04-05 T2 en la escala macroscópica: secuencias de pulsos

Para recapitular, el tiempo de relajación T2 es la constante de tiempo que caracteriza la pérdida de coherencia de fase de los espíns. En un tiempo T2 la magnetización x-y disminuye perdiendo el 69% de su valor inicial. Para medir este tiempo la secuencia de pulsos de RF preferible es la secuencia de eco de espín.

04-05-01 Secuencia de pulsos espín-eco

Echemos un vistazo a esta primera secuencia comparándola con un ejemplo de la vida cotidiana: una carrera.

Después de que el sistema de espín (por ejemplo un protón en un cuerpo humano) ha sido excitado por un pulso de 90°, los espíns pierden su movimiento en fase en relación al plano x'-y', es decir, se separan unos de otros y se abren en abanico; algunos se desplazan más rápido mientras otros se mueven más lentamente.

Si después de un tiempo de retardo (τ) el sistema se somete a un pulso de 180° se produce una reorientación. Ahora el espín más rápido se sitúa detrás de los más lentos, pero los alcanzarán, lo que provoca un eco en el momento TE (tiempo de eco) que es igual a TE = 2τ (Figuras 04-18 y 04-19).

Figura 04-18: Spin-echo pulse sequence. The echo formation in a spin-echo pulse sequence can be compared with a race. At the time of the 90° pulse, all runners are lined up at the starting line. After the 90° pulse, the faster runners separate from the slower runners (dephasing). At a certain time during the race, the runners are transposed (at the time τ when the 180° pulse is transmitted). Now the faster runners are behind the slower ones, but they catch up. All reach the finishing line together (i.e., create an echo at the echo time 2τ = TE).

Figura 04-19:
After the system has been excited by a 90° pulse [1], the spins dephase [2]. When the system is exposed to a 180° pulse, the spins are refocused [3]. Now the faster spins are behind the slower ones [4], but they catch up with them, and create an echo at TE [5]. Because there is a certain loss, the echo is smaller than the original signal.

El pulso de 180° cambia la fase de cada espín en 180°, es decir, la invierte. La posición de los espines no cambia, por lo que seguirán girando en la misma dirección. Sin embargo, el pulso de 180° hace que los espines tiendan a volver hacia su punto de partida (alineación), en lugar de alejarse del mismo. Este secuencia de pulsos 90°-180° se llama secuencia espín-eco (spin echo, SE) (Figura 04-20).

Figure 04-20: Pulse diagram of a spin-echo pulse sequence. The spin system is excited by a 90° pulse. After a time delay (τ), one or several 180° pulses follow. This leads to the formation of an echo. The time between the 90° pulse and the peak of the echo is called echo time TE (= 2τ). TR is the repetition time between two complete pulse sequences.

Si se emiten varios pulsos de 180° se crean ecos de amplitud decreciente. En este caso hablamos de secuencia multi-eco o espín-eco multiple (Figura 04-21), commonly dubbed after its inventors the Carr-Purcell spin echo sequence [⇒ Carr], later modified as the Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) sequence [⇒ Meiboom].

Figura 04-21:
The value of T2* can be obtained from the FID or single echoes while T2 is calculated from the peaks of the echo amplitudes. Several 180° pulses create echoes of decreasing amplitude (multiecho sequence). The envelope curve drawn through their peaks is the T2 decay curve.

La modulación de los picos de los ecos refleja T2. En el centro del eco los efectos de la falta de homogeneidad se anulan. Puesto que la amplitud máxima de los ecos no depende de inhomogeneidades ni de gradientes estáticos, las amplitudes del eco realmente reflejan la relajación espín-espín de la muestra. El flujo o difusión desplazan los espines de forma irreversible de un lugar a otro dando lugar así a una atenuación del eco.

La caída de señal después del pulso de 90° y en ambos lados del centro del eco del spin se rige más por T2* que por T2. Por lo tanto la señal decae rápidamente lejos del centro del eco.