T2*-Relaxation

Mechanismus

Nach Anregung durch einen Hochfrequenzpuls entsteht eine phasenkohärente Transversalmagnetisierung. Im weiteren Verlauf kommt es zu einer Dephasierung der Kernspins, die zwei Ursachen hat:

• intrinsische Spin-Spin-Wechselwirkungen (T2-Relaxation)
• zusätzliche Magnetfeldinhomogenitäten

Letztere führen zu lokalen Unterschieden der effektiven Larmorfrequenz und damit zu einer beschleunigten Phasendivergenz.

Magnetfeldinhomogenitäten

Magnetfeldinhomogenitäten können verschiedene Ursachen haben:

• systembedingte Inhomogenitäten des B₀-Magnetfeldes
• Suszeptibilitätsunterschiede zwischen Geweben (z.B. Luft/Gewebe-Grenzen)
• paramagnetische Substanzen (z.B. Hämosiderin)
• metallische Materialien

Diese Effekte führen zu lokalen Gradienten des Magnetfeldes und verstärken die Dephasierung.

Zeitlicher Verlauf

Der Signalabfall folgt näherungsweise einem exponentiellen Verlauf:

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

mit:

• ${\displaystyle M_{xy}(t)}$ = Transversalmagnetisierung zum Zeitpunkt ${\displaystyle t}$
• ${\displaystyle M_{xy,0}}$ = anfängliche Transversalmagnetisierung
• ${\displaystyle T_{2}^{*}}$ = effektive transversale Relaxationszeit

Es gilt:

• ${\displaystyle T_{2}^{*}\leq T_{2}}$

Die T2-Relaxation beschreibt ausschließlich intrinsische Dephasierung durch Spin-Spin-Wechselwirkungen. Die T2*-Relaxation umfasst zusätzlich makroskopische und mikroskopische Magnetfeldinhomogenitäten. Im Gegensatz zur T2-Relaxation sind die durch statische Feldinhomogenitäten verursachten Dephasierungen prinzipiell reversibel.

Die T2*-Relaxation ist von zentraler Bedeutung, da sie:

• den Signalabfall im Free Induction Decay bestimmt
• die Grundlage von Gradientenecho-Sequenzen bildet
• empfindlich auf Suszeptibilitätseffekte reagiert

Dies wird gezielt genutzt in:

• Suszeptibilitätsgewichteter Bildgebung
• Nachweis von Blutabbauprodukten
• funktioneller MRT (BOLD-Effekt)

Durch Spin-Echo-Sequenzen können statische Magnetfeldinhomogenitäten kompensiert werden. Ein 180°-Puls führt zu einer Rephasierung der Spins und eliminiert den T2*-bedingten Anteil der Dephasierung, sodass der Signalverlauf durch die intrinsische T2-Relaxation bestimmt wird.