Parametry tensora dyfuzji (DTI) do oceny anizotropii systemu porowego

W pracy zaproponowano zestaw parametrów opartych na tensorowej analizie dyfuzji (DTI), służący do ilościowej oceny systemu porowego w badaniach obrazowych materiałów porowatych, ze szczególnym uwzględnieniem przestrzennych struktur mikrokapilarnych i laminarnych. Kluczowymi elementami zestawu są wartości własne tensora dyfuzji (λ1, λ2, λ3), wskaźniki anizotropii (FA – fractional anisotropy) i średniej dyfuzji (MD – mean diffusivity), a także ich wizualizacja w postaci elipsoid obrazujących lokalną geometrię dyfuzji. Parametry te umożliwiają budowę tzw. map struktury porowej oraz ocenę geometryczną i funkcjonalną porów, w tym ich kierunkowości i rozkładu przestrzennego.

Wprowadzono koncepcję PDT (principal diffusion tracts) do opisu głównych szlaków dyfuzyjnych w analogii do traktografii w obrazowaniu mózgowym, co otwiera drogę do analizy struktur porowych w ujęciu sieciowym. Na przykładzie dwóch standardowych fantomów porowatych – reprezentujących porowatość kapilarną i laminarność – przedstawiono zastosowanie tej metodyki do różnicowania typów mikrostruktur [1].

Zastosowana metodyka, wsparta korekcją błędów pomiarowych techniką BSD-DTI, pozwala na dokładne, ilościowe wyznaczenie takich parametrów geofizycznych jak rozkład rozmiaru porów (PSD), przepuszczalność, struktura płynu oraz zwilżalność, niezależnie od orientacji próbki w przestrzeni laboratoryjnej. Proponowany workflow jest szczególnie obiecujący w kontekście trudnych do obrazowania skał nanoporowatych, takich jak łupki [2], i stanowi podstawę do dalszych badań w zakresie zaawansowanej petrofizyki opartej na MRI .

Referencja

1. Krzyżak AT, Mazur W, Fheed A, Węglarz W. Prospects and challenges for the spatial quantification of the diffusion of fluids containing ¹H in the pore system of rock cores. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 2022; 127(3):e2021JB023299. https://doi.org/10.1029/2021JB023299
2. Krzyżak AT, Habina‑Skrzyniarz I, Machowski G, Mazur W. Overcoming the barriers to the exploration of nanoporous shales porosity. Microporous Mesoporous Mater 2020; 298:110003. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110003