MRI Lesson 7- What is T1 & T2 & FID Free Induction decay - شرح الرنين المغناطيسي الزمن الأول والثاني

Описание: بسم الله الرحمن الرحيم
هذا هو الدرس السابع من كورس الرنين المغناطيسي MRI
وصلنا في حديثنا إلى زمن ال T1 وال T2
فبعد أن وضعنا جسم الإنسان في المغناطيس
وكانت البروتونات تدور بشكل عشوائي، فانتظمت جميعها
وارسلنا موجات ال RF فاكتسبت البروتونات طاقة
وتحولت إلى مغنطة عرضية وبدأت تدور بنفس ال Phase
ثم بعد ذلك تبدأ هذه البروتونات بالدوران بجهات مختلفة
كل واحد يدور بسرعة معينة فهنا تفعد دورانها مع بعضها بنفس ال Phase فنحصل على زمن ال T2
ثم تعود المغنطة العرضية إلى مغنطة طولية فنحصل على زمن ال T1

هذا هو ملخص الستة دروس السابقة
وفي هذا الدرس سنفهم أكثر ما هو زمن ال T1 وال T2

بداية لنتحدث عن زمن ال T1
ما الذي يؤثر على زمن ال T1
كما قلنا فإن زمن الأسترخاء وفقدان البروتون لطاقته هو ما نقول عنه بزمن ال T1
فإذا فقد البروتون طاقته بسرعة فإن ال T1 سيكون قصير
أما إذا أخذ وقت طويل حتى يفقد طاقته فإن ال T1 سيكون طويل
والبروتون عندما يفقد طاقته فإن هذه الطاقة تنتقل إلى البروتونات المحيطة به

فمثلاً عندما تكتسب جزيئات الماء طاقة فستتحرك بسرعة كبيرة
وحتى تفقد هذه الطاقة إلى البروتونات المجاورة
فإن تبادل الطاقة بين بروتون ذو طاقة عالية إلى بروتون ذو طاقة منخفضة فسيكون ذلك صعباً، لذلك سيأخذ وقتاً طويلاً
وهذا ما يفسر الوقت الطويل التي تستغرقه جزيئات الماء حتى تفرغ كامل طاقتها وتعود لزمن الاسترخاء
لذلك نقول أن السوائل ذات زمن T1 طويل

سنأخذ مثال آخر لتتوضح الفكرة بشكل أفضل
لنفترض هذه جزيئات شحوم
تتميز جزيئات الشحوم بأنها لا تحتفظ بالطاقة التي تكتسبها
لذلك فأن جزيئات الشحم عندما تكتسبت طاقة، فإنها تأخذ القليل من الطاقة
وعندما تفرغ هذه الطاقة، فهي ليس لديها سوى القليل من الطاقة، فستستطيع تفريغها بسرعة
وتعود لزمن الاسترخاء
وهذا ما يفسر أن زمن ال T1 للشحوم قصير جداً


إذا الخلاصة هي أن زمن ال T1 هو الزمن التي تستغرقه البروتونات حتى تفرغ طاقتها إلى البروتونات المحيطة بها وتعود إلى زمن الاسترخاء حيث تصبح المغنطة طولية.

حسناً سننتقل الآن للحديث عن الزمن الثاني T2
كما قلنا أننا نعطي البروتونات طاقة فتتحول إلى مغنطة عرضية ثم تبدأ البروتونات بالدوران مع بعضها البعض
دورانها مع بعضها البعض بنفس السرعة هي ما نريده هنا
فهي هنا تدور بنفس الطور أو نقول بنفس ال phase
ولكن ما إن تدور البروتونات بنفس ال phase حتى تخسر هذا التجانس بالدوران فيصبح كل بروتون يدور بسرعة مختلفة
خسارة دورانها بنفس ال phase هو زمن ال T2

السؤال هنا : لماذا البروتونات لا تستمر بالدوران بنفس الفيز، ما الذي يجعلها تخرج من حالة الفيز هذه

الجواب هنا : يعود لسببين :
أولاً : عدم تجانس الحقل المغناطيسي الخارجي
ثانيا: عدم تجانس المغنطة داخل الأنسجة

سنفهم ماذا يعني ذلك بالتفصيل

بالنسبة لعدم تجانس الحقل المغناطيسي الخارجي، فإن المغناطيس المستخدم من الصعب جداً أن يكون ذو قيم ثابتة بجميع أجزاءه
فمثلاً للتوضيح فقط لنفترض قوة المغناطيس هنا 0.001 وهنا 0.002
هذا الاختلاف الصغير جداً يسبب اختلاف بسرعة دوران البروتونات فتخسر دورانها بنفس الفيز
وسنتحدث فيما بعد كيف تم حل هذه المشكلة
لكن حالياً يهمنا أن نعرف أن هذا أحد الأسباب التي تجعل البروتونات تخرج من الدوران بنفس الفيز

السبب الثاني وهو عدم تجانس المغنطة داخل الأنسجة فإذا كنا ندرس جزيئات ماء نقي فجميع البروتونات ستكون متجانسة وسـأخذ وقتاً طويلاً حتى تفقد الدوران بنفس الفيز فهنا سيكون ال T2 طويلاً

إما إذا كنا ندرس جزيئات ماء غير نقي سيكون الاختلاف بين الجزيئات سبباً بعدم تجانس المغنطة وسيلغي كل بروتون طاقة البروتون التي تجاوره وسيصبح كل بروتون يدور بسرعة مختلفة وبالتالي الخروج من الدوران بنفس الفيز وسينتهي زمن ال T2 بسرعة

إذا زمن ال T2 للسوائل النقية طويل
أما في السوائل الغير نقية فهو قصير


زمن ال T1 هو زمن الاسترخاء وعودة المغنطة الطولية.
زمن ال T2 هو زمن خروج البروتونات من الدوران بنفس الفيز

ال T1 يعتمد على نوع المادة وقدرتها على الاحتفاظ بالطاقة
زمن ال T1 في السوائل طويل
أما زمن ال T1 في الشحم قصير

أما ال T2 فيعتمد على مدى تجانس المادة، فزمن ال T2 للسوائل النقية طويل
أما ال T2 للسوائل الغير نقية قصير

وأخيراً زمن ال T1 أطول من زمن ال T2
ولفهم ذلك نحتاج إلى تطبيق عملي
شاهد معي

هذه بروتونات اعطيناها RF ، هنا بدأ الزمنين ال T1 و ال T2
اكتسبت البروتونات طاقة فتحولت إلى مغنطة عرضية ثم بدأت بالدوران مع بعضها بنفس الفيز ثم ستفقد دورانها بنفس ال فيز ، هنا انتهى زمن ال T2
بعذ ذلك يعود البروتون لحالة الاسترخاء إلى المغنطة الطولية فينتهي بذلك زمن ال T1
لذلك فهذا هو زمن ال T2 وهذا هو زمن ال T1
وهذا ما يفسر قولنا أن ال T1 أطول من ال T2

سنتحدث الآن عن فكرة جديدة :
أولاً لنقم بإعطاء موجات RF فتنقلب المغنطة من الطولية إلى العرضية وتأخذ البروتونات نفس الفيز حيث تدور بنفس السرعة

الآن نطفئ ال RF فتفقد البروتونات دورانها بنفس السرعة وبنفس الوقت تفقد المغنطة العرضية وتعود إلى المغنطة الطولية
فترسم شكل حلزوني بهذا الشكل
هذا التخامد الذي حصل نسميه (تخامد الأهتزاز الحر)
لا يهم المعنى الحرفي ولكن يجب معرفة أنها تسمى باللغة الأنكليزية ب Free induction Deccay ويختصرونها ب FID
ولفهمها بشكل أفضل شاهد معي:
أثناء إيقاف موجات ال RF يحدث أمرين
تذبذب Oscillation
تخامد Decay

التذبذب Oscillation يكون على الشكل التالي
أما التخامد Decay فتنخفض الإشارة على هذا الشكل

وبجمع هاتين الظاهرتين : التذبذب والتخامد نحصل على هذا الشكل

وهي تعبر عن هذه الحالة
وكما قلنا نسميها Free Induction Decay

ولتبسيط الفكرة أكثر لنفترض أن لدينا مكرفون
وأن الإشارة تصلنا على شكل صوت جرس
فسنسمع صوت الإشارة بهذا الشكل (صوت جرس ينخفض تدريجياَ)
وإذا أردنا رسم مخطط لهذا الصوت
فسيظهر بهذا الشكل