Spin – gitter afslapning - Spin–lattice relaxation

Under observationer af kernemagnetisk resonans er spin-gitterrelaksation den mekanisme, hvormed komponenten af ​​den samlede kernemagnetiske momentvektor , der er parallel med det konstante magnetiske felt, slapper af fra en højere energi, ikke-ligevægtstilstand til termodynamisk ligevægt med omgivelserne ( "gitter"). Den er kendetegnet ved afslapningstiden for spin-gitter , en tidskonstant kendt som T ₁ .

Der er en anden parameter, T ₂ , den spin-spin-relaksationstiden , der vedrører lempelse af komponenterne i den nukleare vektor magnetisering, der er vinkelret på det ydre magnetfelt. Måling af variationen af T ₁ og T ₂ i forskellige materialer er grundlaget for nogle magnetisk resonans-billeddannende teknikker.

Kernefysik

T ₁ karakteriserer den hastighed, hvormed den langsgående M _z komponent i magnetiseringsvektor genvinder eksponentielt mod dens termodynamiske ligevægt, ifølge ligning

Eller for den specifikke sag det ${\ displaystyle M_ {z} (0) = - M_ {z, \ mathrm {eq}}}$

Det er således den tid, det tager for den langsgående magnetisering at genvinde ca. 63% [1- (1 / e )] af sin oprindelige værdi, efter at den er vendt ind i det magnetiske tværplan med en 90 ° radiofrekvensimpuls.

Kerner er indeholdt i en molekylær struktur og er i konstant vibrations- og rotationsbevægelse, hvilket skaber et komplekst magnetfelt. Magnetfeltet forårsaget af termisk bevægelse af kerner i gitteret kaldes gitterfeltet. Gitterfeltet i en kerne i en lavere energitilstand kan interagere med kerner i en højere energitilstand, hvilket får energien i den højere energitilstand til at distribuere sig mellem de to kerner. Derfor spredes den energi, der opnås af kerner fra RF-pulsen, som øget vibration og rotation inden i gitteret, hvilket let kan øge temperaturen i prøven. Navnet spin-gitter afslapning henviser til den proces, hvor spins giver den energi, de opnåede fra RF-puls, tilbage til det omgivende gitter og derved gendanner deres ligevægtstilstand. Den samme proces sker, efter at centrifugeringsenergien er blevet ændret ved en ændring af det omgivende statiske magnetfelt (f.eks. Præpolarisering ved eller indsættelse i højt magnetfelt) eller hvis ikke-ligevægtstilstanden er opnået på andre måder (f.eks. Hyperpolarisering ved optisk pumpning).

Relaksationstiden, T ₁ (den gennemsnitlige levetid for kerner i højere energitilstand) er afhængig af den gyromagnetiske forhold af kernen og mobiliteten af gitteret. Efterhånden som mobiliteten øges, øges vibrations- og rotationsfrekvensen, hvilket gør det mere sandsynligt, at en komponent i gitterfeltet er i stand til at stimulere overgangen fra høje til lave energitilstande. Imidlertid falder sandsynligheden ved ekstremt høje mobiliteter, da vibrations- og rotationsfrekvenser ikke længere svarer til energigabet mellem stater.

Forskellige væv har forskellige T ₁ -værdier. For eksempel har væsker lange T ₁ s (1500-2000 ms), og vandbaserede væv er i området 400-1200 ms, mens fedtbaserede væv er i det kortere 100-150 ms interval. Tilstedeværelsen af stærkt magnetiske ioner eller partikler (fx ferromagnetiske eller paramagnetiske ) også kraftigt ændre T ₁ værdier, og er almindeligt anvendt som MRI-kontrastmidler .

T ₁ vægtede billeder

Magnetisk resonansbilleddannelse bruger protonernes resonans til at generere billeder. Protoner ophidses af en radiofrekvenspuls ved en passende frekvens ( Larmor-frekvens ), og derefter frigøres overskydende energi i form af en lille mængde varme til omgivelserne, når spins vender tilbage til deres termiske ligevægt. Magnetisering proton ensemble går tilbage til sin ligevægt værdi med en eksponentiel kurve kendetegnet ved en tidskonstant T ₁ (se Relaxation (NMR) ).

T ₁ -vægtede billeder kan opnås ved at sætte korte gentagelse tid (TR), såsom <750 ms og ekkotid (TE), såsom <40 ms i konventionelle spin-ekko -sekvenser, mens i Gradient ekkosekvenser kan de opnås ved anvendelse af flip vinkler større end 50 ^o, mens TE-værdier indstilles til mindre end 15 ms.

T ₁ er signifikant forskellig mellem gråt stof og hvidt stof og bruges ved hjerneskanning. En stærk T ₁ kontrast er til stede mellem flydende og mere solide anatomiske strukturer, hvilket gør T ₁ kontrast egnet til morfologisk vurdering af normal eller patologisk anatomi, fx til muskuloskeletale anvendelser.

Se også

• Afslapning (NMR)
• Spin-spin afslapningstid
• Ernst vinkel
• Spin – gitter afslapning i den roterende ramme

Referencer

• McRobbie D., et al. MR, fra billede til proton. 2003
• Hashemi Ray, et al. MR, det grundlæggende 2ED. 2004.