1. Thelbi i fenomenit

   Para së gjithash, duhet të theksohet se megjithëse emri i këtij fenomeni përmban fjalën "bërthamore", NMR nuk ka asnjë lidhje me fizikën bërthamore dhe në asnjë mënyrë nuk lidhet me radioaktivitetin. Nëse flasim për një përshkrim të rreptë, atëherë nuk ka asnjë mënyrë për të bërë pa ligjet e mekanikës kuantike. Sipas këtyre ligjeve, energjia e bashkëveprimit të bërthamës magnetike me të jashtmen fushë magnetike mund të marrë vetëm disa vlera diskrete. Nëse bërthamat magnetike rrezatohen me një fushë magnetike alternative, frekuenca e së cilës korrespondon me diferencën midis këtyre niveleve diskrete të energjisë, të shprehura në njësi të frekuencës, atëherë bërthamat magnetike fillojnë të lëvizin nga një nivel në tjetrin, duke thithur energjinë. fushë e ndryshueshme. Ky është fenomeni i rezonancës magnetike. Ky shpjegim është formalisht i saktë, por jo shumë i qartë. Ka një shpjegim tjetër, pa mekanikën kuantike. Bërthama magnetike mund të imagjinohet si një top i ngarkuar elektrikisht që rrotullohet rreth boshtit të tij (edhe pse, në mënyrë rigoroze, nuk është kështu). Sipas ligjeve të elektrodinamikës, rrotullimi i një ngarkese çon në shfaqjen e një fushe magnetike, d.m.th., momentin magnetik të bërthamës, i cili drejtohet përgjatë boshtit të rrotullimit. Nëse ky moment magnetik vendoset në një fushë të jashtme konstante, atëherë vektori i këtij momenti fillon të paraprihet, d.m.th., të rrotullohet rreth drejtimit të fushës së jashtme. Në të njëjtën mënyrë, boshti i pjesës së sipërme preces (rrotullohet) rreth vertikalës nëse nuk është i zbërthyer rreptësisht vertikalisht, por në një kënd të caktuar. Në këtë rast, roli i fushës magnetike luhet nga forca e gravitetit.

   Frekuenca e precesionit përcaktohet si nga vetitë e bërthamës ashtu edhe nga forca e fushës magnetike: sa më e fortë të jetë fusha, aq më e lartë është frekuenca. Pastaj, nëse, përveç një fushe magnetike të jashtme konstante, bërthama ndikohet nga një fushë magnetike alternative, atëherë bërthama fillon të ndërveprojë me këtë fushë - duket se bërthama e lëkundet më fort, amplituda e precesionit rritet dhe bërthama thith energjinë e fushës alternative. Sidoqoftë, kjo do të ndodhë vetëm në kushtet e rezonancës, d.m.th., koincidencës së frekuencës së precesionit dhe frekuencës së fushës së jashtme alternative. Ky është i ngjashëm me shembullin klasik nga fizika e shkollës- ushtarë që marshojnë përgjatë urës. Nëse frekuenca e hapit përkon me frekuencën natyrore të urës, atëherë ura lëkundet gjithnjë e më shumë. Eksperimentalisht, ky fenomen manifestohet në varësinë e përthithjes së një fushe alternative nga frekuenca e saj. Në momentin e rezonancës, përthithja rritet ndjeshëm, dhe spektri më i thjeshtë i rezonancës magnetike duket kështu:

   

2. Spektroskopia e transformimit Furier

   Spektrometrat e parë NMR funksionuan saktësisht siç përshkruhet më sipër - mostra u vendos në një fushë magnetike konstante dhe rrezatimi i frekuencës së radios aplikohej vazhdimisht në të. Pastaj ose frekuenca e fushës alternative ose intensiteti i fushës magnetike konstante ndryshonte pa probleme. Thithja e energjisë së fushës alternative u regjistrua nga një urë radiofrekuence, sinjali nga i cili dilte në një regjistrues ose oshiloskop. Por kjo metodë e regjistrimit të sinjalit nuk është përdorur për një kohë të gjatë. Në spektrometrat modernë NMR, spektri regjistrohet duke përdorur impulse. Momentet magnetike të bërthamave ngacmohen nga një puls i shkurtër i fuqishëm, pas së cilës regjistrohet sinjali i induktuar në bobinën RF nga momentet magnetike që kalojnë lirshëm. Ky sinjal gradualisht zvogëlohet në zero ndërsa momentet magnetike kthehen në ekuilibër (ky proces quhet relaksim magnetik). Spektri NMR merret nga ky sinjal duke përdorur transformimin Furier. Kjo është një procedurë standarde matematikore që ju lejon të zbërtheni çdo sinjal në harmonikë të frekuencës dhe kështu të merrni spektrin e frekuencës së këtij sinjali. Kjo metodë e regjistrimit të spektrit ju lejon të zvogëloni ndjeshëm nivelin e zhurmës dhe të kryeni eksperimente shumë më shpejt.

   

   Një impuls emocionues për të regjistruar një spektër është eksperimenti më i thjeshtë NMR. Megjithatë, në një eksperiment mund të ketë shumë impulse të tilla me kohëzgjatje, amplituda të ndryshme, me vonesa të ndryshme midis tyre etj., në varësi të llojit të manipulimeve që duhet të kryejë studiuesi me sistemin e momenteve magnetike bërthamore. Megjithatë, pothuajse të gjitha këto sekuenca pulsi përfundojnë me të njëjtën gjë - regjistrimin e një sinjali precesioni i lirë e ndjekur nga transformimi i Furierit.

3. Ndërveprimet magnetike në materie

   Më vete rezonancë magnetike nuk do të mbetej asgjë më shumë se një fenomen fizik interesant nëse nuk do të ishin ndërveprimet magnetike të bërthamave me njëra-tjetrën dhe me shtresën elektronike të molekulës. Këto ndërveprime ndikojnë në parametrat e rezonancës, dhe me ndihmën e tyre, metoda NMR mund të marrë një larmi informacioni në lidhje me vetitë e molekulave - orientimin e tyre, struktura hapësinore(konformacionet), ndërveprimet ndërmolekulare, shkëmbimi kimik, dinamika rrotulluese dhe përkthimore. Falë kësaj, NMR është bërë një mjet shumë i fuqishëm për studimin e substancave në nivel molekular, i cili përdoret gjerësisht jo vetëm në fizikë, por kryesisht në kimi dhe Biologji Molekulare. Një shembull i një ndërveprimi të tillë është i ashtuquajturi zhvendosje kimike. Thelbi i saj është si më poshtë: shtresë elektronike molekulat i përgjigjen një fushe magnetike të jashtme dhe përpiqen ta mbrojnë atë - mbrojtja e pjesshme e fushës magnetike ndodh në të gjitha substancat diamagnetike. Kjo do të thotë se fusha magnetike në molekulë do të ndryshojë nga fusha magnetike e jashtme me një sasi shumë të vogël, e cila quhet zhvendosje kimike. Megjithatë, vetitë e shtresës elektronike në pjesë të ndryshme molekulat janë të ndryshme, dhe zhvendosja kimike është gjithashtu e ndryshme. Prandaj, kushtet e rezonancës për bërthamat në pjesë të ndryshme të molekulës gjithashtu do të ndryshojnë. Kjo bën të mundur dallimin e bërthamave kimikisht jo ekuivalente në spektër. Për shembull, nëse marrim spektrin e bërthamave të hidrogjenit (protoneve) të ujit të pastër, atëherë do të ketë vetëm një linjë, pasi të dy protonet në molekulën H 2 O janë saktësisht të njëjta. Por për alkoolin metil CH 3 OH tashmë do të ketë dy linja në spektër (nëse neglizhojmë të tjerat ndërveprimet magnetike), meqenëse ekzistojnë dy lloje të protoneve - protonet e grupit metil CH 3 dhe protoni i lidhur me atomin e oksigjenit. Ndërsa molekulat bëhen më komplekse, numri i linjave do të rritet, dhe nëse marrim një molekulë kaq të madhe dhe komplekse si proteinë, atëherë në këtë rast spektri do të duket diçka si kjo:

   

4. Bërthamat magnetike

   NMR mund të vërehet në bërthama të ndryshme, por duhet thënë se jo të gjitha bërthamat kanë një moment magnetik. Shpesh ndodh që disa izotope të kenë një moment magnetik, por izotopet e tjerë të së njëjtës bërthamë jo. Ka më shumë se njëqind izotope të ndryshëm elementet kimike, duke pasur bërthama magnetike, por në kërkime zakonisht përdoren jo më shumë se 1520 bërthama magnetike, gjithçka tjetër është ekzotike. Çdo bërthamë ka raportin e vet karakteristik të fushës magnetike dhe frekuencës së precesionit, të quajtur raporti xhiromagnetik. Për të gjitha bërthamat këto marrëdhënie janë të njohura. Duke përdorur ato, ju mund të zgjidhni frekuencën në të cilën, për një fushë magnetike të caktuar, një sinjal nga të nevojshme nga studiuesi bërthamat.

   Bërthamat më të rëndësishme për NMR janë protonet. Ata janë më të bollshme në natyrë, dhe ata kanë një shumë ndjeshmëri të lartë. Bërthamat e karbonit, azotit dhe oksigjenit janë shumë të rëndësishme për kiminë dhe biologjinë, por shkencëtarët nuk kanë pasur shumë fat me to: izotopet më të zakonshme të karbonit dhe oksigjenit, 12 C dhe 16 O, nuk kanë një moment magnetik, natyral. izotopi i azotit 14 N ka një moment, por për një sërë arsyesh është shumë i papërshtatshëm për eksperimente. Ka izotope 13 C, 15 N dhe 17 O që janë të përshtatshëm për eksperimente NMR, por bollëku i tyre natyror është shumë i ulët dhe ndjeshmëria e tyre është shumë e ulët në krahasim me protonet. Prandaj, mostrat speciale të pasuruara me izotop shpesh përgatiten për studime NMR, në të cilat izotopi natyror i një bërthame të veçantë zëvendësohet nga ai i nevojshëm për eksperimentet. Në shumicën e rasteve, kjo procedurë është shumë e vështirë dhe e shtrenjtë, por ndonjëherë është e vetmja mundësi për të marrë informacionin e nevojshëm.

5. Rezonanca paramagnetike dhe katërpolëshe e elektroneve

   Duke folur për NMR, nuk mund të mos përmenden dy të tjera të lidhura dukuritë fizike- rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR) dhe rezonanca katërpolëshe bërthamore (NQR). EPR është në thelb i ngjashëm me NMR, ndryshimi është se rezonanca vërehet në momentet magnetike jo të bërthamave atomike, por të shtresës elektronike të atomit. EPR mund të vërehet vetëm në ato molekula ose grupe kimike, shtresa elektronike e të cilave përmban një të ashtuquajtur elektron të paçiftuar, atëherë guaska ka një moment magnetik jo zero. Substancat e tilla quhen paramagnet. EPR, si NMR, përdoret gjithashtu për të studiuar struktura të ndryshme vetitë dinamike substanca në nivel molekular, por qëllimi i përdorimit të tij është dukshëm më i ngushtë. Kjo është kryesisht për shkak të faktit se shumica e molekulave, veçanërisht në natyrën e gjallë, nuk përmbajnë elektrone të paçiftuara. Në disa raste është e mundur të përdoret një e ashtuquajtur sondë paramagnetike, d.m.th. grup kimik me një elektron të paçiftuar, i cili lidhet me molekulën në studim. Por kjo qasje ka disavantazhe të dukshme që kufizojnë aftësitë e kësaj metode. Për më tepër, EPR nuk ka një rezolucion kaq të lartë spektral (d.m.th., aftësinë për të dalluar një linjë nga tjetra në spektër) si në NMR.

   Është më e vështirë të shpjegohet natyra e NQR "në gishta". Disa bërthama kanë atë që quhet moment elektrik katërpolësh. Ky moment karakterizon devijimin e shpërndarjes ngarkesë elektrike bërthama nga simetria sferike. Ndërveprimi i këtij momenti me gradientin fushe elektrike, i krijuar nga struktura kristalore e substancës, çon në ndarjen e niveleve energjetike të bërthamës. Në këtë rast, mund të vëzhgoni një rezonancë në një frekuencë që korrespondon me tranzicionet midis këtyre niveleve. Ndryshe nga NMR dhe EPR, NQR nuk kërkon një fushë magnetike të jashtme, pasi ndarja e nivelit ndodh pa të. NQR përdoret gjithashtu për të studiuar substancat, por fushëveprimi i tij i aplikimit është edhe më i ngushtë se ai i EPR.

6. Avantazhet dhe disavantazhet e NMR

   

   NMR është metoda më e fuqishme dhe informuese për studimin e molekulave. Në mënyrë të rreptë, kjo nuk është një metodë, është numër i madh lloje të ndryshme eksperimentesh, pra sekuenca pulsi. Edhe pse të gjitha bazohen në fenomenin e NMR, secili prej këtyre eksperimenteve është krijuar për të marrë disa informacione specifike specifike. Numri i këtyre eksperimenteve matet në shumë dhjetëra, nëse jo qindra. Teorikisht, NMR mundet, nëse jo gjithçka, atëherë pothuajse gjithçka që munden të gjitha metodat e tjera eksperimentale për studimin e strukturës dhe dinamikës së molekulave, megjithëse në praktikë kjo është e realizueshme, natyrisht, jo gjithmonë. Një nga avantazhet kryesore të NMR është se, nga njëra anë, sondat e saj natyrore, d.m.th., bërthamat magnetike, shpërndahen në të gjithë molekulën, dhe nga ana tjetër, ai lejon që të dallohen këto bërthama nga njëra-tjetra dhe të përftohen selektive hapësinore. të dhëna për vetitë e molekulës. Pothuajse të gjitha metodat e tjera ofrojnë informacion ose mesatarisht për të gjithë molekulën ose vetëm për një pjesë të saj.

   NMR ka dy disavantazhe kryesore. Së pari, është ndjeshmëri e ulët në krahasim me shumicën e të tjerave metodat eksperimentale(spektroskopia optike, fluoreshenca, EPR, etj.). Kjo çon në faktin se për të mesatarizuar zhurmën, sinjali duhet të grumbullohet për një kohë të gjatë. Në disa raste, një eksperiment NMR mund të kryhet edhe për disa javë. Së dyti, është e shtrenjtë. Spektrometrat NMR janë ndër instrumentet shkencorë më të shtrenjtë, që kushtojnë të paktën qindra mijëra dollarë dhe spektrometrit më të shtrenjtë kushtojnë disa milionë. Jo të gjithë laboratorët, veçanërisht në Rusi, mund të përballojnë të kenë pajisje të tilla shkencore.

7. Magnet për spektrometrat NMR

   Një nga pjesët më të rëndësishme dhe më të shtrenjta të spektrometrit është magneti, i cili krijon një fushë magnetike konstante. Sa më e fortë të jetë fusha, aq më e lartë është ndjeshmëria dhe rezolucioni spektral, kështu që shkencëtarët dhe inxhinierët vazhdimisht përpiqen t'i bëjnë fushat sa më të larta që të jetë e mundur. Fusha magnetike krijohet nga rryma elektrike në solenoid - sa më e fortë të jetë rryma, aq më e madhe është fusha. Sidoqoftë, është e pamundur të rritet rryma për një kohë të pacaktuar me një rrymë shumë të lartë, teli solenoid thjesht do të fillojë të shkrihet. Prandaj, për një kohë shumë të gjatë, spektrometrat NMR me fushë të lartë kanë përdorur magnet superpërçues, d.m.th., magnet në të cilët teli solenoid është në një gjendje superpërcjellëse. Në këtë rast rezistenca elektrike teli është zero dhe lirimi i energjisë nuk ndodh në asnjë vlerë aktuale. Gjendja superpërcjellëse mund të arrihet vetëm në temperatura shumë të ulëta, vetëm disa gradë Kelvin, temperatura e heliumit të lëngshëm. ( Superpërçueshmëri me temperaturë të lartë- është ende fushë e kërkimeve thjesht themelore.) Është me ruajtjen e një temperature kaq të ulët që lidhen të gjitha vështirësitë teknike në projektimin dhe prodhimin e magneteve, të cilat i bëjnë ato të shtrenjta. Një magnet superpërçues është ndërtuar në parimin e një termos-matryoshka. Solenoidi ndodhet në qendër, në dhomën e vakumit. Ajo është e rrethuar nga një guaskë që përmban helium të lëngshëm. Kjo guaskë është e rrethuar nga një predhë azoti i lëngshëm përmes një shtrese vakumi. Temperatura e azotit të lëngshëm është minus 196 gradë Celsius, për të siguruar që heliumi të avullojë sa më ngadalë. Së fundi, guaska e azotit izolohet nga temperatura e dhomës nga një shtresë e jashtme vakum. Një sistem i tillë është i aftë të ruajë temperaturën e dëshiruar të një magneti superpërçues për një kohë shumë të gjatë, megjithëse për këtë është e nevojshme të shtoni rregullisht azoti i lëngët dhe helium. Avantazhi i magneteve të tillë, përveç aftësisë për të marrë fusha të larta magnetike, është gjithashtu se ata nuk konsumojnë energji: pas ndezjes së magnetit, rryma kalon nëpër tela superpërçues me pothuajse asnjë humbje për shumë vite.

8. Tomografia

   Në spektrometrat konvencionale NMR, ata përpiqen ta bëjnë fushën magnetike sa më uniforme të jetë e mundur, kjo është e nevojshme për të përmirësuar rezolucionin spektral. Por nëse fusha magnetike brenda kampionit, përkundrazi, bëhet shumë johomogjene, kjo hap mundësi thelbësisht të reja për përdorimin e NMR. Inhomogjeniteti i fushës krijohet nga të ashtuquajturat bobina gradient, të cilat punojnë së bashku me magnetin kryesor. Në këtë rast, madhësia e fushës magnetike në pjesë të ndryshme të kampionit do të jetë e ndryshme, që do të thotë se sinjali NMR mund të vëzhgohet jo nga e gjithë kampioni, si në një spektrometër konvencional, por vetëm nga shtresa e tij e ngushtë, për të cilën plotësohen kushtet e rezonancës, d.m.th., marrëdhënia e dëshiruar ndërmjet fushës magnetike dhe frekuencës. Duke ndryshuar madhësinë e fushës magnetike (ose, që është në thelb e njëjta gjë, frekuencën e vëzhgimit të sinjalit), mund të ndryshoni shtresën që do të prodhojë sinjalin. Në këtë mënyrë, ju mund të "skanoni" kampionin në të gjithë vëllimin e tij dhe "të shihni" strukturën e tij të brendshme tre-dimensionale pa e shkatërruar mostrën në asnjë mënyrë. mekanikisht. Deri më sot, një numër i madh teknikash janë zhvilluar për të matur parametra të ndryshëm NMR (karakteristikat spektrale, kohët e relaksimit magnetik, shpejtësia e vetëdifuzionit dhe disa të tjera) me rezolucion hapësinor brenda kampionit. Gjëja më interesante dhe më e rëndësishme, me pikë praktike vizioni, përdorimi i tomografisë NMR është gjetur në mjekësi. Në këtë rast, "shembulli" që studiohet është trupi i njeriut. Imazhi NMR është një nga mjetet diagnostikuese më efektive dhe më të sigurta (por edhe të shtrenjta). fusha të ndryshme mjekësia, nga onkologjia në obstetrikë. Është interesante të theksohet se mjekët nuk përdorin fjalën "bërthamore" në emër të kësaj metode, sepse disa pacientë e lidhin atë me reaksionet bërthamore dhe bombën atomike.

9. Historia e zbulimit

   

   Viti i zbulimit të NMR-së konsiderohet të jetë viti 1945, kur amerikanët Felix Bloch nga Stanford dhe, pavarësisht nga ai, Edward Purcell dhe Robert Pound nga Harvard për herë të parë vëzhguan sinjalin NMR në protone. Në atë kohë, tashmë dihej shumë për natyrën e magnetizmit bërthamor, vetë efekti NMR ishte parashikuar teorikisht dhe ishin bërë disa përpjekje për ta vëzhguar atë në mënyrë eksperimentale. Është e rëndësishme të theksohet se një vit më parë në Bashkimin Sovjetik, në Kazan, fenomeni EPR u zbulua nga Evgeniy Zavoisky. Tani dihet mirë se Zavoisky gjithashtu vëzhgoi sinjalin NMR, ky ishte para luftës, në 1941. Megjithatë, ai kishte në dispozicion një magnet të cilësisë së ulët me uniformitet të dobët të fushës, rezultatet ishin të dobëta të riprodhueshme dhe për këtë arsye mbetën të pabotuara. Për të qenë të drejtë, duhet theksuar se Zavoisky nuk ishte i vetmi që vëzhgoi NMR përpara zbulimit të tij "zyrtar". Veçanërisht, fizikan amerikan Isidor Rabi (fitues i çmimit Nobel në 1944 për studimin e tij të vetive magnetike të bërthamave në rrezet atomike dhe molekulare) gjithashtu vëzhgoi NMR në fund të viteve 1930, por e konsideroi atë një objekt instrumental. Në një mënyrë apo tjetër, vendi ynë ka përparësi në zbulimin eksperimental të rezonancës magnetike. Edhe pse vetë Zavoisky filloi të merrej me probleme të tjera menjëherë pas luftës, zbulimi i tij luajti një rol të madh në zhvillimin e shkencës në Kazan. Kazan mbetet ende një nga liderët në botë qendrave shkencore me spektroskopi EPR.

10. Çmimet Nobel në Rezonancën Magnetike

    Në gjysmën e parë të shekullit të 20-të, disa çmime Nobel iu dhanë shkencëtarëve pa punën e të cilëve zbulimi i NMR nuk do të kishte ndodhur. Mes tyre janë Peter Zeeman, Otto Stern, Isidor Rabi, Wolfgang Pauli. Por kishte katër çmime Nobel të lidhura drejtpërdrejt me NMR. Në vitin 1952, çmimi iu dha Felix Bloch dhe Edward Purcell për zbulimin e rezonancës magnetike bërthamore. Ky është i vetmi çmim Nobel "NMR" në fizikë. Në vitin 1991, zvicerani Richard Ernst, i cili punonte në ETH të famshëm në Cyrih, mori çmimin për kimi. Atij iu dha për zhvillimin e metodave të spektroskopisë shumëdimensionale NMR, të cilat bënë të mundur rritjen rrënjësore të përmbajtjes së informacionit të eksperimenteve NMR. Në vitin 2002, fituesi i çmimit, gjithashtu në kimi, ishte Kurt Wüthrich, i cili punoi me Ernst në ndërtesat fqinje në të njëjtën Shkollë Teknike. Ai mori çmimin për zhvillimin e metodave për përcaktimin e strukturës tre-dimensionale të proteinave në zgjidhje. Më parë, metoda e vetme për të përcaktuar konformacionin hapësinor të biomakromolekulave të mëdha ishte analiza e difraksionit me rreze X. Më në fund, në vitin 2003, amerikani Paul Lauterbur dhe anglezi Peter Mansfield morën çmimin mjekësor për shpikjen e tomografisë NMR. Zbuluesi sovjetik i EPR, E.K. Zavoisky, mjerisht, nuk mori çmimin Nobel.

Rezonanca magnetike bërthamore (NMR) është më e sigurta metodë diagnostike

Faleminderit

Informacion i pergjithshem

Fenomeni rezonanca magnetike bërthamore (NMR) u zbulua në vitin 1938 nga rabini Isaac. Fenomeni bazohet në praninë e vetive magnetike në bërthamat e atomeve. Vetëm në vitin 2003 u shpik një metodë për të përdorur këtë fenomen për qëllime diagnostikuese në mjekësi. Për shpikjen, autorët e saj morën Çmimi Nobël. Në spektroskopi, trupi që studiohet ( pra trupi i pacientit) vendoset në një fushë elektromagnetike dhe rrezatohet me valë radio. Kjo është një metodë plotësisht e sigurt ( ndryshe nga, për shembull, tomografia e kompjuterizuar), i cili ka një shkallë shumë të lartë rezolucioni dhe ndjeshmërie.

Aplikimi në ekonomi dhe shkencë

1. Në kimi dhe fizikë, për të identifikuar substancat e përfshira në një reaksion, si dhe rezultatet përfundimtare të reaksioneve,
2. Në farmakologjinë për prodhimin e barnave,
3. Në bujqësi për të përcaktuar përbërje kimike gruri dhe gatishmëria për mbjellje ( shumë i dobishëm në mbarështimin e specieve të reja),
4. Në mjekësi - për diagnostikim. Një metodë shumë informuese për diagnostikimin e sëmundjeve të shtyllës kurrizore, veçanërisht të disqeve ndërvertebrale. Bën të mundur zbulimin edhe të shkeljeve më të vogla të integritetit të diskut. Zbulon tumoret e kancerit në fazat e hershme të formimit.

Thelbi i metodës

Metoda e rezonancës magnetike bërthamore bazohet në faktin se në momentin kur trupi është në një fushë magnetike shumë të fortë të akorduar posaçërisht ( 10,000 herë më e fortë se fusha magnetike e planetit tonë), molekulat e ujit të pranishme në të gjitha qelizat e trupit formojnë zinxhirë të vendosur paralelisht me drejtimin e fushës magnetike.

Nëse ndryshoni papritur drejtimin e fushës, molekula e ujit lëshon një grimcë elektriciteti. Janë këto ngarkesa që zbulohen nga sensorët e pajisjes dhe analizohen nga një kompjuter. Në bazë të intensitetit të përqendrimit të ujit në qeliza, kompjuteri krijon një model të organit ose pjesës së trupit që studiohet.

Si rezultat, mjeku ka një imazh pikturë njëngjyrëshe në të cilën mund të shihni seksione të holla të organit me shumë detaje. Sipas shkallës së përmbajtjes së informacionit këtë metodë e tejkalon ndjeshëm tomografinë e kompjuterizuar. Ndonjëherë jepen edhe më shumë detaje rreth organit që ekzaminohet sesa është e nevojshme për diagnozën.

Llojet e spektroskopisë së rezonancës magnetike

• Lëngjet biologjike,
• Organet e brendshme.

Teknika bën të mundur ekzaminimin në detaje të të gjitha indeve të trupit të njeriut, përfshirë ujin. Sa më shumë lëng në inde, aq më të lehta dhe më të ndritshme janë ato në foto. Kockat, në të cilat ka pak ujë, përshkruhen të errëta. Prandaj, tomografia e kompjuterizuar është më informuese në diagnostikimin e sëmundjeve të kockave.

Teknika e perfuzionit me rezonancë magnetike bën të mundur monitorimin e lëvizjes së gjakut nëpër indet e mëlçisë dhe trurit.

Sot në mjekësi emri përdoret më gjerësisht MRI (Imazhe me rezonancë magnetike ), që nga përmendja reaksion bërthamor në emër i frikëson pacientët.

Indikacionet

1. Sëmundjet e trurit
2. Studimi i funksioneve të pjesëve të trurit,
3. Sëmundjet e kyçeve,
4. Sëmundjet e palcës kurrizore,
5. Sëmundjet organet e brendshme zgavrën e barkut,
6. Sëmundjet e sistemit urinar dhe riprodhues,
7. Sëmundjet e mediastinumit dhe zemrës,
8. Sëmundjet vaskulare.

Kundërindikimet

Kundërindikimet absolute:
1. Pacemaker,
2. Proteza elektronike ose ferromagnetike të veshit të mesëm,
3. Aparatet Ferromagnetike Ilizarov,
4. Proteza të brendshme të mëdha metalike,
5. Kapëse hemostatike të enëve cerebrale.

Kundërindikimet relative:
1. Stimuluesit e sistemit nervor,
2. Pompat e insulinës,
3. Lloje të tjera të protezave të veshit të brendshëm,
4. Valvulat protetike të zemrës,
5. Kapëse hemostatike në organe të tjera,
6. Shtatzënia ( është e nevojshme të merret mendimi i një gjinekologu),
7. Dështimi i zemrës në fazën e dekompensimit,
8. Klaustrofobia ( frika nga hapësirat e mbyllura).

Përgatitja për studimin

Përgatitja e veçantë kërkohet vetëm për ata pacientë që i nënshtrohen ekzaminimit të organeve të brendshme ( traktit gjenitourinar dhe tretës): Nuk duhet të hani ushqim pesë orë para procedurës.
Nëse koka është duke u ekzaminuar, seksi i drejtë këshillohet të heqë përbërjen, pasi substancat që përmbahen në kozmetikë ( për shembull, në rimel), mund të ndikojë në rezultatet. Të gjitha bizhuteritë metalike duhet të hiqen.
Ndonjehere personeli mjekësor kontrollon pacientin duke përdorur një detektor metalik portativ.

Si kryhet hulumtimi?

Para fillimit të studimit, çdo pacient plotëson një pyetësor për të ndihmuar në identifikimin e kundërindikacioneve.

Pajisja është një tub i gjerë në të cilin pacienti vendoset në një pozicion horizontal. Pacienti duhet të qëndrojë plotësisht i palëvizshëm, përndryshe imazhi nuk do të jetë mjaft i qartë. Pjesa e brendshme e tubit nuk është e errët dhe ka ajrim të freskët, kështu që kushtet për procedurën janë mjaft komode. Disa instalime prodhojnë një zhurmë të dukshme, më pas personi që ekzaminohet mban kufje që thithin zhurmën.

Kohëzgjatja e ekzaminimit mund të variojë nga 15 minuta deri në 60 minuta.
Ne disa qendrat mjekësore Lejohet që një i afërm ose personi shoqërues të jetë me pacientin në dhomën ku po kryhet studimi ( nëse nuk ka kundërindikacione).

Në disa qendra mjekësore, një anesteziolog jep qetësues. Në këtë rast, procedura është shumë më e lehtë për t'u toleruar, veçanërisht për pacientët që vuajnë nga klaustrofobia, fëmijët e vegjël ose pacientët të cilët, për ndonjë arsye, e kanë të vështirë të qëndrojnë të qetë. Pacienti bie në një gjendje gjumi terapeutik dhe prej tij del i pushuar dhe i gjallëruar. Barnat e përdorura eliminohen shpejt nga trupi dhe janë të sigurta për pacientin.

Rezultati i ekzaminimit është gati brenda 30 minutave pas përfundimit të procedurës. Rezultati lëshohet në formën e një DVD, raporti të mjekut dhe fotografive.

Përdorimi i agjentit të kontrastit në NMR

Më shpesh, procedura kryhet pa përdorimin e kontrastit. Megjithatë, në disa raste është e nevojshme ( për hulumtime vaskulare). Në këtë rast, agjenti i kontrastit injektohet në mënyrë intravenoze duke përdorur një kateter. Procedura është e ngjashme me çdo injeksion intravenoz. Për këtë lloj hulumtimi, përdoren substanca të veçanta - paramagnetët. Këta janë të dobëtit substancave magnetike, grimcat e së cilës, duke qenë në një fushë magnetike të jashtme, magnetizohen paralelisht me vijat e fushës.

Kundërindikimet për përdorimin e mjeteve të kontrastit:

• Shtatzënia,
• Intoleranca individuale ndaj përbërësve të agjentit të kontrastit, të identifikuar më parë.

Ekzaminimi vaskular (angiografi me rezonancë magnetike)

Duke përdorur këtë metodë, ju mund të monitoroni si gjendjen e rrjetit të qarkullimit të gjakut ashtu edhe lëvizjen e gjakut nëpër enët.
Përkundër faktit se metoda bën të mundur "të parë" enët pa një agjent kontrasti, me përdorimin e saj imazhi është më i qartë.
Instalimet speciale 4-D bëjnë të mundur monitorimin e lëvizjes së gjakut pothuajse në kohë reale.

Indikacionet:

• Defektet kongjenitale të zemrës,
• Aneurizma, diseksioni,
• Stenoza vaskulare,

Hulumtimi i trurit

Ky është një test i trurit që nuk përdor rreze radioaktive. Metoda ju lejon të shihni kockat e kafkës, por ju mund të ekzaminoni indet e buta në më shumë detaje. Një metodë e shkëlqyer diagnostike në neurokirurgji, si dhe neurologji. Bën të mundur zbulimin e pasojave të mavijosjeve dhe tronditjeve të vjetra, goditjeve në tru, si dhe neoplazive.
Zakonisht përshkruhet për gjendje të ngjashme me migrenën me etiologji të panjohur, ndërgjegje të dëmtuar, neoplazi, hematoma dhe mungesë koordinimi.

MRI e trurit ekzaminon:

• enët kryesore të qafës,
• enët e gjakut që furnizojnë trurin
• indet e trurit,
• orbitat e gropave të syrit,
• pjesët më të thella të trurit ( tru i vogël, gjëndra pineale, gjëndrra e hipofizës, seksionet e zgjatura dhe të ndërmjetme).

NMR funksionale

Kjo diagnozë bazohet në faktin se kur aktivizohet ndonjë pjesë e trurit përgjegjëse për një funksion të caktuar, qarkullimi i gjakut në atë zonë rritet.
Personit që ekzaminohet i jepen detyra të ndryshme dhe gjatë ekzekutimit të tyre regjistrohet qarkullimi i gjakut në pjesë të ndryshme të trurit. Të dhënat e marra gjatë eksperimenteve krahasohen me tomogramin e marrë gjatë periudhës së pushimit.

Ekzaminimi i shtyllës kurrizore

Kjo metodë është e shkëlqyer për të studiuar mbaresat nervore, muskujt, palcën e eshtrave dhe ligamentet, si dhe disqet ndërvertebrale. Por për frakturat e shtyllës kurrizore ose nevojën për të ekzaminuar strukturat kockore, është disi inferiore ndaj tomografisë së kompjuterizuar.

Ju mund të ekzaminoni të gjithë shtyllën kurrizore, ose mund të ekzaminoni vetëm zonën e shqetësimit: qafën e mitrës, kraharorit, lumbosakral, dhe gjithashtu veçmas koksikun. Kështu, gjatë ekzaminimit të shtyllës së qafës së mitrës, mund të zbulohen patologji të enëve të gjakut dhe rruazave që ndikojnë në furnizimin me gjak të trurit.
Gjatë ekzaminimit rajoni i mesit Mund të zbulohen hernie ndërvertebrale, shtylla kockore dhe kërcore, si dhe nerva të shtypur.

Indikacionet:

• Ndryshimet në formën e disqeve ndërvertebrale, duke përfshirë herniet,
• Lëndimet e shpinës dhe shtyllës kurrizore
• Osteokondroza, proceset distrofike dhe inflamatore në kocka,
• Neoplazite.

Ekzaminimi i palcës kurrizore

Ajo kryhet njëkohësisht me një ekzaminim të shtyllës kurrizore.

Indikacionet:

• Mundësia e neoplazmave të palcës kurrizore, lezioneve fokale,
• Për të kontrolluar mbushjen e zgavrave të palcës kurrizore me lëng cerebrospinal,
• Kistet e shtyllës kurrizore,
• Për të monitoruar rikuperimin pas operacionit,
• Nëse ekziston rreziku i sëmundjes së shtyllës kurrizore.

Ekzaminimi i përbashkët

Kjo metodë e hulumtimit është shumë efektive për studimin e gjendjes së indeve të buta që përbëjnë kyçin.

Përdoret për diagnostikim:

• Artriti kronik,
• Lëndimet e tendinave, muskujve dhe ligamenteve ( veçanërisht shpesh përdoret në mjekësinë sportive),
• Perelomov,
• Neoplazitë e indeve të buta dhe kockave,
• Dëmtimi nuk zbulohet nga metoda të tjera diagnostikuese.

E aplikueshme për:

• Ekzaminimi nyjet e ijeve me osteomielit, nekrozë të kokës së femurit, frakturë stresi, artrit septik,
• Ekzaminimi i nyjeve të gjurit për fraktura të stresit, shkelje e integritetit të disa komponentëve të brendshëm ( menisk, kërc),
• Ekzaminimi i nyjës së shpatullës për dislokime, nerva të shtrënguara, këputje të kapsulës së kyçit,
• Ekzaminimi i kyçit të kyçit të dorës në rastet e paqëndrueshmërisë, frakturave të shumëfishta, bllokimit të nervit median dhe dëmtimit të ligamentit.

Ekzaminimi i artikulacionit temporomandibular

I përshkruar për të përcaktuar shkaqet e mosfunksionimit në nyje. Ky studim zbulon më plotësisht gjendjen e kërcit dhe muskujve, bën të mundur zbulimin e dislokimeve. Përdoret edhe para operacioneve ortodontike ose ortopedike.

Indikacionet:

• Lëvizshmëria e dëmtuar e nofullës së poshtme,
• Klikimi i tingujve kur hapet dhe mbyllet goja,
• Dhimbje në tempull gjatë hapjes dhe mbylljes së gojës,
• Dhimbje gjatë palpimit të muskujve mastikë,
• Dhimbje në muskujt e qafës dhe kokës.

Ekzaminimi i organeve të brendshme të zgavrës së barkut

Një ekzaminim i pankreasit dhe mëlçisë është përshkruar për:

• Verdhëza jo infektive,
• Probabiliteti i neoplazmës së mëlçisë, degjenerimi, abscesi, cistet, me cirrozë,
• Për të monitoruar ecurinë e trajtimit,
• Për rupturat traumatike,
• Gurët në fshikëzën e tëmthit ose në kanalet biliare,
• Pankreatiti i çdo forme,
• Probabiliteti i neoplazmave,
• Ishemia e organeve parenkimale.

Metoda ju lejon të zbuloni cistet e pankreasit dhe të ekzaminoni gjendjen e kanaleve biliare. Identifikohet çdo formacion që bllokon kanalet.

Një ekzaminim i veshkave përshkruhet kur:

• Dyshimi për një neoplazi,
• Sëmundjet e organeve dhe indeve të vendosura pranë veshkave,
• Mundësia e ndërprerjes së formimit të organeve urinare,
• Nëse është e pamundur të kryhet urografia ekskretuese.

Para ekzaminimit të organeve të brendshme duke përdorur rezonancë magnetike bërthamore, është e nevojshme të kryhet një ekzaminim me ultratinguj.

Hulumtimi për sëmundjet e sistemit riprodhues

Ekzaminimet e legenit janë të përshkruara për:

• Mundësia e një neoplazie të mitrës, fshikëzës, prostatës,
• Lëndimet,
• Neoplazitë e legenit për të identifikuar metastazat,
• Dhimbje në zonën e sakrumit,
• Vezikuliti,
• Për të ekzaminuar gjendjen e nyjeve limfatike.

Për kancerin e prostatës, ky ekzaminim përshkruhet për të zbuluar përhapjen e tumorit në organet e afërta.

Nuk këshillohet të urinoni një orë para testit, pasi imazhi do të jetë më informues nëse fshikëza është disi e mbushur.

Hulumtimi gjatë shtatzënisë

Përkundër faktit se kjo metodë e hulumtimit është shumë më e sigurt se radiografia ose tomografia e kompjuterizuar, ajo rreptësisht nuk lejohet të përdoret në tremujorin e parë të shtatzënisë.
Në tremujorin e dytë dhe të tretë, metoda përshkruhet vetëm për arsye shëndetësore. Rreziku i procedurës për trupin e një gruaje shtatzënë është se gjatë procedurës disa inde nxehen, gjë që mund të shkaktojë ndryshime të padëshirueshme në formimin e fetusit.
Por përdorimi i një agjenti kontrasti gjatë shtatzënisë është rreptësisht i ndaluar në çdo fazë të shtatzënisë.

Masat paraprake

1. Disa instalime NMR janë projektuar si një tub i mbyllur. Njerëzit që vuajnë nga frika nga hapësirat e mbyllura mund të përjetojnë një sulm. Prandaj, është më mirë të pyesni paraprakisht se si do të shkojë procedura. Ka instalime të tipit të hapur. Ato janë një dhomë e ngjashme me një dhomë me rreze X, por instalime të tilla janë të rralla.

2. Ndalohet hyrja në dhomën ku ndodhet pajisja me sende metalike dhe pajisje elektronike ( p.sh., ora, bizhuteri, çelësa), pasi në një fushë të fuqishme elektromagnetike, pajisjet elektronike mund të thyhen dhe objektet e vogla metalike do të fluturojnë larg. Në të njëjtën kohë, do të merren të dhëna jo plotësisht të sakta nga anketa.

Para përdorimit, duhet të konsultoheni me një specialist.

Faqe 1

Rezonatorët elektromagnetikë përbëhen kryesisht nga një rajon dielektrik i kufizuar nga mure përcjellëse.  

Rezonatorët elektromagnetikë mund të kenë më shumë forma të ndryshme. Një klasë veçanërisht e rëndësishme janë rezonatorët, të cilët janë përcjellës valësh cilindrikë me skaje të mbyllura. Do të supozojmë se sipërfaqet fundore janë rrafshe pingul me boshtin e cilindrit.  

Për çfarë qëllimi janë shpesh të veshura rezonatorët elektromagnetikë nga brenda me argjend?  

NË rast i përgjithshëm në teorinë e rezonatorëve elektromagnetikë, zgjidhjet e ekuacioneve të Maksuellit ose ekuacioneve të derivateve të rendit të dytë kërkohen në kushtet e kërkuara kufitare.  

Shpjegoni pse mprehtësia e akordimit të një rezonatori elektromagnetik prej bakri mund të rritet shumë duke e zhytur në ajër të lëngshëm.  

MULTIMODE, i projektuar për simulimin numerik të rezonatorëve elektromagnetikë homogjenë me bosht simetrik dhe gjatësor të kompleksit formë gjeometrike. Izoparametrika bi-kuadratike e përdorur në paketim elemente të fundme bëjnë të mundur përafrimin e mjaftueshëm të seksioneve të lakuara të kufijve dhe, me një numër të vogël pikash rrjeti, marrjen e vlerave të frekuencës brenda saktësisë së kërkuar për praktikë. Metoda e përsëritjes së nënhapësirës bën të mundur gjetjen e njëkohshme të frekuencave të para natyrore dhe funksioneve përkatëse, pa kërkuar informacion apriori për shpërndarjen e spektrit. Metoda ju lejon të llogaritni frekuenca të thjeshta dhe të shumëfishta. Një krahasim kur zgjidhen probleme identike me metoda të tjera në një kompjuter të së njëjtës klasë tregon se MULTIMODE kërkon 1 - 2 rend të madhësisë më pak kohë procesori duke arritur të njëjtën saktësi. Kjo bën të mundur llogaritjen në mënyrë efektive të rezonatorëve kompleksë, si dhe optimizimin e gjeometrisë së tyre. Paketa është e pajisur me grafikun e vet software, që bën të mundur marrjen paraqitje grafike rezultatet. Aktualisht, paketa MULTIMODE është zbatuar në JINR, IHEP, INP AS USSR, IM BAN dhe përdoret për projektimin e objekteve të reja të përshpejtuesit.  

Një zgavër sferike me rreze a në një mjedis përçues mund të shërbejë si një rezonator elektromagnetik.  

Dikush e transferon pyetjen në mekanizmin e emetimit të rrezatimit të një atomi ose, në përgjithësi, një rezonator elektromagnetik, i cili është i panjohur për ne.  

Dikush e transferon pyetjen në mekanizmin e emetimit të rrezatimit të një atomi ose, në përgjithësi, një rezonator elektromagnetik, i cili është i panjohur për ne. Duke zgjidhur problemin e shpërndarjes së energjisë midis rezonatorëve, Planck pranoi që një rezonator i caktuar, të ketë numri i dhënë lëkundjet v, mund të marrin vetëm pjesë të tëra hv të energjisë. NË kohë moderne Planck tregoi se dikush mund të kufizohet edhe në supozimin se vetëm rrezatimi ndodh në pjesë / iv, ndërsa thithja ndodh vazhdimisht.  

Teoria e metodës bazohet në një teoremë veprimi të përgjithësuar për një rezonator elektromagnetik: në një rezonator elektromagnetik pa humbje, energjia totale është e pandryshueshme në lidhje me çdo ndryshim adiabatik, në të cilin periudha e lëkundjes mbetet e pandryshuar. Ndryshimi adiabatik një ndryshim konsiderohet se ndodh shumë ngadalë në krahasim me periudhën e lëkundjes.  

Në sistemet telematëse për linjat e komunikimit me tela në Bashkimin Sovjetik, konvertuesit e kompensimit me rezonatorë elektromagnetikë të kontrolluar (nga frekuenca) përdoren më gjerësisht. DC. Ky drejtim i prodhimit të konvertuesve matës të frekuencës për sistemet e telemetrit në BRSS u propozua dhe u zhvillua nga prof.  

Ekziston një metodë tjetër për të përcaktuar funksionet e valës, bazuar në fenomeni i radhës. Nëse një kokërr (top) e vogël metalike futet në një rezonator elektromagnetik, frekuenca e rezonancës do të rritet dhe zhvendosja e rezonancës do të jetë proporcionale me katrorin e forcës së fushës elektrike në pikën ku ndodhet kokrriza.  

Fusha magnetike me mikrovalë; M0 është komponenti konstant i magnetizimit; Nt dhe Nz - faktorë demagnetizues tërthor dhe gjatësor; Por gjithashtu R0 janë fusha magnetizuese të brendshme dhe të jashtme; DN dhe AY janë gjysma e gjerësisë së lakores statike FMR të mediumit ferrit dhe kampionit, përkatësisht. Ekuacioni (1) ndryshon nga ekuacioni që përshkruan lëkundjet e një rezonatori elektromagnetik në formën e anës së djathtë të tij. Ana e djathtë e ekuacionit për komponentin e vektorit M në një ose një tjetër drejtim tërthor, përveç përbërësit të fushës mikrovalore në këtë drejtim, përfshin derivatet e përbërësve tërthor të fushës.  

Megjithëse zgavra rezonante që përshkruam është shumë e ndryshme në pamje nga një qark konvencional rezonant i përbërë nga një spirale dhe një kondensator, të dy sistemet rezonante janë të ndërlidhura ngushtë. Të dy janë anëtarë të së njëjtës familje; Këta janë vetëm dy shembuj ekstremë të rezonatorëve elektromagnetikë dhe shumë faza të ndërmjetme mund të vendosen mes tyre. Le të fillojmë, le të themi, duke lidhur një kondensator paralelisht me induktancën dhe duke formuar një qark rezonant (Fig.  

Rezonanca magnetike bërthamore (NMR) është një spektroskopi bërthamore që përdoret gjerësisht në të gjitha shkencat fizike dhe industrisë. Në NMR për duke hetuar vetitë e brendshme të rrotullimit të bërthamave atomike të përdorura magnet i madh. Ashtu si çdo spektroskopi, për të krijuar një tranzicion midis niveleve të energjisë (rezonancës) që përdor rrezatimi elektromagnetik(valët e radiofrekuencës në intervalin VHF). Në kimi, NMR ndihmon në përcaktimin e strukturës së molekulave të vogla. Rezonanca magnetike bërthamore në mjekësi ka gjetur aplikim në imazhet e rezonancës magnetike (MRI).

Hapja

NMR u zbulua në vitin 1946 nga shkencëtarët e Universitetit të Harvardit Purcell, Pound dhe Torrey, dhe Bloch, Hansen dhe Packard në Stanford. Ata vunë re se bërthamat 1 H dhe 31 P (protoni dhe fosfori-31) janë në gjendje të thithin energjinë e radiofrekuencës kur ekspozohen ndaj një fushe magnetike, forca e së cilës është specifike për çdo atom. Kur përthitheshin, ata filluan të rezononin, secili element në frekuencën e vet. Ky vëzhgim na lejoi të kryenim analiza e detajuar struktura molekulare. Që atëherë, NMR ka gjetur aplikim në kinetikë dhe studimet strukturore lëndët e ngurta, lëngjet dhe gazet, duke rezultuar në dhënien e 6 çmimeve Nobel.

Vetitë rrotulluese dhe magnetike

Bërthama përbëhet nga grimcat elementare të quajtura neutrone dhe protone. Ata kane momentin e vet vrulli i quajtur spin. Ashtu si elektronet, rrotullimi i një bërthame mund të përshkruhet nga numrat kuantikë I dhe në një fushë magnetike m. Bërthamat atomike me numër çift protonesh dhe neutronesh kanë spin zero, dhe të gjitha të tjerat kanë spin jo zero. Përveç kësaj, molekulat me rrotullim jo zero kanë moment magnetik μ = γ I, ku γ është raporti xhiromagnetik, konstanta e proporcionalitetit ndërmjet magnetit moment dipol dhe këndore, të ndryshme për çdo atom.

Momenti magnetik i bërthamës bën që ajo të sillet si një magnet i vogël. Në mungesë të një fushe magnetike të jashtme, çdo magnet është i orientuar rastësisht. Gjatë një eksperimenti NMR, kampioni vendoset në një fushë magnetike të jashtme B0, e cila bën që magnetet me shirita me energji të ulët të rreshtohen në drejtimin B0 dhe magnetet e shiritave me energji të lartë në drejtimin e kundërt. Në këtë rast, ndodh një ndryshim në orientimin e rrotullimit të magneteve. Për të kuptuar këtë koncept mjaft abstrakt, duhet të merren parasysh nivelet e energjisë së një bërthame gjatë një eksperimenti NMR.

Nivelet e energjisë

Për të kthyer rrotullimin, kërkohet një numër i plotë kuantesh. Për çdo m ka 2m + 1 nivele energjie. Për një bërthamë rrotullimi 1/2 ka vetëm 2 - një e ulët, e zënë nga rrotullime të lidhura me B0, dhe një e lartë, e zënë nga rrotullime të lidhura me B0. Çdo nivel energjie përcaktohet nga shprehja E = -mℏγB 0, ku m është numri kuantik magnetik, në këtë rast +/- 1/2. Nivelet e energjisë për m> 1/2, të njohura si bërthama katërpolëshe, janë më komplekse.

Diferenca e energjisë ndërmjet niveleve është e barabartë me: ΔE = ℏγB 0, ku ℏ është konstanta e Plankut.

Siç shihet, fuqia e fushës magnetike ka një rëndësi të madhe, pasi në mungesë të saj nivelet degjenerojnë.

Tranzicionet e energjisë

Që të ndodhë rezonanca magnetike bërthamore, duhet të ndodhë një rrotullim rrotullues midis niveleve të energjisë. Diferenca e energjisë midis dy gjendjeve korrespondon me energjinë e rrezatimit elektromagnetik, i cili bën që bërthamat të ndryshojnë nivelet e tyre të energjisë. Per shumicen Spektrometrat NMR B 0 është i rendit 1 Tesla (T), dhe γ është i rendit 10 7. Prandaj, rrezatimi elektromagnetik i kërkuar është i rendit 10 7 Hz. Energjia e një fotoni përfaqësohet me formulën E = hν. Prandaj, frekuenca e nevojshme për përthithje është: ν= γB 0 /2π.

Mbrojtja bërthamore

Fizika e NMR bazohet në konceptin e mbrojtjes bërthamore, i cili lejon përcaktimin e strukturës së materies. Çdo atom është i rrethuar nga elektrone që rrotullohen rreth bërthamës dhe veprojnë në fushën e saj magnetike, e cila nga ana tjetër shkakton ndryshime të vogla në nivelet e energjisë. Kjo quhet mbrojtje. Bërthamat që përjetojnë fusha të ndryshme magnetike të lidhura me ndërveprimet elektronike lokale quhen jo ekuivalente. Ndryshimi i niveleve të energjisë në rrotullimin e rrotullimit kërkon një frekuencë të ndryshme, e cila krijon një kulm të ri në spektrin NMR. Ekzaminimi lejon përcaktimin strukturor të molekulave duke analizuar sinjalin NMR duke përdorur transformimin Furier. Rezultati është një spektër i përbërë nga një grup majash, secila që korrespondon me një mjedis të ndryshëm kimik. Zona e majës është drejtpërdrejt proporcionale me numrin e bërthamave. informacion i detajuar rreth strukturës është marrë nga Ndërveprimet NMR, duke ndryshuar spektrin në mënyra të ndryshme.

Relaksimi

Relaksimi i referohet fenomenit të kthimit të bërthamave në to termodinamikisht gjendjet që janë të qëndrueshme pas ngacmimit në nivele më të larta të energjisë. Kjo çliron energjinë e absorbuar gjatë kalimit nga një nivel më i ulët në një nivel më të lartë. Është e bukur proces i vështirë, duke u zhvilluar në periudha të ndryshme kohore. Dy më i zakonshëm llojet e relaksimit janë spin-lattice dhe spin-spin.

Për të kuptuar relaksimin, është e nevojshme të merret parasysh i gjithë modeli. Nëse bërthamat vendosen në një fushë magnetike të jashtme, ato do të krijojnë magnetizimin e vëllimit përgjatë boshtit Z. Rrotullimet e tyre janë gjithashtu koherente dhe lejojnë që sinjali të zbulohet. NMR zhvendos magnetizimin në masë nga boshti Z në rrafshin XY, ku shfaqet.

Relaksimi i rrjetës rrotulluese karakterizohet nga koha T 1 që kërkohet për të rivendosur 37% të magnetizimit të vëllimit përgjatë boshtit Z. Sa më efikas të jetë procesi i relaksimit, aq më i ulët është T 1. Në trupat e ngurtë, meqenëse lëvizja ndërmjet molekulave është e kufizuar, koha e relaksimit është e gjatë. Matjet zakonisht kryhen duke përdorur metoda pulsuese.

Relaksimi spin-spin karakterizohet nga humbja e kohës së koherencës reciproke T2. Mund të jetë më i vogël ose i barabartë me T1.

Rezonanca magnetike bërthamore dhe aplikimet e saj

Dy fushat kryesore në të cilat NMR është dëshmuar jashtëzakonisht e rëndësishme janë mjekësia dhe kimia, por aplikacione të reja po zhvillohen çdo ditë.

Imazhi i rezonancës magnetike bërthamore, i njohur më shpesh si imazhi i rezonancës magnetike (MRI), është mjet i rëndësishëm diagnostikues mjekësor, përdoret për të studiuar funksionin dhe strukturën Trupi i njeriut. Kjo ju lejon të merrni imazhe të detajuara të çdo organi, veçanërisht të indeve të buta, në të gjitha planet e mundshme. Përdoret në fushën e imazherisë kardiovaskulare, neurologjike, muskuloskeletore dhe onkologjike. Ndryshe nga tomografia kompjuterike alternative, rezonanca magnetike nuk përdoret rrezatimi jonizues, pra plotësisht i sigurt.

MRI mund të zbulojë ndryshime delikate që ndodhin me kalimin e kohës. Imazhet NMR mund të përdoren për të identifikuar anomalitë strukturore që ndodhin gjatë rrjedhës së sëmundjes, se si ato ndikojnë në zhvillimin e mëvonshëm dhe se si përparimi i tyre lidhet me aspektet mendore dhe emocionale të çrregullimit. Për shkak se MRI nuk e vizualizon mirë kockën, ajo prodhon imazhe të shkëlqyera të intrakraniale dhe intravertebrale përmbajtjen.

Parimet e përdorimit të rezonancës magnetike bërthamore në diagnostikim

Gjatë një procedure MRI, pacienti shtrihet brenda një magneti cilindrik masiv dhe të zbrazët dhe është i ekspozuar ndaj një fushe magnetike të fuqishme dhe të qëndrueshme. Atome të ndryshme në pjesën e skanuar të trupit rezonojnë në frekuenca të ndryshme fusha. MRI përdoret kryesisht për të zbuluar dridhjet e atomeve të hidrogjenit, të cilat përmbajnë një bërthamë protonike rrotulluese që ka një fushë të vogël magnetike. Në MRI, një fushë magnetike e sfondit rreshton të gjithë atomet e hidrogjenit në inde. Një fushë e dytë magnetike, e orientuar ndryshe nga fusha e sfondit, ndizet dhe fiket shumë herë në sekondë. Në një frekuencë të caktuar, atomet rezonojnë dhe rreshtohen me fushën e dytë. Kur fiket, atomet kthehen prapa, duke u lidhur me sfondin. Kjo krijon një sinjal që mund të merret dhe të shndërrohet në një imazh.

Indet me një sasi të madhe hidrogjeni, i cili është i pranishëm në trupin e njeriut si pjesë e ujit, krijohen imazh i ndritshëm, dhe me pak ose aspak përmbajtje (për shembull, kocka) duken të errëta. Shkëlqimi i MRI rritet nga një agjent kontrasti si gadodiamidi, të cilin pacientët e marrin para procedurës. Megjithëse këta agjentë mund të përmirësojnë cilësinë e imazhit, ndjeshmëria e procedurës mbetet relativisht e kufizuar. Janë duke u zhvilluar metoda për të rritur ndjeshmërinë e MRI. Më premtuesja është përdorimi i parahidrogjenit, një formë hidrogjeni me veti unike të rrotullimit molekular që është shumë i ndjeshëm ndaj fushave magnetike.

Përmirësimet në karakteristikat e fushave magnetike të përdorura në MRI kanë çuar në zhvillimin e teknikave imazherike shumë të ndjeshme si difuzioni dhe MRI funksionale, të cilat janë krijuar për të imazhuar vetitë shumë specifike të indeve. Për më tepër, një formë unike e teknologjisë MRI e quajtur angiografia me rezonancë magnetike përdoret për të imazhuar lëvizjen e gjakut. Kjo ju lejon të vizualizoni arteriet dhe venat pa pasur nevojë për gjilpëra, kateterë ose agjentë kontrasti. Ashtu si me MRI, këto teknika kanë ndihmuar në revolucionarizimin e kërkimit dhe diagnostikimit biomjekësor.

E avancuar Teknologjitë kompjuterike lejohen radiologët nga seksionet dixhitale, të marra nga skanerët MRI, krijojnë holograme tredimensionale që shërbejnë për të përcaktuar vendndodhjen e saktë të dëmtimit. Tomografia është veçanërisht e vlefshme në ekzaminimin e trurit dhe palcës kurrizore, si dhe të organeve të legenit si fshikëza dhe kocka kanceloze. Metoda mund të përcaktojë shpejt dhe me saktësi shkallën e dëmtimit të tumorit dhe të vlerësojë dëmin e mundshëm nga një goditje, duke i lejuar mjekët të përshkruajnë trajtimin e duhur në kohën e duhur. MRI ka zëvendësuar kryesisht artrografinë, nevojën për të injektuar material kontrasti në një nyje për të vizualizuar dëmtimin e kërcit ose ligamentit, dhe mielografinë, injektimin e materialit kontrasti në kanalin kurrizor për të vizualizuar anomalitë e palcës kurrizore ose të diskut ndërvertebral.

Aplikimi në kimi

Shumë laboratorë sot përdorin rezonancën magnetike bërthamore për të përcaktuar strukturat e përbërjeve të rëndësishme kimike dhe biologjike. Në spektrat NMR, maja të ndryshme japin informacion në lidhje me mjedisin specifik kimik dhe lidhjet midis atomeve. Shumica i zakonshëm Izotopet që përdoren për të zbuluar sinjalet e rezonancës magnetike janë 1 H dhe 13 C, por shumë të tjerë janë të përshtatshëm, si 2 H, 3 He, 15 N, 19 F, etj.

Spektroskopia moderne NMR ka gjetur aplikim të gjerë në sistemet dhe lojërat biomolekulare rol i rendesishem në biologjinë strukturore. Me zhvillimin e metodologjisë dhe instrumenteve, NMR është bërë një nga metodat spektroskopike më të fuqishme dhe më të gjithanshme për analizën e biomakromolekulave, e cila lejon karakterizimin e tyre dhe komplekseve të tyre me përmasa deri në 100 kDa. Së bashku me kristalografinë me rreze X, kjo është një nga dy teknologjitë kryesore për përcaktimin e strukturës së tyre në nivelin atomik. Përveç kësaj, NMR ofron një unik dhe informacion i rendesishem në lidhje me funksionet e proteinës, e cila luan një rol vendimtar në zhvillim barna. Disa nga përdorimet Spektroskopia NMR janë dhënë më poshtë.

• Kjo është metoda e vetme për përcaktimin e strukturës atomike të biomakromolekulave në tretësirat ujore në afërsi të fiziologjike kushte ose mjedise që imitojnë membranën.
• Dinamika molekulare. Ky është më i fuqishmi metodë kuantifikimi vetitë dinamike të biomakromolekulave.
• Palosja e proteinave. Spektroskopia NMRështë mjeti më i fuqishëm për përcaktimin e strukturave të mbetura të proteinave të shpalosura dhe ndërmjetësve të palosjes.
• Gjendja e jonizimit. Metoda është efektive në përcaktimin e vetive kimike grupet funksionale në biomakromolekulat si jonizimi gjendjet e grupeve të jonizueshme të vendeve aktive të enzimave.
• Rezonanca magnetike bërthamore lejon studimin e ndërveprimeve të dobëta funksionale midis makrobiomolekulave (për shembull, me konstante disociimi në intervalin mikromolar dhe milimolar), gjë që nuk mund të bëhet duke përdorur metoda të tjera.
• Hidratimi i proteinave. NMR është një mjet për zbulimin e ujit të brendshëm dhe ndërveprimet e tij me biomakromolekulat.
• Kjo është unike Metoda e zbulimit të ndërveprimit të drejtpërdrejtë lidhjet hidrogjenore.
• Ekzaminimi dhe zhvillimi i barnave. Në veçanti, rezonanca magnetike bërthamore është veçanërisht e dobishme në identifikimin e barnave dhe përcaktimin e konformacioneve të komponimeve të lidhura me enzimat, receptorët dhe proteinat e tjera.
• Proteina vendase e membranës. NMR në gjendje të ngurtë ka potencial përcaktimi i strukturave atomike të domeneve të proteinave të membranës në mjedisin e membranës vendase, duke përfshirë ligandët e lidhur.
• Analiza metabolike.
• Analiza kimike. Identifikimi kimik dhe analiza konformacionale e kimikateve sintetike dhe natyrore.
• Shkenca e Materialeve. Një mjet i fuqishëm në studimin e kimisë dhe fizikës së polimerit.

Aplikime të tjera

Rezonanca magnetike bërthamore dhe aplikimet e saj nuk kufizohen vetëm në mjekësi dhe kimi. Metoda është dëshmuar të jetë shumë e dobishme në fusha të tjera si testimi i klimës, industria e naftës, kontrolli i procesit, NMR e fushës së Tokës dhe magnetometrat. Testimi jo-shkatërrues kursen në mostrat e shtrenjta biologjike, të cilat mund të ripërdoren nëse nevojiten më shumë testime. Rezonanca magnetike bërthamore në gjeologji përdoret për të matur porozitetin e shkëmbinjve dhe përshkueshmërinë e lëngjeve nëntokësore. Magnetometrat përdoren për të matur fusha të ndryshme magnetike.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve