Mágneses rezonancia módszerek: spinek tánca mágneses mezőben Kürti Jenő egyetemi tanár Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai Intézet, Biológiai Fizika Tanszék Budapest „Az atomoktól a csillagokig” előadássorozat 2008. november 6. e-mail: kurti@virag.elte.hu web: virag.elte.hu/kurti

Rezonancia 2

PRECESSZIÓ L = t 3

4

5

Kb. 26 ezer év 6

7

precesszió mágneses mező hatására LARMOR-PRECESSZIÓ: precesszió mágneses mező hatására giromágneses objektum μ  J B θ É D || = |μ|  |B|  sinθ = |μ  B| 8

precesszió mágneses mező hatására LARMOR-PRECESSZIÓ: precesszió mágneses mező hatására ωL = B giromágneses objektum μ  J B θ É D || = |μ|  |B|  sinθ = |μ  B| J = t 9

precesszió mágneses mező hatására LARMOR-PRECESSZIÓ: precesszió mágneses mező hatására ωL = B precesszáló spin 10

Mágneses rezonancia 1944 Jevgenyij K. Zavojszkij : mágneses rezonancia elektronokon → ESR (=EPR) 1945 Felix Bloch, Edward M. Purcell: mágneses rezonancia protonokon → NMR 11

E=μB= μzB= γħ mB Energia Zeeman-felhasadás B0 = 0 B0  0 E=μB= μzB= γħ mB Energia 12

13

14

Stern – Gerlach kísérlet 15

Zeeman-felhasadás Energia = h mágneses mező 16

ELEKTRON SPIN REZONANCIA (ESR) vagy ELEKTRON PARAMÁGNESES REZONANCIA (EPR) 17

18

 = 10 GHz 19

ESR – spektrum hiperfinom felhasadással (I=1) mágneses tér  = 10 GHz 20

ESR – spektrum hiperfinom felhasadással (négy darab ekvivalens I=1/2 mag hatására) 21

naftalin - 22

2,4,6 trifenil-piril 23

mérés: Korecz László 24

fluorozott trifenil-piril 25

mérés: Korecz László 26

spinjelző (anizotrop) ESR-spektruma 27

spinjelző (TEMPO) – hőmérsékletfüggés mérés: Korecz László 28

NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) (MAG MÁGNESES REZONANCIA) 1H 13C 31P, 15N, 29Si, 19F, 17O, … 29

NMR Nobel-díjak 1952, fizika: Felix Bloch , Edward Mills Purcell első NMR készülék 1991, kémia: Richard R. Ernst FT-NMR és 2D-NMR, bonyolult molekulák szerkezetének meghatározására 2002, kémia: Kurt Wüthrich NMR fejlesztése fehérjék 3D szerkezetének meghatározására 2003, orvosi: Paul C. Lauterbur , Sir Peter Mansfield MRI kifejlesztése és orvosi alkalmazása 30

31

(diamágneses árnyékolás) kémiai eltolódás (diamágneses árnyékolás) Bmag = B(1-) (ppm) 32

33

1 3 3 1 1 2 1 34

35

Fourier-tanszformációs, FT-NMR idő → frekvencia → FT Ernst idő frekvencia frekvencia 36

37

Ernst 38

Spin-echo (Hahn) 39

2D NMR 40

♥ 41

42

43

44

45

NMR COMPUTER TOMOGRÁFIA 46

47

48

elvágás előtt (NMR) elvágás után (optika) CITROM elvágás előtt (NMR) elvágás után (optika) E. R. Andrew, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, B 289, 471-481 (1980) 49

50

51

52

53

54

55

MAGNETIC RESONANCE IMAGING (MRI) NMR COMPUTER TOMOGRÁFIA = NMR COMPUTER TOMOGRÁFIA 56

57

58

belső szervek porckorong-sérv gerinc-csontok 59

agytumor 60

fehér területek: herpes encephalitis fehér foltok: (vírusos agyvelőgyulladás) fehér foltok: szklerózis multiplex 61

funkcionális MRI (fMRI) (pl. hemoglobin: paramágneses; hemoglobin + oxigén: diamágneses) Funkcionális MRI Véráramlás vizsgálata Hemoglobin: paramágneses, hemoglobin + oxigén: diamágneses -> más relaxációs idők 62

63