スピン格子緩和

核磁気共鳴観測において、スピン格子緩和とは、全核磁気モーメントベクトルの縦方向成分（一定磁場に平行）が、より高いエネルギーの非平衡状態から周囲（「格子」）との熱力学的平衡状態へと指数関数的に緩和するメカニズムである。これは、スピン格子緩和時間と呼ばれる時定数によって特徴づけられる。${\displaystyle T_{1}}$。

別のパラメータがあります。${\displaystyle T_{2}}$、スピン-スピン緩和時間。これは、核磁化ベクトルの横方向成分（外部磁場に垂直な方向）の指数関数的緩和に関するものです。${\displaystyle T_{1}}$そして${\displaystyle T_{2}}$さまざまな材料における磁気共鳴画像法は、いくつかの磁気共鳴画像法の基礎となっている。^{[ 1 ]}

縦方向の速度${\displaystyle M_{z}}$磁化ベクトルの成分は、熱力学的平衡に向かって指数関数的に回復し、時間によって支配される。${\displaystyle T_{1}}$式によれば $${\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }-\left[M_{z,\mathrm {eq} }-M_{z}(0)\right]e^{-t/T_{1}},}$$ または、特定のケースでは${\displaystyle M_{z}(0)=-M_{z,\mathrm {eq} }}$、 $${\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }\left(1-2e^{-t/T_{1}}\right).}$$

したがって、${\displaystyle T_{1}}$縦磁化が約 63% (正確には${\displaystyle 1-1/}$e ) 90°の無線周波数パルスによって磁気横断面に反転された後の初期値の。

原子核は分子構造内に存在し、絶えず振動と回転運動をしており、複雑な磁場を生成している。格子内の原子核の熱運動によって生じる磁場は格子磁場と呼ばれる。低エネルギー状態にある原子核の格子磁場は、高エネルギー状態にある原子核と相互作用し、高エネルギー状態のエネルギーが2つの原子核間で分配される。そのため、原子核がRFパルスから得たエネルギーは、格子内の振動と回転の増加として散逸し、試料の温度をわずかに上昇させる可能性がある。スピン格子緩和とは、スピンがRFパルスから得たエネルギーを周囲の格子に放出し、平衡状態を回復させる過程を指す。スピンエネルギーが周囲の静磁場の変化（例えば、高磁場による事前分極や高磁場への挿入）によって変化した場合、あるいは非平衡状態が他の手段（例えば、光ポンピングによる超分極）によって達成された場合にも、同様のプロセスが発生する。

リラックスタイム、${\displaystyle T_{1}}$（高エネルギー状態にある原子核の平均寿命）は、原子核の磁気回転比と格子の移動度に依存します。移動度が増加すると、振動周波数と回転周波数が増加し、格子場の成分が高エネルギー状態から低エネルギー状態への遷移を誘発する可能性が高くなります。しかし、移動度が極めて高い場合、振動周波数と回転周波数が状態間のエネルギーギャップに対応しなくなるため、その確率は低下します。

異なる組織は異なる${\displaystyle T_{1}}$値。たとえば、流体は長い${\displaystyle T_{1}}$（1500～2000 ms）であり、水ベースの組織は 400～1200 ms の範囲にあり、脂肪ベースの組織はより短い 100～150 ms の範囲にある。強磁性イオンまたは粒子（例えば、強磁性または常磁性）の存在も大きく変化する。${\displaystyle T_{1}}$値が高く、 MRI造影剤として広く使用されています。

磁気共鳴画像法（MRI）は、陽子の共鳴を利用して画像を生成します。陽子は適切な周波数（ラーモア周波数）の無線周波数パルスによって励起され、スピンが熱平衡状態に戻る際に、余剰エネルギーは微量の熱として周囲に放出されます。陽子群の磁化は、時定数で特徴付けられる指数曲線に従って平衡値に戻ります。${\displaystyle T_{1}}$（緩和（NMR）を参照）。

${\displaystyle T_{1}}$従来のスピンエコーシーケンスでは、繰り返し時間（TR）を750ms未満、エコー時間（TE）を40ms未満などの短い値に設定することで重み付き画像を取得できますが、グラジエントエコーシーケンスでは、TE値を15ms未満に設定しながら、フリップ角を50^度以上に設定することで重み付き画像を取得できます。

${\displaystyle T_{1}}$灰白質と白質の間には大きな違いがあり、脳スキャンを行う際に使用されます。${\displaystyle T_{1}}$液体とより固形の解剖学的構造の間にはコントラストが存在するため、${\displaystyle T_{1}}$正常または病理学的解剖学的構造の形態学的評価に適したコントラスト、例えば筋骨格系への応用。

回転座標系におけるスピン格子緩和は、核磁気共鳴（NMR）および磁気共鳴画像法（MRI ）において、無線周波数（RF）磁場の影響下で、磁化ベクトルの横方向成分 M xy が指数関数的にゼロの平衡値に向かって減衰するメカニズムである_。これは、回転座標系におけるスピン格子緩和時間定数T _1ρによって特徴付けられる。これは、${\displaystyle T_{1}}$スピン格子緩和時間。^{[ 2 ]}

${\displaystyle T_{1\rho }}$_ρ MRIは従来の${\displaystyle T_{1}}$そして${\displaystyle T_{2}}$MRIは、スピンロック（SL）パルスと呼ばれる長時間低出力の無線周波数を横断面の磁化に印加することで、磁化を固定します。磁化は、印加されたB1磁場と非共鳴成分のベクトル和によって生成される有効B1磁場を中心に効果的にスピンロックされます。スピンロックされた磁化_は、一定の時間定数で緩和します。${\displaystyle T_{1\rho }}$これは、磁気共鳴信号が約 37% (正確には${\displaystyle 1/e}$）初期値${\displaystyle M_{xy}(0)}$したがって、次の関係が成り立つ。 ${\displaystyle M_{xy}(t_{\rm {SL}})=M_{xy}(0)e^{-t_{\rm {SL}}/T_{1\rho }}\,}$ ここで、t _SLはRF電界の持続時間である。

• 緩和（NMR）
• スピン-スピン緩和時間
• エルンストアングル

• McRobbie D., et al. MRI, From picture to proton. 2003
• Hashemi Ray, et al. MRI, The Basics 2ED. 2004