Download miễn phí Đề tài Trình bày các khái niệm trong tạo ảnh cộng hưởng từ, các vấn đề về hạt nhân, spin hạt nhân và các hệ quả liên quan



 Cộng hưởng từ có thể được xem như là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh. Đây là một phương pháp mới có tính ứng dụng cao, có rất nhiều đặc tính ưu việt và nó có một tiềm năng phát triển vô cùng lớn. Ngày nay, với tốc độ phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ hiện đại, cộng hưởng từ ngày càng trở nên phổ biến với những sự cải tiến rõ rệt, độ phân giải tăng lên, thời gian chụp giảm xuống, nên việc tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp cộng hưởng từ là một việc hết sức cần thiết và cấp thiết hiện nay khi trợ giúp cho các bạn sỹ và các nhà nghiên cứu rất nhiều trong việc tìm ra các phương pháp chữa trị hiệu quả các bệnh hiểm cùng kiệt mà con người mắc phải. Bên cạnh việc sử dụng các phương pháp này độc lập, việc sử dụng kết hợp các phương pháp tạo ảnh khác nhau cũng cho chúng ta các kết quả rất khả quan. Như việc kết hợp giữa tạo ảnh chức năng bằng công nghệ fMRI với tạo ảnh phát xạ positron (PET) hay SPECT và tạo ảnh thể tích, tái dựng 3D. sẽ cho phép các bạn sỹ xác định một cách chính xác các tổn thương bên trong đầu, mà không cần thực hiện bước phẫu thuật, có thể có nhiều biến chứng phức tạp. Các kỹ thuật tạo ảnh chẩn đoán nói chung và MRI nói riêng sẽ còn tiếp tục phát triển rất mạnh và mở ra rất nhiều cơ hội không chỉ trong chữa trị cho bệnh nhân mà cả các chuyên gia nghiên cứu khoa học.


http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-de_tai_trinh_bay_cac_khai_niem_trong_tao_anh_cong_huong_tu_c_C3bP9Pjp2p.png /tai-lieu/de-tai-trinh-bay-cac-khai-niem-trong-tao-anh-cong-huong-tu-cac-van-de-ve-hat-nhan-spin-hat-nhan-va-cac-he-qua-lien-quan-90266/


Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

moment từ đặt trong một từ trường. Hạt nhân có một moment từ, m - tỷ lệ thuận với moment góc.
m = g.P (3.7)
Hằng số tỉ lệ của hạt nhân g, còn được gọi là hệ số từ hồi chuyển . Hệ số từ
hồi chuyển là một đặc điểm riêng của các hạt nhân, và đối với các proton có giá trị là: 2,675.108 ra/s/I. Khi moment này được đặt trong một từ trường B, nó sẽ có một năng lượng là:
E = -m.B (3.8)
Kết hợp (4.5) và (4.6), một toán tử Hamilton có thể được định nghĩa như sau:
(3.9)
Khi đó, với giả thiết từ trường B được đưa vào song song với trục z, toán tử Hamilton trở thành:
(3.10)
được biết đến là toán tử Hamilton Zeeman. Sử dụng biểu thức Schrodinger, năng lượng tìm ra là:
(3.11)
Vậy đối với 1 proton có: , 1 dịch chuyển giữa 2 trạng thái, miêu tả một thay đổi về năng lượng:
(3.12)
Hình 3.7: Lược đồ mức năng lượng của một proton sau tương tác Zeeman
Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phân chia Zeeman, như đã chỉ ra trên hình 3.7 Trạng thái "spin down": có năng lượng cao hơn trạng thái năng lượng "spin up". Những dịch chuyển giữa hai trạng thái có thể được kích thích bằng hấp thụ hay phát ra một photon, có tần số n0 , chẳng hạn:
(3.13)
Biểu diễn tần số dưới dạng tần số góc cho ta biểu thức Larmor, là cơ sở của hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).
w = g.B0 (3.14)
đặc tính tần số w, gọi là tần số Larmor. Từ trường ngoài (B0) vẫn được giả thiết là nằm dọc theo trục z, và được đánh chỉ số dưới là "0" để phân biệt với từ trường RF đưa vào.
Bằng cách miêu tả theo thuyết cơ học lượng tử hạt nhân nguyên tử, đã chỉ ra phương pháp thực hiện NMR. Những dịch chuyển giữa hai trạng thái năng lượng "spin up" và "spin down", có thể xảy ra bằng cách hấp thụ hay phát ra bức xạ điện từ với tần số cho bởi biểu thức Larmor. Tần số này đối với một hạt nhân cụ thể, tinh khiết cao phụ thuộc vào từ trường đặt vào B0.
Trong một hệ thống thực, không chỉ có một hạt nhân đứng độc lập, mà có rất nhiều hạt nhân, tất cả chúng có thể chiếm giữ 1 trạng thái spin cụ thể nào đó. Điều này có nghĩa là học thuyết cần được sử dụng để xem xét, đánh giá một cái nhìn toàn diện hơn về spin.
Để làm được điều này ta sử dụng Y là một tổ hợp tuyến tính của các trạng thái có thể của spin đối với một hạt nhân độc lập, được định nghĩa như sau:
(3.15)
khi thực hiện một phép đo trên một hệ thống, giá trị mong muốn của phép toán trên những trạng thái chồng lên nhau là:
(3.16)
ở đó giá trị miêu tả khả năng tìm thấy các hạt nhân ở trạng thái mI. Đối với trường của một proton, với 2 trạng thái:
(3.17)
Tỉ số mật độ của 2 trạng thái năng lượng từ phân bố Boltzman là:
(3.18)
Vì vậy sự khác biệt giữa số lượng spin ở trạng thái spin up và spin down là:
(3.19)
Bây giờ nếu ta giả sử rằng, tất cả các hạt nhân "spin up" có một moment từ là , và hạt nhân "spin down" có 1 moment từ , ta có thể viết lại biểu thức của từ trường toàn bộ: (3.20)
Ở đó N là toàn bộ số lượng spin. Bằng cách nhóm các spin có cùng trạng thái từ trường cho phép ta chuyển đổi từ thuyết cơ học lượng tử sang cơ học cổ điển để miêu tả hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân. Ưu điểm của lý thuyết cổ điển đó là cho phép ta quan sát một cái nhìn đơn giản hơn về thí nghiệm cộng hưởng từ.
3.5. Biểu đồ mức năng lượng
Năng lượng giữa 2 trạng thái spin có thể được biểu diễn qua biểu đồ mức năng lượng .
Ta biết Ψ = γ.B (3.21) và E = ψ.h (3.22)
năng lượng của proton cần để tạo ra sự chuyển tiếp giữa 2 trạng thái spin là
E = h.γ.B (3.23)
Hình 3.8: Sự chênh lệch mức năng lượng giữa 2 trạng thái.
Trong đó năng lượng của photon phụ thuộc vào hiệu mức năng lượng giữa 2 trạng thái spin khi sự hấp thụ năng lượng xảy ra
Trong các thí nghiệm về cộng hưởng từ hạt nhân, tần số proton nằm trong dải tần số vô tuyến. Phổ quang học cộng hưởng từ, tần số này trong khoảng 60 đến 800 MHz đối với phân tử H2. Trong ảnh cộng hưởng từ chuẩn đoán, dải tần này là 15 đến 80 MHz
3.6. Thống kê Boltzman
Khi các spin trong từ trường có sự sắp xếp trong 1 hay 2 vị trí định hướng . Tại nhiệt độ phòng, số lượng các spin ở mức năng lượng thấp hơn, N+ , có sự trội hơn không đáng kể về số lượng so với các spin ở mức năng lượng cao hơn, N-, thống kê Boltzman cho thấy
(3.24)
E là hiệu mức năng lượng giữa 2 trạng thái spin
K là hằng số Boltzman k= 1,3805.10-23 J/K
T là nhiệt độ tuyệt đối ( K )
Khi nhiệt độ giảm, tỉ số N- / N+ giảm còn khi nhiệt độ tăng, tỉ số này sẽ tiến tới 1
Các tín hiệu trong máy phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân là kết quả từ sự khác biệt giữa các mức năng lượng được hấp thụ bởi các spin, mà từ đó tạo ra một dịch chuyển từ trạng thái năng lượng thấp sang trạng thái có năng lượng cao, và năng lượng phát ra bởi các spin đồng thời cũng tạo ra một dịch chuyển từ trạng thái năng lượng cao về trạng thái năng lượng thấp. Vì vậy tín hiệu này tỉ lệ thuận với sự khác biệt về mật độ giữa hai trạng thái năng lượng. Cộng hưởng từ hạt nhân có độ nhạy quang phổ tốt hơn vì nó có khả năng phát hiện những khác biệt dù nhỏ nhất của mật độ. Đó là do sự cộng hưởng hay chuyển đổi năng lượng ở một tần số cụ thể giữa các spin và quang phổ kế, điều này đem đến độ nhạy cho NMR.
Sự khác nhau giữa năng lượng hấp thụ bởi spin tạo ra sự chuyển trạng thái từ mức năng thấp lên mức năng lượng cao hơn, hay sự phát xạ của spin khi chuyển trạng thái từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn nói chung đều tạo ra năng lượng bởi spin, tạo ra tín hiệu trong phổ kết quả cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Vì thế tín hiệu này tương ứng với sự khác nhau giữa các trạng thái. Đây là sự cộng hưởng hay sự thay đổi năng lượng tại tần số riêng biệt giữa spin và quang phổ kế, tạo ra mật độ phổ NMR
Hai nhân tố khác có tác động đến tín hiệu NMR là sự đa dạng tự nhiên của các đồng vị và tính đa dạng sinh học
Sự đa dạng tự nhiên của đồng vị là sự phân mảnh trong hạt nhân, có cùng số khối
Ví dụ như có 3 đồng vị của H2 là 1H, 2H, 3H. Sự đa dạng tự nhiên của 1H là 99,985 % . Bảng sau cho thêm một số loại đồng vị hạt nhân đáng quan tâm trong MRI
Bảng 3.3: Hàm lượng tự nhiên của một số nguyên tố.
Nguyên tố
Kí hiệu
Sự đa dạng tự nhiên
Hidro
1H
99,985
1H
0,015
Carbon
13C
1,11
Nitrogen
14N
99,63
15N
0,37
Natri
23Na
100
Phosphorus
31P
100
Kali
39K
93,1
Calcium
43Ca
0,145
Sự đa dạng sinh học tồn tại trong một dạng phân tử
Bảng 3.4: Hàm lượng sinh học
Phân tử
Sự đa dạng
Hidro
0,63
Natri
0,00041
Phosphorus
0,0024
Carbon
0,94
Oxygen
0,26
Calcium
0,0022
Nitrogen
0,015
3.7. Các gói spin
Để diễn tả NMR trên phương diện vi mô, ta sẽ gặp trở ngại do tính cồng kềnh của nó, do đó xét trên phương diện vĩ mô sẽ thuận lợi hơn rất nhiều. Bước đầu tiên trong việc phát triển phương diện vĩ mô đó là định nghĩa khái niệm về gói spin. Gói spin là một nhóm các spin có cường độ từ trường bằng nhau.
Mô tả các gói spin, vector độ từ hoá của từng gói
Véctor độ từ hoá mạng lưới
Hình 3.9: Mô hình gói spin
Tại bất...

---