Dokumen tersebut membahas tentang prinsip dasar MRI dan magnet yang digunakan dalam sistem MRI. Terdapat tiga jenis magnet yang dapat digunakan yaitu magnet tetap, magnet resistif, dan magnet superkonduktif."

1. DASAR FISIKA MRI
MAGNET MRI

2. Pendahuluan-Prinsip Dasar MRI
• Pembentukan citra MRI berdasarkan sifat kemagnetan proton
• Citra MRI, memberikan informasi lebih lengkap dibanding dengan citra CT.
• CT – tergantung satu parameter, daya atenuasi sinar X (rapat elektron), menggunakan
radiasi pengion (bahaya radiasi)
• MRI – tergantung pada banyak parameter, tidak menggunakan radiasi pengion.
• CT- dimulai sekitar th 1970, penggunaan komputer dalam bidang medis
• MRI – Damadian (1971), dapat membedakan jaringan normal dan cancer pada tikus
dengan NMR.
• Lauterbur (1973), menunjukkan cara pembentukan citra dengan gradien medan magnet
• 1977, MRI mulai dipakai dalam bidang medis.

4. • Dua buah vektor dikatakan sama apabila keduanya memiliki panjang
dan arah yang sama
• Dua Buah Vektor disebut sejajar (paralel) apabila garis yang
merepresentasikan kedua buah vektor sejajar
• Grayscale = skala keabuan dari suatu citra yang nilainya dihitung dari
kepadatan/jumlah pixel citra

5. Pendahuluan-Prinsip Dasar MRI

7. Pendahuluan-Prinsip Dasar MRI

8. Prinsip Dasar MRI

16. • Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang
bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet.
• Jika ada sebuah penghantar yang dialiri arus listrik dan penghantar
tersebut berada dalam medan magnetik maka akan timbul gaya yang
disebut dengan nama gaya magnetik atau dikenal juga nama gaya Lorentz.
• Arah dari gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik (l)
dan induksi magnetik yang ada (B).
• Arah gaya ini akan mengikuti arah maju putaran vektor dari arah gerak
muatan listrik (v) ke arah medan magnet, B, dalam rumus berikut:
F=q(vxB)

17. Medan magnet bumi disebut juga dengan medan
geomagnetik. Bumi merupakan magnet batang yang
memiliki dua kutub yakni kutub Utara dan Selatan. Medan
magnet bumi dihasilkan di inti luar fluida dengan proses
dinamo. Sumber medan magnet di bumi berasal dari inti
Bumi, kerak Bumi, serta pada bagian ionosfer dan
magnetosfer.[3]

21. • Magnetisasi adalah sebuah proses ketika sebuah materi yang
ditempatkan dalam suatu bidang magnetik akan menjadi magnet.
• Proses ini ditentukan oleh jenis bahan yang disesuaikan dengan
kekuatan medan magnet. Pada sebagian besar bahan, proses
magnetisasi sangat kecil.
• Bahan yang menghasilkan magnetisasi kuat sekalipun berada di
medan magnet yang lemah disebut feromagnetik.
• Bahan feromagnetik terdiri dari dua bidang kecil yaitu kompleks Weiss
(kelompok-kelompok elektron yang mempunyai putaran elektron
pada sumbunya searah), dan bidang-bidang elementer.
• Bahan tersebut akan mengalami magnetisasi tinggi karena sumbu-
sumbu perputaran elektronnya sejajar.

22. • Induksi Magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik
yang mengalir dalam konduktor. Adanya kuat medan magnetik di sekitar
konduktor berarus listrik diselidiki pertama kali oleh Hans
Christian (Denmark, 1774 – 1851). Jika jarum kompas diletakkan sejajar
dengan konduktor, maka konduktor itu akan dialiri arus listrik. Bila arah
arus dibalik, maka penyimpangannya juga berbalik.
• Selanjutnya, secara teoretis laplace (1749 – 1827) menyatakan bahwa
kuat medan magnet atau induksi magnet di sekitar arus listrik sebagai
berikut:
• 1. Berbanding lurus dengan arus listrik
• 2. Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar
• 3. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak suatu titik dari kawat penghantar itu
• 4. Arah induksi magnet tersebut tegak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik.

23. • Induksi Magnet ditemukan oleh Michael Faraday pada
tahun 1821. Dua tahun sebelumnya Oersted, telah menemukan
bahwa jarum magnit kompas biasa dapat beringsut, jika arus listrik
dialirkan dalam kawat yang tidak berjauhan.
• Ini membuat Michael Faraday berkesimpulan, bahwa jika magnit
diketatkan, yang bergerak justru kawatnya. Atas dasar dugaan ini, dia
berhasil membuat suatu skema yang jelas di mana kawat akan terus-
menerus berputar berdekatan dengan magnit sepanjang arus listrik
dialirkan ke kawat.
• Sesungguhnya dalam hal ini Michael Faraday sudah
menemukan motor listrik pertama, suatu skema pertama
penggunaan arus listrik untuk membuat sesuatu benda bergerak.

24. • Dalam elektromagnetisme, permeabilitas adalah ukuran kemampuan
sebuah material untuk menunjang terbentuknya medan magnet dalam
material tersebut. Dapat juga dikatakan, derajat magnetisasi yang sebuah
material dapat merespon terhadap suatu medan magnet. Permeabilitas
magnetik dilambangkan dengan huruf Yunani miring µ. Istilah ini pertama
kali disebut bulan September 1885 oleh Oliver Heaviside. Kebalikan dari
permeabilitas magnetik adalah reluktivitas magnetik.
• Dalam satuan SI, permeabilitas diukur dalam Henri per meter (H/m atau
H·m−1), atau newtons per ampere persegi (N·A−2). Konstanta permeabilitas
(µ0), atau dikenal juga dengan konstanta magnetik atau permeabilitas
ruang hampa adalah ukuran besarnya hambatan yang muncul ketika
membentuk medan magnet dalam ruang hampa klasik. Konstanta
magnetik memiliki nilai eksak (didefinisikan) adalah (µ0 = 4π × 10−7 H·m−1 ≈
1.2566370614…×10−6 H·m−1 atau N·A−2).
• Karakteristik material yang mirip adalah kepekaan magnetik (magnetic
susceptibility), yang merupakan faktor berbanding lurus yang
menunjukkan derajat magnetisasi sebuah material dalam merespon
terhadap medan magnetik.

25. • Suseptibilitas magnetik (Latin: susceptibilis, “reseptif”; disebut
pula kerentanan magnetik atau kepekaan magnetik; disimbolkan
dengan χ) merupakan tingkat kemagnetan suatu benda untuk
termagnetisasi, yang pada umumnya erat kaitannya dengan
kandungan mineral dan oksida besi. Semakin besar kandungan
mineral magnetit di dalam batuan/materi, akan semakin besar harga
suseptibilitasnya.
• Sifat kemagnetan ini cenderung dipengaruhi oleh keadaan suhu,
dimana semakin besar suhu, maka nilai suseptibilitasnya pun akan
semakin berkurang atau semakin lemah. Sifat kemagnetan tiap
batuan yang khas melandasi digunakannya metode magnetik untuk
kegiatan eksplorasi maupun kepentingan geodinamika. Metode ini
sangat cocok untuk pendugaan struktur geologi bawah permukaan
maupun mengetahui potensi mineral mineral ekonomis di bawah
permukaan tanah.

26. • Medan magnet dalam ilmu fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan
menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan
listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk
medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah
yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen").
• Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam
ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang
dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.
• Medan magnet merupakan medan gaya yang berada di sekitar benda magnetik atau di
sekitar benda konduktor berarus.
• Medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang selalu keluar dari
kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet. Sementara di dalam magnet,
garis-garis gaya magnet memiliki arah dari kutub selatan magnet ke kutub utara magnet.
Garis-garis tersebut tidak pernah saling berpotongan. Kerapatan garis-garis gaya magnet
menunjukkan kekuatan medan magnet. Jika dua buah magnet dengan kutub yang berbeda
didekatkan maka akan memiliki medan magnet yang besar. Sementara itu, jika dua buah
magnet yang memiliki kutub sejenis didekatkan maka tidak akan terjadi garis-garis gaya
magnet yang membentuk medan magnet.

28. Dipol magnetik akan memberikan respon yang beragam terhadap pengaruh
medan magnet eksternal. Berdasarkan respon momen magnetik terhadap
pengaruh medan magnet eksternal, material magnetik digolongkan atas
beberapa jenis, yaitu: diamagnetik, paramagnetik, ferromagnetik,
ferrimagnetik, dan antiferromagnetik

30. Paramagnetik adalah bahan yang
sedikit menarik garis gaya
magnetik. Contoh bahan
paramagnetik adalah aluminium,
magnesium, titanium,
platina dan fungston. Jika tidak
terjadi pengaruh medan
magnetik luar, bahan ini tidak
memperlihatkan efek dari
magnetik dikarenakan momen
magnetik total yang diakibatkan
gerak orbital dan juga elektron
relatif kecil. Tapi jika diberikan
pengaruh dari medan magnet
luar, sehingga akan timbul
momen yang cenderung
mensejajarkan medan magnet
dalam dengan medan magnet
luar

31. • Diamagnetik adalah bahan yang sedikit menolak garis gaya
magnetik. Contoh bahan diamagnetik adalah natrium, perak, bismut,
raksa, dan intan.
• Ketika tidak ada pengaruh medan magnet luar, momen magnetik
akibat gerak orbital dan spin elektron saling meniadakan. Saat ada
pengaruh medan magnet luar, maka akan timbul medan magnet
dalam tetapi masih lebih kecil dari medan magnet luar.

45. Sifat Magnet suatu benda

49. Magnet MRI

50. • MRI atau Magnetic Resonance Imaging adalah suatu teknik pencitraan
diagnostik dengan memanfaatkan magnet dan gelombang radiofrekuensi.
Dalam sebuah sistem MRI ada beberapa bagian penyusunnya, diantaranya
adalah sistem magnet, sistem radiofrekuensi, sistem gradient dan sistem
komputer. Dari keempat sistem tersebut salah satu sistem yang menjadi
awal terciptanya MRI adalah sistem magnet
• Sistem magnet MRI dikenal sebagai salah satu sistem magnet yang memiliki
kuat medan yang cukup besar. Sistem magnet MRI selalu menyala
meskipun tidak sedang melakukan scanning. Daya tariknya bisa membuat
benda-benda logam disekitarnya menjadi proyektil dan bahkan mampu
untuk menarik besi-besi rel kereta.
• Sehingga saat pemasangan MRI perlu diperhatikan agar daerah sekitar area
pemasangan MRI benar-benar aman. Medan magnet MRI yang berada
diluar area MRI disebut sebagai medan magnet tepi. Medan magnet tepi
ini dapat dibatasi pada lokasi tertentu.

51. Magnet MRI
Sebagai inti dari Pencitraan MRI adalah magnet untuk menghasilkan medan
magnet statis. Berikut 3 macam magnet yang sekarang dipakai dalam sistem
MRI:
1. Magnet tetap (Permanent Magnet/PM)
2. Magnet resistif (Resistive Magnet/RM)
3. Magnet superkonduktif (Superconductive Magnet/SCM)

52. 1. Magnet tetap (Permanent Magnet/PM)
• Magnet permanen terbuat dari bahan besi, ferrite, atau baja yang
bersifat sebagai magnet tetap.
• Kelebihannya magnet ini tidak memerlukan biaya operasional, medan
magnetnya tetap dan pengaruh medan magnet terhadap lingkungan
disekelilingnya kecil.
• Namun, kekuatan medan magnet yang dihasilkan terbatas, faktor
berat, dan kestabilan termalnya juga terbatas.
• Sistem MRI dengan magnet permanen memiliki sensitivitas tinggi
terhadap kestabilan suhu, sehingga magnet ini memerlukan sistem
pemanas yang akan menjaga kestabilan suhu magnet.
• Arah medan magnet utama yang dihasilkan adalah horizontal atau
vertikal. Kuat medan magnet permanen hanya mencapai 0.3 Tesla
dengan berat magnet 100 ton.

53. 1. Magnet tetap (Permanent Magnet/PM)
Magnet tetap adalah sama dengan suatu magnet batang. Sistem MRI yang
menggunakan suatu magnet tetap dapat dianggap suatu magnet batang
yang besar.
Keuntungan sistem ini adalah biaya pemakaian (running cost) yang sangat
rendah dibanding sistem yang lain (magnet kumparan dan magnet
superkonduktif).
2. Magnet Resistif (Resistive Magnet/RM)
Magnet resistif dapat dianggap suatu magnet listrik. Magnet ini
menghasilkan medan magnet yang kuat dengan mengalirkan suatu arus
listrik yang besar melalui suatu kumparan tembaga, aluminium, atau materi
yang lain yang mempunyai hambatan listrik (electric resistance) rendah.

54. 2. Magnet Resistif (Resistive Magnet/RM)
• Prinsip magnet resistif adalah arus listrik searah dialirkan melalui kumparan
sehingga dihasilkan medan magnet listrik. Kumparan yang digunakan
adalah kumparan yang memiliki tahanan ( 0,5) tertentu.
• Magnet ini cukup sederhana, namun memerlukan biaya operasional yang
besar, terutama untuk biaya listrik. Misalnya saja untuk membangkitkan
medan magnet sebesar 0,2 Tesla diperlukan sekitar 180 Ampere pada 90
Volt DC, dengan demikian diperlukan daya sebesar 16,200 kW.
• Selain itu terdapat disipasi panas, sehingga juga diperlukan sistem
pendingin. Arah medan magnet yang dihasilkan pada umumnya adalah
vertikal.
• Magnet ini memerlukan penyekat untuk melindungi lingkungan sekitarnya
terhadap pengaruh medan magnet. Magnet resistif hanya dapat dipakai
untuk menghasilkan kuat medan magnet 0.2 Tesla dengan homogenitas 0.3
ppm.

55. 3. Magnet Superkonduktif (Superconductive Magnet/SCM)
Sistem magnet ini menggunakan kumparan sebagai materi dengan
suatu gejala superkonduktif.
Gejala superkonduktif adalah bahwa hambatan listrik (electrical
resistance) dari suatu logam menjadi nol bila metal didinginkan dengan
temperature yang sangat rendah (1K=-273°C), dan temperature pada
saat tersebut disebut temperature kritis (critical temperature) Tc.
Hambatan listrik menjadi nol berarti bahwa suatu arus besar dapat
mengalir dengan memakai tegangan (voltage) rendah beberapa volt.
V=IR R=V/I hambatan kecil maka arus besar
R=ρl/A

56. 3. Magnet Superkonduktif (Superconductive Magnet/SCM)
• Prinsipnya hampir sama dengan magnet resistif, namun kumparan yang
digunakan berbahan niobium-titanium atau niobium-seng. Kumparan ini
harus didinginkan sampai suhu mendekati nol mutlak (4,2 Kelvin=-269C),
sehingga tercapai keadaan superkonduktif, yaitu tahanannya menjadi nol.
• Sekali arus listrik dialirkan maka akan mengalir terus menerus. Sehingga
biaya operasionalnya menjadi lebih murah dan magnet yang dihasilkan
lebih kuat dan stabil.
• Namun, biaya operasional bertambah karena ada perlengkapan tambahan
cryogen yaitu helium dan nitrogen cair untuk menjaga agar kumparan tetap
berada pada suhu mendekati nol mutlak.
• Arah medan magnetnya horizontal. Magnet superkonduktif juga
memerlukan penyekat seperti magnet resistif. Kuat medan magnet yang
bisa dihasilkan bisa mencapai 2 sd 3 Tesla.

57. • Kekuatan medan magnet diukur dalam satuan Tesla atau Gauss, 1
Tesla = 10.000 Gauss.
• Sebagai perbandingan, kuat medan magnet bumi adalah antara 0,25
hingga 0,65 Gauss (25 hingga 65 mikrotesla). Magnet pintu lemari es
adalah 100 G, sedangkan kuat medan magnet dalam peralatan MRI
berkisar antara 0,2 Tesla hingga 7 Tesla.
• Berdasarkan kuat medan yang digunakan magnet dibedakan menjadi:
• Low Field, dengan medan magnet hingga 0,2 Tesla
• Midfield atau Intermediate Field, dengan medan magnet antara
0,2 Tesla hingga 1 Tesla
• High Field, dengan kuat medan magnet diatas 1 Tesla

58. • MRI dengan medan magnet 7 Tesla (Ultra High Field) awalnya hanya
digunakan untuk pesawat eksperimental.
• Persyaratan kuat medan magnet dalam MRI harus sangat homogen
karena akan berpengaruh langsung pada frekuensi presisi proton.
• Homogenitas medan magnet dinyatakan dalam satuan part per
million (ppm) dalam volume yang didefinisikan.
• Nilai homogenitas ini dapat dihitung dengan membagi perbedaan
nilai kuat medan maksimum dan minimum dengan rata-rata kuat
medan magnet dikalikan dengan 1 juta.

59. Magnet MRI selalu menyala, sehingga diperlukan penyekat yang disebut
juga shielding, bagaimana cara kerja shielding magnet dalam sistem MRI?
• Magnet MRI memiliki kekuatan medan magnet yang sangat besar,
medan magnet yang melampaui pusat magnet disebut sebagai
medan magnet tepi.
• Batasan aman medan magnet tepi agar aman adalah pada kekuatan
2,5 mT. Dalam rancangan ruangan MRI, garis medan magnet tepi 2,5
mT dijadikan sebagai sekat ruangan MRI dengan lingkungannya.
• Saat pemasangannya perlu diperhatikan batas-batas pengaruh medan
magnet yang mungkin ditimbulkan.
• Setiap sistem MRI dilengkapi dengan perisai medan magnetik. Perisai
medan magnetik terdiri dari perisai pasif dan perisai aktif.
• Perisai pasif dibuat dengan melapisi dinding ruangan MRI dengan
pelat besi (iron shielded).

60. Perisai Pasif pelat besi (iron shielded)
• Bidang medan magnet MRI memiliki garis bidang yang
menghubungkannya dengan kutub magnet.
• Garis bidangnya dapat meluas ke udara diluar pemindai. Udara tidak
memiliki magnetisme yang baik.
• Dengan adanya besi medan magnet dapat dialirkan dengan baik.
Medan magnet dapat dengan baik berada pada besi. Besi memiliki
magnetisme yang baik, sehingga medan magnet yang berada pada
besi tidak lagi meluas ke udara.

61. Perisai aktif
• Perisai aktif dibuat dengan menggunakan kumparan tambahan dalam
magnet superkonduktif untuk membatasi medan tepi.
• Pada perisai aktif, medan magnet diluar area medan magnet utama
dikompensasi dengan kumparan lain yang membangkitkan medan
magnet yang berlawanan dengan medan magnet yang dibangkitkan
oleh kumparan utama, dengan tujuan mengeliminasi medan magnet
di sisi luar medan magnet utama.
• Melawan medan magnet berarti mengurangi efek dari medan magnet
tepi.
• Dengan kombinasi kedua shielding ini (pasif dan aktif), medan magnet
dapat dikompensasi dengan baik.

62. Magnet MRI harus homogen, apa saja yang mempengaruhi homogenitas
magnet MRI dan apa akibat dari inhomogenitas?
• Homogenitas adalah keseragaman medan magnet pada bagian tengah bore MRI
saat tidak sedang dilakukan pemeriksaan.
• Homogenitas diukur dalam part per million (ppm) dengan diameter spherical
volume (DSV) tertentu. Misalnya pada magnet 3 Tesla homogenitasnya <1ppm
pada DSV 40 cm.
• Pastikan saat membandingkan homogenitas magnet DSV yang diambil sama,
karena saat terjadi peningkatan DSV menandakan terjadinya inhomogenitas.
• Magnet yang baru datang dari pabrik memiliki tingkatan yang jauh dari spesifikasi
ideal. Namun, saat ditempatkan di ruangan yang telah disiapkan, bidangnya akan
terdistorsi dengan adanya logam disekitarnya.
• Bidang pinggir dari scanner juga mempengaruhi medan magnet tersebut.
• Homogenitas magnet juga terpengaruh saat pasien dimasukan ke dalam bore
MRI. Ketika pasien dimasukkan kedalam bore MRI akan terjadi penyimpangan
atau distorsi medan magnet. Saat pencitraan berlangsung diperlukan
homogenitas sekitar 4 ppm untuk memberikan ketajaman geometris yang baik
dan untuk memungkinkan spektral fat saturation.

63. • Pada prosedur spektroskopi dibutuhkan homogenitas lebih dari 1
ppm.
• Homogenitas medan magnet berhubungan langsung dengan kualitas
gambaran dan berbagai artefak.
• Masalah yang dapat ditimbulkan oleh buruknya homogenitas magnet
(inhomogenitas) meliputi shading, distorsi spatial, kabur/blurring,
hilangnya intensitas sinyal, profil irisan melengkung, dan artefak
moire (zebra).
• Kemudian efek lainnya yang paling umum akibat homogenitas yang
buruk akan terlihat saat pencitraan dengan teknik spektral fat
saturation.
• Untuk menghindari efek akibat inhomogenitas magnet ada proses
menghomogenkan magnet yang disebut sebagai Shimming.

64. Shimming
• Shimming terbagi dua yaitu shimming passive dan shimming active.
• Shimming passive dilakukan dengan cara memasangkan pelat-
pelat besi pada bagian tertentu disepanjang bore MRI saat
perakitan MRI.
• Shimming active dilakukan pada saat pemeriksaan dilakukan
secara otomatis, shimming active sering juga disebut sebagai shim
coil yang diatur untuk mendapatkan homogenitas medan magnet
maksimum saat pemeriksaan.

65. Perbedaan type magnet yang digunakan dalam MRI akan menyebabkan
perbedaan kuat medan magnet yang dihasilkan, apakah perbedaan kuat
medan magnet MRI mempengaruhi hasil gambaran MRI?
• Perbedaan jenis magnet yang digunakan akan menghasilkan kuat medan magnet
yang berbeda.
• Generasi awal dari MRI scanner menggunakan magnet jenis permanen magnet
dengan kekuatan medan magnet yang rendah.
• Dalam perkembangannya mulai digunakan magnet resistif hingga yang paling
banyak digunakan saat ini adalah magnet superkonduktif.
• Magnet superkonduktif yang sudah dikembangkan dapat mencapai kekuatan 7
Tesla. Namun, yang masih banyak digunakan adalah magnet kekuatan 1,5 Tesla
dan 3 Tesla.
• Dengan meningkatnya kuat medan magnet maka frekuensi larmor juga akan
meningkat, yang berarti frekuensi presisi suatu proton semakin cepat, dimana
berlaku persamaan  = .B0. Selain itu proton yang paralel juga akan lebih
banyak. Semakin banyak proton yang paralel maka kualitas sinyal yang diberikan
semakin bagus sehingga akan menaikan SNR.
• Dengan bertambahnya kekuatan magnet, sensitivitas dan resolusi gambaran/citra
yang dihasilkan juga akan meningkat. Gambarnya akan semakin jernih dan detail
anatomi akan terlihat.

69. • Fonon merupakan gelombang getaran dalam kristal seperti halnya
pada gelombang cahaya. Getaran atom dalam kristal tak begitu
banyak pada suhu rendah, gelombang getaran atom harus dipandang
seperti fonon, agar dapat diterangkan hasil pengukuran perubahan
kapasitas kalor terhadap suhu pada suhu
rendah. Konduksi kalor dalam bahan padat secara mikroskopik hanya
dapat diterangkan dengan adanya benturan antara fonon dengan
fonon lainnya
• pasangan Cooper atau Cooper pairs adalah sepasang elektron (atau
fermion lainnya) yang terikat bersama pada suhu rendah dengan cara
tertentu