Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с T2 релаксации )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кривая релаксации T 2
Визуализация времени релаксации и релаксации.

В физике , то спин-спиновой релаксации является механизм , с помощью которого М ху , поперечная составляющая намагниченности вектора, экспоненциально затухает по отношению к равновесному значению в ядерно - магнитного резонанса (ЯМР) и магнитно - резонансной томографии (МРТ). Он характеризуется временем спин-спиновой релаксации , известным как T 2 , постоянной времени, характеризующей затухание сигнала. [1] [2] [3] В отличие от T 1 , он назван спин-решеточной релаксацией.время. Это время, необходимое для необратимого затухания сигнала магнитного резонанса до 37% (1 / e ) от его начального значения после его генерации за счет изменения продольной намагниченности в направлении магнитной поперечной плоскости. [4] Следовательно, соотношение

.

Релаксация Т 2 обычно происходит быстрее, чем восстановление Т 1 , и разные образцы и разные биологические ткани имеют разные Т 2 . Например, жидкости имеют самый длинный T 2 (порядка секунд для протонов ), а ткани на водной основе находятся в диапазоне от 40 до 200  мс , а ткани на основе жира находятся в диапазоне от 10 до 100 мс. Аморфные твердые тела имеют T 2 в диапазоне миллисекунд, в то время как поперечная намагниченность кристаллических образцов спадает примерно за 1/20 мс.

Происхождение [ править ]

Когда возбужденные ядерные спины, то есть те, которые частично лежат в поперечной плоскости, взаимодействуют друг с другом, измеряя локальные неоднородности магнитного поля на микро- и наномасштабах, их соответствующие накопленные фазы отклоняются от ожидаемых значений. [4] Хотя медленная или неизменяющаяся составляющая этого отклонения обратима, некоторый чистый сигнал неизбежно будет потерян из-за кратковременных взаимодействий, таких как столкновения и случайные процессы, такие как диффузия в неоднородном пространстве.

Затухание Т 2 не происходит из-за отклонения вектора намагниченности от поперечной плоскости. Скорее, это наблюдается из-за взаимодействий ансамбля спинов, сбрасывающих фазу друг от друга. [5] В отличие от спин-решеточной релаксации , рассмотрение спин-спиновой релаксации с использованием только одной изохромата тривиально и неинформативно.

Определение параметров [ править ]

Анимация, показывающая взаимосвязь между частотой Лармора и временами релаксации ЯМР T1 и T2. Обратите внимание, как мало влияет на T2.

Подобно спин-решеточной релаксации, спин-спиновая релаксация может быть изучена с помощью молекулярной автокорреляционной системы. [6] Результирующий сигнал экспоненциально затухает по мере увеличения времени эхо-сигнала (TE), то есть времени после возбуждения, при котором происходит считывание. В более сложных экспериментах можно получить несколько эхо-сигналов одновременно, чтобы количественно оценить одну или несколько наложенных кривых затухания Т 2 . [6] Скорость релаксации спина, обратная T 2 , пропорциональна энергии вращения спина при разности частот.между одним вращением и другим; в менее математических терминах, энергия передается между двумя спинами, когда они вращаются с частотой, аналогичной их частоте биений , на рисунке справа. [6] Поскольку диапазон частот биений очень мал по сравнению со средней скоростью вращения , спин-спиновая релаксация не сильно зависит от напряженности магнитного поля. Это прямо контрастирует со спин-решеточной релаксацией, которая происходит при частотах вращения, равных ларморовской частоте . [7] Некоторые частотные сдвиги, такие как химический сдвиг ЯМР , происходят на частотах, пропорциональных ларморовской частоте и соответствующему, но отличному параметру T 2 * может сильно зависеть от напряженности поля из-за трудности исправления неоднородности в отверстиях более сильного магнита. [4]

Предполагая изотермические условия, спины, вращающиеся быстрее в пространстве, обычно имеют более длительное Т 2 . Поскольку более медленное вращение смещает спектральную энергию на высоких частотах вращения к более низким частотам, относительно низкая частота биений будет испытывать монотонно увеличивающееся количество энергии по мере увеличения, уменьшая время релаксации. [6] Рисунок слева иллюстрирует эту взаимосвязь. Стоит еще раз отметить, что быстрые вращающиеся спины, например, в чистой воде, имеют одинаковое время релаксации T 1 и T 2 [6], в то время как медленные вращающиеся спины, например, в кристаллических решетках, имеют очень разные времена релаксации.

Измерение [ править ]

Спинового эха эксперимент может быть использован для обратного времени-инвариантный дефазировка явления , такие как миллиметрового масштаба магнитных неоднородностей. [6] Результирующий сигнал экспоненциально затухает по мере увеличения времени эхо-сигнала (TE), то есть времени после возбуждения, при котором происходит считывание. В более сложных экспериментах можно получить несколько эхо-сигналов одновременно, чтобы количественно оценить одну или несколько наложенных кривых затухания Т 2 . [6] В МРТ изображения, взвешенные по T 2, могут быть получены путем выбора времени эхо-сигнала в порядке T 2 с различных тканей . [8] В целях уменьшения суммы Т 1 информации и, следовательно, загрязнения изображения, возбужденным спинам позволяют вернуться в состояние, близкое к равновесию по шкале T 1, прежде чем они снова будут возбуждены. (На языке МРТ это время ожидания называется «временем повторения» и сокращенно TR). Последовательности импульсов, отличные от обычного спинового эха, также могут использоваться для измерения Т 2 ; Последовательности градиентных эхо - сигналов, такие как установившаяся свободная прецессия (SSFP) и множественные последовательности спиновых эхо-сигналов, могут использоваться для ускорения получения изображения или информирования о дополнительных параметрах. [6] [8]

См. Также [ править ]

  • Релаксация (ЯМР)
  • Спин-решеточная релаксация
  • Спин-эхо

Ссылки [ править ]

  1. ^ Абрагам, A. (1961). Принципы ядерного магнетизма . Кларендон Пресс. п. 15. ISBN 019852014X.
  2. ^ Claridge, Тимоти DW (2016). Методы ЯМР высокого разрешения в органической химии, 3-е изд . Эльзевир. п. 26-30. ISBN 978-0080999869.
  3. ^ Левитт, Малкольм Х. (2016). Спиновая динамика: основы ядерного магнитного резонанса 2-е издание . Вайли. ISBN 978-0470511176.
  4. ^ a b c Чавхан, Говинд; Бабин, Пол; Томас, Беджой; Шрофф, Манохар; Хааке, Марк (сентябрь 2009 г.). «Принципы, методы и приложения МРТ на основе T2 * и его специальные приложения» . RadioGraphics . 29 (5): 1433–1449. DOI : 10,1148 / rg.295095034 . PMC 2799958 . PMID 19755604 .  
  5. ↑ Беккер, Эдвин (октябрь 1999 г.). ЯМР высокого разрешения (3-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. п. 209. ISBN. 978-0-12-084662-7. Дата обращения 8 мая 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ a b c d e f g h Беккер, Эдвин (октябрь 1999 г.). ЯМР высокого разрешения (3-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. п. 228. ISBN 978-0-12-084662-7. Дата обращения 8 мая 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ↑ Юрий, Шапиро (сентябрь 2011 г.). «Структура и динамика гидрогелей и органогелей: подход ЯМР-спектроскопии». Прогресс в науке о полимерах . 36 (9): 1184–1253. DOI : 10.1016 / j.progpolymsci.2011.04.002 .
  8. ^ a b Бассер, Питер; Маттиелло, Джеймс; ЛеБихан, Денис (январь 1994 г.). «МРТ диффузионная тензорная спектроскопия и визуализация» . Биофизический журнал . 66 (1): 259–267. DOI : 10.1016 / S0006-3495 (94) 80775-1 . PMC 1275686 . PMID 8130344 .  
  • Рэй Фриман (1999). Хореография вращения: основные шаги в ЯМР высокого разрешения . Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-850481-8.
  • Малькольм Х. Левитт (2001). Спиновая динамика: основы ядерного магнитного резонанса . Вайли. ISBN 978-0-471-48922-1.
  • Артур Швайгер; Гуннар Йешке (2001). Принципы импульсного электронного парамагнитного резонанса . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-850634-8.
  • МакРобби Д. и др. МРТ, от картинки к протону. 2003 г.
  • Хашеми Рэй и др. МРТ, Основы 2ED. 2004 г.