Wzbudzenie i relaksacja

Jedno wzbudzenie, dwa równoczesne procesy relaksacji

Model sygnału zaczyna się od statycznego pola magnetycznego B₀. Pole to ustanawia niewielką wypadkową magnetyzację jąder wodoru wzdłuż osi podłużnej, czyli osi z. Impuls RF o częstotliwości bliskiej częstotliwości rezonansowej jąder obraca tę wypadkową magnetyzację o wybrany kąt odchylenia. Impuls 90° jest użytecznym wyidealizowanym skrótem dla przykładu konwencjonalnego echa spinowego, a nie cechą każdej sekwencji MRI.

Gdy magnetyzacja ma już składową poprzeczną, równocześnie istotne są dwa aspekty jej ewolucji. Składowa podłużna odbudowuje się w kierunku położenia równowagi wzdłuż B₀. Odbudowę tę opisuje T1, nazywane powszechnie relaksacją spin-sieć, ponieważ wiąże się z wymianą energii z otaczającym środowiskiem molekularnym. Składowa poprzeczna wytwarza wykrywalny sygnał RF, dopóki spiny zachowują wystarczającą spójność fazową. Spójność ta zanika wskutek oddziaływań mikroskopowych, a proces ten opisuje T2, czyli relaksacja spin-spin.

Nie są to kolejne etapy, w których T1 kończy się przed rozpoczęciem T2. To dwa opisy tej samej ewolucji po wzbudzeniu: jeden śledzi odbudowę wzdłuż osi z, a drugi utratę spójnej magnetyzacji w płaszczyźnie xy. Cewka odbiorcza wykrywa zmieniającą się składową poprzeczną; później gradienty i rekonstrukcja określają, jak sygnał ten zostaje uporządkowany przestrzennie.

B0 ustanawia wypadkową magnetyzację podłużną
        |
        | impuls RF obraca ją o wybrany kąt odchylenia
        v
Magnetyzacja poprzeczna: można wykryć sygnał RF
        |\
        | \-- T1: składowa podłużna powraca do równowagi
        \---- T2: zanika spójność fazowa magnetyzacji poprzecznej

Stałe czasowe zależą od tkanki, a ich kolejność nie tworzy uniwersalnej listy jasnych i ciemnych tkanek. Przy powszechnie stosowanych ustawieniach klinicznych tkanki o właściwościach zbliżonych do tłuszczu i płynu często odbudowują magnetyzację i tracą spójność poprzeczną z różną szybkością, co dostarcza surowca dla kontrastu. Obraz nie przedstawia bezpośrednio T1 ani T2; pokazuje sygnał spróbkowany w wybranej chwili tej ewolucji.

T2, T2-gwiazdka i znaczenie echa

Sygnał poprzeczny może tracić spójność z kilku przyczyn. T2 opisuje składnik nieodwracalny związany z oddziaływaniami mikroskopowymi. T2* obejmuje dodatkowo rozfazowanie wywołane statyczną lub powoli zmieniającą się makroskopową niejednorodnością pola, w tym efektami związanymi z podatnością magnetyczną. W typowym wyidealizowanym opisie jest więc krótsze od T2 lub mu równe i ma szczególne znaczenie w akwizycjach echa gradientowego oraz zastosowaniach wrażliwych na podatność magnetyczną.

Sekwencja echa spinowego wykorzystuje impuls refazujący, aby odwrócić część rozrzutu faz spowodowanego statycznymi różnicami pola. Refazowanie nie przywraca nieodwracalnego zaniku T2, dlatego pomiar echa spinowego i pomiar echa gradientowego nie ujawniają tej samej efektywnej relaksacji. Rozróżnienie to ma znaczenie, gdy określenie takie jak „T2-zależny” interpretuje się tak, jakby oznaczało bezpośredni pomiar T2. W istocie opisuje ono, które różnice między tkankami sekwencja uwidacznia najmocniej.

Następnym krokiem jest jawne określenie chwili próbkowania. Czasy, ważenie i kontrast sekwencji wyjaśniają, jak TR i TE wybierają równowagę między odbudową a zanikiem.

Źródła

• Abi Berger, „Magnetic resonance imaging” — powstawanie sygnału pod wpływem pola magnetycznego i RF, sekwencje impulsów oraz kontrast zależny od T1/T2.
• Stanford Medicine Body MRI Research Group, MRI Physics Education Materials — publiczne wizualne wprowadzenie do relaksacji i tworzenia obrazu MRI.
• Ridgway JP. Cardiovascular magnetic resonance physics for clinicians: part I. J Cardiovasc Magn Reson. 2010;12:71. doi:10.1186/1532-429X-12-71. (Pełny tekst)