Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah salah satu alat paling berharga yang digunakan oleh dokter untuk mendiagnosis penyakit. Namun bahkan dengan pemindai canggih saat ini, masih sulit untuk menghasilkan gambar yang jelas pada area tertentu. Struktur otak bagian dalam dan jaringan halus pada mata dan orbit sekitarnya sangat menantang karena perangkat keras yang bertanggung jawab untuk mentransmisikan dan menerima sinyal frekuensi radio.
Kini, tim yang dipimpin oleh Nandita Saha, seorang mahasiswa doktoral di laboratorium resonansi magnetik medan ultra-tinggi eksperimental Profesor Thoralf Niendorf di Max Delbrück Center, telah mengembangkan antena MRI baru berdasarkan bahan teknik canggih. Inovasi ini menghasilkan gambar yang lebih tajam dalam waktu lebih singkat dan dapat diintegrasikan ke dalam sistem MRI yang sudah ada dibandingkan memerlukan mesin yang benar-benar baru. Temuan mereka dipublikasikan di Materi tingkat lanjut.
Proyek ini mempertemukan para ahli di bidang fisika MRI, oftalmologi klinis, dan pencitraan translasi dari Max Delbrück Center dan University Medical Center Rostock. Peneliti Rostock juga membantu memvalidasi teknologi tersebut untuk penggunaan klinis di masa depan.
“Dengan menggunakan konsep metamaterial, kami dapat memandu bidang frekuensi radio dengan lebih efisien dan menunjukkan bagaimana fisika tingkat lanjut dapat secara langsung meningkatkan pencitraan medis,” kata Niendorf, penulis utama makalah tersebut. “Pekerjaan ini menunjukkan jalan menuju pemindaian MRI yang lebih cepat dan jelas yang dapat bermanfaat bagi pasien di banyak bidang klinis.”
Metamaterial meningkatkan kinerja MRI
Pemindai MRI membuat gambar dengan mengirimkan sinyal frekuensi radio (RF) ke dalam tubuh saat medan magnet yang kuat diterapkan. Saat jaringan merespons sinyal-sinyal ini, pemindai mengumpulkan informasi yang diperlukan untuk menghasilkan gambar. Sinyal yang lebih kuat umumnya menghasilkan analisis yang lebih jelas dan rinci.
Kumparan MRI tradisional, juga dikenal sebagai kumparan RF, sering kali kesulitan mengumpulkan sinyal yang cukup dari jaringan jauh di dalam tubuh atau di daerah yang secara anatomis kompleks. Akibatnya, kualitas gambar mungkin menurun dan sesi pemindaian mungkin memerlukan waktu lebih lama.
Untuk mengatasi keterbatasan ini, para peneliti memasukkan metamaterial langsung ke dalam kumparan MRI. Metamaterial adalah struktur yang dirancang khusus yang berinteraksi dengan gelombang elektromagnetik dengan cara yang tidak dapat dilakukan oleh bahan alami. Dalam pengujian, antena baru ini memperkuat sinyal dari jaringan target, meningkatkan resolusi spasial, meningkatkan ketajaman gambar, dan mempercepat pengumpulan data.
Keuntungan penting adalah antena ini kompatibel dengan peralatan MRI yang ada, sehingga menghilangkan kebutuhan akan infrastruktur baru yang mahal. Para peneliti menguji desain tersebut dengan memotret mata dan orbit sukarelawan menggunakan pemindai MRI 7.0 Tesla.
“Penelitian kami menunjukkan relevansi yang jelas untuk aplikasi oftalmologi, karena dapat memfasilitasi MRI mata dengan detail anatomi dan resolusi spasial tinggi,” jelas Profesor Oliver Stachs, salah satu penulis makalah di Medical University of Rostock. “Hal ini menawarkan potensi untuk membuka jendela ke dalam mata dan ke dalam proses (pato) fisiologis yang, di masa lalu, sebagian besar tidak dapat diakses.”
Potensi di luar pencitraan mata
“Tujuan kami adalah memikirkan kembali perangkat keras MRI berdasarkan fisika desain antena modern,” tambah Saha.
Dia mengatakan teknologi ini juga dapat diadaptasi untuk membantu melindungi bagian sensitif tubuh selama pemindaian MRI dengan mengurangi panas yang tidak diinginkan di sekitar implan medis. Selain itu, teknologi ini juga dapat meningkatkan pengobatan kanker yang dipandu MRI dengan mengarahkan energi RF secara lebih tepat untuk prosedur seperti hipertermia tumor atau ablasi jaringan termal.
Analisis lebih cepat dan diagnostik lebih baik
Pemindaian MRI bisa memakan waktu lama dan tidak nyaman, terutama bila pemindaian harus diulang karena detail anatomi penting sulit ditangkap. Dengan menghasilkan gambar yang lebih jelas dan lebih cepat, antena baru ini dapat mengurangi waktu pemindaian sekaligus memberikan kepercayaan lebih besar kepada dokter dalam diagnosisnya.
Karena antenanya ringkas dan ringan, antena ini juga dapat disesuaikan untuk berbagai bagian tubuh, sehingga berpotensi meningkatkan kenyamanan pasien selama pengambilan gambar.
Niendorf mengatakan desain tersebut pada akhirnya dapat disesuaikan dengan sistem MRI yang beroperasi pada kekuatan medan magnet di bawah dan di atas 7,0 T. Ini juga dapat diadaptasi untuk pencitraan organ di luar mata, orbit dan otak, atau digunakan untuk memantau metabolisme dan melacak bagaimana obat bergerak ke seluruh tubuh.
Teknologi ini juga dapat meningkatkan teknik MRI khusus yang menggambarkan atom selain hidrogen, termasuk natrium dan fluor, dengan menghasilkan sinyal yang lebih kuat dan gambar berkualitas lebih tinggi.
“Inovasi dalam perangkat keras pencitraan berpotensi mengubah diagnostik, dan penelitian ini merupakan langkah penting menuju teknologi MRI generasi berikutnya,” kata Dr. Ebba Beller, salah satu penulis makalah di University of Rostock Medical Center.
Langkah selanjutnya
Tim peneliti sedang mempersiapkan studi klinis yang lebih besar yang melibatkan banyak rumah sakit sambil memodifikasi antena untuk organ tambahan, termasuk jantung dan ginjal. Kolaborasi jangka panjang antara Stachs dan Niendorf juga akan berlanjut melalui penunjukan timbal balik para ilmuwan yang berkunjung.
Proyek ini didanai oleh DFG sebagai bagian dari kolaborasi antara Max Delbrück Center dan Universitas Kedokteran Rostock.
