8) Поведение ядра водорода во внешнем магнитном поле. Уравнение Лармора и гиромагнитное соотношение. Явление ядерно-магнитного резонанса.
Результатом влияния магнитного поля на орбиту электрона в атоме является прецессия орбиты (изм. направления оси вращения) и вектора орбитального магнитного момента с угловой скоростью вокруг оси, проходящей через ядро атома, параллельной вектору магнитной индукции. Данное утверждение выражает смысл теоремы Лармора.
Уравнение
частоты Лармора
позволяет определить частоту прецессионного
движения протона
и описывается выражением:
Гамма () в данном случае означает гиромагнитное отношение, т.е. отношение магнитного момента частицы () (вокрусг своей оси) к ее угловому моменту (прецессия вокруг вертикального направления). B0 – напряженность внешнего магнитного поля.
Согласно законам электродинамики, вращение заряда приводит к появлению магнитного поля, т. е. магнитного момента ядра, который направлен вдоль оси вращения. Если этот магнитный момент поместить в постоянное внешнее поле, то вектор этого момента начинает прецессировать, т. е. вращаться вокруг направления внешнего поля. Частота прецессии определяется как свойствами ядра, так и силой магнитного поля: чем сильнее поле, тем выше частота.
Если частота прецессии совпадет с частотой внешнего переменного поля – резко возрастет поглощение этого поля, это комплексное явление называется ЯМР.
9) Процессы т1 и т2 релаксации. Время т1 релаксации. Время т2 релаксации. Сигнал спада свободной индукции
Т1 (спин-решеточная, продольная) релаксация – t за которое суммарный вектор намагниченности возвращается в исходное положение по направлению Z-оси. Составляет порядка 500 мсек.
Т2 (поперечная, спин-спиновая) релаксация – t в течение которого протоны сдвигаются по фазе в плоскости XY, то есть происходит потеря фазовой когерентности (в результате не будет ни одного вектора, совпадающего по направлению с другим). Составляет порядка 20 мсек.
Спадом свободной индукции (СССИ) называется сигнал, наблюдаемый после поворота макроскопической намагниченности в плоскость XY в результате действия 90-градусного радиочастотного. импульса. Этот сигнал наводится в катушке датчика ЯМР и является суммой или в общем случае интегралом от сигналов отдельных спинов. Составляет порядка 40 мсек.
|
|
10) Срез-кодирующий, частотно-кодирующий и фазокодирующий градиенты, их назначение
Срез-кодирующий градиент
Коротко: в ответ на одновременное включение дополнительного внешнего магнитного поля в Z разрезе, протоны начинают вращаться с одной частотой и имеют одинаковую фазу.
При включенном Z-градиенте, в этом направлении генерируется дополнительное магнитное поле GZ, накладывающееся на B0. Более сильное поле означает более высокую Ларморову частоту. Вдоль всего наклона градиента поле B различно и, следовательно, протоны вращаются с разными частотами. Теперь, если сгенерировать заданный РЧ импульс, прореагируют только протоны в тонком срезе, потому что они - единственные, вращающиеся с этой же самой частотой. Ответный сигнал будет только от протонов из этого среза. Таким образом локализуется источник сигнала по оси Z. Протоны в этом срезе вращаются с одной частотой и имеют одинаковую фазу.
Фзаокодирующий градиент
Коротко: фазокодирующий г-т накладывается по направлению оси X, заставляет протоны вращаться с одной частотой, но с разными фазами.
Для дальнейшего кодирования протонов на очень короткое время включается градиент GY. В течение этого времени в направлении по оси Y создается дополнительное магнитное поле градиента. В этом случае протоны будут иметь немного различающиеся скорости вращения. Они больше не вращаются в фазе. Разность фаз будет накапливаться. Когда градиент GY выключен, протоны в срезе будут вращаться с одинаковой частотой, но иметь различную фазу. Это называется кодированием фазы.
Частотно-кодирующий
Коротко: частотно-кодирующий градиент заставляет спиновые пакеты прецессировать со скоростями, зависящими от их положения на оси Y.
Для кодирования левого-правого направления включается третий градиент GX. Протоны с левой стороны вращаются с более низкой частотой, чем с правой. Они накапливают дополнительный сдвиг фазы из-за различий в частотах, но уже приобретенная разность фаз, полученная при кодировании фазы градиента на предыдущем шаге, сохраняется.