論文の概要: A Differentiable Physical Framework for Goal-Driven Spin-State Engineering in Magnetic Resonance Spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.01722v1
- Date: Thu, 02 Apr 2026 07:39:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-03 14:21:10.5896
- Title: A Differentiable Physical Framework for Goal-Driven Spin-State Engineering in Magnetic Resonance Spectroscopy
- Title（参考訳）: 磁気共鳴分光法におけるゴール駆動スピン状態工学のための微分可能な物理フレームワーク
- Authors: Gaocheng Fu, Shiji Zhang, Kai Huang, Xue Yang, Huilin Zhang, Daxiu Wei, Ye-Feng Yao,
- Abstract要約: 制約を超越するスペクトル駆動、エンドツーエンドの微分可能な物理フレームワークを導入します。
物理法則と自動微分アルゴリズムを統合することにより,高次元スピン力学空間を直接ナビゲートする。
これにより、選択励起と干渉信号増強の二重目的を同時に満たす非直感的で複雑な混合状態の発見が可能になる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.625198395071436
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) offers a unique non-invasive window into metabolic processes, yet its potential remains strictly constrained by severe spectral congestion and intrinsic insensitivity. Traditional pulse sequence design, tethered to human intuition, predominantly targets simple quantum states, thereby overlooking the vast majority of the exponentially scaling operator space which consists of complex spin superpositions. Here, we introduce a spectrum-driven, end-to-end differentiable physical framework that transcends these heuristic limitations. By integrating physical laws with automatic differentiation algorithm, our approach directly navigates the high-dimensional spin dynamics space, bypassing the intractable inverse problem of state preparation. This enables the discovery of non-intuitive, complex mixed states that simultaneously satisfy the dual objectives of selective excitation and interferometric signal enhancement. We validate this paradigm by achieving the robust separation of Glutamate and Glutamine, which is a longstanding neuroimaging challenge, in the human brain at 3T, demonstrating spectral fidelity superior to conventional methods. By unlocking the "dark" informational content of nuclear spin ensembles, our work establishes a generalizable paradigm for goal-driven quantum state engineering in magnetic resonance and beyond.
- Abstract（参考訳）: 磁気共鳴分光法(MRS)は、代謝過程に固有の非侵襲的な窓を提供するが、その電位は厳しいスペクトルの混雑と本質的な過敏性によって厳密に制限されている。
人間の直感と結びついた従来のパルスシーケンス設計は、主に単純な量子状態をターゲットにしており、複雑なスピン重畳からなる指数関数的にスケールする作用素空間の大部分を見渡すことができる。
ここでは、これらのヒューリスティックな制限を超越したスペクトル駆動、エンドツーエンドの微分可能な物理フレームワークを紹介する。
物理法則を自動微分アルゴリズムと統合することにより、状態準備の難解な逆問題を回避し、高次元スピン力学空間を直接ナビゲートする。
これにより、選択励起と干渉信号増強の二重目的を同時に満たす非直感的で複雑な混合状態の発見が可能になる。
3Tのヒト脳において,GlutamateとGlutamineの長期にわたる神経画像化課題であるGlutamateとGlutamineの堅牢な分離を達成し,従来法より優れたスペクトル忠実性を示すことにより,このパラダイムを検証した。
核スピンアンサンブルの「暗黒」情報内容を解き放つことで、磁気共鳴などにおけるゴール駆動量子状態工学の一般化可能なパラダイムを確立します。
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