Zlecenie 12546788 - Wysokorozdzielcze pomiary MRI i DTI próbek skalnych...

polu magnetycznym 9.4T
Pomiary będą realizowane dla izotopu ¹H w celu uzyskania danych do kalibracji i walidacji algorytmów korekcji BSD-DTI.
A. Pomiary ¹H na wysokopolowym skanerze MR
Pomiary obejmują 3 zestawy próbek (skały węglanowe, piaskowce, łupki), po 35 próbek każdy. Do każdego pomiaru rdzenia zostanie wykonany pomiar fantomu kalibracyjnego na potrzeby BSD-DTI.
Cel pomiarów
Uzyskanie wysokiej jakości danych relaksacyjnych (T, T ) oraz dyfuzyjnych (DTI) z próbek skalnych (rdzeni), w celu analizy rozkładu czasów relaksacji (PSD-pore size distribution) oraz anizotropii dyfuzji, przy wykorzystaniu sekwencji MRI o możliwie najkrótszym czasie echa (TE) i wysokim SNR.
Rodzaje pomiarów
a) MRI (relaksacyjne)
Wysokorozdzielcze obrazowanie z możliwie najkrótszym TE.
Sekwencje dopuszczalne:
ZTE (Zero Echo Time)
UTE (Ultra-Short Echo Time)
SE-EPI (Spin Echo Echo Planar Imaging)
GRE (Gradient echo)
Dodatkowo:
MSME (Multi Spin Multi Echo)-minimum 32 echa, rejestracja sygnałów relaksacyjnych T w każdym wokselu (może być przy użyciu sekwencji typu ZTE lub podobnej).
Dodatkowo:
Pomiar T metodą saturacji lub inwersji (bez mapowania przestrzennego).
Pomiar PSD (pore size distribution) z całej próbki metodą relaksometryczną (bulk CPMG), umożliwiający dekonwolucję rozkładu T.
Wymagane sekwencje i pomiary:
T1: np. IR-RARE lub odpowiednik
MSME ≥ 32 echa, rejestracja T w każdym wokselu.
HF MRI: dopuszcza się sekwencje typu ZTE, UTE, SE-EPI lub GRE (co najmniej jedna)
Pomiar metodą relaksometryczną bulk CPMG (z całej próbki), umożliwiający dekonwolucję rozkładu T.
b) DTI (dyfuzyjne)
Sekwencje z minimalnym TE, zapewniające maksymalny SNR i ograniczenie artefaktów.
Zakres wartości b: 0-1000 s/mm² (minimum trzy wartości b, w tym b=0).
Pełny zestaw danych dyfuzyjnych umożliwiający rekonstrukcję tensora dyfuzji i map anizotropii frakcyjnej.
Warunki minimalne w DTI:
Zakres b = 0-1000 s/mm², ≥ 2 wartości b, w tym b=0
≥ 6 niekolinearnych kierunków dyfuzji
Dane umożliwiające rekonstrukcję tensora dyfuzji i map anizotropii frakcyjnej
Maksymalne dopuszczalne TE = 20 ms
c) CPMG (relaksometria całej próbki)
Rejestracja sygnałów relaksacyjnych z całej objętości rdzenia (bez obrazowania).
Sekwencja Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) z maksymalną liczbą ech i minimalnym ΔTE.
Możliwość korelacji z wynikami obrazowania MRI i DTI.
Sekwencja CPMG, rejestracja sygnału relaksacyjnego z całej objętości rdzenia (bez obrazowania),
Minimalna liczba ech = 2000.
Próbki (rdzenie skalne)
Zamawiający dostarcza rdzenie o średnicy 1 cala i długości 2 cali
Skanery MRI / NMR
Wymagane pole magnetyczne: 9.4 T
Wymagana pełna kompatybilność z systemami Agilent lub Bruker, umożliwiająca:
akwizycję surowych danych FID,
pomiary zarówno w trybie imaging (MRI), jak i relaksometrycznym (CPMG),
eksport danych do analiz (producencki, NIfTI).
Wymagania dotyczące jakości pomiarów
Stabilność temperaturowa: ±1 °C w trakcie całego eksperymentu.
Współczynnik SNR: ≥ 50 dla sekwencji MSME (dla sygnału z centralnego ROI).
Minimalny czas echa (TE): dostosowany do krótkich T komponentów Format danych: pełna kompatybilność z systemami analizy obrazów MRI/DTI - wymagane formaty: producencki i NIfTI.
Dane wyjściowe
Kompletny zestaw surowych danych MRI, DTI i CPMG, wraz z plikami nagłówkowymi i metadanymi.
Szczegółowy opis parametrów sekwencji i protokołów pomiarowych, umożliwiający pełną replikację eksperymentu.
Raport z wykonania pomiarów (PDF), zawierający:
parametry sekwencji MRI, DTI i CPMG,
dane QC (SNR, homogeniczność pola, stabilność temperaturowa).
3. Zarys koncepcji pomiarów
Koncepcja oparta jest na analizie i modelowaniu efektywnej dyfuzji w systemach porowatych, z uwzględnieniem rdzeni skalnych.
Pomiary ¹H umożliwią kalibrację i walidację modeli dyfuzji oraz algorytmów korekcji BSD-DTI i GBSD. Wyniki będą stanowiły dane wejściowe do opracowywanego oprogramowania w ramach projektu WP3.
Podstawy naukowe:
Krzyżak AT, Mazur W, Fheed A, Weglarz W. Prospects and Challenges for the Spatial Quantification of the Diffusion of Fluids Containing 1H in the Pore System of Rock Cores. J. Geophys. Res.: Solid Earth 2022; 27(3):1-20.
Fajt M., Machowski G., Puzio B., Krzyżak AT. Modelling effective diffusion for accurate NMR pore size analysis in nano- and microporous rocks. Scientific Reports 15, 36688 (2025).
Fheed A, Kłodowski K, Krzyżak A. Fracture orientation and fluid flow direction recognition in carbonates using diffusion-weighted NMR imaging: An example from Permian. Journal of Applied Geophysics 2020; 174:103964. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2020.103964
Fheed A, Krzyżak A, Świerczewska A. Exploring a carbonate reef reservoir-NMR and computed microtomography confronted with narrow channel and fracture porosity. Journal of Applied Geophysics 2018; 151:343-358. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2018.03.004
Węglarz W, Krzyżak A, Machowski G, Stefaniuk M. ZTE MRI in high magnetic field as a time-effective 3D imaging technique for monitoring water ingress in porous rocks at sub-millimetre resolution. Magnetic Resonance Imaging 2018; 47:54-59. https://doi.org/10.1016/j.mri.2017.11.015
Lalowicz ZT, Birczyński A, Krzyżak AT. Translational and Rotational Dynamics of molecules confined in zeolite nanocages by means of deuteron NMR. Journal of Physical Chemistry C 2017; 121(47):26472-26482. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b06894
Węglarz W, Krzyżak A, Stefaniuk M. ZTE imaging of tight sandstone rocks at 9.4 T-comparison with standard NMR analysis at 0.05 T. Magnetic Resonance Imaging 2016; 34(4):492-495. https://doi.org/10.1016/j.mri.2015.12.001
Patenty i kontekst badawczy BSD-DTI
Zamówienie realizowane jest w oparciu o rozwiązania chronione patentami z rodziny BSD (B-matrix Spatial Distribution), w tym w szczególności:
BSD-Anizotropowy fantom dyfuzji dla kalibracji MR/DTI
P.385276 (PL, 26.05.2008); PCT/PL2009/000051, WO/2009/145648 (2009); US2011074423 (2011); JP2011520582 (2011); JP2014223546 (2014); EP09755104.8 (2011)
sBSD-Kalibracja sekwencji DMRI w tomografie MR
P.413306 (PL, 30.07.2015); PCT/EP2016/067964 (2016)
LBSD-Sposób obrazowania w eksperymencie MR
P.437791 (PL, 06.05.2021); PCT/EP2021/062240 (2021)
GBSD-Korekcja błędów DWI/DTI poprzez wyznaczanie rzeczywistego rozkładu gradientów pola magnetycznego
P.452451 (PL, 24.06.2025); PCT/EP2025/067839 (2025)