Disini kita akan mengulas sedikit mengenai fisika kuantum dan fenomenanya. MRI adalah sebuah alat yang luar biasa untuk melihat tubuh bagian dalam dengan akurasi tinggi. Alat ini mampu mendeteksi molekul air dan menjadi sangat berguna untuk tubuh manusia yang terdiri dari 70% air. Air itu sendiri tersusun dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Khusus MRI hanya akan mendeteksi atom hidrogen saja dan mengabaikan atom lain selain hidrogen. Atom hidrogen memiliki inti atom dengan satu elektron yang mengelilinginya. Mesin MRI secara spesifik hanya bekerja pada inti atom hidrogen. Persis dengan cara kerja instrumen Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (H-NMR).
Mesin ini dirancang dengan ilmu mekanika kuantum dan mari kita melihat lagi dunia kuantum. Inti hidrogen memiliki perilaku putaran nuklir yang disebut spin. MRI sendiri tidak begitu saja mendeteksi inti atom hidrogen. Bagaimana mekanismenya?
MRI memiliki medan magnet kuat yang mengelilingi tubuh pasien. Medan magnet tersebut mendeteksi spin inti hidrogen. Spin yang terdeteksi pada inti atom hidrogen memiliki arah spin yang sama atau yang berlawanan dengan medan magnet.
Spin yang searah tidak butuh banyak energi untuk berputar. Sementara spin yang berlawanan arah memiliki tingkat energi yang lebih tinggi. Perilaku dari spin searah inilah yang memiliki peranan penting untuk kerja mesin MRI. Mesin MRI memiliki kumparan kawat khusus selain medan magnet yang digunakan untuk “mengganggu” inti spin searah. Arus listrik yang menuju kumparan akan menciptakan gelombang yang bisa diubah menjadi gelombang radio, kumparannya disebut Radio Frequency Coil (RF coil).
Inti hidrogen yang memiliki energi rendah (spin searah) akan menyerap energi yang dikirim oleh RF coil, kemudian gelombang yang terserap akan mengubah orientasi spin menjadi energi yang lebih tinggi. Saat RF coil dihentikan, inti hidrogen yang menyerap energi akan tereksitasi dan kembali ke keadaan dasar dengan tingkat energi yang lebih rendah. Proses kembali ke keadaan semula ini juga akan melepas energi dalam bentuk gelombang.
Kemudian energi yang terlepas akan dikirim ke kumparan penerima dan diubah menjadi arus listrik kembali dan diterjemahkan dalam bentuk gambar. Dengan cara inilah mesin mendeteksi inti hidrogen dalam tubuh.
Bagaimana mesin MRI memindai area tubuh tertentu?
Mesin canggih ini ternyata tidak instan dalam memindai seluruh bagian tubuh. Jika dilakukan sekaligus, sinyal yang diterima akan campur aduk dan berantakan. Maka dari itu mesin ini di desain memiliki perubahan pada “frekuensi resonansi”. Ternyata energi yang diserap oleh inti atom hidrogen adalah energi dengan frekuensi yang spesifik. Jika energi yang diberikan berada diatas atau dibawah frekuensi resonansi inti, maka ia tidak akan diserap
Oleh karena itu, frekuensi gelombang radio yang diberikan harus sesuai dengan frekuensi resonansi inti (Nuclear magnetic resonance). Itulah mengapa alat ini disebut Magnetic resonance Imaging (MRI). Literatur menyebutka juga bahwa penamaan MRI untuk meghindari kata nuklir di masyarakat umum karena istilah ini merujuk pada perang dengan nuklir.
Frekuensi resonansi inti hidrogen bergantung pada kekuatan medan magnet. Semakin tinggi medan magnet maka semakin tinggi pula frekuensi resonansi dan begitupun sebaliknya.
Sebenarnya, medan magnet utama pada mesin MRI memiliki kekuatan yang sama di seluruh areanya. Tapi ada kumparan khusus yang digunakan untuk mengubah kekuatan medan magnet utama. Kumparan ini memodifikasi medan magnet yang diterima tubuh pasien, sehingga salah satu ujung tubuh pasien memiliki medan magnet yang lebih kuat dan ujung lainnya memiliki medan magnet yang lebih lemah.
Perbedaan tersebut menyebabkan frekuensi yang ditembak oleh RF akan berbeda, jika yang ditembak adalah area kepala maka hanya ada citra area sekitar kepala, jika yang ditembak di area kaki maka yang akan muncul adalah citra area kaki saja. Dengan begitu MRI akan memperoleh secara spesifik area tubuh pasien.
Penjelasan diatas merupakan penjelasan sederhana dari cara kerja alat yang sangat rumit. Hal yang lebih mendetail cukup sulit untuk dijelaskan karena diluar kapasitas pemahaman saya sebagai penulis.
Namun, ada hal lain yang juga menarik minat saya, yaitu superkonduktor yang terdapat dalam MRI. Mungkin prinsipnya akan sama dengan peluru baja perak yang ditembak oleh salah satu tokoh cerita dalam Film detektif Conan. Dimana peluru tersebut melesat dalam superkonduktor tanpa hambatan untuk sampai menembus di bahu kanan pelaku.
(Berlanjut di artikel ke-2 yang berjudul Quench)
Referensi :
– https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/physical-processes/proton-nuclear-magnetic-resonance/a/magnetic-resonance-imaging-mri
– https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/magnetic-resonance-imaging-mri
– https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging
If you want something, all the universe conspires in helping you to achieve it