Диссертация (1150548), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Зависимость сигнала эха от времени аппроксимируется экспонентой и по её параметру находится время релаксации Т2. Пример такихэкспериментов с тремя разными недегазированными жидкостями (водой, этиловым спиртом и бензолом) представлен на рис. 4.18. Из рисунка видно, что из трехобразцов бензол имеет наибольшее время релаксации T2, а этиловый спирт —наименьшее.73Рис.
4.18. Сравнение экспериментов с тремя разными жидкостями для определениявремени релаксации T2 методом Карра-Парселла.Процесс измерения времени спин-решеточной релаксации T1 в случае земного поля заключается в измерении амплитуды ЯМР-сигнала по следующейсхеме: строится зависимость амплитуды ЯМР-сигнала от времени τ между окончанием поляризации и зондирующим 90-градусным импульсом. Для образца дистиллированной воды эта зависимость представлена на рис. 4.19. Данные хорошоаппроксимируются экспонентой с разбросом значений в пределах 3%.
Полученноезначение времени релаксации 3.1±0.1 с, что хорошо согласуется с известным значением при комнатной температуре.Рис. 4.19. зависимость амплитуды ЯМР-сигнала от времени τ между окончаниемполяризации и 90-градусным импульсом. В таблице представлен результат аппроксимациязначений экспонентой для получения значения времени релаксации T1.74Особенностью экспериментов ЯМРПЗ, является возможность измерять времярелаксации T1 не только в земном поле, но и в поле поляризации. Для этогостроится зависимость амплитуды ЯМР-сигнала от продолжительности поляризации t.Недавно появился способ повысить разрешающую способность МРТ, используя в качестве контрастных веществ эндоэдральных металлофуллеренов. Мы приняли участие в работе по исследованию водных растворов гидроксилированныхфуллеренов с ионами Gd и Fe, помещённых внутрь фуллерена.
Исследованы растворы с концентрациями фуллеренов Ga@C2n(OH)38-40 и Fe@C2n(OH)30 с концентрацией 0.1 мМ/л. Выбор в качестве объекта изучения, ионов Gd и Fe в водных растворах гидроксилированных фуллеренов объясняется тем, что в настоящее времяактуальны работы по поиску эффективных релаксантов для МРТ. Работа проводилась совместно с сотрудниками Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ), предоставившими образцы. Для фуллерены, содержащего гадолиний времярелаксации Т1 в земном поле составило 155±5 мс, в поляризующем поле около 90Гс — 178±9 мс. Для фуллерена e@C2n(OH)30 время Т1 в земном поле составило935±30 мс, в поле поляризации — 958±35 мс. Отмечена аномальная зависимостьвремён релаксации от магнитного поля.В рамках этой работы мы сумели получить сигнал от образца, помещенного взакрытый металлический диамагнитный контейнер.
Трудность в регистрацииЯМР-сигнала в этом случае состоит в том, что оболочка контейнера образует короткозамкнутый виток, сильно снижающий добротность приемного контура (рис.4.20). Кроме того, возникающий скин-эффект в металле приводит к поглощению ивозбуждающего радиоимпульса, и сигнала свободной индукции. Однако при частоте ЯМР в земном поле скин-эффект незначителен.75Рис. 4.20. Изменение добротности ЯМР-датчика при различной глубине внедрения в негометаллического контейнера (а) Сигнал огибающей ССИ от полностью (штриховая линия) инаполовину внедрённого в датчик образца в контейнере (b). Фото демонстрирует наполовинувставленный в ЯМР-датчик образец в металлическом контейнере.Проведено исследование в изменении добротности датчика ЯМР при расположении в нём или около него металлического контейнера с жидкостью(рис.
4.20а). Пример регистрации ЯМР-сигнала, полученного от образца взакрытом металлическом диамагнитном контейнере приведён на рис. 4.20б.4.8 Выводы по главе 4В результате проделанной работы сконструирован прибор, позволяющийрегистрировать ЯМР в условиях повышенного уровня помех лаборатории. Вконструкции предусмотрена возможность компенсации локальной неоднородности магнитного поля. Имеются два идентичных приёмных канала для возможности исключения влияния флуктуации магнитного поля земли на исследуемыйЯМР-сигнал.
Прибор позволяет регистрировать спектры ЯМР высокого разрешения в земном поле и измерять времена релаксации в магнитном поле Земли и поляризующем поле10 ÷ 200 Гс. Диапазон частотной перестройки каналов1500 ÷ 2500 Гц. Объём исследуемого образца 80 ÷ 130 мл.В качестве иллюстрации работоспособности прибора приведены данные оспектрах (рис. 4.16, 4.17) и временах релаксации Т1 для различных жидкостей и Т2для растворов металлсодержащих фуллеренов (см. начало главы 4).76Глава 5.Влияние сопутствующих градиентов при исследованиях ЯМР вслабых поляхИзвестно, что в соответствии с уравнениями Максвелла появление градиентау некоторой компоненты потенциального поля неизбежно вызывает градиенты удругих (ортогональных) составляющих поля.
Статическое магнитное полепотенциально, поэтому этот эффект должен проявиться в процедуре полученияЯМР-изображений (см., Например, [86]). Для определения положения элементаобъема (вокселя), или, другими словами, для выполнения пространственногокодирования, вдоль выбранных осей координат применяется дополнительноемагнитное поле с постоянным градиентом. Обычно предполагается, что такимобразом достигается прямая пропорциональность частоты ЯМР и координаты.Тем не менее, если учесть сопутствующие градиенты, появляются дополнительные компоненты магнитного поля в ортогональных направлениях [87] и нарушается требуемая пропорциональность. В результате сопутствующие градиенты вызывают как ошибку в отображении положения воксела, так и искажение пространственного распределения интенсивности сигнала.
Эффект пренебрежимомал для МРТ в высоких полях, однако он может быть очень важен в экспериментах в слабом поле [88]. Здесь мы подробно рассмотрим задачу и предложим методминимизации искажения «продольного» градиента (вдоль основного поля) нежелательными «поперечными» градиентами.Для получения пространственного кодирования сигналов ЯМР используютсяпространственнооднородныеградиентыпостоянногомагнитногополя.Компоненты магнитного поля Bμ являются первыми частными производными скалярного потенциала U магнитного поля:Bμ=∂U∂ xμ(xμ обозначает xx, xy и xz).Компоненты градиентов магнитного поля являются частными производнымивторого порядка потенциала.
В случае поперечных градиентов (μ ≠ ν)77∂ Bμ ∂ Bν=.∂ xν ∂ x μДля градиента в направлении магнитного поля (продольный градиент) μ = νи, согласно уравнению Лапласа,∂ Bz ∂ Bx ∂ By++=0.∂z ∂x ∂yПоэтому появление любой производной неизбежно ведет к существованиюпо крайней мере одной другой. Появление трансверсальных компонент визуальнодемонстрируется на рис. 5.1, где представлены силовые линии дополнительногополя BG с продольным градиентом Gz =∂ B Gz∂z(вдоль z). Существование z-компоненты градиента G отражается плотностью силовых линий. Так как в этомслучае линии поля не могут быть параллельными, появляется ортогональная xкомпонента BGx.Рис.
5.1. Полевые линии поля BG с градиентом Gz и векторной диаграммой, котораяпоказывает появление x-компоненты BG.Полное поле Btot представляет собой векторную сумму «основного» (рабочего) поля B0 (вдоль z) и поля, создаваемого системой градиентов BG. В случаепродольного градиента:[∂ Bx 2∂ByB tot = ( B 0 +G z z ) + x+ y∂x∂y2()(2 1/2)].(5.1)Здесь Gz градиент, который обычно используется для получения изображения, и Bx, By являются сопутствующими компонентами поля. В результате частота78ЯМР не прямо пропорциональна координате z, а зависит от модуля полного поля |Btot |.Из формулы (5.1) видно, что в действительности поле кодированияBencod = Btot - B0 вместо Gz не является линейным относительно координаты z.
Такимобразом, существование сопутствующих магнитных полей приводит к искажениям отображения пространственного положения воксела (минимальной единицыизображения). Чем меньше основное магнитное поле B0, тем больше влияниесопутствующих градиентов. Здесь мы опишем простой способ, как свести к минимуму погрешности на примере конкретной системы градиента.Рис. 5.2.
Поперечное сечение системы для создания осевого градиента, состоящей из двухкатушек. Показаны три положения исследуемого объекта: симметричное (a), полусдвинутое (b),полностью сдвинутое в диапазон положительных z (c). Также показано формирование полякодирования Bencod как разности между Btot и B0.Основной конструкцией системы осевого градиента является пара катушек (спротивоположно направленными токами) радиуса R, которые разделены определённым расстоянием.
Пусть поле B0 направлено вдоль оси z (см. Рис. 5.2) полярной системы координат (z, ρ, φ). Реализация условия Максвелла обеспечивает равенство нулю третьей производной z-компоненты магнитного поля BG от z визоцентре системы (z = 0, ρ = 0), что позволяет получить наилучшую линейностьполя, но только вблизи начала координат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
