스핀 에코

Spin echo
녹색 펄스 시퀀스에 대한 파란색 Bloch 구체의 스핀(빨간색 화살표) 응답을 보여주는 스핀 에코

자기 공명에서는 스핀 에코 또는 한 에코가 공명 전자 방사 [1]펄스에 의한 스핀 자화의 재초점화이다.현대 핵자기공명(NMR)과 자기공명영상(MRI)은 이 효과를 이용한다.

초기 들뜸 펄스에 이어 관찰된 NMR 신호는 스핀 완화 및 샘플의 스핀을 다른 속도로 세차시키는 불균일한 효과로 인해 시간이 지남에 따라 감소합니다.그 중 첫 번째인 이완은 돌이킬 수 없는 자화 손실을 초래합니다.그러나 불균일한 디페이징은 자화 [2]벡터를 반전시키는 180° 반전 펄스를 적용하면 제거할 수 있습니다.불균일 효과의 예로는 자기장 구배와 화학적 이동 분포가 있다.디페이징 기간 t 후에 반전 펄스가 인가되면 불균일 진화는 위상을 바꿔 시간 2t에서 에코를 형성한다.단순한 경우, 초기 신호에 대한 에코의 강도는 e로 주어진다–2t/T2. 여기서2 T는 스핀 스핀 완화의 시간 상수이다.에코 시간(TE)은 여기 펄스와 [3]신호의 피크 사이의 시간입니다.

에코 현상은 레이저 분광법과[4] 중성자 산란을 포함한 자기 공명 이외의 분야에서 사용되어 온 간섭성 분광학의 중요한 특징이다.

역사

메아리는 1950년 [5]에르윈 한에 의해 핵자기 공명 상태에서 처음 발견되었고 스핀 메아리는 때때로 한 에코라고 불린다.핵자기공명과 자기공명영상에서는 무선주파수 방사선이 가장 일반적으로 사용된다.

1972년 F. 메제이는 단일 결정의 [6]마그논과 포논을 연구하는데 사용될 수 있는 기술인 스핀 에코 중성자 산란을 도입했다.이 기술은 현재 삼중축 분광계를 사용하는 연구 시설에서 사용되고 있다.

2020년에 두 팀은 스핀의 앙상블을 공명기에 강하게 결합할 때 한 펄스 시퀀스는 단일 에코가 아니라 주기 에코의 전체로 이어진다는 것을 입증했다.이 과정에서 첫 번째 한 반향은 스핀에 대해 다시 초점을 맞추는 맥박으로 작용하여 스스로 자극된 2차 반향을 일으킨다.

원칙

스핀 에코 효과는 어윈 한이 짧은 시간 간격으로 두 개의 연속된 90° 펄스를 적용했을 때 발견되었지만 펄스가 적용되지 않았을 때 신호인 에코를 감지했습니다.스핀 에코의 이러한 현상은 에르윈 한에 의해 [5]1950년 논문에서 설명되었고, Carr와 Purcell에 의해 더욱 발전되었는데, Carr와 Purcell은 두 번째 [9]펄스에 180°의 재초점 펄스를 사용하는 것의 장점을 지적했다.펄스 시퀀스를 다음 단계로 세분하면 더 잘 이해할 수 있습니다.

The spin-echo sequence
  1. 빨간색 세로 화살표는 양성자와 같은 스핀 그룹의 평균 자기 모멘트입니다.모두 수직 자기장에서는 수직이며 장축에서는 회전하고 있지만, 이 그림은 회전 기준 프레임에서 스핀이 평균 정지해 있습니다.
  2. 화살을 수평(x-y) 평면으로 플립하는 90° 펄스가 적용되었습니다.
  3. 국부적 자기장의 불균일성(시료의 다른 부분의 자기장의 변화)으로 인해 순 모멘트가 진행됨에 따라 일부 스핀은 국부적 자기장 강도가 낮아져 느려지는 반면(따라서 점차적으로 뒤처지기 시작함) 일부는 높은 자기장 강도로 인해 속도가 느려지고 ot를 앞지르기 시작합니다.그녀의 신호야. 이 때문에 신호가 사라지게 하지.
  1. 이제 180도 펄스가 적용되어 느린 회전은 메인 모멘트를 앞서고 빠른 회전은 뒤에 따라갑니다.
  2. 점차적으로, 빠른 순간은 주요 순간을 따라잡고 느린 순간은 다시 주요 순간을 향해 흘러간다.E와 F 사이의 어느 순간에 에코 샘플링이 시작됩니다.
  3. 완전한 재초점화가 이루어졌으며, 이 때 모든 T2* 효과를 제거한 상태에서 정확한2 T 에코를 측정할 수 있습니다.이와는 별도로 빨간색 화살표가 수직 방향으로 되돌아오면(표시되지 않음) T 완화 효과가1 반영됩니다.180도는 δ 라디안이기 때문에 180° 펄스는 종종 δ 펄스라고 불립니다.

이 시퀀스에는 몇 가지 단순화가 사용됩니다. 즉, 디코히렌스(decohence)가 포함되어 있지 않으며 각 스핀은 퍼지지 않는 완벽한 펄스를 경험합니다.위에 6개의 스핀이 표시되며, 이러한 스핀은 크게 디페이징될 기회가 주어지지 않습니다.스핀 에코 기법은 아래 애니메이션과 같이 스핀의 위상이 상당히 저하된 경우에 더 유용합니다.

A spin echo with more spins and more dephasing

스핀 에코 붕괴

Han-echo 붕괴 실험은 아래 애니메이션과 같이 스핀-스핀 완화 시간을 측정하는 데 사용될 수 있습니다.에코의 크기는 두 펄스의 서로 다른 간격에 대해 기록됩니다.이것에 의해, δ펄스에 의해서 다시 포커스가 잡히지 않는 데코히렌스가 드러납니다.단순한 경우 T 시간으로2 기술되는 지수 붕괴를 측정한다.

Spin-echo decay

자극 에코

한의 1950년[5] 논문은 스핀 에코를 생성하는 또 다른 방법은 세 개의 연속된 90° 펄스를 적용하는 것임을 보여주었다.첫 번째 90° 펄스 후 자화 벡터는 위와 같이 펼쳐져 x-y 평면에서 "팬케이크"라고 생각할 수 있는 것을 형성합니다.The spreading continues for a time , and then a second 90° pulse is applied such that the "pancake" is now in the x-z plane.시간 T 이후 세 번째 펄스가 인가되고 마지막 펄스 후 시간(\ 대기 후 자극 에코가 관찰됩니다.

광자 에코

한에코는 광학 [4]주파수에서도 관찰되었다.이를 위해 흡수공명이 불균일하게 확대된 재료에 공명광을 조사한다.자기장에서 두 개의 스핀 상태를 사용하는 대신, 광자 에코들은 0 자기장에서도 물질에 존재하는 두 개의 에너지 레벨을 사용합니다.

고속 스핀 에코

고속 스핀 에코(FAISE 또는 FSE, ref 65bis)는 고속 스캔 시간을 생성하는 MRI 시퀀스입니다.이 시퀀스에서는 각 에코 타임(TR) 인터벌 사이에 180개의 재초점 무선주파 펄스가 송출되어 [10]에코간에 위상 부호화 구배를 짧게 온으로 한다.FSE/TSE 펄스 시퀀스는 표면적으로는 기존의 스핀 에코(CSE) 시퀀스와 유사합니다.이는 단일 90° 펄스 후에 일련의 180°-리포커스 펄스를 사용하여 일련의 에코를 생성한다는 점입니다.단, FSE/TSE 기술은 이러한 각 에코의 위상 부호화 구배를 변경합니다(기존의 멀티 에코 시퀀스는 같은 위상 부호화를 사용하여 열차 내의 모든 에코를 수집합니다).에코간의 위상 부호화 구배를 변경함으로써 소정의 반복시간(TR) 내에 k공간(즉 위상 부호화 스텝)의 복수선을 취득할 수 있다.각 TR 간격 동안 여러 위상 부호화 라인이 획득되기 때문에 FSE/TSE 기술을 사용하면 이미징 [11]시간이 크게 단축될 수 있습니다.

  • X-ray showing a suspected compressive subcapital fracture as a radiodense line

    방사성 요오드 선으로 의심되는 압축성 자본하 골절을 나타내는 X선

  • CT scan shows the same, atypical for a fracture since the cortex is coherent

    CT 검사에서도 같은 소견이 보입니다. 피질이 일관성이 있기 때문에 골절에도 이형이 있습니다

  • T1-weighted turbo spin echo MRI confirms a fracture, as the surrounding bone marrow has low signal from edema.

    T1 가중치 터보 스핀 에코 MRI는 주변 골수의 부종 신호가 낮기 때문에 골절을 확인합니다.

65-bis - Ph. MELKI, R.V. MULKERN, L.P. PANICH, F.A. JOLESZ.스핀 에코 시퀀스와 FAISE 메서드의 비교J. Magn.공명, 상상 1991년 1:319-326

65-Ter Ph. MELKI, FA. JOLESZ, R.V. MULKERNFAISE 방법을 사용한 부분 RF 에코 평면: 이미지 아티팩트의 실험적이고 이론적인 평가.막서 1992; 26:328-341

65쿼트로 - Ph. MELKI, F.A. JOLESZ, R.V. MULKERN.FAISE 방식을 사용한 부분 RF 에코 평면 이미징:스핀 에코 시퀀스와 대비 동등성.막서 1992년 26:342-354

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ J. E. Tanner & E. O. Stejskal (2003). "Restricted Self-Diffusion of Protons in Colloidal Systems by the Pulsed-Gradient, Spin-Echo Method". The Journal of Chemical Physics. 49 (4): 1768. Bibcode:1968JChPh..49.1768T. doi:10.1063/1.1670306.
  2. ^ Malcolm H. Levitt; Ray Freeman (1979). "NMR population inversion using a composite pulse". Journal of Magnetic Resonance. 33 (2): 473–476. Bibcode:1979JMagR..33..473L. doi:10.1016/0022-2364(79)90265-8.
  3. ^ Dan J Bell and J Yeung. "Echo time". Radiopedia. Retrieved 2017-09-24.
  4. ^ a b Kurnit, N. A.; Abella, I. D.; Hartmann, S. R. (1964). "Observation of a photon echo". Physical Review Letters. 13 (19): 567–568. Bibcode:1964PhRvL..13..567K. doi:10.1103/PhysRevLett.13.567.
  5. ^ a b c Hahn, E.L. (1950). "Spin echoes". Physical Review. 80 (4): 580–594. Bibcode:1950PhRv...80..580H. doi:10.1103/PhysRev.80.580.
  6. ^ Mezei, F.(1972), "중성자 스핀 에코: 편광 열 중성자 기술의 신개념", Zeitschrift für Physik, 255(2), 페이지 146–160.
  7. ^ Weichselbaumer, Stefan; Zens, Matthias; Zollitsch, Christoph W.; Brandt, Martin S.; Rotter, Stefan; Gross, Rudolf; Huebl, Hans (2020). "Echo Trains in Pulsed Electron Spin Resonance of a Strongly Coupled Spin Ensemble". Physical Review Letters. 125: 137701. doi:10.1103/PhysRevLett.125.137701.
  8. ^ Debnath, Kamanasish; Dold, David; Morton, John J. L.; Mølmer, Klaus (2020). "Self-Stimulated Pulse Echo Trains from Inhomogeneously Broadened Spin Ensembles". Physical Review Letters. 125: 137702. arXiv:2004.01116. doi:10.1103/PhysRevLett.125.137702.
  9. ^ Carr, H. Y.; Purcell, E. M. (1954). "Effects of Diffusion on Free Precession in Nuclear Magnetic Resonance Experiments". Physical Review. 94 (3): 630–638. Bibcode:1954PhRv...94..630C. doi:10.1103/PhysRev.94.630.
  10. ^ Weishaupt D, Köchli VD, Marincek B (2008). "Chapter 8: Fast Pulse sequences". How does MRI work?: An Introduction to the Physics and Function of Magnetic Resonance Imaging (2nd ed.). Springer Science & Business Media. p. 64. ISBN 978-3-540-37845-7.
  11. ^ "What is Fast (Turbo) Spin Echo imaging?".

추가 정보

  • Ray Freeman (1999). Spin Choreography: Basic Steps in High Resolution NMR. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850481-8.
  • Arthur Schweiger; Gunnar Jeschke (2001). Principles of Pulse Electron Paramagnetic Resonance. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850634-8.

외부 링크

애니메이션 및 시뮬레이션