Longitudinalmagnetisierung

Entstehung

Im äußeren B₀-Magnetfeld richten sich die magnetischen Momente der Atomkerne bevorzugt parallel zur Feldrichtung aus. Aufgrund der statistischen Besetzungsdifferenz entsteht ein kleiner Überschuss an Spins im energieärmeren Zustand. Dieser Überschuss führt zu einer makroskopischen Magnetisierung entlang der Feldachse, der Longitudinalmagnetisierung M_z.

Gleichgewichtszustand

Im thermischen Gleichgewicht liegt ausschließlich Longitudinalmagnetisierung vor:

$${\displaystyle {\vec {M}}=M_{0}\cdot {\hat {z}}}$$

mit:

• M₀ = Gleichgewichtsmagnetisierung
• z = Richtung des B₀-Feldes

Die Größe von M₀ hängt ab von:

• Magnetfeldstärke
• Temperatur
• Protonendichte

Beeinflussung durch Hochfrequenzpulse

Ein Hochfrequenzpuls kann die Longitudinalmagnetisierung aus der z-Richtung kippen und in Transversalmagnetisierung überführen. Dabei gilt:

• 90°-Puls → vollständige Überführung in die Transversalebene
• 180°-Puls → Inversion der Longitudinalmagnetisierung

Nach der Anregung ist M_z reduziert oder kann sogar negativ werden.

T1-Relaxation

Nach einem Hochfrequenzpuls kehrt die Longitudinalmagnetisierung exponentiell in ihren Gleichgewichtszustand zurück. Dieser Prozess wird als T1-Relaxation oder longitudinale Relaxation bezeichnet:

$${\displaystyle M_{z}(t)=M_{0}\left(1-e^{-{\frac {t}{T_{1}}}}\right)}$$

mit:

• M_z(t) = Longitudinalmagnetisierung zum Zeitpunkt t
• M₀ = Gleichgewichtswert
• T₁ = longitudinale Relaxationszeit

Die T1-Relaxation beruht auf Energieaustausch zwischen Spins und Umgebung (Spin-Gitter-Relaxation).