Az NMR képalkotk palkotás alapjai Bánai István Kolloid- és Körnezetkémiai Tanszék DE, TEK
Az NMR alapjai alapjai Bánai István Kolloid- és Körnezetkémiai Tanszék DE, TEK
Kvantummechanikai alapok Az atommag mint mozgó objektum impulzusmomentummal rendelkezhet (a nukleonok pálamomentumaiból adódóan) Az nagsága nem lehet tetszőleges 2I+1 irána lehet (azonos energia, degenerált) A vektor értéke nem lehet egenlő a z komponensével P = I( I + 1) pz = MI 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 m momentuma Az impulzusmomentum és töltés mágneses momentum Irána megegezik az impulzusmomentummal e μ = gn I( I + 1) = gnμn I( I + 1) 4π m μ = g μ M M = I, I 1,...0... I + 1, I z N N I I μ = γ I( I + 1) = γp μ = γ M z I p γ a giromágneses hánados Miért nevezzük íg?
A Larmor jelenség
Az atommag mint pörgettp rgettű ω = γb0 a körfrekvencia (energia) a külső mágneses tértől függ z M 0 M B 0 x B 0 A parallel és anti-parallel összegződik
Molekuláris és s klasszikus képk 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 k eltolódás (amit a szerveskémikus még g jobban szeret) x x x off dwell time receiver on 2 1 0-1 0 4 8 12-2
1 H NMR of a generation 1 PAMAM dendrimer (terminal group is -NH 2 ) 3.30 3.20 3.10 3.00 2.90 2.80 (ppm) 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 using a standard instrument setting 3.30 3.20 3.10 3.00 2.90 2.80 (ppm) 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20
Transzverzális relaxáci ció (T 2 ) x x x z z z off dwell time 1 receiver on 0 0 4 8 12-1
Longitudinális relaxáci ció (T 1 ) A kvantitatív NMR léneges eleme Lassúbb mint a transzverz 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 idők!!!!
FID és s spektrum Lineáris egenletrendszerként LW = 1 π T 2 - Fourier-transzformáció iωt f( ω) = f( te ) dt - fázis korrekció
A relaxáci ció 1 1 4 SS ( + 1) = = T 3 4 DD T DD 1 2 z μ0 γ 2 γ 2 τ r 6 I S c π x Transzverzális relaxáció Mágneses momentumok Longitudinális relaxáció
A spin-echo A transzverzális relaxáció legfőbb forrása a tér inhomogenitása Ez kiküszöbölhető: spin echóval x x x x
A törtt rténet 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 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 törtt rténet 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 n 1998. májusm
CT és MRI Nincs akkora sugárterhelés: X RF Kontraszt: elektronsűrűség protonsűrűség Felbontás: növekevő dózis több más
Röntgen és s MR képekk
CT és MRI Nincs akkor sugárterhelés: X RF Kontraszt: elektronsűrűság protonsűrűség Felbontás: növekevő dózis több más Axiális sík három ortogonális sík Értelmezés: jól kialakult, orvosi diploma elég egéb szakember segítsége fontos
Röntgennel el nem érhető kép szagittárius axiális koronáris
A spin-ech echó TR x x x x TE
T 1 szerinti súlozs lozás s (valódi kontraszt) T 2 szerinti eltérések elmosása T 1 szerinti eltérések kiemelése Cerebro-spinális foladék
T 2 szerinti súlozs lozás s (fordított kontraszt) T 1 szerinti eltérések elmosása T 2 szerinti eltérések kiemelése
Protonsűrűség g szerinti súlozs lozás T 1 szerinti kontraszt elmosása T 2 szerinti kontraszt elmosása (C protonban gazdag)
Tomográfi fiás egenlet SE ( TR T ) = ρ / 1 TE / T2 1 e e f( v) f ( v) : áramlási ténező A kép: a függőleges tengelen a protonok intenzitása: szürkeségi skálán (a relaxációs sebesség szerint kontrasztosítva) Avizszintes tengelen a helkoordináta (kettő!) Honnan tudjuk mi hol van? x
A kép k p kialakítása az impulzus csak meghatározott frekvenciá-jú protonokat gerjeszt (B 0 függvéne)
A szeletsík k kiválaszt lasztásasa (a minta szeletelése se (z gradiens)) Z Z A z iránú gradiens jelöli ki mel réteg kerül a szeletsíkba (kémiai eltolódás)
A kép k p 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 n T 1 súlozott (SA-zsírszerű)
Bánai István n T 2 súlozott (vízszerű világosak)
képek T2 T2/sűrűség sűrűség
színes
MRS N-acetil-aszpartat, creatin, cholin multiple sclerosis korai diagnózisához
MR-termogr 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 ténezt nezők Mágneses tér biológiai hatása Implantátumok (ferromágneses anagok ) Szívritmus-szabálozó Klausztrofóbia Mérgezés
Alapveszélek lek FDA MRI Guidelines (2003) B o db/dt Adults, Children, and Infants age > 1 month neonates (infants age < 1 month) No discomfort, pain, or nerve stimulation whole bod, average, over >15 min 8 T 4 T 4 W/Kg SAR head, average, over >10 min head or torso, per g of tissue, in >5 min 3 W/Kg 8 W/Kg extremities, per g of tissue, in >5 min 12 W/Kg Acoustic Level Peak unweighted A-weighted rms with hearing protection 140 db 99 dba
gépek
Veszél ténezt nezők 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 (angiogr( angiográfia)
képek
kép Tumor felvétel