Relajación espín-red

Durante las observaciones de resonancia magnética nuclear , la relajación espín-red es el mecanismo por el cual la componente longitudinal del vector del momento magnético nuclear total (paralela al campo magnético constante) se relaja exponencialmente desde un estado de mayor energía y no equilibrio hasta el equilibrio termodinámico con su entorno (la "red"). Se caracteriza por el tiempo de relajación espín-red , una constante de tiempo conocida como${\displaystyle T_{1}}$.

Hay un parámetro diferente,${\displaystyle T_{2}}$, el tiempo de relajación espín-espín , que se refiere a la relajación exponencial de la componente transversal del vector de magnetización nuclear ( perpendicular al campo magnético externo). La medición de la variación de${\displaystyle T_{1}}$y${\displaystyle T_{2}}$en diferentes materiales es la base de algunas técnicas de imágenes por resonancia magnética . ^{[ 1 ]}

La tasa a la que el longitudinal${\displaystyle M_{z}}$El componente del vector de magnetización se recupera exponencialmente hacia su equilibrio termodinámico y está regido por el tiempo.${\displaystyle T_{1}}$, según la ecuación $${\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }-\left[M_{z,\mathrm {eq} }-M_{z}(0)\right]e^{-t/T_{1}},}$$ o, para el caso específico que${\displaystyle M_{z}(0)=-M_{z,\mathrm {eq} }}$, $${\displaystyle M_{z}(t)=M_{z,\mathrm {eq} }\left(1-2e^{-t/T_{1}}\right).}$$

De este modo,${\displaystyle T_{1}}$es el tiempo que tarda la magnetización longitudinal en recuperarse aproximadamente en un 63% (exactamente${\displaystyle 1-1/}$e ) de su valor inicial después de ser invertido al plano transversal magnético por un pulso de radiofrecuencia de 90°.

Los núcleos se encuentran dentro de una estructura molecular y están en constante movimiento vibracional y rotacional, creando un campo magnético complejo. El campo magnético causado por el movimiento térmico de los núcleos dentro de la red se denomina campo reticular. El campo reticular de un núcleo en un estado de energía inferior puede interactuar con núcleos en un estado de energía superior, lo que provoca que la energía de este último se distribuya entre ambos núcleos. Por lo tanto, la energía que los núcleos obtienen del pulso de radiofrecuencia se disipa como un aumento de la vibración y la rotación dentro de la red, lo que puede incrementar ligeramente la temperatura de la muestra. El término relajación espín-red se refiere al proceso en el que los espines devuelven la energía obtenida del pulso de radiofrecuencia a la red circundante, restaurando así su estado de equilibrio. Este mismo proceso ocurre después de que la energía del espín se haya alterado por un cambio en el campo magnético estático circundante (por ejemplo, prepolarización o inserción en un campo magnético intenso) o si el estado de no equilibrio se ha alcanzado por otros medios (por ejemplo, hiperpolarización mediante bombeo óptico).

El tiempo de relajación,${\displaystyle T_{1}}$La vida media de los núcleos en el estado de mayor energía depende de la relación giromagnética del núcleo y de la movilidad de la red cristalina. A medida que aumenta la movilidad, aumentan las frecuencias vibracionales y rotacionales, lo que incrementa la probabilidad de que un componente del campo de la red estimule la transición de estados de alta a baja energía. Sin embargo, a movilidades extremadamente altas, la probabilidad disminuye, ya que las frecuencias vibracionales y rotacionales dejan de corresponder a la diferencia de energía entre los estados.

Los diferentes tejidos tienen diferentes${\displaystyle T_{1}}$valores. Por ejemplo, los fluidos tienen valores largos.${\displaystyle T_{1}}$(1500-2000 ms), y los tejidos a base de agua están en el rango de 400-1200 ms, mientras que los tejidos a base de grasa están en el rango más corto de 100-150 ms. La presencia de iones o partículas fuertemente magnéticas (por ejemplo, ferromagnéticas o paramagnéticas ) también altera fuertemente${\displaystyle T_{1}}$valores y se utilizan ampliamente como agentes de contraste para resonancia magnética .

La resonancia magnética utiliza la resonancia de los protones para generar imágenes. Los protones se excitan mediante un pulso de radiofrecuencia a una frecuencia adecuada ( frecuencia de Larmor ) y, a continuación, el exceso de energía se libera en forma de una cantidad minúscula de calor al entorno a medida que los espines vuelven a su equilibrio térmico. La magnetización del conjunto de protones regresa a su valor de equilibrio con una curva exponencial caracterizada por una constante de tiempo.${\displaystyle T_{1}}$(véase Relajación (RMN) ).

${\displaystyle T_{1}}$Las imágenes ponderadas se pueden obtener configurando un tiempo de repetición (TR) corto, como < 750 ms, y un tiempo de eco (TE) como < 40 ms en las secuencias de eco de espín convencionales , mientras que en las secuencias de eco de gradiente se pueden obtener utilizando ángulos de giro mayores de 50 ^° y configurando los valores de TE en menos de 15 ms.

${\displaystyle T_{1}}$es significativamente diferente entre la materia gris y la materia blanca y se utiliza al realizar escáneres cerebrales. Una fuerte${\displaystyle T_{1}}$Existe un contraste entre las estructuras anatómicas fluidas y más sólidas, lo que hace que...${\displaystyle T_{1}}$Contraste adecuado para la evaluación morfológica de la anatomía normal o patológica, por ejemplo, para aplicaciones musculoesqueléticas.

La relajación espín-red en el marco giratorio es el mecanismo por el cual M _xy , la componente transversal del vector de magnetización, decae exponencialmente hacia su valor de equilibrio de cero, bajo la influencia de un campo de radiofrecuencia (RF) en resonancia magnética nuclear (RMN) e imágenes por resonancia magnética (IRM). Se caracteriza por la constante de tiempo de relajación espín-red en el marco giratorio, T _1ρ . Se denomina en contraste con${\displaystyle T_{1}}$, el tiempo de relajación espín-red . ^{[ 2 ]}

${\displaystyle T_{1\rho }}$_{La resonancia magnética ρ} es una alternativa a la convencional.${\displaystyle T_{1}}$y${\displaystyle T_{2}}$La resonancia magnética (RM) utiliza un pulso de radiofrecuencia de baja potencia y larga duración, denominado pulso de bloqueo de espín (SL), aplicado a la magnetización en el plano transversal. La magnetización se bloquea efectivamente en torno a un campo B1 efectivo creado por la suma vectorial del campo B1 aplicado _y cualquier componente fuera de resonancia. La magnetización bloqueada se relaja con una constante de tiempo _.${\displaystyle T_{1\rho }}$, que es el tiempo que tarda la señal de resonancia magnética en alcanzar aproximadamente el 37% (exactamente${\displaystyle 1/e}$) de su valor inicial,${\displaystyle M_{xy}(0)}$. Por lo tanto, la relación: ${\displaystyle M_{xy}(t_{\rm {SL}})=M_{xy}(0)e^{-t_{\rm {SL}}/T_{1\rho }}\,}$ donde t _SL es la duración del campo de RF.

• Relajación (RMN)
• tiempo de relajación espín-espín
• Ángulo de Ernst

• McRobbie D., et al. Resonancia magnética: De la imagen al protón. 2003
• Hashemi Ray, et al. Resonancia magnética: Conceptos básicos, 2.ª ed. 2004