FISIKA IMEJING MRI,

Free induction decay (FID), T2 relaxation, intrinsic spin-spin relaxation

Pulsa RF 90⁰ mengakibatkan koherensi fase pada individual proton dan menghasilkan magnetisasi transversal maksimum (M_xy). Karena (M_xy) berputar dengan frekuensi Larmor, maka lilitan antenna penerima terinduksi dan menghasilkan signal sinusoidal yang disebut free induction decay (FID)

Peluruhan T2 ditentukan oleh struktur molekul sampel. Molekul yang bergerak dalam fluida amorf (contoh cerebal spinal fluid, CSF) mempunyai T2 panjang, karena gerakan molekul cepat mengurangi atau menghilangkan inhomogenitas magnetic intrinsic. Bila ukuran molekul besar, gerakan terhambat, menjadikan medan magnet lebih bervariasi, sehingga T2 relatif lebih cepat. Dengan demikian, struktur besar tidak bergerak dengan medan inhomogenitas magnet stasioner mempunyai waktu T2 yang sangat pendek. Ketidak homogenan medan magnet utama menyebabkan T2 diperpendek menjadi T2*

T1 relaxation, spin-lattice relaxation.

Kehilangan magnetisasi transversal berlangsung relatif cepat, sedangkan pemulihan magnetisasi longitudinal memerlukan waktu lama (T1).

T1 relaxation tergantung pada disipasi energi absorpsi ke dalam kisi molekuler sekelilingnya. Waktu relaksasi bervariasi untuk struktur jaringan dan patologi yang berbeda. Energi transfer efesien bila frekuensi presesi proton sesuai dengan frekuensi vibrasi kisi molekul. Molekul besar dan bergerak lambat mempunyai frekuensi fibrasi rendah, terkonsentrasi pada bagian terrendah pada spektrum frekuensi. Molekul dengan ukuran moderat (seperti protein) dan fluida viscos mempunyai vibrasi dalam rentang intermidiate. Molekul kecil mempunyai komponen frekuensi vibrasi rendah, intermediate, dan tinggi, sehingga mempunyai rentang frekuensi paling lebar.

T1 sangat dipengaruhi oleh karakter fisik jaringan. Ketidak mampuan membebaskan energi pada kisi akan memperpanjang waktu relaksasi T1. Air mempunyai T1 panjang, tetapi dengan tambahan water-soluble protein, menurunkan vibrasi molekul, dan memperpendek waktu T1. Molekul dengan ukuran medium, seperti lipid, protein, fat, mempunyai spectrum vibrasi yang sangat kondusif untuk relaksasi spin-kisi. T1 jaringan biologi berkisar 0.1 sampai 1 sekon untuk jaringan lunak, dan 1 sampai 4 sekon untuk jaringan encer, seperti CSF dan air. T1 meningkat dengan kenaikan medan magnet. Pemberian kontras akan mengubah harga T1.

Perbedaan T1 dan T2

T1 lebih panjang dibanding dengan T2. Sebagai contoh, dalam jaringan lunak T1 500 ms dan T2 5 sampai 10 kali lebih cepat (sekitar 50 ms). Ukuran, gerakan, dan interaksi molekul berpengaruh pada T1 dan T2. Ukuran molekul secara umum dapat dikelompokkan, besar, medium, kecil, dan frekuensi vibrasi molekul dapat cepat, medium, dan lambat. Molekul kecil mempunyai T1 panjang dan T2 panjang, molekul dengan ukuran intermediate mempunyai T1 dan T2 pendek. Namun molekul dengan gerakan lambat atau molekul terikat akan mempunyai T1 panjang dan T2 pendek. Kebanyakan jaringan yang diperlukan untuk MRI, mempunyai ukuran intermediate dan kecil, sehingga untuk T1 panjang T2 juga panjang, T1 pendek T2 juga pendek.

Kuat medan magnet berpengaruh pada waktu relaksasi T1, tetapi tidak berpengaruh signifikan pada T2. Frekuensi Larmor tergantung pada kuat medan magnet dan tingkat kesamaan spektrum vibrasi molekular. Kenaikan kuat medan magnet meningkatkan frekuensi Larmor (ω₀ = γB₀), mengurangi jumlah spektral yang sama sehingga menghasilkan T1 relatif lebih panjang. Medium yang dapat mengganggu lingkungan medan magnet lokal, seperti hasil unsur dengan spin elektron tidak berpasangan, seperti gadolinium, atau material feromagnetik akan menurunkan signifikan T2*. Bila makromolekul terikat oleh air bebas menjadi suatu lapisan hidrasi, mengakibatkan T2 menurun. Perhatikan bahwa T1 >T2 >T2*.

Urutan pulsa

Pemilihan urutan pulsa, dengan variasi waktu, order, polaritas, dan frekuensi ulangan RF serta aplikasi gradien magnet, dapat mengakibatkan signal yang terbentuk tergantung pada karakteristik T1, T2, atau densitas spin.

Spin echo

Spin echo menunjukkan eksitasi proton yang termagnetisasi dalam suatu sampel dengan pulsa RF dan produksi FID, diikuti oleh pulsa RF kedua untuk menghasilkan echo Waktu antar pulsa RF dapat memisahkan FID awal dan echo serta kemampuan mengatur konstanta jaringan.

Time repetition dan partial saturation

Deretan pulsa spin echo standar menggunakan suatu seri pulsa 90⁰ yang dipisahkan oleh suatu perioda yang disebut waktu repetisi (TR). Waktu tunda antar pulsa eksitasi memberi kesempatan magnetisasi longitudinal recover. Setelah pulsa pertama, jaringan mengalami kondisi saturasi parsial yang tergantung pada harga T1 (magnetisasi transversal penuh berkurang dari keseimbangan magnetisasi) yang mengakibatkan FID mendekati konstan. Jaringan dengan T1 pendek mempunyai saturasi lebih kecil dibanding dengan jaringan dengan T1 panjang. Saturasi magnetisasi parsial tergantung pada harga TR dan T1, dan memberi dampak pada kontras jaringan.

Spin echo contrast weighting

T1 weighting

Spin density weighting

T2 weighting

Spin echo parameter

Untuk deretan spin echo konvensional, signal densitas spin dan signal kontras pembobotan T2 diambil dalam setiap TR dengan menggunakan TE pendek dan TE panjang.

Inversion recovery

Dengan TR lebih pendek, sekitar 5 x TI, saturasi parsial dan keseimbangan magnetisasi longitudinal terjadi setelah 3 atau 4 eksitasi pertama. Amplitudo echo suatu jaringan dipengaruhi oleh TI, TE, TR, dan harga M_z (positif atau negatif).

S ~ r_H f(n) (1 - 2e^-TI/T1 + e^-TR/T1)

TE harus dibuat pendek untuk menghindari citra kontras campuran dan membuat minimum ketergantungan pada T2.

Short Tau inversion recovery (STIR)

STIR merupakan deretan pulsa yang menggunakan very short TI dan magnitude signal processing. Hasil yang diperoleh

·        Material dengan T1 pendek mempunyai signal intensity lebih rendah

·        Semua jaringan melalui amplitudo nol (M_z = 0)

M_z = 0 terjadi pada saat TI = ln 2 x T1 = 0.693 T1

Untuk fat magnetisasi nul terjadi pada 0.693 x 260 msec = 180 msec. Pemeriksaan STIR menggunakan TI 140 – 180 msec dan TR 2500 msec.

Fluid Attenuated Inversion Recovery (FLAIR)

Penggunaan TI (time of inversion) panjang mengurangi derajat signal CSF dengan T1 panjang. FLAIR mengurangi signal CSF dan anatomi dengan water bound lain, menggunakan TI yang dipilih ataupun mendekati titik balik CSF (M_z=0). Untuk memperoleh M_z=0 untuk CSF harga TI = ln2 x 3500 msec = mendekati 2400 msec. TR= 7000 msec atau lebih biasa digunakan untuk memberikan waktu recovery M_z

Perbedaan kontras pada spin echo sequences