PENENTUAN DOSIS SERAP LAPANGAN RADIASI PERSEGI PANJANG BERKAS FOTON 10 MV DENGAN PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

PENENTUAN DOSIS SERAP LAPANGAN RADIASI PERSEGI  PANJANG BERKAS FOTON 10 MV DENGAN PENGUKURAN DAN  PERHITUNGAN  SRI INANG SUNARYATI Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir­Batan

ABSTRAK PENENTUAN DOSIS SERAP LAPANGAN PERSEGI PANJANG BERKAS FOTON 10  MV DENGAN PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN.  Telah dilakukan penentuan dosis  serap lapangan radiasi persegi panjang berkas foton 10 MV dari pesawat pemercepat  linier medik Elekta serta orientasi ”jaw” yang membentuk sisi panjang dan sisi pendek  yang berbeda. Pengukuran dilakukan di dalam fantom air pada kedalaman 10 cm dengan  jarak sumber radiasi ke permukaan fantom 100 cm dan luas lapangan radiasi persegi  yang bervariasi mulai dari 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm serta beberapa lapangan  radiasi   persegi   panjang   menggunakan   detektor   volume  0,6   cc  yang   terangkai   dengan  elektrometer Farmer . Hasil yang diperoleh menunjukkan adanya perbedaan yang cukup  berarti yakni  lebih besar daripada ± 2 % antara lapangan persegi panjang 4 cm x 8 cm  dan 19 cm x 6 cm berdasarkan perhitungan dan pengukuran. Diuraikan juga penentuan  dosis serap lapangan radiasi persegi panjang dengan orientasi “jaw” yang membentuk  sisi panjang dan sisi pendek yang berbeda.

ABSTRACT ABSORBED   DOSE   DETERMINATION   Of   RECTANGULAR   FIELDS   FOR   A   10   MV   PHOTON   BEAM   OF   THE   ELEKTA   LINEAR   ACCELERATOR   MACHINE   USING   MEASUREMENT   AND   CALCULATION.  This   paper   describes   the   determination   of   rectangular  fields  for  a 10 MV photon beam  of the Elekta  linear  accelerator  machine.   Determination  of percentage depth dose    curves have been carried  out using a PTW   Freiburg dosemeter system. The condition of measurement has been done at the source   to the surface distance of 100 cm  and field sizes vary from 4 cm x 4 cm to 20 cm x 20   cm. The output     for rectangular fields which equal to the equivalent square fields were   also determined The result obtained show that the output  for rectangular fields of  4 cm x   8 cm and 19 cm x 6 cm vary from the output of its equivalent square field by more than ±   2 %. The output for rectangular fields  with different jaw orientation are also presented.  

623

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

PENDAHULUAN Sejak awal tahun 1950, pesawat teleterapi sinar­X megavolt biasa juga disebut  pesawat pemercepat linear medik  telah digunakan untuk terapi berbagai jenis tumor [1].  Nama   ini   diambil   dari   bagian   pesawat   yang   digunakan   untuk   mempercepat   elektron  sampai mencapai energi tertentu, dari 4 – 35 MeV. Saat ini RS Kanker Dharmais, Jakarta  baru   memasang   pesawat   pemercepat   linier   medik   Elekta,   Pesawat   buatan   Inggris   ini  dapat memancarkan berkas elektron dengan energi nominal 4, 6, 9, 12 dan 15 MeV serta  berkas foton 6 MV dan 10 MV.   Berkas radiasi foton digunakan untuk menyinari tumor  yang berada dalam jaringan tubuh (misal kanker payudara dan nasofarinx), sedangkan  berkas radiasi elektron untuk menyinari kasus kanker kulit[2]   Ketika   tumor   harus   disinari   dengan   radiasi,   sel­sel   tumor   harus   diusahakan  menerima   dosis   sesuai   dengan  besar   dosis   yang  telah   ditentukan   dan  sel­sel   normal  disekitarnya   menerima   dosis   serendah   mungkin.   Sebelum   dilakukan   penyinaran  diperlukan dua macam informasi guna menghitung besarnya dosis yang akan diberikan  pada pasien. Pertama adalah data yang berkaitan dengan pasien itu sendiri. Letak dan  volume tumor harus sudah diketahui secara pasti dari hasil diagnosa sebelumnya. Yang  kedua adalah data yang berkaitan dengan berkas radiasi, seperti dosis acuan, lapangan  radiasi dan distribusi dosis[2]. Untuk membentuk lapangan radiasi yang sesuai dengan yang diinginkan, maka  diperlukan   suatu   susunan   kolimator  yang  dipasang   di  dalam  kepala  pesawat.  Sinar  X  setelah melewati kolimator, berturut­turut akan melewati  flattening filter, monitor kamar  pengion, cermin dan kolimator sekunder. Kolimator sekunder terdiri atas rahang­rahang  (”jaws”) yang dapat digerakkan sehingga luas lapangan radiasi dapat bervariasi, biasanya  dari 0 cm x 0 cm sampai dengan 40 cm x 40 cm. Untuk mengatur lapangan radiasi ini,  diperlukan simulasi sumber radiasi yang terdiri atas lampu dan cermin. Keduanya telah  ditempatkan   sedemikian   rupa   sehingga   saat   lampu   bercahaya,   cermin   akan  memantulkan cahaya dengan luas lapangan sama dengan luas lapangan yang terbentuk  oleh berkas radiasi. Pada perlakuan radioterapi penggunaan bentuk lapangan radiasi yang digunakan  bisa persegi, persegi panjang atau tidak beraturan. Untuk lapangan persegi  yang berada  di   antara   2   buah   lapangan   persegi   penentuan   keluarannya   dapat   dilakukan   dengan  interpolasi   menggunakan   kurva   faktor   keluaran,   sedangkan   untuk   lapangan   persegi  panjang   penentuan   keluarannya   juga   dapat   dilakukan   berdasarkan   keluaran   lapangan  persegi.   Penentuan   keluaran   lapangan   persegi   panjang   berdasarkan   bentuk   lapangan  persegi  ini dinamakan metoda lapangan ekivalen  yang  didefinisikan  sebagai  lapangan 

624

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

standar berbentuk persegi atau lingkaran yang mempunyai karakteristik persentase dosis  di kedalaman di sumbu utama berkas radiasi sama dengan lapangan persegi panjang[3]. Untuk   menggunakan   metoda   lapangan   ekivalen   ini,   maka   perlu   dilakukan  verifikasi   keluaran   untuk   lapangan   persegi   panjang   yang   ekivalen   dengan   keluaran  lapangan perseginya. Jika perbedaan keluaran lapangan persegi panjang berbeda lebih  besar dari ± 2 %, maka perlu dilakukan pengukuran untuk mendapatkan faktor keluaran  untuk masing­masing lapangan persegi panjang[4]. Hal   lain   yang   perlu   diperhatikan   pada   keluaran   lapangan   persegi   panjang   ini  adalah orientasi “jaw” yang membentuk sisi pendek dan sisi panjang. Jika orientasi sisi  pendek dan sisi panjang ditukar dan keluarannya berbeda lebih besar daripada ± 2 %,  maka perlu tabel keluaran untuk setiap orientasi sisi panjang dan sisi pendek lapangan  persegi panjang tersebut[5]. Makalah   ini   melaporkan   penentuan   keluaran   lapangan   persegi   panjang  berdasarkan  pengukuran langsung dan  perhitungan menggunakan  lapangan  ekivalen  perseginya   yang   bertujuan   untuk   membandingkan   apakah   hasil   penentuan   keluaran  secara   langsung   untuk   lapangan   persegi   panjang   dengan   penentuan   berdasarkan  penggunaan lapangan ekivalen perseginya. Disamping itu dilakukan juga     penentuan  keluaran lapangan persegi panjang dengan orientasi “jaw” yang membentuk sisi pendek  dan sisi panjang yang berbeda.

TEORI Penentuan Faktor Keluaran Pengukuran dilakukan pada sumbu utama berkas radiasi   di dalam fantom air  pada kedalaman  10 cm untuk 10 MV dengan  jarak sumber radiasi ke permukaan fantom  100 cm dengan luas lapangan persegi yang bervariasi mulai dari 4 cm x 4 cm sampai  dengan 20 cm x  20 cm.  Dosis serap di dalam air pada titik efektif pengukuran dapat ditentukan dengan  persamaan berikut  [6] : 5

Dw(Peff) = Mu  . ND . S air,ud . Pu . Ps ……………………..………………...(1)

dengan : 5

Dw(Peff) : dosis serap di air pada titik efektif pengukuran (cGy)

Mu

(Titik   efektif   pengukuran   adalah   titik   yang   memperhitungkan   adanya  gradien   fluen   dalam   rongga   detektor     yang   besarnya   0,75   x   jari­jari  detektor untuk berkas radiasi  foton).   :  bacaan dosimeter  yang dikoreksi dengan tekanan udara dan  

                          temperatur udara (digit) ND

:  faktor kalibrasi dosis serap udara detektor  (Gy/digit)

625

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

Sair,ud 

: nisbah daya henti masa air relatif terhadap udara

Pu 

: faktor koreksi pertubasi  

Ps

: faktor koreksi rekombinasi ion 

Untuk mendapatkan dosis maksimum, Dmaks  menggunakan persamaan sbb: Dmaks =  100/ (5PDDeff)   x 5Dw(Peff)   ……………………………..(2) 5

PDDeff

: PDD (prosentase dosis di kedalaman) pada pengukuran di

kedalaman efektif(3) Hasil pengukuran berbagai luas lapangan radiasi dinormalisasikan terhadap luas  lapangan  10 cm x 10  cm.  digambarkan  dalam  kurva faktor keluaran  yang  merupakan  keluaran relatif sebagai fungsi luas lapangan persegi.

Penurunan Persamaan Lapangan Radiasi Ekivalen Metoda   lapangan   radiasi   ekivalen   didasarkan   pada   metoda   Clarkson  sebagaimana   yang   diuraikan   oleh   Meredith   dan   Neary   [7].   Keduanya   menunjukkan  bahwa   dosis   di   suatu   titik   dalam   medan   radiasi     sinar­X   yang   disebabkan   oleh   foton  terhambur di dalam fantom dapat dihitung dari suatu integrasi yang melibatkan fungsi “  scatter­radius “ yang modelnya ditunjukkan pada persamaan berikut : Sr  = S∞ ( 1 – e­ λr ­ µλre­λr )   ……………………………......(3) dengan Sr

: dosis hambur di sumbu utama dalam medan radiasi dengan jari­jari r

S∞

:   

dosis   hambur   di   sumbu   utama   dalam   medan   radiasi   dengan   jari­jari   tak 

terhingga λ

:  parameter dengan dimensi panjang –1

µ

:  parameter tidak berdimensi yang terletak antara 0 dan 1 Untuk   beberapa   tujuan   maka   akan   sangat   berguna   mengganti  λ  dengan 

parameter alternatif r1/2, yaitu  jari­jari medan radiasi yang   dosis hambur di sumbu utama  berkas adalah  S∞/2. Parameter r1/2 dan  λ berbanding terbalik  Integral Clarkson untuk medan radiasi persegi panjang   dapat dievaluasi dalam  bentuk tertutup jika fungsi “ scatter­radius “ diasumsikan linier Untuk suatu medan radiasi persegi panjang berdimensi  b  x  a, diameter ekivalen  δ  dan  persegi ekivalen dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut [6] :                                        ln tan (π/4 + ø/2 ) + b/a ln tan (π /2) ­ ø/2  )  δ /a   =   ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­   ……………….(4)                                                                    π /2 dengan  ø = tan­1(b/a) (radian)

626

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

Untuk persamaan medan radiasi  persegi  persamaan (2) menjadi δ /a   = 1,122  …………………………………………………….........(5) Jika b/a ≥ 2 maka persamaan di atas akan mendekati                   ln ( 2 b/a) +1 δ /a   =  ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ……………………………………….......... (6)                           π /2 Juga untuk suatu fungsi hamburan yang linier, Bjärngard dan Siddon mendapatkan 2 ab σ =  ­­­­­­­­­­   f (b/a)  ……………………………………....................(7)             a + b dengan f (b/a)  = 1 untuk  b/a   = 1, naik sampai 1.125 untuk  b/a   = 5 Worthley  dan   Patomaki   menunjukkan   bahwa   lapangan   persegi   ekivalen   dapat  dihitung dari  σ =  2 ab/(a + b) ………………………………………………………. (8) Persamaan ini dikenal sebagai formula 4 luas/keliling. Persamaan ini cukup baik untuk  digunakan pada persegi panjang  yang moderat tetapi tidak cocok jika a atau b melebihi  20 cm. Formula ini sangat menguntungkan ketika saat perhitungan cepat diperlukan dan  dengan kehilangan ketelitian dalam batas yang diterima.  

PERALATAN DAN TATA KERJA Peralatan Sebagai   sumber   radiasi   digunakan   pesawat   pemercepat   linier   medik   Elekta  model   Precise   Treatment   System   dengan   nomor   seri   1123   milik   rumah   sakit   Kanker  Dharmais, Jakarta. Pesawat ini dapat memancarkan berkas foton 10 MV. Detektor   bilik   pengionan   volume   0,6   cc   tipe   2581   nomor   seri   327   yang  dirangkaikan dengan elektrometer Farmer tipe 2570A nomor seri 531 untuk mengukur  keluaran dari pesawat pemercepat linier medik.

Tata Kerja    Pengukuran   keluaran   dilakukan   dengan   menempatkan   detektor   di   dalam   fantom   air  pada kedalaman 10 cm dengan jarak sumber radiasi ke permukaan fantom 100 cm dan  luas lapangan radiasi persegi yang bervariasi mulai dari 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm  serta beberapa lapangan radiasi persegi panjang dengan menggunakan sistem komputer  dari   pesawat   tersebut   untuk  mengubah   ”jaws”  pada   pesawat   tersebut.   Termometer,  barometer   dan   hygrometer   masing­masing     untuk   mengukur   suhu,   tekanan   serta 

627

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

kelembaban ruangan. Susunan peralatan pada pengukuran dapat dilihat pada Gambar 1.  di bawah ini.

Gambar   1.   Susunan   peralatan   pengukuran   keluaran   dari   pesawat   pemercepat   linier  medik                    Elekta di sumbu utama berkas radiasi  di dalam fantom air pada kedalaman                    10 cm untuk 10 MV dengan  jarak sumber radiasi ke permukaan fantom, SSD                   100 cm

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penentuan dosis serap berkas foton 10 MV untuk   lapangan radiasi mulai  dari 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm    yang dihitung menggunakan persamaan 1 dapat  dilihat pada Tabel 1 sedangkan kurva Faktor Keluarannya dapat dilihat pada Gambar 2. TABEL 1. Dosis serap berkas radiasi foton 10 MV untuk lapangan radiasi persegi 4 cm x                    4 cm s/d 20 cm x 20 cm

No 1 2 3 4

Lapangan  radiasi cm x cm 4 x 4 5 x 5 6 x 6 7 x 7

Dosis serap cGy/200 MU

Faktor Keluaran

276,91 282,43 287,11 290,47

0,924 0,942 0,958 0,969

628

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

5 6 7 8 9 10 11

8 x 8 9 x 9 10 x 10 12 x 12 15 x 15 18 x 18 20 x 20

 ISSN: 1412­3258

294,36 296,12 299,81 304,33 311,13 315,35 317,95

0,982 0,988 1,000 1,015 1,038 1,052 1,061

1.1

Faktor Keluaran

1.05

1

0.95

0.9

0.85

0.8 4

6

8

10

15

20

Lapangan Radiasi ( cm x cm )

Gambar 2. Kurva faktor keluaran untuk lapangan radiasi persegi 4 cm x 4 cm s/d 20 cm                    x 20 cm Hasil penentuan dosis serap beberapa lapangan persegi panjang berdasarkan  pengukuran dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Dosis Serap Berkas Radiasi Foton 10 MV untuk lapangan radiasi persegi                panjang dan lapangan ekivalennya

No

Lapangan  radiasi cm x cm

X

Y

1

4 x 5

4 5

5 4

Dosis  serap cGy/300  MU 280,77 277,95

2

4 x 8

4 8

8 4

3

4 x 13

4 13

4

5 x 12

5

  ▼* %

+1,01

Lapangan  radiasi  ekivalen cm x cm 4,5 x 4,5

Dosis  serap cGy/300  MU 279,67

277,36 279,75

­ 0,85

5,4 x 5,4

283,88

­ 2,30 ­1,50

13 4

290,86 283,66

+ 2,54

6,2 x 6,2

288,03

+0,98 ­1,50 

12

289,84

+ 1,24

7,1 x 7,1

292,31

­0,80

629

▼%

+0,40 ­ 0,60

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

5

6 x 19

12

5

286,30

6 19

19 6

299,53 294,75

 ISSN: 1412­3258

­2,10 + 1,62

8,9 x 8,9

295,53

+1,30 ­2,60

                      XY – YX                                                              ▼*  = ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­   x 100 %       ;        Perbedaan dosis dengan merubah sumbu x   dengan sumbu y untuk luas              YX                                        lapangan yang sama                      lap.rad persegi panjang ­  lap.rad. ekivalen        ▼          = ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­     x 100 %             ;   Perbedaan dosis   lapangan radiasi ekivalen                                    lap.rad. ekivalen                                      dengan lapangan  radiasi persegi panjang                    Hasil   penentuan   dosis   serap   untuk     lapangan   radiasi   ekivalen   ditentukan   dari  kurva   faktor   keluaran.   Dari   Tabel   2  dapat   dilihat   adanya  perbedaan   dosis   serap  yang  cukup berarti sampai +2,54 % ketika posisi sisi pendek dan sisi panjang  dari lapangan  radiasi   ditukar.   Begitu   juga   dengan   dosis   serap   suatu   lapangan   persegi   panjang  terhadap   lapangan   persegi   ekivalennya   juga   memperlihatkan   perbedaan   yang   cukup  berarti yakni 2,6%. Perbedaan ini melebihi batas batas yang diijinkan yakni ± 2 % [2].  Perbedaan ini kemungkinan besar disebabkan oleh sistem pembentuk lapangan radiasi  dari kolimator sekunder terdiri dari rahang atas dan rahang bawah (”jaws”) yang dapat  digerakkan   pada   sistem   pengaturan   lapangan   radiasi   di   kepala  pesawat   tersebut,  sehingga hamburan foton yang disebabkan oleh sistem ini tidak sama [2]. Dari   tabel   di   atas   dapat   dilihat   juga   bahwa   tidak   ada   pola   yang   jelas   dari  besarnya   laju   dosis   serap   dengan   perubahan   orientasi   dari   rahang   atas   dan   rahang  bawah   (”jaws”)   ,   hal   ini   menunjukkan   adanya   ketergantungan   laju   dosis   serap   pada  rahang   atas   dan   rahang   bawah   (”jaws”)   tersebut.   Sehingga   untuk   perubahan   setiap  orientasi dari rahang atas dan rahang bawah (”jaws”) laju dosis serap harus diukur baik  untuk lapangan radiasi persegi mau pun lapangan radiasi persegi panjang.

KESIMPULAN Dari hasil dan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa : ­

Pertukaran posisi sisi panjang dan sisi pendek menghasilkan perbedaan dosis  serap yang cukup signifikan mencapai + 2,54%

630

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

­

 ISSN: 1412­3258

Dosis   serap   suatu   lapangan   persegi   panjang     terhadap   lapangan   persegi  ekivalennya   juga   memperlihatkan   perbedaan   yang   cukup   berarti   mencapai   +  2,6%

­

Untuk   lapangan   persegi   panjang   tertentu   metoda   penentuan   dosis   serap  menggunakan lapangan persegi ekivalennya akan menyebabkan kesalahan yang  cukup   besar,   untuk   itu   sebaiknya   dosis   serapnya   ditentukan   berdasarkan  pengukuran bukan dengan perhitungan

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Drs. Ariyanto Heru Leksono DEA dkk  atas bantuannya sehingga penulisan ini dapat terlaksana.  

631

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

DAFTAR PUSTAKA

1. SUNTHALINGRAM,   N.,  Medical   Radiation   Dosimetry,   Int.   J.   Appl.   Radiation   and   Isotope 33, (991 – 1006), 1982 2. Trijoko,   S.,   and   Dani.,   Kalibrasi   Keluaran   Pesawat   terapi   LINAC   Mitsubishi   di   RS  Dokter Kariadi, Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan117­ 122, 1994

3. British Journal of Radiology Supplement No. 25,  Central Axis Depth Dose Data for   Use in Radiotherapy : 1996, British Institute of Radiology, London, 1996

4. JOHN   L   HORTON.,    Handbook   of   Radiation   Therapy   Physics,   Prentice­Hall,   Inc.  Englewood Cliffs, N.J., 1987

5. WILLIAM,   J.R.,   and   TWAITES,   D.I.,  Radiotherapy   in   practice,     Oxford   Medical  Publication, 1993

6. Instruction Manual for Farmer Dosemeter Type 2570A, Nuclear Enterprises Limited,   Bath   IAEA,   TECHNICAL   REPORT   SERIES   (TRS),   No.   277:  Absorbed   dose   determination in photon and electron beam, An International Code Practice, Vienna,  1987

7. MEREDITH,   W   J   and   NEARY,   G   J.,  The   production   of   isodose   curves   and   the   calculation of energy absoption from standard depth dose data, BJR , 17, 1984

632

Seminar Keselamatan Nuklir 2 – 3 Agustus 2006

 ISSN: 1412­3258

633