Transversalmagnetisierung

Synonym: Quermagnetisierung

Definition

Die Transversalmagnetisierung ist die Komponente der Magnetisierung, die senkrecht zum statischen B₀-Magnetfeld steht. Sie entsteht durch Kippung der Longitudinalmagnetisierung mittels eines Hochfrequenzpulses und ist die unmittelbar messbare Größe in der Magnetresonanztomographie (MRT).

Physikalische Grundlagen

Entstehung

Im thermischen Gleichgewicht liegt ausschließlich Longitudinalmagnetisierung entlang des B₀-Feldes vor. Durch einen Hochfrequenzpuls in der Nähe der Larmorfrequenz wird die Magnetisierung aus der Längsrichtung in die Transversalebene gekippt. Dabei entsteht eine Transversalmagnetisierung $M_{xy}$ . Der Kippwinkel wird als Flipwinkel bezeichnet:

90°-Puls → maximale Transversalmagnetisierung
180°-Puls → keine Transversalmagnetisierung (Inversion von M_z)

Phasenkohärenz

Voraussetzung für die Entstehung einer messbaren Transversalmagnetisierung ist die Phasenkohärenz der Spins. Nach dem Hochfrequenzpuls präzedieren die Spins zunächst phasengleich in der Transversalebene. Dadurch addieren sich ihre magnetischen Momente zu einer makroskopischen Transversalmagnetisierung. Ohne Phasenkohärenz würden sich die einzelnen Beiträge gegenseitig aufheben. Im rotierenden Bezugssystem erscheint die Transversalmagnetisierung als nahezu statischer Vektor.

Signalentstehung

Die Transversalmagnetisierung präzediert im Magnetfeld mit der Larmorfrequenz und induziert dabei eine Wechselspannung in der Empfangsspule. Dieses Signal wird als Free Induction Decay (FID) bezeichnet und bildet die Grundlage der MR-Bildgebung.

Abbau der Transversalmagnetisierung

Die Transversalmagnetisierung nimmt nach der Anregung mit der Zeit ab. Ursachen sind:

Verlust der Phasenkohärenz durch Spin-Spin-Wechselwirkungen (T2-Relaxation)
zusätzliche Dephasierung durch Feldinhomogenitäten (T2*)

Der Signalabfall folgt näherungsweise:

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

mit

$M_{xy}(t)$ = Transversalmagnetisierung zum Zeitpunkt $t$
$M_{xy,0}$ = anfängliche Transversalmagnetisierung direkt nach der Anregung
$t$ = Zeit
$T_{2}^{*}$ = effektive transversale Relaxationszeit unter Einschluss von Spin-Spin-Wechselwirkungen und Feldinhomogenitäten