method according to claim 1, characterized in that the obtained spatial distributions of the matrix b are verified by using them to compute the diffusion tensor for standard isotropic and anisotropic phantoms with known values of the diffusion tensor.

5. The method according to p. The method of claim 4, wherein if the standard deviation for the spatial distribution of the diffusion tensor for the standard phantoms exceeds the desired value, for more accurate results the calibration of the diffusion imaging sequences is repeated to further correct the spatial distribution of the matrix b.

6. The method according to p. 5. The method of claim 5, characterized in that the obtained corrected spatial distributions of the b matrix constitute the final element of the calibration of any imaging sequence of the DMRI experiment, which are then routinely used in imaging any object in the DMRI experiment.

7. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the calibration is performed before each change of the imaging sequence parameters, in particular before changing the values and directions of the diffusion gradient vectors.

8. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the anisotropic diffusion phantom is placed successively in 3 of its orthogonal positions keeping the main axes of the phantom aligned with the axes of the laboratory system.

9. The method according to p. The method of claim 1, wherein the non-diagonal values of the matrix b are defined as products of the roots of the diagonal elements.

10. The method according to p. The method of claim 1, wherein for each voxel, the matrix b values calculated for that voxel are used to determine the diffusion coefficients in the DWI experiments.

11. The method according to p. The method of claim 1, wherein for each voxel, the matrix b values calculated for that voxel are used to determine the components of the diffusion tensor in the DTI experiments.