Winkel-sensitive MRT zur nichtinvasiven Analyse belasteter ...

28 Kapitel 2. Wissenschaftliche Problemanalyse
Abb. 2.19. Zeitlicher Verlauf der (a) T1- und (b) T2-Relaxation.
Die Relaxation der Längsmagnetisierung beruht auf dem Streben des Spinsystems
das Boltzmann-Gleichgewicht (2.7) zu erreichen. Die durch den HF-Impuls angeregten
Spins kehren in den Ausgangszustand zurück, und die von ihnen abgegebene Energie
wird durch die Umgebung (Gitter) absorbiert. Aus diesem Grund bezeichnet man die
longitudinale Relaxationszeit T1 auch als Spin-Gitter-Relaxationszeit.
Die zweite Art der Relaxation ist die transversale Relaxation. Eine messbare Mxy-
Komponente ist nur dann vorhanden, wenn die Spins mehr oder weniger mit gleicher
π
Phase präzedieren. Unmittelbar nach dem -Impuls besitzt Mxy den maximalen Wert,
2
denn alle Spins rotieren phasensynchron mit gleicher Geschwindigkeit in der xy-Ebene
um B0. Diese synchrone Bewegung kann unter realen Bedingungen nicht lange
anhalten, denn auf Grund von Magnetfeldinhomogenitäten rotieren einige Spins
schneller, andere langsamer und nach einer Zeit fächert sich die Magnetisierung Mxy in
der xy-Ebene auf, bis sie über alle Richtungen gleichverteilt sind und damit die
Gesamtmagnetisierung in xy-Richtung verschwindet. Gemäß (2.13), (2.14) fällt die
Magnetisierung Mxy nach der Zeit T2 auf 37% der maximalen Magnetisierung M0
(Abb. 2.19b). Die genannten Magnetfeldinhomogenitäten resultieren aus der
Überlagerung des B0-Feldes mit mikroskopischen Zusatz-Magnetfeldern, z.B. durch
dipolare Felder benachbarter Spins. Auf Grund dieser Wechselwirkung zwischen den
Spins nennt man die transversale Relaxationszeit T2 auch Spin-Spin-Relaxationszeit.
Somit liefert die transversale Relaxation Informationen über die magnetische
Binnenstruktur der Probe. Außerdem tragen auch Inhomogenitäten des externen
Magnetfeldes B0 (welche viel größer sein können als die durch Spin-Spin-
Wechselwirkung verursachten) zu der T2-Relaxation bei. Dies führt zu einer
Verkürzung der beobachteten transversalen Relaxation. Diese allgemeine
Relaxationszeit bezeichnet man als effektive Relaxationszeit T2*.
Da sich nur energetisch angeregte Spins an dem Aufbau der transversalen
Magnetisierungskomponente beteiligen, sind die T2-Relaxationszeiten bis auf einige
seltene Sonderfälle immer kürzer als T1. Die Relaxationszeiten hängen von der
chemischen Struktur und der thermischen Beweglichkeit der Atome und Moleküle ab.