PERBEDAAN WAKTU RELAKSASI ANTARA LEMAK DAN AIR BERDASARKAN

PERISTIWA SPIN LATTICE RELAXATION

PERBEDAAN WAKTU RELAKSASI ANTARA LEMAK DAN AIR BERDASARKAN PERISTIWA SPIN LATTICE RELAXATION

A.    PENDAHULUAN

Seluruh inti atom yang ada di alam tersusun dari proton dan neutron. Seperti bumi

yang bergerak pada sumbunya sehingga mempunyai kutub utara dan kutub selatan yang akan

menghasilkan medan magnet eksternal, inti atom juga bergerak pada sumbu (spinning)

muatannya. Spinning menghasilkan momen dipole magnetic yang disebut spin. (M

Nur,cit.Osborn AG.1992)

B.     DASAR PENCITRAAN MRI

Tubuh manusia paling dominan terdiri atas cairan sehingga atom-atom yang

mendominasi jaringan biologi adalah atom hidrogen. Atom hidrogen hanya mempunyai satu

proton tanpa neutron yang memungkinkan adanya momen dipole magnetic sehingga dapat

terjadi fenomena resonansi. Momen dipole magnetic yang kuat yang dimiliki atom hidrogen

akan menghasilkan konsentrasi yang besar dan kekuatan yang kuat per inti. Oleh karena itu,

instrumentasi pada MRI memanfaatkan keberadaan atom hidrogen ini. Fenomena resonansi

juga dapat terjadi pada atom-atom yang lain seperti carbon-13, nitrogen-15 dan lain-lain.

Namun, karena konsentrasi yang besar dan kekuatan yang kuat per inti yang dimiliki atom

hidrogen membuat sinyal yang dihasilkan hidrogen adalah 1000 kali lebih besar dari yang

lainnya. Dalam keadaan normal, spinning proton atom hidrogen adalah random sehingga

orientasi dalam jaringan tubuh manusia tidak menimbulkan nilai magnetisasi.

Jika spinning proton diletakkan dalam medan magnet eksternal yang sangat kuat

maka akan dihasilkan suatu orientasi proton yang searah (proton dengan kuat energi yang

lebih rendah) dan proton yang berlawanan arah orientasinya (proton dengan kuat energi yang

lebih tinggi) sehingga terbentuk suatu nilai magnetisasi longitudinal (searah sumbu z ).Proton

individual setiap inti tidak berorientasi pada sumbu z, tetapi pada dirinya sendiri. Kecepatan

frekuensi presisi atom hidrogen bergantung pada kuat medan magnet eksternal, semkain kuat

medan magnet eksternal maka semakin cepat presisi proton. Kecepatan frekuensi presisi

proton atom hidrogen tergantung pada kuat medan magnet yang diberikan pada jaringan.

Semakin besar kuat medan magnet maka semakin cepat presisi proton. Frekuensi presisi atom

dapat diketahui melalui sebuah persamaan yaitu persamaan Larmor. Frekuensi Larmor proton

merupakan perkalian antara koefisien gyromagnetic dengan medan magnet eksternal.

(Westbrook dan Kaut,1998) Resonansi terjadi apabila pada obyek diberikan gangguan berupa

gelombang radio yang mempunyai frekuensi yang sama dengan frekuensi presisi Larmor

obyek. Untuk keperluan klinis, pembentukan citra didasarkan pada pemanfaatan atom

hydrogen dalam tubuh dengan kata lain agar fenomena resonansi terjadi gelombang radio

(RF) yang diberikan harus mempunyai frekuensi Larmor yang sama dengan frekuensi Larmor

hydrogen yaitu 42,57 MHz.

Pengaplikasian gelombangradio (RF) yang menyebabkan resonansi terjadi eksitasi

sebagai hasil dari fenomena resonansi Nett Magnetitation Vector (NMV) menjadi terotasi

dari bidang longitudinal ke bidang transversal xy. Magnetisasi pada bidang ini dikenal

dengan magnetisasi transversal. Mxy sudut perotasi dikenal dengan flip angle.Untuk dapat

mengukur keluaran sinyal, magnetisasi yang terjadi dalam jaringan Mo dirotasikan dari arah

sumbu z ke bidang transversal (xy) dikenal dengan magnetisasi Mxy. Magnetisasi

longitudinal Mo terotasi ke bidang transversal atau xy dengan memberikan gelombang radio

RF dengan frekuensi sam dengan frekuensi Larmor atom hydrogen. Pulsa RF yang dapat

merotasikan 90° dari sumbu longitudinal ke sumbu transeversal dikenal dengan nama pulsa

90°.Sebagai akibat pengaplikasian pulsa 90 magnetisasi longitudinal menjadi bernilai nol,

sementara magnetisasi transversal menjadi maksimal. Setelah beberapa saat RF dihentikan

akan terjadi kembalinya magnetisasi ke keadaan semula (recovery).Waktu untuk kembalinya

ke magnetisasi longitudinal dikenal dengan waktu relaksasi longitudinal T1 atau spin lattice.

T1 didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk kembalinya magnetisasi longitudinal

hingga mencapai 63% setelah pulsa 90. Atom hydrogen pada masing-masing jaringan yang

berbeda akan mempunyai nilai T1 yang berbeda pula, missal fat mempunyai nilai T1 yang

sangat cepat (150-250ms) dan cerebrospinal fluid (CSF) mempunyai nilai T1 yang panjang

(2000-3000 ms). Dengan kata lain dapat dilihat bahwa kontras citra MRI akan bergantung

pada perbedaan nilai T1 dari jaringan yang berbeda, sementara pada saat terjadi perubahan

magnetisasi longitudinal kearah magnetisasi transversal. Magnetisasi transversal menjadi

maksimal dan terjadi magnetisasi transversal maksimal Mxy oleh dipole individual dalam

sumbu z. Pengulangan pulsa sequence terjadi sebelum kurva recovery menjadi maksimal

sehingga jaringan dengan waktu T1 pendek (cepat kembali ke kondisi keseimbangan) akan

mempunyai jumlah recovery yang banyak dibandingkan dengan jaringan dengan waktu T1

panjang sehingga dalam citra MRI akan didapatkan gambar yang hitam pada pembobotan T1.

Sementara jaringan dengan waktu relaksasi T2 pendek diphase yang terjadi sangat cepat

sehingga intensitas sinyal yang dihasilkan sangat besar dan jaringan dengan waktu relaksasi

T2 pendek akan kelihatan hitam pada pembobotan T2 waktu relaksasi T1 dan T2 terjadi

bersamaan pada saat eksitasi jaringan oleh gelombang radio (RF) dan merupakan suatu

proses kerja yang berlawanan yaitu saat proses recovery ke magnetisasi longitudinal

diimbangi dengan proses peluruhan kurva relaksasi T2.

C.     RELAKSASI

Istilah relaksasi berarti juga bahwa spin-spin mulai mengendur kembali kepada

kondisi energi terendah atau kembali pada kondisi ekuilibrium dalam arti proton-proton akan

sejajar kembali pada sumbu medan magnet eksternal dan melepaskan semua kelebihan energi

yang tersisa.Seiring dengan relaksasi ini Mz akan mulai muncul kembali dan bertambah besar

sedangkan Mxy akan berkurang sampai mencapai nilai nol.Kecepatan relaksasi masing-

masing komponen magnetisasi bergantung pada sifat dari suatu jaringan.Ada dua relaksasi

dalam pencitraan MRI yaitu:a. T1 (waktu relaksasi magnetisasi longitudinal) dan

                                    b. T2 (waktu relaksasi magnetisasi transversal)

D.    PERBEDAAN WAKTU RELAKSASI ANTARA LEMAK DAN AIR BERDASARKAN

PERISTIWA SPIN LATTICE RELAXATION

Magnetisasi longitudinal (Mz) akan menjadi nol saat diberikan pulsa 90o dan berotasi

sebagaimana magnetisasi transversal pada bidang x-y. Pada kondisi ini komponen

magnetisasi transversal (Mxy) bertambah, sedangkan komponen magnetisasi longitudinal

(Mz) berkurang. Pada saat magnetisasi (Mo) mencapai bidang transversal komponen Mz

sama dengan nol sedangkan komponen Mxy besarnya sama dengan Mo. Jika pada posisi

tersebut dipasang kumparan penerima sehingga memotong komponen magnetisasi

transversal, maka kumparan penerima akan menerima sinyal maksimum. Kecepatan

munculnya komponen magnetisasi longitudinal ( Mz ) bergantung dari konstanta waktu

relaksasi longitudinal atau waktu relaksasi spin kisi, yang diberi simbol T1. Pertumbuhan

besarnya Mz setiap saat dirumuskan sebagai berikut :Mz( t ) = Mo ( 1 – e-t/T1 ) Mz( 0 )e-t/T1 )dengan :

Mz( t ) = komponen Mo searah Bo pada waktu tT = waktu setelah pulsa gelombang RF 90°

T1 = waktu relaksasi longitudinalMz( 0 ) = komponen Mo searah Bo sesaat setelah pulsa RF 90

Dari rumus di atas, setelah T1, maka nilai magnetisasi longitudinal (Mz) telah pulih sebesar

63 % dari nilai akhirnya dan setelah 5T1, maka proses tersebut sudah sempurna. Konstanta

T1 dari setiap jaringan tubuh berbeda-beda , sehingga bersifat tissue-spesific dalam

pencitraan MR.

Jenis jaringan dalam tubuh yang berbeda menunjukkan waktu relaksasi yang berbeda juga.

Walaupun begitu, hal tersebut merupakan faktor utama untuk mendapatkan kontras dari citra

yang diperoleh dengan sistem Magnetik Resonance. Perbedaan tersebut karena energi pulsa

gelombang RF yang terstimulasi akan menghilang kembali akibat interaksi dengan kisi-kisi

(lattice). Karena pasangan spin menghasilkan energi kepada kisi-kisi selama proses relaksasi

longitudinal , maka proses T1 dinamakan juga dengan relaksasi spin –lattice.

Dengan kuat medan magnet statis 1 T, waktu relaksasi air murni adalah sekitar 2500 ms, waktu T1 fat berkisar 90 ms dan untuk jaringan patologis, waktu T1 umumnya lebih  lama.Pada gambaran MRI dengan T1 weighted jaringan dengan T1 pendek ( lemak ) akan tampak lebih putih sedangkan untuk air akan tampak gelap

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa lemak dengan T1 90 ms lebih cepat mencapai 63 % untuk recovery energy proton hydrogen dari energy pulsa RF yang diserap, sedangkan air dengan 2500 ms membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mencapai 63% recovery.

Kesimpulan yang dapat diambil adalah waktu T1 untuk fat (lemak) lebih singkat (pendek) dibandingkan T1 air.

*Setelah baca ini jadi lebih paham tentang maksud dari T1 dan T2 pada keterangan MRI.