Perkembangan Alat Medis: Magnetic Medis: Magnetic Resonance Imaging 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 , 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 Resonance Imaging (MRI) tidak menggunakan radiasi ion. Magnetic Resonance Imaging ini sendiri sendiri adalah adalah suatu teknik penggambaran penggambaran penampang penampang tubuh 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 yang mengha menghasil silkan kan rekama rekaman n gambar gambar poton potongan gan penamp penampang ang tubuh tubuh atau atau organ organ manusi manusiaa dengan dengan menggunakan medan magnet berkekuatan antara 0,064 – 1,5 tesla dan resonansi getaran terhadap inti atom hidrogen. Komponen-komponen Magnetic Komponen-komponen Magnetic Resonance Imaging 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: 1.
Sistem magnet yang berfungsi membentuk medan magnet. Agar dapat mengoperasikan MRI dengan dengan baik, berikut berikut adalah hal-hal hal-hal yang perlu diketahui diketahui mengenai mengenai sistem magnet yang yang digunakan dalam MRI : tipe magnet, efek medan magnet, magnet shielding ; shimming coil dari pesawat MRI tersebut 2. Sistem pencit pencitraan raan berfungsi berfungsi membentu membentuk k citra yang terdiri terdiri dari tiga tiga buah kumparan kumparan koil, koil, yaitu : Gradien koil X, untuk membuat citra potongan sagittal 1. a) 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. Sist Sistem em freq freque uens nsii radio radio berf berfun ungs gsii memb memban angk gkit itka kan n dan dan memb member erik ikan an radi radio o frequ frequen ensi si sert sertaa mendeteksi sinyal sequence , mengontrol semua komponen 4. Sistem komputer berfungsi untuk membangkitkan pulse sequence, alat MRI dan menyimpan memori beberapa citra 5. Sist Sistem em penc pencet etak akan an citr citra, a, berf berfun ungs gsii untu untuk k menc mencet etak ak gamb gambar ar pada pada film film rong rongen entt atau atau untu untuk k 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: 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.
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 ini tidak menimbulkan sakit, kerusakan jaringan dan komplikasikomplikasi 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 pasien adalah 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 : 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 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 (Sumber: http://medical-instruments11.blogspot.com)
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 nondestruktif 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 untuk menggunakan parameter NMR lainnya dalam jaringan bukan untuk pencitraan tapi untuk karakterisasi jaringan (yaitu, memisahkan jinak dari jaringan ganas). Hal Ini masih belum tercapai terutama karena heterogenitas jaringan. Meskipun kritik telah ditujukan pada kecerdasan ilmiah Damadian, seharusnya hal ini tidak menutupi fakta bahwa deskripsi tentang perubahan waktu relaksasi dalam jaringan kanker adalah salah 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 menggunakan resonansi magnetik". Penulis makalah tersebut adalah Paul Lauterbur, seorang Profesor Kimia di Universitas Negara Bagian New York di Stony Brook. Percobaan pencitraan berpindah dari dimensi tunggal spektroskopi NMR ke dimensi kedua orientasi spasial yang merupakan landasan MRI. MRI juga berutang budi pada computed tomography (CT) seperti yang dikembangkan sebelum ada teknik MRI. Dampak yang dimiliki CT dalam komunitas medis tidak boleh diabaikan karena mendorong minat baik dari dokter dan produsen untuk dampak potensial akan teknik baru berupa MRI. Hal ini sudah menunjukkan keuntungan dari bagian 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 bore yang beragam yang cukup untuk pencitraan tubuh manusia. Di Inggris salah satu kelompok produsen tersebut adalah termasuk kelompok dari Hammersmith (Profesor Steiner 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 J Hutchinson). 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).
Sejarah Pencitraan Resonansi Magnetik Inti
Sejarah sistem Pencitraan Resonansi Magnetik Inti diawali dengan penemuan teori Nuclear Magnetic Resonance (NMR) atau Resonansi Magnetik Inti. Percobaan NMR yang sukses pertama kali dilakukan pada tahun 1946 secara terpisah oleh dua orang ilmuwan di Amerika Serikat. Dua ahli fisika yaitu Felix Bloch, yang bekerja di Stanford University, dan Edward Purcell, dari Harvard University, menemukan bahwa saat nukleus diletakkan dalam suatu medan magnet maka nukleus akan menyerap energi dalam
daerah spektrum frekuensi radio dan akan memancarkan kembali energi yang diserap tersebut saat nukelus kembali ke keadaan normalnya. Hubungan antara kekuatan medan magnet dan frekuensi radio dalam percobaan ini telah didemonstrasikan sebelumnya oleh fisikawan Irlandia yang bernama Sir Joseph Larmor (1857-1942). Oleh sebab itu hal ini dikenal dengan hubungan Larmor yang menyatakan frekuensi angular dari gerakan presesi (precession) spin inti atom akan sebanding dengan kekuatan medan magnet. Fenomena ini diberi nama NMR yang merupakan singkatan dari: • "Nuclear" karena hanya inti atom (nukleus) dari jenis atom tertentu saja yang dapat mengalami gejala seperti ini; • "Magnetic" karena diperlukan medan magnet; • "Resonance" karena ada ketergantungan antara medan magnet dan frekuensi radio. Dengan penemuan ini maka lahirlah metode spektroskopi resonansi magnetic inti (NMR spectroscopy) yang kemudian menjadi metode analisis yang penting dalam studi komposisi kimia dari suatu senyawa. Dari penemuannya ini maka Bloch dan Purcell dianugerahi hadiah Nobel untuk fisika pada tahun 1952. Yang menarik perhatian juga adalah Dr. Isidor Rabi seorang ahli fisika dari Amerika yang telah mendapat hadiah Nobel untuk fisika pada tahun 1944 dari penemuannya mengenai pengamatan spektrum atom dengan metoda berkas atom dan molekul resonansi magnetik inti, yang dilakukan pada percobaan NMR akhir tahun 1930-an tetapi gejala ini dianggap sebagai kecacatan dari peralatan yang digunakannya sehingga diabaikan. Spektroskopi NMR digunakan secara luas sebagai teknik analisa bahan berukuran kecil dengan tanpa melakukan perusakan pada sekitar tahun 1950-an dan 1960-an. Banyak aplikasi dilakukan pada tingkat mikroskopis dengan menggunakan magnet berkekuatan medan tinggi dengan diameter lubang lorong yang kecil (sekitar beberapa sentimeter saja). Pada akhir tahun 1960-an dan awal tahun 1970-an, seorang sarjana matematika dan sekaligus dokter di “State University of New York”, Brooklyn, Amerika bernama Raymond Vahan Damadian mendemonstrasikan bahwa parameter NMR suatu jaringan (yang diberi nama waktu relaksasi T1) dari sebuah sampel tumor yang diukur secara in vitro, memiliki nilai yang jauh lebih tinggi daripada jaringan normal. Meskipun tidak dikonfirmasikan secara jelas oleh rekan kerja lainnya, Damadian bermaksud menggunakan percobaan ini dan parameter NMR lainnya dari jaringan bukan untuk tujuan pencitraan tetapi hanya untuk pembedaan jaringan (membedakan jaringan yang normal/tidak berbahaya dengan jaringan yang ganas). Namun hingga sekarang hal ini tetap menjadi misteri NMR yang tersembunyi oleh karena sifat jaringan yang sangat heterogen. Damadian adalah sosok yang kontroversial dalam sejarah NMR, paling tidak oleh karena sikapnya yang selalu tampil gembira secara berlebihan dalam setiap konferensi. Meskipun berbagai kritik telah dilontarkan terhadap ketajaman ilmu pengetahuannya, namun hal ini seharusnya tidak mengabaikan kenyataan bahwa penemuannya mengenai perbedaan waktu relaksasi pada jaringan kanker dengan jaringan normal merupakan pencetus utama pengunaan NMR dalam bidang kedokteran. Pada tanggal 16 Maret 1973 sebuah paper singkat diterbitkan pada jurnal “Nature” yang berjudul "Image formation by induced local interaction; examples employing magnetic resonance". Pengarangnya adalah Paul Lauterbur, seorang professor kimia “State University of New York” di Stony Brook. Sejak tahun 1979 mulai dilakukan penyelidikan tentang kemungkinan penerapan teori Nuclear Magnetic Resonance (NMR) atau Resonansi Magnetik Inti untuk alat pencitraan medis (scanner) yang baru. Alat pencitraan medis yang menggunakan prinsip NMR disebut dengan Magnetic Resonance Tomography (MRT) atau Magnetic Resonance Imaging (MRI) yang diterjemahkan dalam bahasa Indonesia sebagai Pencitraan Resonansi Magnetik Inti.
Penemuan MRI (Magnetic Resonance Imaging) merupakan terobosa npenting dalam kedokteran modern. Tanggal 3 Juli 1977 menandai tonggak sejarah pemeriksaan MRI pertama pada manusia setelah melewati
masa 7 tahun penelitian yang melelahkan oleh dr. Raymond Damadian dan sejawatnya Minkoff dan Goldsmith. Saat itu untuk mendapatkan satu gambar MRI memerlukan waktu pemeriksaan sekitar 5 jam. Bandingkan dengan MRI saat ini yang hanya memerlukan waktu 30-90 menit.
1. Definisi Pemeriksaan MRI merupakan salah satu bentuk pemeriksaan radiologi yang menggunakan prinsip magnetisasi. Medan magnet digunakan untuk proses magnetisasi komponen ion hidrogen dari kandungan air di tubuh. MRI dapat menggambarkan dengan sangat jelas dan kontras berbagai bagian organ tubuh.
MRI adalah teknik radiologi yang menggunakan magnet, gelombang radio, dan komputer untuk menghasilkan gambar yang detil dari organ, jaringan lunak, tulang, serta semua struktur internal tubuh. Gambar yang detil memungkinkan dokter menilai lebih baik bagian-bagian tubuhdan penyakit-penyakit tertentu yang tak dapat dinilai secara cermat oleh teknik pencitraan lain seperti rontgen, ultrasonografi atau CT Scan. 2. Indikasi Pemeriksaan MRI Pemeriksaan MRI dapat dilakukan pada berbagai organ dan sistem tubuh. Sebuah jaringan tubuh yang rusak akan menimbulkan pembengkakan (edema). Adanya pembengkakan ini akan memberikan warna kontras yang berbeda dengan jairngan normal. MRI dapat digunakan untuk berbagai kelainan di bidang saraf, anggota gerak tubuh, tumor, dan penyakit jantung.
1. Di bidang saraf : stroke, tumor otak, kelainan mielinisasi otak, gangguan aliran cairan
otak/hidrocephalus, beberapa bentuk infeksi otak, gangguan pembuluh darah otak, dsb. 2. Di bidang muskuloskeletal: tumor jaringan tulang atau otot, kelainan saraf tulang belakang, tumor spinal, jeputan akar saraf tulang belakang, dsb. 3. Di bidang kardiologi: pembuluh darah besar, pemeriksaan MRA (Magnetic Resonance Angiografi) carotis, dsb.
Alat MRI dapat pula digunakan untuk berbagai pemeriksaan khusus. Pemeriksaan FLAIR dapat dilakukan untuk berbagai penyakit demielinisasi. Pemeriksaan diffusion weighted imaging (DWI) MRI untuk deteksi awal adanya stroke iskemik. Pemeriksaan DWI MRI dapat mendeteksi perubahan di otak setelah 10 menit terjadinya sumbatan, jauh lebih cepat daripada CT-Scan yang mampu mendeteksi iskemia setelah 4-6 jam pasca sumbatan. MRI mampu memvisualisasikan dengan sangat jelas kondisi pembuluh darah di tubuh. Suatu prosedur yang disebut MRA (Magnetic Resonance Angiografi).
3. Persiapan Pemeriksaan MRI tidak memerlukan banyak persiapan khusus. MRI tidak memberikan rasa sakit. Waktu yang diperlukan adalah berkisar antara 30-45 menit. Pasien diharap tidak mengenakan aksesoris tubuh yang berasal dari bahan logam secara berlebih. Hal ini penting karena MRI menggunakan prinsip magnetisasi. Pasien akan diminta diam untuk beberapa saat sampai prose magnetisasi selesai. Ada baiknya pasien melihat dulu alat MRI beberapa saat sebelum prosedur dilakukan. Hal ini terutama sekali dianjurkan bagi orang-orang yang memiliki ketakutan terhadap ruang sempit (klustrofobia). Pada pemeriksaan tertentu diperlukan kontras. Pada Anda akan disuntikkan zat kontras, kemudian dilakukan MRI ulang. Pemberian kontras adalah prosedur yang sangat aman, dikerjakan sesuai prosedur, dan dikerjakan oleh ahlinya.
4. Keunggulan Dalam praktek klinik, MRI digunakan untuk membedakan berbagai jaringan patologis (misalnya tumor, pembengkakan) dari jaringan tubuh yang normal. Perbedaan dapat dilihat dengan sangat jelas dan kontras.
Coba lihat gambar di bawah ini yang menunjukkan MRI pada berbagai organ tubuh. Gambar MRI dapat memberikan kontras yang sangat baik antara berbagai jaringan tubuh (tulang, otot, cairan), dan mampu membedakan jaringan yang normal dan tidak normal.
Salah satu keunggulan yang lain adalah keamanan MRI. MRI menggunakan prinsip medan magnet, dan bukan radiasi non ion seperti alat radiologi yang tradisional. Penggunaan radiasi berlebih memiliki berbagai dampak negatif bagi tubuh.
