Передача намагничивания - Magnetization transfer

Передача намагниченности (MT) в ЯМР и МРТ относится к передаче ядерной спиновой поляризации и / или спиновой когерентности от одной популяции ядер к другой популяции ядер, а также к методам, которые используют эти явления. Существует некоторая двусмысленность относительно точного определения переноса намагниченности, однако общее определение, данное выше, охватывает все более конкретные понятия. ЯМР-активные ядра с ненулевым спином могут быть энергетически связаны друг с другом при определенных условиях. Механизмы энергетической связи ядерных спинов были подробно охарактеризованы и описаны в следующих статьях: Связь по угловому моменту , Магнитное диполь-дипольное взаимодействие , J-связь , Остаточная дипольная связь , Ядерный эффект Оверхаузера , Спин-спиновая релаксация и Спин передача насыщения . С другой стороны, некоторые ядра в химической системе лабильны и обмениваются между неэквивалентными средами. Более конкретный пример этого случая представлен в разделе Передача намагниченности химическим обменом .

В любом случае методы передачи намагниченности исследуют динамические отношения между двумя или более различимыми популяциями ядер, поскольку обмен энергией между популяциями может быть вызван и измерен в идеализированном эксперименте ЯМР.

Химический обмен Перенос намагничивания

При магнитно-резонансной томографии или ЯМР макромолекулярных образцов, таких как растворы белков, присутствуют по крайней мере два типа молекул воды: свободные (объемные) и связанные (гидратация). Объемные молекулы воды имеют много механических степеней свободы, и движение таких молекул, таким образом, демонстрирует статистически усредненное поведение. Из-за этой однородности большинство протонов свободной воды имеют резонансные частоты, очень близкие к средней ларморовской частоте всех таких протонов. На правильно полученном спектре ЯМР это видно как узкую лоренцеву линию (при 4,8 м.д., 20 ° C). Объемные молекулы воды также относительно далеки от магнитного поля, возмущающего макромолекулы, так что свободные протоны воды испытывают более однородное магнитное поле, что приводит к более медленной расфазировке поперечной намагниченности и более длительному T 2 * . Напротив, молекулы гидратной воды механически ограничены обширными взаимодействиями с локальными макромолекулами, и, следовательно, неоднородности магнитного поля не усредняются, что приводит к более широким резонансным линиям. Это приводит к более быстрой расфазировке намагниченности, которая дает сигнал ЯМР, и к гораздо более коротким значениям T 2 (<200 мкс). Поскольку значения T 2 настолько короткие, ЯМР- сигнал от протонов связанной воды обычно не наблюдается при МРТ.

Однако использование нерезонансного импульса насыщения для облучения протонов в связанной (гидратационной) популяции может иметь заметный эффект на сигнал ЯМР подвижного (свободного) протонного пула. Когда совокупность спинов насыщена, так что величина макроскопического вектора намагниченности приближается к нулю, не остается никакой спиновой поляризации, с которой можно было бы произвести сигнал ЯМР. Продольная релаксация относится к возвращению продольной спиновой поляризации, которое происходит со скоростью, описываемой T1. Хотя количество молекул гидратной воды может быть недостаточным для получения наблюдаемого сигнала, обмен молекулами воды между гидратной и основной популяцией позволяет охарактеризовать гидратную популяцию и измерить скорость, с которой молекулы обмениваются между объемными и связанными сайтами. Такие эксперименты часто называют переносом насыщения или переносом насыщения при химическом обмене (CEST) , потому что наблюдается уменьшение сигнала объемной воды при насыщении гидратной популяции. Рассматривая эти методы с противоположной точки зрения, то, что намагниченность (т.е. спиновая поляризация) передается от объемной воды к спинонасыщенной гидратной популяции, позволяет концептуально объединить методы химического обмена с другими методами, которые переносят намагниченность между популяциями ядер. Поскольку степень затухания сигнала зависит от скорости обмена между свободной и гидратной водой, МТ можно использовать для обеспечения альтернативного метода контраста в дополнение к различиям в T 1 , T 2 и плотности протонов.

Считается, что МТ является неспецифическим индикатором структурной целостности визуализируемой ткани.

Расширение МП, коэффициент передачи намагниченности (MTR), используется в нейрорадиологии для выявления аномалий в структурах мозга. (MTR равен ( M o - M t ) / M o .)

Систематическая модуляция точного сдвига частоты для импульса насыщения может быть нанесена на график против сигнала свободной воды, чтобы сформировать «Z-спектр». Этот метод часто называют «Z-спектроскопией».

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки