THIS IS MY WORLD: Perkembangan Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Di tahun 2012 ini sudah banyak teknologi yang berkembang di bidang medis atau kesehatan. Perkembangan-perkembangan peralatan ini disertai dengan perkembangan ilmu pengetahuan di bidang medis adalah dua dari sekian banyak hal yang membantu para dokter dan ahli kesehatan masa kini untuk mendiagnosa para pasien dengan lebih akurat dan teliti. Salah satu peralatan bantu untuk mendiagnosa suatu kondisi yang terjadi di dalam tubuh adalah Magnetic Resonance Imaging, alat ini digunakan untuk mendapatkan hasil yang jauh lebih akurat dibandingkan dengan penggunaan X-ray dan CT Scan untuk mendiagnosa kondisi tertentu yang tertentu didalam
tubuh pasien. Tidak seperti X-ray atau CT Scan, Magnetic Resonance Imaging (MRI) tidak menggunakan radiasi ion.

Magnetic Resonance Imaging ini sendiri adalah suatu teknik penggambaran penampang tubuh berdasarkan prinsip resonansi magnetik inti atom hidrogen. Untuk mengetahui lebih lanjut, Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah suatu alat kedokteran di bidang pemeriksaan diagnostik radiologi, yang menghasilkan rekaman gambar potongan penampang tubuh atau organ manusia dengan menggunakan medan magnet berkekuatan antara 0,064 – 1,5 tesla dan resonansi getaran terhadap inti atom hidrogen.

Komponen-komponen Magnetic Resonance Imaging (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:

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
Sistem pencitraan berfungsi membentuk citra yang terdiri dari tiga buah kumparan koil, yaitu :

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;

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

Keunggulan MRI Dibandingkan dengan Alat Pencitraan Lainnya

Keunggulan pengunaan MRI dibandingan alat pencitraan endoskopi lainnya ada banyak, salah satunya 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 merubah posisi 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).Sedangkan kelebihan-kelebihan MRI dibandingkan alat pencitraan CT Scan adalah sebagai berikut:

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

Pemeriksaan dalam dengan menggunakan MRI dapat diklasifikasikan aman sebab pada penggunaan MRI ini sang pasien tidak terkena radiasi yang mungkin dapat membahayakan tubuh dalam jangka waktu yang panjang. Selain itu, prosedur MRI initidak menimbulkan sakit, kerusakan jaringan dan komplikasi-komplikasi lainnya. Namun, karena berada di medan magnet yang besar, pada saat pemeriksaan berlangsung medan magnet tersebut akan dapat menyebabkan tertariknya benda-benda yang bersifat logam, dan menyebabkan berpindahnya benda-benda bersifat logam tersebut. Dapat dibayangkan jika letak benda bersifat logam tersebut berada di dalam tubuh maka perubahan posisi dari benda bersifat logam tersebut akan dapat melukai pasien. Oleh karena itu hal yang penting untuk diinformasikan kepada pasienadalah untuk melepas benda-benda yang bersifat logam sebelum pasien menjalani pemeriksaan MRI. Fasilitas MRI tentu saja mengharuskan operator atau staf radiologi untuk mengetahui keberadaan benda-benda logam di dalam tubuh dengan menanyakan riwayat operasi atau riwayat kesehatan pasien sebelumnya. Benda-benda logam yang ditanamkan di dalam tubuh (implant) antara lain dapat berupa clip pada operasi aneurisma, pacemaker pada jantung, alat bantu dengar (hearing-aid), gigi palsu, dan berbagai alat penunjang kondisi medis lainnya. Pada pasien dengan keadaan-keadaan tersebut prosedur MRI dapat dibatalkan karena resiko terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan yang dapat melukai pasien itu sendiri.

Cara Kerja Magnetic Resonance Imaging (MRI)

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 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 :

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

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.

Diagram Blok Proses MRI

Sejarah Perkembangan Magnetic Resonance Imaging (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).

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.