RU187202U1 - Phantom device for controlling the parameters of diffusion-weighted images of magnetic resonance imaging - Google Patents
Phantom device for controlling the parameters of diffusion-weighted images of magnetic resonance imaging Download PDFInfo
- Publication number
- RU187202U1 RU187202U1 RU2018128026U RU2018128026U RU187202U1 RU 187202 U1 RU187202 U1 RU 187202U1 RU 2018128026 U RU2018128026 U RU 2018128026U RU 2018128026 U RU2018128026 U RU 2018128026U RU 187202 U1 RU187202 U1 RU 187202U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffusion
- phantom
- magnetic resonance
- icd
- containers
- Prior art date
Links
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 22
- 210000000577 adipose tissue Anatomy 0.000 claims description 13
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 claims description 11
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 10
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- 230000007170 pathology Effects 0.000 claims description 4
- 230000037237 body shape Effects 0.000 claims 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 abstract description 3
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910021380 Manganese Chloride Chemical class 0.000 description 4
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical class Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical class [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011565 manganese chloride Chemical class 0.000 description 4
- 235000002867 manganese chloride Nutrition 0.000 description 4
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 3
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 2
- 229920006158 high molecular weight polymer Polymers 0.000 description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241001417523 Plesiopidae Species 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Устройство относится к области медицинской техники, а именно к средствам проведения контроля параметров качества изображений при магнитно-резонансной томографии и калибровочных испытаниях. Из уровня техники известен фантом (патент US 9603546 В2, Phantom for Diffusion MRI imaging) для калибровки диффузионных режимов магнитно-резонансной томографии (МРТ) путем измерения коэффициента диффузии контрольных веществ - гомогенного раствора, находящегося в контейнере произвольной формы. Недостатками данного технического решения является то, что данный гомогенный раствор моделирует затрудненную диффузию молекул воды, которые могут неограниченно перемещаться по объему емкости. Наиболее близким к заявленному техническому решению является фантом (Boss MA, et al. QIBA PDF MRI Technical Committee: Activities in Diffusion MRI. Poster 2014) для контроля измеряемого коэффициента диффузии (ИКД). Данное устройство представляет собой сферический корпус с размещенными в каркасе емкостями для контрольных веществ. Конструкция фантома позволяет задавать диапазон ИКД путем заполнения емкостей растворами с разными концентрациями полимера - поливинилпирролидона. Однако использование раствора, как для выше указанного аналога, позволяет моделировать затрудненную самодиффузию молекул воды за счет увеличения вязкости раствора, что недостаточно точно имитирует диффузию в клетке человека. Таким образом, основным недостатком представленных технических решений является использование в качестве контрольного вещества раствора. Заявляемое устройство позволяет решить техническую задачу, состоящую в создании устройства фантома, лишенного вышеперечисленных недостатков, а именно обеспечивающего контроль параметров диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ) магнитно-резонансной томографии при использовании емкостей, заполненных веществами с заданными ИКД, позволяющих проводить, контроль и оценку точности измерения данного параметра. Технический результат заключается в создании устройства для контроля параметров ДВИ при магнитно-резонансной томографии, содержащего контрольные вещества с заданными значениями ИКД в более широком диапазоне, чем тот, который обеспечивается известными аналогами.The device relates to the field of medical technology, namely to means for monitoring the quality parameters of images in magnetic resonance imaging and calibration tests. A phantom is known from the prior art (patent US 9603546 B2, Phantom for Diffusion MRI imaging) for calibrating diffusion modes of magnetic resonance imaging (MRI) by measuring the diffusion coefficient of control substances — a homogeneous solution in an arbitrary shape container. The disadvantages of this technical solution is that this homogeneous solution simulates the hindered diffusion of water molecules that can move unlimitedly over the volume of the tank. Closest to the claimed technical solution is a phantom (Boss MA, et al. QIBA PDF MRI Technical Committee: Activities in Diffusion MRI. Poster 2014) for monitoring the measured diffusion coefficient (ICD). This device is a spherical body with containers for control substances placed in the frame. The phantom design allows you to set the range of ICD by filling the containers with solutions with different polymer concentrations - polyvinylpyrrolidone. However, the use of a solution, as for the aforementioned analogue, makes it possible to simulate difficult self-diffusion of water molecules by increasing the viscosity of the solution, which does not accurately simulate diffusion in a human cell. Thus, the main disadvantage of the presented technical solutions is the use of a solution as a control substance. The inventive device allows to solve the technical problem of creating a phantom device devoid of the above disadvantages, namely, providing control of the parameters of diffusion-weighted images (DWI) of magnetic resonance imaging when using containers filled with substances with predetermined ICD, allowing to conduct, control and evaluate the accuracy measuring this parameter. The technical result consists in the creation of a device for controlling the parameters of DWI in magnetic resonance imaging, containing control substances with given ICD values in a wider range than that provided by known analogues.
Description
Устройство относится к области медицинской техники, а именно к средствам проведения контроля параметров качества изображений при магнитно-резонансной томографии и калибровочных испытаниях.The device relates to the field of medical technology, namely to means for monitoring the quality parameters of images in magnetic resonance imaging and calibration tests.
Из уровня техники известен фантом (патент US 9603546 В2, Phantom for Diffusion MRI imaging) для калибровки диффузионных режимов магнитно-резонансной томографии (МРТ) путем измерения коэффициента диффузии контрольных веществ - гомогенного раствора, находящегося в контейнере произвольной формы. Данный раствор представляет собой смесь низкомолекулярных и высокомолекулярных полимеров различной концентрации и обладает характерной для живых тканей диффузией молекул воды. Недостатками данного технического решения является то, что раствор полимеров моделирует затрудненную диффузию молекул воды, которые могут неограниченно перемещаться по объему емкости. Снижение коэффициента диффузии определяется повышением вязкости раствора. Данный эффект недостаточно точно моделирует диффузию в нормальных или патологических тканях тела человека, где самодиффузия молекул воды является затрудненной (вследствие наличия органических микро- и нанопрепятствий) и ограниченной (с помощью липидиых мембран). Кроме того, в реализации данного устройства не представлена возможность использования при включении/отключении функции жироподавления, а также измерения химического сдвига, обусловленного наличием жировой ткани.A phantom is known from the prior art (patent US 9603546 B2, Phantom for Diffusion MRI imaging) for calibrating diffusion modes of magnetic resonance imaging (MRI) by measuring the diffusion coefficient of control substances — a homogeneous solution in an arbitrary shape container. This solution is a mixture of low molecular weight and high molecular weight polymers of various concentrations and has the diffusion of water molecules characteristic of living tissues. The disadvantages of this technical solution is that the polymer solution simulates the hindered diffusion of water molecules that can move unlimitedly over the volume of the tank. A decrease in the diffusion coefficient is determined by an increase in the viscosity of the solution. This effect does not sufficiently accurately model diffusion in normal or pathological tissues of the human body, where the self-diffusion of water molecules is difficult (due to the presence of organic micro- and nanoblocks) and limited (using lipid membranes). In addition, the implementation of this device does not present the possibility of using the on / off function of fat suppression, as well as measuring the chemical shift due to the presence of adipose tissue.
Известно также устройство фантома по патенту US 20160363644, Phantom for quantitative diffusion magnetic resonance imaging, которое представляет собой корпус, заполненный раствором, где растворитель имеет коэффициент диффузии, превышающий коэффициент диффузии воды, а растворенное вещество за счет взаимодействия с растворителем снижает диффузию. Авторы заявляют, что вещества подбираются таким образом, чтобы на спектре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) растворителя был один пик, а на спектре ЯМР растворенного вещества в диапазоне резонансных частот пика не наблюдалось. Таким образом, на спектре ЯМР раствора будет наблюдаться один пик, что не позволит проводить исследование химического сдвига, обусловленного наличием жировой ткани и технологии жироподавления. Помимо этого, недостатком данного устройства является то, что для моделирования диффузии, соответствующей физиологическому диапазону, необходимо погружать фантом в воду со льдом, что усложняет процесс его использования.Also known is a phantom device according to patent US 20160363644, Phantom for quantitative diffusion magnetic resonance imaging, which is a housing filled with a solution, where the solvent has a diffusion coefficient greater than the diffusion coefficient of water, and the dissolved substance due to interaction with the solvent reduces diffusion. The authors state that the substances are selected in such a way that there is one peak in the spectrum of the nuclear magnetic resonance (NMR) of the solvent, and no peak is observed in the NMR spectrum of the dissolved substance. Thus, one peak will be observed in the NMR spectrum of the solution, which will not allow the study of the chemical shift due to the presence of adipose tissue and fat suppression technology. In addition, the disadvantage of this device is that to simulate diffusion corresponding to the physiological range, it is necessary to immerse the phantom in water with ice, which complicates the process of its use.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является фантом (Boss MA, et al. QIBA PDF MRI Technical Committee: Activities in Diffusion MRI. Poster 2014) для контроля измеряемого коэффициента диффузии (ИКД). Данное устройство представляет собой сферический корпус с размещенными в каркасе емкостями для контрольных веществ. Конструкция фантома позволяет задавать диапазон ИКД путем заполнения емкостей растворами с разными концентрациями полимера - поливинилпирролидона. Однако использование раствора, как для выше указанного аналога, позволяет моделировать затрудненную самодиффузию молекул воды за счет увеличения вязкости раствора, что недостаточно точно имитирует диффузию в клетке человека. Помимо этого, в устройстве фантома используется вода со льдом для дополнительного снижения диффузии.Closest to the claimed technical solution is a phantom (Boss MA, et al. QIBA PDF MRI Technical Committee: Activities in Diffusion MRI. Poster 2014) for monitoring the measured diffusion coefficient (ICD). This device is a spherical body with containers for control substances placed in the frame. The phantom design allows you to set the range of ICD by filling the containers with solutions with different polymer concentrations - polyvinylpyrrolidone. However, the use of a solution, as for the aforementioned analogue, makes it possible to simulate difficult self-diffusion of water molecules by increasing the viscosity of the solution, which does not accurately simulate diffusion in a human cell. In addition, the phantom device uses ice water to further reduce diffusion.
Таким образом, основным недостатком представленных технических решений является использование в качестве контрольного вещества раствора. В этом случае модель самодиффузии молекул воды является затрудненной, т.к. перемещение молекул воды неограниченно по объему, однако коэффициент диффузии снижается за счет увеличения вязкости. Это является недостаточно точной моделью самодиффузии молекул воды в клетках человека, т.к. в живой ткани самодиффузия молекул воды является затруднительной (вследствие наличия органических микро- и нанопрепятствий) и ограниченной (с помощью липидных мембран). Таким образом, для моделирования живой ткани с точки зрения показателей диффузии молекул воды возможно имитирование как ограниченной, так и затрудненной самодиффузии молекул воды.Thus, the main disadvantage of the presented technical solutions is the use of a solution as a control substance. In this case, the model of self-diffusion of water molecules is difficult, because the movement of water molecules is unlimited in volume, but the diffusion coefficient decreases due to an increase in viscosity. This is not an accurate model of self-diffusion of water molecules in human cells, because in living tissue, the self-diffusion of water molecules is difficult (due to the presence of organic micro and nanoblocks) and limited (with the help of lipid membranes). Thus, to simulate living tissue from the point of view of indicators of diffusion of water molecules, it is possible to simulate both limited and difficult self-diffusion of water molecules.
Для получения нижней границы ИКД в аналогах используется лед, с помощью которого снижается температура образцов, а, следовательно, уменьшается ИКД. В предлагаемом нами технологическом решении минимум ИКД достигается при нормальных условиях, а именно - при стандартной температуре в процедурной (комнате сканирования) кабинета МРТ.To obtain the lower boundary of the ICD, ice is used in the analogues, with the help of which the temperature of the samples is reduced, and, consequently, the ICD is reduced. In our technological solution, the minimum ICD is achieved under normal conditions, namely, at standard temperature in the treatment room (scan room) of the MRI room.
Заявляемое устройство позволяет решить техническую задачу, состоящую в создании устройства фантома, лишенного вышеперечисленных недостатков, а именно, обеспечивающего контроль параметров диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ) магнитно-резонансной томографии при использовании емкостей, заполненных веществами с заданными ИКД, позволяющих проводить контроль и оценку точности измерения данного параметра, в том числе в случае применения технологий жироподавления, а также измерять величину химического сдвига обусловленного наличием жировой ткани и выступать в качестве экстракорпорального опорного сигнала при сканировании пациента.The inventive device allows to solve the technical problem of creating a phantom device devoid of the above disadvantages, namely, providing control of the parameters of diffusion-weighted images (DWI) of magnetic resonance imaging when using containers filled with substances with specified ICD, allowing monitoring and accuracy assessment measuring this parameter, including in the case of applying fat reduction technologies, as well as measuring the amount of chemical shift due to the presence of Irova tissues and act as a reference signal during extracorporeal patient scanning.
Технический результат заключается в создании устройства для контроля параметров ДВИ при магнитно-резонансной томографии, содержащего контрольные вещества с заданными значениями ИКД в более широком диапазоне, чем тот, который обеспечивается известными аналогами, а именно: ИКД охватывает диапазон от значений, соответствующих нормальной ткани, до значений, характеризующих доброкачественные или злокачественные патологии. Кроме того, наличие обратных эмульсий на основе кремнийорганических соединений позволяет моделировать нижнюю границу диапазона ИКД за счет имитирования ограниченной диффузии молекул воды, а также проводить измерение химического сдвига и контролировать эффективность работы функции жироподавления, за счет наличия на спектре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) контрольных веществ пиков от жировой ткани (-СН3 / -СН2) и от воды (-ОН).The technical result consists in the creation of a device for monitoring the parameters of DWI in magnetic resonance imaging, containing control substances with given ICD values in a wider range than that provided by known analogues, namely: ICD covers the range from values corresponding to normal tissue to values characterizing benign or malignant pathologies. In addition, the presence of reverse emulsions based on organosilicon compounds makes it possible to simulate the lower limit of the ICD range by simulating the limited diffusion of water molecules, as well as to measure the chemical shift and control the effectiveness of the fat suppression function, due to the presence of control substances on the spectrum of nuclear magnetic resonance (NMR) peaks from adipose tissue (-CH 3 / -CH 2 ) and from water (-OH).
Заявляемое устройство фантома состоит из корпуса произвольной формы и одной или нескольких емкостей, заполненных имитирующими диффузию молекул воды в живых тканях контрольными веществами. Контрольные вещества имеют ИКД в диапазоне значений от соответствующих нормальной ткани до доброкачественной и злокачественной патологии.The inventive phantom device consists of a housing of arbitrary shape and one or more containers filled with control substances imitating the diffusion of water molecules in living tissues. Control substances have ICD in the range of values from the corresponding normal tissue to benign and malignant pathologies.
Обратные эмульсии на основе кремнийорганических соединений используются для моделирования процессов диффузии, соответствующих нижней границе диапазона значений ИКД. Водные растворы полимеров с различной концентрацией - процессов диффузии, соответствующих средним значениям диапазона ИКД. Коэффициент самодиффузии, соответствующий верхней границе диапазона значений ИКД, задается с помощью воды (или воды с растворенными в ней парамагнитными солями сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)). Обратные эмульсии на спектре ЯМР имеют пики, соответствующие жировой ткани (-CH3 / -CH2) и воде (-ОН), что позволяет контролировать параметры ДВИ с включенной/выключенной функцией жироподавления, а также измерять химический сдвиг от жировой ткани. Кроме того, по сравнению с водой интенсивность сигнала от обратных эмульсий более высокая на ДВИ в широком диапазоне значений b-фактора и значительно более низкая на ИКД-картах.Inverse emulsions based on organosilicon compounds are used to simulate diffusion processes corresponding to the lower boundary of the range of ICD values. Aqueous solutions of polymers with different concentrations - diffusion processes corresponding to the average values of the ICD range. The self-diffusion coefficient corresponding to the upper limit of the range of ICD values is set using water (or water with paramagnetic salts of copper (II) sulfate or manganese (II) chloride dissolved in it). Inverse emulsions in the NMR spectrum have peaks corresponding to adipose tissue (-CH 3 / -CH 2 ) and water (-OH), which allows you to control the parameters of DWI with the fat suppression function on / off, as well as measure the chemical shift from adipose tissue. In addition, in comparison with water, the signal intensity from reverse emulsions is higher on DWI in a wide range of b-factor values and significantly lower on ICD cards.
Таким образом, заявляемое устройство характеризуется следующими существенными признаками:Thus, the claimed device is characterized by the following essential features:
наличие корпуса произвольной формы, заполненного водой (или водой с растворенными в ней парамагнитными солями сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)), и одной или нескольких емкостей для контрольных веществ the presence of a case of arbitrary shape filled with water (or water with paramagnetic salts of copper (II) sulfate or manganese (II) chloride dissolved in it), and one or more containers for control substances
наличие контрольных веществ, обладающими свойствами стабильности на период the presence of control substances with stability properties for the period
испытаний, с ИКД в диапазоне значений от соответствующих нормальной ткани до соответствующих доброкачественной и злокачественной патологииtests, with ICD in the range of values from the corresponding normal tissue to the corresponding benign and malignant pathology
наличие обратных эмульсий на основе кремнийорганических соединений, моделирующих процессы диффузии, которые соответствуют нижней границе диапазона ИКД, и имеющих пики на спектре ЯМР, соответствующих жировой ткани (-CH3 / -CH2) и воде (-ОН), а также генерирующих более высокий по сравнению с водой сигнал на ДВИ в широком диапазоне значений b-фактора и более низкий - на картах ИКДthe presence of inverse emulsions based on organosilicon compounds simulating diffusion processes that correspond to the lower boundary of the ICD range and having peaks in the NMR spectrum corresponding to adipose tissue (-CH 3 / -CH 2 ) and water (-OH), as well as generating higher in comparison with water, the signal on DWI in a wide range of b-factor values and lower on the ICD cards
наличие водных растворов полимеров с различной концентрацией для моделирования процессов диффузии, соответствующих средним значениям диапазона ИКД the presence of aqueous solutions of polymers with different concentrations for modeling diffusion processes corresponding to the average values of the ICD range
наличие воды (или воды с растворенными в ней парамагнитными солями сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)) для представления процессов диффузии, соответствующих верхней границы диапазона значений ИКД the presence of water (or water with paramagnetic salts of copper (II) sulfate or manganese (II) chloride dissolved in it) to represent diffusion processes corresponding to the upper limit of the range of ICD values
На Фиг. 1 приведена схема устройства фантома для контроля параметров диффузионно-взвешенной МРТ, где 1 - корпус, который заполнен MP - контрастной жидкостью 5; 2 - емкости, заполненные контрольными веществами 4; 3 - крышка корпуса или отверстие для установки емкостей.In FIG. 1 is a diagram of a phantom device for monitoring parameters of a diffusion-weighted MRI, where 1 is a body that is filled with MP - contrast fluid 5; 2 - containers filled with
На Фиг. 2 приведена схемы установки емкостей 2 для контрольных веществ в корпус 1 посредством закрепления в каркасе 6.In FIG. 2 shows a diagram of the installation of
Контрольные вещества 4 включают обратные эмульсии, в которых дисперсной фазой является вода, содержащаяся в виде отдельных капель (мицелл) в масле - дисперсной среде, что схематически показано на Фиг. 3. В заявляемом устройстве фантома маслом является кремнийорганическое соединение. В качестве стабилизатора такой системы используют эмульгаторы, показанные на Фиг. 3 в виде круглых головок с зигзагообразным хвостом. Таким образом, тепловое движение молекул воды ограничено размерами мицелл, что позволяет моделировать ограниченную диффузию воды в живых клетках. Кроме того, обратные эмульсии позволяют моделировать затрудненную диффузию молекул кремнийорганических соединений, находящихся в дисперсной среде.
Размер мицелл определяется соотношением дисперсной среды и фазы, а также содержанием эмульгатора (или стабилизатора). Путем изменения данных концентраций можно получать различные ИКД. Интенсивность сигнала на ДВИ определяется несколькими параметрами, в том числе ИКД:The micelle size is determined by the ratio of the dispersed medium and the phase, as well as the content of the emulsifier (or stabilizer). By changing these concentrations, various ICDs can be obtained. The signal intensity at the DVI is determined by several parameters, including the ICD:
где Sb - интенсивность сигнала на ДВИ при b-факторе b.where S b is the signal intensity at the DWI with the b factor b.
Водные растворы полимеров могут содержать как высокомолекулярные, так и низкомолекулярные полимеры в зависимости от требуемой концентрации. Так, например, используя высокомолекулярные полимеры можно моделировать средние значения ИКД, близкие к нижней границе диапазона ИКД. Добавляя в раствор низкомолекулярные полимеры - моделировать средние значения ИКД. близкие к верхней границе диапазона ИКД (патент US 9603546 В2, Phantom for Diffusion MRI imaging).Aqueous polymer solutions may contain both high molecular weight and low molecular weight polymers depending on the desired concentration. So, for example, using high molecular weight polymers, it is possible to simulate average ICD values close to the lower boundary of the ICD range. By adding low molecular weight polymers to the solution, simulate the average ICD values. close to the upper limit of the range of ICD (patent US 9603546 B2, Phantom for Diffusion MRI imaging).
В предпочтительном варианте осуществления заявляемого устройства используются следующие контрольные вещества: вода (или воды с растворенными в ней парамагнитными солями сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)) - для моделирования верхней границы диапазона ИКД, водный раствор поливиниллпиролидоиа ПВП с концентрациями 10, 20, 30, 40 и 50% по массе - для охвата средних значений диапазона ИКД, а также обратные эмульсии для моделирования нижней границы диапазона ИКД. На Фиг. 4 представлена зависимость сигнала для указанных контрольных веществ относительно b-фактора. Данный график показывает, что в широком диапазоне значений b-фактора интенсивность сигнала от обратных эмульсий выше, чем от воды и водных растворов ПВП. Результаты измерения ИКД для указанных контрольных веществ приведены на Фиг. 5. Как показано на графике моделирование нижней границы диапазона ИКД осуществляется использованием обратных эмульсий, средних значений - применением водных растворов ПВП с разными концентрациями, а верхней границы - водой.In a preferred embodiment of the inventive device, the following control substances are used: water (or water with paramagnetic salts of copper (II) sulfate or manganese (II) chloride dissolved in it) to simulate the upper limit of the ICD range, an aqueous solution of polyvinylpyrrolidia PVP with concentrations of 10, 20 , 30, 40 and 50% by weight - to cover the average values of the ICD range, as well as inverse emulsions for modeling the lower boundary of the ICD range. In FIG. 4 shows the dependence of the signal for these control substances relative to the b-factor. This graph shows that in a wide range of b-factor values, the signal intensity from inverse emulsions is higher than from water and aqueous PVP solutions. The ICD measurement results for these control substances are shown in FIG. 5. As shown in the graph, the modeling of the lower boundary of the ICD range is carried out using inverse emulsions, the average values using aqueous PVP solutions with different concentrations, and the upper boundary using water.
На Фиг. 6 представлен спектр ЯМР для воды (Фиг. 6, а), для кремнийорганического соединения (Фиг. 6, б) и для обратной эмульсии на основе кремнийорганического соединения (Фиг. 6, в). Фиг. 6 демонстрирует наличие двух пиков на спектре ЯМР от обратной эмульсии: соответствующий жировой ткани (-СН3 / -CH2) и воде (-ОН).In FIG. Figure 6 shows the NMR spectrum for water (Fig. 6, a), for an organosilicon compound (Fig. 6, b) and for an inverse emulsion based on an organosilicon compound (Fig. 6, c). FIG. 6 shows the presence of two peaks in the NMR spectrum of the inverse emulsion: the corresponding adipose tissue (—CH 3 / —CH 2 ) and water (—OH).
В одном из вариантов осуществления фантома для контроля параметров ДВИ емкости для контрольных веществ закреплены в корпусе посредством опорных пластин. Перечень контрольных веществ включает, но не ограничивает: обратные эмульсии на основе кремнийорганических соединений, воду, воду с парамагнитными солями, растворы полимеров с различными концентрациями.In one of the embodiments of the phantom for controlling the parameters of the DWI, the containers for control substances are fixed in the housing by means of support plates. The list of control substances includes, but is not limited to: reverse emulsions based on organosilicon compounds, water, water with paramagnetic salts, polymer solutions with various concentrations.
Для контроля параметров ДВИ возможно использовать следующую методику: перед сканированием следует установить радиочастотную катушку (РЧ-катушка) на деке стола пациента и обеспечить ее электрическое питание. Вариант осуществления фантома, описанного в предыдущем абзаце, размещается внутри РЧ-катушки и центрируется относительно нее. Далее запускают процедуру сканирования с использование импульсных последовательностей для ДВИ, используя как минимум два b-фактора, и получают аксиальные изображения фантома, представленные на Фиг. 7. На Фиг. 7, а представлен пример диффузионно-взвешенного изображения, зарегистрированного с b-фактором 0 с/мм2. На Фиг. 7, 6 - пример ДВИ с b-фактором 1500 с/мм2. С помощью программного обеспечения проводится оценка интенсивности сигнала контрольных веществ, а также рассчитанных аппаратом МРТ карт ИКД, путем измерения значений внутри областей интереса, отмеченных эллипсами на Фиг. 7. Оценку точности определения ИКД аппаратом МРТ проводят путем сравнения с заданными значениями ИКД контрольных веществ.To control the parameters of the DVI, it is possible to use the following methodology: before scanning, you should install a radio frequency coil (RF coil) on the deck of the patient table and provide its electrical power. An embodiment of the phantom described in the previous paragraph is placed inside the RF coil and centered relative to it. Next, the scanning procedure is started using pulse sequences for the DWI using at least two b-factors, and axial images of the phantom shown in FIG. 7. In FIG. 7a, an example of a diffusion-weighted image recorded with a b factor of 0 s / mm 2 is presented. In FIG. 7, 6 - an example of DWI with a b-factor of 1500 s / mm 2 . Using the software, the signal intensity of the control substances, as well as the ICD cards calculated by the MRI apparatus, is estimated by measuring the values inside the areas of interest marked by ellipses in FIG. 7. The accuracy of determining the ICD by the MRI apparatus is assessed by comparing the control substances with the specified ICD values.
Для контроля параметров ДВИ при сканировании пациента возможно использовать следующую методику: во время укладки следует разместить вдоль тела пациента фантом, емкости которого представляют собой длинные герметичные трубки с диаметром до 5 см и длиной более 1 м, заполненные обратными эмульсиями. Далее необходимо провести сканирование пациента в режиме ДВИ регламентированным образом. Проводить оценку работы режима ДВИ возможно путем сравнения интенсивности сигнала пациента в области патологических образований с сигналом от обратных эмульсий. Таким образом, заявляемое устройство фантома выступает в качестве экстракорпорального сигнала.The following technique can be used to control the parameters of DWI when scanning a patient: during laying, a phantom should be placed along the patient’s body, the containers of which are long sealed tubes with a diameter of up to 5 cm and a length of more than 1 m filled with inverse emulsions. Next, it is necessary to scan the patient in the DVI mode in a regulated manner. It is possible to evaluate the operation of the DVI mode by comparing the patient's signal intensity in the field of pathological formations with a signal from inverse emulsions. Thus, the inventive phantom device acts as an extracorporeal signal.
Обратные эмульсий на основе кремнийорганических соединений имеют пики на спектре ЯМР. соответствующие жировой ткани (-CH3 / -CH2) и воде (-ОН) (Фиг. 5). Наличие разницы между пиками спектра ЯМР жировой ткани и воды приводит к тому, что находящиеся в одном векселе спины жира и воды процессируют с разными скоростями, а, следовательно, располагаются на изображении со смещением друг относительно друга. Химический сдвиг по спектру ЯМР выражается в относительной величине - миллионной доли (ppm). В силу наличия данного эффекта при регистрации ДВИ часто используют технологии жироподавления для увеличения диагностической ценности изображений. Так как обратные эмульсии на основе кремнийорганических соединений имеют два пика на спектре ЯМР, на ДВИ будет отображаться смещение сигнала жировой ткани относительно сигнала воды. При использовании в качестве контрольного вещества обратной эмульсии возможно измерение химического сдвига вследствие наличия жировой ткани, а также проведение оценки эффективности работы функции жироподавления.Inverse emulsions based on organosilicon compounds have peaks in the NMR spectrum. corresponding adipose tissue (—CH 3 / —CH 2 ) and water (—OH) (FIG. 5). The presence of a difference between the peaks of the NMR spectrum of adipose tissue and water leads to the fact that the spins of fat and water located in the same bill process at different speeds, and, therefore, are located on the image with an offset relative to each other. The chemical shift in the NMR spectrum is expressed in relative magnitude - millionth of a fraction (ppm). Due to the presence of this effect, when registering DWI, fat suppression technologies are often used to increase the diagnostic value of images. Since inverse emulsions based on organosilicon compounds have two peaks in the NMR spectrum, the bias of the adipose tissue signal relative to the water signal will be displayed on the DWI. When using reverse emulsion as a control substance, it is possible to measure the chemical shift due to the presence of adipose tissue, as well as evaluate the effectiveness of the function of fat suppression.
Таким образом, заявляемое устройство используется для измерения химического сдвига, а также для оценки эффективности работы функции жироподавления, а именно обеспечивается получение ДВИ путем сканирования фантома и обработки изображений. Для измерения химического сдвига вследствие наличия жировой ткани на изображении необходимо измерить в пикселях отклонение центра сигнала обратной эмульсии от центра истинного положения емкости данной обратной эмульсии. Данную величину 
Для приведения величины химического сдвига ƒ к относительной величине (размерность в ppm) необходимо разделить на рабочую частоту конкретного томографа.To bring the chemical shift ƒ to a relative value (dimension in ppm), it is necessary to divide by the operating frequency of a particular tomograph.
Для контроля технологии жироподавления необходимо проведение сканирований с включенной и выключенной функцией жироподавления при соблюдении остальных одинаковых условий.To control the technology of fat suppression, it is necessary to carry out scans with the function of fat suppression turned on and off, subject to the remaining identical conditions.
Также возможно осуществление заявляемого устройства, в котором в корпусе дополнительно размещаются вставки и тест-объекты для контроля других параметров и характеристик магнитно-резонансного томографа. При этом емкости для контрольных веществ располагаются в отсеках. Это позволяет совместить процедуры контроля параметров ДВИ и основных эксплуатационных параметров и характеристик магнитно-резонансного томографа.It is also possible to implement the inventive device in which inserts and test objects are additionally placed in the housing to control other parameters and characteristics of a magnetic resonance imager. At the same time, containers for control substances are located in compartments. This allows you to combine the control procedures for the parameters of the DVI and the main operational parameters and characteristics of the magnetic resonance imager.
Хотя настоящая полезная модель описана на примере конкретных вариантов ее осуществления, для специалистов будут ясны возможности многочисленных модификаций данного изобретения, не выходящие за границы объема его правовой охраны, определяемого прилагаемой формулой.Although the real utility model is described by the example of specific options for its implementation, the specialists will be clear on the possibilities of numerous modifications of the invention, not going beyond the scope of its legal protection, as defined by the attached formula.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128026U RU187202U1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Phantom device for controlling the parameters of diffusion-weighted images of magnetic resonance imaging |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128026U RU187202U1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Phantom device for controlling the parameters of diffusion-weighted images of magnetic resonance imaging |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU187202U1 true RU187202U1 (en) | 2019-02-25 |
Family
ID=65479570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018128026U RU187202U1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Phantom device for controlling the parameters of diffusion-weighted images of magnetic resonance imaging |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU187202U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208239U1 (en) * | 2021-05-31 | 2021-12-09 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | A phantom device for setting up the protocols of magnetic resonance imaging of the prostate gland in patients with metal structures of the hip joint |
| RU208296U1 (en) * | 2021-08-12 | 2021-12-13 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | Phantom for monitoring quantitative magnetic resonance imaging parameters |
| RU225565U1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-04-24 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | PHANTOM DEVICE FOR SETTING UP FETAL MAGNETIC RESONANCE IMAGY PROTOCOLS |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150323639A1 (en) * | 2014-10-16 | 2015-11-12 | National Institute Of Standards And Technology | Mri phantom, method for making same and acquiring an mri image |
| RU2579824C1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-04-10 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения г. Москвы "Научно-практический центр медицинской радиологии Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПЦМР ДЗМ") | Disc phantom for controlling speed measurement with phase-contrast magnetic resonance imaging and method of controlling measurement of linear and volumetric speed of phantom |
| US20160363644A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-15 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Phantom for quantitative diffusion magnetic resonance imaging |
| US9603546B2 (en) * | 2009-01-26 | 2017-03-28 | The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services | Phantom for diffusion MRI imaging |
-
2018
- 2018-07-31 RU RU2018128026U patent/RU187202U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9603546B2 (en) * | 2009-01-26 | 2017-03-28 | The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services | Phantom for diffusion MRI imaging |
| US20150323639A1 (en) * | 2014-10-16 | 2015-11-12 | National Institute Of Standards And Technology | Mri phantom, method for making same and acquiring an mri image |
| RU2579824C1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-04-10 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения г. Москвы "Научно-практический центр медицинской радиологии Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПЦМР ДЗМ") | Disc phantom for controlling speed measurement with phase-contrast magnetic resonance imaging and method of controlling measurement of linear and volumetric speed of phantom |
| US20160363644A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-15 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Phantom for quantitative diffusion magnetic resonance imaging |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208239U1 (en) * | 2021-05-31 | 2021-12-09 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | A phantom device for setting up the protocols of magnetic resonance imaging of the prostate gland in patients with metal structures of the hip joint |
| RU208296U1 (en) * | 2021-08-12 | 2021-12-13 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | Phantom for monitoring quantitative magnetic resonance imaging parameters |
| RU225565U1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-04-24 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") | PHANTOM DEVICE FOR SETTING UP FETAL MAGNETIC RESONANCE IMAGY PROTOCOLS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10078124B2 (en) | Phantom for diffusion MRI imaging | |
| Lavdas et al. | A phantom for diffusion‐weighted MRI (DW‐MRI) | |
| US10261161B2 (en) | Phantom for quantitative diffusion magnetic resonance imaging | |
| CN103857331B (en) | For quantifying the method and system of liver fat in human body | |
| EP2035044B1 (en) | Elimination of contrast agent concentration dependency in mri | |
| US8498688B2 (en) | Magnetic resonance device and method | |
| US10379189B2 (en) | Simultaneous magnetic resonance angiography and perfusion with nuclear magnetic resonance fingerprinting | |
| EP2967419B1 (en) | A method and system for determiing a corrected value of magnetic resonance relaxometry data of a subject's visceral tissue for extracellular fluid based on a normal iron content for the visceral tissue | |
| US20110105886A1 (en) | Diffusion-based magnetic resonance methods for characterizing bone structure | |
| RU187202U1 (en) | Phantom device for controlling the parameters of diffusion-weighted images of magnetic resonance imaging | |
| JPWO2015033725A1 (en) | Magnetic resonance imaging apparatus and temperature information measuring method | |
| Andronesi et al. | Whole brain mapping of water pools and molecular dynamics with rotating frame MR relaxation using gradient modulated low-power adiabatic pulses | |
| Weidlich et al. | Measuring large lipid droplet sizes by probing restricted lipid diffusion effects with diffusion‐weighted MRS at 3T | |
| Saupe et al. | Diffusion tensor magnetic resonance imaging of the human calf: comparison between 1.5 T and 3.0 T—preliminary results | |
| CN100522051C (en) | Method, dielectric member, magnetic resonance system and control device for generating magnetic resonance photo | |
| CN108459039B (en) | A NMR Localized Spectroscopy Method for Non-Invasive Observation of Emulsion Formation Process | |
| Filli et al. | Diffusional kurtosis MRI of the lower leg: changes caused by passive muscle elongation and shortening | |
| US20240180439A1 (en) | Perfusion measurement with low field nmr | |
| JP2008541918A (en) | Determination of distribution information of contrast media by MR molecular imaging | |
| EP2629110A1 (en) | Improvements in diffusion-weighted magnetic resonance imaging | |
| JPWO2011040439A1 (en) | Tissue temperature distribution measuring method and temperature distribution imaging method | |
| Nakashima et al. | Detecting mild lower-limb skeletal muscle fatigue with stimulated-echo q-space imaging | |
| Garrison et al. | Water-Only Look-Locker Inversion recovery (WOLLI) T1 mapping | |
| EP3535595B1 (en) | Correction method for magnetic resonance t1-mapping of visceral organs in the presence of elevated iron and elevated fat levels, and in the presence of off-resonance frequencies | |
| Lunati et al. | In-vivo quantitative hydrolipidic map of perirenal adipose tissue by chemical shift imaging at 4.7 Tesla |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD9K | Change of name of utility model owner |