Percobaan Mengenai Prinsip Dasar Dari Magnetic Resonance Imaging (MRI).

ABSTRAK

Seiring dengan perkembangan teknologi dalam bidang kedokteran, misalkan penggunaan sinar X dan CT scan untuk mendeteksi kelainan pada organ tubuh manusia. Alat deteksi yang terbaru adalah MRI (Magnetic Resonance Imaging).

MRI berkerja dengan prinsip perubahan medan magnet dengan adanya medan-medan magnet kecil yang ditimbulkan oleh atom-atom hidrogen. Perubahan medan magnet ini cukup kecil maka diusahakan agar perubahan medan magnet tersebut terjadi pada kondisi resonansi. Keadaan resonansi diperoleh dengan memberikan medan magnet berubah-ubah yang dihasilkan oleh koil pada frekuensi radio.

Untuk meniru prinsip dari MRI tersebut, maka perlu dibuat medan magnet dengan cara membuat koil yang dialiri arus. Medan magnet yang diperoleh hanya mencapai 53.10 µT, alat ukur yang tersedia di laboratorium hanya dapat mengukur sampai 2000 µT, dan arus maksimal yang dapat dibuat adalah 4 Ampere. Dari keterbatasan percobaan tersebut, maka tidak mungkin untuk memperoleh hasil Magnetic Resonance Imaging. Percobaan ini tidak dapat terrealisasi.

ABSTRACT

Development of technology and also in medical technology, such as CT scan and X-ray scanning to detect malfunction in human organ. One of the lastest one is MRI (Magnetic Resonance Imaging).

MRI work with the change of main magnetic field by the existence of small magnetic field caused by hydrogen atoms. This magnetic field changes are small enough therefore there’s effort to keep the magnetic field changes happen in resonance condition. The resonance condition is obtained by creating a dynamic magnetic field produced by coil in radio frequency.

To imitate the principal of MRI, a magnetic field needs to be created by creating a coil that streamed by current. Magnetic field that can be produced only at about 53.10 µT, the minimum measurement available in laboratory can only measure up to 2000 µT, and maximum current that can be made is 4 Ampere. From the limited experiment, it is impossible to get principal measurement for the MRI. This experiment unable to realized.

DAFTAR ISI

Abstrak ... i

Abstract ... ii

Kata Pengantar ... iii

Daftar Isi ... v

Daftar Gambar ... x

Daftar Tabel ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Identifikasi Masalah ... 2

1.3. Tujuan ... 2

1.4. Pembatasan Masalah ... 2

1.5. Spesifikasi Alat... 2

1.6. Sistematika Pembahasan ... 3

BAB II TEORI PENUNJANG ... 5

2.1. Medan Magnet... 5

2.1.1. Medan Magnet Untuk Sebuah Solenoida ... 6

2.2. Hukum Ampere ... 8

2.3. Hukum Biot-Savart... 11

2.4. Hukum Faraday ... 13

2.5. Hukum Lenz ... 15

2.6. Fluks Kemagnetan ... 17

2.7. Hukum Gauss Untuk Kemagnetan ... 17

2.8. Kemagnetan... 19

2.8.1. Kemagnetan Bumi ... 20

2.8.2. Paramagnetisma ... 21

2.8.3. Diamagnetisma ... 22

2.8.4. Ferromagnetisma... 22

2.9. Spin Elektron ... 23

2.11. Magnetic Resonance Imaging ... 29

2.11.1. Magnet ... 29

2.11.2. RF Coil... 30

2.11.3. Prinsip Dari MRI... 31

2.11.4. Aplikasi MRI ... 32

2.11.5. Aspek Keamanan ... 33

2.11.6. Kelebihan MRI... 34

2.11.7. Kekurangan MRI ... 34

BAB III PERANCANGAN PERCOBAAN ... 36

3.1. Diagram Blok Dan Cara Kerja ... 36

3.2. Membuat Medan Magnet ... 37

3.2.1. Medan Magnet Tetap ... 37

3.2.2. Medan Magnet Di Titik Tengah Antara Dua Coil ... 39

3.2.3. Medan Magnet Osilasi ... 46

3.3. Osiloskop... 46

3.4. Osilator ... 47

3.5. EMF Tester... 47

3.6. Frekuensi Pada Saat Resonansi ... 48

BAB IV DATA PERCOBAAN ... 51

4.1. Data Percobaan... 51

4.1.1. Medan Magnet Pada Sebuah Coil... 51

4.1.2. Medan Magnet Di Titik Tengah Antara Dua Coil ... 52

4.1.3. Magnet Tetap Diberi Medan Magnet Pengganggu ... 55

4.1.4. Percobaan Untuk Menunjukkan Resonansi ... 56

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 58

5.1. Kesimpulan... 58

5.2. Saran … ... 58 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Elektromagnet ... 4

Gambar 2.2 Penampang dari solenoida ideal... 5

Gambar 2.3 Jarum kompas yang mengelilingi kawat berarus ... 7

Gambar 2.4 Elemen arus mempengaruhi B dititik P... 9

Gambar 2.5 Galvanometer menyimpang bila S ditutup atau dibuka ... 11

Gambar 2.6 Galvanometer menyimpang jika magnet bergerak... 11

Gambar 2.7 Magnet digerakkan menuju simpal ... 12

Gambar 2.8 Garis-garis gaya magnet... 14

Gambar 2.9 Irisan bumi dan garis-garis B ... 16

Gambar 2.10 Dua orientasi vektor momentum sudut ... 20

Gambar 2.11 Presisi proton... 24

Gambar 3.1 Diagram blok percobaan ... 29

Gambar 3.2 Grafik medan magnet pada sebuah koil ... 31

Gambar 3.3 Medan magnet di tengah antara dua koil ... 32

Gambar 3.4 Grafik medan magnet pada jarak 8 cm... 34

Gambar 3.5 Grafik medan magnet pada jarak 9 cm... 35

Gambar 3.6 Grafik medan magnet pada jarak 10 cm... 35

Gambar 3.7 Grafik medan magnet pada jarak 11 cm... 36

Gambar 3.8 Grafik medan magnet pada jarak 12 cm... 36

Gambar 3.9 Grafik pada osiloskop saat terjadi resonansi ... 37

Gambar 3.10 Grafik saat terjadi resonansi... 40

Gambar 4.1 Grafik medan magnet pada sebuah coil ... 42

Gambar 4.2 Grafik medan magnet pada jarak 8 cm... 43

Gambar 4.3 Grafik medan magnet pada jarak 9 cm... 43

Gambar 4.4 Grafik medan magnet pada jarak 10 cm... 43

Gambar 4.5 Grafik medan magnet pada jarak 11 cm... 44

Gambar 4.6 Grafik medan magnet pada jarak 12 cm... 44

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Medan magnet pada sebuah koil teori... 31

Tabel 3.2 Medan magnet diantara dua koil dengan jarak berbeda teori ... 34

Tabel 3.3 Frekuensi pada saat resonansi teori... 39

Tabel 4.1 Medan magnet pada sebuah koil... 41

Tabel 4.2 Medan magnet diantara dua koil dengan jarak berbeda... 42

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan teknologi dalam bidang kedokteran dan peningkatan pelayanan yang lebih mudah dan efektif, sebagai contoh diperlukan suatu alat yang dapat mendeteksi kelainan pada organ bagian dalam tubuh manusia seperti sinar X dan CT scan. Alat deteksi yang terbaru dan kualitasnya paling baik adalah Magnetic Resonance Imaging (MRI).

MRI merupakan suatu teknologi baru yang menggunakan medan magnet, elektromagnet dengan frekuensi radio dan berdasarkan resonansi atom hidrogen untuk mengamati dan merekam gambar stuktur anatomi manusia dengan lebih jelas. MRI adalah suatu alat yang sangat canggih, jadi untuk merealisasikan MRI sangat sulit dan memerlukan biaya yang sangat besar, sebagai contoh MRI memerlukan magnet yang menghasilkan medan magnet sebesar 0.2 – 2 Tesla, sedangkan magnet yang dapat menghasilkan medan magnet sebesar itu ukurannya besar dan harganya juga mahal. Maka dalam tugas akhir ini akan dibuat percobaan mengenai prinsip-prinsip dasar MRI.

1.2. Identifikasi Masalah

Adapun masalah-masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini sebagai berikut:

1. Bagaimana membuat medan magnet tetap ? 2. Bagaimana membuat medan magnet osilasi ? 3. Bagaimana agar terjadi resonansi?

1.3. Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah melakukan percobaan mengenai prinsip-prinsip dasar dari MRI.

BAB I PENDAHULUAN 2

1.4. Pembatasan Masalah

Pada pembuatan alat pada tugas akhir ini diberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:

1. Hanya membuat percobaan prinsip-prinsip dasar MRI. 2. Arus yang digunakan sebesar 0.2 – 4 Ampere.

3. Teknik imaging tidak dibahas.

1.5. Spesifikasi Alat

Dalam pembuatan tugas akhir ini digunakan beberapa alat, yaitu antara lain :

1. Elektromagnet. 2. RF koil.

3. Osiloskop. 4. Osilator. 5. Sumber arus. 6. EMF Tester.

1.6. Sistematika Pembahasan

Laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab, yaitu Bab I Pendahuluan, Bab II Teori Penunjang, Bab III Perancangan, Bab IV Hasil Percobaan, dan Bab V Kesimpulan dan Saran.

Bab I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang yang mendasari tugas akhir ini, identifikasi masalah, tujuan yang ingin dicapai, batasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika pembahasan.

Bab II TEORI PENUNJANG

Berisi teori- teori yang mendasari tugas akhir ini, yaitu : medan magnet, medan magnet untuk sebuah solenoida, hukum Ampere, hukum

Biot-BAB I PENDAHULUAN 3

koil, prinsip dasar MRI, aplikasi MRI, aspek keamanan, kelebihan MRI, dan kekurangan MRI.

Bab III PERANCANGAN PERCOBAAN

Berisi diagram blok dan cara kerja, membuat medan magnet, medan magnet tetap, medan magnet di tengah antara dua buah koil, medan magnet osilasi, osiloskop, osilator, EMF tester, dan frekuensi pada saat resonansi.

Bab IV HASIL PERCOBAAN

Berisi data-data percobaan, medan magnet pada sebuah koil, medan magnet ditengah antara dua buah koil, medan magnet jika diberi pengaruh medan magnet osilasi, percobaan untuk menunjukkan resonansi.

Bab V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan yang dapat diambil dari tugas akhir ini dan saran-saran untuk masa yang akan datang.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan.

Berdasarkan percobaan dan pengamatan yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Percobaan untuk menunjukkan prinsip dasar dari MRI tidak berhasil dilakukan karena keterbatasan alat yang tersedia sehingga menyebabkan medan magnet yang dapat dibuat sebesar 53.10 µT.

2. Medan magnet di titik tengah antara dua buah koil akan semakin besar nilainya jika jarak yang memisahkan koil tersebut semakin pendek.

3. Medan magnet pada RF koil secara teori hanya sebesar T

µ 211 .

0 sedangkan secara percobaan tidak terdeteksi karena alat ukur yang tersedia untuk mengukur sampai sebesar 2 mT.

5.2. Saran.

1. Perlu penyediaan koil yang mempunyai jumlah lilitan banyak dan sumber arus yang dapat menghasilkan arus yang besar agar medan magnet yang dihasilkan akan semakin besar.

2. Menggunakan alat-alat ukur yang presisi agar nilai-nilai yang didapatkan dari percobaan lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

1. Beiser, Arthur, Konsep Fisika Modern, Edisi ke-4, Erlangga, 1992. 2. Bueche, J Frederick, Introduction to Physics for Scientists and

Engineers, Edisi ke-4, McGraw Hill, 1986.

3. Halliday, David & Resnick, Robert, Fisika, Edisi ke-3 jilid ke-2, Erlangga, 1996.

4. Reitz, John & Christy, Robert, Dasar Teori Listrik-Magnet, Edisi ke-3, ITB, 1993.

5. IEEE Spectrum Vol.34, Miniature Magnetic Resonance Machines, Oktober, 1997.

6. http://ballingerr.xray.ufl.edu/mritutor/index.html, September 22, 1998.

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Medan magnet pada sebuah koil teori... 31

Tabel 3.2 Medan magnet diantara dua koil dengan jarak berbeda teori ... 34

Tabel 3.3 Frekuensi pada saat resonansi teori... 39

Tabel 4.1 Medan magnet pada sebuah koil... 41

Tabel 4.2 Medan magnet diantara dua koil dengan jarak berbeda... 42

Tabel 4.3 Medan magnet jika diberi medan magnet penggangu ... 45

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan teknologi dalam bidang kedokteran dan peningkatan pelayanan yang lebih mudah dan efektif, sebagai contoh diperlukan suatu alat yang dapat mendeteksi kelainan pada organ bagian dalam tubuh manusia seperti sinar X dan CT scan. Alat deteksi yang terbaru dan kualitasnya paling baik adalah Magnetic Resonance Imaging (MRI).

MRI merupakan suatu teknologi baru yang menggunakan medan magnet, elektromagnet dengan frekuensi radio dan berdasarkan resonansi atom hidrogen untuk mengamati dan merekam gambar stuktur anatomi manusia dengan lebih jelas. MRI adalah suatu alat yang sangat canggih, jadi untuk merealisasikan MRI sangat sulit dan memerlukan biaya yang sangat besar, sebagai contoh MRI memerlukan magnet yang menghasilkan medan magnet sebesar 0.2 – 2 Tesla, sedangkan magnet yang dapat menghasilkan medan magnet sebesar itu ukurannya besar dan harganya juga mahal. Maka dalam tugas akhir ini akan dibuat percobaan mengenai prinsip-prinsip dasar MRI.

1.2. Identifikasi Masalah

Adapun masalah-masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini sebagai berikut:

1. Bagaimana membuat medan magnet tetap ? 2. Bagaimana membuat medan magnet osilasi ? 3. Bagaimana agar terjadi resonansi?

1.3. Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah melakukan percobaan mengenai prinsip-prinsip dasar dari MRI.

BAB I PENDAHULUAN 2

1.4. Pembatasan Masalah

Pada pembuatan alat pada tugas akhir ini diberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:

1. Hanya membuat percobaan prinsip-prinsip dasar MRI. 2. Arus yang digunakan sebesar 0.2 – 4 Ampere.

3. Teknik imaging tidak dibahas.

1.5. Spesifikasi Alat

Dalam pembuatan tugas akhir ini digunakan beberapa alat, yaitu antara lain :

1. Elektromagnet. 2. RF koil.

3. Osiloskop. 4. Osilator. 5. Sumber arus. 6. EMF Tester.

1.6. Sistematika Pembahasan

Laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab, yaitu Bab I Pendahuluan, Bab II Teori Penunjang, Bab III Perancangan, Bab IV Hasil Percobaan, dan Bab V Kesimpulan dan Saran.

Bab I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang yang mendasari tugas akhir ini, identifikasi masalah, tujuan yang ingin dicapai, batasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika pembahasan.

Bab II TEORI PENUNJANG

Berisi teori- teori yang mendasari tugas akhir ini, yaitu : medan magnet, medan magnet untuk sebuah solenoida, hukum Ampere, hukum Biot-Savart, hukum Faraday, hukum Lenz, fluks kemagnetan, kemagnetan, kemagnetan bumi, paramagnetisma, diamagnetisma, ferromagnetisma, spin elektron, bilangan kuantum untuk atom hidrogen, MRI, magnet, RF

BAB I PENDAHULUAN 3

koil, prinsip dasar MRI, aplikasi MRI, aspek keamanan, kelebihan MRI, dan kekurangan MRI.

Bab III PERANCANGAN PERCOBAAN

Berisi diagram blok dan cara kerja, membuat medan magnet, medan magnet tetap, medan magnet di tengah antara dua buah koil, medan magnet osilasi, osiloskop, osilator, EMF tester, dan frekuensi pada saat resonansi.

Bab IV HASIL PERCOBAAN

Berisi data-data percobaan, medan magnet pada sebuah koil, medan magnet ditengah antara dua buah koil, medan magnet jika diberi pengaruh medan magnet osilasi, percobaan untuk menunjukkan resonansi.

Bab V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan yang dapat diambil dari tugas akhir ini dan saran-saran untuk masa yang akan datang.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan.

Berdasarkan percobaan dan pengamatan yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Percobaan untuk menunjukkan prinsip dasar dari MRI tidak berhasil dilakukan karena keterbatasan alat yang tersedia sehingga menyebabkan medan magnet yang dapat dibuat sebesar 53.10 µT.

2. Medan magnet di titik tengah antara dua buah koil akan semakin besar nilainya jika jarak yang memisahkan koil tersebut semakin pendek.

3. Medan magnet pada RF koil secara teori hanya sebesar T

µ 211 .

0 sedangkan secara percobaan tidak terdeteksi karena alat ukur yang tersedia untuk mengukur sampai sebesar 2 mT.

5.2. Saran.

1. Perlu penyediaan koil yang mempunyai jumlah lilitan banyak dan sumber arus yang dapat menghasilkan arus yang besar agar medan magnet yang dihasilkan akan semakin besar.

2. Menggunakan alat-alat ukur yang presisi agar nilai-nilai yang didapatkan dari percobaan lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

1. Beiser, Arthur, Konsep Fisika Modern, Edisi ke-4, Erlangga, 1992. 2. Bueche, J Frederick, Introduction to Physics for Scientists and

Engineers, Edisi ke-4, McGraw Hill, 1986.

3. Halliday, David & Resnick, Robert, Fisika, Edisi ke-3 jilid ke-2, Erlangga, 1996.

4. Reitz, John & Christy, Robert, Dasar Teori Listrik-Magnet, Edisi ke-3, ITB, 1993.

5. IEEE Spectrum Vol.34, Miniature Magnetic Resonance Machines, Oktober, 1997.

6. http://ballingerr.xray.ufl.edu/mritutor/index.html, September 22, 1998.