Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan modalitas radiologi diagnostik
imajing yang menggunakan sistem magnetisasi dalam upaya memvisualisasikan citra
hasilnya. Untuk menunjang upaya tersebut, modalitas MRI mempunyai sistem
instrumentasi yang terdiri dari:
- Magnet Utama
- Gradien Coil Magnet
- RF Coil
- Sistem Komputer
Berikut ini salah satu contoh Skematik Blok Diagram System MRI.
1. Magnet Utama
Magnet utama adalah magnet yang memproduksi kuat medan yang besar dan mampu
menginduksi jaringan atau objek. Sehingga menimbulkan magnetisasi dalam objek
itu sendiri. Medan magnet yang digunakan untuk diagnosis medis mempunyai
jangkauan antara 0,1 Tesla sampai 3,0 Tesla (Bontrager 2001).
Pembangkitan medan magnet untuk MRI pada saat ini menggunakan salah satu
dari tipe magnet, yaitu magnet permanen yang terbuat dari bahan ferromagnetic,
magnet resistif atau magnet super konduktif. Sedangkan untuk menjaga kestabilan,
keseragaman atau kehomogenan medan magnet utama dipasang koil elektromagnetik
yang disebut Shim Coil pada pusat koil utama. Homogenitas magnet diharapkan
berkisar antara 1 sampai 10 ppm (Wesbrook dan Kaut, 1998).
Magnet utama berfungsi sebagai penghasil medan magnet untuk mensejajarkan
inti atom hidrogen yang tadinya acak di dalam tubuh. Ada 3 jenis magnet yang
bisa digunakan pada pesawat MRI (Wesbrook dan Kaut,1998). Yaitu:
a. Magnet Permanen
Magnet permanen dapat menghasilkan kekuatan medan magnet hingga 0,3 Tesla.
Magnet ini dibuat dengan cara menginduksi medan magnet pada sebuah bahan
ferromagnetik. Magnet ini berukuran besar dan beratnya mencapai 100 ton (20.000
pounds). Pemeliharaannya relatif murah dan daya kemagnetannya bersifat permanen
serta menghasilkan sinyal yang lemah.
b. Magnet Resistif
Magnet resisitif dapat menghasilkan medan magnet dengan kekuatan 0,2 Tesla
sampai dengan 0,4 Tesla. Medan magnet resisitif dibuat berdasarkan arus listrik
yang yang dialirkan melalui kawat yang dililitkan pada bahan ferromagnetik.
Sehingga medan magnet akan timbul di sekitar kawat, tetapi untuk terus
mengalami magnetisasi maka memerlukan daya listrik yang kontinyu agar membuat
medan magnet yang terbentuk kuat. Beratnya kurang dari 100 Ton. Medan magnet yang
dihasilkan terbatas, karena dihasilkan dari hambatan (resistan) yang terjadi
akibat adanya aliran listrik pada kawat, kemudian menimbulkan panas yang cukup
tinggi. Dalam penggunaannya, memerlukan sistem pendingin.
c. Magnet Superkonduktif
Magnet superkonduktif dapat menghasilkan kekuatan medan magnet hingga 7
Tesla. Prinsip magnet superkonduktif sama dengan magnet resistif. Keduanya
mengalirkan arus listrik melalui kawat yang dililitkan. Magnet superkonduktif
menggunakan Cryogen yang berupa helium cair dan bahan ferromagnetic sebagai
penghasil medan magnet. Dan ditambahkan nitrogen cair sebagai pendingin.
Penggunaan cryogen dapat membuat resistensi pada kawat menjadi nol, sehingga
arus yang mengalir dapat dinaikkan dan memungkinkan untuk menghasilkan medan
magnet yang berkekuatan tinggi, namun memiliki kelemahan. Penggunaan cryogen
dapat beresiko, misalnya jika temperatur cryogen naik hingga titik didih helium
pada waktu yang bersamaan maka kedua cairan tersebut akan menguap menjadi gas.
Proses ini disebut quenching yang dapat berbahaya bagi medan magnet. Perawatan
dan pemeliharaannya relatif mahal karena harus mengisi helium sebagai bahan
pendingin magnet superkonduktif.
Magnet ini beratnya sekitar 4 ton sampai dengan 16
ton. Dalam hal mencegah pemanasan, magnet superkonduktif memiliki sistem
pengaman yaitu evakuasi pipa gas, pemantauan presentase oksigen dan suhu di
dalam ruangan MRI serta membuka pintu keluar yang lebar. Magnet superkonduktif
sifatnya kontinyu, untuk membatasi magnet, instalasi memiliki sistem pengaman
baik pasif (logam) maupun aktif (di luar gantri) untuk mengurangi kekuatan yang
datang.
2. Gradien Magnet
Gradien medan magnet Bo sepanjang ketiga sumbu-sumbu spasial orthogonal
merupakan prinsip dasar dari produksi citra MRI.
Gradien-gradien sepanjang
sumbu yang lain dapat dijabarkan dengan kombinasi gradien- gradien yang
orthogonal. Gambar dibawah ini menunjukkan skema dasar untuk memperoleh suatu
gradien Bo yang parallel terhadap arah Bo.
Dua lilitan kawat (a) dan (b)
dialirkan arus listrik yang membangkitkan medan magnet, yang dapat menambah (a)
atau mengurangi (b) dari medan utama Bo.
Pada sembarang waktu sepanjang sumbu
gradien, medan magnetic netto sama dengan jumlah Bo ditambah dengan sumbangan
dari lilitan (b).
Lilitan yang lebih dekat ke posisi yang di kehendaki inilah
yang memberi efek lebih besar pada medan magnetik netto.
Pada sebuah titik di
tengah-tengah antara kedua lilitan, medan magnet yang dibangkitkan oleh kedua
lilitan gradien saling meniadakan, yang menyebabkan medan magnet nettonya sama
dengan Bo.
Lilitan gradiennya ditempatkan sedemikian rupa sehingga titik tengah ini
berada pada pusat magnet (Bo) dan ditandai dengan isocenter. Lilitan gradien
pada kedua sumbu orthogonal lainnya dibuat berbeda, tetapi keduanya juga memberikan
tambahan dan pengurangan terhadap medan Bo tergantung pada sepanjang
sumbu-sumbu tersebut. Tambahan pula titik-titik tengah dari sambungan untuk
gradien netto sebesar nol diatur untuk terjadi pada isocenter dari magnet. Daya
diberikan pada setiap lilitan gradien oleh gradient amplifier yang dikendalikan
secara bebas oleh komputer. Dari beberapa sifat gradien medan magnet yang
memberikan dampak pada penampilan sistem dan kualitas citra yang optimal
adalah:
- Amplitudo gradien maksimum dapat diperoleh dengan membatasi tebal irisan dan FOV.
- Linieritas gradien mengacu pada keseragaman koefisien arah (sloop) sepanjang sumbu gradien, gradien yang tidak linier dapat menimbulkan artefak.
- Kecepatan suatu gradien untuk dibangkitkan dari nilai nol ke amplitudo maksimum harus diupayakan sesingkat mungkin.
Aksi mengubah-ubah gradien on dan off menimbulkan masalah lain. Aksi ini
akan menginduksi pembentukan arus elektronik yang disebut Eddy current dalam
struktur metalik dari magnet. Arus ini menimbulkan medan magnet tersendiri yang
kemudian menghilang dengan laju waktu yang berbeda. Jadi Eddy current adalah
hal yang tidak diinginkan dan menimbukan efek yang menurunkan kualitas citra.
Untuk mengatasi masalah ini dilakukan dengan beberapa cara:
- Dengan mengatur lilitan gradien dengan bentuk pulsa yang tidak dikehendaki, tetapi dengan suatu bentuk pulsa yang ditentukan secara empirik, yang menghapuskan sumbangan Eddy current dan menghasilkan gradien yang dikehendaki magnet.
- Dengan pemakaian self shielding gradient coil. Lilitan-lilitannya dibuat sedemikian rupa sehingga medan magnet yang timbul diarahkan ke bagian dalam lilitan Hal ini berguna untuk mencegah Eddy current di bagian lain magnet.
3. Radiofrekuensi (RF) Coil
Radiofrekuensi (RF) coil terdiri dari dua tipe coil, yaitu coil pemancar
dan coil penerima. Fungsiya lebih mirip sebagai antena. Sistem radiofrekuensi
terdiri dari komponen untuk transmisi dan menerima radiofrekuensi gelombang. Ia
terlibat dalam pembentukan nuclei, memilih irisan dan menerapkan gradien sinyal
akuisisi.
a. Koil
Koil adalah komponen penting dalam kinerja sistem
radiofrekuensi.
Koil pemancar fungsinya untuk memberikan rangsangan energi RF
yang merata keseluruh volume pencitraan. Semua langkah-langkah ini dikendalikan
dengan sebuah komputer yang juga mengatur pembangkitan deretan pulsa. Energi RF
terakhir dikirim ke lilitan RF dalam magnet yang berfungsi sebagai antena.
Pemberian pulsa ini merupakan pengendalian modulasi amplitude yang menyebabkan
terjadinya medan magnet pada area yang besarnya 0° sampai 180°. Diperlukan pula
frekuensi amplifier untuk modulasi gelombang digital frekuensi larmor proton
sehingga energi RF dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan pencitraan MRI.
Rancangan lilitan pemancar (transmitter) sangatlah berpengaruh pada pencitraan
MRI. Pemberian flip angle pada RF pemancar, berbanding lurus dengan lamanya
keluaran sinyal dan amplitudo pulsa RF.
RF amplifier yang tidak linier dapat menimbulkan flip angle sehingga dapat
menghasilkan pencitraan yang mengalami distorsi dari bentuk irisan yang
dibangkitkan.
b. Radiofrekuensi penerima (RF receiver)
Koil penerima harus peka terhadap sinyal radiofrekuensi. Magnetisasi
transversal menginduksi arus bolak-balik dalam lilitan RF yang digunakan untuk
penerima. Lilitan RF ini digunakan untuk menghasilkan medan B1. Sedangkan
sinyal RF dengan frekuensi yang mendekati frekuensi Larmor digunakan untuk
menghasilkan medan Bo.
Secara teknis, bekerja pada frekuensi tinggi bukanlah
hal yang mudah. Fungsi utama koil penerima adalah untuk menunjukkan secara
benar nilai-nilai amplitudo, periode, dan fasa dari sinyal MR yang datang ke
dalam memori komputer. Untuk mewujudkan fungsi ini perlu diukur nilai relatif
dari sinyal MR terhadap standar yang diketahui.
Standar yang digunakan untuk
suatu RF adalah sebuah local oscillator yang dalam prakteknya seringkali adalah
suatu bagian sinyal RF dari frekuensi synthesizer untuk transmisi.
Kemudian
memberikan sesuatu sinyal yang merupakan selisih antara sinyal RF yang
ditransmisi dan yang diterima. Sinyal yang berbeda ini berada dalam rentang
frekuensi audio (AF).
Rentang frekuensi inilah yang perlu diperhatikan dalam
hubungannya dengan lebar pita (bandwidth) penerima. Sinyal AF diperkuat dengan
suatu factor 10 hingga 1000 oleh sebuah AF amplifier.
Sinyal ini kemudian
diarahkan ke analog digital converter (ADC) yang mengkonversi sinyal AF menjadi
suatu deretan angka biner. Angka-angka ini selanjutnya disimpan dalam memori
komputer untuk dimanipulasi dan dilakukan transformasi Fourier dengan resolusi
dalam bentuk bit.
Melihat dari kegunaannya, maka koil ini harus berada pada
jarak yang paling dekat dengan objek yang diperiksa. Koil antena dibuat dengan
berbagai variasi bentuk dan ukuran. Diantaranya jenis; volume coil, phase array
coil dan surface coil.
4. Jenis Koil
a. Body Coil
Body coil berbentuk lingkaran dan terdapat di dalam gantry. Koil ini dapat
berfungsi sebagai transmitter dan receiver. Memancarkan pulsa RF untuk semua
jenis pemeriksaan organ tubuh dan menerima sinyal pada objek tubuh yang besar.
Seperti abdomen dan thorax.
b. Head coil jenis volume coil
Head coil berbentuk seperti helm dan dipasangkan mengelilingi kepala
pasien. Koil ini berfungsi untuk menerima sinyal pada pemeriksaan kepala,
sedangkan sinyal RF pemancar diberikan oleh body coil.
c. Spine Coil jenis phase array
Spine coil berfungsi sebagai penerima sinyal RF dan digunakan untuk organ
tulang belakang.
d. Breast Coil jenis phase array
Breast coil berfungsi sebagai penerima sinyal RF dan digunakan untuk organ
payudara.
e. Cervical coil jenis volume coil
Cervical coil berfungsi sebagai penerima sinyal RF dan digunakan untuk
pemeriksaan organ leher.
f. Knee Coil jenis volume coil
Knee coil berfungsi sebagai penerima sinyal RF dan digunakan untuk
pemeriksaan organ lutut.
g. Surface Coil
Surface coil adalah jenis coil yang digunakan untuk organ yang berada pada
permukaan seperti organ extrimitas.
h. Shim Coil
Shim coil berfungsi untuk menjaga kehomogenan medan magnet utama. Shim coil
terletak di dalam gantry pada sisi lateral tubuh pasien.
5. Meja Pemeriksaan
Meja pemeriksaan biasanya berbentuk kurva dengan tujuan untuk memberikan
rasa aman dan nyaman pada pasien. Meja disesuaikan dengan bentuk lingkaran
magnet utama. Meja pemeriksaan dapat bergerak keluar dan masuk ke dalam gantry
secara otomatis.
6. Sistem Komputer
Suatu instrumen MRI modern mempunyai beberapa komputer yang dihubungkan
dengan jaringan komunikasi. Sebagai contoh sistem sinyal, sekarang ini
mempunyai empat computer; sebuah komputer induk, sebuah komputer array
processor dan dua komputer yang berfungsi khusus sebagai status control modem
(SCM) dan pulse control modul (PCM) atau disebut juga dengan measurement
control.
a. Komputer induk atau komputer utama
Memori inti secara langsung diakses oleh central processing unit (CPU).
Memori ini harus cukup besar untuk menampung semua perintah dan bentuk
gelombang dalam satu deretan pulsa, satu set data yang masih berupa data mentah
dan sejumlah operating soft ware. Software selebihnya untuk keperluan data
lainnya dapat ditemukan atau disimpan dalam disk memory.
b. Array processor
Sebuah array processor diperlukan agar rekonstruksi dapat diproses
dengan cepat. Untuk itu array processor memerlukan akses langsung untuk
mengerjakan rekonstruksi dari keseluruhan citra. Karena deretan pulsa harus
bekerja dalam real time, sistem komputer harus memberikan prioritas utama pada
pelaksanaan instruksi dalam deretan pulsa. ADC penerima harus mempunyai akses
memori untuk menjamin bahwa data yang datang dapat disimpan dengan cepat
sehingga tidak ada data yang teringgal atau hilang. Penyimpana data jangka
panjang pada umumnya disalurkan ke pita magnetik.
c. Measurement Controle
Measurement controle unit terdiri dari dua bagian,
yaitu measurement control system yang berfungsi sebagai pembangkit gelombang
gradien magnet, dan high frequency system untuk mengatur pulsa RF yang
dipancarkan dari sinyal yang diterima, serta mengatur auto tunning agar sinyal
dapat diterima secara optimal sehingga dapat menghasilkan gambaran yang bagus.
Terima kasih atas kunjungan anda, semoga yang sedikit ini mmenjadi bermanfaat untuk kita semua.
Source :
http://puskaradim.blogspot.co.id/2010/06/mr-instrumentasi.html
http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm