MRI

SPIN ECHO

Pada saat RF off, maka NMV akan kembali searah dengan Bo dan terjadi relaksasi. Pada saat yang bersamaan magnitude transverse magnetisation akan berkurang (terjadi FID-free induction decay).

FID ini terjadi sebagai akibat inhomogenitas  suatu medan magnet statis dan spin dephase. FID akan mempengaruhi T2 dan spin dephase akan mempengaruhi TE. Proses FID sangat cepat, sehingga sangat sulit ditangkap sinyalnya (pada decay dan spin dephasing – akan sulit untuk mengukur sinyalnya karena proses dephasing itu begitu cepat).

Agar bisa sinyal bisa dicatat maka diberikan RF pulse sebesar 180⁰ (TE hanya dapat diukur pada sinyal yang maksimal. Hal ini bisa dilakukan dengan memberikan pulsa RF 180⁰ agar sinyal yang melemah bisa terbalik (menguat/maksimal)).

Pada saat proses diphase, ada 2 peristiwa yang terjadi, yaitu T2 dan T2^*. Di mana T2^* terjadi akibat adanya spin dephase dan spin-spin interaction. Sedangkan T2 terjadi akibat adanya spin-spin interaction. Efek T2^* akan membuat kualitas citra gambar menjadi kurang baik. Untuk mengatasi hal ini maka dapat digunakan spin echo.

Spin echo adalah urutan RF pulsa 90⁰, OFF, RF pulsa 180⁰. RF pulsa berfungsi untuk refocusing dengan tujuan :

Ø     Mengeliminasi  signal loss yang diakibatkan oleh field inhomogeneities

Ø     Mengeliminasi signal loss akibat susceptibility effects

Ø     Meneliminasi  signal loss akibat water/fat dephasing

SPIN ECHO

 

Keterangan :

1.      Basic sequence : Spin Echo : urutan 90-180-echo (secara lengkap 90-phase encode-180-frekunsi encode)

2.      2 parameters

Ø     TR : waktu antara RF pulse 90 derajat

Ø     TE : waktu antara RF pulse 90 derajat hingga puncak echo

3.      Single echo : menghasilkan T1

4.      Aplikasi 180 derajat bisa lebih dari satu

5.      Dikenal dengan dual echo, menghasilkan PD dan T2.

6.      Artefak minimal

7.      Kelemahan : waktu scanning lama, sehingga PD dan T2 jarang dipakai untuk pemeriksaan, hanya T1.

Parameter

1.    TR mengontrol T1 weighting

2.    Short TR(250 - 700 ms) memaksimalkan T1 weighting       

3.    Long TR ( 2000 + ms) memaksimalkan PD weighting

4.    TE mengontrol T2 weighting

5.    Short TE (< 10 - 25 ms) meminimalkan T2 weighting

6.    Long TE ( 80 – 120 ms) memaksimalkan T2 weighting

7.    Amplitude echo lebih kecil dari 90 FID, karena adanya irreversible loss of phase coherence karena T2.

8.    Daerah dengan T2 pendek mempunyai sinyal yang lemah, sehingga tampak gelap pada image

9.    Daerah dengan T2 panjang mempunyai sinyal yang kuat, sehingga tampak terang pada gambar.

Contoh Image timing dalam Spin Echo

 

Penggunaan spin echo

a.       Hampir semua pemeriksaan klinik dapat dilakukan dengan spin echo

b.      T1 weighting memberikan gambaran anatomis organ

c.       T2 weghting memberikan gambaran pathologis karena adanya cairan (odema/haemorhage) dalam jaringan

d.      PD memberikan gambran berdasar jumlah hidrogen proton dalam jaringan.

T1, PD, T2

MRI of the Brain – Sagittal

 

T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms

T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms

Proton Density TE = 14 ms TR = 1500 ms

Gambaran T1 dan T2

 

Cervical dan Lumbal

    Sag. Cervical T1,T2                        Lumbal Sag. T1,T2

 

Kelebihan spin echo :

·      Signal tinggi

·      Sedikit artefak

·      Mekanisme kontras lebih mudah dipahami

Kekurangan spin echo:

·        Memiliki SAR yang lebih tinggi dari pada gradien echo karena menggunakan pulsa sequence 90⁰ dan 180⁰.

·        Waktu TR yang lama incompatible dengan 3D acquisition.

FAST (TURBO) SPIN ECHO

Nama lain : RARE = rapid acquisition with relaxation enhancement. Fast  spin echo digunakan hampir 40-60% dalam pemeriksaan MRI dan banyak digunakan untuk T2 weighted image karena waktu bisa lebih singkat.

Fast (Turbo) Spin Echo adalah sebuah rangkaian spin echo tetapi waktu scannya lebih pendek.

Perbedaan fast spin echo (FSE) dengan spin echo

1.      Fast spin echo (FSE) sama dengan spin echo akan tetapi waktu scanning jauh lebih singkat.

2.      Pada spin echo, sequencenya adalah 90 kemudian diaplikasi 180 (refocusing echo), dan hanya satu phase encoding step per TR pada masing-masing slice sehingga hanya satu baris K-space yang terisi per TR.

3.      Fungsi waktu scanning : TR x NEX x phase encoding.

4.      Untuk bisa mengurangi waktu scanning dapat ditempuh dengan mengurangi faaktor faktor tersebut. Jika TR dan NEX dikurangi akan berpengaruh pada image weighting dan SNR. Sedangkan bila mengurangi phase encoding akan menurunkan resolusi.

5.      Pada FSE, scan time dikurangi dengan cara melakukan lebih dari satu phase encode per TR, yang dikenal dengan Echo Train yakni aplikasi beberapa RF pulse 180  per TR.

6.      Pada masing-masing rephasing/refocusing, dihasilkan satu echo sehingga dapat melakukan phase encode yang lain.

7.      Contoh pada SE, bila menggunakan phase matrix 256 maka 256 phase encode harus dilakukan, bila NEX 1, maka waktu scan membutuhkan sebesar 256 x TR

8.      Pada FSE dengan parameter yang sama, dengan echo train misal 16, artinya akan dilakukan 16 phase encode setiap TR. Sehingga waktu scan nya menjadi 256/16 x TR --- waktu lebih singkat 1/16 nya

Penggunaan FSE

1.     Contrast FSE sama dengan SE shg banyak digunakan untuk pemeriksaan.

2.     Pada pemeriksaan sistem syaraf pusat, pelvis dan muskuloskeletal – sudah menggantikan penggunaan spin echo

3.     Pada thorax dan abdomen, kadang dapat menimbulkan respiratory artefact shg perlu adanya respiratory compensation technique

Keunggulan FSE

Waktu scan lebih singkat, kontras yang dihasilkan sama dengan SE dan dilengkapi dengan respiratory compensation technique.

Kelemahan FSE

1.        Kelemahan FSE : fat tampak putih pada T2 diakibatkan karena multiple RF pulses shg akan mengurangi efek interaksi spin-spin pada lemak (J-coupling). Untuk mengurangi digunakan tehnik fat saturation.

2.        Dengan pengulangan RF pulse dapat meningkatkan efek magnetisation transfer, sehingga otot tampak lebih gelap pada FSE daripada SE.

3.        Dengan pengulangan RF pulse juga akan mengurangi efek magnetic susceptibility yang sangat penting bilamana melihat hemorhage yang kecil, namun bila ada implant dr metal artifactnya tidak terlalu muncul.

4.        SAR lebih tinggi dari SE

5.        Meningkatnya artefak karena flow dan motion

6.        Incompatible dengan beberapa opsi imaging

7.        Fat tampak terang pada T2 weighted

8.        Image blurring dapat terjadi karena koleksi data dilakukan dng TE yang berbeda-beda

9.        Mengurangi efek susceptibility, tapi tidak sensitif untuk hemorage

PARAMETER FSE

·              TR  ; bisa lebih panjang hingga 6000 ms

·              TE efektif ; tidak bisa diatur oleh operator

·              ETL = ECHO TRAIN LENGTH / TURBO FACTOR

     ETL/turbo factor sangat penting dalam weighting:

     Short ETL :

o       menurunkan TE efektif

o       meningkatkan T1 weighting

o       waktu scan lebih lama

o       more slice  per TR

o       menurunkan image blurring

     Long ETL :

o      meningkatkan TE efektif

o      meningkatkan T2 weighting

o      mengurangi waktu scan

o      mengurangi jumlah slice per TR

o      meningkatkan image blurring           

ETS : ECHO TRAIN SPACING : WAKTU ANTARA 180 DENGAN 180                           PARAMETER INI TIDAK BISA DIUBAH OPERATOR 

Contoh parameter pada FSE

1.    T1 : Short TE eff (kurang dari 20 ms)

o   Short TR 300-600 ms

o   Turbo factor (ETL) 2-6

o   typical scan time 30 dtk – 1 menit

2.    T2 : Long TE ( 100 ms+)

o    Long TR ( 4000 ms +)

o    Turbo factor 8-20

o    typical scan time 2 menit

3.    PD/T2 : TE eff short( 20 ms)/ long Te eff 100ms

o    Long TR ( 2500 ms+)

o    Turbo factor 8-12.

o    typical scan time 3-4 min     

GRADIENT ECHO 

Konvesional Gradient Echo

o       FLIP ANGLES ( < 90º ) dan TE

o       Untuk rephasing tidak menggunakan RF pulse 180, tapi menggunakan gradient

o       TR dan scan time singkat.

o       Menghasilkan T2*, T1 and PD

o       Berguna utk abdomen (single breath hold), chest, MRA. Pembuluh darah tampak hiperintense.       

Simplest Sequence, alpha flip-gradient recalled echo

3 parameters

o        TR

o        TE

o        flip angle

Reduced SAR

Artifact prone

GRADIENT ECHO

 

T2* decay

o    Terjadi antara dephasing dan rephasing gradien

o    rephasing yang tifak lengkap akan membalik signal

o    signal yang lemah lebih besar pada TEs panjang.

o    decay akan membangkitkan/menghasilkan image contrast

o    T2* decay selalu lebih cepat dari pada T2 decay

o    gradient echo imaging tidak dapat mengcover kembali signal losses dari ;

1.     magnetic field inhomogeneity

2.     magnetic susceptibility

3.     water-fat incoherence

T2 and T2* Relaxation

o    T2* relaxation akan mempengaruhi contrast di dalam gradient echo imaging

o    T2 relaxation akan mempengaruhi contrast di dalam spin echo imaging

Parameter GRE

o    Parameter yang penting pada GRE adalah

1.    flip angle (sudut balik), TE dan TR.

2.    pembobotan yang dihasilkan adalah T1, T2* dan PD Sudut balik dan TR,menentukan T1.

3.    agar tidak terjadi saturasi, sudut balik harus kecil dan TR long. Agar terjadi saturasi, sudut balik harus besar dan TR pendek, shg full recovery tidak terjadi.

4.    TE mengontrol T2* , TE pendek maka T2* minimal, untuk memaksimalkan T2*, TE panjang.

o    Karena proses rephasing dengan gradien maka decaynya adalah T2*.

o    T1 weighting (waktu scan second to menit)

1.  Large flip angles ( 70 – 110 )

2.  Short TE ( 5 – 10 ms)

3.  Short TR (< 50 ms)

o    T2* weighting ( waktu second ke menit)

1.   Small Flip angles ( 5 -20 )

2.   Long TE ( 15- 25 ms)

3.   Short TR

o    PD (waktu scan second to menit).

1.   Small flip angles (5-20)

2.   Short TE (5-10 ms)

3.   Short TR

Keunggulan GRE

o    faster imaging, dapat menggunakan  TR dan TEs yang lebih pendek dari pada SE

o    low flip angle deposits less energy

a.   slices per TR lebih banyak dari pada SE

b.  dapat menurunkan SAR

o    compatible dengan 3D acquisitions

Kelemahan GRE

o    sulit untuk menghasilkan  T2 weighting yang lebih baik

o    magnetic field inhomogeneities karena signal loss

        worse with increasing TE times

        susceptibility effects

        dephasing of water and fat protons

 

STEADY STATE

o    Adalah keadaan dimana TR lebih pendek dari waktu T1 maupun T2 jaringan.

o    Tidak ada waktu transverse magnetisation untuk decay sewbelum aplikasi berikutnya.

o    Flip angles yg sering digunakan adalah 30 – 45 dan TR antara 20 – 50 ms untuk mencapai steady state.

o    Ada dua macam :

1.      coherent residual transverse magnetisation

2.      Inchorent (spoiled) residual transverse magnets.

Coherent residual transverse Gradien echo

Magnetisasi, (In phase), cara:

1.      menghasilkan T2*

2.     Cairan tampak terang, berguna utk angiografi, myelografi dan arthrografi, paten tidaknya pembuluh

3.     TR singkat, bisa slice per slice atau 3D dan slice dpt diperoleh dgn single breath hold.

4.     Flip angles (30-45), TR 20-50 ms, long TE 15-25

5.      kelemahannya : SNR kurang, magnet susceptibility meningkat, dan gradient noise meningkat.                                                                                                    

Incoherent residual GRE trans. Magn (out phase)

1.     Menghasilkan T1 atau PD (RF spoiled)

2.     Menghasilkan T2* (gradient spoiled) bila parameter sama dengan konvensional GRE.

Water/Fat Dephasing

o    MR signal is a composite of fat and water in the imaging voxel

o    water and fat resonate at slightly different frequencies

o    cyclic variation in relative phase of fat and water resonance results in signal variations dependent on TE times

In-Phase / Opposed-Phase
TE Times (msec)

 

Steady state free precession

o    Menghasilkan gambar true T2

o    Bermanfaat untuk brain dan sendi

Echo planar imaging (EPI)

o    Acquire multiple gradient echoes per excitation --- single shot tehnique

o    Memerlukan gradient khusus –slew rate 4 x lebih tinggi dari konvesional gradient

o    Banyak digunakan utk DWI, Perfusion dan fungsional MRI.

INVERSION RECOVERY

Inversion recovery (IR) merupakan variasi sequence dari SE sequence dengan basic sequence 180 – 90 – 180 - 180. IR memberikan gambaran dengan dengan T1 weighting yang lebih gelap.Waktu yang diperlukan dari aplikasi 180 ke 90 dikenal dengan TI (time inversion) atau TAU.

Kontras gambar tergantung pada panjang pendeknya TI.

 

Jika dilakukan aplikasi RF 90 maka NMV akan berada pada bidang transversal, shg kontras pada gambar tergantung pada longitudinal recovery spt pd SE. Hasil akhir IR adalah pembobotan T1, dengan kontras antara fat dan air yg sangat baik.

Jika RF pulse 90 tidak diaplikasikan hingga NMV mencapai recovery penuh, maka akan dihasilkan gambar PD (tergantung hidrogen proton), karena lemak dan air sudah recovery penuh semua.

Setelah aplikasi RF pulse 90, kemudian refocusing dengan RF pulse 180, yang akan menghasilkan spin echo. TR adalah waktu antara aplikasi inverting pulse 180. TR biasanya dipilih 3 x TI agar diperoleh SNR yang baik

Penggunaan IR

o    Untuk menampakkan anatomi dengan heavily T1 daripada SE.

o    Dikombinasi dengan FSE untuk mempersingkat waktu.

o    Ada dua macam IR yakni:

1.      STIR = short tau inversion recovery

2.      FLAIR = fluid acquisition inversion recovery.

STIR (Short Tau Inversion Recovery)

Adalah rangkaian pulsa inverse yang menggunakan T1 yang berhubungan dengan waktu pengambilan lemak untuk kembali dari inverse penuh kebidang tranversal, sehingga tidak terdapat magnetisasi longitudinal yang berhubungan dengan lemak. Rangkaian ini juga dapat digunakan berhubungan Fast Spin Echo.

Basic sequence :180-90-180 , fat nulled.

Fat gelap pada T1 ( fat biasanya terang pada T1). Umumnya digunakan pada musculoskeletal, orbita, liver, tumor pd tulang.

Bila media kontras dimasukkan, jarang dilihat dengan STIR walaupun STIR juga untuk melihat T1, karena kontras akan memperpendek T1 times, yang tissue akan kelihatan terang. Bila kemudian digunakan STIR maka bagian tersebut akan lebih pendek T1 timesnya sehingga T1time hampir sama dengan fat, dan akan di null kan dengan STIR. Artinya kontras tidak ada gunanya                    

PARAMETER STIR

o    SHORT TI = 150 -175 ms

o    SHORT TE = 10-30 ms

o    Long TR = 2000 ms +

o    Rata-rata Scan time  = 5-15 menit

Bila dengan FSE, maka 180 – 90 – echo train 180. Maka waktunya akan lebih singkat.

FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery)

Adalah jenis lain dari rangkaian inversi. Sinyal dari CSF dihilangkan dengan memilih sebuah T1yang berhubungan dengan kembalinya CSF dari 180⁰ ke bidang tranversal dan tidak ada magnitisasi longitudinal yang tampak dari CSF.

Basic sequence : 180-90-180, fluid nulled.

Menggunakan long TI, untuk bisa null kan air. Karena air null maka,  Fluid akan tampak gelap pada T2 (biasanya terang pada T2 SE). MS plaque pd brain dan spinal cord - tervisualisasi