Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Во время наблюдений ядерного магнитного резонанса спин-решеточная релаксация - это механизм, с помощью которого компонент вектора полного ядерного магнитного момента , параллельный постоянному магнитному полю, релаксирует из более высокого энергетического неравновесного состояния в термодинамическое равновесие с окружающей средой ( «решетка»). Он характеризуется временем спин-решеточной релаксации , постоянной времени, известной как T 1 .

Существует другой параметр, T 2 , время спин-спиновой релаксации , который касается релаксации компонентов вектора ядерной намагниченности, перпендикулярных внешнему магнитному полю. Измерение изменения Т 1 и Т 2 в различных материалах является основой некоторых методов магнитно-резонансной томографии .

Ядерная физика [ править ]

Кривая релаксации T 1 или продольной релаксации

T 1 характеризует скорость, с которой продольная компонента M z вектора намагниченности экспоненциально восстанавливается в направлении своего термодинамического равновесия в соответствии с уравнением

Или, для конкретного случая, когда

Таким образом, это время, которое требуется продольной намагниченности для восстановления приблизительно 63% [1- (1 / e )] от ее первоначального значения после поворота в магнитную поперечную плоскость радиочастотным импульсом под углом 90 °.

Ядра содержатся в молекулярной структуре и находятся в постоянном колебательном и вращательном движении, создавая сложное магнитное поле. Магнитное поле, вызванное тепловым движением ядер внутри решетки, называется полем решетки. Поле решетки ядра в состоянии с более низкой энергией может взаимодействовать с ядрами в состоянии с более высокой энергией, в результате чего энергия состояния с более высокой энергией распределяется между двумя ядрами. Следовательно, энергия, полученная ядрами от РЧ-импульса, рассеивается в виде увеличения вибрации и вращения внутри решетки, что может немного повысить температуру образца. Название спин-решеточной релаксацииотносится к процессу, в котором спины отдают энергию, полученную от радиочастотного импульса, обратно окружающей решетке, тем самым восстанавливая их состояние равновесия. Тот же самый процесс происходит после того, как энергия спина была изменена изменением окружающего статического магнитного поля (например, предварительная поляризация или вставка в сильное магнитное поле), или если неравновесное состояние было достигнуто другими способами (например, гиперполяризация с помощью оптического прокачка).

Время релаксации T 1 (среднее время жизни ядер в более высоком энергетическом состоянии) зависит от гиромагнитного отношения ядра и подвижности решетки. По мере увеличения подвижности частоты колебаний и вращения увеличиваются, что делает более вероятным, что компонент поля решетки может стимулировать переход от состояний с высокой энергией к состояниям с низкой энергией. Однако при чрезвычайно высоких подвижностях вероятность уменьшается, поскольку частоты колебаний и вращения больше не соответствуют энергетической щели между состояниями.

Разные ткани имеют разные значения T 1 . Например, жидкости имеют длительный T 1 с (1500–2000 мс), а ткани на водной основе находятся в диапазоне 400–1200 мс, а ткани на основе жира находятся в более коротком диапазоне 100–150 мс. Присутствие сильно магнитных ионов или частиц (например, ферромагнитных или парамагнитных ) также сильно изменяет значения T 1 и широко используются в качестве контрастных агентов для МРТ .

Взвешенные изображения T 1 [ править ]

Т 1 взвешенное изображение головы.

Магнитно-резонансная томография использует резонанс протонов для создания изображений. Протоны возбуждаются радиочастотным импульсом соответствующей частоты ( ларморовская частота ), а затем избыточная энергия выделяется в виде незначительного количества тепла в окружающую среду, когда спины возвращаются к своему тепловому равновесию. Намагниченность протонного ансамбля возвращается к своему равновесному значению с экспоненциальной кривой, характеризующейся постоянной времени T 1 (см. Релаксация (ЯМР) ).

Взвешенные изображения T 1 можно получить, установив короткое время повторения (TR), такое как <750 мс, и время эхо-сигнала (TE), например, <40 мс в обычных последовательностях спинового эха , в то время как в последовательностях градиентного эха они могут быть получены с использованием углов поворота более 50 o при установке значений TE менее 15 мс.

T 1 значительно отличается между серым и белым веществом и используется при сканировании мозга. Сильный Т 1 контраст присутствует между жидкостью и более твердыми анатомическими структурами, что делает Т 1 контраст подходит для морфологической оценки нормальной или патологической анатомии, например, для применения опорно - двигательного аппарата.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  • МакРобби Д. и др. МРТ, от картинки к протону. 2003 г.
  • Хашеми Рэй и др. МРТ, Основы 2ED. 2004 г.