MAGNETIK RESONANSI IMAGING MRI

MAGNETIK RESONANSI IMAGING MRI
JURUSAN TEKNIK RADIODIAGNOSTIK DAN RADIOTERAPI POLITEKNIK AL ISLAM BANDUNG TAHUN 2011

DAFTAR ISI PENDAHULUAN MAGNET DAN MEDAN MAGNET MEDAN MAGNET TUBUH
EKTERNAL MAGNET GRADIENT MAGNET MEDAN MAGNET TUBUH PROTON DAN MEDAN MAGNET PROTON PENGARUH MEDAN MAGNET EKSTERNAL RADIO FREQUENSI ( RF ) PENGARUH RF TERHADAP MEDAN MAGNET PROTON PRESISI T1 DAN T2 TE DAN TR FID PEMBENTUKAN GAMBARAN MRI PIXEL FOXLE PENUTUP TABEL GAMBAR LAMPIRAN REFERENSI

PENDAHULUAN Perkembangan ilmu Pengetahuan dan teknologi kedokteran sedemikian pesatnya terutama setelah ditemukannya dan dikembangkanteknik pencitraan Non Invasif yang disebut Magnetik Resonansi Imejing ( MRI ) oleh Bloch dan Purcel tahun Dalam Teknik MRI terdapat beberapa macam Parameter Jaringan yang dapat mempengaruhi Signal MRI. Dua ( 2 ) parameter yang penting yaitu : Waktu Relaxasi mencakup jangkauan yang luas dari nilai-nilai dari berbagai jaringan Normal dan Patologik. Parameter Aquisisi sinyal yang dapat dimanipulasi dalam berbagai cara yang memungkinkan pemakai dapat mengendalikan kontras citra. Untuk mempelajari teknik pencitraan MRI diperlukan pengetahuan tentang : Resonansi magnetik dari inti-inti atom Fenomena Resonansi Magnetik. Sistem Instrumentasi MRI Dengan demikian pemeriksaan MRI boleh dikatakan memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan pemeriksaan CT Scan yang bekerja berdasarkan enersi radiasi Sinar-X antara lain : Tidak menggunakan radiasi pengion Tidak menimbulkan efek debagaimana CT Scan yang dapat menimbulkan efek radiasi Dapat mencitrakan perbedaan jaringan dalam geometrik yang kecil Sebagian besar pencitraan tidak memerlukan Bahan Kontras. Dapat mengukur Volume dan laju pergerakan organ tubuh yang bergrak Selang waktu lamanya pemeriksaan dapat dipersingkat dengan kemajuan teknik coil / Antena

DASAR-DASAR FISIKA MRI
Sebelum membahas tentang dasar-dasar fisika MRI perlu diketahui tentang definisi MRI untuk memudahkan pemahaman pembelajaran selanjutnya. DEFINISI TEKNIK PENCITRAAN TUBUH BAGIAN DALAM DENGAN PEMANFAATAN MEDAN MAGNET INTI, MEDAN MAGNET EKTERNAL DAN GELOMBANG RADIOFREQUENSI (RF) DAN DIPETAKAN DALAM BENTUK GAMBARAN OLEH SISTEM INSTRUMENTASI ( SISTEM DATA AQUISITION ) SECARA KOMPUTERIZE. Magnet dan Medan Magnet Medan Magnet Inti Medan Magnet Inti pada prinsipnya hampir menyerupai Teori Struktur Atom yang bergerak mengelilingi Inti Atom dan ada gerakan putar pada sumbunya sendiri yang disebut Spin. Karena Inti Atom mempunyai muatan listrik maka pada saat berputar akan menimbulkan Medan Magnet yang searah dengan sumbu Spin dan searah dengan Medan Magnet Bumi yaitu arah Utara – Selatan, sehingga Proton tersebut seakan-akan merupakan batang magnet yang kecil ( Gbr 1). Momen Magnetik merupakan sifat dan jenis inti atom dan nilainya menentukan kepekaan deteksi dari Resonansi Magnetik ( Magnetik Resonansi – MR ). Sebagai Dasar pencitraan MRI dipakai struktur inti atom Hydrogen ( 1H1) yang mempunyai moment magnetik yang paling besar. Proton-Proton di dalam tubuh berputar dan menimbulkan medan magnet secara acak, sehingga vektor Moment magnetnya = 0 ( Gbr 2 ) Gambar 1 Proton bergerak pada sumbunya yang menimbulkan medan magnet dan Momen Magnetik

Arah medan magnet yang pararel dengan Bo
Suatu kumpulan proton di dalam tubuh tanpa adanya Medan Magnet Eksternal , moment-moment magnet tunggal tidak mempunyai orientasi yang tertentu. Namun jika diberikan suatu medan magnet eksternal yang kuat dan homogen ( Bo ) akan ada suatu kecenderungan momen -moment tersebut untuk mengikuti arah medan magnet eksternal seperti halnya magnet batang (Gbr 3).Dalam hal ini moment-moment magnet inti akan berorientasi kearah Paralel dan Anti Paralel terhadap Bo (Gbr 4), diketahui bahwa jumlah proton Paralel dan Anti Paralel berbeda sangat sedikit / hampir sama ( Gbr 5 ) dengan populasi – Gambar 2 Gambar 3 Gambar 4 Gambar 5 Arah medan magnet yang pararel dengan Bo mempunyai energi yang lebih rendah di bandingkandengan energi yang Ati Paralel dengan demikian ada perbedaan energi sebesar E Beda populasi yang sedikit ini menghasilkan suatu Net Magnetisasi yang mengarah Paralel terhadap Bo dan Net magnetisasi ( E ) inilah yangdapat dideteksi oleh teknik MRI berupa Intensitasdan Kontras

Spin-spin tunggal tidak tepat mengarah paralel /antiparalel
terhadap Bo tetapi membentuk sudut,dan momen magnetik menyebabkan momen berputar mengelilingi sumbu Bo. Hal tersebut dapat dimisalkan sebuah gasing yang sedang berputar mengelilngi sumbu yang dibatasi oleh gaya Grafitasi Putaran tersebut membentuk permukaan sebuah kerucut seperti bentuk tempat Ice Krim. SUDUT PUTAR Setiap gambar anak panah menggambarkan spin tunggal, karena spin yang searah dengan Bo lebih banyak di bandingkan dengan yang tidak searah Bo, maka kelebihan kerucut atas saja yang mempunyai peranan. Komponen yang Tegak lurus dengan Bo akan saling meniadakan. Dengan demikian yang tinggal hanya sumbangan tenaga dari komponen yang sejajar dengan Bo, sehingga Net Magnetisasi keseluruhan adalah yang sejajar dengan Bo. Kecepatan spin tunggal berputar pada puncak kerucut sangat tergantung dari : Bo : Kuat Medan Magnet Eksternal Gamma : Girromagnetik Materi  Berbeda untuk setiap materi f : Frequensi Putaran Secara matematis dapat ditulis sebagai : YBo = f Gambar 5 Gambar 6

Dengan demikian Frekuensi Larmor muncul
Karena yang dipakai acuan adalah proton Atom Hidrogen maka : YH = 4167 Hz/Gauss. Sebagai contoh, pada Bo = 1,5 Tesla=15000 Gauss Diperoleh harga f = Y x Bo = 4257 Hz/Gauss x Gauss = Herzt = 63,855 MHz  64 MHz Karena E sebanding dengan frekuensi, maka E dapat dinyatakan sebagai frekuensi yang dibutuhkan untuk menginduksi transisi spin antara 2 tingkat enersi. Frekuensi untuk Nilai delta E disebut sebagai Frekuensi Larmor ( Gbr 7 ) Energi Anti Paralel E2 P2 E Frekuensi Larmor Gambar 8 E1 P1 Dengan demikian Frekuensi Larmor muncul pada saat ada pengaruh Medan Magnet Eksternal yang kuat dan homogen dan pada saat proton dalam keadaan Presisi (Gbr 8 ) Energi Paralel Gambar 7 Frekuensi Larmor adalah kecepatan berputar proton pada saat proton dalam keadaan presisi ( pada saat ada pengaruh Medan Magnet Eksternal yang kuat dan homogen )

RESONANSI MAGNETIK INTI
Untuk mendeteksi suatu sinyal perlu ditimbulkan kondisi untuk resonansi.Resonansi mengandung pengertian penyerapan dan pelepasan enersi secara bolak balik. Penyerapan enersi disebabkan oleh ganguan Frequensi Radio (RF) , sedangkan pelepasan enersi melalui proses relaxasi Gelombang Radiofrequensi hanya berpengaruh kepada Spin yang yang mempunyai enersi sama dengan enersi Frequensi Larmor, sedangkan enersi dibawah dan diatasnya tidak terpengaruh. Hal inilah yang disebut Resonansi sebagaimana halnya yang terjadi pada Garpu Tala, yang akan bergetar dan mengeluarkan gelombang bunyi hanya pada benda yang mempunyai gelombang frequens yang sama dengan sumber bunyi. Gelombang RF sebagai gelombang Elektro Magnetik memiliki komponen-komponen elektrik dan magnetik dan sebagai Medan magnit ditandai dengan B1 yang tegak lurus terhadap Medan Bo, yaitu sepanjang sumbu tertentu dalam bidang transversal (Gbr 8) Resonansi Magnetik inti adalah suatu keadaan dimana Enersi Gelombang Radio ( RF ) diserap oleh proton yang sedang berpresisi sehingga mempunyai kelebihan tenaga (keadaan Exitasi ) Resonansi hanya terjadi pada proton yang mempunyai enersi sama dengan Enersi Frequensi Larmor Gambar 8

Proton dalam dalam keadaan Resonansi menimbulkan
Medan Magnet Longitudinal ( ML ) dan Medan Magnet Transversal ( MT ). Dalam praktek hal itu dapat dicapai dengan cara memasang kumparan (Coil) dan Gradient Coil yang dihubungkan secara pulsasi dengan sumber daya frequensi radio disekeliling materi yang sedang diselidiki ( Gambar 9 ) Gambar 9 Gelombang RF ditransmisikan secara pulsaris dengan selang waktu tertentu dalam bentuk simpang gelombang awal sinusoid yaitu simpang awal 90o maupun gelombang lanjutan 180o begitu seterusnya sampai waktu yang telah ditentukan. Bila signal/gelombang RF dihentikan maka terjadi keadaan Relaxasi yaitu keadaan proton materi yang diperiksa, kembali pada keadaan setimbang sambil melepaskan tenaga berbentuk sinyal listrik yang disebut Sinyal MRI atau disebut dengan FID ( Free Iduction Decay )

RELAXSASI Mekanisme perubahan dari keadaan Relaxasi
kembali pada keadaan setimbang adalah sebagai berikut : Vektor Magnetisasi Net akan berputar mengelilingi Sumbu longitudinal(+z) ke bidang Transversal (Sumbu x-y) dan sumbu - z kembali ke Sumbu + z begitu seterusnya. Jika gelombang diukur untuk waktu yang pendek magnetik Net akan menyimpang dan membentuk sudut dengan Bo dan besarnya Sudut yang terbentuk disebut Flip Angel. Besarnya sudut yang terbentuk berbanding lurus dengan lamanya pulsa dan Amplitudo gelombang RF diaktifkan/ transmisi. Nilai Flip Angle 90o dan 180o merupakan nilai-nilai yang memberi manfaat khusus dalam pencitraan, , karena perbedaan besar sudut akan menyebab kan perbedaan lamanya waktu Relaxasi dan waktu terbentuknya Spin Echo sehingga dapat menggambarkan kontras dan intensitas untuk setiap karakteristik materi yang diperiksa Selang waktu antara timbulnya sinyal awal dengan sinyal – sinyal berikutnya secara pulsaris disebut Repeatit Time

WAKTU RELAXASI – RELAXATION TIME
Keadaan Presisi Resonansi Transmisi dan penghentian RF  FID Relaxasi dan hilangnya FID T 1 = Waktu yang dibutuhkan proton untuk kembali pada keadaan kesetimbangan (semula) Pada sumbu z Longitudinal T1 = Spin Time Latice Relaxation T2 = Waktu yang di butuhkan sinyal NMR/FID menghilang akibat Proton melepaskan kelebihan enersi (Eksitasi  Setimbang) T2 = Spin-spin Relaxation Pada sumbu x-y

RELAXASI LONGITUDINAL DAN TRANSVERSAL
T1 = proses kembali pada keadaan setimbang = proses munculya medan magnet Mz pada sumbu –z  sumbu +z (dari 0  Max ) Selang waktu lamanya proses  T1 dan tergantung pada : Homogenitas Eksterna Magnet Karaktristik Materi yang diperiksa Range T1 di Tissue = 300 – 3000 mS 3. Durasi RF  besarnya Flip Angel T1 = Spin Latice Relaxation Untuk 2 Tissue yang berbeda, maka Tissue dng T1 lebih kecil  akan lebih cepat kembali ke Posisi setimbang / Stabil

T2 = proses hilangnya berangsur-angsur
energi / kuat medan magnet pada sumbu x-y atau menghilangnya sinyal FID ( dari Max  0 ) Hal ini disebabkan adanya penyerahan&penyerapan tenaga antar molekul materi  medan magnet = 0 T2 = Spin-Spin Relaxation T 2 dipengaruhi oleh : Interaksi Molekuler  penyerapan tenaga Variasi dari Bo (Inhomogenitas) Range T2 = mSec Oleh karena adanya Inhomogenitas Bo maka ada Proton yang Spinnya lebih cepat dari yang lain  disebut Dephasing Pada 2 Tissue yang berbeda

PEMBENTUKAN GAMBAR IRISAN
Dari uraian diatas jelas bahwa sifat fisika MRI dapat memberikan keterangan tentang kepa- datan dan jenis molekul tertentu yang terda – pat dalam materi yang sedang diselidiki secara global. Dengan perkataan belum mengandung keterangan mengenai distribusi letak. Untuk mengetahui distribusi letak maka diman- faatkan kenyataan bahwa hanya frekuensi radio yang sama enersinya dengan Frekuensi Larmor saja yang dapat menimbulkan sinyal MRI. Dalam praktek, pada medan magnet homogen di tambahkan Gradien Mgnet Linear sepanjang suatu sumbu,misalnya Sumbu Z. Kemudian terhadap materi yang diperiksa pulsa frekuensi Radio (RF), maka hanya inti-inti yang berada pada daerah dengan kuat medan sebesar freuen si Larmor yang sama dengan frekuensi radio (RF) yang akan berpresisi dengan demikian Dapat dibangkitkan sinyal MRI secara selektif. Cara tersebut baru menghasilkan seleksi irisan Dari materi yang diselidiki, tetapi belum memberikan distribusi dua dimensi pada irisan itu. Dengan adanya Gradient pada tiap sumbu maka setiap materi yang berada didekat Gradien Magnet dapat memberikan sinyal yang berbeda se Perbedaan sinyal respon akan memberikan suatu gambaran yang berbeda menurut letak Gardient ( Sumbu Z, X,dan Y )

PERSIAPAN PASIEN MRI Pasien yang akan diperiksa dengan MRI harus dipastikan bebas dari : Pacemaker Artificial heart valve Neuro-stimulator (TENS-unit) Aneurysm clips Surgical staples Metal pins/plates/implants Implanted drug infusion device Foreign metal objects in the eye Shrapnel or bullet wounds Permanent eyeliner Intrauterine device (IUD) Kartu Kredit Kunci Jam Gigi Palsu Metal Uang Logam Barang Metalik Lainnya