02-06 Magnetización

Hasta ahora sólo ha sido considerado el comportamiento microscópico de los núc­le­os. Sin embargo cualquier muestra real contiene una gran cantidad de núc­le­os. Una gota de agua, por ejemplo, contiene alrededor de 10²¹ núcleos.

Macroscópicamente se observa el efecto sumatorio de los eventos mi­cro­scó­pi­cos. En presencia de un campo externo los núcleos con propiedades magnéticas similares a las de los protones pueden ocupar el nivel estable, con menor ener­gía, o estar en estado ex­ci­ta­do (nivel superior), que tiene una energía li­ge­ra­men­te mayor.

La diferencia de energía entre estos dos estados es tan pequeña que el número de núc­le­os ocupando cada uno de los estados es casi idéntico. De un millón de núcleos sólo hay unos pocos más en el estado de baja energía que en el de alta energía. Dado que la señal obtenida en un experimento de resonancia magnética depende de la di­fe­ren­cia de población entre los dos estados la señal resultante es muy débil.

Esta es la razón por la que la IRM tiene una sensibilidad baja en comparación con, por ejem­plo, los estudios de radioisótopos. Esta desventaja se puede superar mediante el uso de la hiperpolarización. Esta permite un aumento de señal de hasta 100.000 veces. Sin em­bar­go estas técnicas son complejas, requieren equipo especial y no están disponibles para su uso en la obtención de imágenes clínicas.

La Figura 02-09 muestra que la suma de los núcleos precesando alrededor de la di­rec­ción del campo externo es equivalente a un momento magnético único, llamado mag­ne­ti­za­ción neta. Esta representa la magnetización total obtenida al sustraer la mag­ne­ti­za­ción de las diferentes poblaciones (conociendo que en el estado de equilibrio ex­is­te un exceso de núcleos en el nivel de energía más bajo). Para detectar esta mag­ne­ti­za­ción neta es necesario alejarla del eje del campo principal. Esto se consigue con un im­pul­so electromagnético en la frecuencia de resonancia.

Figura 02-09: Alineamiento de los momentos magnéticos individuales con el campo externo. La pob­la­ción del estado de alta energía es li­ge­ra­men­te mayor. La suma de todos los com­po­nen­tes individuales es la magnetización macroscópica o magnetización neta M0.

De acuerdo con la distribución de Boltz­mann, el número de espines en el nivel superior de en­er­gía aumentará a medida que aumenta la fuerza del campo.