Hispanopedia WikiSpinach es un paquete de simulación de resonancia magnética de código abierto lanzado inicialmente en 2011 [1] y actualizado continuamente desde entonces. [2] El paquete está escrito en Matlab y hace uso de las interfaces de GPU y computación paralela integradas de Matlab . [3]
El nombre del paquete hace referencia caprichosamente al concepto físico del giro y a Popeye el Marino quien, en los cómics homónimos, se vuelve más fuerte después de consumir espinacas . [4]
Descripción general
Spinach implementa simulaciones de imágenes y espectroscopia de resonancia magnética al resolver la ecuación de movimiento para la matriz de densidad en el dominio del tiempo: [1]
![{\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {\partial }{\partial t}}\mathbf {\rho } \left(t\right)=-i\mathbf {L} \left(t\right)\mathbf {\rho } \left(t\right)\\\Flecha abajo \\\mathbf {\rho } \left(t+dt\right)=\exp \left[-i\mathbf {L} \left(t\right)dt\right]\mathbf {\rho } \left(t\right)\\\end{matrix}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8a7930f055ca5ae3651655ae2ae8c71a6de763e9)
donde el superoperador de Liouvilliano es una suma del superoperador de conmutación hamiltoniano , el superoperador de relajación , el superoperador cinético y potencialmente otros términos que gobiernan la dinámica espacial y el acoplamiento a otros grados de libertad: [2]
La eficiencia computacional se logra mediante el uso de espacios de estados reducidos , aritmética de matrices dispersas , análisis de trayectoria sobre la marcha y paralelización dinámica . [5]
Funcionalidad estándar
A partir de 2023, Spinach se cita en más de 300 publicaciones académicas. [1] Según la documentación [2] y los artículos académicos que citan sus características, la versión más reciente 2.8 del paquete realiza lo siguiente:
- Simulaciones de resonancia magnética nuclear (RMN)
en el dominio del tiempo de:
- Experimentos de RMN estándar ( DEPT , COSY , NOESY , HSQC , TOCSY , etc. ). [6]
- Experimentos de RMN de proteínas y ácidos nucleicos ( HNCA , HNCOCA , HNCO , etc. ). [7]
- Experimentos de RMN con giro de ángulo mágico (CP-MAS, MQMAS, WISE, etc. ). [8]
- Experimentos que involucran acoplamiento dipolar residual y otros efectos de orden residual. [9]
- Experimentos de campo cero y ultrabajo , incluida la resonancia magnética nuclear del campo terrestre . [10]
- Resonancia nuclear cuadrupolo , incluyendo RMN de sobretonos. [11]
- Simulaciones de imágenes por resonancia magnética (IRM) en el dominio del tiempo , que incluyen:
- Secuencias de imágenes estándar y especificadas por el usuario . [2]
- Imágenes del coeficiente de difusión y del tensor de difusión . [12]
- Espectroscopia de RMN con resolución puntual tridimensional. [13]
- Espectroscopia de RMN codificada espacialmente ultrarrápida. [14]
- Simulaciones de resonancia de espín electrónico (ESR)
en el dominio del tiempo de:
- Experimentos de ESR pulsado estándar (HYSCORE, ENDOR , ESEEM , etc. ).
- Espectroscopia dipolar pulsada (DEER, RIDME, etc. ).
- Polarización nuclear dinámica para muestras estáticas y giratorias. [15]
Se admiten modelos comunes de relajación de espín ( teoría de Redfield , ecuación estocástica de Liouville , teoría de Lindblad ) y cinética química , y el paquete incluye una biblioteca de cuadrículas de promedio de polvo. [2]
Módulo de control óptimo
Spinach contiene una implementación del algoritmo GRAPE (Gradient Ascent Pulse Engineering) [16] para el control óptimo cuántico . La documentación [2] y el libro que describe el módulo de control óptimo del paquete [17] enumeran las siguientes características:
- Optimizadores GRAPE de Newton -Raphson y cuasi-Newton L-BFGS .
- Análisis de la trayectoria del sistema de espín por orden de coherencia y correlación.
- Análisis del espectrograma de la forma de onda del pulso.
- Prefijos, sufijos, cerraduras y máscaras de congelación.
- Optimización de pulsos cooperativos y ciclos de fase.
- Funciones de penalización de forma de onda y respuesta del instrumento .
Se admiten generadores de evolución de fondo disipativo y operadores de control, así como control de conjunto sobre distribuciones en parámetros de calibración de instrumentos comunes, como potencia y compensación del canal de control. [2]
Referencias
- ^ abc Hogben, HJ; Krzystyniak, M.; Charnock, GTP; Hore, PJ; Kuprov, I. (2011). "Spinach – una biblioteca de software para la simulación de la dinámica de espín en sistemas de espín grandes". Journal of Magnetic Resonance . 208 (2): 179–194. doi :10.1016/j.jmr.2010.11.008. ISSN 1090-7807.
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