スピン-スピン緩和と核磁気共鳴

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スピン-スピン緩和と核磁気共鳴の違い

スピン-スピン緩和 vs. 核磁気共鳴

核磁気共鳴（NMR）や核磁気共鳴画像法（MRI）において、スピン-スピン緩和（スピン スピンかんわ、spin-spin relaxation）、または横緩和（よこかんわ）、T2緩和とは、磁化ベクトルの横軸成分 M が指数関数的に減衰して平衡値である0になっていく過程のことである。この過程はスピン-スピン緩和時間または横緩和時間と呼ばれる時定数 T によって特徴づけられる。磁化ベクトルの緩和には、他にもスピン-格子緩和（縦緩和）がある（詳細は核磁気共鳴#緩和を参照）。 スピン-スピン緩和時間 T は、縦磁化ベクトルが静磁場に垂直な方向へと倒された直後の磁気共鳴信号： が、37%（つまり1/e）まで小さくなるのにかかる時間である。 一般的に横緩和は、縦緩和よりも速く回復する。また異なるサンプルや異なる生物組織では異なる横緩和時間 T を持っている。たとえば、流体はプロトンよりも遥かに横緩和時間が長い。アモルファス固体はミリ秒オーダーの T を持つ一方、結晶固体ではおよそ1/20 ms程度である。. 核磁気共鳴（かくじききょうめい、nuclear magnetic resonance、NMR） は外部静磁場に置かれた原子核が固有の周波数の電磁波と相互作用する現象である。.

スピン-格子緩和

T1緩和曲線 核磁気共鳴（NMR）や核磁気共鳴画像法（MRI）において、スピン-格子緩和（スピン-こうしかんわ、縦緩和、T1緩和）とは、外部磁場のかかった状態で熱平衡状態にあるスピン系に対し、磁場の向きを変えずに大きさを突然変えた場合に磁化に起こる緩和過程である。 電子スピン、あるいは核スピンの集団である磁性体に外部磁場 H0 がはたらいたとき、熱平衡状態ではスピン系は H0 の方向に磁化： を持つ。いま磁場を 0 から突然 H0 にした場合、磁化の H0 方向の成分は熱平衡値に向かって指数関数的に変化する。これをスピン-格子緩和と呼ぶ。外部磁場が最初 H だけかかっていて、磁場の方向は変わらず、その大きさがΔH だけ変化した時も同様である。 一方、磁場の変化ΔH が元の磁場 H に垂直の場合の緩和過程はスピン-スピン緩和と区別される。 縦緩和では外部磁場の外部磁場方向の成分が変化するので、スピン系のゼーマンエネルギーの変化を伴う。従ってこのエネルギー変化は他の自由度すなわち格子系あるいはスピン系内部の他の形のエネルギーに変換されなければならない。この意味から「スピン格子緩和」と呼ばれ、スピン系と格子系との相互作用によって起こる。 これを量子力学的に見ると、外部磁場 0 のとき縮退していたスピンエネルギー準位はt.

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スピンエコー法

ピンエコーのアニメーション。青で示されているブロッホ球中のスピン（赤矢印）の緑で示されているパルスシークエンスに対する応答を示している。 磁気共鳴におけるスピンエコー法（スピンエコーほう、spin echo、SE）は、歳差スピン磁化の共鳴放射パルスによるリフォーカスである。現代の核磁気共鳴 (NMR) ならびに核磁気共鳴画像法 (MRI) は、この効果に依存するところが大きい。 励起パルスの後に観測されるNMRシグナルは、スピン-スピン緩和ならびに異なるスピンが異なる速度で歳差運動する原因となる全ての「不均一」効果（例えば化学シフトの分布あるいは磁場勾配）によって時間とともに減衰する。緩和の結果として不可逆適な磁化の損失（デコヒーレンス）が起こるが、不均一な離調は磁化ベクトルを反転させる180°パルスあるいは「反転」パルスを適用することにより逆転させることができる。 現在最も一般的に用いられるパルス系列であり、90°パルス－180°パルスの組み合わせを一定間隔 (1TR) で連続的に印加する。均一静磁場中の核スピンに対して、まず90°パルスを印加し、巨視的磁化ベクトルをx-y平面上に倒す。90°パルス印加直後から、核スピンが定常状態に戻る緩和の過程で、巨視的磁化ベクトルはT2*の時定数で消失する自由誘導減衰 (FID) 信号を放出するが、この途中で、90°パルス印加からτ（TE/2）時間後に180°パルスを印加すると、各核スピンの角速度がキャンセルされ、τ時間後に、T2の時定数で求められる信号強度に該当するエコー信号が観測される。これがスピンエコーである。Short-TR&TEでT1強調画像を、Long-TR&TEでT2強調画像を得ることができる。スピン-格子緩和（spin-lattice relaxation）ともいう。 エコー現象は、レーザー分光法 やなどの磁気共鳴以外の分野での使用されるコヒーレント分光法の重要な要素である。エコーは最初1950年にによって核磁気共鳴において検出され 、スピンエコーは「ハーンエコー」と呼ばれることがある。核磁気共鳴や核磁気共鳴画像法の分野では、高周波照射が最も一般的に使用される。.

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磁化

磁化（じか、magnetization）とは、磁性体に外部磁場をかけたときに、その磁性体が磁気的に分極して磁石となる現象のこと。また、磁性体の磁化の程度を表す物理量も磁化と呼ぶ。磁気分極（magnetic polarization）とも呼ばれる。 強磁性体は磁場をかけて磁化させた後に磁場を取り除いた後も分極が残り永久磁石となる残留磁化と呼ばれる現象があるが、これも磁化と呼ぶ場合がある。.

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緩和 (NMR)

核磁気共鳴における緩和とは、磁化が外部磁場と平衡な熱平衡状態に戻ろうとする過程である。.

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核磁気共鳴画像法

頭部のMRI（T1）画像 頭の頂部から下へ向けて連続撮影し、動画化したもの 核磁気共鳴画像法（かくじききょうめいがぞうほう、, MRI）とは、核磁気共鳴（, NMR）現象を利用して生体内の内部の情報を画像にする方法である。磁気共鳴映像法とも。.

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時定数

物理学、工学および社会科学において、時定数（じていすう、ときていすう、ときじょうすう、time constant 項目「時定数」より。）とは、線型時不変系（LTIシステム）における1次の周波数応答を示す値である。ギリシャ文字の τ で表される。過渡現象の応答速度の指標としても理解される。の邦訳語としては「ときていすう」であるとする説もある。学術用語としては「じていすう」、JISでは「ときじょうすう」としている。 例として電子回路のRC回路（抵抗器-コンデンサ）、RL回路（抵抗器-コイル）がある。その値は磁気テープ、送信機、受信機、レコードおよび再生装置、デジタルフィルタなどの信号処理系における周波数応答の特徴を表すために用い、1次の線型系としてモデル化および近似する。同じような式の形であっても、電磁気学、機械工学、社会科学の順に、時定数が大きくなり、システムの監視、状態の管理方法が異なる。電気的手法よりも空圧を制御の積分や微分に使うような制御システムも時定数を用いる例として挙げられる。 物理的あるいは化学的には、時定数はシステムが目標値の (1 -e-1) に達するまでの時間を示す。あるいは外力が取り除かれたときに初期値の約37%に達するのに必要な時間でもある。工学、社会科学でも、約63.2%に達するまでの時間を取ると、電磁気学ではマイクロ秒、ミリ秒の事象が多く、機械工学ではミリ秒、秒の単位が多い。社会科学では、時間、日、週、月、年などの単位になることもある。時定数の大きさが、システムの分類に役立つ。.

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