2.2.4 Sistem Komputer
Sistem komputer bertugas sebagai pengendali dari sebagian besar
peralatan MRI. Dengan kemampuan perangkat lunak yang besar, komputer
mampu melakukan tugas-tugas multi multi tasking, diantaranya adalah
operator input, pemilihan slice, kontrol sistem gradien, kontrol sinyal RF dan
lain-lain. Komputer juga berfungsi untuk mengolah sinyal hingga menjadi
citra MRI yang dapat dilihat pada layar monitor, disimpan ke dalam disk atau
CD, atau bisa langsung dicetak.
2.3 Proses Pembentukan Citra Pada MRI
2.3.1 Spin Proton
Magnetic resonance MR pencitraan menggunakan sinyal dari inti atom hidrogen H untuk membuat citra. Sebuah atom hidrogen terdiri dari
inti yang mengandung satu proton dan elektron tunggal mengorbit inti seperti terlihat pada Gambar. 2.3. Proton memiliki muatan positif dan
elektron muatan negatif, atom hidrogen secara keseluruhan adalah netral.
Gambar 2.3 Spin pada inti dari atom H Terlepas dari muatan positif, proton memiliki spin. Spin Proton adalah
sifat instristik partikel bermuatan listrik yang berputar pada sumbunya sehingga menimbulkan arus listrik di sekitar sumbu putarnya. Arus listrik ini
akan menginduksi medan magnet sehingga inti atom memiliki momen magnetik mikroskopik. Pada unsur yang memiliki nomor atom genap momen
magnetik inti akan saling menghilangkan. Untuk itu, agar tetap diperoleh momen magnetik inti maka diperlukan unsur yang memiliki nomor atom
ganjil.
Ini berarti bahwa proton berputar sekitar porosnya seperti gasing berputar. Proton tersebut memiliki dua sifat penting yaitu Sebagai massa
berputar m, proton memiliki momentum sudut dan berputar untuk mempertahankan orientasi spasial sumbu rotasi seperti terlihat pada Gambar
2.4a.. Sebagai massa berputar dengan muatan listrik, sebagai tambahan proton memiliki momen magnetic dan berperilaku seperti magnet kecil. Oleh
karena itu, proton dipengaruhi oleh medan magnet eksternal dan gelombang elektromagnetik seperti terlihat pada Gambar. 2.4b.
Gambar 2.4a. momentum sudut proton
Gambar. 2.4b. proton memiliki momen magnetic Spin proton selalu memiliki besar yang sama dan tidak akan dapat
dipercepat atau melambat, karena itu adalah sifat dasar dari partikel elementer. Hidrogen adalah nucleus aktif yang
banyak digunakan dalam pencitraan MRI karena hidrogen dalam tubuh
sangat banyak dan protonnya mempunyai moment magnetic yang
besar. Dalam kondisi normal moment
magnetic inti hydrogen arahnya random seperti terlihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Inti hydrogen arahnya random
Namun apabila ditempatkan dalam suatu medan magnet yang kuat,
moment magnetic inti-inti atom akan menyesuaikan arah dengan medan
magnet seperti terlihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 inti-inti atom H yang parallel dan anti parallel Faktor-faktor yang mempengaruhi penyesuaian inti-inti
atom hidrogen terhadap medan magnet eksternal adalah kuat
lemahnya medan magnet dan energi inti atom, yakni
bila energi lebih lemah tidak cukup kuat untuk berlawanan
dengan medan magnet �
, dan bila energi tinggi maka
akan cukup untuk anti parallel seperti terlihat pada Gambar 2.6. Inti yang paling
banyak mendominasi jaringan biologi tubuh manusia adalah atom
hydrogen. Atom hydrogen sangat
banyak terdapat dalam jaringan biologi tubuh manusia dan
protonnya mempunyai moment magnetic yang besar. Hal ini menyebabkan sinyal hidrogen yang dihasilkan 1000 kali lebih
besar dari pada atom lainnya dalam tubuh, sehingga atom inilah
yang digunakan sebagai sumber sinyal dalam pencitraan MRI.
2.3.2 Presesi
Tiap-tiap spin inti hidrogen membentuk Net Magnetisation Vector NMV seperti terlihat pada Gambar 2.8 pada sumbu
atau porosnya. Pengaruh dari medan magnet eksternal
� akan menghasilkan spin
sekunder atau gerakan NMV mengelilingi
� . Spin sekunder ini disebut precession
seperti terlihat pada Gambar 2.7, dan menyebabkan magnetik moment bergerak secara circular mengelilingi
� . Jalur sirkulasi
pergerakan itu disebut precessional path dan kecepatan
gerakan NMV mengelilingi �
disebut frekuensi presesi. Satuan frekuensinya MHz, dimana 1 Hz = 1 putaran
per-detik. Kecepatan atau frekuensi presesi proton atom hydrogen tergantung
pada kuat magnet eksternal yang diberikan pada jaringan. Semakin kuat medan semakin cepat presesi proton dan
frekuensi presesi yang tergantung pada kuat medan magnetik
disebut dengan frekuensi Larmor yang mengikuti persamaan :
� =
� ·
� 1
Dimana: �
adalah frekuensi Larmor dalam megahertz MHz �
rasio gyromagnetic MHzT
� kekuatan medan magnet eksternal dalam satuan tesla T
Proton memiliki rasio gyromagnetic dari γ = 42,58 MHz T, sehingga frekuensi Larmor dari 68,866 MHz di 1,5 T.
Gambar 2.7 Proses dari Presesi atom Hydrogen
Gambar 2.8 Ilustrasi dari Net Magnetisasi Vector NMV 2.3.3
Resonansi Merupakan sebuah fenomena diamana Radio Frekuensi RF
dipancarkan dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi larmor atom maka akan terjadi fenomena resonansi. Apabila objek diletakkan dalam medan
magnet eksternal yang sangat kuat, maka inti-inti atomnya akan berada pada
arah yang searah atau berlawanan dengan medan magnet eksternal dan inti- inti itu akan mengalami perpindahan dari
suatu energi ke tingkat energi yang lain setelah diberikan Radio Frekuensi seperti terlihat pada Gambar 2.9.
Proses perpindahan energi ini seringkali merubah arah dari NMV, akibatnya
vektor dapat berubah arah dari arah longitudinal atau parallel medan
magnet eksternal, ke arah vektor yang lain.
Gambar 2.9 pemberian Radiofrekuensi pada atom Hidrogen Pulsa Radio Frekuensi yang dipancarkan harus mempunyai
frekuensi tertentu untuk dapat berperan dalam proses transisi energi pada atom, dan
harus disesuaikan dengan kekuatan medan magnet eksternal lihat Table 2.1
. Table 2.1 Karakteristik Atom
Isotope Symbol
Spin Quantum Number
Gyro Magnetic Ratio MHzT
Hydrogen H
1
12 42,6
Carbon C
13
12 10,7
Oxygen O
17
52 5,8
Fluorine F
19
12 40,0
Sodium Na
23
32 11,3
Magnesium Mg
25
52 2,6
Phosphorus P
31
12 17,2
Sulphur S
33
32 3,3
Iron Fe
57
12 1,4
Besar nilai magnetisasi dari obyek atau jaringan yang berada dalam
medan magnet eksternal merupakan hubungan linier yaitu semakin besar nilai
medan magnet eksternalnya maka akan semakin besar nilai magnetisasinya,
setelah pemberian sinyal Radiofrekuensi maka atom hydrogen akan memancarkan energi berupa sinyal dimana sinyal ini diterima oleh koil Radio
Frekuensi Receiver, diamana sinyal ini disebut sinyal MR magnetic resonance,
2.3.4 MR Signal
Akibat resonansi NMV yang mengalami inphase pada bidang
transversal. Hukum Faraday menyatakan jika receiver koil ditempatkan pada
area medan magnet yang bergerak misalnya NMV yang mengalami presesi pada bidang transversal
tadi akan dihasilkan voltage dalam receiver koil. Oleh karena itu
NMV yang bergerak menghasilkan medan magnet yang berfluktuasi dalam koil. Saat NMV berpresesi sesuai frekuensi
Larmor pada bidang transversal, maka akan terjadi voltage.
Voltage ini merupakan MR signal. Frekuensi dari signal adalah
sama dengan frekuensi Larmor, besar kecilnya sinyal tergantung
pada banyaknya magnetisasi dalam bidang transversal. Bila
masih banyak NMV, akan menimbulkan sinyal yang kuat dan
tampak terang pada gambar, bila NMV lemah akan sedikit menimbulkan
sinyal dan akan tampak gelap pada citra MRI. Pada saat terjadi magnetisasi transversal maka terjadi pula keadaan in
phase pada bidang transversal sehingga akan terjadi induksi dari medan magnet terhadap koil penerima yang akan tercatat sebagai sinyal. Kuat dan
lemahnya magnetisasi pada bidang transversal ini akan berpengaruh pada kekuatan signal MR dan berpengaruh pada intensitas gelap dan terang pada
citra MRI. Bila signal MR kuat maka akan memberikan gambaran citra yang terang atau Hiperintens, sedangkan apabila signal MRI lemah akan
memberikan citra MRI gelap atau Hipointens. Bila pulsa RF dihentikan, moment magnetik pada bidang transversal yang dalam keadaan Inphase akan
mengalami Dephase kembali sehingga magnetisasi pada bidang transversal akan menurun, akibatnya induksi pada koil penerima juga akan semakin
melemah yang dikenal dengan sinyal Free Induction Decay FID. 2.3.5
Sinyal Free Induction Decay FID Selama melakukan gerakan presesi, vektor magnetisasi dalam
koordinat kartesian dapat diuraikan menjadi dua komponen yaitu : 1.
Komponen logitudinal �
�
pada sumbu z, yakni arah magnetisasi M mula-mula sebelum mengalami simpangan sama dengan
arah medan magnet eksternal.
2. Komponen tranversal �
��
pada bidang xy tegak lurus arah medan magnet ekternal
Selama berpresesi arah �
�
tetap, sedangkan �
��
berputar pada bidang xy seperti terlihat pada gambar 2.10, dimana putaran
�
��
inilah yang menghasilkan sinyal NMR dimana dipancarkan dari proton yang beresonansi
yang sinyalnya disebut sebagai Sinyal Free Induction Decay FID.
Gambar 2.10 Skema dari Free Induction Decay FID 2.3.6
Relaksasi Relaxation Sebuah proses diamana atom hidrogen kembali kepada
kesetimbangannya. Selama NMV membuang seluruh energinya yang diserap
dan kembali pada �
disebut sebagai proses Relaksasi. Pada saat NMV kehilangan magnetisasi
transversal yang dikarenakan Dephase terjadi proses Relaksasi yang menghasilkan
recoveri magnetisasi longitudinal �
�
dan decay dari magnetisasi
transversal �
��
. a.
Recoveri dari magnetisasi longitudinal disebabkan oleh proses yang dinamakan
�
1
recoveri.
b. Decay dari magnetisasi transverse disebabkan oleh proses
yang dinamakan
�
2
decay. 2.3.7
�
1
Recoveri Longitudinal Relaxation
Disebabkan oleh inti-inti atom yang memberikan energinya pada lingkungan sekitarnya atau lattice, dan disebut spin lattice
relaksasi. Energi yang dibebaskan pada sekeliling lattice
menyebabkan inti-inti atom untuk recoveri kemagnetisasi
longitudinal. Rate Recoveri adalah proses eksponensial denganwaktu yang konstan yang disebut
�
1
. �
1
adalah waktu pada saat
63 magnetisasi longitudinal �
�
untuk Recoveri seperti terlihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Diagram �
1
Recoveri spin lattice relaksasi
2.3.8 �
2
Decay Transverse Relaxation
Disebabkan oleh pertukaran energi inti atom dengan atom yang lain.
Pertukaran energi ini disebabkan oleh medan magnet dari tiap-tiap inti atom
berinteraksi dengan inti atom lain. Seringkali dinamakan spin-spin relaksasi dan menghasilkan decay atau
hilangnya magnetisasi transversal. Rate decay juga merupakan
proses eksponensial, sehingga waktu relaksasi �
2
dari jaringan
soft tissue konstan. �
2
adalah waktu pada saat 37 magnetisasi transversal
�
��
meluruh seperti terlihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Grafik dari �
2
Decay spin-spin relaksasi Besarnya dan proses waktu frekuensi
�
1
dan �
2
sangat berpengaruh
pada sinyal keluaran yang akan ditransformasikan sebagai kontras citra MR,
sebab kurva �
1
akan menentukan magnetisasi transversal
�
��
. Peluruhan �
2
waktu relaksasi �
2
adalah efek yang paling berkontribusi pada gambar citra, sebab
pada proses dephase proton akan dihasilkan suatu induksi sinyal.
Pengulangan pulsa RF terjadi sebelum kurva recovery menjadi maksimal
sehingga obyek jaringan dengan �
1
pendek cepat kembali ke kondisi kesetimbangan akan mempunyai
jumlah recovery yang banyak dibandingkan dengan jaringan yang
mempunyai waktu yang panjang, sehingga dalam citra MRI akan
di dapatkan gambar yang hitam pada pembobotan �
1
spin echo. Setelah pulsa RF diberikan pada obyek sebesar
63,9 MHz , magnetisasi
longitudinal �
�
akan diputar 90° ke bidang transversal �
��
dan terjadi proses relaksasi
�
2
. Jaringan yang mempunyai nilai �
2
pendek, dephase yang
terjadi sangat cepat sehingga intensitas sinyal yang dihasilkan sangat besar
dan jaringan dengan waktu relaksasi �
2
pendek ini akan kelihatan hitam pada pembobotan nilai
�
2
. Proses relaksasi
�
1
dan �
2
adalah suatu kerja yang berlawanan yaitu
pada saat proses pertumbuhan kembali magnetisasi longitudinal
�
�
diimbangi dengan peluruhan yang cepat pada kurva relaksasi
�
2
. Dua efek relaksasi
�
1
dan �
2
terjadi ketika objek diberikan gelombang radio RF yang merupakan bentuk pulsa sequence.
Pulsa sequence dalam pencitraan MRI dibentuk untuk
mengetahui bagaimana efek �
1
pada pembobotan citra
�
1
Weighted , efek
�
2
pada pembobotan citra �
2
Weighted .
Rangkaian pulsa RF dephasing phase echo dalam mendapatkan citra MRI
dilakukan pengulangan untuk satu pemeriksaan. Waktu pengulangan antara
pulsa sequence yang satu dengan yang berikutnya disebut dengan Time
Repetition TR, sedangkan waktu tengah antara pengiriman pulsa pertama
dengan sudut 90º dan sinyal maksimum echo disebut dengan Time
Echo TE. Parameter
�
1
dan �
2
sebagai sifat intrinsik jaringan, serta TE dan
TR sebagai parameter teknis yang digunakan akan mengontrol derajat
kehitaman pada citra MRI. Pada �
2
Weighted derajat kehitaman gambar akan
dikontrol oleh TE dan �
2
Spin spin relaxation, sedangkan untuk
�
1
Weighted derajat kehitaman akan dikontrol
oleh TR dan �
1
Spin lattice relaxation. Secara umum
�
1
Weighted akan menunjukkan
struktur anatomi, dan
�
2
Weighted menunjukkan struktur patologi.
2.3.9 Relaksasi
�
1
dan �
2
Eksitasi pulsa RF mengakibatkan vector magnetisasi M dari satu jaringan akan memiliki arah menjauhi arah medan magnet luar
� . Pulsa RF
90º artinya M berubah arah 90º dari keadaan semula atau tegak lurus terhadap
� . Jika diibaratkan
� sejajar sumbu Z, Sumbu X, sumbu Y tegak
lurus terhadap Z seperti pada gambar 2.13, maka pulsa RF menyebabkan M sejajar sumbu XY
�
��
.
Gambar 2.13 M sejajar sumbu XY �
��
.
Pada saat M berada pada sumbu XY �
��
inilah sinyal tertinggi yang bisa ditangkap oleh detector. Semakin lama,
�
��
akan berkurang karena kembali ke Z dengan proses yang disebut Relaksasi, sampai akhirnya tidak
adalagi vector magnetisasi pada sumbu xy. Demikian pula sinyal yang ditangkap. Setiap inti atom H memiliki waktu relaksasi
�
1
dan �
2
yang berbeda-beda tergantung dari pada jaringan apa dia terikat. Waktu relaksasi
�
1
dan �
2
beberapa jaringan tubuh dapat dilihat seperti table dibawah.
Tabel 4.2 Waktu relaksasi �
1
beberapa jaringan �
1
Constans in ms 0,2 Tesla
1,0 Tesla 1,5 Tesla
Fat 240
Muscle 370
730 863
White Matter 388
680 783
Gray Matter 492
809 917
CSF 1,400
2,500 3,000
Tabel 4.2 Waktu relaksasi �
2
beberapa jaringan �
2
Constans in ms Fat
84 Muscle
47 White Matter
92 Gray Matter
101 CSF
1,400
Waktu relaksasi �
2
lebih cepat dari relaksasi
�
1
. �
1
dan �
2
lemak fat lebih cepat dari cairan otak CSF. Suatu citra
�
1
terbobot artinya kontras jaringan sesuai dengan
relaksasi �
1
, yaitu lemak �
1
nya cepat tampak hiperintens dibandingkan cairan yang
�
1
nya lama seperti gambar 2.14
dibawah ini
Gambar 2.14 grafik relaksasi �
1
Suatu citra �
2
terbobot artinya kontras jaringan sesuai dengan relaksasi
�
2
, yaitu cairan yang relaksasi �
2
nya lama, tampak hiperintes dibanding lemak yang
�
2
nya cepat, seperti pada gambar 2.15,
cairan CSF tampak Hipointens pada
�
1
terbobot dan
�
2
terbobot pada citra lumbal dapat
dlilihat pada gambar 2.16
Gambar 2.15 grafik relaksasi �
2
Gambar 2.16 Citra potongan Sagital �
1
dan �
2
terbobot dari lumbal �
1
terbobot dan
�
2
terbobot ini ditentukan dengan pengaturan waktu perulangan Time RepetitionTR pulsa RF dan waktu echo Time echoTE.
TR panjang dan TE panjang akan menghasilkan �
2
terbobot, sedangkan TR pendek dan TE pendek akan menghasilkan
�
1
terbobot.
2.4 Parameter Pembentuk Citra Pada MRI
