Spin – spin avslapning - Spin–spin relaxation

T ₂ avslapningskurve

Spill av media

Visualisering av og avslapningstider. ${\ displaystyle T_ {1}}$${\ displaystyle T_ {2}}$

I fysikk er spin-spin-avslapning den mekanismen som M _xy , den tverrgående komponenten i magnetiseringsvektoren , forfaller eksponentielt mot dens likevektsverdi i kjernemagnetisk resonans (NMR) og magnetisk resonansbilder (MRI). Den er preget av avslapningstiden for spin – spin , kjent som T ₂ , en tidskonstant som karakteriserer signalforfallet. Den er oppkalt i motsetning til T ₁ , avslapningstiden for spin-gitter . Det er tiden det tar før magnetresonanssignalet irreversibelt forfaller til 37% (1 / e ) av sin opprinnelige verdi etter generering ved å vippe den langsgående magnetiseringen mot det magnetiske tverrplanet. Derav forholdet

${\ displaystyle M_ {xy} (t) = M_ {xy} (0) e ^ {- t / T_ {2}} \,}$ .

T ₂ avslapping foregår vanligvis hurtigere enn T ₁ utvinning, og forskjellige prøver og forskjellige biologiske vev har forskjellige T ₂ . Væsker har for eksempel den lengste T ₂ (i størrelsesorden sekunder for protoner ), og vannbaserte vev er i området 40–200  ms , mens fettbaserte vev er i området 10–100 ms. Amorf har T ₂ i området av millisekunder, mens den transversale magnetisering av krystallinske prøver henfall på rundt 1/20 ms.

Opprinnelse

Når eksiterte kjernefysiske spinn - dvs. de som ligger delvis i tverrplanet - samhandler med hverandre ved å prøve lokale magnetiske feltinhomogeniteter på mikro- og nanoskalaene, avviker deres respektive akkumulerte faser fra forventede verdier. Mens den langsomme eller ikke-varierende komponenten i dette avviket er reversibel, vil noe nettosignal uunngåelig gå tapt på grunn av kortvarige interaksjoner som kollisjoner og tilfeldige prosesser som diffusjon gjennom heterogent rom.

T ₂ nedbrytning forekommer ikke på grunn av vippingen av magnetiseringen vektoren borte fra det tverrgående plan. Snarere blir det observert på grunn av samspillet mellom et ensemble av spinn som avhenger av hverandre. I motsetning til avslapning av spin-gitter , er det å betrakte spin-spin-avslapning ved å bruke bare en enkelt isochromat triviell og ikke informativ.

Bestemme parametere

I likhet med spin-gitter avslapping, kan spin-spin avslapning studeres ved hjelp av et molekylært tumbling autokorrelasjonsrammeverk . Det resulterende signalet forfaller eksponentielt når ekkotiden (TE), dvs. tiden etter eksitering der avlesning skjer, øker. I mer kompliserte eksperimenter kan flere ekkoer anskaffes samtidig for å kvantitativt evaluere en eller flere overlagrede T ₂ forfallskurver. Relaksasjonshastigheten oppleves av en spinn, som er det inverse av T ₂ , er proporsjonal med en spin s tumbling energi ved frekvensen forskjellen mellom en spinn og en annen; i mindre matematiske termer blir energi overført mellom to spinn når de roterer med en lignende frekvens som deres beatfrekvens , i figuren til høyre. Ved at slagfrekvensområdet er veldig lite i forhold til den gjennomsnittlige rotasjonshastigheten , er ikke spin-spin-avslapning ikke sterkt avhengig av magnetfeltstyrken. Dette står i direkte kontrast til spinn-gitteravslapping, som oppstår ved tumlende frekvenser lik Larmor-frekvensen . Noen frekvensskift, slik som NMR kjemisk skift , forekommer ved frekvenser proporsjonal med Larmor-frekvensen, og den relaterte, men distinkte parameteren T ₂ ^* kan være sterkt avhengig av feltstyrke på grunn av vanskeligheten med å korrigere for inhomogenitet i sterkere magnetboringer. ${\ displaystyle \ omega _ {1}}$ ${\ displaystyle (1 / \ tau _ {c})}$${\ displaystyle \ omega _ {0}}$

Forutsatt isotermiske forhold vil spinn som tumler raskere gjennom rommet generelt ha en lengre T ₂ . Siden langsommere tumling forskyver spektral energi ved høye tumlingsfrekvenser til lavere frekvenser, vil den relativt lave slagfrekvensen oppleve en monotont økende mengde energi når den øker, og reduserer avslapningstiden. Figuren til venstre illustrerer dette forholdet. Det er verdt å merke seg igjen så fort tumbling spinn, slik som de i rent vann, har lignende T ₁ og T ₂ avslapping ganger, mens langsomme tumbling spinn, slik som de i krystall innhegninger, har svært forskjellige avspennings ganger. ${\ displaystyle \ tau _ {c}}$

Mål

Et spin-ekkoeksperiment kan brukes til å reversere tidsinvarante avhevingsfenomener som magnetiske inhomogeniteter på millimeterskala. Det resulterende signalet forfaller eksponentielt når ekkotiden (TE), dvs. tiden etter eksitasjon hvor avlesning skjer, øker. I mer kompliserte eksperimenter kan flere ekkoer anskaffes samtidig for å kvantitativt evaluere en eller flere overlagrede T ₂ forfallskurver. I MRI T ₂ kan vektede bilder kan oppnås ved å velge en ekkotid på rekkefølgen av de ulike vev T ₂ s. For å redusere mengden T _1- informasjon og dermed forurensning i bildet, får spente spinn tilbake til nesten likevekt på en T _1- skala før de blir begeistret igjen. (På MR-språk kalles denne ventetiden "repetisjonstid" og forkortes TR). Andre enn den konvensjonelle spinn-ekko-pulssekvenser kan også brukes til å måle T ₂ ; gradient - ekkosekvenser som steady-state free precession (SSFP) og multiple spin echo-sekvenser kan brukes til å akselerere bildeopptak eller informere om ytterligere parametere.

Se også

• Avslapping (NMR)
• Spin – gitteravslapping
• Spinn ekko

Referanser

• Ray Freeman (1999). Spinekoreografi: Grunnleggende trinn i NMR med høy oppløsning . Oxford University Press . ISBN   978-0-19-850481-8 .
• Malcolm H. Levitt (2001). Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance . Wiley. ISBN   978-0-471-48922-1 .
• Arthur Schweiger; Gunnar Jeschke (2001). Prinsipper for pulselektronparamagnetisk resonans . Oxford University Press. ISBN   978-0-19-850634-8 .
• McRobbie D., et al. MR, fra bilde til proton. 2003
• Hashemi Ray, et al. MR, The Basics 2ED. 2004.