MRI ( Magnetic Resonance Imaging )

•MRI (Magnetic Resonance Imaging)

•Pengantar MRI

•MRI atau Magnetic Resonansi Imaging adalah suatu teknik pencitraan yang berdasarkan pada efek fisika dengan prinsip resonansi magnetic inti atom.

•Berbeda dengan pemeriksaan yang menggunakan sinar-x yang mengakibatkan radiasi dengan tingkat energi yang tinggi sehingga terjadi ionisasi pada tubuh.

•MRI menggunakan magnet hingga mencapai 1,5 T. Sehingga memiliki kekuatan yang sangat tinggi kira-kira mencapai 30.000 kali magnet bumi

•MRI juga menggunakan sinyal radio frekuensi

•MRI Sangat aman bagi tubuh karena prosesnya yang natural dengan memanfaatkan atom-atom hidrogen pada tubuh

•Beda CT dan MRI

•MRI dapat dipergunakan untuk melihat bagian tubuh dengan berbagai irisan

•Citra MRI dihasilkan berdasarkan interaksi inti atom dengan radiofrekuensi dalam medan magnet. Sedangkan CT berdasarkan atenuasi Sinar X

•MRI dipengaruhi oleh parameter seperti T1, T2, dan proton density serta medan magnet, sedangkan CT dipengaruhi oleh densitas jaringan

•MRI tidak dapat menampakkan gambaran udara dan tulang dengan baik sementara CT dapat

•Kesamaan CT dan MRI

•Modalitas canggih

•Digunakan secara luas untuk indikasi neurology,

•Dioperasikan melalui data prosesing primer.

•Bagaimana MRI bekerja?

•Pada MRI tubuh dimasukkan ke dalam suatu medan magnet dan dirangsang (excited) oleh suatu sinyal RF (Radio frekuensi). Karena sebagian besar tubuh kita terdiri dari zat cair atau hidrogen, maka frekuensi sinyal RF yang diberikan, disesuaikan dengan kuat medan magnet dan rasio elektromagnetic atom hidrogen.

•Rangsangan sinyal RF akan menyebabkan atom hidrogen tersebut beresonansi dan menyerap sebagian energi dari sinyal RF yang diberikan. Pada saat sinyal RF tersebut dihentikan, atom hidrogen akan melepaskan kembali energi  tersebut dengan cara mengeluarkan sinyal RF, yang sinyalnya diterima oleh suatu antena khusus dengan bantuan komputer sinyal yang diterima, diolah dan direkontruksi sehingga akan dihasilkan suatu citra berdasarkan kerapatan atom hidrogen tubuh.

•Sejarah MRI

•Bermula pada tahun 1946 felix Bloch (1905-1984) seorang ahli fisika (Stamford University) yang menerangkan teori tentang perilaku inti atom yang mirip magnet kecil.

•Penemuan serupa juga terjadi pada saat yang bersamaan ditempat yang berbeda oleh Edward Purceli (Harvard University).

•Kedua orang tsb memenangkan  hadiah nobel bersama untuk fisika pada tahun 1952, penemuan mereka tentang induksi inti atom tsb dikenal dengan teori NMR (Nuclear Magnetic Resonance)

•Pada akhir dekade 1960, ahli fisika Raymond Danadian yang sedang melakukan spektroskopi NMR, menemukan bahwa jaringan malignant memberikan spektrum yang berbeda dengan jaringan normal, dan kemudian parameter-parameter NMR berbeda untuk jaringan normal dan malignant.

•Pada tahun 1974,Danadian berhasil membuat citra NMR.suatu tumor pada tikus secara kasar,dan pada tahun 1970 beliau berhasil  membuat citra tubuh dengan waktu yang diperlukan  selama 4 jam.

•Dalam periode yang sama , Paul Lauterbur bergabung dalam penyelidikan yang serupa dan kemudian memberikan hasil yang kita kenal sekarang dengan MRI.

•Penamaan MRI

•Hal terpenting dari MRI adalah perilaku inti atom yang disebut NMR (Nuclear Magnetic Resonansi), akan tetapi penggunaan istilah nuklir dihindari.

•Hal ini dilakukan agar tidak menimbulkan kebingungan maupun kekhawatiran yang timbul sebagai akibat adanya kaitan antara perkataan "nuklir" dengan teknologi yang digunakan dalam senjata nuklir dan resiko bahan radioaktif.

•Berbeda dengan teknologi senjata nuklir, “nuclear” pada MRI berarti “nuclei” yang artinya  inti atom

•Konsep Fisika MRI

•Suatu muatan yang bergerak dapat menghasilkan medan magnet. Contohnya pada suatu kumparan kawat yang dihubungkan dengan baterai, arus yang mengalir melalui kumparan terdiri atas partikel yang bergerak (elektron), sehingga menimbulkan medan magnet disekitarnya.

•Dalam keadaan tanpa medan magnet,  inti atom dengan jumlah proton dan neutron yang ganjil, seperti H¹, N¹⁵, C¹³ dsb akan berputar pada porosnya sendiri atau disebut  spin.

•Inti atom yang berputar tersebut akan menimbulkan efek listrik disekitar sumbu putarannya, dengan kata lain menginduksi suatu medan magnet yang lemah. Karena itu inti atom tsb mempunyai momen magnetik

•Pada MRI yang diamati adalah tanggapan inti atom hidrogen yang memiliki sebuah proton, karena unsur hidrogen paling banyak terkandung dalam tubuh sekitar 80%. Selain itu H juga memiliki momen magnetik dan rasio giromagnetik paling besar dibanding inti lainnya

•Rasio Giromagnetik dari beberapa unsur

•Dalam keadaan tanpa medan magnet arah kutub magnet adalah acak, sehingga kuat magnetisasi adalah nol

 

•Bagaimana Jika Inti atom H dalam tubuh diberi medan magnet????

•Ketika tubuh pasien diletakkan pada tempat yang ada medan magnet yang kuat, akan ada momen magnetik  dari masing-masing inti atom, inti atom juga akan mengarah pada medan magnet (Bo) tersebut .Bo dinyatakan dalam Tesla

•Dengan memberikan medan magnet luar yang kuat, tubuh pasien menjadi terpolarisasi dengan kuat Magnetisasi M, dan pasien bagaikan magnet dengan dua kutub ( utara dan selatan).

•Longitudinal magnetization

•Net magnetisation vector (NMV) searah Bo

•Bo adl medan magnet external

•Interaksi Bo dan NMV

  adalah basis MRI

•Bo dalam Tesla

•Precession

  Pada saat tubuh pasien berada dalam medan magnet yang kuat, ada gerakan berputar pada inti atom yang berputar pada porosnya sendiri (spin), gerakan tersebut disebut Precession. Poros gerakan precession dari semua spin yang terjadi akan mengarah paralel atau berlawanan (anti paralel) terhadap medan magnet luar .

•Persamaan Larmor:   

  precessional freq = Bo x gyromagnetic ratio

•Hydrogen = 42.57 MHz

  1,5 T = 63.86 MHz

  0.5 T = 21.28 MHz

•Resonansi

  Bila kita berikan suatu pulsa RF melalui suatu antena, yang frekuensinya sama dengan kecepatan sudut perputaran spin, dengan arah vertikal terhadap medan magnet tersebut, atom tersebut akan terangsang untuk menyerap energi, sehingga terjadi resonansi yang mengakibatkan sudut precession semakin besar. Fenomena tersebut dikenal dengan  NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

•Dengan memberikan pulsa RF yang resonansi , keadaan energi masing-masing proton dapat berubah, sudut precission proton-proton tersebut akan menyimpang ke arah sumbu z negatif, sehingga kuat magnetisasi Mz berubah arah menjadi negatif, seperti pada gambar dibawah ini.

•Relaksasi

•Sesaat setelah pulsa RF tersebut dihentikan, proton-proton tersebut akan kehilangan energi yang diserap sebelumnya, dan arah precission akan berubah kembali ke keadaan semula yaitu sumbu z positif, dan kuat magnetisasi Mz kembali menjadi positif. Keadaan tersebut di kenal dengan nama relaksasi .

•Ada 2 macam relaksasi T1 & T2.

       T1 – Relaxasi longitudinal

       T2 – Relaxasi transversal.

•Free Induction Decay (FID)

  Bila kita gunakan suatu antena khusus yang disebut “COIL“ pada saat proton sedang relaksasi , akan timbul arus listrik yang diinduksikan oleh proton, arus listrik tersebut merupakan sinyal RF yang dipancarkan dari tubuh pasien, sinyal tersebut dikenal dengan nama

Free Induction Decay (FID).

•Free induction Decay (FID) kemudian diterima kembali oleh COIL  yang selanjutnya akan diproses secara matematis dalam komputer dan kemudian diterjemahkan dalam bentuk gambar

•COIL berfungsi sebagai transmitter dan receiver  sinyal-sinyal RF