Babeh Edi

Prinsip dasar MRI

Pembentukan citra berdasarkan sifat kemagnetan proton

Citra MRI, memberikan informasi lebih lengkap dibanding dengan citra CT.

CT – tergantung satu parameter, daya atenuasi sinar X (rapat elektron), menggunakan radiasi pengion (bahaya radiasi)

MRI – tergantung pada banyak parameter, tidak menggunakan radiasi pengion.

CT- dimulai sekitar th 1970, penggunaan komputer dalam bidang medis

MRI – Damadian (1971), dapat membedakan jaringan normal dan cancer pada tikus dengan NMR.

Lauterbur (1973), menunjukkan cara pembentukan citra dengan gradien medan magnet

1977, MRI mulai dipakai dalam bidang medis.

Dasar elektromagnet

Muatan bergerak atau arus menimbulkan medan magnet.

Loop yang dialiri arus, mempunyai moment magnet

m = i A

Perubahan fluks magnet dalam suatu rangkaian, menimbulkan arus, gaya gerak listrik

e = - N df/dt

Perhatikan bahwa f = B.A

B kuat medan magnet, A luas loop. Perubahan f dapat disebabkan oleh perubahan B ataupun perubahan A.

Sifat kemagnetan inti

Komponen inti, proton dan neutron. Gerakan spin proton menimbulkan momen (dipol) magnet sebanding dan searah dengan spin S (momentum sudut spin).

m = g S

g gyromagnetic ratio

m - vektor

S = ± ½ h/2p dan h menyatakan konstanta Planck.

Neutron partikel neutral, namun juga mempunyai momen dipol magnet, arahnya berlawanan dengan spin S

Inti dengan jumlah proton ataupun jumlah neutron ganjil mempunyai momen magnet, sedangkan inti dengan proton atau neutron genap tidak memiliki momen magnet. Contoh inti yang memiliki momen magnet ¹H, ³¹P, ¹⁹F, ¹³C.

Momen magnet material/jaringan

M = S_i m_i

Materi yang mengandung banyak hidrogen atau proton, pada umumnya mempunyai momen magnet nol, karena masing-masing proton mempunyai arah momen magnet sembarang yang saling menghilangkan.

Bila materi diletakkan dalam medan magnet B₀ arah z, setiap proton akan brpresesi dengan arah paralel dan anti paralel dengan medan magnet

Medan magnet memberi tambahan energi

E = - m . B₀ = ± (- ½ h/2p g B₀)

Tingkat energi proton

Dalam kondisi keseimbangan termal, jumlah proton yang berpresesi anti paralel lebih sedikit dibanding dengan yang berpresesi paralel, sehingga momen magnet materi M₀ searah dengan medan magnet B₀. Komponen momen magnet arah x dan y (M_xy) saling menghilangkan dan sama dengan nol.

M₀ = (N m²/ k T) B₀

k konstanta Boltzman  = 1.38 x 10^-23 J/K

T suhu absolut = 273 + t ⁰C

Bila sistem diberi energi dari luar dalam bentuk gelombang elektromagnet, dengan komponen B tegak lurus B₀, dan mengakibatkan proton pada tingkat energi dasar meloncat ke tingkat energi yang lebih tinggi, maka energi dari luar harus sama dengan perbedaan kedua tingkat energi proton

D E = h/2p w₀ = h/2p g B₀

w₀ = g B₀

f₀= (g/2p) B₀

Frekuensi w₀ identik dengan frekuensi presessi proton mengelilingi B₀. Persamaan w₀ = g B₀ dikenal sebagai persamaan Larmor. Perhatikan bahwa f dan w menyatakan frekuensi linier dan frekuensi sudut.

Harga rasio giromagnetik g untuk proton 42.6 MHz/T.

Sesuai dengan persamaan Larmor, gelombang elektromagnet yang diperlukan untuk resonansi terletak pada daerah frekuensi radio (RF). Frekuensi Larmor tergantung pada kuat medan B₀ dan inti yang diamati yang mempunyai harga g spesifik

Dibanding dengan rasio giromagnetik atom lain dalam tubuh, harga g untuk hidrogen tertinggi

Inti	g (MHz/T)
1H	42.6
19F	40.1
31P	17.2
23Na	11.3
13C	10.7
3H	6.5
17O	5.8
39K	2.0

Pemberian energi resonansi menimbulkan efek pada sistem

·   Populasi proton berpresesi dengan spin berlawanan arah medan meningkat, sehingga momen magnet arah z, M_z, mengecil.

·    Presessi momen dipol magnet setiap proton cenderung mempunyai fase sama, sehingga momen magnet arah x dan y, M_xy, tidak saling menghilangkan lagi.

Setelah pemberian pulsa gelombang elektromagnet dihentikan, proton-proton akan kembali kekeadaan keseimbangan semula, dan prosesnya disebut relaksasi. Waktu yang dibutuhkan oleh komponen searah z, M_z kembali ke arah mendekati M₀ disebut waktu relaksasi longitudinal, ditandai dengan T₁. Sedangkan waktu yang dibutuhkan oleh M_xy kembali mendekati nol disebut waktu relaksasi transversal, dan ditandai oleh T₂.

T₁ juga disebut sebagai relaksasi spin-lattice (spin –kisi). Dalam zat padat kehilangan energi spin diberikan kepada kisi kristal di lingkungannya (atom dalam kristal). Dalam sistem cairan kisi yang menerima penurunan energi spin ekuivalen dengan gerakan termal molekul. Dengan demikian T₁ dipengaruhi oleh lingkungan proton, kekuatan kopling antara spin dengan kisi. Dalam zat padat ataupun struktur jaringan tegar, gerakan atom terbatas, penyerapan energi lambat, T₁ menjadi panjang, sinyal MR dengan pembobotan T₁ kecil sekali mendekati nol (gelap). Sebaliknya dalam cairan gerakan lebih bebas, penyerapan energi lebih cepat, sehingga T₁ menjadi pendek.

T₂ juga disebut waktu relaksasi spin-spin, merupakan fungsi laju pertukaran spin. Dalam struktur tegar atau struktur dengan gerakan lambat, proses relaksasi cepat, sehingga T₂ pendek. Kenaikan gerakan molekul, penurunan berat molekul, kenaikan temperatur, ataupun fleksibilitas molekul yang tinggi, menyebabkan efesiensi proses relaksasi menurun, sehingga T₂ menjadi panjang.

Waktu relaksasi T₁ dan T₂ ditentukan oleh kekuatan dan sifat interaksi antara inti dengan lingkungannya, sehingga sinyal MR mampu memberikan informasi dinamis suatu struktur.