Основные принципы магнитного резонанса (стр. 3 из 3)
1.1.5 Распад поперечной намагниченности и спйн-спиновая релаксация
Второй тип релаксации, с которым нам предстоит познакомиться, это поперечная релаксация. С этим механизмом релаксации теснейшим образомсвязана ширина линии ЯМР - параметр, характеризующий разрешающую способность спектров высокого разрешения. Кроме того, различие времен поперечной релаксации для каждого типа тканей очень важно для разрешения по контрасту изображений в ЯМР-томографии.
Если воздействовать на равновесную спиновую систему не 180°-ным импульсом, а 90°-ным, то вектор намагниченности отклонится на угол 90° и расположится вдоль оси у '. Затем намагниченность свободно эволюционирует, вращаясь с частотой Щ вокруг направления магнитного поля В0; эта составляющая намагниченности обозначается Мху. Так как поле В0 не является строго однородным по объему образца, то не все спины, образующие суммарную намагниченность Мху, вращаются в плоскости х У с одной и той же скоростью: одни из них вращаются с несколько меньшей, а другие - с несколько большей средней скоростью. Изменение проекции вектора намагниченности во времени показано на рис. 1.6. Намагниченность Мхураспадается при этом в плоскости х'У так, что проекция вектора намагниченности в этой плоскости принимает все возможные значения, а средняя амплитуда поперечной намагниченности и соответственно сигнал в приемной катушке обращаются в нуль. Обычно группу сигналов, которые характеризуются одинаковой скоростью вращения, называют спиновым пакетом. Если, спустя время 7, на спиновую систему воздействует 180°-ный импульс, то все спиновые пакеты изменяют свое положение таким образом, что самые "медленно движущиеся" пакеты оказываются впереди, а самые "быстро движущиеся" - позади. Это подобно бегу группы бегунов на длинные дистанции, движущихся по гаревой дорожке при условии, что все они стартуют одновременно. Спустя некоторое время бегуны распределяются вдоль дорожки таким образом, что бегущие с большой скоростью оказываются более удаленными от исходной точки, чем бегущие с меньшей скоростью. После команды "кругом" бегущие с большей скоростью оказываются позади, и, если в дальнейшем они будут двигаться с прежней скоростью, то достигнут исходной точки одновременно с бегунами, движущимися с меньшей скоростью. Совершенно аналогично вели бы себя спиновые пакеты, движущиеся с различными скоростями, если бы направление внешнего магнитного поля мгновенно изменилось. Отметим, однако, что такое мгновенное изменение направления поля технически достаточно сложно осуществимо. Подобный эффект достигается под действием 180°-ного импульса в момент времени x после 90°-ного импульса, когда положение спиновых пакетов изменится таким образом, что спустя время 27 после воздействия 90°-ного импульса или 7 после 180°-ного более быстрые спины догонят спины, движущиеся более медленно, т.е. все спиновые пакеты будут иметь одинаковую фазу прецессии. Таким образом в плоскости х'У вновь образуется результирующая намагниченность, которая формирует сигнал, названный по имени открывшего этот эффект Эр-вина Хана эхом Хана или спиновым эхом. Результирующее эхо имеет знак, противоположный знаку спада свободной индукции, образовавшегося после воздействия 90°-ного импульса, т.е. сигнал эха сдвинут на 180° относительно сигнала, полученного после преобразования спада свободной индукции. Этого можно избежать, сдвинув фазу 180°-ного импульса на 90°. Для этого в системе координат, движущейся со скоростью. Так как эта дефазировка вызвана спин-спиновым взаимодействием, то характерное время Тг, описывающее этот процесс, называется временем спин-спиновой или поперечной релаксации. В эксперименте спинового эха спин-спиновое взаимодействие приводит к уменьшению амплитуды эха, зависящему от избранного интервала времени x между 90°-ным и 180°-ным импульсами, причем это уменьшение описывается экспоненциальной функцией с характерным временем Т2- Измерение амплитуды эха как функции интервала между 90°-ным и 180°-ным импульсами дает возможность определять Тг в неоднородных магнитных полях.
Следует отметить, что определение значений Тг с помощью этого метода является достаточно трудоемкой задачей, поскольку при проведении экспериментов приходится снимать множество спектров для различных значений x. Для усовершенствования метода проведения измерений была разработана другая импульсная последовательность - последовательность Карра-Парселла -, которая в дальнейшем была улучшена Мейбумом и Гиллом. После 90°-ного импульса на спиновую систему воздействует серия 180°-ных импульсов, между которыми всякий раз проводится измерение амплитуды спинового эха. Основным преимуществом импульсной последовательности спинового эха Карра-Парселла-Мейбума-Гилла является то, что полное измерение Тг может быть проведено с помощью одной импульсной последовательности. Кроме того, этот метод позволяет проводить более точное измерение Т2, так как при использовании простой импульсной последовательности спинового эха процессы диффузии могут оказывать существенное влияние на точность измерений. В настоящее время последовательность Карра-Парселла-Мейбума-Гилла приобретает особое значение для ЯМР-томографии.
