Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi daD Lingkungan VIII, 23 -24 Agustus 2000 Puslitbang Keselamatan Radiasi daD Biomedika Nuklir -BAT AN
PENENTUAN ENERGI EFEKTIF SINAR-X RADIODIAGNOSTIK
:;h
Sumami,Terry Mart Jurusan Fisika -Universitas Indonesia
b58 Nasukha Puslitbang Keselamatan Radiasi daDBiomedika Nuklir-BATAN
ABSTRAK PENENTUAN ENERGI EFEKllF SINAR-X RADIODIAGNOSllK. Sinar-x digunakandalarn bidang radiodiagnostikuntuk menghasilkancitra (bayangan)padafilm sehinggamemberikaninformasianatorni.Energi efektif periu diketahuiagar pemanfaatannya mencapaitujuan. Metode HVL (Half Value Layer)digunakanuntuk menentukan energi efektif dalarn penelitianini. Energi efektif yang dihasilkanmenunjukkanmonoenergetiksinar-x yang merniliki daya ternbus (penetrasi ) sarnadenganspektrurnenergisinar-xtersebut.Percobaandenganpesawatsinar-x rnerekTanka P3KRBiN- BatanPasarJurnatdioperasikanpadategangan40 kVp sarnpai119kVp (kilo Voltpeak)rnemiliki HVL dari 0,115crn sarnpai0:385 crn Alurninim .Energi efektifnya diperolehberadapadarentang energi 23,24ke V hingga 37,5 keY untuk harga HVL tersebut.
ABSTRACT EFFECllVE ENERGY DETERMINAllON OF RADIODIAGNOSllC X-RAYS. X-rays have beenused for diagnostic radiology to produceimage on film that give anatomyinformation. Effective energyshould be known to get benefitexposure.Half value layer (HVL) as shownas monoenergeticx-rays hassimilar spectraof energyx-rays. It hasbeendone measurementwith x-ray machineTanka at P3KRBiN -Batanfor 40 kVp to 119kVp of potensiaJ. found of Aluminium HVrJareO.115cmto 0.385 cm and energyeffective between23.24 keY to 37.5keY.
sedangkanjika densitasdaDketebalan besar,maka aD kecil.
PENDAHULUAN BerdasarkaIl
basil
penemuan
Penentuan kualitas berkas radiasi sinar-x dari pesawat sinar-x diagnostik secara praktek sulit
William
Roentgen pada tahun 1895 yang menunjukkan bahwa sinar-x dapat menembus tubuh clan menghitamkan pelat film, maka kemudian sinar-x
dilakukan, karena berkas sinar-x yang keluar berbentuk spekU"UIndengan interval energi yang luas
digunakan di bidang radiologi untuk mendapatkan
(kontinu). Kualitas berkas sangat ditentukan oleh
illlormasi anatolni dengan. mudah, tanpa harus melakukan sayatan atau pembedahan pada tubuh
kemampuan penetrasi sinar-x menembus materi. Salah satu metode untuk mengetahui kualitas berkas sinar-x adalah metode HVL (Half Value Layer).
tersebut (noninvasive). Tubuh terdiri dari berbagai jells komposisi
HVL adalah ketebalan suatu material standar yang dibutuhkaIl untuk mengurangi llltensitas berkas
clan material dengan densitas beragam sehingga jika sinar -x menembus tubuh, maka akan menghasilkan bayangan (citra) pada pelat film. Citra terbentuk dari
radiasi menjadi seperdua dari harga semula yang diukur dengan alat yang telah dikalibrasi untuk pengukuran paparan radiasi. Dari basil HVL, energi efektif dapat ditentukan dengan merujuk pada data
proses interaksi sinar-x yang teratenuasi oleh tubuh dengaIl pelat film, sehingga menimbulkan berbagai densitas optik (Optical De~'ity= aD) pada pelat film
literatur energi foton terhadap J.I.(koefisien atenuasi
tersebut. Besar OD dipengaruhi oleh ketebalan clan densitas bagiaIl-bagian tubuh yang disin-:ri. Jika densitas daIl ketebalan kecil, maka OD besar,
tinier) yang kemudian dikonversi menjadi energi foton terhadap HVL berdasarkan teori. Energi efektif inilah yang akan menggambarkan kualitas berkas sll1ar-x tersebut.
206
"
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~!~~!!:E.:~~~~~..?: Proses efek fotolistrik dan hamburan I(!;)~~.--,~
Compton menunjukkan kejadian interaksi sinarx di dalam materi pada saat sinar-x menembus
"'O""""'m
materi tersebut. Interaksi tersebut menimbulkan
10
penyerapan dan hamburan. Hamburan inilah yang akan mengurangi kualitas circa karena ,
f-
2
;
menimbuIkan
JVP \CUl gr }
o.~
,
\
\.
gambar),
sehingga diharapkan seminimal mungkin dan proses efek fotolistrik yang dominan terjadi.
,"
Persarnaan (2) di atas menunjukkan besar penampang lintang setiap proses interaksi
\ ~O"."",
a;OI
(keburaman
T«.:...~
'I;
\ -..,-\'"'-..,
blur
\
,
f'twlu ,/,. \ ,/
'.i
yang terjadi sarna dengan besar koefisien atenuasi linier setiap proses tersebut. Kedua
,
proses interaksi tersebut sangat bergantung pada energi foton, sehingga J.Lpun bergantung dengan energi foton. Di samping itu J.L bergantung dengan densitas material yang
hv (MeV) Gambar
1. Grafik
energi CoLon terhadap koefisien
dilalui. Bila tidak ingin bergantung dengan koefisien material, atenuasi maka massa.menjadi Pada gambar densitas J1lP, yaituI
atenuasi massa (J.Lip) c Kualitas berkas sinar-x sangat perlu diketahui agar
terlihat hubungan energi foton terhadap koefisien atenuasi massa (J1lp) Aluminium serta
tercapai tujuan diagnostik, yakni dapat dibaca dan dianalisa dengan baik dan tepat oleh dokter dan
kedua proses interaksi yang teIjadi ditambah dengan proses produksi pasangan (hila energi foton di atas 1
meminimalisasi dosis yang diterima pasien.
MeV). Graflk ini menegaskan hubungan J.Ldengan
.i'EORI
penampang lintang ketiga proses tersebut.
HVL dapat diturunkan daTi persamaan (1) Berkas sinar-x yang menembus materi, , , dalam hal ini tubuh, akan teratenuasisehingga sehingga (3) mengurangiintensitas sinar-x yang keluar. Hal ini HVL = 0.693I ~
ditunjukkan dari persamaan,[I] I
= 10 e -!1X
(1)
Untuk pesawat sinar-x bertegangan di bawah 120 kVp, seperti yang digunakan dalam
dengan1 adalahintensitasfoton yang diteruskan,10
radiodiagnostik,digunakanmaterial AIwninium (AI) sebagai filter/atenuator dalam menentukanHVL. adalah intensitas foton yang datang,dan ~ sebagai Gambar 2 memperlihatkan graftk hubungan~ daD koefisien atenuasilinier, sedangkanx adalahtebal HVL dengan energi foton dari data literatur [4]. materi. Semuavariabeldi atas dapatdiukur kecuali Graftk inilah yang akan dipergunakan untuk ~. menentukanenergi efektif berkassinar-x. Koefisien atenuasi linier (Jl) adalah fraksi terkecil. daTiintensitas berkas foton yang hilang pada
setiap saWall ketebalan material yang dilaluinya, dalam hill ini cm [2). Besar Jl ditentukan oleh besar penampang lintang setiap proses interaksi yang teIjadi yang ditunjukkan persamaan, [3) Jl = 't + cr
(2)
dengall 't adalah penampang lintang efek fotolistrik sedangkan cr adalah penampang lintang hamburan Compton.
207 P3KRBiN-BAT AI'..
Preseotasi fimiah Keselamatao Radiasi daD Liogkuogao VIII, 23 -24 Agustus 2000 ~ ~-,----0
0.9 70
0.8 60
";"
-
0.7
50
0.6
40IEI
0.5 E .:?.
CJ
I
..J
~
0.4~ 30
0.3 20
0.2 10
0.1
0
0 10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Energi toton (keV)
Gambar 2. Grafik hubungan ~ daDHVL dengan energi rotoR
TabWlg
Sinar-X
Gambar 3. Bentuk geometri daD posisi alat daDdetektor pada saat pengukuran paparan radiasi
TATA KERJA
Detektor
yang dipergunakan
berbentuk
silinder dengan volume 33 cm3 (Model RIC-DRM, Serial NO. -201-2, PAT No. 07R041) daD volume
Percobaankualitas berkas radiasi sinar-x dilakukan dengan menggunakanpesawat sinar-x 440 cm3 (Model RIC-DRM, Serial NO. -201-1, PAT diagnostikmerekTanka (Unit Model RTO-125NF- No. 07R041) secara bergantian bergantung pada 1406)yang beradadi BATAN-PasarJumat.Sebagai kondisi paparan radiasi. Jika paparan radiasi kecil langkah awal dilakukan pengukuran intensitas maka detektor yang dibutuhkan besar daD begitu berkas sinar-x yang direpresentasikan dengan pula sebaliknya. Elektrometer Aloka (Model DRMpengukuranpaparanradiasi(satuanRoentgen)tanpa 201, Serial No. 07R041, Power 110 Volt, RWO1512) dihubungkan ke detektor. Kestabilan temperatur daD clandenganfilter aluminium .
P3KRBiN-BATAN
208
!!eseotasi Ilmiah KeselamataD Radiasi daD LiogkuDgaD VIII, 23 -24 Agustus 2000
Gambar 4. Grafik intensitas sinar-x terhadap ketebalan Aluminium
Tabell. DataEksperimen
209
P3KRBiN-BATAN
!I
Presenlasi
llmiah
Keselamalan
Radiasi
I
(kVp)
\
40
HVL (cm)
"
0.1150
tt~!
0.1600I
60
0.2125,
~
70
0.2475I 0.2700I
tt
90
::t
29.25
0.3550II 0.3850
I
119
Agustus
2000
I
persamaan .(I) tidak dapat digunakan. Energi efektif dapat ditentukan
I
dengan menginterpolasi graftk pada gambar 2. Hasil interpolasi menunjukkan
I
sampai 37,50 ke V, seperti ditunjukkan
33.50 'I
-24
I
31.00 32.25
23
tepat clan efisien karena berkas sinar-x divergeD clan spektrum energi sinar-x kontinu. Hal ini pula yang menyebabkan
,
26.25
0.3300
110
(keV)
23.25
0.315I
100
I 9
efektif
,
50
80
Energi
VIII,
karena metode ini adalah metode yang
Tanka Tegang~~
Lingkungan ---
Metode interpolasi graftk dipilih
Tabel 2. Tabel Energi Efektif daDHVL pesawatsinar-x
~
daD
energi efektif sinar-x berkisar antara 23,5
35.00
pada tabel2.
36.25
I
37.50
Dari graftk pada gambar 5 terlihat bahwa wilayah
energi pesawat sinar-x
merek Tanka rnilik BATAN-Pasar Jumat
Aluminium yang digunakan merniliki kemurnian 99% padaketebalan0.1-0.5cm.
berada pada rentang energi 23,25 -37,5 ke V dan
HASH.. DAN PEMBAHASAN
tegangan pesawat dengan berhubungan secara linier. 04
Berdasarkan basil
--
perCObaaIl seperti ditunjukkaIl label 1, graIIk ketebalan intensitas
Al
035
terhadap
untuk
tegangan
03
setiap
diperoleh
(gambar 4). GraIIk
akurat
dilihat
0.25
.
-
...;.,'
~
.~-
..,---.
dari
~
Q2
~
C.1~
15
0.'
10
I:~::~_gie~e!dif .I
Ketidakstabilan
(liE
5
saat ~. ,.
0
pengukuran pada tegangan pesawat 40 daD 50 kVp. Hasil standar deviasi
.f:)
60
;\J
f1)
!})
:~1
110
11~
Gambar 5. Energi efektif daD HVL pesawat sinar-x merek Tanka
Sehingga
ketidakstabilan yang teIjadi pada pesawat sinar-x tersebut disebabkan oleh tegangan rendah. Penentuan HVL
Aluminium
pada setiap
tegangan ditentukan dari interpolasi graIIk pada gambar 4 dari harga 0.5 10' Ketebalan inilah yang disebut HVL.
3:)
Teg.n'Jd" (kVpl
menunjukkaIl tanggapan kestabilan detektor sangat rendah.
~
x
daDdetektor. pada
cukup
kestabilan pesawat sinar-x
terjadi
~..~
.
efektif
pada
gambar 4 memperlihatkan data yang diambil
energi
Misalnya pada tegangan 80 kVp,
0.510= 11.67, maka ketebalan HVL= 0.27 cm. ,
P3KkBiN-BA TAN
KESIMPULAN BesarHVL pesawatsinar-xradiodiagnostik merek Tanka milik BATAN-Pasar Jumat, untuk tegangan40 kVp hingga 119 kVp ditentukan dari basil r ::ngukuran intensitas terhadap perubahan ketebalanAluminium, yaitu 0,115 cm sampai0,388 cm. Hasil tersebut digunakan untuk menentukan
210
Presentasi Ilmiah KeseIamatan Radiasi daD Lingkungan VIII, 23 -24 Agustus 2000
energi efektif berkas sinal-X, yakni berada pada Memang pada percobaan yang kami rentangenergi23,25keV sampai37,50keV. Dengau lakukan. kami hanya memperkirakan FFD karena demikiau energiefektif menunjukkaukuaIitasberlcas kami tidak melakukandi RS. sinar-x yang dimiliki pesawatsinar-x merekTanka Jarak yang tidak begitu berbeda100 (FFD) dengan tersebut. pecobaanyang kami lakukan. sehinggahanyaakan Ketebalan obyek (pasien) mempengaruhi berbeda angka di belakangkama (ini dapat dilihat kualitas circa pada fihn. Semakin tebal maka daTibasilHVL yangkanii dapatkan). Untuk aplikasi intensitassemakin kecil daDdaya tembus semakin pactapemeriksaanradiodiagnostik,dapatmelakukan berkurang. Hal ini akan mengurangikualitas circa proseduryang kami lakukan, mungkin HVL yang pada film, sehingga untuk pasien kurus/kecil diperoleh akan berbeda tergantung pacta jenis digunakantegangankecil, sedangkanpasiengemuk pesawatnyasaja. digunakanteganganbesar. Lebih jauh setelahkualitas berkas sinar-x dapat diketahui dari energi efektif, maka dapat Nazaroh, P3KRBiN-BA TAN digunakan dalarn menentukan kualitas circa yang a. Apakah yang dimaksud dengan energi efektif diharapkan clan dosis terhadappasiendiusahakan sinar-X? seminimal mungkin. Untuk itu studi lebih lanjut b. Bergantung apa sajakah, energi efektif sinar-X ? perlu dilakukan dalarn kaitannya dengan pengembangan percobaanyang dilakukan. DAFTAR REFERENSI 1. CUNNINGHAM, JOHN ROBERT, et. al. The Physics of Radiology, FoUrth Edition. Springfield, USA: Charles.1983. 2. WOLBARST, ANTHONY BRINTON. Physics of Radiology. Prentice Hall International Inc.
1993. 3. SPRAWLS JR., PERRY. Physical Principles of
c. Kalan dibandingkan dengan energi sinar-X dari
radioaktif, 40 KYp sebanding dengan energi "" KeY? d. ~pakah dengan digUnakannya filter, tidak mengurangi
intensitas
sinar-X
daD
apa
pengaruhnya bagi pencitraan bila tanpa filter. Sumarni, Jurusan Fisika -VI a. Energi efektif
sinar-X adaIah energi sinar-X
tunggal (monoenergitik) yang mempunyai daya tembus (penetrasi) yang sarna dengan energi
Medical Imaging. Gaithersburg, USA: Aspen sinar-X bentuk spektrum (yang direpresentasikan Publication. 1987. dengan nilai HVL yang sarna). 4. STORM DAN H. ISRAEL. Photoncrosssection b. Energi efektif sinar-X bergantung pada filter AI from 1 keV to 100 Me V. NBS Circular 583.1957. daD energi foton (kv) c. Radioaktiftidak memancarkan groaT-X, tapi sinar
DISKUSI Mayarami -RSCM
-Radiologi
Pada percobaan, saudara menggunakan jarak torus ke detektor 125 cm, padahaI pada praktek di diagnostikjarak yang digunakan (FFD) 90 sid 100 cm. Atas dasar apa saudaramemakai jarak 125 cm pada percobaananda,apakah dapat diaplikasikanpadapemeiksaandi diagnostik.
y, energi sinar-X dengan energi y berbeda. KVp ..berasal daTi tegangan pesawat groaT-X. d. Filter akan mengurangi intensitas groaT-X, {"tIter AI
pada
penelitian
mendapatkan
HVL
ini
digunakan
untuk
agar
diketahui
Energi
efektifnya, sedangkan pada pesawat sinar-X sudah ada filter untuk mengurangi intensitas daD energi rendah yang akan mengurangi dosis terhadap pasien. Arif Jauhari -A TRO -Jakarta
Sumarni, Jurusan Fisika -VI Faktor konversi ;HVL pada jarak yang berbeda dan sinkronisasii nilai kVp dengan kv selektoryang terdapatpactapesawat.
211 P3KRBiN-BATAN
Sumarni, Jurusan Fisika -VI Kesinkronannilai kVp dengankv selektor pada pesawattidak karni lakukan, (bisa dilakukan dengankVp meter.
Namun sebagai patokan adalah Emaxdari sinar-X tersebut seperti yang telah dijelaskan pada preseDtasi saya bahwa kVp yang terbaca = Emaxsinar-X. Faktor koDversi HVL pada jarak Yallg herheda, tidak karni .lakukan Damun herdasar .literatur yang karni .lakukan tidak begitu berbeda hanya akan berbeda sedikit kerniringan.
P3KRBiN-BATAN
212
