MRI

Pemeriksaan Magnetic Resonance Cholangiopancreatography

(MRCP) dengan Teknik 3D-Fast Spin Echo Berbasis SENSE

(Sensitivity Encoding) pada MRI 1,5 T*

Wahyudi Ifani1, Soegardo Indra Praptono2, Antón Suryadi2

Intisari

Pemeriksaan MRCP (Magnetic Resonance Cholangiopancreatography) merupakan

teknik pencitraan non-invasif pada MRI (Magnetic Resonance Imaging ) yang digunakan

untuk mengevaluasi jaringan kandung empedu, pancreas beserta salurannya yang yang saat ini

sering digunakan di bidang radiologi. Teknik MRCP menghasilkan citra dengan karakteristik

T2 Weighted (T2-W) dimana jaringan yang dominan mengandung air sinyalnya lebih tinggi

daripada jaringan yang ada di sekitarnya (background). Untuk mencapai hasil ini maka teknik

pencitraan MRI yang sering digunakan pada MRCP adalah 3D-Fast Spin Echo. Teknik ini

memerlukan waktu yang lebih lama daripada teknik 2D-FSE sehingga memerlukan strategi

teknis lebih lanjut. Dengan berkembangnya teknik pencitraan Paralel (Parallel Imaging) atau

iPAT (integrated Parallel Acqusition Technology) pada akhir 1990-an, maka permasalahan

waktu akuisisi pada 3D-FSE dapat diatasi. Dengan basis SENSE (Sensitivity Encoding) maka

proses pemeriksaan MRCP dengan teknik 3D-FSE pada kuat medan 1,5 T menghasilkan citra

dengan kualitas tinggi.

Keywords: Cholangiopancreatography, T2-Weighted, 3D-Fast Spin Echo, Sensitivity

Encoding

I. PENDAHULUAN

Dibandingkan dengan teknik pencitraan lain seperti PET (Positron Emission

Tomograph) dan CT (Computed Tomography), MRI memiliki beberapa keunggulan

diantaranya : relatif aman karena tidak menghasilkan radiasi pengion, pemilihan arah

dan jumlah irisan lebih banyak, pemeriksaan banyak dilakukan tanpa zat kontras,

resolusi citra yang tinggi terutama untuk jaringan lunak seperti otak dan Medula

Spinalis (Sumsum tulang belakang).

Seperti teknik pencitraan jaringan lunak lainnya, pada pemeriksaan MRCP

(Magnetic Resonance Cholangiopancreatography) yaitu pemeriksaan jaringan kandung

empedu, pankreas dan salurannya diperlukan karakter citra T2-W dimana penampakan

sinyal pada jaringan yang dominan mengandung air lebih cerah daripada jaringan yang

mengandung lemak. Untuk menghasilkan citra T2-Weighted (berbobot) maka teknik

pencitraan yang sering digunakan adalah teknik Fast Spin Echo (FSE) atau Turbo Spin

Echo (TSE) dimana waktu TR dan TE diambil panjang. Teknik ini merupakan generasi

pertama teknik pencitraan cepat (Fast Imaging Technique) yang dirumuskan oleh

* Makalah pada Seminar Persatuan Ahli Radiografi Indonesia, 18 – 20 Mei 2007, Denpasar Bali.

1 Radiografer pada Laboratorium Proteksi Radiasi ,BPFK Surabaya, DepKes RI

2 Radiografer padaInstalasi Radiologi RS Husada Utama Surabaya

Jürgen Hennig pada tahun 1986. Teknik ini memiliki keunggulan dibandingkan teknik

Spin Echo kovensional, yaitu waktu akuisisi lebih cepat dan menghasilkan citra dengan

resolusi yang tinggi hingga matriks 512 x 512 . Selain itu dari sebuah studi

menunjukkan penggunaan harga ETS (Echo Train Spacing) yang panjang sekitar 12-15

ms pada teknik 3D-FSE menghasilkan kontras yang lebih tinggi dibandingkan harga

ETS yang pendek pada MRCP.

II. TEORI

• 3D Fast Spin Echo

Teknik ini menggunakan rangkaian pulsa RF 180 lebih dari situ setelah pulsa RF

900 yang disebut sebagai ETL (Echo Train Length) yang pada merk tertentu disebut

Turbo factor atau RARE factor. Jumlah ETL ini juga menunjukkan jumlah sinyal

echo yang terbentuk pada setiap rentang waktu TR. Jumlah ETL bisa genap (merk

General Electric) atau ganjil (merk Siemens) dengan jumlah biasanya antara 3-32.

Namun pada beberapa merk MRI jumlah ETL pada teknik FSE bisa mencapai 256.

Diagram Sekuens pulsa teknik FSE secara umum diperlihatkan pada gambar 1 di bawah.

Gambar 1. Diagram Sekuens Pulsa teknik Fast Spin Echo (FSE)

Saat ini dengan berkembangnya teknologi sistem perangkat keras MRI seperti

kumparan gradien (Gradient coils) dan kuat medan magnet , pengembangan teknik Fast

Spin Echo telah memungkinkan untuk menerapkan teknik akuisisi 3D-FSE. Teknik ini

banyak dipakai pada aplikasi pencitraan otak, servikal spinalis, lumbar spinalis dimana

citra berkarakter T2-W diperlukan lebih dari satu penampang (plane). Ide dasar dari

pencitraan 3D adalah gradien phase encoding tidak hanya berada pada arah y tetapi juga

pada arah z seperti diperlihatkan pada gambar 2B. Dengan kata lain multiple slices pada

teknik 2D-FSE diganti dengan multiple slab pada 3D-FSE.

Gambar 1. A. Diagram Sekuens Pulsa 3D-FSE , gradien Phase encoding diterapkan pada arah

sumbu y dan z , B. Arah encoding pada 3D-FSE

Gradien dengan unjuk kerja tinggi membuat pengurangan durasi gradien sehingga

memungkinkan dilakukan penerapan harga ETL yang lebih tinggi dan pengurangan

TE . Dengan adanya Ny dan Nz pada arah gradien Phase Encoding sumbu y dan z maka

waktu akuisisi 3D-FSE dinyatakan :

T(3D-FSE) = (TR x NEX x Ny x Nz)/ETL (1)

Keterangan :

TR = Time Repetition (ms)

NEX = jumlah akuisisi

Ny = Jumlah Phase encoding pada arah y

Nz = Jumlah Phase encoding pada arah z

ETL = Echo Train Length

Secara umum teknik 3D-FSE selain memiliki keunggulan sebagai berikut:

1. Menghasilkan SNR yang lebih tinggi dibandingkan 2D-FSE dengan persamaan :

SNR (3D) = √Nz. SNR (2D) (2)

2. Memiliki resolusi isotropik tinggi (Δx = Δy = Δz).

3. Menghasilkan parsial volume yang lebih kecil karena irisan yang lebih tipis.

4. Mampu menghasilkan reformasi pada berbagai arah ( Rectangular FOV).

A B

(A) (B)

• SENSE (Sensitivity Encoding)

Permasalahan waktu akusisi data citra pada MRI tidak hanya diatasi dengan

kecepatan sistem Gradient encoding. Pada 1999 telah dikembangkan teknologi yang

dikenal sebagai SENSE (Sensitivity Encoding). Teknik ini dikembangkan oleh

Pruessmann dkk di Institut Teknik Biomedika ETH Zurich, Swiss. Ide dasar dari

SENSE adalah mempertinggi kecepatan akuisisi citra tanpa harus memodifikasi unjuk

kerja kumparan gradien melainkan pada sistem RF receiver coils. Saat ini aplikasi sisem

SENSE telah dimanfaatkan untuk pencitraan cardiac cine imaging, fMRI, hingga MR

Spectroscopy.

Dengan adanya SENSE maka unjuk kerja sistem rekonstruksi teknik 3D-FSE,

terutama dalam hal waktu akuisisi citra dapat ditingkatkan. Dengan menggunakan

multiple receiver coil maka proses rekonstruksi citra MRI dapat dilakukan secara

paralel. Secara diagram proses rekonstruksi SENSE digambarkan pada gambar 3

berikut :

Gambar 3. Diagram proses rekonstruksi SENSE

Dengan SENSE strategi rekonstruksi citra dilakukan dengan pengurangan

jumlah Phase encoding dengan factor yang disebut R (SENSE factor) yang

mengakibatkan pengurangan FOV disertai terjadinya aliasing. Pada MRI konvensional

dengan satu receiver coil fenomena aliasing pada citra tidak bersifat mampu balik

(irreversible) sehingga k-space yang mengalami undersampling tidak bisa dipakai.

Dengan menggunakan teknik akusisisi multiple coil, pada SENSE kendala ini dapat

diatasi. Kunci dari mekanisme SENSE adalah kontribusi encoding dari sensitivitas tiap

coil. Dengan mengetahui sensitivitas tiap coil maka proses balik rekonstruksi tiap citra

yang mengalami aliasing dapat dihitung dengan algoritma Aljabar Linier.

FFT

FFT

FFT

FFT

SEN SE

Coil

Sensitivity

Coil 1

Coil 4

.

k-space

k-spac

Tantantang teknis SENSE terbesar adalah masalah SNR (Signal to Noise Ratio).

Hubungan geometris antara coil yang tidak ideal mengakibatkan peningkatan noise

(derau) pada citra. Efek ini dinyatakan dengan factor geometris lokal g yang harganya

sekurangnya sama dengan satu. Secara matematis hubungan SNR pada SENSE

dinyatakan;

g R

SNR SNR

conventional

SENSE = (3)

Secara teoritis rekonstruksi SENSE bekerja dengan faktor reduksi R sesuai

dengan jumlah receiver coil yang digunakan namun terkait dengan harga g maka secara

praktis penggunaan faktor R hanya sebesar 3-4 pada 6 receiver coil.

III. PERALATAN DAN TEKNIK PEMERIKSAAN MRCP

• Peralatan

Data pemeriksaan MRCP menggunakan teknik 3D-FSE diambil dari citra 5 orang

pasien ( 13-71 tahun; 1 wanita; 4 laki-laki) di RS Husada Utama Surabaya

menggunakan pesawat MRI Philips Achieva 1,5 T (Philips Medical System,Best, The

Netherlands) dengan spesifikasi teknis sebagai berikut :

1. Sistem magnet utama :

 Jenis magnet : Superkonduktor dengan system pendingin Helium cair

 Frekuensi RF : 63,86 MHz

 Homogenitas pada 40 cm DSV : 0.2 ppm

 Stabilitas medan : < 0.1 ppm/jam

 Shimming : aktif/pasif

2. Sistem Gradien :

 Model : Pulsar

 kuat gradien maksimum (x,y,z) : 33 mT/m

 Slew Rate (x,y,z) : 80 mT/m/ms

 Duty cycle 100% pada maksimum amplitudo.

3. Sistem Komputer :

 OS Windows XP; CPU Dual Pentium IV Xeon >2 x 3.2 GHz; 2048 MB

RAM main memory; hard disk 36 GB (software), 36 GB (images) ;

23”LCD color monitor, resolusi grafis 1900 x 1200.

6

4. Sistem RF coil :

 Model : FREE WAVE

 SENSE coil : 8 receiver coils

 Bandwith tiap RF receiver coil: 3 MHz

 Frekuensi Sampling ADC : 80 MHz

Dalam tulisan ini, pemeriksaan MRCP dilakukan dengan parameter akuisisi sebagai

berikut:

TR (ms) 1135 ;1139;1090

TE (ms) 600

FOV (mm) 280

RFOV 91 %

Slice/Nz 80;100;120

Slice Thickness/THK (mm) 2

Gap (mm) 1

ETL 85; 119;120

NEX 1; 2

Matrix 256*512

SENSE factor ( R ) 2

Scan time

(menit)

4:07; 4:08; 1:45;

2:39

• Teknik Pemeriksaan MRCP

1. Pasien dianjurkan berpuasa 8 jam sebelum pemeriksaan.

2. Pasang body coil dan sensor respiratory pada pasien.

3. Pilih set menu 3D MRCP pada komputer.

4. Lakukan planning atau prescan pada penampang aksial, sagital dan koronal.

5. Lakukan Reference scan untuk kalibrasi sensitivitas receiver coil teknik SENSE.

sambil memberikan instruksi tahan nafas (breath hold) pada pasien.

6. Pada saat akuisisi berjalan ubah parameter akuisisi jika perlu.

7. Jalankan protokol Abdomen.

7

8. Lakukan planning pada potongan aksial abdomen pada daerah hepar dan

kandung empedu yang ingin diperiksa, lalu scan pada masing-masing area

dengan menjalankan 3D MRCP.

9. Setelah selesai maka didapat data citra 3D MRCP.

10. Lakukan post-processing sesuai dengan kebutuhan.

IV. HASIL

Dengan menggunakan parameter akuisisi yang ada pada table di atas maka dengan

menggunakan MRI 1,5 T diperoleh hasil rekonstruksi citra sbb:

Gambar 4. Pasien pria (71 tahun) dengan parameter akuisisi TR : 1139 ms, TE: 600 ms, NEX

1 ,Matriks :256*512, FOV 280 mm, RFOV: 91%, Nz :100, THK: 2/1 mm, ETL : 120, SENSE

factor : 2, waktu akuisisi: 1 menit 45 detik.

Gambar 5. Pasien pria (13 tahun) dengan parameter akuisisi TR : 1090 ms, TE: 600 ms, NEX

2 ,Matriks :256*512, FOV 280 mm, RFOV: 64%, Nz :80, THK: 2/1 mm, ETL : 85, SENSE

factor : 2, waktu akuisisi: 2 menit 39 detik.

8

Gambar 6. Pasien pria (43 tahun) dengan parameter akuisisi TR : 1139 ms, TE: 600 ms, NEX

2 ,Matriks :256*512, FOV 280 mm, RFOV: 91%, Nz :120, THK: 2/1 mm, ETL : 120, SENSE

factor : 2, waktu akuisisi: 4 menit 8 detik.

Gambar7. Pasien wanita (23 tahun) dengan parameter akuisisi TR : 1135 ms, TE: 600 ms,

NEX 2 ,Matriks :256*512, FOV 280 mm, RFOV: 91%, Nz :120, THK: 2/1 mm, ETL : 119,

SENSE factor : 2, waktu akuisisi : 4 menit 7 detik.

V. PENUTUP

Pemeriksaaan MRCP dengan teknik 3D-FSE berbasis SENSE pada sistem MRI

1,5 T dapat menjadi alternatif teknik pencitraan Cholangiopancreatography. Selain

9

memiliki fleksibilitas pemilihan parameter juga menghasilkan citra kualitas tinggi

dalam waktu yang singkat.

DAFTAR PUSTAKA

Dydak U, et al, (2001) Sensitivity-Encoded Spectroscopic Imaging. Magn Reson Med 46,

713-722

Georgy, BA and Hesselink, JR (1994) MR Imaging of the Spine: Recent Advances in Pulse

Sequences and Special Techniques, AJR, 162: 923-934.

Hashemi, R.H. and Bradley, W.G.(1997) MRI: the Basics, Williams & Williams, Baltimore

Ifani, W (2006), Magnetic Resonance Imaging (MRI) : Perkembangan Teknologi dan

Aplikasi Klinis Mutakhir, Buletin Penelitian RSU Dr. Soetomo Surabaya, 8(1) : 7-10.

Liang, ZP and Lauterbur, PC (2000) Principles of Magnetic Resonance Imaging: A Signal

Processing Perspective, SPIE Optical Engineering Press, New York.

MDA evaluatioan report (2006) 1.5 T MRI System: Comparative report on six MRI

Systems, Report 06005, Issue 6.

Operating Manual (1999) TOMIKON S50 System, Bruker, France.

Pruessmann, K.P, et al (1999) SENSE : Sensitivity Encoding for Fast MRI, Magn Reson Med,

42, 952-962.

Pruessmann, K.P, et al (2001) Advances in Sensitivity Encoding With Arbitrary k-Space

Trajectories, Magn Reson Med, 46, 638-651.

Sugimura H., et al (1999) Clinical evaluation of 3D Half Fourier RARE for MRCP:

Comparison of Short and Long Inter-echo train spacing RARE Sequence, 7th

ISMRM

Schmidt CF, Boesiger P, Ishai (2005) A Comparison of fMRI activation as measured with

gradient- and spin-echo EPI during visual perception. NeuroImage 26 (3), 852-859.

Sodickson A., et al (2006) Three Dimensional Fast-Recovery Fast Spin-Echo MRCP:

Comparison with two-dimensional single –shot Fast Spin Echo Techniques,

Radiology, 238, 2, 549-559

Tsao J., Boesiger P., Pruessmann K.P.(2003) k-t BLAST and k-t SENSE: Dynamic MRI with

high frame rate exploiting spatiotemporal correlations. Magn Reson Med 50, 5, 1031-

1042