طور باحثون من جامعة Rice ومختبر Oak Ridge نموذجاً فيزيائياً جديداً لنقل وفهم استرخاء الرنين المغناطيسي النووي في السوائل، ونشروا النتائج في The Journal of Chemical Physics. أطلق الفريق على منهجهم اسم إطار أوضاع الذات في NMR، وهو يحل معادلات فيزيائية كاملة بدلاً من الاعتماد على الافتراضات المبسطة الشائعة.
تعتمد صور MRI السريرية على عوامل تباين كثيرة منها عوامل تحتوي أيون الغادولينيوم داخل غلاف عضوي. تغيّر هذه العوامل كيفية استجابة جزيئات الماء للمجالات المغناطيسية، وتسمى هذه الظاهرة بالاسترخاء. أوضحت الدراسة أن النماذج المبسطة واسعة الانتشار هي حالات خاصة داخل نظرية أشمل، وأن إطار أوضاع الذات يوفر صورة أكثر تفصيلاً لحركات الجزيئات وكيف تساهم في الاسترخاء.
استُخدمت معادلة Fokker-Planck لتتبع احتمالات مواقع وسرعات الجزيئات مع الزمن، ما سمح للإطار بالتقاط مجموعة واسعة من الحركات الجزيئية. يطابق النموذج القياسات التجريبية عند ترددات MRI السريرية، ويساعد في تفسير نتائج محاكيات الديناميات الجزيئية المفصّلة التي استند إليها العمل.
أصدر الفريق الشيفرة كمصدر مفتوح لتشجيع الاستخدام والتطوير المستقبلي، وبيّن أن للإطار دلالات تتجاوز التصوير الطبي. قد يوجّه هذا العمل دراسات تصمبم البطاريات، ودراسة تدفق السوائل تحت السطح في الصخور الممسامية، وفهم الخلايا البيولوجية ومشكلات علوم المواد الأخرى. تلقى البحث دعماً من Ken Kennedy Institute وRice Creative Ventures Fund وRobert A. Welch Foundation ومن Oak Ridge Leadership Computing Facility في Oak Ridge National Laboratory.
كلمات صعبة
- استرخاء — تغير في استجابة الجزيئات للمجالات المغناطيسية
- إطار أوضاع الذات — منهج يحل المعادلات الفيزيائية الكاملة
- تباين — فرق في إشارات الصور الطبية بين أنسجة مختلفة
- غادولينيوم — عنصر يستخدم كمادة في عوامل تباين التصوير الطبيالغادولينيوم
- محاكيات الديناميات الجزيئية — برامج تحاكي حركة الجزيئات وتوقّع تفاعلاتها
- شيفرة — برنامج أو نص برمجي متاح للفحص والتعديلالشيفرة
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- ما الفوائد المحتملة لإصدار الشيفرة كمصدر مفتوح بالنسبة للبحث والتطوير؟ اذكر أمثلة.
- كيف يمكن أن يساعد نموذج يلتقط حركات جزيئات أكثر تفصيلاً في تحسين تصميم البطاريات أو دراسات تدفق السوائل في الصخور؟
- ما التحديات التي قد تواجه تطبيق هذا الإطار في مجالات عملية مختلفة مثل علوم المواد أو العلوم البيولوجية؟
