Spin–relaxation relaxation - Spin–lattice relaxation

Au cours des observations par résonance magnétique nucléaire , la relaxation spin-réseau est le mécanisme par lequel la composante du vecteur de moment magnétique nucléaire total qui est parallèle au champ magnétique constant se détend d'un état de non-équilibre d'énergie plus élevée à l'équilibre thermodynamique avec son environnement (le "treillis"). Il est caractérisé par le temps de relaxation spin-réseau , une constante de temps appelée T ₁ .

Il existe un paramètre différent, T ₂ , le temps de relaxation spin-spin , qui concerne la relaxation des composantes du vecteur d'aimantation nucléaire qui sont perpendiculaires au champ magnétique externe. La mesure de la variation de T ₁ et T ₂ dans différents matériaux est à la base de certaines techniques d' imagerie par résonance magnétique .

Physique nucléaire

T ₁ caractérise la vitesse à laquelle la composante longitudinale M _z du vecteur d'aimantation se rétablit exponentiellement vers son équilibre thermodynamique, selon l'équation

Ou, pour le cas précis où ${\displaystyle M_{z}(0)=-M_{z,\mathrm {eq} }}$

C'est donc le temps qu'il faut à l'aimantation longitudinale pour récupérer environ 63 % [1-(1/ e )] de sa valeur initiale après avoir été basculée dans le plan magnétique transversal par une impulsion radiofréquence à 90°.

Les noyaux sont contenus dans une structure moléculaire et sont en mouvement constant de vibration et de rotation, créant un champ magnétique complexe. Le champ magnétique provoqué par le mouvement thermique des noyaux à l'intérieur du réseau est appelé champ de réseau. Le champ réticulaire d'un noyau dans un état d'énergie plus faible peut interagir avec des noyaux dans un état d'énergie plus élevée, provoquant la distribution de l'énergie de l'état d'énergie plus élevée entre les deux noyaux. Par conséquent, l'énergie gagnée par les noyaux à partir de l'impulsion RF est dissipée sous forme de vibration et de rotation accrues dans le réseau, ce qui peut augmenter légèrement la température de l'échantillon. Le nom de relaxation spin-réseau fait référence au processus dans lequel les spins redonnent l'énergie qu'ils ont obtenue de l'impulsion RF au réseau environnant, rétablissant ainsi leur état d'équilibre. Le même processus se produit après que l'énergie de spin a été modifiée par un changement du champ magnétique statique environnant (par exemple, pré-polarisation ou insertion dans un champ magnétique élevé) ou si l'état de non-équilibre a été atteint par d'autres moyens (par exemple, hyperpolarisation par optique pompage).

Le temps de relaxation, T ₁ (la durée de vie moyenne des noyaux dans l'état d'énergie la plus élevée) dépend du rapport gyromagnétique du noyau et de la mobilité du réseau. Au fur et à mesure que la mobilité augmente, les fréquences de vibration et de rotation augmentent, ce qui rend plus probable qu'une composante du champ réticulaire soit capable de stimuler la transition des états de haute énergie vers les états de basse énergie. Cependant, à des mobilités extrêmement élevées, la probabilité diminue car les fréquences de vibration et de rotation ne correspondent plus à l'écart énergétique entre les états.

Différents tissus ont des valeurs de T ₁ différentes . Par exemple, les fluides ont de longues T ₁ s (1500-2000 ms) et les tissus à base d'eau sont dans les 400-1200 ms gamme, alors que les tissus à base de graisse sont les plus courtes 100-150 ms gamme. La présence d'ions ou de particules fortement magnétiques (par exemple, ferromagnétiques ou paramagnétiques ) modifie également fortement les valeurs de T ₁ et sont largement utilisées comme agents de contraste pour l'IRM .

Images pondérées T ₁

L'imagerie par résonance magnétique utilise la résonance des protons pour générer des images. Les protons sont excités par une impulsion radiofréquence à une fréquence appropriée (fréquence de Larmor ), puis l'excès d'énergie est libéré sous la forme d'une minuscule quantité de chaleur dans l'environnement lorsque les spins reviennent à leur équilibre thermique. L'aimantation de l'ensemble protonique revient à sa valeur d'équilibre avec une courbe exponentielle caractérisée par une constante de temps T ₁ (voir Relaxation (RMN) ).

Les images pondérées T ₁ peuvent être obtenues en définissant un temps de répétition court (TR) tel que < 750 ms et un temps d'écho (TE) tel que < 40 ms dans les séquences d' écho de spin conventionnelles , tandis que dans les séquences d' écho de gradient, elles peuvent être obtenues en utilisant des angles de retournement. de plus de 50 ^o tout en définissant les valeurs TE à moins de 15 ms.

T ₁ est significativement différent entre la matière grise et la matière blanche et est utilisé lors de la réalisation de scintigraphies cérébrales. Un fort contraste T ₁ est présent entre les structures anatomiques fluides et plus solides, ce qui rend le contraste T ₁ adapté à l'évaluation morphologique de l'anatomie normale ou pathologique, par exemple pour des applications musculo-squelettiques.

Voir également

• Relaxation (RMN)
• Temps de relaxation spin-spin
• Ernst angle
• Détente spin–réseau dans le cadre tournant

Les références

• McRobbie D., et al. IRM, De l'image au proton. 2003
• Hashemi Ray, et al. IRM, Les bases 2ED. 2004.