SISTEM PENCITRAAN MRI (2)
 |
Citra dari suatu irisan tidak dihasilkan secara langsung
melalui prosedur pengukuran. Pertama-tama, setelah sinyal MR diterima maka akan
dihasilkan data mentah (raw data) terlebih dahulu. Kemudian data-data
tersebut akan melalui proses komputasi untuk menghasilkan citra yang
diinginkan.
Citra MR terdiri dari banyak elemen citra, yang disebut
dengan pixel (picture element). Konfigurasi ini disebut image
matrix. Setiap pixel dalam image matrix memiliki derajat
keabu-abuan. Secara keseluruhan, nilai keabu-abuan tersebut akan membentuk
suatu komposisi citra.
Komponen pixel dalam sebuah citra akan menunjukkan
komponen voxel dalam sebuah irisan. Semakin banyak pixel dalam
suatu citra, maka informasi yang berkaitan dengan citra tersebut akan semakin
banyak dan citra yang dihasilkan akan semakin tajam dan detail (memiliki resolusi
yang lebih tinggi).
 |
1.1.61.
 |
Besarnya sinyal-sinyal tersebut dapat dibagi-bagi sbb :
selama proses pengukuran echo, gradient diarahkan pada arah x.
Pasangan spin dari voxel individual akan melakukan gerak precession
di sepanjang sumbu x pada frekuensi yang terus membesar, yang disebut frekuensi
encoding. Sedangkan gradient yang berhubungan dengan proses
tersebut disebut Frequency-Encoding Gradient (GF).
Bagian echo yang dimaksud merupakan kombinasi sinyal dari spin
yang tereksitasi di sepanjang sumbu x. Pada resolusi 256 voxel, echo
terdiri dari 256 frekuensi.
Metode Transformasi Fourier dapat membantu untuk
menentukan kontribusi sinyal dari setiap komponen frekuensi. Setiap sinyal
individu yang didapat akan menentukan derajat keabu-abuan dari pixel
yang dialokasikan.
Dua voxel yang berbeda dapat memiliki frekuensi
yang sama dan karenanya, tidak dapat didiferensiasi.
Pada selang waktu di antara sinyal RF dan echo, gradient
akan diposisikan pada arah y. Sebagai hasilnya, spin akan melakukan precession
pada kecepatan yang berbeda dalam waktu yang singkat. Setelah gradient
dimatikan, pergeseran fasa spin di sepanjang sumbu y akan berbeda yang
tetap bersifat proporsional terhadap lokasi masing-masing. Proses ini dinamakan
phase encoding dan komponen gradient yang berkaitan disebut
dengan phase-encoding gradient (Gp).
Untuk memfilter pergeseran-pergeseran fasa tersebut, maka
digunakan proses Transformasi Fourier. Selain itu, untuk mendapatkan
matriks sebanyak 256 baris, maka dibutuhkan sinyal MR sebanyak 256 dengan
proses phase encoding untuk 256 lokasi yang berbeda. Hal ini berarti 256
langkah proses phase encoding dan menyebabkan urutan sinyal-sinyal
tersebut harus diulang sebanyak 256 kali untuk membentuk matriks 256 x 256.
Setelah itu, matriks tersebut dinamakan Raw Data
Matrix, yang juga dikenal dengan k-Space.
 |
 |
Bagian Center Raw Data akan menentukan struktur yang kasar dan
kontras citra. Sedangkan komponen Raw Data di sepanjang perbatasan akan
memberikan informasi tentang batasan-batasan yang ada, transisi pada tepi, dan
kontur citra. Pada suatu waktu tertentu, data-data tertentu akan menampilkan
struktur yang lebih bagus dan pada proses analisis akhir, akan menentukan resolusi
citra. Bagian ini hampir tidak berisi informasi apapun tentang kontras
jaringan.
 |
Urutan spin echo terdiri dari sinyal fasa 90o,
yang diikuti dengan sinyal fasa 180o yang menghasilkan spin echo
pada konstanta TE (Echo Time). Urutan pulsa tersebut diulang berdasarkan
konstanta TR (Repetition Time) selama komponen k-space diisi
dengan echo. Jumlah tahapan proses phase-encoding (yang merupakan
baris dari raw data) berhubungan dengan jumlah pengulangan tersebut.
Waktu scanning akan ditentukan oleh derajat yang besar dari resolusi
gambar dalam arah proses phase-encoding.
Dengan NP = jumlah tahap proses phase-encoding.
Slice-selection gradient GS dinyalakan segera
setelah sinyal fasa 90o, yaitu saat gambar balok ada di bagian atas,
untuk memilih irisan yang diinginkan.
Gradient akan menyebabkan fasa spin dalam keadaan dephase,
pada sepanjang ketebalan irisan. Oleh karena itu, keadaan ini harus
dikompensasi dengan gradient dari polaritas yang berlawanan dan setengah
durasi (proses rephase dari gradient). Hal inilah yang
menimbulkan adanya gambar balok dibagian bawah dari GS.
Selama sinyal fasa 180o, GS akan
dinyalakan lagi sehingga sinyal tersebut hanya mempengaruhi spin dari
irisan yang terstimulasi sebelumnya.
  |
Phase-encoding gradient GP akan dinyalakan
sementara di antara pemilihan irisan dan spin echo. GP akan
menumpukkan fasa yang berbeda pada spin. Untuk matriks yang terdiri dari
256 baris dan 256 kolom, proses penyalaan gradient (switching)
dari urutan spin echo akan diulang sebanyak 256x dengan parameter TR dan
GP yang meningkat secara bertahap.
Tahap proses phase-encoding dalam grafik sinyal
sering digambarkan dengan garis horisontal yang banyak dalam bagian balok GP,
yang menggambarkan amplitudo tahapan gradient yang berbeda, baik positif
maupun negatif.
Selama proses spin echo, frequency-encoding
gradient GF akan dipengaruhi juga. Karena spin echo
dibaca pada saat tersebut, gradient ini disebut juga readout gradient.
Jika tidak ada hal lain yang diberikan selain readout
gradient, maka gerakan precession dari spin pada arah frequency-encoding
akan mulai berubah menjadi keadaan dephase. Selama parameter TE, spin
akan berada dalam keadaan dephase sepenuhnya, tidak memberikan spin
echo. Hal ini dapat diatasi dengan memberikan gradient tambahan.
Berkaitan dengan proses pembacaan, spin dalam
keadaan dephase karena gradient dengan polaritas yang berbeda dan
setengah durasi dari readout gradient (dephasing gradient). Hal
ini menyebabkan readout gradient akan mengembalikan fasa spin,
sehingga spin yang berada di tengah-tengah interval pembacaan akan
sefasa lagi pada waktu terjadinya spin echo maksimum. Seperti misalnya, readout
gradient diberikan sebelum sinyal fasa 180o, sehingga gradient
memiliki fasa yang sama seperti readout gradient. Hal ini dikarenakan
sinyal fasa 180o akan membalikkan fasa spin.
   |
Biasanya TE selalu lebih singkat daripada TR. Selama
interval waktu antara proses pembacaan echo terakhir dan sinyal RF
selanjutnya, dapat dihasilkan beberapa irisan tambahan (misalnya z1
sampai z4), yang disebut dengan multislice sequence.
Metode ini akan memberikan irisan yang dibutuhkan untuk
pemeriksaan suatu daerah tertentu.
Urutan yang lebih cepat, seperti misalnya urutan gradient
echo, akan memberikan suatu keuntungan, yaitu dapat menghasilkan sekumpulan
data 3D karena waktu pengulangan yang singkat. Kumpulan data 3D tersebut
digunakan untuk merekonstruksi tampilan 3 dimensi.
Posisi fasa yang berbeda dapat ditempatkan pada lokasi
yang kosong. Hal inilah yang mendasari proses phase-encoding. Saat phase-encoding
gradient seolah-olah akan ditumpukkan pada arah pilihan irisan (arah
z, seperti pada contoh), maka yang dibicarakan adalah pencitraan 3D.
Melalui proses phase-encoding tambahan yang tegak
lurus terhadap bidang citra, seperti citra-citra yang bersebelahan, maka akan
didapat informasi tentang volume spasial (SLAB), dimana bidang volume
tersebut dinamakan PARTISI.
Dari kumpulan data yang dihasilkan selama pengukuran 3D, perangkat lunak
POST-PROCESSING dapat menghasilkan tampilan secara spasial.
Dalam pencitraan MR, ada tiga buah jenis kontras yang
sangat penting, yaitu kontras T1, kontras T2, dan kontras
densitas proton. Jenis jaringan tubuh yang berbeda akan memberi magnetisasi
transversal yang berbeda juga. Tempat dimana sinyalnya kuat, maka citranya akan
menunjukkan pixel yang lebih terang, sedangkan sinyal yang lebih lemah
akan menghasilkan pixel yang lebih gelap.
Jika jumlah proton yang berkontribusi dalam magnetisasi
makin banyak, maka sinyalnya akan semakin kuat. Walaupun begitu, hal terpenting
untuk diagnostik medis adalah efek yang ditimbulkan dari konstanta relaksasi T1
dan T2 pada kontras suatu citra.
 |
Jika mengingat kembali tentang urutan spin echo,
maka prosesnya adalah sbb : sebuah sinyal fasa 180o diberikan pada
selang waktu τ setelah sinyal fasa 90o dan menghasilkan spin echo
setelah Echo Time TE = 2τ.
Urutan sinyal ini, fasa 90o dan fasa 180o
harus diulang hingga memenuhi semua tahap proses phase-encoding dari scan
matrix (misalnya 256 kali). Waktu interval antara pengulangan-pengulangan
tersebut disebut dengan Repetition Time TR.
Konstanta TE dan TR merupakan parameter yang terpenting
untuk mengendalikan kontras dari urutan spin echo.
 |
Gambar di samping menampilkan tiga buah jenis jaringan
tubuh yang berbeda (1, 2, dan 3) dengan waktu relaksasi yang berbeda juga.
Relaksasi longitudinal akan dimulai segera setelah sinyal
fasa 90o. Magnetisasi longitudinal MZ dari tiga buah
jaringan tubuh yang berbeda akan pulih pada kecepatan yang berbeda. Nilai
maksimumnya berhubungan dengan "densitas proton", yaitu jumlah proton
Hidrogen per unit volume.
Dengan diberikannya kembali sinyal fasa 90o
setelah TR, maka magnetisasi longitudinal aktual akan berubah menjadi
magnetisasi transversal MXY dan menghasilkan sinyal dengan kekuatan
yang berbeda.
  |
Jika TR dipilih cukup panjang, maka perbedaan sinyal
dalam jaringan setelah sinyal fasa 90o yang diulang hanya akan
bergantung pada densitas proton di dalam jaringan, karena relaksasi
longitudinal yang hampir selesai. Echo harus dihasilkan segera setelah
sinyal fasa 90o yang diulang, dengan TE yang lebih singkat, sehingga
didapat citra proton density-weighted (PD yang singkat). Pada
kenyataannya, TR dari urutan spin echo biasanya lebih lama dari 2-3
detik. Hal ini juga berarti jenis jaringan tubuh dengan konstanta T1
yang lebih lama, misalnya CSF, yang tidak segera pulih setelah periode
waktunya.
  |
 |
Kurva sinyal akan menurun karena relaksasi T2
dan mulai berpotongan. Kontras densitas proton akan hilang. Pada TE yang lebih
lama, kurva akan mulai menyimpang dan kontras dikendalikan oleh relaksasi T2,
sehingga diperoleh citra T2-weighted. Kekuatan sinyal dari spin
echo akan bergantung pada penyusutan T2.
Di samping merupakan perbandingan citra yang menunjukkan
kontras T2 dengan TE yang semakin lama akan semakin lama.
    |
Pada keadaan tersebut, densitas proton tidak lagi
mempengaruhi kontras. Kontras T2 hanya bergantung pada komponen TE
yang dipilih. T2 yang optimal dari suatu citra T2-weighted
merupakan nilai rata-rata konstanta T2 dari citra jaringan yang akan
ditampilkan (ada di antara 80 dan 100 ms).
Jika TE terlalu lama (citra yang terakhir), magnetisasi
transversal telah menyusut sampai pada suatu tingkat dimana sinyal-sinyal dari
beberapa jenis jaringan akan menghilang di dalam derau (noise)
sinyal yang tidak dapat dihindarkan.
Jika dipilih TR yang singkat sehingga relaksasi T1
belum selesai, maka sinyalnya akan menjadi lebih lemah dan kontrasnya akan
berkurang seiring TE yang semakin meningkat. Oleh karena itu, harus dipilih TE
yang sesingkat mungkin.
TR yang singkat akan menghilangkan efek dari densitas
proton, TE yang singkat akan menghilangkan efek dari relaksasi T2.
Perbedaan kekuatan sinyalnya sebagian besar bergantung pada magnetisasi
longitudinal sebelumnya, yaitu yang berasal relaksasi T1 jaringan
tertentu, sehingga diperoleh citra T1-weighted.
Gambar di samping menunjukkan kontras T1 yang
bagus, yaitu saat TR dan TE singkat. Dengan TE yang lebih panjang, baik kontras
T1 maupun sinyal yang terukur, masing-masing akan dikurangi.
Kombinasi waktu pengulangan yang singkat dan TE yang lama sangat tidak sesuai.
Jenis jaringan yang normal hanya memiliki sedikit
perbedaan dari densitas protonnya, di samping relaksasi T1 yang
berbeda. Oleh karena itu, pencitraan T1-weighted akan sangat
sesuai untuk tampilan anatomi tubuh.
Dua atau lebih spin echo dapat dihasilkan dengan multi-echo
sequence. Kekuatan sinyal echo akan berkurang seiring dengan
relaksasi T2. Pengurangan sinyal ini akan memungkinkan untuk
melakukan perhitungan citra T2 murni dari data tersebut, tanpa
bagian T1.
Selain itu, citra T1 murni dapat dihitung dari
kekuatan sinyal dari beberapa pengukuran spin echo dengan TR yang
berbeda-beda tetapi TE singkat yang sama.
Dengan double-echo sequence (misal TE1
= 15 ms dan TE2 = 90 ms), maka didapat citra densitas proton
sebagaimana citra T2-weighted dari pengukuran tunggal.
Jadi dengan mengambil beberapa nilai parameter yang
berbeda, maka akan didapat citra-citra sbb :
· Kontras T1 (TR dan TE
singkat)
· Kontras T2 (TR danTE yang
lama)
· Kontras densitas proton (TR lama, TE
singkat)
Dengan pencitraan spin echo, efek akibat T1
dan T2 berbanding terbalik, yaitu : jaringan dengan T1
yang lebih lama akan berwarna lebih gelap dalam citra T1-weighted
dan jaringan dengan T2 yang lebih lama akan tampak lebih terang.
 |
Urutan pemulihan inversi merupakan urutan spin echo
dengan didahului oleh sinyal fasa 180o. Dalam teknologi MR,
sinyal-sinyal persiapan akan mendahului urutan yang sebenarnya dan di sini akan
dibicarakan bagaimana cara memanipulasi kontras citra tersebut.
 |
Urutan pemulihan Inversi (Inversion Recovery Sequence,
IIR) menggunakan sinyal fasa 180o – 90o – 180o.
Pertama-tama, magnetisasi longitudinal dibalik oleh sinyal persiapan fasa 180o
pada arah yang berlawanan. Magnetisasi transversal akan nol dan sinyal MR tidak
akan diterima.
Interval di antara sinyal fasa 180o dan sinyal
stimulasi fasa 90o diketahui sebagai Inversion Time TI.
Selama periode tersebut, magnetisasi longitudinal akan pulih.
Sinyal stimulasi fasa 90o akan mengubah
magnetisasi longitudinal aktual menjadi magnetisasi transversal.
 |
Dua atau lebih spin echo dapat
dihasilkan dengan multi-echo sequence. Kekuatan sinyal echo akan
berkurang seiring dengan relaksasi T2. Pengurangan sinyal ini akan
memungkinkan untuk melakukan perhitungan citra T2 murni dari data
tersebut, tanpa bagian T1.
Selain itu, citra T1 murni dapat dihitung dari kekuatan sinyal
dari beberapa pengukuran spin echo
dengan TR yang berbeda-beda tetapi TE singkat yang sama.
Dengan double-echo sequence (misal TE1 = 15 ms dan TE2
= 90 ms), maka didapat citra kepadatan proton sebagaimana citra T2-weighted dari pengukuran tunggal. Saat urutan spin echo memberikan kontras T2 yang
baik, maka IIR digunakan untuk mendapatkan kontras T1 yang lebih
tinggi.
Sebagaimana magnetisasi longitudinal memulihkan nilai negatifnya dengan
proses inversi, magnetisasi dari jenis jaringan yang berbeda akan mencapai
nilai nol pada waktu yang berbeda. Proses inversi magnetisasi ini memberikan
dispersi yang lebih baik dari kurva T1 menjadi kontras T1
yang lebih baik juga. Dengan memilih TI yang sesuai, maka kontras akan semakin
baik.
Kerugiannya adalah waktu pengukuran yang lebih lama. Dengan bergantung pada
T1, irisan yang diukur lebih sedikit dibandingkan dengan metode T1-weighted
spin echo.
      |
Karena TI telah dipilih, jaringan yang lebih cepat relaks
(a) telah melewati titik perpotongan nol, sedangkan jaringan relaksasi yang
lebih lambat (b) belum melewatinya. Akan sangat membingungkan jika hanya magnitudo
sinyal yang digunakan untuk menentukan kontras citra. Jenis jaringan dengan konstanta T1
yang berbeda akan ditampilkan dengan nilai keabu-abuan yang sama.
Perbandingan citra di samping (gambar 103) menunjukkan
efek TI pada kontras di dalam otak. Sinyal yang berasal dari zat putih atau abu
akan dihilangkan.
Kontras dari beberapa jenis jaringan yang berbeda dapat
dipastikan dengan mempertimbangkan arah dari magnetisasi longitudinal.
Magnetisasi longitudinal positif dan negatif akan diubah
oleh sinyal eksitasi fasa 90o menjadi magnetisasi transversal dengan
pergeseran fasa sebesar 180o. Jika magnitudonya
dipertimbangkan seperti halnya perbedaan fasa dari sinyal-sinyal tersebut, maka
akan dimungkinkan untuk menempatkan sinyal pada magnetisasi longitudinal
positif atau negatif aslinya. Hal inilah yang akan menentukan kontras T1
maksimum.
Metode rekonstruksi phase sensitive ini akan
memberikan magnetisasi longitudinal yang sebenarnya dan sering disebut dengan true
inversion recovery, yang banyak digunakan oleh bidang ilmu kesehatan
anak-anak (pediatrics).
Sebagai informasi tambahan, berikut ini adalah blok diagram dari sistem RF
MAGNETOM Symphony :
Keterangan lebih lanjut tentang modul pengirim sinyal RF (transmitter)
dan penerima sinyal RF (receiver) dapat dilihat pada blok diagram di
bawah ini :
Masa depan untuk sistem MRI sepertinya masih merupakan angan-angan saja.
Teknologi tersebut masih baru dan baru digunakan secara luas selama 20 tahun
saja (jika dibandingkan teknologi X-Ray yang sudah berumur lebih dari
100 tahun).
Alat scanner yang berukuran lebih kecil untuk proses pencitraan
bagian tubuh yang lebih spesifik sedang dalam proses pengembangan, seperti
misalnya alat scanner dimana hanya butuh meletakkan bagian lengan, lutut
ataupun kaki pasien. Kemampuan untuk memetakan sistem pembuluh darah sedang
ditingkatkan. Pemetaan otak secara fungsional (melakukan proses scanning
pada saat seseorang sedang melakukan suatu aktivitas tertentu, seperi meremas
bola karet atau melihat suatu gambar) akan membantu pada ilmuwan untuk semakin
mengerti tentang bagaimana otak manusia bekerja. Kegiatan riset telah
berlangsung di beberapa institusi untuk pencitraan ventilasi dinamik dari
paru-paru dengan menggunakan gas 3He yang terhiperpolarisasi. Selain
itu, pengembangan cara baru untuk memetakan penyakit stroke dalam
tahap-tahap awalnya sedang dilakukan secara terus-menerus.
Ramalan tentang masa depan MRI masih spekulatif. Walaupun begitu, sistem
MRI dapat menjadi sesuatu yang tanpa batas di masa depan dan tentu saja, dapat
meningkatkan kesehatan masyarakat dunia.
 |
 |
Berdasarkan penjelasan-penjelasan di atas,
maka dapat diambil kesimpulan sementara bahwa magnet merupakan bagian yang
paling dasar dalam sistem MRI. MRI membutuhkan magnet yang kuat dan memiliki
medan magnet yang homogen di sepanjang volume pencitraan.
Jika alat MRI sedang dioperasikan dan
mengirimkan pulsa RF (Radio Frequency) kepada pasien yang posisinya
tidak berada di dalam medan magnet, alat tersebut tidak akan menghasilkan apa
yang disebut “echo”. Hanya jika pasien dimasukkan ke dalam medan magnet
yang kuat dan pulsa RF pada frekuensi yang tepat dikirimkan kepadanya, maka
sebuah “echo” akan dibangkitkan.
 |
Hal penting lainnya yang berhubungan dengan magnet adalah kekuatan medan
magnet yang dinotasikan dengan satuan Tesla. Magnet-magnet yang dimiliki
oleh alat-alat SIEMENS biasanya berkekuatan 0,2 T, 1,0 T, atau 1,5 T, dimana
semakin besar kekuatan magnetnya, maka biaya untuk menghasilkannya lebih mahal,
tetapi kualitas gambarnya jauh lebih baik. Selain dengan satuan Tesla, satuan
lain yang biasa digunakan adalah Gauss, dimana 1 Tesla = 10.000 Gauss.
Magnet-magnet yang terdapat pada alat MRI, sekarang ini, mempunyai kekuatan
magnet berkisar antara 0,5 – 2,0 T atau 5.000 – 20.000 Gauss.
Untuk sekedar informasi, magnet dengan kekuatan lebih dari 2 T belum
disetujui untuk digunakan pada proses pencitraan medis, walaupun termasuk
magnet yang sangat kuat (sampai 60 T). Magnet dengan kekuatan seperti ini
cenderung digunakan untuk riset.
Jika dibandingkan dengan kekuatan magnet bumi, yang hanya sebesar 0,5
Gauss, maka dapat terlihat bahwa magnet yang digunakan pada alat MRI ini
memiliki kekuatan medan magnet yang jauh lebih besar.
Biasanya, untuk membangkitkan medan magnet pada sistem MRI, maka digunakan
metode-metode ini, yaitu
·
Low Field Magnets : untuk menghasilkan medan magnet
sampai ± 0,3 Tesla, menggunakan magnet jenis permanen dan resistif.
·
High Field Magnets : untuk sistem MRI dengan
kekuatan medan magnet dengan range 0,5 – 3,0 Tesla dan membutuhkan magnet
jenis superkonduktor.
Pada umumnya, terdapat tiga buah desain dari magnet yang digunakan pada
alat MRI, yaitu :
1.
Magnet Permanen (Tetap)
 |
Gambar di samping adalah contoh dari
sistem MRI milik SIEMENS yang disebut “P8”, yang menggunakan magnet permanen.
Disebut permanen karena medan magnetnya selalu ada dan dalam kekuatan
maksimalnya, sehingga tidak membutuhkan biaya apapun untuk mempertahankan
kekuatan medannya dan tidak perlu diisi dengan cairan cryogen.
Walaupun begitu, magnet-magnet jenis ini sangat berat, bahkan sampai
berton-ton hanya untuk kekuatan medan magnet sebesar 0,4 Tesla. Semakin kuat
medan magnet yang dibutuhkan, maka semakin berat magnet tersebut, sehingga akan
sangat sulit untuk dibuat. Jikalau ukurannya menjadi semakin kecil, magnet
tersebut masih terbatas untuk kekuatan medan magnet yang rendah saja. Selain
itu, kerugian dari magnet jenis ini adalah magnet tersebut tidak memiliki
stabilitas yang cukup baik jika terdapat sedikit perubahan temperatur
lingkungan.
Contoh produk SIEMENS MEDICAL yang menggunakan magnet permanen adalah MAGNETOM JAZZ, OPEN P, dan CONCERTO.
Contoh produk SIEMENS MEDICAL yang menggunakan magnet permanen adalah MAGNETOM JAZZ, OPEN P, dan CONCERTO.
2.
Magnet Resistif
 |
Gambar di samping adalah alat SIEMENS MEDICAL jenis OPEN, yang menggunakan
magnet resistif. Magnet jenis ini menghasilkan medan magnet dengan menggunakan
elektromagnet yang sederhana (dengan dua buah silinder yang terletak di bagian
atas dan bawah alat). Magnet ini menghasilkan medan magnet dengan arah
atas-bawah.
Keuntungan dari magnet jenis ini adalah tidak perlu diisi dengan cairan cryogen
dan menggunakan arsitektur yang terbuka sehingga dapat memberi kenyamanan pada
pasien.
Walaupun begitu, mgnet jenis ini memiliki kekuatan medan magnet yang
terbatas, yaitu tidak lebih dari 0,2 Tesla.
Magnet resistif terdiri dari banyak lilitan kawat yang terbungkus di
sekeliling silinder magnet (bore) dimana arus listrik dilewatkan. Jika
listrik dimatikan, medan magnet akan hilang. Magnet-magnet jenis ini lebih
murah untuk dibuat daripada magnet superkonduktor, tetapi membutuhkan daya
listrik yang cukup besar (sekitar 50 KWatt) untuk beroperasi karena resistansi
alami dari kawat tersebut.
Contoh produk SIEMENS MEDICAL yang menggunakan magnet resistif adalah
MAGNETOM OPEN / VIVA.
3.
Magnet Superkonduktor
 |
Gambar di samping adalah contoh dari MAGNETOM VISION. Pada dasarnya, magnet
jenis superkonduktor memiliki konstruksi dan karakteristik yang hampir serupa
dengan magnet resistif, yaitu medan magnet yang dihasilkan terjadi karena
penggunaan lilitan-lilitan kawat (elektromagnet). Perbedaannya hanya terletak
pada bahan kawatnya, dimana kawat yang digunakan pada magnet resistif terbuat
dari tembaga dan memiliki resistansi. Sedangkan kawat pada magnet
superkonduktor ini terbuat dari suatu campuran yang disebut “Nyobium-Titanium”,
yang memiliki sifat yang khusus, yaitu pada temperatur yang sangat rendah,
resistansinya hampir tidak ada (merupakan sifat dasar dari bahan
superkonduktor).
Bahan superkonduktor dapat mengalirkan arus listrik yang sangat besar
melalui penampang seperti pada gambar di samping, tanpa menghasilkan panas
karena resistansinya.
Keuntungan utama dari magnet jenis ini adalah jika sekali saja arus listrik
mengalir pada kumparannya, maka sifat magnetnya akan bertahan selamanya (secara
teoritis). Hal ini mengakibatkan medan magnet yang dihasilkan memiliki range
yang lebih besar, sampai ± 1,5 Tesla (dari 0,5 – 2,0 Tesla), yang memungkinkan
peningkatan kualitas citra yang dihasilkan.
Di samping itu, temperatur dari kawat (kumparan) pada magnet superkonduktor
harus di bawah temperatur kritis (sampai ± 4 K atau -269oC),
dimana pada temperatur ini merupakan keadaan yang sangat dingin. Satu-satunya
jalan untuk mencapai keadaan ini adalah dengan “mencelup”kannya ke dalam cairan
cryogen, dimana dalam kasus ini dipergunakan Helium cair dan dapat
menghabiskan banyak biaya. Walaupun begitu, cairan tersebut tersimpan dalam
sebuah tank yang terisolasi dengan vacuum (ruang hampa udara,
biasa disebut Outer Vacuum Chamber / OVC) terhadap lingkungan luar,
dengan tujuan untuk meminimalisir perubahan Helium cair menjadi gas Helium.
Contoh produk SIEMENS MEDICAL yang menggunakan magnet superkonduktor adalah
MAGNETOM IMPACT EXPERT, HARMONY, SYMPHONY, VISION, dan ALLEGRA.
Magnet tipe P8 ini terbuat dari magnet ferrite, dimana jika sudah
sekali dimagnetisasi, fluks magnetik dibangkitkan secara kontinu tanpa membutuhkan
energi tambahan.
Magnet jenis ini (magnet ferrite) bersifat sangat sensitif terhadap
temperatur. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah heating system untuk
mengendalikan temperatur dari magnet. Bagian ini terdiri dari banyak
panel-panel pemanas yang dikendalikan oleh 18 unit Temperature Indicating
and Control (TIC). Temperatur magnet dijaga pada tingkat 32oC,
dengan toleransi sebesar 0,1oC.
 |
Magnet tipe HELICON ini memiliki sistem yang tertutup, dimana Helium cair
yang berubah menjadi gas karena adanya panas pada magnet dicarikan kembali.
Magnet HELICON juga dilengkapi dengan Linde Helium Liquefier (LKKA = Linde
Kleinkaelte Anlage).
Sistem tersebut terdiri dari komponen-komponen sbb :
·
Screw compressor
·
Oil adsorber
·
Coldbox with control
cabinet
·
Transfer pipe
·
Magnet HELICON
 |
·
Pressure Tank
Magnet dengan tipe superkonduktor menggunakan fenomena fisik dari material
tertentu yang mencapai nilai resistansi mendekati nol saat didinginkan di bawah
temperatur kritis, biasanya di dekat nol absolut (-273oC atau 0 K).
Sifat superkonduktivitas ini memungkinkan arus listrik yang sangat besar
mengalir pada lilitan-lilitan kawat dengan penampang yang kecil, tanpa
menghasilkan panas. Keadaan inilah yang menyebabkan pembuatan magnet yang
sangat kuat dan sederhana.
Helium cair biasanya digunakan untuk mempertahankan temperatur magnet pada
± -269oC (4 K), yaitu di bawah temperatur kritis dari lilitan kawat
superkonduktor.
Lilitan
magnet Magnet terdiri dari enam buah lilitan superkonduktor primer, yang terbuat dari
campuran bahan niobium titanium / tembaga.
Active shielding
Sebagai tambahan bagi lilitan utama, dua buah lilitan AS (Active Shield)
ditempatkan di seluruh lilitan utama dan dipasangkan kawat sedemikian rupa
sehingga medan magnetnya melawan medan yang ditimbulkan lilitan utama, kemudian
mengurangi medan eksternal yang menyimpang.
Cryostat
Magnet dilapisi dengan
selongsong stainless-steel yang diisi dengan Helium cair (akan
dijelaskan lebih lanjut pada bagian tersendiri).
Thermal shielding Helium cair
sangat sensitif terhadap panas dan menguap (menjadi gas) dengan sangat cepat.
Selain itu, Helium cair memiliki harga yang sangat mahal. Oleh karena itu,
panas yang ditimbulkan oleh konveksi udara, konduksi atau radiasi panas dari
lingkungan sekitar harus dikurangi.
Untuk mengurangi panas akibat konveksi, cryostat diposisikan di dalam
kerangka stainless-steel bagian terluar (OVC), di bawah bagian vacuum.
Cryostat seperti digantungkan di dalam OVC pada daerah fiberglass.
Bahan fiberglass digunakan karena memiliki konduktivitas thermal yang
rendah, yang berfungsi untuk mengurangi panas akibat konveksi tersebut.
Panas yang diradiasikan menjadi faktor yang utama. Kerangka aluminium padat (cryo-shield)
diletakkan di sekitar cryostat dan dijaga pada temperatur cryogenic,
menggunakan unit pendingin eksternal. Panas yang diradiasikan dari OVC,
sebagian besar dipantulkan oleh bahan isolasi.
Unisock
Unit pendingin diletakkan pada Unisock, dengan ruangan vacuum
yang terpisah, untuk memposisikan dan menggantikan coldhead dalam
perawatan (service).
Service turret
Perangkat elektronik internal dari magnet harus melewati bagian service
turret, yang dibuat sama seperti cryostat. Komponen current probe,
syphon pengisian ulang Helium cair, dan koneksi elektronik untuk sensor
temperatur cryo-shield, probe tingkat volume Helium, screen,
quench, dan switch heater dihubungkan pada bagian service turret.
Ada beberapa bagian penting pada magnet, yaitu
komponen-komponen yang berada pada service turret.
Komponen pertama adalah ramping port, yang
merupakan tempat untuk menghubungkan ramping probe untuk melakukan
proses ramping up atau ramping down.
Komponen kedua yang harus diperhatikan adalah
keadaan underpressure dari cryostat. Ada dua jalur untuk
keluarnya gas Helium, yaitu melalui katup back-pressure 1/3 psi atau
melalui burst disk. Dalam keadaan normal, burst disk dalam
keadaan tertutup dan tekanan cryostat bertahan pada 1/3 di atas tekanan
udara sekitar karena katup 1/3 psi. Jika tekanannya meningkat secara tiba-tiba
sampai di atas 5 psi (yang akan menyebabkan quench), magnet akan menekan
burst disk. Biasanya, setelah terjadi quench maka burst disk
harus segera diganti.
 |
Venting system
Selama proses normal, cryostat selalu menguapkan sedikit Helium cair (±
0,1 % per hari). Gas Helium ini akan meningkatkan tekanan di dalam magnet. Jika
tekanan tersebut melebihi, misalkan 2/3 psi, katup overpressure akan
terbuka dan melepaskan gas ke venting system (terkadang disebut “quench
tube”).
Bagian ini mengarahkan gas Helium untuk keluar ke udara luar. Hal ini penting
untuk keamanan magnet karena jika tidak ada udara yang membeku di dalam magnet
dan membentuk bongkahan es yang mungkin akan menghambat seluruh venting
system.
Pressure gauge
Bagian ini menunjukkan tekanan internal
magnet. Tekanan dalam keadaan normal harus selalu positif, akan tetapi tekanan
negatif (underpressure) dapat terjadi setelah proses ramping.
Bypass
Katup bypass dapat dibuka untuk melepaskan tekanan di dalam magnet
(dalam perawatan / service), tetapi tidak boleh dibuka jika dalam
keadaan underpressure (misalnya setelah proses ramping).
Katup quench
Jika terjadi quench, sejumlah besar Helium cair (± 40 %) menguap dalam
waktu yang singkat. Karena diameter dari katup 2/3 psi dianggap terlalu kecil,
maka sebuah katup tambahan, yang disebut katup quench, akan terbuka jika
tekanannya melebihi 15 psi (terdiri dari bursting disc yang dapat pecah).
Syphon
Merupakan saluran isolator vacuum untuk pengisian Helium cair ke dalam
magnet. Salah satu ujungnya terhubung kepada bagian service turret
secara permanen dan ujung yang lain dapat dihubungkan dengan dewar Helium. Ada
dua buah jenis syphon, yaitu :
·
High Efficiency Syphon (HES) seperti tampak pada gambar
 |
·
Smart Syphon dengan suatu katup otomatis yang mencegah
perpindahan Helium gas (yang hangat) ke dalam magnet
Quench
heater Bagian ini biasa digunakan dalam keadaan
darurat, yang mengharuskan keadaan quench. Quench heater yang
terletak pada magnet dipanaskan oleh sumber arus eksternal (ERDU). Setelah
mengaktifkan sumber arus, maka bahan superkonduktornya akan memiliki resistansi
(karena energi yang tersimpan di dalam magnet). Keadaan ini akan berakibat juga
pada medan magnetnya, yaitu medan magnet akan hilang dalam waktu yang singkat.
Quench protection
circuitry Selama terjadinya quench, ada tegangan yang
tinggi pada coil dan bagian superconductive switch. Tegangan
tersebut harus dibatasi oleh bagian quench protection circuitry, yang
berada di dalam penutup magnet OR41 AS. Rangkaian ini terdiri dari kombinasi
antara dioda dan resistor yang terhubung secara paralel terhadap coil
dan superconductive switch. Kombinasi tersebut memungkinkan proses ramping
up atau ramping down dengan tegangan 10 V. Selain itu, tegangan
yang muncul saat terjadi peristiwa quench akan dibatasi sampai 100 V.
Quench protection circuitry dapat hanya terdiri dari resistor
(seperti pada magnet LISE yang sudah lama) atau dioda (seperti pada magnet
HELICON).
 |
 |
Superconductive switch
Dengan tidak adanya resistansi pada magnet superkonduktor, maka dibutuhkan
sebuah switch untuk menghasilkan tegangan pada coil sehingga
dapat menginduksikan arus listrik. Bagian superconductive switch terdiri
dari lilitan kawat superkonduktor bifilar (tidak ada induktivitas, tidak
ada medan magnet eksternal). Lilitan tersebut akan dipanaskan dengan switch
heater dan menghasilkan suatu daerah resistansi normal.
Saat current probe dihubungkan pada magnet, arus listrik yang besar akan
mengalir sementara melalui switch dan memanaskannya sampai resistansinya
menjadi besar (± 38 Ω). Semakin besar resistansi switch, maka arus yang
mengalir akan lebih sedikit, sehingga menurun penguapan selama proses ramping.
 |
External interference switch (EIS)
Bagian Bo-screen
atau EIS terletak pada setiap lilitan magnet superkonduktor. Karena
lilitan-lilitan tersebut dihubung-singkat, maka interferensi transien apapun
akan diserap oleh screen, mencegah adanya gangguan terhadap medan
magnet. Penyusutan menda magnet yang konstan akan menghasilkan arus pada
lilitan screen yang berlawanan dan menurunkan homogenitas medan magnet.
Oleh karena itu, bagian screen akan direset sekali setiap hari.
Cryostat terletak di
dalam Outer Vacuum Chamber (OVC). Ruangan yang sangat besar ini berisi
komponen suspensi dari konduktivitas thermal rendah, yang mendukung
komponen-komponen lainnya.
Bagian yang terkena panas dari dalam OVC sebagian besar dipantulkan oleh
bahan isolator pantulan mylar multilayer.
Di dalam bahan isolasi tersebut, kerangka dari padatan aluminium
(pelindung) dipertahankan pada temperatur cryogenic dengan tambahan cryostat
Nitrogen dan/atau unit refrigeration yang dipasang secara eksternal
(biasa disebut cold head). Panas yang mencapai tingkat ini diserap dan
menguapkan Nitrogen atau dialirkan pada komponen penukar panas eksternal
melalui sistem pendinginnya (refrigerator).
 |
Sebagaimana disebutkan pada penjelasan di atas, maka sangat penting untuk
menjaga temperatur superkonduktor tetap dingin. Salah satu caranya adalah
dengan mencelupkannya ke dalam cryogen, yaitu mendinginkan gas tersebut
sampai pada batas dimana berwujud cair (liquid). Cryogen yang
paling sering digunakan adalah Helium cair.
Seperti terlihat pada gambar di samping, maka cairan cryogen
disimpan di dalam sebuah tempat yang disebut cryostat. Para teknisi akan
mengisi-ulang Helium cair ke dalam magnet dengan membawa sebuah tank
yang disebut dewar.
Salah satu kekurangan dalam menggunakan cairan cryogen adalah sangat
mudah dan cepat menguap. Hal ini menjadi suatu masalah karena harga Helium cair
sangat mahal. Ada beberapa cara untuk menguranginya, yaitu :
·
Membungkus cryostat
Helium cair utama menggunakan cryostat kedua yang diisi dengan Nitrogen
cair (yang lebih murah). Akan tetapi, Nitrogen tersebut harus diisi-ulang
setiap minggu. Kebanyakan sistem SIEMENS yang sudah lama juga menggunakan tipe
ini.
·
Menggunakan kondensor Helium
yang mencairkan kembali Helium yang sudah berubah menjadi bentuk gas. Sistem
tipe ini dapat dijumpai pada unit HELICON.
·
Menggunakan “cold head”,
yaitu sebuah sistem refrigerator yang menggunakan gas Helium yang
terkompresi, dengan tujuan untuk menjaga temperatur pelindung cryostat
Helium tetap dingin, sehingga proses penguapan Helium cair dapat
diminimalisasi. Semua sistem SIEMENS yang baru sudah menggunakan tipe ini.
 |
Tingkat volume Nitrogen cair (jika ada) diukur menggunakan sebuah kapasitor
coaxial, dimana Nitrogen berperan sebagai dielektrik. Berdasarkan fakta bahwa
Nitrogen cair memiliki konstanta dielektrik yang berbeda dengan gas Nitrogen,
maka kapasitor coaxial dapat dianggap sebagai dua buah kapasitor yang paralel
dengan kapasitansi yang berbeda, tergantung pada tingkat pengisian. Perbedaan
kapasitansi antara keadaan penuh dan kosong adalah ± 40 pF.
Hasil output dari rectangular generator, dipengaruhi oleh sensing
capacity, dipadukan dan digunakan sebagai petunjuk ketinggian tingkat
volume Nitrogen.
 |
Tingkat volume Helium cair diukur dengan menggunakan kawat superkonduktor
yang terletak di dalam cryostat. Selama pengukuran, diberikan arus
listrik konstan melalui kawat tersebut (Helium Measuring Probe), yang
memanaskan Helium cair di dalamnya. Hal ini mengakibatkan kawat bersifat
konduktif normal di bagian yang tidak tertutupi oleh Helium cair. Resistansi
yang terukur dari bagian yang bersifat konduktif normal tersebut adalah nilai
dari volume Helium cair yang berada di dalam cryostat.
No comments:
Post a Comment