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Kernspin-Tomographie. Kernspin Spin ist eine quantenmechanische Größe ohne klassisches Pendant Kernbausteine Neutron und Proton haben Spin +½ Kernspin.

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Präsentation zum Thema: "Kernspin-Tomographie. Kernspin Spin ist eine quantenmechanische Größe ohne klassisches Pendant Kernbausteine Neutron und Proton haben Spin +½ Kernspin."—  Präsentation transkript:

1 Kernspin-Tomographie

2 Kernspin Spin ist eine quantenmechanische Größe ohne klassisches Pendant Kernbausteine Neutron und Proton haben Spin +½ Kernspin I ist bestimmt durch Bahn-Drehimpuls und Spin der Kernbausteine

3 Kernspin Kerne mit grader Neutronen- und Protonenzahl haben Spin 0 - paarweise paralleler und antiparalleler Spin heben sich auf Kerne mit ungrader Neutronen- oder Protonenzahl haben Spin ( I = ½, \{3/2},...,9/2)

4 Kernspin Spin S verursacht magnetisches Moment µ µ = γ S, mit gyromagnetischem Verhältnis γ gyromagnetisches Verhältnis ist Charakteristikum eines Teilchens

5 Kernspin externes Magnetfeld B führt zur Quantelung der Orientierung des magnetischen Moments µ zu jeder Kernspinzahl I gibt es 2I +1 Orientierungen mI

6 die Zustände mI unterscheiden sich energetisch (Zeeman-Effekt) Kernspin-Übergang von mI mI' hat dann ΔE = ħγB Kernspin

7 Beispiel Wasserstoff 1 H : Kernspin I = + ½ zwei Orientierungen mI 1 = + ½ mI 2 = - ½ ΔE 2.6 * eV Kernspinresonanz

8 Die zwei möglichen Orientierungen legen das Analogon eines Stabmagneten nahe: Kernspinresonanz

9 Stabmagnete würden sich im externen Magnetfeld B in Richtung des Magnetfeldes ausrichten. Spinmomente erfahren aber lediglich eine Vorzugsrichtung durch das externe Magnetfeld. Ausrichtung ist parallel und antiparallel möglich. Spinensemble

10 statistische Boltzmann-Verteilung: parallele Ausrichtung ist energetisch geringfügig niedriger als antiparallele daher kleiner Überschuss an parallelen Momenten Spinensemble

11 1 ml Wasser enthält ca. 6 * Wasserstoffkerne externes Feld von 1 Tesla erzeugt Verhältnis von 6 : Spinensemble

12 Dieser Überschuss erzeugt eine makroskopische Magnetisierung M Wasser (Gewebe, etc.) ist also schwach paramagnetisch Spinensemble

13 die Ausrichtung der Spins ist nicht exakt parallel bzw. antiparallel externes Magnetfeld wirkt mit Drehmoment auf die Spinachse Spin präzediert um Richtung des Magnetfeldes Spinpräzession

14 Präzessions-Frequenz heisst Larmor-Frequenz ω L und ist ω L = γ B Beispiel Wasserstoff bei 1T : ω L 42 MHz

15 Spinpräzession Präzession der einzelnen Spins zwar mit gleicher Frequenz, aber nicht gleicher Phase.

16 Grundzustand im B-Feld Auf- und Ab-Spins sind im energetischen Gleichgewicht, die Überschuss-Spins erzeugen konstante Magnetisierung Die Spins präzedieren außer Phase, ihre Wirkung in der xy-Ebene ist Null.

17 Auslenkung aus Ruhelage möglich durch resonante Anregung der Spins mit elek.magnetischer Welle Resonanz-Frequenz grade Larmor-Frequenz

18 Auslenkung aus Ruhelage 180°- Flip: Überschuss-Spin (niedrigeres Energieniveau, parallel) geht über in antiparallele Orientierung

19 Auslenkung aus Ruhelage 90°-Flip: Überschuss-Spin wechselt genau in die x-y-Ebene

20 Auslenkung aus Ruhelage Spins präzidieren nun um Wirkrichtung des Wechselfeldes Dadurch Synchronisation der Phasen

21 MR-Signal Die Magnetisierung zerlegen: Längsmagnetisierung M z ist der Anteil des Vektors in Richtung der z-Achse, also entlang des äußeren Magnetfelds.

22 MR-Signal Quermagnetisierung M xy ist die Komponente des Vektors, die in der xy-Ebene um das äußere Magnetfeld rotiert.

23 MR-Signal Quermagnetisierung induziert in stationärer Spule eine Wechselspannung free indution decay

24 Relaxation Quermagnetisierung nimmt exponentiell ab Längsmagnetisierung nimmt exponentiell zu Aber : Abnahme Quermagnetisierung schneller als Zunahme Längsmagnetisierung

25 Relaxation Längsmagnetisierung nimmt mit Zeitkonstante T 1 wieder zu. T 1 ist Anhängig von Material, Gewebe...

26 Auswertung

27 Relaxation

28 Auswertung Spin-Phasen laufen auseinander, dadurch zerfällt Quermagnetisierung Zeitkonstante T 2 ebenso Material (Gewebe) abhängig

29 Auswertung


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