Phasenkohärenz
Definition
Die Phasenkohärenz beschreibt in der Magnetresonanztomographie (MRT) den Zustand, in dem Kernspins in der Transversalebene mit gleicher Phase präzedieren. Sie ist Voraussetzung für die Entstehung einer makroskopischen Transversalmagnetisierung und damit eines messbaren MR-Signals.
Physikalische Grundlagen
Phasenbegriff
Die Phase eines Spins beschreibt seine momentane Position innerhalb der Präzessionsbewegung um das B0-Magnetfeld. Spins mit gleicher Phase zeigen in die gleiche Richtung in der Transversalebene.
Zustand ohne Kohärenz
Im thermischen Gleichgewicht präzedieren die Spins mit nahezu gleicher Larmorfrequenz, jedoch mit zufälliger Phase. Dadurch heben sich die einzelnen Beiträge in der Transversalebene gegenseitig auf. Es besteht keine makroskopische Transversalmagnetisierung.
Erzeugung von Phasenkohärenz
Ein Hochfrequenzpuls führt zu einer weitgehenden Phasengleichheit der Spins. Die Spins werden in die Transversalebene gekippt und präzedieren anschließend synchron. Dadurch addieren sich die einzelnen magnetischen Momente konstruktiv zu einer messbaren Transversalmagnetisierung. Nur phasenkohärente Spins erzeugen eine messbare Signalinduktion in der Empfangsspule.
Verlust der Phasenkohärenz
Nach der Anregung geht die Phasenkohärenz mit der Zeit verloren (Dephasierung). Ursachen sind: Spin-Spin-Wechselwirkungen (T2-Relaxation) und Inhomogenitäten des Magnetfeldes (T2*) . Durch die zunehmende Phasenstreuung nimmt die Transversalmagnetisierung ab. Der tatsächlich beobachtete Signalabfall wird durch T2* bestimmt.
Bedeutung für die MRT
Die Phasenkohärenz ist entscheidend für die MRT, da sie:
- die Voraussetzung für die Entstehung eines MR-Signals darstellt
- die Größe der Transversalmagnetisierung bestimmt
- durch Relaxationsprozesse den Signalverlauf beeinflusst
Verfahren wie das Spin-Echo nutzen gezielte Rephasierung, um verlorene Phasenkohärenz teilweise wiederherzustellen.