Bu çalışma nedir? Nükleer manyetik rezonans Çekirdeğin rezonans frekansı.

Bir moleküldeki farklı ortamlardaki aynı atom çekirdekleri, farklı NMR sinyalleri gösterir. Böyle bir NMR sinyali ile standart bir maddenin sinyali arasındaki fark, incelenen maddenin kimyasal yapısından kaynaklanan sözde kimyasal kaymanın belirlenmesini mümkün kılar. NMR tekniklerinde, maddelerin kimyasal yapısını, moleküllerin konformasyonlarını, karşılıklı etkinin etkilerini ve molekül içi dönüşümleri belirlemek için birçok fırsat vardır.

Fizik NMR

Çekirdeğin enerji seviyelerinin bölünmesi ben = 1/2 bir manyetik alanda

Nükleer manyetik rezonans fenomeni, spini 1/2, 3/2, 5/2 olan nükleonlardan oluşan atom çekirdeğinin manyetik özelliklerine dayanır. Kütle ve yük sayıları çift olan çekirdekler (çift-çift) çekirdekler) manyetik momente sahip değilken, diğer tüm çekirdekler için manyetik moment sıfır değildir.

Böylece çekirdekler, manyetik momentle bağıntılı bir açısal momentuma sahiptir.

,

Planck sabiti nerede, spin kuantum sayısı, jiromanyetik oran.

Çekirdeğin açısal momentumu ve manyetik momenti nicelleştirilir ve izdüşümün özdeğerleri ile keyfi olarak seçilen bir koordinat sisteminin z ekseni üzerindeki açısal ve manyetik momentleri ilişki tarafından belirlenir.

Ve ,

çekirdeğin öz durumunun manyetik kuantum sayısı nerede, değerleri çekirdeğin spin kuantum sayısı ile belirlenir

yani, çekirdek durumlarda olabilir.

Yani, bir proton (veya başka bir çekirdek için) ben = 1/2- 13 C, 19 F, 31 P, vb.) yalnızca iki durumda olabilir

,

böyle bir çekirdek, z bileşeni keyfi bir koordinat sisteminin z ekseninin pozitif yönüne paralel veya antiparalel olarak yönlendirilebilen bir manyetik dipol olarak temsil edilebilir.

Bir dış manyetik alanın yokluğunda, farklı durumlara sahip tüm durumların aynı enerjiye sahip olduklarına, yani dejenere olduklarına dikkat edilmelidir. Dejenerelik, harici bir manyetik alanda ortadan kaldırılırken, dejenere duruma göre ayrılma, harici manyetik alanın büyüklüğü ve durumun manyetik momenti ile orantılıdır ve spin kuantum sayısına sahip bir çekirdek için BEN harici bir manyetik alanda, bir sistem 2ben+1 enerji seviyeleri, yani nükleer manyetik rezonans, bir manyetik alanda elektronik seviyelerin bölünmesinin Zeeman etkisiyle aynı yapıya sahiptir.

En basit durumda, c spinli bir çekirdek için ben = 1/2- örneğin, bir proton için, bölme

ve spin durumlarının enerji farkı

Bazı atom çekirdeklerinin Larmor frekansları

Proton rezonans frekansı kısa dalga aralığındadır (dalga boyu yaklaşık 7 m).

NMR uygulaması

spektroskopi

Ana makale: NMR spektroskopisi

Cihazlar

NMR spektrometresinin kalbi güçlü bir mıknatıstır. İlk olarak Purcell tarafından uygulamaya konulan bir deneyde, çapı yaklaşık 5 mm olan bir cam ampul içerisine konulan bir numune, güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilmektedir. Ardından ampul dönmeye başlar ve ona etki eden manyetik alan kademeli olarak artar. Radyasyon kaynağı olarak yüksek kaliteli bir RF jeneratörü kullanılır. Artan bir manyetik alanın etkisi altında, spektrometrenin ayarlandığı çekirdekler rezonansa girmeye başlar. Bu durumda korumalı çekirdekler, nominal rezonans frekansından (ve cihazdan) biraz daha düşük bir frekansta rezonansa girer.

Enerji emilimi bir RF köprüsü tarafından kaydedilir ve ardından bir grafik kaydedici tarafından kaydedilir. Frekans, üzerinde rezonansın imkansız olduğu belirli bir sınıra ulaşana kadar artırılır.

Köprüden akan akımlar çok küçük olduğundan, bir spektrum almakla sınırlı kalmazlar, birkaç düzine geçiş yaparlar. Alınan tüm sinyaller, kalitesi cihazın sinyal-gürültü oranına bağlı olan son grafikte özetlenir.

Bu yöntemde numune, manyetik alanın şiddeti değişirken sabit bir frekansta radyo frekansı radyasyonuna maruz bırakılır, bu nedenle sabit alan (CW) yöntemi olarak da adlandırılır.

Geleneksel NMR spektroskopi yönteminin birçok dezavantajı vardır. İlk olarak, her bir spektrumu oluşturmak çok zaman alıyor. İkincisi, dış müdahalenin olmaması konusunda çok seçicidir ve kural olarak, ortaya çıkan spektrumlar önemli ölçüde gürültüye sahiptir. Üçüncüsü, yüksek frekanslı spektrometreler (300, 400, 500 ve daha fazla MHz) oluşturmak için uygun değildir. Bu nedenle, modern NMR cihazlarında, alınan sinyalin Fourier dönüşümüne dayanan darbeli spektroskopi (PW) adı verilen yöntem kullanılır. Şu anda, tüm NMR spektrometreleri, sabit bir manyetik alana sahip güçlü süper iletken mıknatıslar temelinde inşa edilmiştir.

CW yönteminin aksine, darbeli versiyonda, çekirdeklerin uyarılması "sabit bir dalga" ile değil, birkaç mikrosaniye uzunluğunda kısa bir darbe yardımıyla gerçekleştirilir. Darbenin frekans bileşenlerinin genlikleri, v0'dan artan mesafe ile azalır. Ancak tüm çekirdeklerin eşit şekilde ışınlanması arzu edildiğinden, "sert darbeler", yani yüksek güçlü kısa darbeler kullanmak gerekir. Darbe süresi, frekans bant genişliği spektrum genişliğinden bir veya iki büyüklük sırası daha büyük olacak şekilde seçilir. Güç birkaç watt'a ulaşır.

Darbeli spektroskopinin bir sonucu olarak, görünür rezonans tepe noktalarına sahip sıradan bir spektrum elde edilmez, ancak tüm rezonans çekirdeklerinden gelen tüm sinyallerin karıştırıldığı sönümlü rezonans salınımlarının bir görüntüsü - sözde "serbest indüksiyon bozunması" (FID, ücretsiz indüksiyon bozunması). Bu spektrumu dönüştürmek için, herhangi bir fonksiyonun bir dizi harmonik salınımın toplamı olarak temsil edilebildiği Fourier dönüşümü adı verilen matematiksel yöntemler kullanılır.

NMR spektrumları

1H 4-etoksibenzaldehit spektrumu. Zayıf alanda (tekli ~9.25 ppm) aldehit grubunun protonunun sinyali, güçlü alanda (üçlü ~1.85-2 ppm) - metil etoksi grubunun protonu.

NMR kullanan kalitatif analiz için, bu yöntemin dikkate değer özelliklerine dayanan spektral analiz kullanılır:

• belirli fonksiyonel gruplara dahil olan atom çekirdeklerinin sinyalleri, spektrumun kesin olarak tanımlanmış bölgelerinde bulunur;
• zirve tarafından sınırlanan integral alan, rezonans atomlarının sayısıyla kesin olarak orantılıdır;
• 1-4 bağ üzerinden uzanan çekirdekler, sözde sonucu olarak multiplet sinyaller üretebilmektedir. birbirinden ayrılır.

Sinyalin NMR spektrumundaki konumu, referans sinyaline göre kimyasal kaymaları ile karakterize edilir. 1H ve13C NMR'de ikincisi olarak tetrametilsilan Si(CH3)4 kullanılır. Kimyasal kaymanın birimi, alet frekansının milyonda bir kısmıdır (ppm). TMS sinyalini 0 olarak alırsak ve zayıf bir alana sinyal kaymasını pozitif bir kimyasal kayma olarak kabul edersek, o zaman sözde δ ölçeğini elde ederiz. Tetrametilsilanın rezonansı 10 ppm'ye eşitse ve işaretleri ters çevirin, o zaman ortaya çıkan ölçek şu anda pratik olarak kullanılmayan τ ölçeği olacaktır. Bir maddenin spektrumu yorumlanamayacak kadar karmaşıksa, tarama sabitlerini hesaplamak için kuantum kimyasal yöntemleri kullanılabilir ve bunlara dayalı olarak sinyaller ilişkilendirilebilir.

NMR introskopisi

Nükleer manyetik rezonans fenomeni sadece fizik ve kimyada değil, aynı zamanda tıpta da kullanılabilir: insan vücudu, aynı organik ve inorganik moleküllerin bir kombinasyonudur.

Bu fenomeni gözlemlemek için, bir nesne sabit bir manyetik alana yerleştirilir ve radyo frekansına ve gradyan manyetik alanlara maruz bırakılır. İncelenen nesneyi çevreleyen indüktörde alternatif bir elektromotor kuvveti (EMF) ortaya çıkar; genlik-frekans spektrumu ve zaman geçiş özellikleri, rezonansa giren atom çekirdeklerinin uzamsal yoğunluğu ve ayrıca yalnızca belirli diğer parametreler hakkında bilgi taşır. nükleer manyetik rezonans. Bu bilgilerin bilgisayar tarafından işlenmesi, kimyasal olarak eşdeğer çekirdeklerin yoğunluğunu, nükleer manyetik rezonansın gevşeme sürelerini, sıvı akış hızlarının dağılımını, moleküllerin difüzyonunu ve canlı dokulardaki metabolizmanın biyokimyasal süreçlerini karakterize eden üç boyutlu bir görüntü oluşturur.

NMR introskopisinin (veya manyetik rezonans görüntülemenin) özü, aslında, nükleer manyetik rezonans sinyalinin genliğinin özel bir tür kantitatif analizinin uygulanmasından oluşur. Geleneksel NMR spektroskopisinde amaç, spektral çizgilerin mümkün olan en iyi çözünürlüğünü gerçekleştirmektir. Bunu yapmak için manyetik sistemler, numune içinde mümkün olan en iyi alan homojenliğini yaratacak şekilde ayarlanır. NMR introskopi yöntemlerinde ise aksine manyetik alan kasıtlı olarak homojen olmayan bir şekilde oluşturulur. Öyleyse, numunenin her noktasındaki nükleer manyetik rezonans frekansının, diğer kısımlardaki değerlerden farklı olan kendi değerine sahip olmasını beklemek için sebep vardır. NMR sinyal amplitüd tonlamaları (monitör ekranındaki parlaklık veya renk) için bazı kodlar ayarlayarak koşullu bir görüntü elde edebilirsiniz (

Nükleer manyetik rezonans

Nükleer manyetik rezonans (NMR) - çekirdeklerin manyetik momentlerinin yeniden yönlendirilmesi nedeniyle, ν frekansında (NMR frekansı olarak adlandırılır) harici bir manyetik alanda sıfır olmayan dönüşe sahip çekirdekler içeren bir madde tarafından elektromanyetik enerjinin rezonans emilimi veya emisyonu. Nükleer manyetik rezonans fenomeni, 1938'de Isaac Raby tarafından moleküler ışınlarda keşfedildi ve kendisine 1944 Nobel Ödülü verildi. 1946'da Felix Bloch ve Edward Mills Purcell, sıvılarda ve katılarda nükleer manyetik rezonans elde ettiler (1952 Nobel Ödülü). .

Bir moleküldeki farklı ortamlardaki aynı atom çekirdekleri, farklı NMR sinyalleri gösterir. Böyle bir NMR sinyali ile standart bir maddenin sinyali arasındaki fark, incelenen maddenin kimyasal yapısından kaynaklanan sözde kimyasal kaymanın belirlenmesini mümkün kılar. NMR tekniklerinde, maddelerin kimyasal yapısını, moleküllerin konformasyonlarını, karşılıklı etkinin etkilerini ve molekül içi dönüşümleri belirlemek için birçok fırsat vardır.

Matematiksel açıklama Çekirdeğin manyetik momenti mu=y*l burada l, çekirdeğin dönüşüdür; y - sabit çubuk NMR'nin gözlendiği Frekans

Çekirdeklerin kimyasal polarizasyonu

Bazı kimyasal reaksiyonlar bir manyetik alanda ilerlediğinde, reaksiyon ürünlerinin NMR spektrumları anormal derecede yüksek absorpsiyon veya radyo emisyonu gösterir. Bu gerçek, reaksiyon ürünlerinin moleküllerindeki nükleer Zeeman düzeylerinin dengesiz bir popülasyonunu gösterir. Alt seviyenin aşırı nüfusuna anormal emilim eşlik eder. Popülasyonun ters çevrilmesi (üst seviye, alt seviyeden daha kalabalıktır) radyo emisyonuyla sonuçlanır. Bu fenomen denir çekirdeklerin kimyasal polarizasyonu

NMR'de nükleer manyetizasyonu arttırmak için kullanılır. Bazı atom çekirdeklerinin Larmor frekansları

çekirdek	0,5 Tesla'da MHz cinsinden Larmor frekansı	1 Tesla'da MHz cinsinden Larmor frekansı	7.05 Tesla'da MHz cinsinden Larmor frekansı
1H( Hidrojen)
²D( Döteryum)
13 C ( Karbon)
23 Na( Sodyum)
39 bin ( Potasyum)

Proton rezonans frekansı şu aralıktadır: kısa dalgalar(dalga boyu yaklaşık 7 m) .

NMR uygulaması

spektroskopi

NMR spektroskopisi

Cihazlar

NMR spektrometresinin kalbi güçlü bir mıknatıstır. Öncülüğünü Purcell'in yaptığı bir deneyde, çapı yaklaşık 5 mm olan bir cam ampul içine yerleştirilen bir numune, güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilir. Ardından, manyetik alanın tekdüzeliğini iyileştirmek için ampul dönmeye başlar ve ona etki eden manyetik alan kademeli olarak artar. Radyasyon kaynağı olarak yüksek kaliteli bir RF jeneratörü kullanılır. Artan bir manyetik alanın etkisi altında, spektrometrenin ayarlandığı çekirdekler rezonansa girmeye başlar. Bu durumda, korumalı çekirdekler, elektron kabukları olmayan çekirdeklerden biraz daha düşük bir frekansta rezonansa girer. Enerji emilimi bir RF köprüsü tarafından kaydedilir ve ardından bir grafik kaydedici tarafından kaydedilir. Frekans, üzerinde rezonansın imkansız olduğu belirli bir sınıra ulaşana kadar artırılır.

Köprüden akan akımlar çok küçük olduğundan, bir spektrum almakla sınırlı kalmazlar, birkaç düzine geçiş yaparlar. Alınan tüm sinyaller, kalitesi cihazın sinyal-gürültü oranına bağlı olan son grafikte özetlenir.

Bu yöntemde numune, manyetik alanın gücü değişirken sabit frekanstaki radyo frekansı radyasyonuna maruz bırakılır, bu nedenle sürekli ışınlama yöntemi (CW, sürekli dalga) olarak da adlandırılır.

Geleneksel NMR spektroskopi yönteminin birçok dezavantajı vardır. İlk olarak, her bir spektrumu oluşturmak çok zaman alıyor. İkincisi, dış müdahalenin olmaması konusunda çok seçicidir ve kural olarak, ortaya çıkan spektrumlar önemli ölçüde gürültüye sahiptir. Üçüncüsü, yüksek frekanslı spektrometreler (300, 400, 500 ve daha fazla MHz) oluşturmak için uygun değildir. Bu nedenle, modern NMR cihazlarında, alınan sinyalin Fourier dönüşümüne dayanan darbeli spektroskopi (PW) adı verilen yöntem kullanılır. Şu anda, tüm NMR spektrometreleri, sabit bir manyetik alana sahip güçlü süper iletken mıknatıslar temelinde inşa edilmiştir.

CW yönteminin aksine, darbeli versiyonda, çekirdeklerin uyarılması "sabit bir dalga" ile değil, birkaç mikrosaniye uzunluğunda kısa bir darbe yardımıyla gerçekleştirilir. Darbenin frekans bileşenlerinin genlikleri, v0'dan artan mesafe ile azalır. Ancak tüm çekirdeklerin eşit şekilde ışınlanması arzu edildiğinden, "sert darbeler", yani yüksek güçlü kısa darbeler kullanmak gerekir. Darbe süresi, frekans bant genişliği spektrum genişliğinden bir veya iki büyüklük sırası daha büyük olacak şekilde seçilir. Güç birkaç bin vata ulaşır.

Darbeli spektroskopinin bir sonucu olarak, görünür rezonans tepe noktalarına sahip sıradan bir spektrum elde edilmez, ancak tüm rezonans çekirdeklerinden gelen tüm sinyallerin karıştırıldığı sönümlü rezonans salınımlarının bir görüntüsü - sözde "serbest indüksiyon bozunması" (FID, özgür indüksiyon çürümek). Bu spektrumu dönüştürmek için, herhangi bir fonksiyonun bir dizi harmonik salınımın toplamı olarak temsil edilebildiği Fourier dönüşümü adı verilen matematiksel yöntemler kullanılır.

NMR spektrumları

1H 4-etoksibenzaldehit spektrumu. Zayıf alanda (tekli ~9.25 ppm) aldehit grubunun protonunun sinyali, güçlü alanda (üçlü ~1.85-2 ppm) - metil etoksi grubunun protonu.

NMR kullanan kalitatif analiz için, bu yöntemin dikkate değer özelliklerine dayanan spektral analiz kullanılır:

belirli fonksiyonel gruplara dahil olan atom çekirdeklerinin sinyalleri, spektrumun kesin olarak tanımlanmış bölgelerinde bulunur;

zirve tarafından sınırlanan integral alan, rezonans atomlarının sayısıyla kesin olarak orantılıdır;

1-4 bağ üzerinden uzanan çekirdekler, sözde sonucu olarak multiplet sinyaller üretebilmektedir. birbirinden ayrılır.

Sinyalin NMR spektrumundaki konumu, referans sinyaline göre kimyasal kaymaları ile karakterize edilir. 1H ve13C NMR'de ikincisi olarak tetrametilsilan Si(CH3)4 (TMS) kullanılır. Kimyasal kaymanın birimi, alet frekansının milyonda bir kısmıdır (ppm). TMS sinyalini 0 olarak alırsak ve zayıf bir alana sinyal kaymasını pozitif bir kimyasal kayma olarak kabul edersek, o zaman sözde δ ölçeğini elde ederiz. Tetrametilsilanın rezonansı 10 ppm'ye eşitse ve işaretleri ters çevirin, o zaman ortaya çıkan ölçek şu anda pratik olarak kullanılmayan τ ölçeği olacaktır. Bir maddenin spektrumu yorumlanamayacak kadar karmaşıksa, tarama sabitlerini hesaplamak için kuantum kimyasal yöntemleri kullanılabilir ve bunlara dayalı olarak sinyaller ilişkilendirilebilir.

NMR introskopisi

Nükleer manyetik rezonans fenomeni sadece fizik ve kimyada değil, aynı zamanda tıpta da kullanılabilir: insan vücudu, aynı organik ve inorganik moleküllerin bir kombinasyonudur.

Bu fenomeni gözlemlemek için, bir nesne sabit bir manyetik alana yerleştirilir ve radyo frekansına ve gradyan manyetik alanlara maruz bırakılır. İncelenen nesneyi çevreleyen indüktörde alternatif bir elektromotor kuvveti (EMF) ortaya çıkar; genlik-frekans spektrumu ve zaman geçiş özellikleri, rezonansa giren atom çekirdeklerinin uzamsal yoğunluğu ve ayrıca yalnızca belirli diğer parametreler hakkında bilgi taşır. nükleer manyetik rezonans. Bu bilgilerin bilgisayar tarafından işlenmesi, kimyasal olarak eşdeğer çekirdeklerin yoğunluğunu, nükleer manyetik rezonansın gevşeme sürelerini, sıvı akış hızlarının dağılımını, moleküllerin difüzyonunu ve canlı dokulardaki metabolizmanın biyokimyasal süreçlerini karakterize eden üç boyutlu bir görüntü oluşturur.

NMR introskopisinin (veya manyetik rezonans görüntülemenin) özü, aslında, nükleer manyetik rezonans sinyalinin genliğinin özel bir tür kantitatif analizinin uygulanmasından oluşur. Geleneksel NMR spektroskopisinde amaç, spektral çizgilerin mümkün olan en iyi çözünürlüğünü gerçekleştirmektir. Bunu yapmak için manyetik sistemler, numune içinde mümkün olan en iyi alan homojenliğini yaratacak şekilde ayarlanır. NMR introskopi yöntemlerinde ise aksine manyetik alan kasıtlı olarak homojen olmayan bir şekilde oluşturulur. Öyleyse, numunenin her noktasındaki nükleer manyetik rezonans frekansının, diğer kısımlardaki değerlerden farklı olan kendi değerine sahip olmasını beklemek için sebep vardır. NMR sinyal amplitüd derecelendirmeleri (monitör ekranındaki parlaklık veya renk) için bazı kodlar belirtilerek, nesnenin iç yapısının bölümlerinin koşullu bir görüntüsü (tomogram) elde edilebilir.

NMR introskopi, NMR tomografi dünyada ilk kez 1960 yılında V. A. Ivanov tarafından icat edilmiştir. Bir buluş (yöntem ve cihaz) başvurusu, yetersiz bir uzman tarafından "... önerilen çözümün görünürdeki beyhudeliği nedeniyle" reddedildi, bu nedenle, bunun için bir telif hakkı sertifikası ancak 10 yıldan uzun bir süre sonra verildi. Böylece, NMR görüntülemenin yazarının aşağıda listelenen Nobel ödüllülerin ekibi değil, bir Rus bilim adamı olduğu resmen kabul edilmektedir. Bu yasal gerçeğe rağmen, MRI tomografisi için Nobel Ödülü hiçbir şekilde V. A. Ivanov'a verilmedi.

Nükleer manyetik rezonans
nükleer manyetik rezonans

Nükleer manyetik rezonans (NMR) - elektromanyetik dalgaların atom çekirdeği tarafından rezonans soğurulması, vektörlerin kendi momentum anlarının (dönüşleri) yönü değiştiğinde meydana gelir. NMR, güçlü bir sabit manyetik alana yerleştirilmiş numunelerde meydana gelirken, aynı anda onları radyo frekansı aralığının zayıf bir değişken elektromanyetik alanına maruz bırakır (alternatif alanın kuvvet çizgileri, sabit alanın kuvvet çizgilerine dik olmalıdır). 10 4 oersted kuvvetine sahip sabit bir manyetik alandaki hidrojen çekirdekleri (protonlar) için, 42.58 MHz'lik bir radyo dalgası frekansında rezonans meydana gelir. 103–104 manyetik alanlardaki diğer çekirdekler için oersted NMR, 1–10 MHz frekans aralığında gözlenir. NMR, katıların ve karmaşık moleküllerin yapısını incelemek için fizik, kimya ve biyokimyada yaygın olarak kullanılmaktadır. Tıpta, 0,5–1 mm çözünürlüğe sahip NMR kullanılarak, bir kişinin iç organlarının uzamsal bir görüntüsü elde edilir.

En basit çekirdek - hidrojen örneğinde NMR fenomenini ele alalım. Hidrojen çekirdeği, kendi mekanik momentum momentinin (spin) belirli bir değerine sahip olan bir protondur. Kuantum mekaniğine göre, proton spin vektörü, uzayda geleneksel olarak "yukarı" ve "aşağı" sözcükleriyle gösterilen, karşılıklı olarak yalnızca iki zıt yöne sahip olabilir. Proton ayrıca, vektörünün yönü spin vektörünün yönüne katı bir şekilde bağlı olan bir manyetik momente sahiptir. Bu nedenle, protonun manyetik momentinin vektörü "yukarı" veya "aşağı" yönlendirilebilir. Böylece proton, uzayda iki olası yönelime sahip mikroskobik bir mıknatıs olarak temsil edilebilir. Bir protonu harici bir sabit manyetik alana yerleştirirseniz, bu alandaki protonun enerjisi, manyetik momentinin nereye yönlendirildiğine bağlı olacaktır. Bir protonun enerjisi, manyetik momenti (ve spini) alanın tersi yöndeyse daha büyük olacaktır. Bu enerjiyi E ↓ olarak gösterelim. Protonun manyetik momenti (dönüş) alanla aynı yönde yönlendirilirse, protonun E ile gösterilen enerjisi daha az olacaktır (E< E ↓). Пусть протон оказался именно в этом последнем состоянии. Если теперь протону добавить энергию Δ Е = E ↓ − E , то он сможет скачком перейти в состояние с большей энергией, в котором его спин будет направлен против поля. Добавить энергию протону можно, “облучая” его квантами электромагнитных волн с частотой ω, определяемой соотношением ΔЕ = ћω.
Tek bir protondan çok sayıda proton içeren makroskobik bir hidrojen örneğine geçelim. Durum böyle görünecek. Örnekte, rasgele dönüş yönelimlerinin ortalaması nedeniyle, sabit bir dış manyetik alan uygulandığında, bu alana göre "yukarı" ve "aşağı" dönüşlerle yaklaşık olarak eşit sayıda proton görünecektir. Bir numunenin ω = (E ↓ - E )/ћ frekansındaki elektromanyetik dalgalarla ışınlanması, numunenin tüm protonlarının bir durumda olacağı bir sonucu olarak, protonlarda "büyük" bir dönme dönüşüne (manyetik momentler) neden olur sahaya yönelik dönüşlerle. Protonların yönelimindeki böylesine büyük bir değişikliğe, ışın yayan elektromanyetik alanın kuantumunun (ve enerjisinin) keskin (rezonant) bir absorpsiyonu eşlik edecektir. Bu NMR'dir. NMR, yalnızca çok sayıda çekirdeğe (10 16) sahip numunelerde, özel teknikler ve oldukça hassas aletler kullanılarak gözlemlenebilir.

NMR veya İngilizce'de NMR görüntüleme, "nükleer manyetik rezonans" ifadesinin kısaltmasıdır. Bu araştırma yöntemi, geçen yüzyılın 80'lerinde tıbbi uygulamaya girdi. Röntgen tomografisinden farklıdır. NMR'de kullanılan radyasyon, 1 ila 300 m dalga boyuna sahip radyo dalgası aralığını içerir CT ile benzer şekilde, nükleer manyetik tomografi, iç organların yapısının katmanlı bir görüntüsünün işlenmesiyle bilgisayar taramasının otomatik kontrolünü kullanır.

MRG'nin özü nedir?

NMR, bireysel görüntülerden (taramalardan) insan vücudunun bir görüntüsünü oluşturmayı mümkün kılan radyo dalgalarının yanı sıra güçlü manyetik alanlara dayanır. Bu teknik, yaralanma ve beyin hasarı olan hastaların acil bakımı ve rutin kontroller için gereklidir. NMRI, manyetik alan içindeki bir madde (insan vücudu) tarafından elektromanyetik dalgaların seçici soğurulması olarak adlandırılır. Bu, sıfır olmayan bir manyetik momente sahip çekirdeklerin varlığında mümkün olur. Önce radyo dalgaları emilir, ardından radyo dalgaları çekirdekler tarafından yayılır ve düşük enerji seviyelerine giderler. Her iki süreç de çekirdeklerin çalışmasında ve emiliminde sabitlenebilir. NMR, düzgün olmayan bir manyetik alan oluşturur. Yalnızca NMR tomografisinin verici antenini ve alıcısını kesin olarak tanımlanmış bir doku veya organ alanına ayarlamak ve dalga alım frekansını değiştirerek noktalardan okumalar almak gerekir.

Taranan noktalardan gelen bilgiler işlenirken çeşitli düzlemlerde tüm organ ve sistemlerin görüntüleri elde edilir, bir kesimde doku ve organların yüksek çözünürlüklü üç boyutlu görüntüsü oluşturulur. Manyetik - nükleer tomografi teknolojisi çok karmaşıktır, elektromanyetik dalgaların atomlar tarafından rezonans absorpsiyonu prensibine dayanır. Bir kişi, güçlü bir manyetik alana sahip bir aparatın içine yerleştirilmiştir. Oradaki moleküller manyetik alan yönünde dönerler. Daha sonra bir elektrik dalgası taranır, moleküllerdeki değişim önce özel bir matrise kaydedilir, ardından bilgisayara aktarılır ve tüm veriler işlenir.

NMRI uygulamaları

NMR tomografi oldukça geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir, bu nedenle bilgisayarlı tomografiye alternatif olarak çok daha sık kullanılır. MRG ile tespit edilebilen hastalıkların listesi oldukça hacimlidir.

• Beyin.

Çoğu zaman, böyle bir çalışma beyni yaralanmalar, tümörler, demans, epilepsi ve beyin damarlarıyla ilgili sorunlar açısından taramak için kullanılır.

• Kardiyovasküler sistem.

Kalp ve kan damarlarının teşhisinde NMR, anjiyografi ve BT gibi yöntemleri tamamlar.
MRI, kalp ve kan damarları bölgesindeki kardiyomiyopati, konjenital kalp hastalığı, vasküler değişiklikler, miyokardiyal iskemi, distrofi ve tümörleri tespit edebilir.

• Kas-iskelet sistemi.

Kas-iskelet sistemi ile ilgili sorunların tanısında da NMR tomografi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu teşhis yöntemi ile bağlar, tendonlar ve kemik yapıları çok iyi bir şekilde ayırt edilir.

• İç organlar.

Nükleer manyetik rezonans görüntüleme kullanılarak gastrointestinal sistem ve karaciğer çalışmasında dalak, böbrekler, karaciğer, pankreas hakkında eksiksiz bilgi alabilirsiniz. Ek olarak bir kontrast madde eklerseniz, bu organların ve damar sistemlerinin işlevsel yeteneklerini izlemek mümkün hale gelir. Ve ek bilgisayar programları, bağırsakların, yemek borusunun, safra yollarının, bronşların görüntülerini oluşturmanıza olanak tanır.

Nükleer manyetik rezonans görüntüleme ve MRI: bir fark var mı?

Bazen MRI ve MRI isimleri karıştırılabilir. Bu iki prosedür arasında bir fark var mı? Kesinlikle hayır cevabını verebilirsiniz.
Başlangıçta, manyetik rezonans görüntülemeyi keşfettiği sırada, adı başka bir "nükleer" kelimesini içeriyordu ve zamanla ortadan kalktı ve geriye yalnızca MRI kısaltması kaldı.

Nükleer manyetik rezonans görüntüleme, bir X-ışını makinesine benzer, ancak çalışma prensibi ve yetenekleri biraz farklıdır. MRG, beynin ve omuriliğin, diğer yumuşak dokulu organların görsel bir resmini elde etmeye yardımcı olur. Tomografi yardımıyla kan akış hızı, beyin omurilik sıvısı ve beyin omurilik sıvısının akışını ölçmek mümkündür. İnsan aktivitesine bağlı olarak serebral korteksin bir veya başka bir bölümünün nasıl aktive edildiğini düşünmek de mümkündür. Çalışma sırasında doktor, bir kişinin durumunu değerlendirmede gezinmesine izin veren üç boyutlu bir görüntü görür.

Birkaç araştırma yöntemi vardır: anjiyografi, perfüzyon, difüzyon, spektroskopi. Nükleer manyetik rezonans görüntüleme, organların ve dokuların durumunun üç boyutlu bir görüntüsünü elde etmenizi sağladığı için en iyi araştırma yöntemlerinden biridir, bu da tanının daha doğru bir şekilde konulacağı ve doğru tedavinin seçileceği anlamına gelir. Bir kişinin iç organlarının NMR incelemesi gerçek dokular değil, birebir görüntülerdir. Bir röntgen çekildiğinde, röntgen ışınları emildiğinde, ışığa duyarlı film üzerinde desenler görünür.

NMR görüntülemenin ana avantajları

NMR tomografinin diğer araştırma yöntemlerine göre avantajları çok yönlü ve önemlidir.

MRG'nin Eksileri

Ama elbette, bu yöntemin dezavantajları da yok değil.

• Büyük enerji tüketimi. Odanın çalışması, normal süperiletkenlik için çok fazla elektrik ve pahalı teknoloji gerektirir. Fakat yüksek güce sahip mıknatısların insan sağlığına olumsuz bir etkisi yoktur.
• İşlem süresi. Nükleer manyetik rezonans görüntüleme, X ışınından daha az hassastır. Bu nedenle, transillüminasyon için daha fazla zaman gerekir. Ek olarak, akciğer ve kalp çalışmaları yapılırken verileri bozan solunum hareketleri nedeniyle görüntü bozulması meydana gelebilir.
• Klostrofobi gibi bir hastalığın varlığında MRG kullanılarak araştırma yapılması kontrendikasyondur. Ayrıca büyük metal implantlar, kalp pilleri, yapay kalp pilleri varsa MR tomografi ile teşhis koymak mümkün değildir. Hamilelik sırasında, teşhis sadece istisnai durumlarda gerçekleştirilir.

İnsan vücudundaki her küçük nesne NMR görüntüleme ile incelenebilir. Sadece bazı durumlarda vücuttaki kimyasal elementlerin konsantrasyonunun dağılımı dahil edilmelidir. Ölçümleri daha hassas hale getirmek için oldukça fazla sayıda sinyal toplanmalı ve toplanmalıdır. Bu durumda, gerçeği yeterince aktaran, yüksek kalitede net bir görüntü elde edilir. Bu aynı zamanda bir kişinin NMR görüntüleme için odada kaldığı süre ile de ilgilidir. Uzun bir süre hareketsiz yatmanız gerekecek.

Sonuç olarak, nükleer manyetik rezonans görüntülemenin oldukça güvenli ve kesinlikle ağrısız bir teşhis yöntemi olduğunu söyleyebiliriz, bu da röntgen ışınlarına maruz kalmaktan tamamen kaçınmanıza olanak tanır. Bilgisayar programları, ortaya çıkan taramaları sanal görüntülerin oluşumu ile işlemenizi sağlar. NMR'nin sınırları gerçekten sınırsızdır.

Şimdi bile, bu teşhis yöntemi, tıpta hızlı gelişimi ve geniş uygulaması için bir teşviktir. Yöntem, insan sağlığına düşük zarar vermesiyle ayırt edilir, ancak aynı zamanda hem sağlıklı bir insanda hem de mevcut hastalıklarda organların yapısını dikkatlice incelemenizi sağlar.