NMR & Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Mungkin sebagian dari anda sudah banyak yang mengetahui atau bahkan belum mengetahui apa itu Nuclear Magnetic Resonance (NMR) dan apa kegunaannya. Aplikasi yang sangat dikenal dari NMR ini adalah MRI (Magnetic Resonance Imaging). MRI menjadi terus berkembang dan terkenal didalam dunia medis sebagai suatu cara untuk mendapatkan gambaran akurat interior dari organ tubuh manusia dengan cara yang aman dan non-invasive. Namun apakah kalian tahu tentang beberapa tujuan dan dasar dari NMR itu apa? berikut saya hanya akan menjelaskan dasar dari cara kerja NMR dan lalu dilanjutkan aplikasi di MRI.

• Prinsip Dasar NMR

NMR ini sampai di awal 1970-an merupakan suatu teknik yang sangat berguna khususnya untuk di bidang fisika maupun kimia. Di bidang fisika biasanya menggunakan NMR Spectroscopy untuk mempelajari interaksi dari inti atom. Sedangkan untuk di bidang Kimia umumnya digunakan untuk menentukan struktur kimia dari suatu molekul yang kecil. Dengan perkembangan teknik yang sangat cepat seperti Fourier transform NMR, dan 2-dimensi dan 3-dimensi NMR, para ahli biokimia dan biofisika menggunakan metode ini untuk bisa menjelaskan struktur molekul yang lebih besar seperti Protein. 

Gambar 1) Muatan inti yang menghasilkan Medan Magnet 

Gambar 1) diatas merupakan ilustrasi dari sebuah inti yang mempunyai nomor massa dan nomor atom yang ganjil. dimana setiap inti yang bernomor massa dan atom ganjil pastilah memiliki Spin Inti. Inti yang mempunyai Spin akan menghasilkan medan magnet. inti ini juga diilustrasikan sebagai 'bar magnet'.

Gambar 2) Atom bermuatan sama dengan 'bar magnet'

Ilustrasi gambar 2) diatas merupakan spin proton yang diberi medan magnet luar, maka dia akan berperilaku seperti 'bar magnet'. di gambar sebelah kanan merupakan keadaan paling tidak stabil karena kutub yang sama berdekatan dan butuh energy yang besar untuk mempertahankan kondisi tersebut.

 Gambar 3) Energi Level Spin Inti

Jika inti atom diberi medan magnet atau energi dari luar, maka energi tersebut dapat diserap inti yang nantinya dapat merubah arah dari spin inti. Jika setiap proton menyerap energi dari medan magnet yang diberikan, maka tidak banyak informasi yang bisa didapat. Namun kenyataannya energi dari luar tersebut tidak dapat terabsorpsi sempurna, karena setiap proton pastilah dikelilingi oleh elektron. elektron yang mengelilingi proton akan melindungi dan berlawanan dari medan magnet luar.

 Gambar 3) Besar Medan Magnet terhadap spin inti

Gambar 3) menjelaskan bahwasannya untuk dapat memutar spin inti, maka dibutuhkan medan dari luar. Gambar 3) sebelah kiri menjelaskan jika proton tidak dikelilingi oleh elektron, sehingga medan dari luar terabsorpsi dan dapat memutar arah dari spin inti dan energi level pun akan naik. sedangkan yang tengah adalah ketika ada elektron yang berputar menutupi proton, sehingga medan dari luar tidak cukup mampu untuk memutar arah spinnya. sehingga butuh energi medan yang lebih besar lagi untuk memutar arah spin walaupun proton dikelilingi oleh elektron, seperti digambar paling kanan.

Gambar 4) sketsa alat NMR

Gambar 4) merepresentasikan cara kerja dari NMR, dimana sample tube adalah objek yang ingin diketahui struktur dan interaksi dari suatu objek. dimana objek tersebut dikelilingi oleh medan magnet dari luar yang diberi suatu besaran tertentu. di samping itu input yang diberikan frekuensi radio dari luar dan langsung diberikan ke objek tersebut. Respon atau energi yang diserap dari atom akan direkam oleh detektor, dan nantinya akan bisa dilihat dalam bentuk spektrum. Hasil spektrum tersebut dapat membedakan struktur dan sifat dari suatu objek tersebut.

• Aplikasi NMR di Dunia Medis (MRI)

Pencitraan resonansi magnetik (Magnetic Resonance Imaging, MRI) ialah gambaran potongan cara singkat badan yang diambil dengan menggunakan daya magnet yang kuat mengelilingi anggota badan tersebut. Berbeda dengan "CT scan", MRI tidak memberikan rasa sakit akibat radiasi karena tidak digunakannya sinar-X dalam proses tersebut.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan suatu teknik  yang digunakan untuk menghasilkan gambar organ dalam pada organisme hidup dan juga untuk menemukan jumlah kandungan air dalam Struktur Geologi. Biasa digunakan untuk menggambarkan secara Patologi atau perubahan fisiologi otot hidup dan juga memperkirakan ketelusan batu kepada hidrokarbon.

Cara Kerja MRI

• Pertama, putaran nukleus atom molekul otot diselarikan dengan menggunakan medan magnet yang berkekuatan tinggi.
• Kemudian, denyutan/pulsa frekuensi radio dikenakan pada tingkat menegak kepada garis medan magnet agar sebagian nuklei hidrogen bertukar arah.
• Selepas itu, frekuensi radio akan dimatikan menyebabkan nuklei berganti pada konfigurasi awal. Ketika ini terjadi, tenaga frekuensi radio dibebaskan yang dapat ditemukan oleh gegelung yang mengelilingi pasien.
• Sinyal ini dicatat dan data yang dihasilkan diproses oleh komputer untuk menghasilkan gambar otot.

Dengan ini, ciri-ciri anatomi yang jelas dapat dihasilkan. Pada pengobatan, MRI digunakan untuk membedakan otot patologi seperti tumur otak dibandingkan otot normal.

Teknik ini bergantung kepada ciri tenang nuklei hidrogen yang dirangsang menggunakan magnet dalam air. Bahan contoh ditunjukkan seketika pada tenaga radio frekuensi, yang dengan kehadiran medan megnet, membuatkan nuklei dalam keadaan bertenaga tinggi. Ketika molekul kembali menurun kepada normal, tenaga akan dibebaskan ke sekitarnya, melalui proses yang dikenal sebagai relaksasi. Molekul bebas menurun pada ambang normal, tenang lebih pantas. Perbedaan antara kadar tenang merupakan asas gambar MRI--sebagai contoh, molekul air dalam darah bebas untuk tenang lebih pantas, dengan itu, tenang pada kadar berbeda berbanding molekul air dalam otot lain.

Kelebihan MRI

Salah satu kelebihan tinjau MRI adalah, menurut pengetahuan pengobatan masa kini, tidak berbahaya kepada orang yang sakit. Berbanding dengan CT scans "computed axial tomography" yang menggunakan aksial tomografi berkomputer yang melibatkan dos radiasi mengion, MRI hanya menggunakan medan magnet kuat dan radiasi tidak mengion "non-ionizing" dalam jalur frekuensi radio. Bagaimanapun, perlu diketahui bahwa orang sakit yang membawa benda asing logam (seperti serpihan peluru) atau implant terbenam (seperti tulang Titanium buatan, atau pacemaker) tidak boleh dipindai di dalam mesin MRI, disebabkan penggunaan medan megnet yang kuat.

Satu lagi kelebihan scan MRI adalah kualitas gambar yang diperoleh biasanya mempunyai resolusi lebih baik berbanding CT scan. Lebih-lebih lagi untuk scan otak dan tulang belakang walaupun mesti dicatat bahwa CT scan kadangkala lebih berguna untuk cacat tulang.

Please enjoy this Movie!

Referensi :

•  L. G. Wade, Jr. 2003. Organic Chemistry, 5th Edition. Dallas : Prentice Hall.
• Pattabhi, Vasantha & Gautham N. 2002. BIOPHYSICS. USA : Kluwer Academic Publishers
• http://id.wikipedia.org/wiki/Pencitraan_resonansi_magnetik