En física , la relajación espín-espín es el mecanismo por el cual M xy , el componente transversal del vector de magnetización , decae exponencialmente hacia su valor de equilibrio en resonancia magnética nuclear (RMN) e imágenes por resonancia magnética (IRM). Se caracteriza por el tiempo de relajación espín-espín , conocido como T 2 , una constante de tiempo que caracteriza la descomposición de la señal. [1] [2] [3] Se denomina en contraste con T 1 , el tiempo de relajación espín-red . Es el tiempo que tarda la señal de resonancia magnética en decaer irreversiblemente al 37% (1/ e ) de su valor inicial después de su generación inclinando la magnetización longitudinal hacia el plano transversal magnético. [4] De ahí la relación
La relajación T 2 generalmente se produce más rápidamente que la recuperación T 1 , y las diferentes muestras y los diferentes tejidos biológicos tienen diferentes T 2 . Por ejemplo, los fluidos tienen el T 2 más largo , y los tejidos a base de agua están en el rango de 40-200 ms , mientras que los tejidos a base de grasa están en el rango de 10-100 ms. Los sólidos amorfos tienen T 2 en el rango de milisegundos, mientras que la magnetización transversal de las muestras cristalinas decae en alrededor de 1/20 ms.
Cuando los espines nucleares excitados (es decir, aquellos que se encuentran parcialmente en el plano transversal) interactúan entre sí al muestrear inhomogeneidades del campo magnético local en las micro y nanoescalas, sus respectivas fases acumuladas se desvían de los valores esperados. [4] Si bien el componente lento o no variable de esta desviación es reversible, inevitablemente se perderá parte de la señal neta debido a interacciones de corta duración, como colisiones y procesos aleatorios como la difusión a través del espacio heterogéneo.
La desintegración de T 2 no se produce debido a la inclinación del vector de magnetización alejándose del plano transversal. Más bien, se observa debido a las interacciones de un conjunto de espines que se desfasan entre sí. [5] A diferencia de la relajación de espín-red , considerar la relajación de espín-espín utilizando solo un isocrómata es trivial y no informativo.
Al igual que la relajación spin-lattice, la relajación spin-spin se puede estudiar utilizando un marco de autocorrelación de tumbling molecular. [6] La señal resultante decae exponencialmente a medida que aumenta el tiempo de eco (TE), es decir, el tiempo después de la excitación en el que se produce la lectura. En experimentos más complicados, se pueden adquirir múltiples ecos simultáneamente para evaluar cuantitativamente una o más curvas de decaimiento T 2 superpuestas . [6] La tasa de relajación experimentada por un espín, que es la inversa de T 2 , es proporcional a la energía de tumbling de un espín en la diferencia de frecuencia entre un espín y otro; en términos menos matemáticos, la energía se transfiere entre dos espines cuando giran a una frecuencia similar a su frecuencia de batido , en la figura de la derecha. [6] En que el rango de frecuencia de batido es muy pequeño en relación con la tasa de rotación promedio , la relajación spin-spin no depende en gran medida de la intensidad del campo magnético. Esto contrasta directamente con la relajación spin-lattice, que se produce a frecuencias de tumbling iguales a la frecuencia de Larmor . [7] Algunos cambios de frecuencia, como el cambio químico de RMN , ocurren en frecuencias proporcionales a la frecuencia de Larmor, y el parámetro relacionado pero distinto T 2 * puede depender en gran medida de la intensidad del campo debido a la dificultad de corregir la falta de homogeneidad en los orificios de los imanes más fuertes. [4]
Suponiendo condiciones isotérmicas, los espines que giran más rápido a través del espacio generalmente tendrán un T 2 más largo . Dado que un giro más lento desplaza la energía espectral a frecuencias de giro altas a frecuencias más bajas, la frecuencia de batido relativamente baja experimentará una cantidad de energía que aumenta monótonamente a medida que aumenta, lo que disminuye el tiempo de relajación. [6] La figura de la izquierda ilustra esta relación. Vale la pena señalar nuevamente que los espines que giran rápido, como los del agua pura, tienen tiempos de relajación T 1 y T 2 similares , [6] mientras que los espines que giran lento, como los de las redes cristalinas, tienen tiempos de relajación muy distintos.
Un experimento de eco de espín se puede utilizar para revertir los fenómenos de desfase invariantes en el tiempo, como las inhomogeneidades magnéticas a escala milimétrica. [6] La señal resultante decae exponencialmente a medida que aumenta el tiempo de eco (TE), es decir, el tiempo después de la excitación en el que se produce la lectura. En experimentos más complicados, se pueden adquirir múltiples ecos simultáneamente para evaluar cuantitativamente una o más curvas de decaimiento de T 2 superpuestas . [6] En MRI, se pueden obtener imágenes ponderadas en T 2 seleccionando un tiempo de eco del orden de los T 2 s de los diversos tejidos. [8] Para reducir la cantidad de información de T 1 y, por lo tanto, la contaminación en la imagen, se permite que los espines excitados regresen a un equilibrio cercano en una escala de T 1 antes de volver a excitarse. (En la jerga de MRI, este tiempo de espera se denomina "tiempo de repetición" y se abrevia TR). También se pueden utilizar secuencias de pulsos distintas del eco de espín convencional para medir T 2 ; Las secuencias de eco de gradiente, como la precesión libre de estado estable (SSFP) y las secuencias de eco de espín múltiple, se pueden utilizar para acelerar la adquisición de imágenes o informar sobre parámetros adicionales. [6] [8]
