PERBEDAAN WAKTU RELAKSASI ANTARA LEMAK DAN AIR BERDASARKAN PERISTIWA PERISTI WA SPIN LA LATTIC TTICE E RELAXA RE LAXATION TION 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 masingmasing 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 t T = waktu setelah pulsa gelombang RF 90° T1 = waktu relaksasi longitudinal Mz( 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. 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 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.
