Электромагнитный резонанс это? 1. Совпадение амплитуд колебаний при изменении частоты в
Чи чинить тиск стовп рідини? Чому?
Куля вилітає зі ствола зі швидкістю 825м/с через 50 м швидкість зменшується до 745 м/с ще через 100 м до 675 м/с Порівняйте сили опору повітря на перш … ій та другій ділянках
Вантаж масою 1 кг підвішено на пружині жорсткістю 4 МН/м .На яку відстань необхідно відвести вантаж від положення рівноваги щоб його максимальна швидк … ість досягла 1 м/с
помогите срочно!!! Сколько энергии рассеялось при превращении 90 г свинца в жидкое агрегатное состояние, если было израсходовано 13 г бензина, а начал … ьная температура свинца равна 21 °С. Удельная теплоёмкость свинца — 130 Джкг⋅°С, температура плавления свинца равна 327 °С, а удельная теплота плавления свинца — 0,25⋅105 Дж/кг, удельная теплота сгорания бензина — 47⋅106 Дж/кг.
Кут між падаючим променем і площею дзерказа втричі менший від кута між падаючим і відбитим променями. Визначити кут падіння.
паралельно в одному напрямку їдуть потяг зі швидкістю 20 м/с та автомобіль зі швидкістю 80 км/год. з якою швидкістю пасажир потягу їде відносно авто … мобілю? помогите пожалуйста!!!!
Помогите пожалуйста ОЧЕНЬ СРОЧНО !!! Даю 25 баллов !!!
!!!НУЖНО ФИЗИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, С ДАНО И РЕШЕНИЕМ!!! Першу годину автомобіліст їхав зі швидкістю 50 км/год і розрахував, що коли він і далі буде їхати з … такою швидкістю, то запізниться в місто на півгодини. Він збільшив швидкість на 20% і приїхав своєчасно. Який шлях проїхав автомобіліст? Скільки часу він знаходився у дорозі? Якою є середня швидкість руху автомобіліста?
вопрос номер 4, подробное решение.
Рассчитай, какое количество энергии нужно для обращения в пар ртути массой 130 г, взятого(-ой) при температуре 19 °С. (Удельная теплоёмкость ртути с=1 … 20 Дж/кг·°С, температура кипения ртути равна 357 ° С, удельная теплота парообразования ртути L=285000 Дж/кг).
МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС | Энциклопедия Кругосвет
Содержание статьиМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, резонансное (избирательное) поглощение радиочастотного излучения некоторыми атомными частицами, помещенными в постоянное магнитное поле. Большинство элементарных частиц, подобно волчкам, вращаются вокруг собственной оси. Если частица обладает электрическим зарядом, то при ее вращении возникает магнитное поле, т.е. она ведет себя подобно крошечному магниту. При взаимодействии этого магнитика с внешним магнитным полем происходят явления, позволяющие получить информацию о ядрах, атомах или молекулах, в состав которых входит данная элементарная частица. Метод магнитного резонанса представляет собой универсальный инструмент исследований, применяемый в столь различных областях науки, как биология, химия, геология и физика. Различают магнитные резонансы двух основных видов: электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс.
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
ЭПР был открыт в 1944 русским физиком Е.К.Завойским. Электроны в веществах ведут себя как микроскопические магниты. В разных веществах они переориентируются по-разному, если поместить вещество в постоянное внешнее магнитное поле и воздействовать на него радиочастотным полем. Возврат электронов к исходной ориентации сопровождается радиочастотным сигналом, который несет информацию о свойствах электронов и их окружении. Такой метод, представляющий собой один из видов спектроскопии, применяется при исследовании кристаллической структуры элементов, химии живых клеток, химических связей в веществах и т.д.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
ЯМР был открыт в 1946 американскими физиками Э.Перселлом и Ф.Блохом. Работая независимо друг от друга, они нашли способ резонансной «настройки» в магнитных полях собственных вращений ядер некоторых атомов, например водорода и одного из изотопов углерода. Когда образец, содержащий такие ядра, помещают в сильное магнитное поле, их ядерные моменты «выстраиваются» подобно железным опилкам вблизи постоянного магнита. Эту общую ориентацию можно нарушить радиочастотным сигналом. По выключении сигнала ядерные моменты возвращаются в исходное состояние, причем быстрота такого восстановления зависит от их энергетического состояния, типа окружающих ядер и ряда других факторов. Переход сопровождается испусканием радиочастотного сигнала. Сигнал подается на компьютер, который обрабатывает его. Таким путем (метод компьютерной ЯМР-томографии) можно получить изображения. (При изменении внешнего магнитного поля малыми ступенями достигается эффект трехмерного изображения.) Метод ЯМР обеспечивает высокую контрастность разных мягких тканей на изображении, что крайне важно для выявления больных клеток на фоне здоровых. ЯМР-томография считается более безопасной, нежели рентгеновская, поскольку не вызывает ни разрушения, ни раздражения тканей (
Проверь себя!
Ответь на вопросы викторины «Физика»
Что такое изотоп, чему равно число Авогадро и что изучает наука реология?
| Адроны | msimagelist>|
| Альфа-распад | msimagelist>|
| Альфа-частица | msimagelist>|
| Аннигиляция | msimagelist>|
| Антивещество | msimagelist>|
| Антинейтрон | msimagelist>|
| Антипротон | msimagelist>|
| Античастицы | msimagelist>|
| Атом | msimagelist>|
| Атомная единица массы | msimagelist>|
| Атомная электростанция | msimagelist>|
| Барионное число | msimagelist>|
| Барионы | msimagelist>|
| Бета-распад | msimagelist>|
| Бетатрон | msimagelist>|
| Бета-частицы | msimagelist>|
| Бозе – Эйнштейна статистика | msimagelist>|
| Бозоны | msimagelist>|
| Большой адронный коллайдер | msimagelist>|
| Большой Взрыв | |
| Боттом. Боттомоний | msimagelist>|
| Брейта-Вигнера формула | msimagelist>|
| Быстрота | msimagelist>|
| Векторная доминантность | msimagelist>|
| Великое объединение | msimagelist>|
| Взаимодействие частиц | msimagelist>|
| Вильсона камера | msimagelist>|
| Виртуальные частицы | msimagelist>|
| Водорода атом | msimagelist>|
| Возбуждённые состояния ядер | msimagelist>|
| Волновая функция | msimagelist>|
| Волновое уравнение | msimagelist>|
| Волны де Бройля | |
| Встречные пучки | msimagelist>|
| Гамильтониан | msimagelist>|
| Гамма-излучение | msimagelist>|
| Гамма-квант | msimagelist>|
| Гамма-спектрометр | msimagelist>|
| Гамма-спектроскопия | msimagelist>|
| Гаусса распределение | msimagelist>|
| Гейгера счётчик | msimagelist>|
| Гигантский дипольный резонанс | msimagelist>|
| Гиперядра | msimagelist>|
| Глюоны | msimagelist>|
| Годоскоп | msimagelist>|
| Гравитационное взаимодействие | msimagelist>|
| Дейтрон | msimagelist>|
| Деление атомных ядер | msimagelist>|
| Детекторы частиц | msimagelist>|
| Дирака уравнение | msimagelist>|
| Дифракция частиц | msimagelist>|
| Доза излучения | msimagelist>|
| Дозиметр | msimagelist>|
| Доплера эффект | msimagelist>|
| Единая теория поля | msimagelist>|
| Зарядовое сопряжение | msimagelist>|
| Зеркальные ядра | msimagelist>|
| Избыток массы (дефект массы) | msimagelist>|
| Изобары | msimagelist>|
| Изомерия ядерная | msimagelist>|
| Изоспин | msimagelist>|
| Изоспиновый мультиплет | msimagelist>|
| Изотопов разделение | msimagelist>|
| Изотопы | msimagelist>|
| Ионизирующее излучение | msimagelist>|
| Искровая камера | msimagelist>|
| Квантовая механика | msimagelist>|
| Квантовая теория поля | msimagelist>|
| Квантовые операторы | msimagelist>|
| Квантовые числа | msimagelist>|
| Квантовый переход | msimagelist>|
| Квант света | msimagelist>|
| Кварк-глюонная плазма | msimagelist>|
| Кварки | msimagelist>|
| Коллайдер | msimagelist>|
| Комбинированная инверсия | msimagelist>|
| Комптона эффект | msimagelist>|
| Комптоновская длина волны | msimagelist>|
| Конверсия внутренняя | msimagelist>|
| Константы связи | msimagelist>|
| Конфайнмент | msimagelist>|
| Корпускулярно волновой дуализм | msimagelist>|
| Космические лучи | msimagelist>|
| Критическая масса | msimagelist>|
| Лептоны | msimagelist>|
| Линейные ускорители | msimagelist>|
| Лоренца преобразования | msimagelist>|
| Лоренца сила | msimagelist>|
| Магические ядра | msimagelist>|
| Магнитный дипольный момент ядра | msimagelist>|
| Магнитный спектрометр | msimagelist>|
| Максвелла уравнения | msimagelist>|
| Масса частицы | msimagelist>|
| Масс-спектрометр | msimagelist>|
| Массовое число | msimagelist>|
| Масштабная инвариантность | msimagelist>|
| Мезоны | msimagelist>|
| Мессбауэра эффект | msimagelist>|
| Меченые атомы | msimagelist>|
| Микротрон | msimagelist>|
| Нейтрино | msimagelist>|
| Нейтрон | msimagelist>|
| Нейтронная звезда | msimagelist>|
| Нейтронная физика | msimagelist>|
| Неопределённостей соотношения | msimagelist>|
| Нормы радиационной безопасности | msimagelist>|
| Нуклеосинтез | msimagelist>|
| Нуклид | msimagelist>|
| Нуклон | msimagelist>|
| Обращение времени | msimagelist>|
| Орбитальный момент | msimagelist>|
| Осциллятор | msimagelist>|
| Отбора правила | msimagelist>|
| Пар образование | msimagelist>|
| Период полураспада | msimagelist>|
| Планка постоянная | msimagelist>|
| Планка формула | msimagelist>|
| Позитрон | msimagelist>|
| Поляризация | msimagelist>|
| Поляризация вакуума | msimagelist>|
| Потенциальная яма | msimagelist>|
| Потенциальный барьер | msimagelist>|
| Принцип Паули | msimagelist>|
| Принцип суперпозиции | msimagelist>|
| Промежуточные W-, Z-бозоны | msimagelist>|
| Пропагатор | msimagelist>|
| Пропорциональный счётчик | msimagelist>|
| Пространственная инверсия | msimagelist>|
| Пространственная четность | msimagelist>|
| Протон | msimagelist>|
| Пуассона распределение | msimagelist>|
| Пузырьковая камера | msimagelist>|
| Радиационный фон | msimagelist>|
| Радиоактивность | msimagelist>|
| Радиоактивные семейства | msimagelist>|
| Радиометрия | msimagelist>|
| Расходимости | msimagelist>|
| Резерфорда опыт | msimagelist>|
| Резонансы (резонансные частицы) | msimagelist>|
| Реликтовое микроволновое излучение | msimagelist>|
| Светимость ускорителя | msimagelist>|
| Сечение эффективное | msimagelist>|
| Сильное взаимодействие | msimagelist>|
| Синтеза реакции | msimagelist>|
| Синхротрон | msimagelist>|
| Синхрофазотрон | msimagelist>|
| Синхроциклотрон | msimagelist>|
| Система единиц измерений | msimagelist>|
| Слабое взаимодействие | msimagelist>|
| Солнечные нейтрино | msimagelist>|
| Сохранения законы | msimagelist>|
| Спаривания эффект | msimagelist>|
| Спин | msimagelist>|
| Спин-орбитальное взаимодействие | msimagelist>|
| Спиральность | msimagelist>|
| Стандартная модель | msimagelist>|
| Статистика | msimagelist>|
| Странные частицы | msimagelist>|
| Струи адронные | msimagelist>|
| Субатомные частицы | msimagelist>|
| Суперсимметрия | msimagelist>|
| Сферическая система координат | msimagelist>|
| Тёмная материя | msimagelist>|
| Термоядерные реакции | msimagelist>|
| Термоядерный реактор | msimagelist>|
| Тормозное излучение | msimagelist>|
| Трансурановые элементы | msimagelist>|
| Трек | msimagelist>|
| Туннельный эффект | msimagelist>|
| Ускорители заряженных частиц | msimagelist>|
| Фазотрон | msimagelist>|
| Фейнмана диаграммы | msimagelist>|
| Фермионы | msimagelist>|
| Формфактор | msimagelist>|
| Фотон | msimagelist>|
| Фотоэффект | msimagelist>|
| Фундаментальная длина | msimagelist>|
| Хиггса бозон | msimagelist>|
| Цвет | msimagelist>|
| Цепные ядерные реакции | msimagelist>|
| Цикл CNO | msimagelist>|
| Циклические ускорители | msimagelist>|
| Циклотрон | msimagelist>|
| Чарм. Чармоний | msimagelist>|
| Черенковский счётчик | msimagelist>|
| Черенковсое излучение | msimagelist>|
| Черные дыры | msimagelist>|
| Шредингера уравнение | msimagelist>|
| Электрический квадрупольный момент ядра | msimagelist>|
| Электромагнитное взаимодействие | msimagelist>|
| Электрон | msimagelist>|
| Электрослабое взаимодействие | msimagelist>|
| Элементарные частицы | msimagelist>|
| Ядерная физика | msimagelist>|
| Ядерная энергия | msimagelist>|
| Ядерные модели | msimagelist>|
| Ядерные реакции | msimagelist>|
| Ядерный взрыв | msimagelist>|
| Ядерный реактор | msimagelist>|
| Ядра энергия связи | msimagelist>|
| Ядро атомное | msimagelist>|
| Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) | msimagelist>
Магнитный резонанс
Магнитный резонанс — абсолютно безвредный для здоровья метод визуального исследования. Магнитный резонанс является одним из наиболее точных методов диагностики. С помощью МР возможно получить изображения частей тела и органов в высоком разрешении. Полученные изображения позволяют с большой точностью диагностировать заболевания. Магнитный резонанс даёт более обширную информацию, чем рентген, ультразвуковое исследование или компьютерная томография.С помощью магнитного резонанса вы можете исследовать:
- Головной и спинной мозг;
- Позвоночник;
- Кровеносные сосуды;
- Кости и суставы;
- Брюшную полость и органы малого таза;
- Мягкие ткани;
- Плод беременной.
Магнитный резонанс не выполняется людям, имеющим:
- Кардиостимуляторы;
- Нейростимуляторы;
- Имплантаты внутреннего уха;
- Зажим аневризмы в головном мозге;
- Металлические инородные тела.
Как проходит магнитно-резонансная томография?
Магнитно-резонансная томография длится в среднем от 20 до 60 минут. Пациент ложится на специальную передвижную кушетку, которая заезжает в томограф. В томографе с помощью огромных магнитов создается электромагнитное поле. Аппарат МРТ во время работы производит шум, похожий на гудение или ритмичный стук, связанный с работой магнитов, но во время обследования пациент не ощущает влияния магнитного поля на организм.
Во время процедуры пациент должен расслабиться и лежать неподвижно, ведь от этого будет зависеть качество изображения и, как следствие, правильность диагноза. По этой причине МРТ не подходит для маленьких детей, а также для тех, кто испытывает сильные боли. Также магнитный резонанс не подходит для людей с клаустрофобией, о ее наличии необходимо своевременно предупредить врача, чтобы подобрать другой метод диагностики.
Перед обследованием можно принимать назначенные специалистом лекарства.
В отдельных случаях вводится контрастная жидкость.
Клиника Premium Medical своим клиентам обеспечивает магнитно-резонансные исследования в сотрудничестве с медицинскими учреждениями DiaMed, ARS и Рижской 1-й больницей.
ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС • Большая российская энциклопедия
В книжной версии
Том 35. Москва, 2017, стр. 633-634
Скопировать библиографическую ссылку:
Авторы: С. И. Рембеза
Я́ДЕРНЫЙ МАГНИ́ТНЫЙ РЕЗОНА́НС (ЯМР), резонансное поглощение электромагнитной энергии парамагнитной системой атомных ядер, находящихся в постоянном магнитном поле. ЯМР открыт Э. Пёрселлом совм. с другими (1945) и независимо Ф. Блохом (1946). Наблюдается в сильном постоянном магнитном поле напряжённости Н0 при одновременном воздействии на образец слабого радиочастотного поля, напряжённость которого H1 перпендикулярна H0. ЯМР обусловлен наличием у ядер спина I и связанного с ним магнитного момента μ=gяβI, где gя – ядерный фактор спектроскопич. расщепления, имеющий разл. значения для разл. ядер; β – ядерный магнетон. Наличие у ядер магнитных моментов обусловливает их парамагнитное поведение в постоянном магнитном поле.
Согласно квантовой теории, в магнитном поле H0 состояния ядерного спина квантованы, т. е. его проекции mI на направление внешнего поля дискретны и могут принимать только одно из значений +I, +I-1, …, —I (в случае ядра водорода, имеющего спин 1/2, возможны только 2 проекции – по полю и против поля (mI=1/2 и mI=–1/2). В простейшем случае изолированных невзаимодействующих ядер решение уравнения для полной энергии взаимодействия их магнитных моментов с полем H0 даёт систему 2I+1 эквидистантных энергетич. уровней c энергией ℰ=DgяβH0mI. Расстояние между уровнями ΔmI=1, и тогда Δℰ=gяβH0.
Переменное магнитное поле может вызвать переходы между этими уровнями, если его частота ν0 удовлетворяет условию резонанса: ΔЕ=hν0. При тепловом равновесии на нижнем уровне Е1 (ориентация магнитных моментов по полю) находится большее количество ядер, чем на верхнем уровне E2 (ориентация магнитных моментов против поля). Соотношение населённостей нижнего N1 и верхнего N2 уровней описывается Больцмана распределением: N2/N1= exp(-Δℰ/kT)=exp(-gяβH0/kT), где Δℰ=ℰ2-ℰ1, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная темп-ра. При непрерывном воздействии резонансным радиочастотным излучением частоты ν0 будет происходить его поглощение и переход ядер из нижнего состояния ℰ1 в верхнее ℰ2, величины N1 и N2 могут выравняться, после чего резонансное поглощение может прекратиться (наступит насыщение). Каждый атом характеризуется определённой резонансной частотой; напр., в магнитном поле H0=1 Тл частоты ν0 ядер атомов лежат в пределах от 42,377 МГц (водород) до десятков и единиц МГц. Это позволяет с помощью ЯМР определять наличие и количество не только атомов конкретных химич. элементов в веществе, но и их изотопов.
На явлении ЯМР основана ЯМР-спектроскопия. Спектры ЯМР регистрируют с помощью ЯМР-спектрометров. Образец исследуемого вещества помещают в катушку генерирующего контура (в поле напряжённости H1), расположенного в зазоре магнита, создающего поле напряжённости H0 (H1⊥H0). При ν=ν0 наступает резонансное поглощение, что вызывает падение напряжения в контуре, в схему которого включена катушка с образцом. Падение напряжения детектируется, усиливается и подаётся на регистрирующее устройство. В совр. радиоспектрометрах ЯМР обычно используют магнитные поля напряжённостью 1–12 Тл.
Область спектра, в которой находится детектируемый сигнал с одним или несколькими максимумами, называют линией поглощения ЯМР. Ширина наблюдаемой линии, измеренная на половине макс. интенсивности и выраженная в Гц, называется шириной линии ЯМР. Разрешение спектра ЯМР – миним. ширина линии ЯМР, которую позволяет наблюдать данный спектрометр.
Поглощённую энергию система атомных ядер перераспределяет внутри себя (т. н. спин-спиновая, или поперечная, релаксация; характеристич. время релаксации Т2) и отдаёт в окружающую среду (спин-решёточная релаксация, время релаксации Т1). Времена релаксации несут информацию о межъядерных расстояниях и временах корреляции разл. молекулярных движений. Измерения зависимости Т1 и Т2 от темп-ры и частоты ν0 дают информацию о характере теплового движения, химич. равновесиях, фазовых переходах и др.
Осн. параметр спектра ЯМР – химический сдвиг частоты, возникающий вследствие того, что электронные оболочки атомов частично экранируют магнитные моменты ядер, и ν0 свободного атома отличается от ν0 атома в жидкости или в твёрдом теле. Он несёт информацию не только о характере межатомных связей, но и о количестве и симметрии расположения соседних атомов. В металлах или сильнолегированных полупроводниках свободные электроны создают в месте расположения ядра дополнит. поле, приводящее к т. н. сдвигу Найта резонансной частоты. Химич. сдвиг меньше сдвига Найта, а его знак противоположен.
ЯМР-спектроскопия – неразрушающий метод анализа – один из осн. физико-химич. методов анализа вещества. Осн. область применения – органич. химия, анализ разл. химич. процессов с участием парамагнитных ядер, прежде всего водорода (даёт информацию о конформационных равновесиях, водородных связях и ассоциации в жидкостях, металлo- и прототропии, упорядоченности и распределении звеньев в полимерных цепях, адсорбции веществ и др.). Число и положение линий в спектрах ЯМР однозначно характеризуют все фракции сырой нефти, синтетич. каучуков, пластмасс, сланцев, углей, продукции химич. и фармацевтич. пром-сти. ЯМР-спектроскопия даёт информацию о структуре биополимеров (в т. ч. белковых молекул в растворах), сопоставимую по достоверности с данными рентгеновского структурного анализа.
ЯМР используют для изучения жидких кристаллов, диффузии атомов и молекул в твёрдых телах, электронной структуры ионных кристаллов, а также для исследования разнообразных процессов в аморфных веществах и монокристаллах. На ЯМР основана магнитно-резонансная томография.
ЯМР для «чайников», или Десять основных фактов о ядерном магнитном резонансе
1.Суть явления
Прежде всего надо заметить, что хотя в названии этого явления присутствует слово «ядерный», к ядерной физике ЯМР никакого отношения не имеет и с радиоактивностью никак не связан. Если говорить о строгом описании, то без законов квантовой механики никак не обойтись. Согласно этим законам, энергия взаимодействия магнитного ядра с внешним магнитным полем может принимать только несколько дискретных значений. Если облучать магнитные ядра переменным магнитным полем, частота которого соответствует разнице между этими дискретными энергетическими уровнями, выраженной в частотных единицах, то магнитные ядра начинают переходить с одного уровня на другой, при этом поглощая энергию переменного поля. В этом и состоит явление магнитного резонанса. Это объяснение формально правильное, но не очень наглядное. Есть другое объяснение, без квантовой механики. Магнитное ядро можно представить как электрически заряженный шарик, вращающийся вокруг своей оси (хотя, строго говоря, это не так). Согласно законам электродинамики, вращение заряда приводит к появлению магнитного поля, т.е. магнитного момента ядра, который направлен вдоль оси вращения. Если этот магнитный момент поместить в постоянное внешнее поле, то вектор этого момента начинает прецессировать, т.е. вращаться вокруг направления внешнего поля. Таким же образом прецессирует (вращается) вокруг вертикали ось юлы, если ее раскрутить не строго вертикально, а под некоторым углом. В этом случае роль магнитного поля играет сила гравитации.
Частота прецессии определяется как свойствами ядра, так и силой магнитного поля: чем сильнее поле, тем выше частота. Затем, если кроме постоянного внешнего магнитного поля на ядро будет воздействовать переменное магнитное поле, то ядро начинает взаимодействовать с этим полем — оно как бы сильнее раскачивает ядро, амплитуда прецессии увеличивается, и ядро поглощает энергию переменного поля. Однако это будет происходить только при условии резонанса, т.е. совпадения частоты прецессии и частоты внешнего переменного поля. Это похоже на классический пример из школьной физики — марширующие по мосту солдаты. Если частота шага совпадает с частотой собственных колебаний моста, то мост раскачивается всё сильнее и сильнее. Экспериментально это явление проявляется в зависимости поглощения переменного поля от его частоты. В момент резонанса поглощение резко возрастает, а простейший спектр магнитного резонанса выглядит вот так:
2. Фурье-спектроскопия
Первые ЯМР-спектрометры работали именно так, как описано выше-образец помещался в постоянное магнитное поле, и на него непрерывно подавалось радиочастотное излучение. Затем плавно менялась либо частота переменного поля, либо напряженность постоянного магнитного поля. Поглощение энергии переменного поля регистрировалось радиочастотным мостом, сигнал от которого выводился на самописец или осциллограф. Но этот способ регистрации сигнала уже давно не применяется. В современных ЯМР-спектрометрах спектр записывается с помощью импульсов. Магнитные моменты ядер возбуждаются коротким мощным импульсом, после которого регистрируется сигнал, наводимый в РЧ-катушке свободно прецессирующими магнитными моментами. Этот сигнал постепенно спадает к нулю по мере возвращения магнитных моментов в состояние равновесия (этот процесс называется магнитной релаксацией). Спектр ЯМР получается из этого сигнала с помощью Фурье-преобразования. Это стандартная математическая процедура, позволяющая раскладывать любой сигнал на частотные гармоники и таким образом получать частотный спектр этого сигнала. Этот способ записи спектра позволяет значительно понизить уровень шумов и проводить эксперименты намного быстрее.
Один возбуждающий импульс для записи спектра — это самый простейший ЯМР-эксперимент. Однако таких импульсов, разной длительности, амплитуды, с разными задержками между ними и т.п., в эксперименте может быть много, в зависимости от того, какие именно манипуляции исследователю надо провести с системой ядерных магнитных моментов. Тем не менее, практически все эти импульсные последовательности оканчиваются одним и тем же — записью сигнала свободной прецессии с последующим Фурье-преобразованием.
3. Магнитные взаимодействия в веществе
Сам по себе магнитный резонанс остался бы не более чем занятным физическим явлением, если бы не магнитные взаимодействия ядер друг с другом и с электронной оболочкой молекулы. Эти взаимодействия влияют на параметры резонанса, и с их помощью методом ЯМР можно получать разнообразную информацию о свойствах молекул — их ориентации, пространственной структуре (конформации), межмолекулярных взаимодействиях, химическом обмене, вращательной и трансляционной динамике. Благодаря этому ЯМР превратился в очень мощный инструмент исследования веществ на молекулярном уровне, который широко применяется не только в физике, но главным образом в химии и молекулярной биологии. В качестве примера одного из таких взаимодействий можно привести так называемый химический сдвиг. Суть его в следующем: электронная оболочка молекулы откликается на внешнее магнитное поле и старается его экранировать — частичное экранирование магнитного поля происходит во всех диамагнитных веществах. Это означает, что магнитное поле в молекуле будет отличаться от внешнего магнитного поля на очень небольшую величину, которая и называется химическим сдвигом. Однако свойства электронной оболочки в разных частях молекулы разные, и химический сдвиг тоже разный. Соответственно, условия резонанса для ядер в разных частях молекулы тоже будут отличаться. Это позволяет различать в спектре химически неэквивалентные ядра. Например, если мы возьмем спектр ядер водорода (протонов) чистой воды, то в нем будет только одна линия, поскольку оба протона в молекуле H2O совершенно одинаковы. Но для метилового спирта СН3ОН в спектре будет уже две линии (если пренебречь другими магнитными взаимодействиями), поскольку тут есть два типа протонов — протоны метильной группы СН3 и протон, связанный с атомом кислорода. По мере усложнения молекул число линий будет увеличиваться, и если мы возьмем такую большую и сложную молекулу, как белок, то в этом случае спектр будет выглядеть примерно так:
4. Магнитные ядра
ЯМР можно наблюдать на разных ядрах, но надо сказать, что далеко не все ядра имеют магнитный момент. Часто бывает так, что некоторые изотопы имеют магнитный момент, а другие изотопы того же самого ядра — нет. Всего существует более сотни изотопов различных химических элементов, имеющих магнитные ядра, однако в исследованиях обычно используется не более 1520 магнитных ядер, всё остальное -экзотика. Для каждого ядра есть свое характерное соотношение магнитного поля и частоты прецессии, называемое гиромагнитным отношением. Для всех ядер эти отношения известны. По ним можно подобрать частоту, на которой при данном магнитном поле будет наблюдаться сигнал от нужных исследователю ядер.
Самые важные для ЯМР ядра — это протоны. Их больше всего в природе, и они имеют очень высокую чувствительность. Для химии и биологии очень важны ядра углерода, азота и кислорода, но с ними ученым не очень повезло: наиболее распространенные изотопы углерода и кислорода, 12С и 16О, магнитного момента не имеют, у природного изотопа азота 14N момент есть, но он по ряду причин для экспериментов очень неудобен. Есть изотопы 13С, 15N и 17О, которые подходят для ЯМР-экспериментов, но их природное содержание очень низкое, а чувствительность очень маленькая по сравнению с протонами. Поэтому часто для ЯМР-исследований готовят специальные изотопно-обогащенные образцы, в которых природный изотоп того или иного ядра замещен на тот, который нужен для экспериментов. В большинстве случаев эта процедура весьма непростая и недешевая, но иногда это единственная возможность получить необходимую информацию.
5. Электронный парамагнитный и квадрупольный резонанс
Говоря про ЯМР, нельзя не упомянуть о двух других родственных физических явлениях — электронном парамагнитном резонансе (ЭПР) и ядерном квадрупольном резонансе (ЯКР). ЭПР по своей сути подобен ЯМР, разница заключается в том, что резонанс наблюдается на магнитных моментах не атомных ядер, а электронной оболочки атома. ЭПР может наблюдаться только в тех молекулах или химических группах, электронная оболочка которых содержит так называемый неспаренный электрон, тогда оболочка имеет ненулевой магнитный момент. Такие вещества называются парамагнетиками. ЭПР, как и ЯМР, также применяется для исследований различных структурно-динамических свойств веществ на молекулярном уровне, но его область использования существенно уже. Это связано в основном с тем, что большинство молекул, особенно в живой природе, не содержит неспаренных электронов. В некоторых случаях можно использовать так называемый парамагнитный зонд, т.е. химическую группу с неспаренным электроном, которая связывается с исследуемой молекулой. Но такой подход имеет очевидные недостатки, которые ограничивают возможности этого метода. Кроме того, в ЭПР нет такого высокого спектрального разрешения (т.е. возможности отличить в спектре одну линию от другой), как в ЯМР.
Объяснить «на пальцах» природу ЯКР труднее всего. Некоторые ядра обладают так называемым электрическим квадрупольным моментом. Этот момент характеризует отклонение распределения электрического заряда ядра от сферической симметрии. Взаимодействие этого момента с градиентом электрического поля, создаваемого кристаллической структурой вещества, приводит к расщеплению энергетических уровней ядра. В этом случае можно наблюдать резонанс на частоте, соответствующей переходам между этими уровнями. В отличие от ЯМР и ЭПР, для ЯКР не нужно внешнего магнитного поля, поскольку расщепление уровней происходит без него. ЯКР также используется для исследования веществ, но область его применения еще уже, чем у ЭПР.
6. Преимущества и недостатки ЯМР
ЯМР — самый мощный и информативный метод исследования молекул. Строго говоря, это не один метод, это большое число разнообразных типов экспериментов, т.е. импульсных последовательностей. Хотя все они основаны на явлении ЯМР, но каждый из этих экспериментов предназначен для получения какой-то конкретной специфической информации. Число этих экспериментов измеряется многими десятками, если не сотнями. Теоретически ЯМР может если не всё, то почти всё, что могут все остальные экспериментальные методы исследования структуры и динамики молекул, хотя практически это выполнимо, конечно, далеко не всегда. Одно из основных достоинств ЯМР в том, что, с одной стороны, его природные зонды, т.е. магнитные ядра, распределены по всей молекуле, а с другой стороны, он позволяет отличить эти ядра друг от друга и получать пространственно-селективные данные о свойствах молекулы. Почти все остальные методы дают информацию либо усредненную по всей молекуле, либо только о какой-то одной ее части.
Основных недостатков у ЯМР два. Во-первых, это низкая чувствительность по сравнению с большинством других экспериментальных методов (оптическая спектроскопия, флюоресценция, ЭПР и т.п.). Это приводит к тому, что для усреднения шумов сигнал нужно накапливать долгое время. В некоторых случаях ЯМР-эксперимент может проводиться в течение даже нескольких недель. Во-вторых, это его дороговизна. ЯМР-спектрометры — одни из самых дорогих научных приборов, их стоимость измеряется как минимум сотнями тысяч долларов, а самые дорогие спектрометры стоят несколько миллионов. Далеко не все лаборатории, особенно в России, могут позволить себе иметь такое научное оборудование.
Сверхпроводящий магнит в разрезе7. Магниты для ЯМР-спектрометров
Одна из самых важных и дорогих частей спектрометра — магнит, создающий постоянное магнитное поле. Чем сильнее поле, тем выше чувствительность и спектральное разрешение, поэтому ученые и инженеры постоянно пытаются получить как можно более высокие поля. Магнитное поле создается электрическим током в соленоиде — чем сильнее ток, тем больше поле. Однако бесконечно увеличивать силу тока нельзя, при очень большом токе провод соленоида просто начнет плавиться. Поэтому уже очень давно для высокопольных ЯМР-спектрометров используются сверхпроводящие магниты, т.е. магниты, в которых провод соленоида находится в сверхпроводящем состоянии. В этом случае электрическое сопротивление провода равно нулю,и выделения энергии не происходит при любой величине тока. Сверхпроводящее состояние можно получить только при очень низких температурах, всего нескольких градусов Кельвина, — это температура жидкого гелия. (Высокотемпературная сверхпроводимость — до сих пор удел только чисто фундаментальных исследований.) Именно с поддержанием такой низкой температуры и связаны все технические сложности конструирования и производства магнитов, которые обуславливают их дороговизну. Сверхпроводящий магнит построен по принципу термоса-матрешки. Соленоид находится в центре, в вакуумной камере. Его окружает оболочка, в которой находится жидкий гелий. Эта оболочка через вакуумную прослойку окружена оболочкой из жидкого азота. Температура жидкого азота — минус 196 градусов по Цельсию, азот нужен для того, чтобы гелий испарялся как можно медленнее. Наконец, азотная оболочка изолируется от комнатной температуры внешней вакуумной прослойкой. Такая система способна сохранять нужную температуру сверхпроводящего магнита очень долго, хотя для этого нужно регулярно подливать в магнит жидкие азот и гелий. Преимущество таких магнитов кроме возможности получать высокие магнитные поля также и в том, что они не потребляют энергии: после запуска магнита ток бегает по сверхпроводящим проводам практически без каких-либо потерь в течение многих лет.
8. Томография
В обычных ЯМР-спектрометрах магнитное поле стараются сделать как можно более однородным, это нужно для улучшения спектрального разрешения. Но если магнитное поле внутри образца, наоборот, сделать очень неоднородным, это открывает принципиально новые возможности для использования ЯМР. Неоднородность поля создается так называемыми градиентными катушками, которые работают в паре с основным магнитом. В этом случае величина магнитного поля в разных частях образца будет разная, а это значит, что сигнал ЯМР можно наблюдать не от всего образца, как в обычном спектрометре, а только от его узкого слоя, для которого соблюдаются резонансные условия, т.е. нужное соотношение магнитного поля и частоты. Меняя величину магнитного поля (или, что по сути то же самое, частоту наблюдения сигнала), можно менять слой, который будет давать сигнал. Таким образом можно «просканировать» образец по всему объему и «увидеть» его внутреннюю трехмерную структуру, не разрушая образец каким-либо механическим способом. К настоящему времени разработано большое число методик, позволяющих измерять различные параметры ЯМР (спектральные характеристики, времена магнитной релаксации, скорость самодиффузии и некоторые другие) с пространственным разрешением внутри образца. Самое интересное и важное, с практической точки зрения, применение ЯМР-томографии нашлось в медицине. В этом случае исследуемым «образцом» является человеческое тело. ЯМР-томография является одним из самых эффективных и безопасных (но также и дорогих) диагностических средств в различных областях медицины, от онкологии до акушерства. Любопытно заметить, что в названии этого метода медики не употребляют слово «ядерный», потому что некоторые пациенты связывают его с ядерными реакциями и атомной бомбой.
Е.К. Завойский9. История открытия
Годом открытия ЯМР считается 1945-й, когда американцы Феликс Блох из Стэнфорда и независимо от него Эдвард Парселл и Роберт Паунд из Гарварда впервые наблюдали сигнал ЯМР на протонах. К тому времени уже было много известно о природе ядерного магнетизма, сам эффект ЯМР был теоретически предсказан, и было сделано несколько попыток его экспериментального наблюдения. Важно отметить, что годом раньше в Советском Союзе, в Казани, Евгением Завойским было открыто явление ЭПР. Сейчас уже хорошо известно, что Завойский также наблюдал и сигнал ЯМР, это было перед войной, в 1941 году. Однако в его распоряжении был магнит низкого качества с плохой однородностью поля, результаты были плохо воспроизводимыми и потому так и остались неопубликованными. Справедливости ради надо заметить, что Завойский был не единственным, кто наблюдал ЯМР до его «официального» открытия. В частности, американский физик Исидор Раби (лауреат Нобелевской премии 1944 года за исследование магнитных свойств ядер в атомных и молекулярных пучках) в конце 30-х годов также наблюдал ЯМР, но счел это аппаратурным артефактом. Так или иначе, но за нашей страной остается приоритет в экспериментальном обнаружении магнитного резонанса. Хотя сам Завойский вскоре после войны стал заниматься другими проблемами, его открытие для развития науки в Казани сыграло огромную роль. Казань до сих пор остается одним из ведущих мировых научных центров по ЭПР-спектроскопии.
10. Нобелевские премии в области магнитного резонанса
В первой половине XX века было присуждено несколько Нобелевских премий ученым, без работ которых открытие ЯМР не могло бы состояться. Среди них можно назвать Петера Зеемана, Отто Штерна, Исидора Раби, Вольфганга Паули. Но непосредственно связанных с ЯМР Нобелевских премий было четыре. В 1952 году премию получили Феликс Блох и Эдвард Парселл за открытие ЯМР. Это единственная «ЯМР-ная» Нобелевская премия по физике. В 1991 году премию по химии получил швейцарец Ричард Эрнст, работавший в знаменитой Швейцарской высшей технической школе в Цюрихе. Он был удостоен ее за развитие методов многомерной ЯМР-спектроскопии, которые позволили кардинально увеличить информативность ЯМР-экспериментов. В 2002 году лауреатом премии, также по химии, стал Курт Вютрих, работавший с Эрнстом в соседних зданиях в той же Технической школе. Он получил премию за разработку методов определения трехмерной структуры белков в растворе. До этого единственным методом, позволяющим определять пространственную конформацию больших биомакромолекул, был только рентгеноструктурный анализ. Наконец, в 2003 году премию по медицине за изобретение ЯМР-томографии получили американец Поль Лаутербур и англичанин Петер Мансфилд. Советский первооткрыватель ЭПР Е.К.Завойский Нобелевской премии, увы, не получил.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
См. также:
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)
Электронный парамагнитный резонанс
Явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения в диапазоне радиочастот веществами, помещенными в постоянное магнитное поле, и обусловленное квантовыми переходами между энергетическими подуровнями, связанными с наличием магнитного момента у электронных систем. Также ЭПР называют электронный спиновый резонанс (ЭСР), магнитный спиновый резонанс (МСР) и, среди специалистов, работающих с магнитно-упорядоченными системами, ферромагнитный резонанс (ФМР).
Явление ЭПР можно наблюдать на:
- атомах и молекулах, которые на своих орбиталях имеют нечетное количество электронов – H, N, NO2 и др.;
- химических элементах в различных зарядовых состояниях, у которых не все электроны на внешних орбиталях участвуют в образовании химической связи – прежде всего, это d- и f-элементы;
- свободных радикалах – метильный радикал, нитроксильные радикалы и др.;
- электронных и дырочных дефектах, стабилизирующихся в матрице веществ, – O—, O2—, CO2—, CO23-, CO3—, CO33- и многих других;
- молекулах с четным числом электронов, парамагнетизм которых обусловлен квантовыми явлениями распределения электронов по молекулярным орбиталям – О2;
- наночастицах-суперпарамагнетиках, образующихся при растворении или в сплавах, обладающих коллективным магнитным моментом, которые ведут себя подобно электронному газу.
Структура и свойства спектров ЭПР
Поведение магнитных моментов в магнитном поле зависит от различных взаимодействий неспаренных электронов, как между собой, так и с ближайшим окружением. Важнейшими из них считаются спин-спиновые и спин-орбитальные взаимодействия, взаимодействия между неспаренными электронами и ядрами, на которых они локализуются (сверхтонкие взаимодействия), взаимодействия с электростатическим потенциалом, создаваемым ионами ближайшего окружения в месте локализации неспаренных электронов и другие. Большинство перечисленных взаимодействий приводит к закономерному расщеплению линий. В общем случае спектр ЭПР парамагнитного центра является многокомпонентным. Представление об иерархии основных расщеплений можно получить из следующей схемы (определения используемых обозначений даны ниже):
Основными характеристиками ЭПР-спектра парамагнитного центра (ПЦ) являются:
• количество линий в спектре ЭПР конкретного ПЦ и их относительные интенсивности.
• Тонкая структура (ТС). Число линий ТС определяется величиной спина S ПЦ и локальной симметрией электростатического поля ближайшего окружения, а относительные интегральные интенсивности определяются квантовым числом mS (величина проекции спина на направление магнитного поля). В кристаллах расстояние между линиями ТС зависит от величины потенциала кристаллического поля и его симметрии.
• Сверхтонкая структура (СТС). Линии СТС от конкретного изотопа имеют приблизительно одинаковую интегральную интенсивность и практически эквидистантны. Если ядро ПЦ имеет несколько изотопов, то каждый изотоп дает свой набор линий СТС. Их количество определяется спином I ядра изотопа, около которого локализован неспаренный электрон. Относительные интенсивности линий СТС от различных изотопов ПЦ пропорциональны естественной распространенности этих изотопов в образце, а расстояние между линиями СТС зависит от величины магнитного момента ядра конкретного изотопа, константы сверхтонкого взаимодействия и степени делокализации неспаренных электронов на этом ядре.
• Суперсверхтонкая структура (ССТС). Число линий ССТС зависит от числа nл эквивалентных лигандов, с которыми взаимодействует неспаренная спиновая плотность и величины ядерного спина Iл их изотопов. Характерным признаком таких линий также является распределение их интегральных интенсивностей, которое в случае Iл=1/2 подчиняется закону биномиального распределения с показателем степени nл. Расстояние между линиями ССТС зависит от величины магнитного момента ядер, константы сверхтонкого взаимодействия и степени локализации неспаренных электронов на этих ядрах.
• спектроскопические характеристики линии.
Особенностью спектров ЭПР является форма их записи. По многим причинам спектр ЭПР записывается не в виде линий поглощения, а как производная от этих линий. Поэтому, в ЭПР-спектроскопии принята несколько иная, отличная от общепринятой, терминология для обозначения параметров линий.
Линия ЭПР поглощения и ее первая производная: 1 – гауссова форма; 2 – лоренцева форма.
• Истинная линия – δ-функция, но с учетом релаксационных процессов имеет форму Лоренца.
• Линия – отражает вероятность процесса резонансного поглощения электромагнитного излучения ПЦ и определяется процессами, в которых участвуют спины.
• Форма линии – отражает закон распределения вероятности резонансных переходов. Поскольку, в первом приближении, отклонения от резонансных условий носят случайный характер, форма линий в магниторазбавленных матрицах имеет гауссову форму. Наличие дополнительно обменных спин-спиновых взаимодействий приводит к лоренцевой форме линии. В общем случае форма линии описывается смешанным законом.
• Ширина линии – ΔВmax – cоответствует расстоянию по полю между экстремумами на кривой линии.
• Амплитуда линии – Imax – соответствует по шкале амплитуды сигнала расстоянию между экстремумами на кривой линии.
• Интенсивность – I0 – значение вероятности в точке МАХ на кривой поглощения, вычисляется при интегрировании по контуру линии записи;
• Интегральная интенсивность – площадь под кривой поглощения, пропорциональна количеству парамагнитных центров в образце и вычисляется путем двойного интегрирования линии записи, сначала по контуру, затем по полю.
• Положение линии – В0 – соответствует пересечению контура производной dI/dB с нулевой линией (линией тренда).
• положение линий ЭПР в спектре.
Согласно выражению ħν = gβB, определяющему условия резонансного поглощения для ПЦ со спином S = 1/2, положение линии электронного парамагнитного резонанса можно охарактеризовать значением g-фактора (аналог фактора спектроскопического расщепления Ланде). Величина g-фактора определяется как отношение частоты ν, на которой проводилось измерение спектра к величине магнитной индукции В0, при которой наблюдался максимум эффекта. Следует отметить, что для парамагнитных центров g-фактор характеризует ПЦ как целое, т. е. не отдельную линию в спектре ЭПР, а всю совокупность линий, обусловленных исследуемым ПЦ.
В ЭПР экспериментах фиксируется энергия электромагнитного кванта, то есть частота ν, а магнитное поле В может изменяться в широких пределах. Выделяются некоторые, довольно узкие, диапазоны СВЧ-частот, в которых работают спектрометры. Каждый диапазон имеет свое обозначение:
| Диапазон (BAND) |
Частота ν, МГц (ГГц) |
Длина волны λ, мм |
Магнитная индукция В0, при которой наблюдается сигнал ЭПР свободного электрона с g = 2.0023, Гс (Т) |
|---|---|---|---|
|
L |
1000 (1) |
300 |
300 (0.03) |
|
S |
3000 (3) |
100 |
1100 (0.11) |
|
X |
9500 (9.5) |
32 |
3300 (0.33) |
|
K |
24000 (24) |
12.5 |
8600 (0.86) |
|
Q |
35000 (35) |
8.5 |
12500 (1.25) |
|
W |
95000 (95) |
3.2 |
34000 (3.40) |
|
— |
190000 (190) |
1.6 |
68000 (6.80) |
Наибольшее распространение получили спектрометры X- и Q-диапазонов. Магнитное поле в таких ЭПР спектрометрах создается резистивными электромагнитами. В спектрометрах с большей энергией кванта магнитное поле создается уже на основе сверхпроводящих магнитов. В настоящее время в РЦ МРМИ ЭПР-оборудование представляет собой многофункциональный спектрометр Х-диапазона с резистивным магнитом, позволяющим проводить эксперименты в магнитных полях с индукцией от -11000 Г до 11000 Г.
1. CW
Базовым является CW-режим или режим медленного дифференциального прохождения через резонансные условия. В этом режиме реализуются все классические спектроскопические методики. Он предназначен для получения информации о физической природе парамагнитного центра, месте его локализации в матрице вещества и его ближайшем атомно-молекулярном окружении. Исследования ПЦ в CW-режиме позволяют получить, в первую очередь, исчерпывающую информацию о возможных энергетических состояниях изучаемого объекта. Информацию о динамических характеристиках спиновых систем можно получить, наблюдая ЭПР, например, при различных температурах образца или при воздействии на него фотонами. Для ПЦ, находящихся в триплетном состоянии, дополнительное фотооблучение пробы является обязательным.
Пример
На рисунке представлен спектр эмали зуба бизона (лат. Bison antiquus) из коллекции, отобранной в 2005 г. Сибирской археологической экспедицией ИИМК РАН, проводившей спасательные раскопки на памятнике эпохи верхнего палеолита Берёзовский разрез 2, расположенного на территории угольного разреза «Берёзовский 1».
Зубная эмаль состоит почти из чистого гидроксиапатита Ca(1)4Ca(2)6(PO4)6(OH)2. В структуре гидроксиапатита также содержится 3-4% карбонатов.
Облучение измельченной зубной эмали гамма-излучением приводит к возникновению сложного асимметричного сигнала (АС) ЭПР вблизи значения g=2. Этот сигнал исследуется в задачах дозиметрии, датирования, медицины и как источник информации о структуре апатита.
Основную часть радикалов, возникающих при облучении зубной эмали, составляют анионы карбонатов, т.е. CO2—, CO3—, CO— и CO33-.
На спектре зарегистрирован сигнал от аксиально-симметричных парамагнитных центров CO2— с g‖ = 1.9975 ± 0.0005 и g┴ = 2.0032 ± 0.0005. Сигнал является радиоиндуцированным, т. е. ПЦ образовались под действием ионизирующего излучения (радиации).
Интенсивность сигнала CO2— несет информацию о дозе радиации, полученной объектом за время его существования. В частности, на исследованиях сигналов CO2— в спектрах зубной эмали основаны дозиметрические методы анализа и контроля радиации (ГОСТ Р 22.3.04-96). В данном и многих других случаях возможно датирование минерального образца методом ЭПР. Возрастной диапазон, перекрываемый ЭПР-методом датирования составляет от сотен лет до 105 и даже 106 лет, что превышает возможности радиоуглеродного метода. Образец, спектры которого приведены на рисунке, был датирован методом ЭПР и имеет возраст 18000 ± 3000 лет.
2. FT
Для изучения динамических характеристик центров целесообразно применять импульсные методы. В этом случае применяют FT-режим работы спектрометра ЭПР. В таких экспериментах образец в определенном энергетическом состоянии подвергается сильному импульсному воздействию электромагнитного излучения. Спиновая система выводится из равновесия, и регистрируется реакция системы на это воздействие. Выбирая различные последовательности импульсов и варьируя их параметры (длительность импульса, расстояние между импульсами, амплитуду и т. д.) можно значительно расширить представление о динамических характеристиках ПЦ (временах релаксации Т1 и Т2, диффузии и пр.).
3. ESE (методика электронного спинового эха)
Метод ESE может быть использован для получения спектра двойного электрон-ядерного резонанса, чтобы сэкономить время записи или в случае отсутствия специального оборудования ENDOR.
Пример:
Исследуемый образец: зубная эмаль, состоящая из гидроксиапатита Ca(1)4Ca(2)6(PO4)6(OH)2. Исследовался сигнал радикалов CO2—, находящихся в структуре гидроксиапатита.
Спад свободной индукции (FID) представлен набором колебаний, называемых модуляцией. Модуляция несет информацию о резонансных частотах ядер, окружающих парамагнитный центр. В результате Фурье-преобразования временной зависимости FID получен спектр ядерного магнитного резонанса. На частоте 14 MHz находится сигнал 1Н, следовательно, исследуемые группы CO2— взаимодействуют с расположенными в их окружении протонами.
4. ENDOR
Наиболее распространенной методикой двойного резонанса является метод двойного электронно-ядерного резонанса – ДЭЯР (ENDOR), позволяющий изучать процессы взаимодействия неспаренного электрона как с собственным ядром, так и с ядрами его ближайшего окружения. При этом чувствительность метода ЯМР может возрастать в десятки и даже тысячи раз по отношению к стандартным методам. Описанные методики реализуются как в CW-режиме, так и FT-режиме.
Пример
На рисунке приведен ENDOR спектр биологического гидроксиапатита (зубной эмали). Метод был использован для получения информации об окружении содержащихся в эмали парамагнитных центров CO2—. Зарегистрированы сигналы от ядерного окружения центра CO2— на частотах 14 MHz и 5.6 MHz. Сигнал на частоте 14 MHz относится к ядрам водорода, а сигнал на частоте 5.6 MHz – к ядрам фосфора. Исходя из структурной особенности биологического апатита, можно сделать вывод, что исследуемый парамагнитный центр CO2— находится в окружении анионов OH— и PO4—.
5. ELDOR (на данный момент в РЦ недоступна)
ELDOR (ELectron DOuble Resonance, электронный двойной резонанс) представляет собой разновидность методики двойного резонанса. В этом методе изучается взаимодействие между двумя электронными спиновыми системами, причем спектр ЭПР от одной электронной системы регистрируется при помощи возбуждения другой. Для наблюдения сигнала необходимо существование механизма, связывающего «наблюдаемую» и «накачиваемую» системы. Примерами таких механизмов являются дипольное взаимодействие между спинами, молекулярное движение.
Электронный магнитный резонанс (ЭМИ) — MagLab
Как объяснил Стивен Хилл, директор программы EMR.
Аудиоверсия
Электроны, похожие на крошечные магниты, являются целью исследователей ЭМИ.
ЭМИ означает электронный магнитный резонанс. ЭМИ очень похож на два других метода резонанса, которые используются здесь, в лаборатории: ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и ионный циклотронный резонанс (ИЦР). Большая разница в том, что ЭМИ рассматривает электроны, а не ядра (как в случае ЯМР) или ионы (в случае ИЦР).
Существует несколько форм ЭМИ, включая электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), электронный спиновый резонанс (ЭПР) и электронный циклотронный резонанс (ЭЦР).
Большая разница между ЭПР и ЯМР состоит в том, что природе на самом деле нравится спаривать электроны (это также происходит в ядрах, но не в такой степени). В подавляющем большинстве материалов электроны объединяются в пары, так что один из них имеет спин, указывающий в одну сторону, а другой — в противоположном направлении.Другими словами, на каждый крошечный магнит, указывающий в одну сторону, есть другой, указывающий в противоположном направлении. В результате у вещества нет чистого спина и нет магнетизма . В этой ситуации вы не можете проводить эксперименты по СОЭ или ЭПР.
Так каков спин электрона? Большинство элементарных частиц в природе обладают свойством, называемым угловым моментом. В случае электрона это свойство дает внешнему миру впечатление, что электрон действительно вращается. Таким образом, когда электроны взаимодействуют друг с другом или с электромагнитным излучением (фотонами), они могут обмениваться угловым моментом и энергией.Именно через такой обмен мы можем узнать, что происходит внутри атомов, молекул и твердых тел. Для ЭМИ мы используем микроволны, чтобы смотреть на электроны в твердых телах.
Самое главное, что электрон имеет отрицательный заряд. Когда заряженные объекты вращаются, они производят магнетизм! Другими словами, вращающийся электрон ведет себя как крошечный магнит. В самом деле, ЭТО — происхождение магнетизма, когда электрон представляет собой фундаментальную магнитную частицу. Именно на этом крошечном «магните» мы проводим эксперименты по ЭПР или ЭПР.
Однако в магнитных веществах не все спины электронов спарены. По этой причине ЭПР — очень мощный инструмент для изучения магнетизма. Это имеет огромное технологическое значение, учитывая важную роль магнитов в нашей повседневной жизни, например в электродвигателях и в памяти на жестком диске нашего компьютера. ЭПР / ЭПР также полезен для химиков, которые могут намеренно прикреплять неспаренные электроны к молекулам — процесс, называемый спиновой маркировкой. Затем они могут провести ЭПР на этой меченой молекуле, используя этот неспаренный электрон в качестве локального зонда, который обнаруживает, что происходит внутри молекулы.
ЭМИ — одна из самых междисциплинарных областей в магнитной лаборатории, потому что мы изучаем все, от физики конденсированных сред до биологии и химии.
Как это работает ?: Магнитно-резонансная томография
Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует естественные магнитные свойства тела для получения детальных изображений любой части тела. Для визуализации используется ядро водорода (отдельный протон) из-за его большого количества в воде и жире.
Водородный протон можно сравнить с планетой Земля, вращающейся вокруг своей оси с полюсом север-юг.В этом отношении он ведет себя как небольшой стержневой магнит. В нормальных условиях эти водородные протонные «стержневые магниты» вращаются в теле, а их оси случайно выровнены.
Когда тело помещают в сильное магнитное поле, такое как сканер МРТ, оси протонов выстраиваются в одну линию. Это равномерное выравнивание создает магнитный вектор, ориентированный вдоль оси сканера МРТ. Сканеры МРТ имеют разную напряженность поля, обычно от 0,5 до 1,5 тесла.
Когда к магнитному полю добавляется дополнительная энергия (в виде радиоволны), магнитный вектор отклоняется.Частота радиоволн (RF), которая вызывает резонанс ядер водорода, зависит от искомого элемента (в данном случае водорода) и силы магнитного поля.
Напряженность магнитного поля может быть изменена электронным способом с головы до ног с помощью ряда градиентных электрических катушек, и, изменяя локальное магнитное поле этими небольшими приращениями, различные части тела будут резонировать при приложении разных частот.
Когда источник радиочастоты выключается, магнитный вектор возвращается в состояние покоя, и это вызывает излучение сигнала (также радиоволны).Именно этот сигнал используется для создания МРТ изображений. Катушки приемника используются вокруг рассматриваемой части тела, чтобы действовать как антенны, чтобы улучшить обнаружение излучаемого сигнала. Затем интенсивность принятого сигнала наносится на шкалу серого и строятся изображения поперечного сечения.
Несколько переданных радиочастотных импульсов можно использовать последовательно, чтобы выделить определенные ткани или аномалии. Разный акцент возникает из-за того, что разные ткани расслабляются с разной скоростью, когда переданный радиочастотный импульс выключен.Время, необходимое протонам для полной релаксации, измеряется двумя способами. Первый — это время, необходимое для возврата магнитного вектора в состояние покоя, а второе — время, необходимое для того, чтобы осевое вращение вернулось в состояние покоя. Первый называется релаксацией T1, второй — релаксацией T2.
Таким образом, МРТ состоит из серии импульсных последовательностей. Различные ткани (например, жир и вода) имеют разное время релаксации и могут быть идентифицированы отдельно. Например, используя импульсную последовательность «подавления жира», сигнал от жира будет удален, оставив только сигнал от любых аномалий, лежащих в нем.
Большинство заболеваний проявляются увеличением содержания воды, поэтому МРТ является чувствительным тестом для выявления заболеваний. Точный характер патологии установить сложнее: например, инфекция и опухоль в некоторых случаях могут выглядеть одинаково. Тщательный анализ изображений рентгенологом часто дает правильный ответ.
Нет известных биологических опасностей МРТ, потому что, в отличие от рентгеновских лучей и компьютерной томографии, МРТ использует излучение в радиочастотном диапазоне, которое встречается повсюду вокруг нас, и не повреждает ткани при прохождении через них.
Кардиостимуляторы, металлические зажимы и металлические клапаны могут быть опасными для сканеров МРТ из-за потенциального движения в магнитном поле. Протезы суставов из металла представляют меньшую проблему, хотя могут наблюдаться некоторые искажения изображения вблизи металла. Отделения МРТ всегда проверяют имплантированный металл и могут посоветовать его безопасность. Информация о безопасности также доступна в Интернете по адресу
http://kanal.arad.upmc.edu/MR_Safety/
Можно ли предсказать электромагнитный резонанс в белках, ДНК и РНК? | EPJ Нелинейная биомедицинская физика
Модель резонансного распознавания
RRM основан на выводах о том, что определенные периодичности в распределении энергии делокализованных электронов вдоль белковой молекулы имеют решающее значение для биологической функции белковой ДНК и РНК и / или взаимодействия с их мишенями.Если возможна передача заряда через эти макромолекулы, тогда заряд, движущийся через макромолекулярную основную цепь или через ее трехмерную структуру, например спиральную структуру, может производить электромагнитное излучение, поглощение и резонанс со спектральными характеристиками, соответствующими распределению энергии вдоль белка. RRM позволяет определять эти спектральные характеристики.
Все белки, ДНК и РНК можно рассматривать как линейную последовательность их составляющих элементов: аминокислот или нуклеотидов.Модель RRM интерпретирует эту линейную информацию как числовой ряд, присваивая каждой аминокислоте физический параметр, представляющий энергию делокализованных электронов каждой аминокислоты, а затем преобразует этот числовой ряд в частотную область с помощью преобразования Фурье. Поскольку расстояние между аминокислотами в полипептидной цепи составляет 3,8 Å, можно предположить, что точки в полученной числовой последовательности эквидистантны. Поэтому для этого численного анализа расстояние между точками задается произвольным значением d = 1.Максимальная частота в соответствующем числовом спектре F = 1 / 2d = 0,5. Общее количество точек в последовательности влияет на разрешение спектра. Таким образом, для N-точечной последовательности разрешение в спектре равно 1 / N. N-я точка в спектральной функции соответствует частоте f = n / N.
RRM использует кросс-спектральную функцию для извлечения общих спектральных характеристик для последовательностей с одинаковой или подобной биологической функцией. Наличие пиковой частоты в множественной кросс-спектральной функции означает, что все анализируемые последовательности в группе имеют этот частотный компонент общим.Тот же подход можно использовать для последовательностей ДНК и РНК. Однако для сравнения характерных частот между белками и макромолекулами ДНК / РНК необходимо внести поправки на различия в расстояниях между нуклеотидами (3,4 Å) и аминокислотами (3,8 Å). Эти корректировки производятся в спектре нуклеотидных последовательностей, чтобы конечный результат можно было сравнить с расчетами частоты, сделанными для белков.
Наше предыдущее исследование показало, что все последовательности белков, ДНК и РНК с общей биологической функцией имеют общую частотную составляющую [12–16], которая представляет характерную черту для наблюдаемой функции / взаимодействия.Эта характерная частота связана с биологической функцией белка [12–16].
Более того, было показано, что белки и их мишени, другие белки, ДНК или РНК, имеют общую характеристическую частоту. Таким образом, мы предполагаем, что частоты RRM характеризуют не только общую функцию, но также распознавание и взаимодействие между конкретным белком и его мишенью, что основано на резонансном распознавании [12–16].
Макромолекулярные взаимодействия можно рассматривать как резонансный перенос энергии между взаимодействующими молекулами.Эта энергия может передаваться посредством колебаний физического поля, возможно, электромагнитного по природе. Поскольку есть доказательства того, что белки, ДНК и РНК обладают определенными проводящими или полупроводящими свойствами, заряд, движущийся через макромолекулярный каркас и проходящий различные энергетические стадии, вызванные различными боковыми группами аминокислот или нуклеотидов, может создавать достаточные условия для определенного электромагнитного поля. излучение или поглощение. Частотный диапазон этого поля зависит от скорости заряда.RRM предполагает, что заряд движется через макромолекулярный каркас со скоростью заряда, оцениваемой в 7,87 × 10 5 м / с [12, 13]. Для этой скорости и расстояния между аминокислотами в молекуле белка, которое составляет 3,8 Å, диапазон частот, полученный для взаимодействий с белками, был оценен в диапазоне от 10 13 Гц до 10 15 Гц. Для нуклеотидных последовательностей эту частоту необходимо отрегулировать, так как расстояние между нуклеотидами составляет 3,4 Å. Корректировка была сделана в нуклеотидных последовательностях для соответствия аминокислотным последовательностям.Следовательно, предполагаемый диапазон для макромолекул как аминокислот, так и нуклеотидов включает инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет. Было обнаружено, что эти расчетные предсказания связаны с биологической функцией макромолекул при сравнении с рядом экспериментальных измерений [12–19].
Однако, если принять во внимание структуры белков и комплексов ДНК / РНК, и в частности альфа-спирали, перенос заряда через эти структуры также возможен в виде солитонов [20] (Давыдов [21, 22], Хейман [ 23], Синкала [24]), экситоны (Давыдов [21, 22], Синкала [24], Пан [25], Йомоса [26]) и фононы (Пан [25], Йомоса [26], Ичиносе [27] , Панг [25]).Эти другие формы переноса заряда происходят с разными скоростями в диапазоне от 10 5 м / с для солитонов и некоторых экситонов до скорости звука и малых долей скорости звука для фононов. Таким образом, с одной и той же периодичностью в последовательностях белков, как определено RRM, разные способы переноса заряда могут создавать разные резонансные частоты, которые не обязательно связаны с биологической функцией их белков, но могут быть связаны с резонансами белков и ДНК / РНК. , в целом.
В нашей предыдущей работе мы применили эти способы перемещения заряда к макромолекулам тубулина и микротрубочек и определили ряд возможных частот электромагнитного резонанса в их структурах макромолекул. Эти результаты были экспериментально подтверждены в исследованиях команды Bandyopadhyay, Sahu et al. [11].
Тепловой магнитный резонанс: физические соображения и моделирование электромагнитного поля до 23,5 Тесла (1 ГГц) | Радиационная онкология
Ступп Р., Хеги М.Э., Гилберт М.Р., Чакраварти А. Химиолучевая терапия при злокачественной глиоме: стандарт лечения и направления на будущее. J Clin Oncol. 2007. 25 (26): 4127–36.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Уокер, доктор медицины, Александр Младший, Хант В.Е., Маккарти С.С., Махали-младший, М.С., Мили-младший, Дж. И др. Оценка BCNU и / или лучевой терапии при лечении анапластических глиом: совместное клиническое испытание. J Neurosurg.1978; 49 (3): 333–43.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Ступп Р., Хеги М.Э., Мейсон В.П., ван ден Бент М.Дж., Тапхоорн М.Дж., Янцер Р.К. и др. Эффекты лучевой терапии с сопутствующим и адъювантным темозоломидом по сравнению с одной лучевой терапией на выживаемость при глиобластоме в рандомизированном исследовании III фазы: 5-летний анализ исследования EORTC-NCIC. Ланцет Онкол. 2009. 10 (5): 459–66.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Гебхардт Б.Дж., Добельбауэр МС, Эннис У.Х., Бэг АК, Маркерт Дж. М., Файвэш Дж. Б.. Паттерны неэффективности мультиформной глиобластомы после облучения с ограниченным краем и одновременного приема темозоломида. Радиат Онкол. 2014; 9 (1): 130.
PubMed Central Статья PubMed Google Scholar
Сухами Л., Сейферхельд В., Брахман Д., Подгорсак Э. Б., Вернер-Васик М., Лустиг Р. и др. Рандомизированное сравнение стереотаксической радиохирургии с последующей традиционной лучевой терапией кармустином с традиционной лучевой терапией кармустином для пациентов с мультиформной глиобластомой: отчет протокола группы радиационной терапии онкологии 93–05.Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2004. 60 (3): 853–60.
Артикул PubMed Google Scholar
Снид П.К., Штауфер П.Р., Макдермотт М.В., Дидерих С.Дж., Ламборн К.Р., Прадос М.Д. и др. Преимущество гипертермии на выживаемость в проспективном рандомизированном исследовании усиления брахитерапии +/- гипертермии при мультиформной глиобластоме. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1998. 40 (2): 287–95.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Jordan A, Scholz R, Wust P, Fähling H, Felix R. Гипертермия магнитной жидкости (MFH): лечение рака переменным магнитным полем, вызванное возбуждением биосовместимых суперпарамагнитных наночастиц. J Magn Magn Mater. 1999. 201 (1): 413–9.
CAS Статья Google Scholar
Майер-Хауфф К., Ульрих Ф., Нестлер Д., Нихофф Х., Вуст П., Тисен Б. и др. Эффективность и безопасность внутриопухолевой термотерапии с использованием магнитных наночастиц оксида железа в сочетании с дистанционной лучевой терапией у пациентов с рецидивирующей мультиформной глиобластомой.J Neuro Oncol. 2011. 103 (2): 317–24.
Артикул Google Scholar
Титсворт В.Л., Мурад Дж. Дж., Хох Б.Л., Рахман М. Борьба с огнем: возрождение термотерапии глиом. Anticancer Res. 2014; 34 (2): 565–74.
Google Scholar
Сапарето С., Дьюи В. Определение тепловой дозы в терапии рака. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1984; 10 (6): 787.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Левин Дж. С., Нур С. Г., Коннелл К. Ф., Сульман А., Дюрк Дж. Л., Резник М. И. и др. Фаза II клинических испытаний интерактивной интерстициальной радиочастотной термической абляции первичных опухолей почки под контролем МРТ: первоначальный опыт. Радиология. 2004. 232 (3): 835–45.
Артикул PubMed Google Scholar
Holbrook AB, Santos JM, Kaye E, Rieke V, Pauly KB. МРТ-термометрия в реальном времени для мониторинга HIFU-абляции печени. Magn Reson Med.2010. 63 (2): 365–73.
PubMed Central Статья PubMed Google Scholar
Wust P, Hildebrandt B., Sreenivasa G, Rau B., Gellermann J, Riess H, et al. Гипертермия в комплексном лечении рака. Ланцет Онкол. 2002. 3 (8): 487–97.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Геллерманн Дж., Хильдебрандт Б., Исселс Р., Гантер Х., Влодарчик В., Будач В. и др.Неинвазивная магнитно-резонансная термография сарком мягких тканей при регионарной гипертермии. Рак. 2006. 107 (6): 1373–82.
Артикул PubMed Google Scholar
Людеманн Л., Влодарчик В., Надобный Дж., Вейграух М., Геллерман Дж., Вуст П. Неинвазивная магнитно-резонансная термография во время регионарной гипертермии. Int J Hyperthermia. 2010. 26 (3): 273–82.
Артикул PubMed Google Scholar
Hildebrandt B, Gellermann J, Riess H, Wust P. Вызванная гипертермия при лечении рака. Лечение рака у человека: химиотерапия, биологическая терапия, гипертермия и вспомогательные меры. Сан-Диего, США: Спрингер; 2011. с. 365–77.
Забронировать Google Scholar
Paulides MM, Vossen SH, Zwamborn AP, van Rhoon GC. Теоретическое исследование возможности размещения радиочастотной энергии централизованно в области головы и шеи.Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2005; 63 (2): 634–42.
Артикул PubMed Google Scholar
Паулидес М., Баккер Дж., Нойфельд Э., Зи Дж., Янсен П., Левендаг П. и др. HYPERcollar: новый аппликатор для лечения гипертермии в области головы и шеи *. Int J Hyperthermia. 2007. 23 (7): 567–76.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Dobšícek Trefná H, Vrba J, Persson M.Оценка аппликатора патч-антенны при гипертемии с обращением времени. Int J Hyperthermia. 2010. 26 (2): 185–97.
Артикул PubMed Google Scholar
Винтер Л., Озердем С., Хоффманн В., Санторо Д., Мюллер А., Вайцис Х и др. Разработка и оценка гибридного радиочастотного аппликатора для магнитно-резонансной томографии и гипертермии, индуцированной радиочастотами: моделирование электромагнитного поля до 14,0 Тл и доказательство концепции на 7.0 тесла. Plos ONE. 2013; 8 (4): e61661.
PubMed Central CAS Статья PubMed Google Scholar
Геллерманн Дж., Влодарчик В., Фойсснер А., Фэлинг Х., Надобный Дж., Хильдебрандт Б. и др. Методы и возможности магнитно-резонансной томографии для мониторинга радиочастотной гипертермии в гибридной системе. Int J Hyperthermia. 2005. 21 (6): 497–513.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Paulides M, Bakker J, Hofstetter L, Numan W., Pellicer R, Fiveland E, et al. Лабораторный прототип для экспериментальной проверки радиочастотной гипертермии головы и шеи под МРТ. Phys Med Biol. 2014; 59 (9): 2139.
CAS Статья PubMed Google Scholar
ICNIRP. Рекомендации ICNIRP — для ограничения воздействия изменяющихся во времени электрических, магнитных и электромагнитных полей (до 300 ГГц). Здоровье Phys. 1998. 74 (4): 494–522.
Google Scholar
Crezee J, Van Haaren P, Westendorp H, De Greef M, Kok H, Wiersma J, et al. Улучшение доставки локорегиональной гипертермии с использованием трехмерной управляемой системы гипертермии с фазированной решеткой AMC-8: доклиническое исследование. Int J Hyperthermia. 2009. 25 (7): 581–92.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Де Гриф М, Кок Х., Коррейя Д., Борсбум П., Бел А, Крези Дж.Неопределенность в планировании лечения гипертермией: необходимость в надежной конструкции системы. Phys Med Biol. 2011; 56 (11): 3233.
Артикул PubMed Google Scholar
Тогни П., Райнен З., Нуман В., Верхаарт Р., Баккер Дж., Ван Рун Г. и др. Электромагнитная переработка аппликатора HYPERcollar: в сторону улучшения глубокой локальной гипертермии головы и шеи. Phys Med Biol. 2013; 58 (17): 5997.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Христос А., Кайнц В., Хан Э., Онеггер К., Зефферер М., Нойфельд Е. и др. Виртуальная семья — разработка поверхностных анатомических моделей двух взрослых и двух детей для дозиметрического моделирования. Phys Med Biol. 2010; 55: N23–38.
Артикул PubMed Google Scholar
Воннебергер Ю., Шнакенбург Б., Влодарчик В., Вальтер Т., Стрейтпарт Ф., Рамп Дж. И др. Внутридискальный мониторинг температуры с использованием двойных последовательностей импульсов градиентного эха на 1.0 T.J. Магнитно-резонансная томография. 2010. 31 (6): 1499–503.
Артикул PubMed Google Scholar
Винтер Л., Оберакер Э, Озердем С., Джи Й., фон Кнобельсдорф-Бренкенхофф Ф., Вайдеманн Г. и др. О радиочастотном нагреве коронарных стентов при 7,0 Тесла МРТ. Magn Reson Med. 2014. doi: 10.1002 / mrm.25483.
Курода К. Неинвазивная МРТ, термография с использованием химического сдвига протонов воды. Int J Hyperthermia. 2005. 21 (6): 547–60.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Hasgall P, Neufeld E, Gosselin MC, Klingenböck A, Kuster N. База данных IT’IS для тепловых и электромагнитных параметров биологических тканей. http://www.itis.ethz.ch/database. Версия 2.4, опубликована 30 июля 2013 г. Дата обращения 1 января 2014 г. Доступна версия 2.4 30 июля.
Ремер П., Эдельштейн В., Хейс С., Соуза С., Мюллер О. Фазированная решетка ЯМР.Magn Reson Med. 1990. 16 (2): 192–225.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Paulides MM, Bakker JF, van Rhoon GC. Аппликатор электромагнитной гипертермии головы и шеи: экспериментальная проверка фантома и модель FDTD. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2007. 68 (2): 612–20.
Артикул PubMed Google Scholar
Paulides M, Bakker J, Linthorst M, Van der Zee J, Rijnen Z, Neufeld E, et al.Клиническая осуществимость лечения глубокой гипертермии головы и шеи: новые проблемы для определения положения и измерения температуры. Phys Med Biol. 2010; 55 (9): 2465.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Ниндорф Т., Содиксон Д.К., Кромбах Г.А., Шульц-Менгер Дж. К МРТ сердечно-сосудистой системы при 7 Тл: клинические потребности, технические решения и перспективы исследований. Eur Radiol. 2010; 20: 2806–16.
PubMed Central Статья PubMed Google Scholar
Winter L, Kellman P, Renz W., Gräßl A, Hezel F, Thalhammer C, et al. Сравнение трех конфигураций многоканальных передающих / принимающих радиочастотных катушек для анатомической и функциональной МРТ сердца при 7,0 Тл: значение для клинической визуализации. Eur Radiol. 2012. 22 (10): 2211–20. DOI: 10.1007 / s00330-012-2487-1.
Артикул PubMed Google Scholar
Ниндорф Т., Грэссл А., Тальхаммер С., Диерингер М.А., Краус О., Санторо Д. и др.Прогресс и перспективы магнитного резонанса сердца человека в сверхсильных полях: с точки зрения физики. Дж. Магн Резон. 2012. 229 (0): 208–22. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jmr.2012.11.015.
PubMed Google Scholar
Niendorf T, Paul K, C O, Graessl A, Klix S, Huelnhagen T. et al. Каков магнитный резонанс сердца и тела человека в сверхвысоких полях? Технические достижения, практические аспекты, применения и клинические возможности.ЯМР Биомед. 2015. doi: 10.1002 / nbm.3268.
Niendorf T, Sodickson DK. Параллельная визуализация в МРТ сердечно-сосудистой системы: методы и применения. ЯМР Биомед. 2006. 19 (3): 325–41.
Артикул PubMed Google Scholar
Niendorf T, Sodickson DK. МРТ-визуализация сердечно-сосудистой системы с высоким ускорением с использованием многих канальных технологий: концепции и клинические приложения. Eur Radiol. 2008. 18 (1): 87–102.
PubMed Central Статья PubMed Google Scholar
Voigt T, Homann H, Katscher U, Doessel O. Определение SAR индивидуально для пациента: измерения in vivo и числовая проверка. Magn Reson Med. 2012. 68 (4): 1117–26.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Weihrauch M, Wust P, Weiser M, Nadobny J, Eisenhardt S, Budach V, et al. Адаптация антенных профилей для контроля гипертермии (HT) под МРТ в гибридной системе MR-HT. Med Phys. 2007. 34 (12): 4717–25.
Артикул PubMed Google Scholar
Ranneberg M, Weiser M, Weihrauch M, Budach V, Gellermann J, Wust P. Адаптация регулируемого профиля антенны при лечении гипертермии в режиме онлайн. Med Phys. 2010. 37 (10): 5382–94.
Артикул PubMed Google Scholar
Чжу Ю. Параллельное возбуждение с массивом передающих катушек. Magn Reson Med. 2004. 51 (4): 775–84.
Артикул PubMed Google Scholar
Клоос М.А., Луонг М., Ферран Дж., Амадон А., Ле Бихан Д., Булан Н. Локальное снижение SAR при параллельном возбуждении на основе параметров Тихонова, зависящих от канала. J. Магнитно-резонансная томография. 2010. 32 (5): 1209–16.
Артикул PubMed Google Scholar
Пендсе М., Ратт Б. Алгоритм целевой РЧ гипертермии с максимальным SAR.Proc Intl Soc Mag Reson Med. 2015.
Санторо Д., Винтер Л., Мюллер А., Фогт Дж., Ренц В., Озердем С. и др. Детализация радиочастотного нагрева, вызываемого коронарными стентами: исследование магнитного резонанса 7,0 Тесла. PLOS ONE. 2012; 7 (11): e49963.
PubMed Central CAS Статья PubMed Google Scholar
Винтер Л., Ниндорф Т. О электродинамических ограничениях и конструкции антенной решетки для человека in vivo MR до 70 Тесла и EPR до 3 ГГц.Proc Intl Soc Mag Reson Med. 2015.
Комитет по оценке текущего состояния и будущего направления науки о сильных магнитных полях в США; Совет по физике и астрономии; Отдел инженерных и физических наук; Национальный научно-исследовательский совет. Вашингтон, округ Колумбия, США: The National Academies Press. 2013.
Фу Р., Брей В., Шетти К., Горьков П., Саха С., Лонг Дж. И др. ЯМР высокого разрешения со сверхшироким отверстием 900 МГц в Национальной лаборатории сильного магнитного поля.Дж. Магн Резон. 2005. 177 (1): 1–8.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Смейбидл П., Бёрд М., Эмлер Х., Теннант А. Новая гибридная магнитная система для исследования структуры при самых высоких магнитных полях и температурах в милликельвиновой области. Серия J Phys Conf. 2012; 400.
Понсе А.М., Виглианти Б.Л., Ю.Д., Ярмоленко П.С., Мишелич С.Р., Ву Дж. И др. Магнитно-резонансная томография высвобождения термочувствительных липосом: окраска доз лекарств и противоопухолевые эффекты.J Natl Cancer Inst. 2007. 99 (1): 53–63.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Langereis S, Keupp J, van Velthoven JLJ, de Roos IHC, Burdinski D, Pikkemaat JA, et al. Термочувствительный липосомальный контрастный агент 1H CEST и 19 F для доставки лекарств под контролем МРТ. J Am Chem Soc. 2009. 131 (4): 1380–1.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Issels RD, Lindner LH, Verweij J, Wust P, Reichardt P, Schem BC, et al. Неоадъювантная химиотерапия отдельно или с региональной гипертермией для локализованной саркомы мягких тканей высокого риска: рандомизированное многоцентровое исследование 3 фазы. Ланцет Онкол. 2010. 11 (6): 561–70.
PubMed Central CAS Статья PubMed Google Scholar
Баррето Дж. А., О’Мэлли В., Кубейл М., Грэм Б., Стефан Х., Спичча Л. Наноматериалы: применение в визуализации и терапии рака.Adv Mater. 2011; 23 (12): h28–40.
CAS Статья PubMed Google Scholar
Dunn AE, Dunn DJ, Macmillan A, Whan R, Stait-Gardner T, Price WS, et al. Пространственный и временной контроль высвобождения лекарства через pH и переменное магнитное поле, вызванное разрывом оснований Шиффа. Polym Chem. 2014. 5 (10): 3311–5.
CAS Статья Google Scholar
Биологические эффекты воздействия магнитно-резонансной томографии: обзор | Биомедицинская инженерия онлайн
STOA — Генеральный директорат по исследованиям — Европейский парламент: Физиологические и экологические эффекты неионизирующего электромагнитного излучения. Заключительное исследование 2001.
Google Scholar
Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения: Руководство по ограничению воздействия изменяющихся во времени электрических, магнитных и электромагнитных полей. Общество физиков здоровья 1998.
Google Scholar
Портье C, Вулф М.С., Рабочая группа NIEHS: Оценка воздействия на здоровье электрических и магнитных полей с частотой линии электропередачи: отчет рабочей группы NIEHS. [Research Triangle Park, NC (P.O. Box 1 Research Triangle Park 27709): Национальный институт гигиены окружающей среды Национальный институт здравоохранения США Департамент здравоохранения и социальных служб Службы общественного здравоохранения США 1998.
Google Scholar
Ordidge RJ, Shellock FG, Kanal E: A Y2000 Обновление текущих вопросов безопасности, связанных с МРТ. J Магнитно-резонансная томография 2000, 12: 1. 10.1002 / 1522-2586 (200007) 12: 1 <1 :: AID-JMRI1> 3.0.CO; 2-Z
Артикул Google Scholar
Центр устройств и радиологического здоровья: База данных отчетов о медицинских устройствах, U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов 20 апреля 2002 г.
Shellock FG: Справочное руководство по безопасности при магнитном резонансе. Солт-Лейк-Сити, Amirsys Inc 2003.
Google Scholar
Sawyer-Glover A, Shellock FG: Скрининг перед процедурой МРТ: рекомендации и соображения безопасности для биомедицинских имплантатов и устройств. J Магнитно-резонансная томография 2000, 12: 92–106.10.1002 / 1522-2586 (200007) 12: 1 <92 :: AID-JMRI11> 3.0.CO; 2-7
Статья Google Scholar
Ho HS: Безопасность металлических имплантатов при магнитно-резонансной томографии. Дж. Магнитно-резонансная томография 2001, 14: 472–477. 10.1002 / jmri.1209
Артикул Google Scholar
Shellock FG: Обновление безопасности при магнитном резонансе 2002: Имплантаты и устройства. J Магнитно-резонансная томография 2002, 16: 485–496. 10.1002 / jmri.10196
Артикул Google Scholar
Демпси М.Ф., Кондон B: Термические травмы, связанные с МРТ. Clin Radiol 2001, 56: 457–465. 10.1053 / crad.2000.0688
Артикул Google Scholar
Shellock FG, Crues 3rd JV: MR security and the American College of Radiology White Paper. AJR Am J Roentgenol 2002, 178: 1349–1352.
Артикул Google Scholar
Накамура Т., Фукуда К., Хаякава К., Аоки И., Мацумото К., Секин Т., Уэда Х., Симидзу Ю.: Механизм ожога во время магнитно-резонансной томографии (МРТ) — простые петли могут вызвать тепловое повреждение. Front Med Biol Eng 2001, 11: 117–129. 10.1163 / 156855701316922298
Артикул Google Scholar
Pictet J, Meuli R, Wicky S, van der Klink JJ: Эффекты радиочастотного нагрева вокруг резонансных длин проволоки в МРТ. Phys Med Biol 2002, 47: 2973–2985. 10.1088 / 0031-9155 / 47/16/312
Артикул Google Scholar
Yeung CJ, Susil RC, Atalar E: Радиочастотный нагрев из-за проводящих проводов во время МРТ зависит от фазового распределения поля передачи. Magn Reson Med 2002, 48: 1096–1098.10.1002 / mrm.10310
Артикул Google Scholar
Красин Ф, Вагнер Н: Биологические эффекты неионизирующего электромагнитного излучения. В: Энциклопедия медицинских приборов и инструментов (под редакцией: Webster JG). 1988.
Google Scholar
Lin JC: Достижения в области электромагнитных полей в живых системах Kluwer Academic 2001., III:
Google Scholar
Schenck JF: Защита от сильных статических магнитных полей. J Магнитно-резонансная томография 2000, 12: 2–19. 10.1002 / 1522-2586 (200007) 12: 1 <2 :: AID-JMRI2> 3.0.CO; 2-V
Артикул Google Scholar
Петерсон Ф., Kennelly AE: Некоторые физиологические эксперименты с магнитами в лаборатории Эдисона. NY Med J 1892, 56: 729–734.
Google Scholar
Поилка CK, Thomson RM: Представляет ли магнитное поле промышленную опасность? J Ind Hyg 1921, 3: 117–129.
Google Scholar
Дэвис Л.Д., Паппаджон К., Плавниекс IM: Библиография биологических эффектов магнитных полей. Fed Proc 1962, 21 Pt2: 1–38.
Google Scholar
Budinger TF: Исследования ядерного магнитного резонанса in vitro: известные пороги воздействия на здоровье. J Comput Assist Tomogr 1981, 5: 800–811.
Артикул Google Scholar
High WB, Sikora J, Ugurbil K, Garwood M: Субхронические эффекты сильного статического магнитного поля in vivo (9.4 Т) у крыс. J Магнитно-резонансная томография 2000, 12: 122–139. 10.1002 / 1522-2586 (200007) 12: 1 <122 :: AID-JMRI14> 3.3.CO; 2-3
Статья Google Scholar
Schenck JF, Dumoulin CL, Redington RW, Kressel HY, Elliott RT, McDougall IL: Воздействие на человека магнитных полей 4,0 Т в сканере всего тела. Med Phys 1992, 19: 1089–1098. 10.1118 / 1.596827
Артикул Google Scholar
von Klitzing L: Влияют ли статические магнитные поля ЯМР на биологические сигналы? Clin Physiol Meas 1986, 7: 157–160. 10.1088 / 0143-0815 / 7/2/006
Артикул Google Scholar
Hong CZ, Shellock F: Кратковременное воздействие статического магнитного поля 1,5 тесла не влияет на сомато-сенсорные вызванные потенциалы человека. J Магнитно-резонансная томография 1990, 8: 65–69.10.1016 / 0730-725X (90)
Артикул Google Scholar
Muller S, Hotz M: Слуховые вызванные потенциалы ствола мозга человека (BAEP) до и после МРТ. Magn Reson Med 1990, 16: 476–480.
Артикул Google Scholar
Pacini S, Vannelli GB, Barni T, Ruggiero M, Sardi I, Pacini P, Gulisano M: Эффект 0.Статическое магнитное поле 2 Тл на нейронах человека: ремоделирование и ингибирование передачи сигнала без нестабильности генома. Письма по неврологии 1999, 267: 185–188. 10.1016 / S0304-3940 (99) 00362-6
Артикул Google Scholar
Ключник Р.П., Карриер Д.А., Пика Р., Хайд RW: Установка ферромагнитного зажима для интрацеребральной аневризмы со смертельным исходом. Радиология 1993, 187: 855–856.
Артикул Google Scholar
Kanal E, Shellock F: МРТ пациентов с клипсами внутричерепной аневризмы. Радиология 1993, 187: 612–614.
Артикул Google Scholar
Gimbel JR, Johnson D, Levine PA, Wilkoff BL: Безопасное выполнение магнитно-резонансной томографии у пяти пациентов с постоянными кардиостимуляторами. Pacing Clin Electrophysiol 1996, 19: 913–919.
Артикул Google Scholar
Beischer DE, Knepton JC Jr: Влияние сильных магнитных полей на электрокардиограмму беличьих обезьян ( Saimiri sciureus . Aerosp Med 1964,
Google Scholar
Togawa T, Okay O, Ohima M: Наблюдение ЭДС кровотока. в сильных магнитных полях, приложенных снаружи поверхностными электродами. Med Biol Eng 1967, 5: 169–170.
Артикул Google Scholar
Тенфорде Т.С., Гаффи К.Т., Мойер Б.Р., Будингер TF: Сердечно-сосудистые изменения у обезьян Macaca, подвергшихся воздействию стационарных магнитных полей: экспериментальные наблюдения и теоретический анализ. Bioelectromagnetics 1983, 4: 1–9.
Артикул Google Scholar
Кангарлу А., Берджесс Р.Э., Чжу Х., Накаяма Т., Хэмлин Р.Л., Абдулджалил А.М., Робитайл П.М.: Исследования когнитивной, сердечной и физиологической безопасности при магнитно-резонансной томографии сверхвысокого поля. Магнитно-резонансная томография 1999, 17: 1407–1416. 10.1016 / S0730-725X (99) 00086-7
Артикул Google Scholar
Чакерес Д.В., Кангарлу А., Будулас Х., Янг DC: Влияние воздействия статического магнитного поля силой до 8 Тесла на последовательные измерения показателей жизнедеятельности человека. J Магнитно-резонансная томография 2003, 18: 346–352. 10.1002 / jmri.10367
Артикул Google Scholar
Schenck JF: Здоровье и физиологические последствия воздействия на все тело магнитного поля 4 Тесла во время МРТ. В: Биологические аспекты и аспекты безопасности ядерной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии.Ann NY Acad Sci (под редакцией: Magin RL, Liburdy RP, Persson B). 1992, 649: 285–301.
Google Scholar
Клейнман М.Х., Шевченко Т., Боне C: Влияние магнитного поля на динамику радикальных пар: эффекты разделения в пузырьках. Photochem Photobiol 1998, 68: 710–718. Publisher Full Text 10.1562 / 0031-8655 (1998) 068 <0710: MFEOTD> 2.3.CO; 2
Статья Google Scholar
Scaiano JC, Cozens FL, McLean L: Модель для рационализации эффектов магнитных полей in vivo . Применение механизма радикальных пар к биологическим системам. Photochem Photobiol 1994, 59: 585–589.
Google Scholar
Scaiano JC, Cozens FL, Mohtat N: Влияние комбинированных магнитных полей переменного и постоянного тока на свободные радикалы в организованных и биологических системах.Разработка модели и применение механизма радикальной пары к радикалам в мицеллах. Photochem Photobiol 1995, 62: 818–829.
Артикул Google Scholar
Brocklehurst B, McLauchlan KA: Механизм свободных радикалов для воздействия электромагнитных полей окружающей среды на биологические системы. Int J Radiat Biol 1996, 69: 3–24. 10.1080 / 095530096146147
Артикул Google Scholar
Brocklehurst B: Магнитные изотопные эффекты в биологии: маркер парных радикальных реакций и электромагнитных эффектов? Int J Radiat Biol 1997, 72: 587–596. 10.1080 / 095530097143086
Артикул Google Scholar
Cozens FL, Scaiano JC: Сравнительное исследование влияния магнитного поля на динамику процессов прорастания и случайных пар радикалов в мицеллах. J Am Chem Soc 1993, 115: 5204–5211.
Артикул Google Scholar
Эверсон Р.В., Тиммель С.Р., Броклхерст Б., Хор П.Дж., Маклаучлан К.А.: Влияние слабых магнитных полей на реакции рекомбинации радикалов в мицеллах. Int J Radiat Biol 2000, 76: 1509–1522. 10.1080 / 09553000050176270
Артикул Google Scholar
Brocklehurst B: Магнитные поля и радикальные реакции: последние разработки и их роль в природе. Chem Soc Rev 2002, 31: 301–311. 10.1039 / b107250c
Артикул Google Scholar
Budinger TF: Магнитогидродинамическое замедляющее действие на скорость кровотока при 4,7 тесла оказалось незначительным. В: Книга рефератов Беркли, Калифорния: Общество магнитного резонанса в медицине 1987, 183.
Google Scholar
Келтнер Дж. Р., Роос М. С., Брейкман П. Р., Бюдингер Т.Ф .: Магнитогидродинамика кровотока. Magn Reson Med 1990, 16: 139–149.
Артикул Google Scholar
Schaefer DJ, Bourland JD, Nyenhuis JA: Обзор безопасности пациентов в полях с изменяющимся во времени градиентом. J Магнитно-резонансная томография 2000, 12: 20–29. 10.1002 / 1522-2586 (200007) 12: 1 <20 :: AID-JMRI3> 3.3.CO; 2-P
Артикул Google Scholar
Bergeron J: General Electric Memo. 1985.
Google Scholar
Reilly JP: Стимуляция периферических нервов индуцированными электрическими токами: воздействие изменяющихся во времени магнитных полей. Med Biol Eng Comput 1989, 27: 101–110.
Артикул Google Scholar
Reilly JP: Возбуждение периферических нервов и сердца магнитным полем: сравнение пороговых значений. Med Biol Eng Comput 1991, 29: 571–579.
Артикул Google Scholar
Reilly JP: Принципы возбуждения нервов и сердца изменяющимися во времени магнитными полями. Ann NY Acad Sci 1992, 649: 96–117.
Артикул Google Scholar
Havel W, Nyenhuis J, Bourland J, Foster KS, Geddes LA, Graber GP, Waninger MS, Schaefer DJ: Сравнение прямоугольных и затухающих синусоидальных форм волны дБ / dt при магнитной стимуляции. IEEE Trans Magn 1997, 33: 4269–4271. 10.1109 / 20.619732
Артикул Google Scholar
Schaefer DJ: Аспекты безопасности полей с переключаемым градиентом. Magn Reson Imaging Clin N Am 1998, 6: 731–748.
Google Scholar
Reilly JP: Прикладное биоэлектричество: от электростимуляции до электропатологии. Нью-Йорк: Springer 1998, 194–411.
Глава Google Scholar
Bourland JD, Nyenhuis JA, Mouchawar GA, Geddes LA, Schaefer DJ: Стимуляция периферических нервов человека с помощью z-градиентов. In: Proceedings of the Society for Magnetic Resonance in Medicine Annual Meeting 1990, 1157.
Google Scholar
Bourland JD, Nyenhuis JA, Noe WA, Schaefer DJ, Foster KS, Geddes LA: Кривые двигательной и сенсорной силы-длительности для градиентных полей МРТ. In: Proceedings of the Society of Magnetic Resonance 4th Annual Meeting, New York 1996, 1724.
Google Scholar
Bourland JD, Nyenhuis JA, Schaefer DJ: Физиологические эффекты интенсивных градиентных полей магнитно-резонансной томографии. Neuroimaging Clin N Am 1999, 9: 363–377.
Google Scholar
Nyenhuis JA, Bourland JD, Mouchawar GA, Elabbady TZ, Geddes LA, Schaefer DJ, Riehl ME: Сравнение эффектов стимуляции продольных и поперечных градиентных катушек МРТ. In: Proceedings of the Society for Magnetic Resonance in Medicine Annual Meeting 1991, 1275.
Google Scholar
Budinger TF, Fischer H, Hentschel D, Reinfelder HE, Schmitt F: Физиологические эффекты быстро меняющихся градиентов магнитного поля. J Comput Assist Tomogr 1991, 15: 909–914.
Артикул Google Scholar
Коэн М.С., Вайскофф Р.М., Рзедзян Р.Р., Кантор Х.Л.: Сенсорная стимуляция изменяющимися во времени магнитными полями. Magn Reson Med 1990, 14: 409–414.
Артикул Google Scholar
Schaefer DJ, Bourland JD, Nyenhuis JA, Foster KS, Wirth WF, Geddes LA, Riehl ME .: Определение пороговых значений индуцированной градиентом стимуляции периферических нервов человека для трапециевидных последовательностей импульсов (аннотация). In: Proceedings of the Society of Magnetic Resonance 2th Annual Meeting, San Francisco 1994, 101.
Google Scholar
Schaefer DJ, Bourland JD, Nyenhuis JA, Foster KS, Licato PE, Geddes LA: Влияние одновременных комбинаций градиентов на пороги стимуляции периферических нервов человека. In: Proceedings of the Society of Magnetic Resonance 3rd Annual Meeting, Nice, France 1995, 1220.
Google Scholar
Bourland DJ, Nyenhuis JA, Foster KS, Geddes LA: Кривые пороговых значений и силы-продолжительности боли для градиентных полей МРТ. In: Proceedings of the International Society of Magnetic Resonance in Medicine Annual Meeting, Vancouver 1997, 1974.
Google Scholar
Ham CL, Engels JM, van de Wiel GT, Machielsen A: Стимуляция периферических нервов во время МРТ: эффекты высоких градиентных амплитуд и скорости переключения. J Магнитно-резонансная визуализация 1997, 7: 933–937.
Артикул Google Scholar
Chronik BA, Ramachandran M: Простые анатомические измерения не коррелируют в значительной степени с индивидуальными порогами стимуляции периферических нервов, измеренными с помощью градиентных катушек МРТ. J Магнитно-резонансная томография 2003, 17: 716–721. 10.1002 / jmri.10300
Артикул Google Scholar
Polk C: Биологические эффекты неионизирующих электромагнитных полей. В: Справочник по биомедицинской инженерии (Под редакцией: Бронзино Дж.). CRC Press 1995.
Google Scholar
Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP): Рекомендации по ограничению воздействия изменяющихся во времени электрических, магнитных и электромагнитных полей (до 300 ГГц). Общество физиков здоровья 1998.
Google Scholar
Shellock FG: Нагревание радиочастотной энергией во время процедур МРТ: обзор. J Магнитно-резонансная томография 2000, 12: 30–36. 10.1002 / 1522-2586 (200007) 12: 1 <30 :: AID-JMRI4> 3.0.CO; 2-S
Артикул Google Scholar
Shellock FG: Температурные реакции у людей, подвергшихся магнитно-резонансной томографии. Ann NY Acad Sci 1992, 260–272.
Google Scholar
Bottomley PA, Edelstein WA: Отложение энергии при ЯМР-визуализации всего тела. Med Phys 1981, 8: 510–512. 10.1118 / 1.595000
Артикул Google Scholar
Боттомли П.А., Редингтон Р.В., Эдельштейн В.А., Шенк Дж.Ф .: Оценка воздействия радиочастотной мощности при ЯМР-изображении тела. Magn Reson Med 1985, 2: 336–349.
Артикул Google Scholar
Shellock FG: Биоэффекты и безопасность МРТ. В: Магнитно-резонансная томография мозга и позвоночника (Под редакцией: Athlas S). Нью-Йорк: Raven Press 1990.
Google Scholar
Gordon CJ: Нормализация тепловых эффектов радиочастотного излучения: масса тела по сравнению с общей площадью поверхности тела. Bioelectromagnetics 1987, 8: 111–118.
Артикул Google Scholar
Athey TW: Модель повышения температуры в голове в результате процедуры магнитно-резонансной томографии. Magn Reson Med 1989, 9: 177–184.
Артикул Google Scholar
Adair ER, Berglund LG: О терморегуляторных последствиях ЯМР-визуализации. Магнитно-резонансная томография 1986, 4: 321–333. 10.1016 / 0730-725X (86)
Артикул Google Scholar
Adair ER, Berglund LG: Терморегуляторные последствия сердечно-сосудистых нарушений во время ЯМР-визуализации в теплой / влажной среде. Магнитно-резонансная томография 1989, 7: 25–37. 10.1016 / 0730-725X (89)
Артикул Google Scholar
Шефер Д.Дж., Барбер Б.Дж., Гордон С.Дж., Зелонка Дж., Хеккер Дж .: Тепловые эффекты магнитно-резонансной томографии. В: Сборник тезисов, Общество магнитного резонанса в медицине Беркли, Калифорния: Общество магнитного резонанса в медицине 1985, 2: 925.
Google Scholar
Shellock FG, Crues JV: Изменения температуры, частоты сердечных сокращений и артериального давления, связанные с клинической МРТ при 1,5 T. Радиология 1987, 163: 259–262.
Артикул Google Scholar
Shellock FG, Schaefer DJ, Grundfest W, Crues JV: Тепловые эффекты магнитно-резонансной томографии позвоночника в высоком поле (1,5 Тесла): клинический опыт выше удельной скорости поглощения 0.4 Вт / кг. Acta Radiol Suppl 1986, 369: 514–516.
Google Scholar
Shellock FG, Gordon CJ, Schaefer DJ: Терморегуляторный ответ на клиническую магнитно-резонансную томографию головы при 1,5 Тесла: отсутствие доказательств прямого воздействия на гипоталамус. Acta Radiol Suppl 1986, 369: 512–513.
Google Scholar
Shellock FG, Schaefer DJ, Crues JV: Изменения температуры тела и кожи, вызванные МРТ: Является ли рекомендуемое воздействие радиочастотного излучения слишком консервативным? Br J Radiol 1989, 62: 904–909.
Артикул Google Scholar
Shellock FG, Schaefer DJ, Crues JV: Оценка кровотока в коже, температуры тела и кожи человека во время МРТ при высоких уровнях радиочастотной энергии. Магнитно-резонансная томография 1989, 7: 335.
Google Scholar
Vogl T, Krimmel K, Fuchs A, Lissner J: Влияние магнитно-резонансной томографии ядра человеческого тела и внутрисосудистой температуры. Med Phys 1988, 15: 562–566. 10.1118 / 1.596207
Артикул Google Scholar
Kido DK, Morris TW, Erickson JL, Plewes DB, Simon JH: Физиологические изменения во время МР-визуализации с высокой напряженностью поля. AJR Am J Roentgenol 1987, 148: 1215–1218.
Артикул Google Scholar
Кангарлу А., Шеллок Ф.Г., Чакерес DW: МР-система человека с напряжением 8,0 Тесла: изменения температуры, связанные с нагревом фантома головы радиочастотным излучением. J Магнитно-резонансная томография 2003, 17: 220–2265. 10.1002 / jmri.10236
Артикул Google Scholar
Shellock FG, Schaefer DJ, Kanal E: Физиологические реакции на МРТ, полученные при уровне SAR 6,0 Вт / кг. Радиология 1994, 192: 865–868.
Артикул Google Scholar
Берман E: Репродуктивные эффекты. В: Биологические эффекты радиочастотного излучения Вашингтон, округ Колумбия: EPA-600 / 8–83–026A 1984, 529–542.
Google Scholar
Шеллок Ф.Г., Ротман Б., Сарти D: Нагревание мошонки с помощью МРТ с высокой силой поля. AJR Am J Roentgenol 1990, 154: 1229–1232.
Артикул Google Scholar
Shellock FG, Crues JV: Изменения температуры роговицы, связанные с высокополевой МРТ с использованием катушки для головы. Радиология 1988, 167: 809–811.
Артикул Google Scholar
Shellock FG, Schatz CJ: Повышение температуры роговицы, вызванное МРТ-визуализацией глаза с помощью специальной локальной катушки. Радиология 1992, 185: 697–699.
Артикул Google Scholar
Beers J: Биологические эффекты слабых электромагнитных полей от 0 Гц до 200 МГц: обзор литературы с особым акцентом на возможные эффекты магнитного резонанса. Магнитно-резонансная томография 1989, 7: 309–331.10.1016 / 0730-725X (89)
-0Артикул Google Scholar
Partain CL, Цена RR: MR Безопасность. J Магнитно-резонансная томография 2004, 19: 1. 10.1002 / jmri.10459
Артикул Google Scholar
Принципы магнитного резонанса | Vista Clara Inc
Магнитный резонанс (МР) — это метод в физике, известный как «ядерный магнитный резонанс» или ЯМР.Это потому, что мы используем мощные магнитные поля, чтобы воздействовать на ядра молекул воды для прямой характеристики. Здесь нет никакой радиоактивности, поскольку «ядерный» относится просто к ядру атомов водорода. Это изображено на изображении ниже:
В геофизических приложениях магнитного резонанса высоковольтный электрический ток пропускается через катушку из экранированного провода с определенной частотой — резонансной частотой ядер водорода. Это «возбуждает» ядра, заставляя их генерировать электромагнитный ответный сигнал, который можно измерить на той же катушке, которая использовалась для их возбуждения.
Магнитный резонанс — это неинвазивный физический метод прямого определения магнитного момента протонов водорода
Протон водорода — это вращающаяся частица с положительным зарядом, следовательно, он имеет ненулевой магнитный момент
При помещении в статическое магнитное поле (Bo):
a) магнитный момент преимущественно выравнивается в направлении статического поля, а
b) магнитный момент прецессирует (колеблется) вокруг статического поля с частотой, прямо пропорциональной напряженности статического поля
Fnmr = Bo * (42.58 МГц / т)
Поскольку записанный сигнал ЯМР испускается непосредственно ядрами водорода в воде, он присутствует только при наличии грунтовых вод. Следовательно, измерение сигнала ЯМР позволяет напрямую определять объем и пространственное распределение грунтовых вод. Поведение сигнала ЯМР также предоставляет информацию о гидрогеологической среде в масштабе пор. Его можно использовать для оценки критических свойств, определяющих поток и запасы грунтовых вод, таких как пористость и проницаемость водоносного горизонта.
Как и в термине, используемом для медицинской МРТ (магнитно-резонансной томографии), мы обычно предпочитаем опускать букву «N» из «ЯМР» при описании наших продуктов, за исключением тех случаев, когда даются технические пояснения, поскольку «МРТ» является более широко известным термином.
Узнайте больше о приложениях магнитного резонанса для каротажа скважин, измерения поверхности и анализа почвы и керна.
Для получения более подробной информации о том, как работает магнитный резонанс, посмотрите это короткое 10-минутное видео Дэйва Уолша, президента Vista Clara.
Прочтите исчерпывающий ресурс Halliburton:
Принципы и приложения ЯМР-каротажа
Магнитно-резонансная томография — обзор
▪ ОПИСАНИЕ РЕЖИМА
Магнитно-резонансная томография (МРТ) основана на принципах ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектроскопического метода, используемого для получения микроскопической химической и физической информации о молекулах. МРТ основана на поглощении и излучении энергии в радиочастотном (RF) диапазоне электромагнитного спектра.Он создает изображения на основе пространственных изменений фазы и частоты РЧ-энергии, поглощаемой и излучаемой изображаемым объектом. Ряд биологически значимых элементов, таких как водород, кислород-16, кислород-17, фтор-19, натрий-23 и фосфор-31, являются потенциальными кандидатами для получения МР-изображений. Человеческое тело состоит в основном из жира и воды, которые содержат много атомов водорода, что составляет примерно 63% атомов водорода в человеческом теле. Ядра водорода имеют сигнал ЯМР, поэтому по этим причинам клиническая МРТ в первую очередь отображает сигнал ЯМР от ядер водорода, учитывая его изобилие в организме человека.Протоны ведут себя как маленькие стержневые магниты с северным и южным полюсами внутри магнитного поля. Магнитный момент одиночного протона чрезвычайно мал и не поддается обнаружению. Без внешнего магнитного поля группа протонов принимает случайную ориентацию магнитных моментов. Под действием приложенного внешнего магнитного поля протоны принимают неслучайное выравнивание, в результате чего возникает измеримый магнитный момент в направлении внешнего магнитного поля. Применяя радиочастотные импульсы, можно создавать изображения на основе различий в сигнале от атомов водорода в различных типах тканей.В медицинской визуализации используются самые разные системы: от открытых аппаратов МРТ с напряженностью магнитного поля 0,3 Тл (Тл) до систем МРТ конечностей с напряженностью поля до 1,0 Тл и сканеров всего тела с напряженностью поля до 3,0 Тл (в клинической практике). использовать). Благодаря превосходному контрастному разрешению мягких тканей, МРТ лучше всего подходит для оценки внутренних нарушений суставов, аномалий центральной нервной системы, а также других патологических процессов у пациента, страдающего болью.
Преимущества МРТ перед другими методами визуализации включают отсутствие ионизирующего излучения, превосходное контрастное разрешение мягких тканей, визуализацию с высоким разрешением и возможности многоплоскостной визуализации.Время для получения изображения МРТ было основным недостатком и продолжает оставаться таковым с появлением более быстрых компьютерных томографов (с мультиспиральной компьютерной томографией). Однако новые методы визуализации (например, параллельная визуализация), более быстрые импульсные последовательности и системы с более высокой напряженностью поля решают эту проблему.
Был изобретен ряд импульсных последовательностей, чтобы подчеркнуть различия в сигнале различных мягких тканей. Наиболее распространенные и самые простые из импульсных последовательностей включают в себя T1-взвешенные и T2-взвешенные последовательности.Последовательности, взвешенные по T1, традиционно считались хорошими для оценки анатомических структур. Ткани, которые показывают высокий сигнал (яркие) и изображения, взвешенные по T1, включают жир, кровь (метгемоглобин), белковую жидкость, некоторые формы кальция, меланина и гадолиния (контрастный агент). Последовательности, взвешенные по T2, обычно считались импульсными последовательностями, выделяющими жидкость, и полезными для идентификации патологических процессов. Ткани, которые показывают высокий сигнал на T2-взвешенных изображениях, включают структуры, содержащие жидкость (т.е.е. кисты, суставная жидкость, спинномозговая жидкость) и патологические состояния, вызывающие увеличение внеклеточной жидкости (т. е. источники инфекции или воспаления).
Передовые методы визуализации, используемые в медицинской визуализации, включают магнитно-резонансную ангиографию (MRA), диффузионно-взвешенную визуализацию, визуализацию химического сдвига (подавление жира), функциональную визуализацию мозга и МР-спектроскопию (MRS). Многие из этих методов особенно полезны при визуализации мозга. МРА (времяпролетный или фазовый контраст) и диффузионно-взвешенная визуализация полезны для обнаружения и характеристики ишемических поражений в головном мозге.MRS использует различия в химическом составе тканей, чтобы отличить некроз или нормальное мозговое вещество от опухоли.
При визуализации опорно-двигательного аппарата МР-артрография — это метод, позволяющий улучшить изображение внутренних поражений суставов. 1 Артрография может быть непрямой (вводят гадолиний внутривенно и позволяют ему диффундировать в сустав) или прямым (разбавленный раствор гадолиния вводят чрескожно в сустав), чтобы обеспечить растяжение сустава, помогая в оценке связок, хрящей. , синовиальная пролиферация или внутрисуставные тела.МР-артрография наиболее широко используется в области плечевого сустава для выявления аномалий лабрально-связочного аппарата, а также для различения частичных и полных разрывов вращательной манжеты плеча. Это также полезно для демонстрации разрывов губ в бедре, частичных и полных разрывов боковой связки локтя и связок в локте. Этот метод также полезен у пациентов после менискэктомии коленного сустава для выявления рецидивирующих или остаточных разрывов мениска, оценки перфорации связок и треугольного фиброзного хряща в запястье и оценки стабильности костно-хрящевых повреждений суставной поверхности суставов.Т1-взвешенные изображения часто используются с МР-артрографией, чтобы выявить эффекты сокращения Т1 гадолиния.
