En resonancia magnética , un eco de espín o eco de Hahn es el reenfoque de la magnetización de espín mediante un pulso de radiación electromagnética resonante . [1] La resonancia magnética nuclear (RMN) y la resonancia magnética (RM) modernas hacen uso de este efecto.
La señal de RMN observada después de un pulso de excitación inicial decae con el tiempo debido tanto a la relajación de espín como a cualquier efecto no homogéneo que haga que los espines de la muestra precesen a diferentes velocidades. El primero de ellos, la relajación, conduce a una pérdida irreversible de magnetización. Pero el desfase no homogéneo se puede eliminar aplicando un pulso de inversión de 180° que invierte los vectores de magnetización . [2] Los ejemplos de efectos no homogéneos incluyen un gradiente de campo magnético y una distribución de desplazamientos químicos . Si el pulso de inversión se aplica después de un período t de desfase, la evolución no homogénea se refaseará para formar un eco en el tiempo 2 t . En casos simples, la intensidad del eco en relación con la señal inicial está dada por e –2t/T 2 donde T 2 es la constante de tiempo para la relajación espín-espín. El tiempo de eco ( TE ) es el tiempo entre el pulso de excitación y el pico de la señal. [3]
Los fenómenos de eco son características importantes de la espectroscopia coherente que se han utilizado en campos distintos a la resonancia magnética, incluida la espectroscopia láser [4] y la dispersión de neutrones .
Los ecos fueron detectados por primera vez en resonancia magnética nuclear por Erwin Hahn en 1950, [5] y los ecos de espín a veces se denominan ecos de Hahn . En resonancia magnética nuclear e imágenes por resonancia magnética , la radiación de radiofrecuencia es la más utilizada.
En 1972, F. Mezei introdujo la dispersión de neutrones por eco de espín, una técnica que puede utilizarse para estudiar magnones y fonones en monocristales. [6] La técnica se aplica ahora en instalaciones de investigación que utilizan espectrómetros de triple eje.
En 2020, dos equipos demostraron [7] [8] que, al acoplar fuertemente un conjunto de espines a un resonador, la secuencia de pulsos de Hahn no solo genera un único eco, sino todo un tren de ecos periódicos. En este proceso, el primer eco de Hahn actúa sobre los espines como un pulso de reenfoque, lo que genera ecos secundarios autoestimulados.
El efecto eco de espín fue descubierto por Erwin Hahn cuando aplicó dos pulsos sucesivos de 90° separados por un corto período de tiempo, pero detectó una señal, el eco, cuando no se aplicó ningún pulso. Este fenómeno del eco de espín fue explicado por Erwin Hahn en su artículo de 1950 [5] y desarrollado por Carr y Purcell , quienes señalaron las ventajas de usar un pulso de reenfoque de 180° para el segundo pulso [9] . La secuencia de pulsos puede entenderse mejor si se divide en los siguientes pasos:
En esta secuencia se utilizan varias simplificaciones: no se incluye ninguna decoherencia y cada espín experimenta pulsos perfectos durante los cuales el entorno no proporciona propagación. Arriba se muestran seis espines y no se les da la oportunidad de desfasarse significativamente. La técnica de eco de espín es más útil cuando los espines se han desfasado más significativamente, como en la animación siguiente:
Se puede utilizar un experimento de decaimiento del eco de Hahn para medir el tiempo de relajación espín-espín , como se muestra en la animación siguiente. El tamaño del eco se registra para diferentes espaciamientos de los dos pulsos. Esto revela la decoherencia que no se reenfoca con el pulso π. En casos simples, se mide un decaimiento exponencial que se describe mediante el tiempo T 2 .
El artículo de Hahn de 1950 [5] mostró que otro método para generar ecos de espín es aplicar tres pulsos sucesivos de 90°. Después del primer pulso de 90°, el vector de magnetización se expande como se describió anteriormente, formando lo que puede considerarse como un "panqueque" en el plano xy. La expansión continúa durante un tiempo y luego se aplica un segundo pulso de 90° de manera que el "panqueque" ahora está en el plano xz. Después de un tiempo adicional, se aplica un tercer pulso y se observa un eco estimulado después de esperar un tiempo después del último pulso.
También se han observado ecos de Hahn en frecuencias ópticas. [4] Para ello, se aplica luz resonante a un material con una resonancia de absorción ensanchada de forma no homogénea . En lugar de utilizar dos estados de espín en un campo magnético, los ecos de fotones utilizan dos niveles de energía que están presentes en el material incluso en un campo magnético cero.
El eco de espín rápido (RARE, FAISE o FSE [10] [11] [12] ), también llamado eco de espín turbo (TSE), es una secuencia de MRI que da como resultado tiempos de escaneo rápidos. En esta secuencia, se entregan varios pulsos de radiofrecuencia de reenfoque de 180º durante cada intervalo de tiempo de eco (TR), y el gradiente de codificación de fase se activa brevemente entre ecos. [13] La secuencia de pulsos FSE/TSE se parece superficialmente a una secuencia de eco de espín convencional (CSE) en que utiliza una serie de pulsos de reenfoque de 180º después de un solo pulso de 90º para generar un tren de ecos. Sin embargo, la técnica FSE/TSE cambia el gradiente de codificación de fase para cada uno de estos ecos (una secuencia de eco múltiple convencional recopila todos los ecos en un tren con la misma codificación de fase). Como resultado de cambiar el gradiente de codificación de fase entre ecos, se pueden adquirir múltiples líneas de espacio k (es decir, pasos de codificación de fase) dentro de un tiempo de repetición (TR) determinado. Como se adquieren múltiples líneas de codificación de fase durante cada intervalo TR, las técnicas FSE/TSE pueden reducir significativamente el tiempo de obtención de imágenes. [14]
