2) гасит явление резонанса
3) переходит в состояние более низкой энергии
4) переходит в состояние с высокой энергией (+)
При магнитном резонансе ядро поглощает энергию радиочастотного импульса, частота которого совпадает с ларморовской частотой прецессии. Для ядер водорода в постоянном магнитном поле состояние с меньшей энергией соответствует преимущественно параллельной ориентации магнитного момента относительно внешнего поля B0. Поглощение кванта радиочастотной энергии вызывает переход такого ядра на более высокий энергетический уровень, поэтому правильным является вариант переходит в состояние с высокой энергией .
Энергетический разрыв между двумя состояниями определяется соотношением ΔE = hν, где h — постоянная Планка, а ν — резонансная частота. Переход возможен наиболее эффективно при совпадении частоты возбуждающего радиочастотного поля с собственной частотой прецессии ядер — это и является условием ядерного магнитного резонанса. При воздействии радиочастотного импульса уменьшается разность числа ядер в низко- и высокоэнергетическом состояниях, отклоняется вектор суммарной намагниченности от продольного направления и формируется поперечная намагниченность, регистрируемая в МР-томографии.
После прекращения радиочастотного воздействия возбужденные ядра возвращаются к термодинамическому равновесию. Этот процесс сопровождается отдачей энергии окружающей молекулярной среде и восстановлением продольной намагниченности — T1-релаксацией, а также потерей фазовой когерентности спинов — T2-релаксацией. Различия времени релаксации в тканях лежат в основе формирования контраста на МР-изображениях.
| Физический процесс | Состояние или изменение | Значение для МРТ |
|---|---|---|
| Низкоэнергетическое состояние | Магнитный момент преимущественно ориентирован параллельно B0 | Формирует небольшое преобладание спинов нижнего энергетического уровня |
| Высокоэнергетическое состояние | Магнитный момент ориентирован антипараллельно B0 | Количество таких ядер возрастает при радиочастотном возбуждении |
| Условие резонанса | Частота радиочастотного импульса совпадает с ларморовской частотой | Обеспечивает эффективное поглощение электромагнитной энергии ядрами |
| Поглощение энергии | Переход ядра с низкого на более высокий энергетический уровень | Основной механизм возбуждения при ЯМР |
| Радиочастотный импульс | Изменяет распределение спинов и отклоняет суммарную намагниченность | Создает поперечную компоненту намагниченности, необходимую для регистрации сигнала |
| T1-релаксация | Возврат энергии спиновой системы окружающей среде | Приводит к восстановлению продольной намагниченности |
| T2-релаксация | Потеря фазовой когерентности прецессирующих спинов | Вызывает уменьшение поперечной намагниченности и влияет на тканевой контраст |
Таким образом, резонанс сопровождается не сохранением исходного энергетического состояния, а поглощением энергии ядром и его возбуждением. Вероятность такого перехода максимальна при точном соответствии частоты радиочастотного поля ларморовской частоте. После прекращения возбуждения система возвращается к равновесию посредством релаксационных процессов. Именно последовательное использование возбуждения и релаксации позволяет получать диагностически значимый МР-сигнал и различать ткани по их физико-химическим характеристикам.