Kärnmagnetisk resonans
Från Rilpedia
Kärnmagnetisk resonans, magnetresonans eller NMR (från engelska nuclear magnetic resonance) är ett atomfysiskt fenomen som används flitigt inom sjukvård (i magnetresonanstomografi, MRT, även kallat magnetkamera eller "magnetröntgen", vilket inte är korrekt), organisk kemi och biokemi.
Teori
Fenomenet bottnar i att många atomkärnor har ett kärnspinn skilt från noll och därmed ett magnetiskt moment som är proportionellt mot spinnimpulsmomentet genom en isotopspecifik magnetogyrisk kvot. Regeln för hur spinnkvanttalet, I, för en atomkärna beror på antalet protoner och neutroner är att om båda är udda är I ett heltal, är endera antalet protoner eller neutroner men inte båda udda är I ett halvtal medan det, och därmed det magnetiska momentet, försvinner om båda är jämna. Det är inte bara det totala spinnet som är kvantiserat utan även riktningen i förhållande till z-axeln. I det enklaste fallet då I=½ kan riktningen endast vara upp eller ner. Varje sådan atomkärna kan därmed betraktas som en liten magnet med riktningen upp eller ned (en annan analogi är vektor).
I närvaro av ett externt magnetfält kommer dessa miniatyrmagneter att orientera sig parallellt med detta externa magnetfält. De kan antingen vara orienterade i samma riktning som fältet eller i motsatt riktning. På grund av att det krävs lite högre energi att orientera de magnetiska momenten i motsatt riktning är sannolikheten högre att de har samma riktning som det externa fältet.
Med hjälp av pulser av elektromagnetisk strålning med lämplig frekvens går det att åstadkomma faskoherens för de magnetiska momenten och därmed ett makroskopiskt roterande magnetfält som kan detekteras genom den ström den kan inducera i en spole. Strömmen är en växelström med en frekvens som beror på vilken isotop det rör sig om, hur starkt magnetfältet är och, intressant nog, i vilken omgivning atomkärnan befinner sig i. Detta gör att tex väteatomkärnor i samma molekyl kommer ge upphov till signaler med något olika frekvens, vilket gör NMR till en metod med atomär upplösning.
Användningsområden
Inom kemin används NMR-spektroskopi för att bland annat ta reda på strukturen och sammansättningen hos en molekyl. Det går bland annat att strukturbestämma proteiner i vattenlösning, vilket är viktigt bland annat för biokemister, eftersom tidigare metoder för strukturbestämning(till exempel röntgendiffraktion) kräver kristaller av ämnet, och proteiner som regel har olika konformation när de är i lösning jämfört med när de är i kristallform. För att göra detta på ett bra sätt, krävs ett extremt starkt och stabilt magnetfält. Ofta används supraledande magneter som kyls med flytande helium till en temperatur av 4,2 K.
Magnetresonanstomografi (MRT) använder väteatomkärnor, protoner, eftersom väteatomen är den vanligaste i människokroppen. I kroppen pekar alla dessa små magneter åt slumpvist håll. Men i magnetkameran överger de sin slumpmässiga inställning och ställer in sig i samma riktning. Därefter skickas radiovågor in i kroppen, protonerna tar upp energi från dessa och "tippar". När radiovågen släcks faller protonerna tillbaka samtidigt som de sänder ut energi. Dessa svaga signaler mäts, och med databearbetning kan man visa detaljerade bilder av kroppens inre.
Förutom högupplösta bilder som avbildar mjukdelar och som kan orienteras i valfritt plan i kroppen, kan även tidsupplösta eller cine-bilder samlas in. Ett vanligt exempel är tidsupplösta bilder av hjärtat, där bildinformationen samlas in under flera hjärtslag och sammanställs till ett filmklipp som avbildar en hjärtcykel, som sedan spelas upp upprepade gånger.
Genom att variera parametrar som radiopulsernas frekvens, duration och tid mellan pulser i en så kallad pulssekvens, kan man få ut bilder som innehåller olika information. Ett exempel är att man kan välja om vatten eller fett skall ge maximal eller noll signal i bilderna, det vill säga bli vitt eller svart. Ett annat exempel är hastighetskodade bilder, där flödet av exempelvis blod vilkelrätt mot bildplanet mäts i varje voxel.
Se även
Wikimedia Commons har media som rör Kärnmagnetisk resonans
 |
Den här artikeln saknar källhänvisningar. Förbättra gärna artikeln genom att lägga till pålitliga källor (helst fotnoter). Material som inte kan verifieras kan ifrågasättas eller tas bort. (maj 2009) |
