Magnetic Resonance Imaging (MRI)

MRI..?

      Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan suatu teknik penggambaran penampang tubuh berdasarkan perinsip resonansi magnetic inti atom hydrogen. Untuk mengetahui lebih lanjut, Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah suatu alat kedokteran di bidang pemeriksaan diagnostik radiologi , yang menghasilkan rekaman gambar potongan penampang tubuh / organ manusia dengan meng-gunakan medan magnet berkekuatan antara 0,064 – 1,5 tesla (1 tesla = 1000 Gauss) dan resonansi getaran terhadap inti atom hidrogen.

      Dasar dari pencitraan resonansi magnetik (MRI-Magnetic Resonance Imaging) adalah fenomena resonansi magnetik dari inti benda. Resonansi magnetik sendiri adalah getaran inti atom (necleon) karena adanya penyearahan momen magnetik inti dari bahan oleh medan magnetik luar dan rangsangan gelombang EM yang tepat dengan frekuensi gerak gasing inti tersebut.

CARA KERJA MRI :

      Seperti yang kita ketahui bahwa Tubuh manusia sebagian besar terdiri dari air ( H2O) yang mengandung 2 atom hydrogen yang memiliki no atom ganjil ( 1) yang pada intinya terdapat satu proton. Inti hydrogen merupakan kandungan inti terbanyak dalam jaringan tubuh manusia yaitu 1019 inti/ mm3 , memiliki konsentrasi tertinggi dalam jaringan 100 mmol/ Kg dan memiliki gaya magnetic terkuat dari elemen lain.
Dalam aspek klinisnya, perbedaan jaringan normal dan bukan normal didasarkan pada deteksi dari kerelatifan kandungan air ( proton hydrogen ) dari jaringan tersebut. Sehingga melalui MRI dapat diketahui apakah di dalam tubuh pasien terdapat kanker yang notabene merupakan jaringan tidak normal dalam tubuh manusia.

      Berdasarkan dari kondisi yang ada maka, prinsip dasar dari cara kerja suatu MRI adalah Inti atom Hidrogen yang ada pada tubuh manusia (yang merupakan kandungan inti terbanyak dalam tubuh manusia) berada pada posisi acak (random), ketika masuk ke dalam daerah medan magnet yang cukup besar posisi inti atom ini akan menjadi sejajar dengan medan magnet yang ada. Kemudian inti atom Hidrogen tadi dapat berpindah dari tingkat energi rendah kepada tingkat energi tinggi jika mendapatkan energi yang tepat yang disebut sebagai energi Larmor.

            Ketika terjadi perpindahan inti atom Hidrogen dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi akan terjadi pelepasan energi yang kemudian ini menjadi unsur dalam pembentukan citra atau dikenal dengan istilah Free Induction Decay (FID). Secara sederhana prinsip tadi dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar.1 :

Tingkatan Energi Sebuah Inti Atom dengan Nomer Spin

Quantum 3

            Kemudian perilaku atom Hidrogen lainnya ketika masuk kedalam daerah medan magnet yang cukup besar adalah dia akan melakukan presisi ketika di dalam medan magnet tadi diberikan lagi medan magnet pengganggu yang frekuensinya dapat diubah-ubah sehingga dengan peristiwa tersebut dapat dihasilkan signal FID yang akan dirubah kedalam bentuk pencitraan. Hal ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini

Gambar.2 : Presisi inti atom Hidrogen ketika diberikan pulse berupa medan

magnet dengan frekuensi berubah-ubah

            Secara ringkas, proses terbentuknya citra MRI dapat digambarkan sebagai berikut: Bila tubuh pasien diposisikan dalam medan magnet yang kuat, inti-inti hidrogen tubuh akan searah dan berotasi mengelilingi arah/vektor medan magnet. Bila signal frekuensi radio dipancarkan melalui tubuh, beberapa inti hidrogen akan menyerap energi dari frekuensi radio tersebut dan mengubah arah, atau dengan kata lain mengadakan resonansi. Bila signal frekuensi radio dihentikan pancarannya, inti-inti tersebut akan kembali pada posisi semula, melepaskan energi yang telah diserap dan menimbulkan signal yang ditangkap oleh antena dan kemudian diproses computer dalam bentuk radiograf. 

Gambar 3 : Diagram Blok Proses MRI

      Dalam perkembangan dunia kedokteran,terutama dalam bidang instrumentasinya MRI berkembang pesat dengan bertambahnya kekuatan medan magnet yang dihasilkan, semakin tinggi kekuatan teslanya semakin tinggi kemampuan yang akan dihasilkan baik dari sisi pencitraan maupun dari sisi lain khususnya spektroskopi.

KEUNGGULAN MRI :

      Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan modalitas imejing mutakhir yang berkembang pesat sejak diaplikasikan secara klinik pada ± tahun 1980. Seperti pendahulunya (CT Scan), MRI juga merupakan modalitas imejing dengan dasar computer yang menampilkan potongan penampang tubuh sesuai yang kita kehendaki.

            Kelebihan dari MRI ini dibandingkan dengan modalitas imejing terdahulu (konvesional, CT, USG) antara lain adalah kemampuan menampilkan detail anatomi secara jelas dalam berbagai potongan (multiplanar) tanpa mengubah posisi pasien.Selain itu hasil pencitraan yang dihasilkan oleh MRI lebih jelas serta dapat dilihat dari berbagai sisi tanpa melibatkan pengunaan radiasi, memberikan hasil tanpa perlu mereposisi pasien, tidak menggunakan kontras untuk sebagian besar pemeriksaan MRI. Fasilitas MRI dilengkapi dengan kemampuan untuk menilai fungsi organ tertentu secara dinamik (Functional MRI), untuk menilai distribusi darah baik di otak maupun di jantung (Perfusion Imaging) serta melihat metabolisme yang ada didalam sebuah tumor (Spectroscopy Imaging). 

Gambar 4. Kiri: MRI, Kanan: Penampang MRI

  

Berikut merupakan beberapa kelebihan MRI dibandingkan dengan pemeriksaan CT Scan yaitu :

1. MRI lebih unggul untuk mendeteksi beberapa kelainan pada jaringan lunak seperti otak, sumsum tulang serta muskuloskeletal.
2. Mampu memberi gambaran detail anatomi dengan lebih jelas.
3. Mampu melakukan pemeriksaan fungsional seperti pemeriksaan difusi, perfusi dan spektroskopi yang tidak dapat dilakukan dengan CT Scan.
4. Mampu membuat gambaran potongan melintang, tegak, dan miring tanpa merubah posisi pasien.
5. MRI tidak menggunakan radiasi pengion.

      Mengingat MRI bersifat non invasive,sehingga karena hal tersebut dalam pemeriksaan menggunakan MRI tidak menimbulkan rasa nyeri pada pasien serta dengan menggunakan MRI memberikan informasi yang baik keadaan jaringan lunak, hal tersebut disebabkan karena jaringan lunak yang terdapat dalam tubuh manusia sebagian besar terdiri dari air. Dengan prinsip kerja dari MRI adalah inti atom Hidrogen yang ada pada tubuh manusia (pasien) berada pada posisi acak (random), ketika masuk ke dalam daerah medan magnet yang cukup besar posisi inti atom hidrogen ini akan menjadi sejajar dengan medan magnet yang ada, sehingga benar adanya bila dengan menggunakan MRI didapatkan pencitraan jaringan lunak yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan CT scan.

            Selain itu, Berbeda dengan CT Scan yang menggunakaan radiasi pengion, maka pada MRI didasarkan pada interaksi antara gelombang radio dan inti hydrogen tubuh oleh adanya medan magnet yang kuat. Sejak diaplikasikan secara klinik, MRI telah berkembang cepat dan dalam waktu relative singkat telah menjadi modalitas imejing yang memberikan kontribusi yang besar dalam diagnosa khususnya dalam pemeriksaan musculoskeletal system, sumsum tulang, tulang rawan, ligamentum, otot, meniscus, dll.

KOMPONEN - KOMPONEN MRI :

MRI berbentuk berupa suatu tabung silinder yang ditengahnya terdapat ruang kosong dimana nantinya sang pasien akan dimasukkan untuk di ambil gambaran jaringan-jaringan yang diperlukan oleh dokter. Lebih lengkapnya, komponen-komponen MRI adalah sebagai berikut:

1.                 Sistem magnet yang berfungsi membentuk medan magnet. Agar dapat mengoperasikan MRI dengan baik, berikut adalah hal-hal yang perlu diketahui mengenai sistem magnet yang digunakan dalam MRI : tipe magnet, efek medan magnet, magnet shielding ; shimming coil dari pesawat MRI tersebut
2. Sistem pencitraan berfungsi membentuk citra yang terdiri dari tiga buah kumparan koil, yaitu :
1. a)      Gradien koil X, untuk membuat citra potongan sagittal
   b)      Gardien koil Y, untuk membuat citra potongan koronal
   c)       Gradien koil Z, untuk membuat citra potongan aksial

Bila gradien koil X, Y dan Z bekerja secara bersamaan maka akan terbentuk potongan oblik;

3. Sistem frequensi radio berfungsi membangkitkan dan memberikan radio frequensi serta mendeteksi sinyal  
4. Sistem komputer berfungsi untuk membangkitkan pulse sequence, mengontrol semua komponen alat MRI dan menyimpan memori beberapa citra  
5. Sistem pencetakan citra, berfungsi untuk mencetak gambar pada film rongent atau untuk menyimpan citra   

HASIL PENCITRAAN MRI :

Hasil citra MRI tubuh

Berikut hasil citra MRI lutut:

 
Teknik MRA  (Magnetic Resonance Angiogarphy)

MRA adalah visualisasi karakteristik pembuluh darah serta aliran darah dengan menggunakan pesawat MRI.

Hasil citra MRI kepala:

Kiri: otak dengan tumor; Kanan: otak normal

SEJARAH PERKEMBANGAN MRI :

Felix Bloch, bekerja di Stanford University, dan Edward Purcell, dari Harvard University, menemukan bahwa ketika inti tertentu ditempatkan dalam medan magnet, mereka menyerap energi dalam rentang frekuensi radio dari spektrum elektromagnetik, dan energi yang dipancarkan ini ketika inti atom ditransfer ke kondisi awal atom tersebut.

Kekuatan dari medan magnet dan frekuensi radio cocok satu sama lain seperti yang sebelumnya ditunjukkan oleh Sir Joseph Larmor dan dikenal sebagai hubungan Larmor (yaitu, frekuensi sudut presesi dari spin nuklir yang sebanding dengan kekuatan dari medan magnet). Fenomena ini disebut NMR sebagai berikut:

"Nuklir" karena hanya inti atom tertentu bereaksi dengan cara itu;
"Magnetic" sebagai medan magnet yang diperlukan;
"Resonansi" karena ketergantungan frekuensi langsung dari medan magnet dan frekuensi radio.

            Dengan penemuan NMR ini spektroskopi lahir dan segera menjadi suatu metode analisis yang penting dalam studi komposisi senyawa kimia. Untuk hal tersebut Bloch dan Purcell dianugerahi Hadiah Nobel untuk Fisika pada tahun 1952.

Dr. Isidor Rabi, seorang fisikawan Amerika Serikat yang dianugerahi Hadiah Nobel untuk Fisika pada tahun 1944 untuk penemuan metode sinar atom dan molekul resonansi magnetik, mengamati spektrum atom dan menemukan percobaan NMR pada tahun 1930-an namun menganggap percobaan itu sebagai sebuah artefak peralatan dan diabaikan kepetingannya.

            Selama 50 dan 60 NMR spektroskopi menjadi teknik yang banyak digunakan untuk analisis non-destruktif dari sampel kecil. Banyak aplikasi yang berada pada tingkat mikroskopis menggunakan magnet lapangan tinggi.

             Pada akhir 60-an dan awal 70-an Raymond Damadian, seorang dokter medis Amerika di State University of New York di Brooklyn menunjukkan bahwa jaringan NMR parameter (disebut T1 waktu relaksasi) dari sampel tumor, diukur in vitro, secara signifikan lebih tinggi daripada jaringan normal .

Meskipun tidak ada konfirmasi oleh peneliti lain, Damadian bermaksud untukmenggunakan parameter NMR lainnya dalam jaringan bukan untuk pencitraan tapi untukkarakterisasi jaringan (yaitu, memisahkan jinak dari jaringan ganas).

Hal Ini masih belum tercapai terutama karena heterogenitas jaringan. Meskipunkritik telah ditujukan pada kecerdasan ilmiah Damadian, seharusnya hal ini tidak menutupifakta bahwa deskripsi tentang perubahan waktu relaksasi dalam jaringan kanker adalahsalah satu impetuses utama untuk pengenalan NMR menjadi obat.

             Pada 16 Maret 1973 sebuah makalah singkat tentang NMR yang diterbitkan di Nature berjudul "Gambar formasi oleh interaksi lokal induksi, contoh menggunakanresonansi magnetik". Penulis makalah tersebut adalah Paul Lauterbur, seorang ProfesorKimia di Universitas Negara Bagian New York di Stony Brook.

Percobaan pencitraan berpindah dari dimensi tunggal spektroskopi NMR kedimensi kedua orientasi spasial yang merupakan landasan MRI.MRI juga berutang budi pada computed tomography (CT) seperti yang dikembangkansebelum ada teknik MRI. Dampak yang dimiliki CT dalam komunitas medis tidak bolehdiabaikan karena mendorong minat baik dari dokter dan produsen untuk dampakpotensial akan teknik baru berupa MRI. Hal ini sudah menunjukkan keuntungan daribagian tomografi melalui kepala atau tubuh pasien yang memungkinkan diagnosis proses penyakit dengan cara non-invasif.

               Pada 70-an dan awal 80-an sejumlah kelompok, termasuk produsen, di Amerika Serikat dan Inggris menunjukkan hasil yang menjanjikan dari MRI in vivo. Hal ini merupakan tantangan bagi para produsen teknologi untuk menghasilkan magnet boreyang beragam yang cukup untuk pencitraan tubuh manusia. Di Inggris salah satu kelompok produsen tersebut adalah termasuk kelompok dari Hammersmith (ProfesorSteiner R & Dr (sekarang Profesor) G Bydder) berkolaborasi dengan Picker Ltd (anak perusahaan GEC) di Wembley (Dr Ian Young), dua kelompok independen di Nottingham(Profesor P Mansfield dan Dr W Moore), dan di Aberdeen (Profesor J & Mallard Dr JHutchinson). Komersial pertama MR scanner di Eropa (dari Picker Ltd) dipasang pada tahun 1983 di Departemen Radiologi Diagnostik di Universitas Manchester Medical School(Profesor I Isherwood & B Profesor Pullen).

                                                                                    (sumber: http://www.isbe.man.ac.uk)

Mencerminkan pentingnya dan banyaknya penerapan MRI dalam kedokteran,Paulus Lauterbur dari University of Illinois di Urbana-Champaign dan Sir Peter Mansfielddari Universitas Nottingham pada tahun 2003 diberikan Penghargaan Nobel dalamFisiologi atau Kedokteran untuk "penemuan mengenai magnetic resonance imaging" .Kutipan Nobel mengakui wawasan Lauterbur ini menggunakan gradien medan magnetuntuk menentukan lokalisasi spasial, sebuah penemuan yang memungkinkan akuisisicepat gambar 2D. Mansfield dikreditkan karena memperkenalkan formalisme matematikadan mengembangkan teknik untuk pemanfaatan gradien efisien dan pencitraan cepat.Penelitian aktual yang memenangkan hadiah dilakukan hampir 30 tahun sebelumnya,sementara Lauterbur Paulus berada di Stony Brook University di New York.
            Penghargaan ini memancing protes dari Raymond Vahan Damadian, pendiriFONAR Corporation, yang mengklaim bahwa ia menemukan MRI, dan bahwa Lauterburdan Mansfield hanya menyempurnakan teknologi tersebut. Sebuah kelompok yang disebut "The Friends of Raymond Damadian" (dibentuk  oleh perusahaan Damadian,FONAR), mengeluarkan satu halaman penuh iklan di New York Times dan TheWashington Post berjudul "Kesalahan Besar yang Harus Dibenarkan", menuntutDamadian diberikan setidaknya sebagian dari Hadiah Nobel.

                                                                        (sumber: en.wikipedia.org)

Sumber:

1.       http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging#History

2.      http://www.isbe.man.ac.uk/personal/dellard/dje/history_mri/history%20of%20mri2.htm

3.       http://medical-instruments11.blogspot.com/2011/05/mri-dan-perkembangannya.html

4.       www.media.litbang.depkes.go.id

5.       http://vivi06fisika.wordpress.com/2010/03/26/instrumentasi-mri/

6.       http://fisikamedisui07.blogspot.com/2010/03/magnetic-resonance-imaging.html Credit By Melati A.F