MRI SCANNER

Hasil Pekerjaannya Lebih Tajam dan Cepat

0
8
(Sumber foto : http://www.howstuffworks.com/mri.htm)

Amplifier hemat energi dan tingkat kebisingannya rendah saat digunakan untuk MRI scanner. Penemuan itu meningkatkan harapan para ahli khususnya di Jerman dan Prancis  untuk menangkap gambar dari dalam tubuh manusia secara lebih terperinci. Proyek itu dikerjakan oleh Siemens, Bruker BioSpin, IA, Departemen Rekayasa Mikrosistem (IMTEK) dan Pusat Kesehatan—kedua  lembaga ini milik Universitas Freiburg, Jerman.

Sebuah tomat cherry dengan diameter 3 cm digunakan sebagai subjek tes untuk generasi baru pemindai MRI.(Foto © Fraunhofer IAF/Fotolia)
Sebuah tomat cherry dengan diameter 3 cm digunakan sebagai subjek tes untuk generasi baru pemindai MRI.(Foto © Fraunhofer IAF/Fotolia)

Sebuah trik lapisan 

Elektron diberi tumpangan kasar pada amplifier silikon tradisional. Partikel-partikel bermuatan negatif ini terus-menerus ditarik oleh lubang-lubang bermuatan positif di sepanjang jalan, sehingga partikel-partikel tersebut tersentak ketika melewati semikonduktor seperti mobil yang melewati jalanan berlubang.

Advertisement

Hal yang sangat berbeda terjadi pada transistor mobilitas elektron tinggi IAF (Applied Solid State Physics). Di sini, area dengan muatan negatif dan positif dipisahkan oleh lapisan penengah, yang memungkinkan elektron untuk bergerak lebih bebas. Manfaat dari disain ini adalah kebisingan yang rendah dan panas berkurang. Strategi khusus para peneliti IAF adalah menumbuhkan lapisan semikonduktor sedemikian rupa sehingga tekanan mekanis minimal naik.

Oleh karena pada kenyataannya kisi kristal arsenide gallium dan lapisan perantara yang kaya akan indium adalah tidak cocok: teknologi lapisan pada awalnya dikembangkan untuk substrat yang terbuat dari phosphide indium, namun bahan ini sangat mahal.
Istilah “produk sampingan” tidak menimbulkan gambaran mengenai peralatan berteknologi tinggi. Sebaliknya, kedengarannya seperti sesuatu yang tidak orang pergunakan. Namun, ketika Dr. Michael Schlechtweg dari Institut Fraunhofer untuk Applied Solid State Physics IAF di Freiburg menggunakan ungkapan ini, tak perlu dikatakan lagi bahwa dia hendak menyampaikan sesuatu yang sama sekali berbeda yakni teknologi canggih yang dikembangkan untuk tujuan khusus, tetapi yang menemukan aplikasi baru di bidang ilmiah lain. Inilah yang terjadi dengan transistor mobilitas elektron tinggi metamorf IAF.

“Ini adalah komponen teknologi tinggi yang sebenarnya kami kembangkan untuk amplifier frekuensi tinggi pada sistem penerima satelit dan astronomi radio,” jelas Schlechtweg, kepala departemen Peralatan dan Sirkuit Frekuensi Tinggi, dan menambakan, “tapi performanya sama mengesankan ketika digunakan sebagai amplifier untuk pencitraan resonansi magnetik.”

(Sumber foto : http://www.howstuffworks.com/mri.htm)
(Sumber foto : http://www.howstuffworks.com/mri.htm)

Pada tahun 2006, kedua menteri yang menangani penelitian dan teknologi di Jerman dan Prancis sepakat untuk meluncurkan proyek gabungan yang disebut INUMAC (Imaging of Neuro disease Using high-field MR and Contrastophores). Lembaga itu didirikan untuk mengkonsolidasikan posisi terdepan kedua negara tersebut khususnya di bidang teknologi kedokteran dengan biaya sebesar 200 juta Euro.

Proyek itu rampung pada tahun 2011, dan hasilnya sangat mengesankan. Perusahaan seperti Siemens dan Bruker BioSpin bekerja sama dengan IA, Departemen Rekayasa Mikrosistem (IMTEK) di Universitas Freiburg dan Pusat Kesehatan Universitas Freiburg untuk mengembangkan teknologi penting untuk pemindai MRI dengan kekuatan medan yang sangat tinggi untuk aplikasi medis.

Semakin tinggi kekuatan medan, semakin halus detil yang dapat dideteksi ketika tubuh manjusia atau sebuah benda dipindai. Perangkat klinis saat ini biasanya bekerja dengan kekuatan medan magnet sampai 3 tesla. Sebaliknya, proyek INUMAC bertujuan untuk mencapai level kekuatan medan pada 9,4 tesla.

Fitur bising dan kabur

Siapa pun yang pernah berada di bawah lorong MRI di klinik mungkin akrab dengan kumparan berat yang ditempatkan oleh staf pada kaki atau perut pasien. Kumparan tersebut dipergunakan untuk mengambil sinyal resonansi magnetik lemah dari atom hidrogen yang bergerak ke sana ke mari di dalam tubuh, yang pada gilirannya memberikan informasi tentang struktur dan komposisi jaringan. Pemindai MRI terkini memiliki fitur berupa puluhan saluran penerima semacam ini.

Sinyal dari dalam tubuh dikumpulkan dari sejumlah sudut, menyediakan data mentah untuk gambar tiga dimensi yang dapat diputar-putar dan diperbesar oleh dokter pada layar komputer ketika melakukan diagnosis.

Untuk mendapatkan resolusi yang lebih tinggi, akan lebih baik jika menggunakan lebih banyak kumparan, terutama yang lebih kecil, dan ditekan secara erat ke tubuh. Kumparan fleksibel desain ini kini telah dikembangkan oleh IMTEK di Freiburg, menggunakan printer khusus untuk menerapkan tinta konduktif elektrik pada papan sirkuit fleksibel.

Namun, kumparan miniatur ini hanya dapat memasok sinyal pengukuran yang lemah. Sinyal yang ditangkap oleh kumparan tradisional biasanya berjalan sepanjang beberapa meter kabel yang terlindung sebelum diperkuat. Pada tahap ini, sinyal sudah mengalami cukup banyak suara, yang mengaburkan detil pada gambar. Idealnya, sinyal akan diperkuat pada kumparan itu sendiri, tetapi hal ini tidak mungkin untuk saat ini karena tingginya penumpukan panas pada amplifier.

Baca juga :   Begini Cara Mengurai Kepadatan Lalu Lintas

Di sinilah teknologi IAF memainkan perannya. Chip amplifier dengan transistor mobilitas elektron tinggi metamorf dibuat dengan menggunakan teknologi arsenide gallium. Berkat kandungan indium yang sangat tinggi, pembawa muatan sangat bebas bergerak, yang mana meminimalkan kebisingan dan perkembangan panas. Namun sampai sekarang, orang hanya berpikir untuk menggunakan komponen yang mahal ini dalam rekayasa telekomunikasi dengan frekuensi tinggi pada kisaran Terahertz atau pada astronomi radio, di mana sinyal yang sangat samar dijemput pada kedalaman ruang. Sebuah MRI scanner 9,4 tesla menghasilkan sinyal pada frekuensi yang relatif rendah pada 400 MHz, yang biasanya akan dianggap sebagai lingkup dari amplifier silikon konvensional. Tapi IAF memilih untuk tetap pada  gallium arsenide: “Kami ingin mencoba peluang hasil terbaik pada proyek INUMAC,” kata Schlechtweg.
Jelas terlihat bahwa tujuan ini telah diraih dari hasil pengukuran yang direkam oleh mitra proyek Bruker BioSpin di Rheinstetten, produsen scanner MRI medan tinggi untuk penelitian biologis dan bahan-bahan. Karena sinyal yang lemah diperkuat secara langsung pada kumparan, sinyal-sinyal tersebut diperkuat jauh di atas batas kebisingan, meningkatkan rasio sinyal-ke-suara hingga empat faktor. Di masa depan, ini artinya bahwa pemindai MRI dapat memanfaatkan sinyal yang lebih lemah, dan dokter nantinya bisa melihat rincian organ yang sampai sekarang masih tersembunyi dari pandangan.

Arsenide gallium memungkinkannya: lebih halus, lebih cepat dan lebih baik

Pada saat amplifier silikon mengkonsumsi listrik sekitar 2 watt dan melepaskan sebagian besar dari energinya sebagai panas, amplifier arsenide gallium yang menggunakan teknologi yang dikembangkan oleh IAF mengkonsumsi hanya 7,5 miliwatt listrik-kurang dari 1/250 dari jumlah di atas. Berbaring di bawah puluhan kumparan yang dilengkapi dengan amplifier silikon, pasien akan merasa bagaikan ayam yang dipanggang di atas sebuah spit. Sebaliknya, amplifier IAF hampir tidak terasa sama sekali.

“Manfaat utama dari menggunakan teknologi kami dalam pemindai MRI adalah bahwa teknologi ini menghasilkan sangat sedikit panas,” jelas Hermann Maßler, yang bekerja di departemen Schlechtweg di IAF.

(Sumber foto : http://www.magnet.fsu.edu/education/)
(Sumber foto : http://www.magnet.fsu.edu/education/)

Inovasi ini telah menciptakan sebuah dunia peluang baru. Salah satu ide tim riset IAF adalah membuat helm dengan seratus kumparan fleksibel yang dapat dipasang secara pas di sekeliling kepala, dilengkapi dengan seratus pra-amplifier arsenide gallium. Alat tersebut akan menghasilkan gambar otak dengan tingkat detail yang belum pernah terlihat sebelumnya dalam ilmu kedokteran—sementara kepala pasien tetap dingin selama keseluruhan prosedur. “Namun demikian, itu terserah produsen seperti Siemens dan Bruker apakah ide ini akan diterapkan atau tidak,” ungkap Maßler.

Yang paling penting, teknologi baru cenderung berbiaya mahal, setidaknya ketika produk diluncurkan di pasar. Akan tetapi, pada titik ini, Michael Schlechtweg menginformasikan yang meyakinkan. Meskipun benar bahwa chip amplifier arsenide gallium jauh lebih mahal daripada chip silikon, ini hanya terjadi untuk jumlah produksi sebanyak jutaan, di mana jumlah tersebut merupakan skala biasa untuk produksi barang-barang elektronik konsumen.

Ketika diproduksi ratusan atau ribuan chip arsenide gallium dan ongkosnya lebih murah dibandingkan dengan yang terbuat dari silikon. Selain itu, biaya yang dikeluarkan menjadi tidak penting ketika komponen digunakan dengan pemindai MRI 9 tesla, yang diproduksi secara individual dengan biaya beberapa juta euro.

Seperti yang Schlechtweg katakan, “Di pasar, untuk peralatan berkelas, orang membayar untuk performa, dan biaya amplifier benar-benar bukan faktor yang signifikan.” (Diolah dari tulisan Bernd Müller; fraunhofer,de/magazine)

Advertisement

Tulis Opini Anda