KARAKTERISTIK DAN PENGUJIAN KUALITAS SINAR-X DENGAN DETEKTOR CZT SugengRianto
'-(0
Fisika FMIPA UniversitasBrawijaya
ABSTRAK KARAKTERlSllK DAN PENGUJlAN KUALITAS SINAR-X DENGAN DETEKTOR CZT. Penelitian ini menggunakanmetode pengukuranlangsungpada sumberspektra sinar-x untuk menguji kualitas paparansinar-x denganmemanfatkansuatudetektorpendinginpelsier CZTpadaberbagaikeadaan.Sistemspektromeeteryangberbasis CZT ini merniliki resolusi 1,3 keY pada 122 keY dari sumber standar S7Co. Pemakaian spektrometeruntuk menguji kualitas mesin sinar-x pada spektranya menunjukkanbahwa CZT dapat mengukur spektrasecaraakurat pada berbagai kVp, mAs dan fi1trasi, kecuali pada pengukuran tanpa filtrasi dengankVp 1ebihbesardari 140 dan mAs lebih tinggi daTi2. PerbandinganantaraCZT denganmeterkVp (Keithley) menunjukkan kesepakatannilai yang cukup baik pada energi rendah,tetapi pada energi tinggi terlihat ada perbedaan yang cukup besar.Sebaliknya perbandingan basil pengukuran antara CZT dan Nero menunjukkanperbedaanyang cutup mencolok pada energi rendahkhususnyapadapengukurandenganfiltrasi tinggi. ABSTRACT The study examinesthe use of direct measurements of x-ray spectrafor testing the quality of x-ray'beam by using a peltier-cooledCZT detectorunderdifferentconditions.The typical calibration of the spectrometrysystemshows that the energy resolution of the systemis 1,3 keVat 122keY ofs7Co. The utilization CZT basedspectrometerfor assessingthe quality of x-ray machineon its spectra showthatthe CZTcould accuratelymeasurethe spectraat various kVp, mAs and filtration, except at the kVp greaterthan 140 and mAs higher than 2 without added filtration. A comparisonof CZT with the "field" instrumentsshowedthat there is a reasonable agreement betweenthe Keithley and CZT at lower energiesregadlessof filtration, howeverat high energies thereis a large difference. In contrastthe discrepancybetweenthe CZT and Nero increasedat lower photon energiesparticularly for high filtration.
PENDAHULUAN Mesin-mesin
karenagangguanyang selalumuncul[4]. Untuk itu, dalam penelitian ini digunakan suatumetode yang pembangkit
sinar-x
dapat dipergunakanpengindera pendingin pelsier CZT (CadmiumZinc Telluride) dan mesin sinar-x yang diuji adalahsinar-x terapi supervisialSiemens Stabilipan300.
merupakan peralatan yang cutup penting bagi penciu-aan medis. Dalam pemakaian sinar-x diharapkan
dapat diperoleh kualitas citra
yang
bait, pancaran spectrum yang maksimal dengan dosis radiasi pasien yang minimal[l]KVp (kilo
Tata Kerja
voltage peak) daD HVL (halve value layer, biasanya dinyatakan
dalam
merupakan
variable
satuan
mm
penentu
Al
ekivalen)
untuk
keperluan
Penelitian ini menggunakan semikonduktorpendinginpeltie
tersebut. Secara khusus kVp juga berbengaruh pada
(XR-IOOT -CZT[5], Aamptek Inc. Bedford MA, USA) berukuran 3x3x2 mm3 yang
kontras citra
berjendela
daD dosis radiasi pasien, sehingga
Berillium
setebal 250
setting kVp yang kurang tepat berpotensial terhadap peningkatan paparan radiasi pada pasien[2]. Karena
pengindera, ultra kompak
itu kualitas sinar-x harus dimonitor secara reguler
laptop.
dalam
program
quality
ansurance,
MCA
analyzer, Amptek MCA8000[6]),
yakni
memonitoring paparan daD menjaga kualitas yang optimatl31.Aakan tetapi penentuan kVp pada mesin sinar-x bukanlah masalah yang sepele (non trivial)
199
J.UD sebagai (multi-channel dan komputer
,
j 81
!Er-:
!
'
A'
! f\4!~
~
~
PX2T
-it
CZT
rr
; MCA:1
Notebook
8000
PC~P133
':
::::::...:::::.-:.-=::J)
'
Gambar 1. Tata letak sistem pengukuran
'"
i
Gambar 2. Hasil pengukuran spectrum 57 Co dengan CZT untuk kalibrasi Sistem spektrometri dibuat cukup portable daD dapat diatur pada berbagai arab pengukuran. Kanal
yang dipakai sebesar 2K daD dikalibrasi
pada 2 spektrum garis S7CO. Sedangkan sinar-x yang diuji berada pada daerah diagnosa (70-170 kVp).
KVp
ditentukan
dengaan menggunakan
ekstrapolasi pada ujung energi puncak spectrum. Kemudian hasilnya dibandingkan dengan meter kVp Nerro 2000 [7] daD Keithley 35080A [8]. Setiap pengukuran diulang sebanyak 5 kali
pada setiap
memperbesarjarak sumberpaparanke pengindera (2,5 m)[9]. Selain itu juga digunakankolimator pinhole (diameterlubang 200 ~) yang terbuat dari Pb setebal6mm yang diletakkan sejauh4 cm dari ujung CZT. Kolimator sekunder(lmm Pb dilarninasi 1 mm brass dengan lubang 2 mm) juga ditambahkan untuk membatasi paparan daD hamburansekunder. HASH., DAN PEMBAHASAN
kVp daTi 70 sampai 170 dengan tahapan 10 kVp. Kelebihan jumlah cacahan yang mungkin melebihi kapasitas
peugindera
P3KRBiN-BAT AN
diatasi
dengan
cara
Spektra yaIig dihasilkan memiliki resolusi (FWHM) 0,4-1,9 ke V (tergantung pada energi sinar
200
~:::::::~~ ,""
clan 1aju cacahan) dengan kesalahan berada pada
~ Sinar-x karakteristik tungstenditunjukkan pada
jangkauan 0,07 keY pada foton berenergi 14 keY
57,94 Kat>, 59,43 (Kaz), 67,91 (~l) dan 69,96
sarnpai 0,2 keY pada energi 125 keY.
(~z).
X-ray Spectrum of St~biljpan i90 kVp) K,~
1~:'J"1:tp1! pl!4ks
..4,'D C "
I
Q (i
;.-t ,(:(:
I
(
';
1;
/!~""
~ ",;::0~
".,~~"
{1\ ~
J!t
~I
f I"
Q{j
.,
.."
\,;,;
[\
/
~\,"" .
Ii!)
4i)
e:n~ruy{k.VI
a)
X-r~~" ~
~
~p-=-<;1;:ra,-, -..vtf.n At ri'tr31:'on ".,~., 80
"t.
...Vp
.;:;
!;;.
.~
t) l Gambar 3.
Spektrum sinar-x yang diukur denganCZT. A)diukur pada 90 kVp; b) diukur dengan filtrasi Al (nomor menunjukkan jumlah keeping filtrasi yang dipakai)
Spektrum sinar-x Spektrum yang diperoleh dari mesin sinarx diukur dengan mengatur laju cacah pada 600-1000 cacahan/det clan masing-masing spektrum direkam sampai lebih dari 100.000 cacahan, hat ini ditujukan untuk
mendapatkan probabilitas
~ Puncak lolos (The escape peaks) muncul hila emisi fotoelektrontidak sepenuhnyadiserapoleh kristal CZT. Puncak-puncak energi tersebut munculpada 23 ke V (~. dari kadmium)dan 27 keY (~.dari tellurium) dibelakangsinar-x karakteristik tungsten.
statistik yang
cukup baik. Spesifikasi spektrum dapat diidentiItkasi seperti bel-ikut:
201
P3KRBiN-BATAN
f"~
berubah), maka dalam hal ini CZT menunjukkaan unjuk keIja yang terbaik di antara ketiganya pada pengukuran kVp dengan filtrasi, Nilai-nilai kVp diukur berdasarkan karenanilai yang ditunjukkan cukup konsistenbaik ekstrapolasi ujung akhir puncak energi dari ada atautidak adanyafiltrasi. spektnun dengan menggunakan ekstrapolasi Hal tersebutmungkin dikarenakanmeterlogaritrnik. Pada mesin Stabilipan 300, kVp meter kVp memprediksi kVp berdasarkangradien tergantungpadamAs, pada mAs rendah cenderung spectrumdari 2 energi yang terukUI.pada paparan menurunkan nilai kVp (lebih rendahdibawah radiasi dari filter yang berbeda. Sehingga normal). Sedangkan pada mesin Phillips M80 penambahanfiltrasi berpengaruhpada penentuan nilai kVp terukur cukup stabil denganmAs yang nilai Kvp yang diramalakan. Perbandinganhasilrendah atautinggi. basil pengukurandari 2 meter denganpengukuran langsungberbasisCZT menunjukkanefek tersebut. i Dari sini terlihat bahwapemakaian :~'~::!::; ' CZT dalam pengujian kualitas ~:,-'?+: ~~:::.'.~~~ ~! ~..': r:.:-:r ",~~ :,"~. sinal-x memberikan basil yang ,'~;:." ",.;w y lebih baik dibandingkan Y',"" / /",/"/~ pengukuran dengan meter kVp /" , "'?'/ ..rs t yang tersediadi pasaran. '" Pengukuran nilai kVp
! r
~o F-
1. ~
,,' 7.':".I'P.
! ;;;
,;
' .. l 0';;
;.0'..-
! i ~~) 0
y:'/4/ A"""/ ,',. /..,"/' ,.-",
o~
i
KESIMPULAN
,
f"a
"
:
pengukuraan yang telah dilakukan, CZT menunjukkan karakteristik
,,'
/"'-:
::,-7
...;( ~.;J
tl) 1
yang cukup
L__:~:=_. ,...' -" ~~
/~,Y' ,/'
i-';
[ .I 100
IJ(\
.. 1~tI
!;»>
kV~ ~~.f¥)
---~---~~~---~-Gambar 4. Perbandingan
nilai
Dari basil pengujian dan
kVp
'64
'0')
'-~ pada pengukuran
filtrasi
~-'
,
tanpa
keperluan pengujian kualitas mesin sinar-x untuk pencitraan medis. CZT mampu mengukur kualitas spectra yang dikeluarkan dari mesin sinar-x secara presisi dan mampu mengukur akurat
Sistem spektrometri berbasis CZT mampu
baik terutarna untuk
puncak
pada
kVp
berbagai
secara kondisi
dengan atau tanpa filtrasi. Terutarna jika dibandingkan dengan meter kVp yang biasa dipakai
mengukw. nilai puncak kVp cukUp peresisi daan
untuk standard monitoring kualitas mesin sinar-x
memiliki keseragaman yang cukup baik terhadap
dalam program "quality assurance" seperti meter-
alat-alat yang umum
meter kVp Keithley
Keithley
dipakai
(Nero 2000 dan
35080A) di daerah 80-150 kVp
dan Nero, CZT memiliki
untuk
keunggulan, yakni menunjukkan nilai kVp yang
pengukuran tanpa filtrasi. Tetapi pada pengukuran
konsisten (dalam 1,2 %) meskipun adanya pengaruh
dengan filtrasi pada kVp nominal rendah (di bawah
filtrasi
100 kVp), Nero
pada radiasi
sumber.
Untuk
itu
hila
menunjukkaan nilai 10 % lebih
memungkinkan dianjurkan untuk mengikut sertakan
tinggi dibandingkan Keithley CZT. Sedangkan pada
CZT spectrometer pada program-program pengujian
kVp nominal tinggi ketidak seragaman terjadi pada
kualitas mesin-mesin sinar-x.
ketiga alat ukur yang dipakai sekitar 5 %. Sehingga jelas
terlihat
bahwa
penambahan
filtrasi
menyebabkan munculnya perbedaan nilai ukur di antara i)etiga alat tersebut. Karena puncak kVp tidak tergantung pada filtrasi (jika faktor-faktor lain tidak
P3KRp;iN-BATAN
202
Presentasi Ilmiah KeseIamatan Radiasi daD Lingkungan VIII, 23 -24 A gustus 2000 -~--.
0
-~~~
---, ~OO
Gambar 5. Perbandingan nilai kVp antara CZT daD meter kVp pada pengukuran dengan filtrasi UCAP AN TERIMA KASm
DAFTAR PUSTAKA
Pada kesempatan ini disampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Jurusan Fisika daD FMIPA Universitas Unibraw (bantuan fmansiil daD spirituil) 2. Departemen Fisika daD Teknologi Kedokteran (MTP) Sir Charles Gairdneer Hospital Australia Barat (penyediaan fasilitas mesin-mesinsinarx,CZT,PC,Laptop) 3. DepartemenKesehatan
Australia
Barat di
Nedlands (Sumbar kalibrasi) 4. Depai-temen Medical University
of
Imaging
Technology
Australia
(Supervisi) 5. AusAID (pemberian beasiswa)
203
Curtin Barat
1. BUSHBERGI.T., SIEBERT I.A., LEIDROLDT E.M. AND BOONE I.M., 1994, The Essential Physics of Medical Imaging, William & Wilkins, Sydney. 2. CHALMERS, A.G., MCKILLOP, J.R., AND PHILIP J.A., 1988, Imaging in Clinical Practice,Edward Arnold, London. 3. PRICE, R., FASTER, E., 1985, Quality Aassuranceof Diagnostic X-ray Equipment, Equipment for Diagnostic Radiography, MTP Press,USA 4. DEY, S., 1987,kVp Calibration of Nero 6000B using intrinsic germanium detector, Radiation ReIth BraIlch Verdun st., Nedlands WA 6009. 5. Amptek XR-l00T-CZT User Manual, 1997, AmptekInc. Bedford MA, USA.
P3KRBiN-BATAN
Presentasi llmiah KeSeJamatanRadiasi daD Lingkuogan VIII, 23 -24 Agustus 2000 --'C
6. Amptek
MCA-8000
User
Manual,
1987,
Amptek Inc. Bedford MA, USA. 7. DEY,S., 1987, kVpCalibration
of Nero 6000B
using intrinsic gennanium detector, Radiation Helth Branch Verdun st., Nedlands W A 6009. 8. Keithley Model 35080A User Manual, 1994, kVp
Divider
Instruction Manual, Manual No.
37648IM, Radiation
Measurement
Division,
Keithley Instrument, Inc. Ohio, USA. 9. BHAT, M., PATTISON, J., BIBBO, G., CAON, M., 1998, Diagnostic X-ray spectra: A comparison of spectra generated by different computational methods with a measured spectrum, Med. Phys., 25,114-120. 10. CASTRO, E.D., PANI, R., PELLEGRINI, R .,
pada energi tertentu,se~rti yang saya Iakukan juga. b. Bagi saya yang terbaik adaIah CZT, cwna alat tersebutbelwn tersediadi pasaran,(yang karni buat adaIahbaru yang ~rtama ; menurutpabrik detektomya). Penyimpangan maksimwn seharusnyatidak Iebih dari 5 % dari energi puncaknya. c. Dampaknyajelas dosis pasienmeningkat(pada energi rendah),film terIaIu gelap, pada energi tinggi film terIaIu terang/kontras subyeknya hilang dosispasienberkurang. ChomsinS Widodo, Fisika-Unibraw
BACCI. C., 1983, The use of cadmium telluride
a. Apakah kebaikan CZT (apakah I ebih sensitif) ?
detectors
of
b. Dari basil penelitian didapat beda 14 % antara
diagnostic X-ray spectra, Phys. Med. BioI., 29, 1117-1131.
Nerro & CZT untuk filtrasi yang cukup tebal.
II. DEBERTIN, K., AND HELMER, R.G., 1988,
dapat dipakai sebagai pengindera ? mohon penjelasan !
Gamma
tor
the
and
qualitative
X-ray
analysis
Spectrometry
Semiconductor Detectors. Elscrver l'uhlishcrs B. V ..The Netherlands.
with
Apakah dapat disimpulkan bahwa CZT belum
Science
SugengRianto, Fisika FMIPA-Unibraw
12. HUBBEI.. J.H. AND SEIJTZER. S.M.. 1996. Tablc of X-ray mass attenuation coefficients I
a. Ya, sensitifitasnya mendekati 100 % pada daerah
keVto20MeVforrnelementsZ= I to92and48
diagnostik b. CZT justru yang terbaik karena ilia berada
.ldditional
substances
IlItercst.NISTIR
5632. Web
of
docimetric
Version
1.02.
diantara keduanya
(htt :11 h 'sics.llist. ov/Ph 'sRefData/Xra 'MassC (Jt:f/ElcmTab/z 13.html;z29.html)
Mukhlis Akhadi, P3KRBiN-BA TAN
DISKUSI
Dari pengujian diperoleh 4 sinar-X karakteristik (2K.. + 2~). Apa target yang digunakandalarntabungsinar-X ?
Na7.aroh, P3KRBiN-BA TAN Sc:pt:ngc=tahuan saya. daJam mc=nc=ntukan FWHM
SugengRianto, Fisika FMIP A-Unibraw
hanya bt:rgaJllung pada c=nc=rgi lidak mc=nyatakan bt:rg.mlung pada aktivita... sumbt:r pt:nguji !
Tungsten
h ~1;m;tkah diaJll.tra kc: 3 jc:nis dc:tc:ktor lc:rsc:but \ ;UI~ tc:rhaik '!. Bc=rapa% pt:nyimp;u1gan yang
Eka Putra, A TRO -Jakarta
m..,.h Jiizink.ul unluk Junia mc:Ji... ~'I;llir" "pa J.unp.tk pt:nyimp;u1g.m (Sc:h.:-.arl~ '~I "'tgi p.tsic:n
a. Apakah pt.:ngindera CZT dapat digunakan unnIk pt.:ngujian kualitas sinar-X pada berbagai pesawat mcrk
Sutf'n~ Rianlo, Fi'iika FMIPA-Unihnew .'r:m~ .tl...U)
iu1da
hIco:nar ~hingga
~tiap
m.:ny.tt.tk;m I-"\\'HM sclalu discrtai pcmyataan
P3KRBiN-BATAN
yang
lain?
misainya
pesawat
Radiodiagnostik. b. Apakah dapat dilakukan pengujian pada rentang KVp = (dibawah 80 KVp), terutarna unnIk penggunaan rentang (40 -70 KVp)?
204
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian saudaradalam aplikasipelayananRadiologi ?
c
SugengRianto, Fisika FMIPA-Unibraw a. Ya, bisa digunakan untuk semua energi pada daerah diagnostik (0 -180),
daerahRadioterapi.
205
tempi tidak pada
b. Ya bisa,dalamhat ini digunakanpemancarsinarX energirendahdari radioisotop,cuma efisiensi detektor berada dibawah 80 % uotuk energi dibawah40 KeV. c. Kalibrasi bisa dilakukan in Situ ( tidak hamske instansi kalibrator), Dosis pasien bisa dimioimalisasi, Kontro! subyek bisa menjadi lebih baik.
P3KRBiN-BAT AN
