04-04 T2: el tiempo de relajación espín-espín

Después de que un sistema de espín haya sido excitado por un pulso de RF ini­cial­mente se comporta como un sistema coherente, es decir, todos los com­po­nen­tes mi­cro­scó­picos de la magnetización macroscópica precesan en fase (todos juntos) alrededor de la dirección del campo externo. Sin embargo, con el tiempo, la señal observada comienza a disminuir y los espines comienzan a no precesar en fase (Figura 04-15).

Figura 04-15: Fenómenos de relajación transversal que in­du­cen un defasaje creciente de espines in­di­vi­dua­les, de forma tal que se observa una disminución progresiva de la mag­ne­ti­zi­ción macroscópica. La decrecimiento de la señal en el plano x'-y' es más rápida que la de la mag­ne­ti­za­ción a en el eje z. La des­com­po­si­ción adicional de la magnetización neta en el plano x'-y' es debida a una pérdida de coherencia de fase entre los componentes mi­cro­scó­pi­cos que se debe en parte a las pe­que­ñas diferencias de las fre­cu­en­cias de Larmor inducidas por pe­que­ñas diferencias en los campos magnéticos estáticos en distintas localizaciones de la muestra. Este proceso se conoce como T2, relajación spin-spin o relajación transversal.

T2 depende de varios parámetros:

 frecuencia de resonancia (intensidad del campo), aunque para T2
  es menos crucialque para T1;
 temperatura;
 movilidad observada de espíns (microviscosidad);
 presencia de grandes moléculas, iones y moléculas paramagnéticos
  o otras interferencias externas

En los fluidos móviles T2 es casi igual a T1 mientras que en sólidos o en sistemas lentos (sistemas de alta viscosidad) las componentes del campo estático inducidas por los núcleos vecinos entran en acción y T2 se hace significativamente más corto que T1. En compuestos sólidos T2 es generalmente tan corto que la señal se extingue en el primer milisegundo mientras que en los fluidos la señal de resonancia magnética puede durar varios segundos. En gran medida esta es la causa de la baja o ausencia de señal de estructuras sólidas como el hueso compacto o los tendones en las imágenes médicas obtenidas mediante RM.

Con una intensidad de campo en aumento T2 en principio aumenta de forma paralela a T1. A continuación, mientras T1 continua aumentando, T2 permanece constante (en meseta) pero también puede comenzar a disminuir. Esto podría ser debido a diferencias microscópicas de susceptibilidad microscópicas que pueden inducir un efecto T2*.

Así, si representamos gráficamente T1 y T2 con respecto a la movilidad microscópica del sistema de espín, obtendremos una curva T1 que pasa por un mínimo que corresponde a la frecuencia de Larmor y una curva de disminución constante en el caso de T2 (Figura 04-16).

Figura 04-16: Zone 1: high mobility with fast molecular motion; usually small molecules and ‘free’ water. Zone 2: low mobility with slow molecular motion; usually large molecules and ‘bound’ water.

El valor T1 de los tejidos es generalmente menor a 1 segundo. En el caso del agua pura el valor T2 es de aproximadamente 3 segundos y la relación T1/T2 es 1. Desde aquí la relación T1/T2 aumenta rápidamente entre los tejidos en rangos de 5 a 10 unidades. T1/T2 será de 5 en el caso del tejido muscular sometido a un campo de 0,1 T.

En la práctica se observa que la misma muestra puede mostrar dos momentos diferentes de relajación T2 aún siendo sometida a la misma intensidad de campo. Esto es debido a dos fenómenos que contribuyen a que los núcleos experimenten fenómenos de falta de homogeneidad local:

 scampos magnéticos estáticos y oscilantes inducidos por proximidad
  de momentos magnéticos vecinos (originados en otros núcleos o
  electrones no apareados), y
 imperfecciones del campo magnético estático principal B₀ (inhomo-
  geneidades de campo).

Esto conduce a una caída de la señal más rápida que T2. Se llama T2* (Figura 4-17).

Figura 04-17: T2 and T2*. The signal decay of T2* is faster than that of T2, because of field inhomogeneities and chemical shifts. However, the T2* can be made reappear by applying a second RF pulse.

Es importante entender que T2* no es una constante y no puede usarse con fines diagnósticos. Es un tiempo fluctuante (o un rango de tiempo) para la pér­dida de coherencia de fase entre los espines orientados a un angelo del campo magnético. Sin embargo, estos inhomogemeidades pueden cambiar facilmente.

Pero para un experimento dado (un exámen individual) podemos calcular T2* de la misma forma que calculamos T1 de sistemas complejos mediante la adi­ción de componentes de la relajación R1 (véase el ejemplo del contenedor, Fi­gu­ra 04-06).

La tasa de decrecimiento observada (R2* = 1/T2*) estará por tanto re­la­cio­na­da con la ver­da­dera la tasa de relajación espín-espín (R2 = 1/T2) y con la in­du­ci­da por inhomogeneidades del campo (R2inh o R2' = 1/T2inh), así:

R2* = R2 + R2inh

Para eliminar el efecto de las inhomogeneidades de campo, se puede utilizar un eco del espín, cuya amplitud dependerá del tiempo que ha transcurrido desde la excitación inicial (TE). Esta técnica se utiliza en una de las secuencias de pul­so más utilizadas para la obtención de imágenes médicas, que ha sido la se­cu­en­cia de pulsos estándar en RM y la base del diagnóstico clínico durante mucho tiempo, la secuencia de pulsos de eco de espín (espín-eco o SE). Incluso después de la introducción de secuencias de impulsos especializados para dis­tin­tas pre­gun­tas dia­gnós­ticas, las secuencias SE siguen siendo de elección en caso de duda.