Magnet Modalitas MRI

Magnet modalitas MRI adalah jantung dari sistem MRI. Untuk jenis magnet modalitas MRI tertentu, kriteria kinerja dapat dilihat dari kekuatan medan, stabilitas temporal, dan homogenitas medan magnet. Parameter ini dipengaruhi oleh desain magnet. Magnet modalitas MRI dengan inti udara terbuat dari silinder yang dibungkus oleh kawat dengan diameter sekitar 1 m atau lebih dengan panjang silinder 2 hingga 3 m, di mana medan magnet dihasilkan oleh arus listrik dari kabel yang dialiri listrik tegangan tinggi.

Ketika kabel diberi energi, medan magnet yang dihasilkan sejajar dengan sumbu panjang silinder. Dalam kebanyakan sistem yang dirancang untuk kepentingan klinis, medan magnet dibuat secara horizontal dan membentang disepanjang sumbu cranial-caudal pada pasien dengan posisi supine.

Magnet modalitas MRI inti padat dibuat dari magnet permanen, inti besi “elektromagnet” atau kombinasi (hybrid). Dalam desain inti padat, medan magnet membentang di antara kutub-kutub magnet dan paling sering dalam arah vertikal. Dalam desain inti udara, medan magnet fringe terletak pada bidang pinggir magnetik yang melebihi volume silinder.

Untuk mencapai kekuatan medan magnet tinggi membutuhkan kabel inti elektromagnet yang bersifat superkonduktif. Superkonduktivitas adalah karakteristik logam tertentu (seperti campuran niobium-titanium) yang bila diletakkan pada suhu yang sangat rendah (helium cair < 4° K) tidak menunjukkan ketahanan terhadap arus listrik.

Berikut adalah Gambar 1 yang merupakan penjelasan dari desain magnet inti udara dan magnet inti padat:

Gambar 1. (A) Magnet modalitas MRI inti udara memiliki medan utama horisontal yang diproduksi pada lubang kumparan listrik dengan sumbu-Z (B₀) di sepanjang sumbu kumparan. Medan fringe untuk sistem inti udara berukuran luas dan meningkat pada diameter inti yang lebih besar dan kekuatan medan yang lebih tinggi. (B) Magnet modalitas MRI inti padat memiliki bidang vertical dan diproduksi diantara antara kutub logam elektromagnet permanen atau dengan terbungkus kawat. Medan fringe menjadi terbatas pada desain ini. Dalam kedua jenis, medan utama sejajar dengan sumbu-Z dari sistem koordinat Cartesian (Bushberg, 2012).

Superkonduktivitas memungkinkan elektromagnet dengan sirkuit tertutup untuk diberi energi dan mempengaruhi produksi sesuai dengan kekuatan arus dan medan magnet yang diinginkan pada sumber listrik eksternal. Pengisian helium cair harus dilakukan secara terus menerus, karena jika suhu naik hingga melebihi nilai kritis akan mengakibatkan hilanganya superkonduktivitas.

Resistansi kabel yang panas akan mendidihkan helium serta menghasilkan “quench”. Magnet superkonduktif dengan kekuatan medan 1.5 hingga 3 Tesla paling banyak digunakan untuk kepentingan klinis, sedangkan kekuatan medan magnet 4 hingga 7 Tesla saat ini masih digunakan untuk aplikasi penelitian untuk kepentingan klinis di masa yang akan datang.

Pemilihan khusus dari komponen magnet superkonduktor internal menunjukkan bagian integral dari sistem magnet termasuk kumparan kawat dan tempat penampungan cairan kriogenik. Selain sistem magnet utama, komponen lain juga diperlukan.

Koil shim berinteraksi dengan medan magnet utama untuk meningkatkan homogenitas (variasi minimal dari kepadatan fluks magnetik) sehingga melampaui nilai yang digunakan untuk proses pencitraan pada pasien.

Koil radiofrekuensi (RF) berada pada inti utama magnet untuk mengirimkan energi ke pasien serta menerima sinyal kembali.

Koil gradien terdapat pada inti utama untuk menghasilkan variasi linear kekuatan medan magnet di seluruh volume magnet yang digunakan. Berikut adalah Gambar 2 komponen internal magnet superkonduktor pada desain inti udara:

Gambar 2. Komponen internal magnet superkonduktor inti udara (Bushberg, 2012).

Keterangan:

Gradien medan magnet diperoleh dengan cara menambahkan medan magnet dari kumparan dua atau lebih yang membawa arus searah dari amplitudo dan arah tertentu dengan geometri yang didefinisikan secara tepat. Bidang gradien bipolar memiliki nilai yang bervariasi pada Field of View (FOV) yang telah ditentukan, ketika diletakkan pada B₀, variasi kecil secara terus menerus dalam kekuatan medan magnet terjadi dari pusat ke pinggiran dengan jarak dari titik pusat (“nol”).

Berinteraksi dengan medan magnet utama yang jauh lebih kuat, variasi linier yang lebih kecil lagi berada pada 0.005 Tesla/m (5 mT/m) dan lokalisasi sinyal sangat penting untuk dilakukan selama pengoperasian pada sistem MRI.

Magnet Modalitas MRI

Sumber:
Bushberg, Jerrold T., J. Anthony Seibert, Edwin M. Leidholdt, dan John M. Boone. 2012. The Essential Physics of Medical Imaging. Edisi Ketiga. Lippincott Williams & Wilkins. Philadelphia.