스핀-스핀 이완

T₂ 이완 곡선

T_{1}

{\

및

T_{1}

T_{2}

2

{\

}}회 이완

T_{2}

시간 시각화.

물리학에서 스핀-스핀 이완은 자기화 벡터의 횡방향 성분인 $M$ 이_xy 핵자기공명(NMR)과 자기공명영상(MRI)에서 평형값으로 기하급수적으로 분해하는 메커니즘이다.그것은 신호의 붕괴를 특징짓는 시간 상수인 $T$ 로₂ 알려진 스핀-스핀 이완 시간이 특징적이다.^[1]^[2] ^[3] 그것은 회전-대기 이완 시간인 $T$ 와₁ 대조적으로 이름 지어졌다.자기공명신호가 생성 후 자기 횡방향 면 쪽으로 수직 자기화를 기울임으로써 초기 값의 37%(1/e)까지 불가역적으로 붕괴하는 데 걸리는 시간이다.^[4]그러므로 관계

displaystyle M_{xy}(t)=

M_{xy}(0)e^{-t/T_{2}}\,}

.

$T$ ₂ 이완은 일반적으로 $T$ ₁ 회복보다 더 빠르게 진행되며, 다른 샘플과 다른 생물조직은 $T$ 가₂ 다르다.예를 들어 유체는 가장 긴 $T$ ₂(양자의 경우 초순)를 가지며, 수성 조직은 40~200ms 범위에 있는 반면 지방 기반 조직은 10~100ms 범위에 있다.아모르퍼스 고형물은 밀리초 범위에서 $T$ 를₂ 가지며 결정 샘플의 가로 자화율은 약 1/20ms 후에 소멸한다.null

기원

흥분된 핵 스핀들(즉, 횡방향 면에 부분적으로 누워 있는 자들이 마이크로와 나노스칼에 국소 자기장 불균형을 표본으로 추출하여 서로 상호작용할 때, 각각의 누적된 위상은 기대치에서 벗어난다.^[4]이 편차의 느림 또는 비변속성 요소는 가역성이 있지만, 충돌과 같은 단명 상호작용과 이질적인 공간을 통한 확산과 같은 무작위 처리로 인해 일부 순수 신호는 손실될 수밖에 없다.null

자기화 벡터가 횡단면에서 떨어져 기울어져서 T₂ 붕괴가 발생하지 않는다.오히려 스핀들의 앙상블의 상호작용으로 관측된다.^[5]스핀-래티스 이완과 달리 단일 이소크롬만을 이용한 스핀-스핀 이완을 고려하는 것은 사소한 일이고 유익하지 않다.null

매개변수 결정

An animation showing the relationship between Larmor frequency and NMR relaxation times T1 and T2. Note how little T2 is affected.

스핀-격자 이완과 마찬가지로 스핀-스핀 이완도 분자 텀블링 자기 상관 프레임워크를 사용하여 연구할 수 있다.^[6]결과 신호는 에코 시간(TE), 즉 판독이 발생하는 흥분 후 시간이 증가함에 따라 기하급수적으로 감소한다.보다 복잡한 실험에서는 하나 이상의 중첩된₂ T 붕괴 곡선을 정량적으로 평가하기 위해 복수의 메아리를 동시에 획득할 수 있다.^[6]T의₂ 역인 스핀에 의해 경험되는 이완률은 스핀의 텀블링 에너지에 비례한다. 덜 수학적인 면에서는 $\omega _{1}$ ${\$ }와 유사한 주파수로 회전할 때 두 스핀 사이에 에너지가 전달된다.오른쪽의 ^[6]수치로박동 주파수 범위가 평균 회전율 $(1/\tau _{c})$ / $(1/\tau _{c})$ c $(1/\tau _{c})$ ) $(1/\tau _{c})$ {\ $displaystyle(1/\tau _{c})$ 에 비해 매우 작다는 점에서 스핀 스핀 스핀 이완은 자기장 강도에 크게 의존하지 않는다 $(1/\tau _{c})$ 이 직접 떨어지는 주파수에 따라 라모의 주파수를 동등한 0{\displaystyle \omega_{0}ω에}은 NMR화학적 이동과 같은 일부 주파수가 변화 .[7], 주파수에 따라 라모 주파수에 비례에서 발생하는, 약소국이었지만 뚜렷한 관련 매개 변수 T2* 크게 의존하다 발생한다 spin-lattice 완화와 대조된다.에더 강한 자석 보어에서의 비균질성에 대한 ^[4]교정이 어려움에 의한 자기장 강도null

An animation showing the relationship between molecular tumbling correlation time and NMR relaxation times T1 and T2.

등온 상태를 가정할 때, 우주에서 더 빠르게 굴러가는 스핀들은 일반적으로 더 긴 T를₂ 가질 것이다.느린 텀블링은 높은 텀블링 주파수의 스펙트럼 에너지를 낮은 주파수로 대체하기 때문에 상대적으로 낮은 비트 주파수는 $\tau _{c}$ $\tau _{c}$ ${\$ 가 증가하여 $\tau _{c}$ 이완 시간이 감소함에 따라 단조롭게 증가하는 에너지를 경험하게 된다.^[6]왼쪽 그림은 이러한 관계를 잘 보여준다.순수한 물에 있는 것과 같은 빠른 텀블링 회전은 T와₁ T의₂ 이완 시간이 비슷한 반면,^[6] 크리스털 격자처럼 느린 텀블링 회전은 매우 뚜렷한 이완 시간을 가지고 있다는 것을 다시 한번 주목할 필요가 있다.null

측정

스핀 에코 실험은 밀리미터 단위 자기 부등효와 같은 시간 변화성 탈하현상을 역전시키는 데 사용될 수 있다.^[6]결과 신호는 에코 시간(TE), 즉 판독이 발생하는 흥분 후 시간이 증가함에 따라 기하급수적으로 감소한다.보다 복잡한 실험에서는 하나 이상의 중첩된₂ T 붕괴 곡선을 정량적으로 평가하기 위해 복수의 메아리를 동시에 획득할 수 있다.^[6]MRI에서 T-가중₂ 영상은 다양한 조직의 Ts₂ 순서에 따라 에코 타임을 선택하면 얻을 수 있다.^[8]T 정보의₁ 양을 줄이고 그에 따라 이미지 오염을 줄이기 위해, 흥분된 스핀들은 다시 흥분하기 전에 T₁ 척도로 거의 평형 상태로 되돌아갈 수 있다.(MRI 용어로는 이 대기 시간을 "반복 시간"이라고 하며 TR이라고 약칭한다.기존의 스핀 에코 이외의 펄스 시퀀스도 T₂ 측정에 사용할 수 있으며, 스테디-상태 자유전처리(SSFP)와 같은 그라데이션 에코 시퀀스 및 다중 스핀 에코 시퀀스를 사용하여 영상 획득을 가속화하거나 추가 파라미터를 알릴 수 있다.^[6]^[8]null

참고 항목

참조

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