Phantoms for diffusion-weighted imaging and diffusion tensor imaging quality control: a review and new perspectives

FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESPCONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQIntroduction: Diffusion-weighted imaging (DWI) and diffusion tensor imaging (DTI) combine magnetic resonance imaging (MRI) techniques and diffusion measures. In DWI, the contrast is defined by microscopic motion of water protons. Nowadays, DWI has become important for early diagnostic of acute stroke. DTI images are calculated from DWI images acquired in at least six directions, which give information of diffusion directionality, making it possible to reconstruct axonal or muscle fiber images. Both techniques have been applied to study body structures in healthy and pathological conditions. Currently, it is known that these images and derived parameters are quite sensitive to factors related to acquisition and processing. Magnetic field inhomogeneity, susceptibility, chemical shift, radiofrequency (RF) interference, eddy currents and low signal-to-noise ratio (SNR) can have a more harmful effect in diffusion data than in T1- or T2-weighted image data. However, even today there are not reference phantoms and guidelines for DWI or DTI quality control (QC). Review: Proposals for construction and use of DWI and DTI QC phantoms can be found in literature. DWI have been evaluated using containers filled by gel or liquid with tissue-like MRI properties, as well as using microfabricated devices. DTI acquisitions also have been checked with these devices or using natural or artificial fiber structures. The head phantom from American College of Radiology (ACR) is also pointed out as an alternative for DTI QC. This article brings a discussion about proposed DWI and DTI phantoms, challenges involved and future perspectives for standardization of DWI and DTI QC.332156165FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESPCONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESPCONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ2013/07559-3310860/2014-

Desenvolvimento de um phantom para controle de qualidade de imagens do tensor de difusão

Orientadores: Gabriela Castellano, Eduardo Tavares CostaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Imagens de ressonância magnética ponderadas por difusão (imagens DW) e imagens do tensor de difusão (imagens DT) combinam técnicas de ressonância magnética (MRI) e medidas de difusão. Nas imagens DW, o contraste é definido pelo movimento microscópico dos prótons de água. Atualmente, imagens DW tornaram-se populares em função de sua capacidade de detectar o AVC ainda na fase aguda. As imagens DT são calculadas a partir de imagens DW adquiridas em pelo menos seis direções, fornecendo informações de direcionalidade de difusão e tornando assim possível a reconstrução de imagens de fibras axonais ou musculares. Ambas as técnicas têm sido aplicadas ao estudo das estruturas corporais em condições saudáveis e patológicas. Atualmente, sabe-se que essas imagens e seus parâmetros são bastante sujeitos a fatores relacionados à aquisição e processamento. Heterogeneidades do campo magnético, suscetibilidade, deslocamento químico, interferência de radiofrequência (RF), correntes parasitárias e a razão sinal/ruído (SNR) têm efeitos mais nocivos em imagens DW do que em imagens ponderadas em T1 ou T2. No entanto, ainda hoje não existem phantoms ou protocolos padrão para controle de qualidade (QC) de imagens DW ou DT. Assim, o objetivo deste trabalho foi construir um phantom multipropósito, de baixo custo, para o QC de imagens DT. Diferentes linhas de pesca e configurações foram testadas para definir o tipo de fibras a ser usado. Em seguida, um phantom multipropósito foi desenvolvido e testado. Descobrimos que as linhas de pesca Dyneema® são a melhor opção para a construção do phantom. Os feixes obtidos a partir destas linhas têm valores de FA semelhantes aos encontrados nos tratos cerebrais principais e além disso não atrapalham outras medições de QC em MRI. O phantom multipropósito desenvolvido mostrou-se estável e pode ser usado para QC na rotina clínicaAbstract: Diffusion-weighted imaging (DWI) and diffusion tensor imaging (DTI) combine magnetic resonance imaging (MRI) techniques and diffusion measures. In DWI, the contrast is defined by the microscopic motion of water protons. Nowadays, DWI has become important for early diagnose of acute stroke. DT images are calculated from DW images acquired in at least six directions, which give information of diffusion directionality, making it possible to reconstruct axonal or muscle fiber images. Both techniques have been applied to study body structures in healthy and pathological conditions. Currently, it is known that these images and derived parameters are quite sensitive to factors related to acquisition and processing. Magnetic field non-homogeneity, susceptibility, chemical shift, radiofrequency (RF) interference, eddy currents and low signal-to-noise ratio (SNR) can have a more harmful effect in diffusion data than in T1- or T2-weighted image data. However, even today there are no standard phantoms or protocols for DWI or DTI quality control (QC). The aim of this work was to build a low-cost multipurpose DTI phantom to evaluate parameters that can compromise the quality of DTI data. Different fishing lines and setups were tested to define the kind of fibers to be used. Subsequently, a multipurpose phantom was developed and tested. We found that Dyneema® fishing lines are the best option to build the phantom. Dyneema® fishing lines bundles have FA values similar to those found in the main brain tracts and do not compromise other MRI QC measurements. Our tests showed that the multipurpose phantom built is stable and can be used for QC in clinical routineDoutoradoEngenharia BiomedicaDoutor em Engenharia ElétricaCNPQFAPES