Signalentstehung (MRT)

Ausgangszustand

Im thermischen Gleichgewicht liegt die Gleichgewichtsmagnetisierung als Longitudinalmagnetisierung entlang des B₀-Magnetfeldes vor. Eine Transversalmagnetisierung ist nicht vorhanden, da die Spins keine Phasenkohärenz aufweisen.

Anregung durch Hochfrequenzpuls

Ein Hochfrequenzpuls kippt die Magnetisierung aus der Längsrichtung in die Transversalebene. Gleichzeitig wird eine Phasenkohärenz der Spins erzeugt. Dadurch entsteht eine makroskopische Transversalmagnetisierung ${\displaystyle M_{xy}}$, die als rotierender Vektor in der Transversalebene vorliegt.

Induktion des MR-Signals

Die Transversalmagnetisierung präzediert mit der Larmorfrequenz um das B₀-Feld. Diese rotierende Magnetisierung erzeugt ein zeitlich veränderliches Magnetfeld. Nach dem Induktionsgesetz wird dadurch in der Empfangsspule eine Wechselspannung induziert. Dieses Signal stellt das MR-Signal dar. Die Signalstärke ist proportional zur Größe der Transversalmagnetisierung. Das unmittelbar nach der Anregung messbare Signal wird als Free Induction Decay (FID) bezeichnet.

Signalabfall

Das MR-Signal nimmt mit der Zeit ab, da die Phasenkohärenz der Spins verloren geht. Ursachen sind:

• intrinsische Dephasierung durch Spin-Spin-Wechselwirkungen (T2-Relaxation)
• zusätzliche Dephasierung durch Inhomogenitäten des Magnetfeldes (T2*-Relaxation)

Der beobachtete Signalabfall im FID folgt näherungsweise:

$${\displaystyle S(t)\propto M_{xy}(t)=M_{xy,0}\cdot e^{-{\frac {t}{T_{2}^{*}}}}}$$

Die Signalentstehung ist die Grundlage der MRT, da sie:

• die Umwandlung der Magnetisierung in ein messbares elektrisches Signal beschreibt
• die Voraussetzung für die Bildrekonstruktion darstellt
• durch Relaxationsprozesse den Bildkontrast bestimmt

Die gezielte Beeinflussung von Anregung, Phasenkohärenz und Relaxation ermöglicht unterschiedliche Bildgewichtungen.