En resonancia magnética , un eco de espín o eco de Hahn es el reenfoque de la magnetización del espín mediante un pulso de radiación electromagnética resonante . [1] La resonancia magnética nuclear (RMN) y la resonancia magnética (IRM) modernas aprovechan este efecto.
La señal de RMN observada después de un pulso de excitación inicial decae con el tiempo debido tanto a la relajación del espín como a cualquier efecto no homogéneo que cause que los espines en 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 invierta los vectores de magnetización . [2] Ejemplos de efectos no homogéneos incluyen un gradiente de campo magnético y una distribución de cambios químicos . Si el pulso de inversión se aplica después de un período t de desfase, la evolución no homogénea cambiará de fase para formar un eco en el tiempo 2 t . En casos simples, la intensidad del eco con respecto a la señal inicial viene 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 de 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 y resonancia magnética , la radiación de radiofrecuencia se utiliza con mayor frecuencia.
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 utilizando espectrómetros de triple eje.
En 2020, dos equipos demostraron [7] [8] que, cuando se acopla fuertemente un conjunto de espines a un resonador, la secuencia de pulsos de Hahn no solo genera un único eco, sino más bien un conjunto completo 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 espín-eco 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 aún más por Carr y Purcell , quienes señalaron las ventajas de utilizar un pulso de reenfoque de 180° para el segundo pulso. [9] La secuencia del pulso se puede entender mejor dividiéndola en los siguientes pasos:
En esta secuencia se utilizan varias simplificaciones: no se incluye decoherencia y cada giro experimenta pulsos perfectos durante los cuales el entorno no proporciona dispersión. Arriba se muestran seis giros y no se les da la oportunidad de desfasarse significativamente. La técnica de eco de giro es más útil cuando los giros se han desfasado de manera más significativa, como en la siguiente animación:
Se puede utilizar un experimento de desintegración del eco de Hahn para medir el tiempo de relajación de espín-espín , como se muestra en la siguiente animación. El tamaño del eco se registra para diferentes espaciamientos de los dos pulsos. Esto revela la decoherencia que no es reenfocada por el pulso π. En casos sencillos se mide una caída exponencial que se describe mediante el tiempo T 2 .
El artículo de Hahn de 1950 [5] demostró 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 se puede considerar como un "panqueque" en el plano xy. La extensión continúa durante un tiempo y luego se aplica un segundo pulso de 90° de modo que el "panqueque" esté ahora 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 sobre un material con una resonancia de absorción no homogéneamente ampliada . 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 nulo.
El eco de espín rápido (RARE, FAISE o FSE [10] [11] [12] ), también llamado eco de espín turbo (TSE), es una secuencia de resonancia magnética que da como resultado tiempos de exploración rápidos. En esta secuencia, se envían varios pulsos de radiofrecuencia de reenfoque de 180 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 espín-eco (CSE) convencional en el sentido de que utiliza una serie de pulsos de reenfoque de 180º después de un único pulso de 90º para generar un tren de ecos. La técnica FSE/TSE, sin embargo, cambia el gradiente de codificación de fase para cada uno de estos ecos (una secuencia multieco convencional recoge todos los ecos en un tren con la misma codificación de fase). Como resultado del cambio del 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]
