Schichtselektion

Die Schichtselektion beruht auf der Abhängigkeit der Larmorfrequenz von der lokalen Magnetfeldstärke. Wird während eines Hochfrequenzpulses ein Gradient (meist entlang der z-Achse) angelegt, variiert die Larmorfrequenz entlang dieser Richtung:

• ${\displaystyle \omega (z)=\gamma \cdot (B_{0}+G_{z}\cdot z)}$

Dadurch besitzen Spins an unterschiedlichen Positionen unterschiedliche Resonanzfrequenzen. Ein Hochfrequenzpuls besitzt eine definierte Frequenzbandbreite. Er regt nur diejenigen Spins an, deren Larmorfrequenz innerhalb dieses Frequenzbereichs liegt. Da die Frequenz ortsabhängig ist, entspricht dieser Frequenzbereich einer bestimmten räumlichen Position. Dadurch wird eine definierte Schicht selektiv angeregt.

Die Dicke der selektierten Schicht ergibt sich aus der Bandbreite des Hochfrequenzpulses und der Stärke des Gradienten:

• ${\displaystyle \Delta z={\frac {\Delta f}{\gamma \cdot G_{z}}}}$

mit:

• ${\displaystyle \Delta z}$ = Schichtdicke
• ${\displaystyle \Delta f}$ = Frequenzbandbreite des Hochfrequenzpulses
• ${\displaystyle \gamma }$ = gyromagnetisches Verhältnis
• ${\displaystyle G_{z}}$ = Gradient in Schichtrichtung

Anschaulich bedeutet dies: großer Gradient → starke Frequenzänderung pro Strecke → dünne Schicht große Bandbreite → breiter Frequenzbereich → dicke Schicht

Die Schichtselektion wird durch mehrere Parameter bestimmt:

• Gradientstärke: stärkerer Gradient → dünnere Schicht
• HF-Bandbreite: größere Bandbreite → dickere Schicht
• Form des Hochfrequenzpulses (z.B. Sinc-Puls): bestimmt die Genauigkeit der Schichtabgrenzung

Die ideale Schicht hätte eine scharf begrenzte, rechteckige Form. In der Praxis ergibt sich jedoch ein kontinuierlicher Übergang zwischen angeregten und nicht angeregten Spins. Dieses sogenannte Schichtprofil wird durch die Form des Hochfrequenzpulses bestimmt. Ein ungenaues Schichtprofil kann dazu führen, dass auch Spins außerhalb der gewünschten Schicht teilweise angeregt werden (Übersprechen).

Während der Schichtselektion führt der angelegte Gradient zu einer Phasenstreuung innerhalb der Schicht, da Spins an unterschiedlichen Positionen leicht unterschiedliche Frequenzen besitzen. Ein nachgeschalteter Gegen-Gradient (Rephasing-Lobe) kompensiert diese Phasenverschiebung und stellt die Phasenkohärenz wieder her. Dies ist notwendig, damit ein maximales MR-Signal erzeugt werden kann.