T2-Relaxation

Mechanismus

Nach Anregung durch einen Hochfrequenzpuls entsteht eine phasenkohärente Transversalmagnetisierung, die das MR-Signal erzeugt. Im weiteren Verlauf kommt es zu einem fortschreitenden Verlust der Phasenkohärenz der Spins. Ursache sind mikroskopische Magnetfeldunterschiede, die durch Wechselwirkungen zwischen benachbarten Spins entstehen. Sie führen dazu, dass Spins mit leicht unterschiedlichen Larmorfrequenzen präzedieren und sich zunehmend gegeneinander verschieben (Dephasierung). Dieser Prozess wird daher als Spin-Spin-Relaxation bezeichnet und erfordert keinen Energieaustausch mit der Umgebung. Unabhängig davon bewirkt die gleichzeitig ablaufende T1-Relaxation den Aufbau der Längsmagnetisierung.

Der Abbau der Transversalmagnetisierung 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
• ${\displaystyle T_{2}}$ = T2-Relaxationszeit

Die T2-Relaxationszeit ist definiert als die Zeit, nach der die Transversalmagnetisierung auf etwa 37 % ihres Anfangswertes abgefallen ist. Sie ist weitgehend unabhängig von der Stärke des Magnetfeldes.

Abhängigkeit von Gewebeeigenschaften

Die T2-Relaxation hängt von der molekularen Umgebung und den lokalen Magnetfeldinhomogenitäten auf mikroskopischer Ebene ab. Entscheidend ist, in welchem Ausmaß lokale Feldunterschiede durch molekulare Bewegung zeitlich gemittelt werden. Typische Zusammenhänge:

• Gewebe mit hoher molekularer Beweglichkeit (z.B. Wasser, Liquor) → effektive Mittelung lokaler Feldunterschiede → lange T2
• Gewebe mit eingeschränkter Beweglichkeit und ausgeprägten lokalen Feldinhomogenitäten (z.B. Muskel, Leber) → schnellere Dephasierung → kurze T2

Die T2-Relaxation ist entscheidend für die MRT, da sie:

• den Signalabfall der Transversalmagnetisierung bestimmt
• die Grundlage der T2-Gewichtung bildet
• maßgeblich durch die Echozeit (TE) beeinflusst wird

Gewebe mit langer T2 erscheinen in T2-gewichteten Bildern signalreich (hell), Gewebe mit kurzer T2 signalarm (dunkel).

Die T2*-Relaxation beschreibt den zusätzlichen Signalverlust durch makroskopische Magnetfeldinhomogenitäten. Sie entstehen z.B. durch:

• Suszeptibilitätsunterschiede an Gewebegrenzen (z.B. Luft/Gewebe)
• metallische oder paramagnetische Substanzen

Im Gegensatz zur T2-Relaxation kann der Einfluss statischer Feldinhomogenitäten durch Spin-Echo-Sequenzen weitgehend kompensiert werden.

T2- und T1-Relaxation verhalten sich nicht spiegelbildlich, da sie auf unterschiedlichen physikalischen Mechanismen beruhen. Allerdings zeigen viele Gewebe in T1- und T2-gewichteten MRT-Sequenzen eine gegenläufige Signalintensität, was den Eindruck eines spiegelbildlichen Verhaltens vermitteln kann.

Bijan Fink

Peer reviewed am 18.03.2025 von Bijan Fink