Az NMR képalkotás alapjai Bánai István Kolloid- és Körnezetkémiai Tanszék DE, TEK
Az NMR alapjai alapjai Bánai István Kolloid- és Körnezetkémiai Tanszék DE, TEK
A mágnesség A mágneses erı: F = pp 1 2 r pp 1 2 C ( F C ) C áll 2 2 r r = r = A mágneses dipólus momentum: m = pl ( m= pl) Ahol p a póluserısség [Wb] vag [Vs] A mágneses térerısség: a p elemi mágneses töltésre ható erı mágneses térben arános annak nagságával: F = Hp ahol H a mágneses tér erıssége M = mh A mágneses dipólust az M forgatónomaték f H iránába forgatja φ=0
Mágnesség 2 B M= m V A térfogategségre esı mágneses momentum: mágnesezettség vektor v. mágneses polarizáció M=κ H A H mágneses tér képes polarizálni az anagokat κ = szuszceptibilitás Az áram mágneses tere: a keret kifordul a mágneses indukcióvonalak sikjából B=µ H B a mágneses indukció vektor µ = mágneses permeábilitás
Kvantummechanikai alapok Az atommag mint mozgó objektum impulzusmomentummal rendelkezhet (a nukleonok pálamomentumaiból adódóan) Az nagsága nem lehet tetszıleges 2I+1 irána lehet (azonos energia, degenerált) A vektor értéke nem lehet egenlı a z komponensével P= ħ I( I+ 1) p = ħm z I M = I, I 1,...0... I + 1, I I Ha a neutronok és protonok száma páros I=0 12 C, 16 O, 32 S páratlan I egész szám 2 D, 10 B, 17 O egik páratlan I feles érték 1 H, 13 C, 19 F, 31 P
Az atommag mágneses momentuma Az impulzusmomentum és töltés mágneses momentum Irána megegezik az impulzusmomentummal eħ µ = gn I( I + 1) = gnµ N I( I + 1) 4πm µ = g µ M M = I, I 1,...0... I + 1, I z N N I I µ = γħ I( I + 1) = γ P µ = γħm z I p γ a giromágneses hánados Miért nevezzük íg?
A Larmor jelenség
Larmor precession Farada (1821) ω = γ B 0 Larmor precession 1890
Nature of magnetic force
Az atommag mint pörgettő ω= γb0 a körfrekvencia (energia) a külső mágneses tértől függ z M 0 M B 0 x B 0 A parallel és anti-parallel összegzıdik
Molekuláris és klasszikus kép kémikusok szeretik z egensúli állapot M 0 =M z x gerjesztett állapot M 0 =M x z populáció inverzió M 0 =M -z spin phsics z x
A gerjesztés B 1 B 1 90 0 pulse 1. Mivel lehet gerjeszteni? (csak mágnes) 2. A Larmor precesszió és rezonanciferkvencia
A kémiai eltolódás (amit a szerveskémikus még jobban szeret) x x x off dwell time receiver on 2 1 0-1 0 4 8 12-2
Transzverzális relaxáció (T 2 ) x x x z z z off dwell time 1 receiver on 0 0 4 8 12-1
Longitudinális relaxáció (T 1 ) A kvantitatív NMR léneges eleme Lassúbb mint a transzverzális relaxáció x z z z 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0-0. 2-0. 4-0. 6-0. 8-1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 Impulzus szekvenciák várakozási idık!!!!
FID és spektrum Lineáris egenletrendszerként LW= 1 π T 2 - Fourier-transzformáció f = iωt ( ω) f ( t) e dt - fázis korrekció
What is the gain for chemistr
A spin-echo A transzverzális relaxáció legfıbb forrása a tér inhomogenitása Ez kiküszöbölhetı: spin echóval x x x x
A történet 1946 Bloch és Purcell (1952 fizikai Nobel díj) 1971 Damadian: a daganatos sejtek relaxációja 1973 Lauterbur: paprika Mansfield: NMR diffrakció 1976 Moor és Hinshaw: emberi test 1993 R. Ernst Nobel díj 1992 Bánai I.: minta lettem
Seth Perlman/Associated Press Paul C. Lauterbur shows off his photo of the first magnetic resonance imaging esterda after winning the 2003 Nobel Prize for Phsiolog or Medicine for his discoveries leading to the development
A történet 1946 Bloch és Purcell (1952 fizikai Nobel díj) 1971 Damadian: a daganatos sejtek relaxációja 1973 Lauterbur: paprika 1976 Moor és Hinshaw: emberi test 1992 Bánai I.: minta lettem
Bánai István 1998. május
CT és MRI Nincs akkora sugárterhelés: X RF Kontraszt: elektronsőrőség protonsőrőség Felbontás: növekevı dózis több más
Röntgen és MR képek
CT és MRI Nincs akkor sugárterhelés: X RF Kontraszt: elektronsőrőság protonsőrőség Felbontás: növekevı dózis több más Axiális sík három ortogonális sík Értelmezés: jól kialakult, orvosi diploma elég egéb szakember segítsége fontos
Röntgennel el nem érhetı kép szagittárius axiális koronáris
A spin-echó TR x x x x TE
T 1 szerinti súlozás (valódi kontraszt) T 2 szerinti eltérések elmosása T 1 szerinti eltérések kiemelése Cerebro-spinális foladék
T 2 szerinti súlozás (fordított kontraszt) T 1 szerinti eltérések elmosása T 2 szerinti eltérések kiemelése
Protonsőrőség szerinti súlozás hosszú TR, rövid TE T 1 szerinti kontraszt elmosása T 2 szerinti kontraszt elmosása (C protonban gazdag)
Tomográfiás egenlet SE ( TR T ) = ρ / 1 TE / T2 1 e e f ( v) f ( v) : áramlási ténező A kép: a függıleges tengelen a protonok intenzitása: szürkeségi skálán (a relaxációs sebesség szerint kontrasztosítva) Avizszintes tengelen a helkoordináta (kettı!) Honnan tudjuk mi hol van? x
A kép kialakítása az impulzus csak meghatározott frekvenciá-jú protonokat gerjeszt (B 0 függvéne)
Ha nincs gradiens
X-riánú gradiens
A szeletsík kiválasztása (a minta szeletelése (z gradiens)) Z Z A z iránú gradiens jelöli ki mel réteg kerül a szeletsíkba (kémiai eltolódás)
A kép kialakítása Adott a szelet ϕ 1 ϕ 2 ϕ 3 ω 2 ϕ 2 ω 3 ω 2 ϕ 3 ϕ 1 ϕ 2 ϕ 3 ω 2 ϕ 1 ϕ 1 ω 2 ω 2 ϕ 2 ϕ 3 ϕ 1 ϕ 2 ϕ 3 ω 1 ϕ 1 ω 1 ϕ 2 ω 1 ϕ 3 X-iránú grad impulzus Y-iránú gradiens tér
Bánai István T 1 súlozott (SA-zsírszerő)
Bánai István T 2 súlozott (vízszerő világosak)
képek T2 T2/sűrűség sűrűség
színes
MRS N-acetil-aszpartat, creatin, cholin multiple sclerosis korai diagnózisához
MR-termográfia (paracest-kontraszt) Temperature maps of a phantom containing 1 ml of 10 mm Eu(2)- in water at ph 7.0. The temperatures of the air flowing over the sample are indicated in each figure while those reported b imaging are shown b the color bar (in units of C).
Veszél ténezık Mágneses tér biológiai hatása(?) Implantátumok (ferromágneses anagok ) Szívritmus-szabálozó Klausztrofóbia Mérgezés
Gépek
Veszél ténezık Mágneses tér biológiai hatása Implantátumok (ferromágneses ) Szívritmus-szabálozó Klausztrofóbia Mérgezés
Ha nincs veszél csinálunk Kontraszt anagok
Kontraszt anagok 2 Lejárt a GdDTPA szabadalma (NSF) Gd a természetben
Agi felvételek normál és kémiailag kontrasztosított felvételek Gd 3+ (7/2) komplexek alkalmazása
Képek (angiográfia)
kép Tumor felvétel