Language
Country/Area
No result found
Как раскрыть скрытый потенциал магнитного резонанса с помощью 180° импульсов? Раскрытие таинственного эха в магнитном поле!
В технологии магнитного резонанса ключевым явлением является «спиновое эхо», представляющее собой сигнал перефокусировки спиновой намагниченности вследствие приложения резонансного импульса электромагнитного излучения. Это явление играет важную роль в современной ядерной магнитной резонансной (ЯМР) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Сигнал ЯМР, наблюдаемый после начального возбуждающего импульса, со временем затухает, в основном из-за эффектов спиновой релаксации и неоднородности. Эти неоднородности заставляют спины в образце прецессировать с разной скоростью, что влияет на стабильность сигнала.
В случае спиновой релаксации необратимая потеря намагниченности приводит к уменьшению сигнала. Однако, применяя инверсионный импульс на 180°, эти неравномерные эффекты дефазировки можно устранить.
В качестве примеров можно привести распределение различных градиентов магнитного поля и химических сдвигов, которые являются частными проявлениями неоднородного эффекта. Если после периода дефазировки подать инверсионный импульс, неоднородная эволюция может быть рефазирована, тем самым создавая эхо в момент времени 2t.
Историческая справка о спиновом эхе
Явление спинового эха было впервые обнаружено Эрвином Ханом в 1950 году и теперь часто называется эхом Хана. В МРТ и ЯМР наиболее часто используемой формой излучения является радиочастотное излучение. В 1972 году Ф. Мезей предложил метод спин-эхо рассеяния нейтронов, который можно использовать для изучения спиновых волн и фононов в монокристаллах. С непрерывным развитием технологий исследования двух групп в 2020 году показали, что когда спиновые кластеры сильно связаны с резонатором, последовательность импульсов Хана может производить серию периодических эхо. Это открытие, несомненно, расширяет область применения спиновых эхо.
Принцип спинового эха
Принцип спинового эха берет свое начало в более ранних экспериментах Гана, который обнаружил появление эха, применяя два 90°-импульса для наблюдения сигнала, но без применения измерительного импульса. Это явление было подробно описано в его статье 1950 года и далее обобщено Карром и Перчером, которые подчеркнули преимущества использования импульсов инверсии 180°.
Мы можем лучше понять этот процесс, упростив последовательность импульсов до отдельных этапов.
Распад спинового эха
Эксперименты по затуханию эха Хана можно использовать для измерения времени спин-спиновой релаксации (T2). При различных интервалах между импульсами регистрировалась интенсивность эхо-сигналов, отражающая эффект дефазировки, который не был перефокусирован инверсионным импульсом. В простых случаях эхо-сигналы демонстрируют экспоненциальный спад, который обычно описывается временем T2.
Эхо-стимул
В статье Хана 1950 года также был продемонстрирован другой способ получения спинового эха, заключавшийся в применении трех последовательных импульсов под углом 90°. В этом процессе после подачи первого импульса вектор намагниченности начинает расширяться, образуя «блинообразную» структуру, в то время как второй импульс преобразует структуру в трехмерное пространство, и, наконец, стимулирующее эхо наблюдается после третьего пульс. .
Фотонное эхо
Помимо спинового эха, на оптических частотах можно наблюдать также эхо Хана. При воздействии резонансного света на материал с неоднородным резонансом поглощения явление фотонного эха может существовать даже в нулевом магнитном поле.
Быстрое спин-эхо
Быстрое спин-эхо (такое как RARE, FAISE или FSE) — это последовательность МРТ, которая может значительно сократить время сканирования. В этой последовательности радиочастотные импульсы многократно перефокусируются на 180°, при этом градиенты фазового кодирования кратковременно переключаются между каждым эхом. Эта технология значительно повышает скорость получения изображений и становится важным технологическим новшеством в области МРТ.
Перспективы на будущее
С развитием технологий сфера применения магнитного резонанса продолжает расширяться, а академическое сообщество продолжает углублять свои исследования спинового эха. Это не только помогает повысить точность медицинской визуализации, но и дает новые идеи для разработки новых материалов и квантовых технологий. Итак, как мы будем использовать эти технологии, чтобы раскрыть еще больший потенциал в будущем?
