e-ISSN 2621-7457 , p-ISSN 2356-301X

## Jurnal Imejing Diagnostik
http://ejournal.poltekkes- smg.ac.id/ojs/index.php/jimed/index
Analisis Signal To Noise Ratio pada Variasi Nilai Sensitive Encoding MRI Brain Sekuens DWI Potongan Axial
Hernastiti Sedya Utami 1 , Fani Susanto 2 Arga Pratama Rahardian 3 , Muhammad Erfansyah 4 1,2,3) Department of Radiologic Imaging Technology, Universitas Muhammadiyah Purwokerto, Indonesia
4 Poltekkes Kemenkes Semarang, Indonesia
Corresponding author: Hernastiti Sedya Utami e-mail: hernastitisedyautami@.ump.ac.id
Received: January 29 th , 2021; Revised: January 31 th , 2021; Accepted: February 31 st , 2021

## ABSTRACT
Backgroud: Brain MRI examination generally has a long scanning time because many protocols that must be used, one of them is DWI sequences, which are sequences that can provide pathological information on the brain. One way to reduce scan time is to use parallel imaging sensitivity encoding (SENSE) techniques. SENSE utilizing the spatial information RF coil phased array to reduce the acquisition time by reducing the number of sampling lines K space therefore produce quality and good spatial resolution, but its has the limitations,  namely  the  reduction  of  SNR.  The  purpose  of  this  research  was  to  analyze  in  SNR  on    the variations of SENSE value in MRI brain DWI axial slices.
Methods: This research is a quantitative study with an experimental approach in 15 patients MRI Brain. Data was taken by calculating the SNR value through software for the region of interest (ROI) in cortex cerebri , basal  ganglia , thalamus , pons and cerebellum ,  and  then  ROI  in noise background .  Data  was analyzed  descriptively  by  comparing  the  differences  in  SNR  values  obtained  in  MRI  brain  DWI  axial between the use of various SENSE values, that are 2.0; 3.0 and 4.0.
Results: . The mean of the SNR in each anatomy from SENSE values 2,0; 3,0; 4,0 are cortex cerebri : 785,74 ±40,14;  577,28  ±38.82;  372,16  ±9,26; basal  ganglia: 921,98  ±17,71;  686,29  ±686,29;  444,19  ±18,52; thalamus: 966,95  ±31,88;  732,71  ±2,59;  510,21  ±  9,26;  pons:  1260,53±  55,63;    878,99  ±18,89;  826,78 ±13,89; and cerebellum: 831,32± 25,02; 715,90 ±25,9; 657,46 ±4,62. Conclusion: The highest SNR is found in the variation of 2.0 and the lowest value is 4.0. but the scan time is fastest  at the 4.0 variation value. So the higher the value of SENSE variations will decrease the SNR value but the scan time is faster.
Keywords : SENSE, SNR, brain MRI, DWI, axial

## Pendahuluan
MRI  atau Magnetic  Resonance  Imaging merupakan  salah  satu  pemeriksaan  diagnostik dalam  bidang  kedokteran  khususnya  radiologi. Pencitraan  resonansi  magnetik  adalah  suatu  teknik pencitraan  medis  yang  menggunakan  medan magnet dan radio frekuensi untuk memvisualisasikan dan menganalisa jaringan tubuh, aliran  darah,  dan  fungsi  metabolisme  tubuh (Notosiswoyo, 2004).
Pemeriksaan  MRI  secara  umum  dilakukan dilaksanakan  dengan  menggunakan  pembobotan T1- Weighted  Image dan  T2- Weighted  Image. T1- Weighted  Image digunakan untuk  melihat  anatomi sedangkan  T2- Weighted  Image digunakan  untuk
melihat  patologi  atau  kelainan  (Westbrook, 2002). Pada  MRI,  potongan  dapat  diambil  secara axial , sagital, dan koronal. Saat ini pemeriksaan magnetic resonance imaging (MRI) merupakan pemeriksaan rutin di rumah sakit besar. Pada prinsipnya hampir seluruh  organ  tubuh  dapat  diperiksa  dengan  MRI. Pemeriksaan  MRI  90%  dilakukan  pada  organ kepala  dan vertebra  sedangkan  sisanya  10% untuk pemeriksaan organ yang lain (Rasad, 2011).
Menurut Westbrook (2014), protokol pemeriksaan  MRI brain yang  dianjurkan  yaitu sagittal SE/FSE/ incoherent ( spoiled )  GRE  T1, axial/ oblique SE/FSE  PD/T2, coronal SE/FSE PD/T2  dan  sekuens  tambahan  untuk  mendeteksi stroke dini yaitu dengan axial DWI. Potongan axial
MRI brain merupakan “ gold standard ” dikarenakan dapat memperlihatkan organ lebih jelas dibandingkan dengan potongan yang lainnya (Liney, 2006).
Diffusion
Weighted Imaging (DWI) menghasilkan kontras citra yang berbeda dari teknik MR konvensional. DWI sensitif dalam mendeteksi stroke  ischemic  acute dan  membedakan  antara stroke akut  dengan  gejala  manifestasi  lain  akibat penurunan neurologis secara mendadak. DWI juga dapat  memberikan  informasi  tambahan  untuk kelainan otak lainnya termasuk neoplasma, infeksi intracranial , traumatic  brain  injury ,  dan  proses demielinasi.  Karena stroke merupakan  hal  umum dan  perlu  diagnosa  berbeda,  maka  sekuens  DWI perlu dipertimbangkan sebagai sekuen yang utama, dan  penggunaannya  dalam  penelitian  MRI brain sangat direkomendasikan (Pamela W. Dkk, 2000).
Kualitas citra yang dihasilkan dari pemeriksaan MRI brain ditentukan  oleh  beberapa  faktor  salah satunya  adalah Signal  to  noise  ratio (SNR) . SNR adalah  perbandingan  antara  besarnya  amplitudo sinyal dengan   amplitudo noise . Nilai SNR sangat berpengaruh terhadap kualitas citra yang dihasilkan. Nilai  SNR  sangat  tergantung  dari  sinyal  yang didapatkan  dari  organ,  semakin  tinggi  nilai  sinyal yang  ada  pada  organ  maka  nilai  SNR  juga  akan semakin tinggi (Westbrook dkk, 2011).
Pada  pemeriksaan  MRI brain ,  seringkali menjumpai  pasien  yang  merasa  kurang  nyaman dikarenakan lamanya pemeriksaan, sehingga menyebabkan citra yang dihasilkan menjadi kurang optimal  dan  mengurangi  informasi  diagnostik. Salah  satu  cara  yang  dapat  mengurangi scan  time adalah dengan menggunakan teknik akuisisi paralel atau  teknik parallel  imaging .    Salah  satu  teknik paralel imaging adalah sensitivity  encoding atau SENSE.
SENSE  adalah  teknik  paralel imaging yang menggunakan citra yang dibentuk oleh koil phased array. Rekonstruksi  SENSE  dapat  mempercepat pengisian K space sehingga menyebabkan pengurangan scan  time (Dale  dkk,  2015). Rekonstruksi  citra  SENSE  menghasilkan  kualitas citra  dari  segi  kontras  dan  spasial  resolusi  yang sama  dengan  rekonstruksi  citra  standar  dan memakan waktu yang dibutuhkan hanya setengahnya,  akan  tetapi  dapat  mengurangi  nilai sinyal  pada  citra  anatomi.  Pengurangan  SNR  pada rekonstruksi SENSE dipengaruhi oleh penggunaan reduction factor (R) atau jumlah elemen pada koil phased array yang digunakan (Glockner dkk, 2005). Teknik paralel imaging memanfaatkan elemen pada multipel  koil  penerima phased  array dengan mengurangi  baris phase encoding pada K-space
sesuai  faktor 1/R sehingga sampling tidak mengisi semua K  space .  SENSE  menyebabkan  waktu akuisisi data menjadi berkurang dan menjadi lebih cepat sesuai R yang digunakan (Morelli dkk, 2011).
Nilai R pada SENSE yang baik digunakan pada pemeriksaan  MRI  brain  adalah  nilai  1,0  sampai dengan  nilai  4,0  (Pruessmann  dkk,  1999). Sedangkan menurut Bammer dkk (2001) menyebutkan  bahwa  nila  SENSE  yang  baik digunakan pada sekuens DWI adalah 1,0; 2,0; 3,0.
Dalam  penelitian  ini  pesawat  MRI  yang digunakan  adalah  Philips  Ingenia  3  Tesla.  Pada pesawat  tersebut  terdapat  pilihan  teknik  paralel imaging yaitu  dengan  menggunakan  SENSE . Protokol tetap pada pemeriksaan MRI brain rutin di Instalasi Radiologi RSUD Dr. Saiful Anwar Malang, teknik  paralel imaging SENSE  digunakan  pada sekuens diffusion weighted imaging (DWI) dengan nilai  3,0,  namun  terkadang  radiografer  mengubah nilai  yang  sudah  ditetapkan  tersebut  menjadi  1,8; 2,0; 2,5. Pada penelitian ini penulis ingin mengkaji lebih  dalam  mengenai  variasi  nilai  SENSE  pada sekuens  DWI  pemeriksaan  MRI  brain  axial  untuk mendapatkan citra yang optimal dan scan time yang cepat.

## Metode
Jenis penelitian ini adalah penelitian kuantitatif dengan  pendekatan  eksperimental.  Populasi  dan sampel  penelitian  adalah  citra  MRI brain dari  tiga kelompok  berpasangan  citra  MRI  brain  sekuens DWI  axial  nilai  SENSE  2,0;  citra  MRI  brain sekuens DWI axial nilai SENSE 3,0 dan citra MRI brain  sekuens  DWI  axial  nilai  SENSE  4,0  dari  15 pasien,  dengan  kriteria  inklusi  pasien  MRI brain dengan  klinis,  pria  atau  wanita  kooperatif  dengan usia 20-60 tahun, dan bersedia berpartisipasi dalam penelitian,  sedangkan  untuk  kriteria  eksklusinya adalah penderita claustrophobia dan diberikan obat anastesi.
Penilaian citra MRI brain untuk penghitungan nilai SNR dilakukan dengan menggunakan software untuk  ROI  pada  citra  MRI brain sekuens  DWI potongan axial pada  nilai  SENSE  2,0; 3,0  dan  4,0 setinggi thalamus untuk  anatomi cortex  cerebri , basal  ganglia , thalamus dan  setinggi pons untuk anatomi pons dan cerebellum , serta ROI pada noise background .
Penghitungan  SNR  dengan  ROI  sebesar  0,1 cm 2 untuk  per  kriteria  anatomi  dan  0,2  cm 2 untuk noise background (lihat  Gambar  1).  Penghitungan SNR  citra  SENSE  yaitu  SNR TPI = SNRstandar g√R dimana TPI : Teknik paralel imaging , g : geometry factor dan R : reduction factor . Penilaian citra untuk
penghitungan  nilai scan  time dilakukan  dengan menggunakan penghitung waktu scanning yang ada di monitor workstation .
Analisis  data  dilakukan  secara  deskriptif dengan  membandingkan  tingkat  perbedaan  nilai SNR  yang  didapatkan  pada  MRI brain sekuens DWI axial antara penggunaan variasi nilai SENSE 2,0; 3,0 dan 4,0.

## Hasil dan Pembahasan
Penelitian ini dilakukan terhadap 15 pasien yang dilakukan  pemeriksaan  MRI brain sekuens  DWI axial antara penggunaan  nilai SENSE 2,0; 3,0 dan 4,0  dengan  total  waktu  penelitian  untuk  masing- masing pasien terdapat penambahan sekitar kurang lebih 2 menit dari pemeriksaan rutin.
Citra yang telah didapatkan tersebut kemudian di lakukan  titik  ROI  pada  anatomi  yang  diinginkan yaitu cortex cerebri , basal ganglia , thalamus , pons dan cerebellum serta  pada noise  background . Selanjutnya  dikalkulasikan  untuk  mendapatkan nilai SNR yang disajikan pada tabel 1.
Tabel  1. Hasil  rata-rata  SNR  per  anatomi  pada  variasi nilai  SENSE  MRI brain sekuens  DWI axial dari  15 pasien
Anatomi SNR dan standar deviasi citra MRI brain sekuens DWI potongan axial dengan variasi nilai SENSE 0,2 0,3 0,4 Cortex cerebri 785,74 ±40,14 577,28 ±38.82 372,16 ±9,26 Basal ganglia 921,98 ±17,71 686,29 ±686,29 444,19 ±18,52 Thalamus 966,95 ±31,88 732,71 ±2,59 510,21 ± 9,26 Pons 1260,53± 55,63 878,99 ±18,89 826,78 ±13,89 Cerebellum 831,32± 25,02 715,90 ±25,97 657,46 ±4,62
Berdasarkan  hasil  kalkulasi  nilai  rata-rata  SNR anatomi cortex  cerebri , basal  ganglia , thalamus , pons dan cerebellum pada citra MRI brain sekuens DWI axial antara penggunaan nilai SENSE 2,0; 3,0 dan 4,0, terdapat perbedaan nilai SNR pada masing- masing  variasi  nilai  SENSE.  Rata-rata  nilai  SNR masing-masing  anatomi  pada  variasi  SENSE  2,0 lebih besar dibandingkan dengan rata-rata nilai SNR SENSE 3,0 dan 4,0.
.
Perbedaan tersebut dikarenakan encoding pada citra DWI antara variasi SENSE yang berbeda  Pada citra DWI  menggunakan  SENSE  terjadi  adanya pengurangan  baris phase  encoding pada sampling time setiap voxel dari  elemen  koil phased  array , sehingga amplitudo sinyal pada organ anatomi yang dihasilkan  menjadi  turun.  Hal  ini  sesuai  dengan Ryan  dkk  (2005),  bahwa  konsep  teknik  paralel imaging menggunakan  koil surface phased  array dan  rekonstruksi  algoritma  menghilangkan  artefak wrapping atau aliasing ,  sehingga  mendapatkan sinyal  yang  informatif  dari  koil  di  luar  FOV  pada elemen  koil  individu.  Pengurangan  baris phase encoding dibutuhkan  untuk  mengisi K  space citra pada  setiap  elemen  koil,  defisiensi  potensial dipenuhi  oleh  penghilangan  informasi wrapping untuk  menghasilkan  spasial  resolusi  citra  tinggi. Proses SENSE inilah yang menyebabkan
Gambar  1 .  Sinyal  rata-rata anatomi  setinggi thalamus yaitu cortex  cerebri , basal ganglia , thalamus serta noise background sekuens  DWI MRI brain axial (a)  variasi  nilai  SENSE  0,2; (b)  variasi  nilai  SENSE  0,3; (c) variasi nilai SENSE 0,4
Gambar  2 .  Sinyal  rata-rata anatomi  setinggi pons yaitu pons dan cerebellum serta noise  background sekuens DWI MRI brain axial (a) variasi  nilai  SENSE  0,2;  (b) variasi  nilai  SENSE  0,3;  (c) variasi nilai SENSE 0,4
pengurangan  sinyal  pada  citra  DWI  menggunakan SENSE.
Citra  sekuens  DWI  MRI  brain  potongan  axial dengan  variasi  SENSE  2,0  memiliki  nila  SNR tertinggi  pada  masing-masing  anatmi.  Sebaliknya pada  variasi  nilai  SENSE  4,0  memiliki  nilai  SNR terendah dibandingkan dengan variasi nilai SENSE 2,0  dan  3,0.  Berdasarkan  hasil  tersebut,  maka semakin  tinggi  nilai reduction  factor pada  SENSE maka akan memiliki nilai SNR yang lebih rendah. Hal ini sesuai dengan Willineck dkk (2003), bahwa rekonstruksi  SENSE  mengurangi  baris phase encoding menggunakan  SENSE reduction  factor (R).  Proses  SENSE  menyebabkan  pengurangan sinyal  pada  variasi  nilai  SENSE  yang  diberikan, pengurangan baris k-space tergantung nilai SENSE yang  digunakan.  Menurut  Brown  (2014),  apabila menggunakan  SENSE  2  terjadi  pengurangan  2 baris, SENSE 3 terjadi pengurangan 3 baris begitu pula  dengan  penggunaan  SENSE  4  terjadi pengurangan 4 baris pada k-space.
Penurunan  SNR  pada  citra  DWI  menggunakan variasi SENSE tersebut tidak menyebabkan kualitas citra  yang  berbeda  secara  signifikan  dikarenakan dengan  pengurangan  FOV  dan  adanya  sensitivitas spasial dari koil phased array yang digunakan untuk menyediakan informasi spasial pada citra yang akan dibutuhkan dalam transformasi fourier MR imaging. Teknik  paralel imaging menggunakan  gradien yang  lebih  cepat  dan  kuat  untuk  meningkatkan waktu akuisisi, sensitivitas spasial dari koil phased array digunakan  untuk  menyediakan  spasial informasi  pada  citra  yang  akan  dibutuhkan  dalam transformasi fourier MR imaging atau dengan kata lain, teknik paralel imaging menyebabkan pengurangan  baris phase  encoding dengan  tetap menghasilkan  kualitas  dan  spasial  resolusi  yang baik. Akan tetapi  semakin banyak jumlah k-space yang berkurang maka kan menyebabkan peningkatan noise akibat  semakin  meningkatnya jarak  antar  garis  sampling  pada k-space dan  dapat menimbulkan artefak aliasing (Glockner dkk, 2005).
Penurunan  nilai  SNR  pada  citra  sekuens  DWI variasi  nilai  SENSE  dari  2,0,  3,0  hingga  4,0 diakibatkan  peningkatan noise yang  spesifik  pada citra SENSE tersebut. Menurut    Dale (2015) pada SENSE,  koil  phased  array      mengukur  dan memproses sinyal dari sebuah potongan, kemudian menggabungkan    potongan untuk membentuk  citra yang  meliputi  area  anatomi yang    lebih    besar. Waktu  scan          menjadi        lebih  berkurang  karena berkurangnya  jumlah  baris  yang diperoleh untuk setiap elemen koil. Penggunaan nilai SENSE   yang semakin   tinggi   akan   meningkatkan  terjadinya noise  pada  citra  yang  disebabkan  oleh  banyaknya
jumlah  k-space        yang  dikurangi  dalam  proses rekonstruksi.  Namun        semakin        kecil        nilai SENSE    yang digunakan  maka  dapat enimbulkan image    blurring  atau          artefak  motion  yang diakibatkan     oleh pergerakan   pasien    dan    waktu scanning    karena pengisian k-space    yang  cukup lama.  Penggunaan nilai SENSE yang  terlalu  kecil dapat    menurunkan  spasial    resolusi    karena pengosongan  jumlah  baris k- space yang  terlalu sedikit    dapat    menurunkan    spasial  resolusi (Kurihara,  2002).
Variasi nilai SENSE antara 2,0 3,0 dan 4,0 pada sekuens  DWI  MRI brain axial  juga  menghasilkan perbedaan scan time . Jumlah scan time ada variasi 2,0  adalah  55  detik,  pada  variasi  3,0  45  detik sedangkan  pada  variasi  4,0  hanya  30  detik.  Hal tersebut  dikarenakan  pengurangan sampling  time dari  setiap  elemen  koil phased  array antara menggunakan masing-masing nilai reduction factor SENSE berbeda.
Pengurangan scan  time pada  sekuens  DWI dengan  menggunakan  SENSE  tersebut  sesuai dengan Morelli dkk (2011), bahwa dengan SENSE dapat  memanfaatkan  elemen  pada  multipel  koil penerima phased array dan mengurangi baris phase encoding pada K  space sesuai  dengan  faktor  1/R dimana  R  adalah reduction  factor atau  jumlah elemen  pada  koil phased  array yang  digunakan, sehingga sampling tidak  mengisi  semua K  space menjadikan waktu akuisisi data menjadi berkurang dan  menjadi  lebih  cepat  sesuai  dengan  R  yang digunakan.  Menurut  Ryan  dkk  (2005),  bahwa teknik yang cepat memiliki keuntungan tidak hanya dari  mengurangi  adanya  pergerakan,  tetapi  juga potensial untuk mengurangi waktu akuisisi. Teknik paralel imaging memiliki  potensi  tersebut  yaitu dengan  menggunakan  sekuens  yang  cepat  dengan penggunaan  gradien  yang  dioptimalkan,  sehingga potensial untuk  mendapatkan  pengurangan  waktu akuisisi  tanpa  mengurangi  efek  yang  signifikan pada kualitas citra diagnostik yang diperoleh.

## Simpulan
Ada  perbedaan  nilai  rata-rata  SNR  pada  MRI brain sekuens  DWI  potongan axial antara  variasi SENSE  2,0;  3,0  dan  4,0.  SNR  tertinggi  terdapat pada  nilai  variasi  2,0  dan  terendah  pada  nilai  4,0. Akan tetapi scan time tercepat pada nilai variasi 4,0 dibandingkan  dengan  nilai  variasi  2,0  dn  3,0.  Jadi semakin  tinggi  nilai  variasi  SENSE  akan menurunkan nilai SNR akan tetapi waktu scanning lebih cepat. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan reduction  factor pada  setiap  SENSE yang menyebabkan pengurangan dalam pengisian
sampling pada k-space berbeda sehingga pengurangan waktu scanning pun berbeda pula.

## Daftar Pustaka
Bammer,   Roland.,   Keeling,   L,   Stephen.,   Augustin Michael.,      2001.    Improved    Diffusion- Weighted    Single-Shot    Echo-Planar    Imaging (EPI)  in  Stroke  Using  Sensitivity  Encoding
(SENSE), Austria  : Wiley -Liss, Inc.
Brown, Mark A.; Semelka, Richard C., 2010, MRI: Basic Principles  and  Applications:  Fourth  Edition, Amerika Serikat, Wiley-Blackwell.
Dale,  M.  Brian,  M.A  Brown  dan  Richard  C.  Semelka, 2015, MRI  Basic  Principle  and  Applications, Fifth  Edition ,  John  Wiley  and  Sons  Inc  :  New
Jersey
Glockner  .James  F,  MD,  PhD,  Houchun  H.  Hu,  BME, David  W. Stanley, BS, Lisa Angelos, PhD dan Kevin  King,  PhD,  2005. Paralel  Imaging  :  A User Guide. RSNA Kurihara,  Yasuyuki.,  Yakushiji,  K.Y.,  Tani,  Ichiro., Nakajima,  Yasuo., danCauteren,  V.M.,  2002. Coil    Sensitivity    Encoding:    Advantage  and Disadvantage,  in  Clinical  Practice.  American
Roentgen  Ray Society.
Liney,  Gary,  2006, MRI  in  Clinical  Practice ,  Springer-
Verlag London Limited
Morelli,  John  N,  Val  M.  Runge,  Fei  Ai,  Ulrike Attenberger,  Lan  Vu,  Stuart  H.  Schmeets, Wolfgang R. Nitz dan John E. Kirsch, 2011, An Image-based  Approach  to  Understanding  the Physics of MR Artifacts , radiographics.rsna.org Notosiswoyo    M,    2015,    Media    Litbang    Kesehatan, Pemanfaatan  Magnetic  Resonance  Imaging (MRI)
Pamela     W.     Schaefer, MD, P.     Ellen     Grant, MD, and R.     Gilberto Gonzalez, MD, PhD. 2000.
Diffusion-weighted MR Imaging of The Brain. Pubs.rsna.org. Rasad,  Sjahriar,  2011, Radiologi  Diagnostik , Edisi Kedua ,  Gaya  Baru,  Balai  Penerbit  FKUI  : Jakarta Ryan,  M,  Cunningham,  P,  Cantwll,  C,  Brennan, D  dan Eustace, S, 2005, A comparison of fast MRI of hips  with  and  without  parallel  imaging  using SENSE, The British Journal of Radiology Westbrook C, Carolyne ,K Roth dan Talbot, J, 2011, MRI in Practice, Fourth Edition . Blackwell Science Ltd., United Kingdom Westbrook,  Catherine,  2014, Handbook  of  MRI Technique,  Fourth  Edition ,  Blackwell  Science Ltd., United Kingdom