Relaksacja spinowo-sieciowa - Spin–lattice relaxation

Podczas obserwacji magnetycznego rezonansu jądrowego relaksacja spinowo-sieciowa jest mechanizmem, za pomocą którego składnik całkowitego wektora magnetycznego momentu jądrowego, który jest równoległy do ​​stałego pola magnetycznego, relaksuje się od stanu nierównowagi o wyższej energii do stanu równowagi termodynamicznej z otoczeniem ( "krata"). Charakteryzuje się czasem relaksacji spin-sieć , stałą czasową znaną jako T 1 .

Istnieje inny parametr, T 2 , czas relaksacji spinowo-spinowej , który dotyczy relaksacji składowych wektora magnetyzacji jądrowej prostopadłych do zewnętrznego pola magnetycznego. Pomiar zmienności T 1 i T 2 w różnych materiałach jest podstawą niektórych technik obrazowania metodą rezonansu magnetycznego .

Fizyka nuklearna

Relaksacja T 1 lub krzywa relaksacji podłużnej

T 1 charakteryzuje się tempo, w którym wzdłużna M z komponentem wektora magnetyzacji odzyskuje się wykładniczo w kierunku swej termodynamicznej równowadze, zgodnie z równaniem

Lub, w konkretnym przypadku, który

Jest to zatem czas potrzebny na odzyskanie przez namagnesowanie podłużne około 63% [1-(1/ e )] swojej wartości początkowej po przerzuceniu na magnetyczną płaszczyznę poprzeczną przez impuls o częstotliwości radiowej 90°.

Jądra są zawarte w strukturze molekularnej i są w ciągłym ruchu wibracyjnym i obrotowym, tworząc złożone pole magnetyczne. Pole magnetyczne wywołane ruchem termicznym jąder w sieci nazywane jest polem sieciowym. Pole sieciowe jądra o niższym stanie energetycznym może oddziaływać z jądrami o wyższym stanie energetycznym, powodując, że energia o wyższym stanie energetycznym rozprowadza się między dwoma jądrami. Dlatego energia pozyskiwana przez jądra z impulsu RF jest rozpraszana w postaci zwiększonych wibracji i rotacji w obrębie sieci, co może nieznacznie podnieść temperaturę próbki. Nazwa relaksacja spin-sieć odnosi się do procesu, w którym spiny przekazują energię uzyskaną z impulsu RF z powrotem do otaczającej sieci, przywracając w ten sposób stan równowagi. Ten sam proces zachodzi, gdy energia spinu została zmieniona przez zmianę otaczającego statycznego pola magnetycznego (np. wstępna polaryzacja przez lub wprowadzenie w wysokie pole magnetyczne) lub jeśli stan nierównowagi został osiągnięty innymi sposobami (np. hiperpolaryzacja przez optyczne pompowanie).

Czas relaksacji T 1 (średni czas życia jąder w stanie o wyższej energii) jest zależny od stosunku żyromagnetycznego jądra i ruchliwości sieci. Wraz ze wzrostem mobilności wzrastają częstotliwości wibracyjne i obrotowe, co zwiększa prawdopodobieństwo, że składnik pola sieci będzie w stanie stymulować przejście od stanów wysokiej do niskiej energii. Jednak przy ekstremalnie wysokich ruchliwościach prawdopodobieństwo maleje, ponieważ częstotliwości wibracyjne i obrotowe nie odpowiadają już przerwie energetycznej między stanami.

Różne tkanki mają różne T 1 wartości. Na przykład, ciecze długie T 1 s (1500-2000 MS), i tkanek na bazie wody są w zakres ms 400-1200, a tkanka tłuszczowa oparta jest w obszarze krótsze 100-150 ms. Obecność jonów lub cząstek silnie magnetyczne (np ferromagnetycznych lub paramagnetycznych ) również silnie zmieniać T 1 wartości i są szeroko stosowane jako środki kontrastowe MRI .

Obrazy ważone T 1

T 1 obraz ważona głowy.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego wykorzystuje rezonans protonów do generowania obrazów. Protony są wzbudzane impulsem o częstotliwości radiowej o odpowiedniej częstotliwości (częstotliwość Larmora ), a następnie nadmiar energii jest uwalniany w postaci maleńkiej ilości ciepła do otoczenia, gdy spiny powracają do swojej równowagi termicznej. Namagnesowanie zespołu protonów powraca do swojej wartości równowagi z krzywą wykładniczą charakteryzującą się stałą czasową T 1 (patrz Relaksacja (NMR) ).

Obrazy ważone T 1 można uzyskać, ustawiając krótki czas powtarzania (TR), taki jak < 750 ms i czas echa (TE), taki jak < 40 ms w konwencjonalnych sekwencjach echa spinowego , podczas gdy w sekwencjach echa gradientowego można je uzyskać za pomocą kątów odwrócenia większe niż 50 o przy ustawieniu wartości TE na mniej niż 15 ms.

T 1 różni się znacząco między istotą szarą a istotą białą i jest używany podczas wykonywania skanów mózgu. Silny T 1 Kontrast jest obecny w ilości od cieczy i bardziej stabilne struktury anatomiczne, co T 1 Kontrast odpowiednie do morfologicznej oceny normalnym lub anatomii patologicznej, na przykład do zastosowań układu mięśniowo-szkieletowego.

Zobacz też

Bibliografia

  • McRobbie D. i in. MRI, Od obrazu do protonu. 2003
  • Hashemi Ray i in. MRI, Podstawy 2ED. 2004.