perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENENTUAN DOSIS SERAP RADIASI- 99mTc PADA TUMOR PARU-PARU DALAM TAHAP DIAGNOSIS MENGGUNAKAN SOFTWARE MONTE CARLO N-PARTICLE X
Disusun oleh:
VEETHA ADIYANI M0209054
SKRIPSI
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user November, 2013
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENENTUAN DOSIS SERAP RADIASI- 99mTc PADA TUMOR PARU-PARU DALAM TAHAP DIAGNOSIS MENGGUNAKAN SOFTWARE MONTE CARLO N-PARTICLE X
Disusun oleh:
VEETHA ADIYANI M0209054
SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user November, 2013
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang 99m berjudul “PENENTUAN DOSIS SERAP RADIASI- Tc PADA TUMOR PARU-PARU DALAM TAHAP DIAGNOSIS MENGGUNAKAN SOFTWARE MONTE CARLO N-PARTICLE X” adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing. Sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya, kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini. Segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis. Surakarta,
November 2013
Veetha Adiyani
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENENTUAN DOSIS SERAP RADIASI- 99mTc PADA TUMOR PARU-PARU DALAM TAHAP DIAGNOSIS MENGGUNAKAN SOFTWARE MONTE CARLO N-PARTICLE X
Veetha Adiyani Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret ABSTRAK
Pada tahap diagnosis adanya tumor di dalam paru-paru, seorang pasien akan disuntikkan radiofarmaka bertanda 99mTc ke dalam tubuhnya. Radiofarmaka tersebut diperlukan dalam proses pencitraan tubuh dalam mendeteksi adanya tumor, dimana γ dari 99mTc ditangkap oleh kamera gamma. Informasi tentang dosis serap oleh jaringan sehat di sekitar tumor sangat diperlukan, sehingga penelitian ini melakukan simulasi perhitungan dosis serap pada tahap diagnosis menggunakan software MCNPX yang dikembangkan oleh Los Alamos National Laboratory. Geometri tubuh digambarkan sebagai pria dewasa. Pasien dianggap memiliki sebuah tumor pada paru-paru kanan dan telah disuntikkan radiofarmaka 99m Tc ke dalam tubuhnya. Jenis partikel yang digunakan pada MCNPX adalah foton γ dari 99mTc yang berenergi 0,1405 MeV (98,6%) dan 0,1426 MeV (1,4%). Model cell tumor berbentuk bola dengan variasi diameter 0,5 cm; 1,0 cm; 1,5 cm; 2,0 cm dan 2,5 cm dan aktivitas divariasi sebanyak 1 mCi; 2 mCi; 3 mCi; 4 mCi dan 5 mCi. Berdasarkan hasil penelitian dosis serap pada cell tumor memiliki nilai yang lebih tinggi dari pada sel sehat disekitarnya. Jika diberi aktivitas 3 mCi, nilai dosis serap di cell tumor sesuai dengan kenaikan diameter cell tumor sebesar 5,894 Gy; 1,462 Gy; 0,675 Gy; 0,3876 Gy dan 0,2458 Gy, sedangkan dosis serap sel sehat di luar sel tumor pada jarak 1 mm sebesar 2,222 Gy; 0,649 Gy; 0,3379 Gy; 0,2070 Gy dan 0,1321 Gy. Semakin jauh sel sehat dari cell tumor nilai dosis serap akan semakin kecil, sehingga dapat disimpulkan bahwa dosis serap berbanding terbalik terhadap pertambahan jarak. Selain itu dosis serap juga dipengaruhi aktivitas, dimana dosis serap di sekitar cell tumor dan sel sehat akan mengalami kenaikan apabila aktivitas radiofarmaka 99mTc yang disuntikkan semakin besar. Kata kunci : dosis serap, tumor paru-paru, 99mTc, MCNPX
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
THE DETERMINATION OF ABSORBED DOSE 99mTc RADIATION-γ ON DIAGNOSIS STAGE LUNG TUMOR USING MONTE CARLO NPARTICLE X SOFTWARE
Veetha Adiyani Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Sebelas Maret University ABSTRACT At this stage of the diagnosis of a tumor in the lungs, a patient will be injected radiopharmaceutical 99mTc labeled into his body. The radiopharmaceutical is needed in the process of body imaging in detecting the presence of tumor, where γ of 99mTc captured by a gamma camera. Information about absorbed dose by the healthy tissue around the tumor is necessary, so this research simulating absorbed dose calculation at stage of diagnosis using MCNPX software, where MCNPX developed by the Los Alamos National Laboratory. The geometry of the body was described as an adult male. A patient was considered to have a tumor in the right lung and 99mTc radiopharmaceutical has been injected into his body. The type of particles used in MCNPX was γ photon of 99mTc, γ energy around 0.1405MeV (98.6%) and 0.1426 MeV (1.4%). The Tumor cell model is spherical with variations in diameter of 0.5 cm; 1.0 cm; 1.5 cm; 2.0 cm and 2.5 cm and varied activities as much as 1 mCi, 2 mCi, 3 mCi, 4 mCi and 5 mCi. Based on the results of absorbed dose in the tumor cells have a higher value than the surrounding healthy cells. If given 3 mCi activity, the value of absorbed dose in the tumor cell with the increase in tumor cell diameter around 5.894 Gy; 1.462 Gy; 0.675 Gy; 0.3876 Gy and 0.2458 Gy, whereas healthy cells absorbed dose outside the tumor cells at a distance of 1 mm around 2.222 Gy; 0.649 Gy; 0.3379 Gy; 0.2070 Gy and 0.1321 Gy. The farther away the healthy cells of the tumor cell absorbed dose values will be smaller, so it can be concluded that the absorbed dose is inversely proportional to the increase in distance. In addition it is also influenced by the activity, which the more activity of 99mTc increase the more the absorbed dose will be received. Keywords: absorbed dose, lung tumors, 99mTc, MCNPX
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“Ketika memejamkan mata maka aku bermimpi. Ketika membuka mata aku memiliki kesempatan untuk mewujudkan mimpiku”
Give a man a fish and you feed him for a day. Teach him how to fish and you feed him for a lifetime - Lao Tzu-
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
“”
Gelar Sarjana penulis dipersembahkan untuk: Ayah dan Ibu tersayang, yang selalu setia menunggu dan mendoakan kelulusan putrinya
Kakak-kakak ku, Geetha, Neetha dan Meetha yang selalu memberikan wejangan, semangat, dan bantuan selama penulis menempuh studi. Adikku, Beetha, yang selalu menunggu penulis untuk cepat lulus. Cepat lulus juga Bety, jangan lama-lama. ^д^
“”
Skripsi penulis dipersembahkan untuk: Compton’09, adik-adik tingkat penulis, dan semua yang mempelajari fisika Semoga bermanfaat ^v^
“”
Terima Kasih
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah yang diberikan. Syukur Alhamdulillah, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Penentuan Dosis Serap Radiasi-
99m
Tc Pada Tumor Paru-Paru Dalam Tahap
Diagnosis Menggunakan Software Monte Carlo N-Particle”. Penulis menyadari, keberhasilan penyusunan skripsi tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Pada kesempatan ini, Penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D, selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS. 2. Drs. Suharyana, M.Sc., selaku Dosen Pembimbing I, atas bimbingan, saran, materi, serta motivasi yang selalu diberikan selama penyusunan skripsi. 3. Utari, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing II serta pembimbing akademik penulis selama kuliah, atas semangat, bimbingan, saran, dan nasehat yang selalu diberikan di setiap kesempatan. 4. PTRKN BATAN yang telah meminjamkan software MCNPX. 5. Maryam Moradi, terima kasih atas diskusi ilmiahnya dalam setiap e-mail. 6. Serta seluruh pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik. Semoga kebaikan dan pertolongan dari semua pihak mendapat balasan yang berlipat ganda oleh Allah SWT. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan. Amin. Surakarta,
November 2013
Veetha Adiyani
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN ..............................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN ..............................................................
iii
HALAMAN ABSTRAK .......................................................................
iv
HALAMAN ABSTRACT .....................................................................
v
HALAMAN MOTTO ..........................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................
vii
KATA PENGANTAR ...........................................................................
viii
DARTAR ISI ........................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................
xii
DAFTAR SIMBOL ..............................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................
1
1.1. Latar Belakang Masalah ...............................................
1
1.2. Batasan Masalah ...........................................................
5
1.3. Perumusan Masalah .....................................................
5
1.4. Tujuan Penelitian .........................................................
5
1.5. Manfaat Penelitian .......................................................
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .........................................................
7
2.1. Kanker Paru-Paru .........................................................
7
2.2. Kedokteran Nuklir ........................................................
7
2.3. Dosimetri ......................................................................
9
2.4. Interaksi Foton dengan Materi .....................................
11
2.4.1. Efek Fotolistrik ................................................. to user 2.4.2. Hamburancommit Compton .........................................
11
ix
13
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.4.3. Produksi Pasangan ............................................
14
2.4.4. Hamburan Thomson .........................................
15
2.4.5. Hamburan Rayleigh ..........................................
16
2.4.6. Reaksi Fotonuklir .............................................
16
2.5. Interaksi Partikel Bermuatan dengan Materi ................
17
2.6. Tangkapan Elektron .....................................................
17
2.7. Radionuklida 99mTc ......................................................
17
2.8. Monte Carlo N-Particle ................................................
18
2.8.1. Format Input File MCNP .................................
19
2.8.2. MCNP Visual Editor ........................................
21
2.9. Phantom MIRD ............................................................
23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...........................................
25
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ......................................
25
3.2. Alat dan Software .........................................................
25
3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi ......................................
25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................
28
4.1. Hasil Simulasi ..............................................................
29
4.2. Hasil Perhitungan Dosis Serap .....................................
30
BAB V PENUTUP ...............................................................................
39
5.1. Kesimpulan ..................................................................
39
5.2. Saran .............................................................................
39
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................
40
LAMPIRAN-LAMPIRAN ..................................................................
43
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5
Sumber Radiasi Terbuka ......................................................... Nilai Faktor Bobot-Radiasi (WR) Berbagai Jenis Radiasi ....... Nilai Faktor Bobot Organ (WT) ............................................... Jenis dan Modifikasi (*) Tally ................................................. Komposisi dan Densitas Organ Tubuh Model Phantom ORNL-MIRD .......................................................................... Energi Foton yang Dihasilkan pada Diameter Tumor yang Berbeda .................................................................................... Energi Foton yang Dideposisi pada Diameter Tumor yang Berbeda .................................................................................... Dosis Serap pada Organ di sekitar Tumor ( = 0,5 cm) ......... Dosis Efektif pada Organ ( = 0,5 cm) dengan Variasi Aktivitas .................................................................................. Kesalahan Relatif pada Tumor ( = 0,5 cm) dengan Berbagai NPS ..........................................................................
commit to user
xi
8 10 11 22 24 29 30 34 36 37
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 3.1
Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5
Ilustrasi Efek Fotolistrik ..................................................... Ilustrasi Efek Compton ....................................................... Ilustrasi Produksi Pasangan ................................................ Ilustrasi Anihilasi Elektron-Positron .................................. Ilustrasi Tangkapan Elektron .............................................. Skema Peluruhan 99mTc ...................................................... Struktur Input File MCNP .................................................. Format dan Contoh Cell Cards ........................................... Format dan Contoh Surface Cards ..................................... Model Phantom ORNL-MIRD Berbagai Umur ................. (a) Geometri Sel Tumor pada Paru-Paru Kanan Tampak Depan .............................................................. (b) Geometri Sel Tumor Tampak Atas ................................ Data Card pada File Input ................................................. Diagram Alir Penelitian ...................................................... Geometri Phantom ORNL-MIRD yang Telah Dimodifikasi ....................................................................... Grafik Hubungan Dosis Serap Terhadap Jarak dengan Aktivitas 3 mCi ................................................................... Grafik Hubungan Dosis Serap dengan Diameter Tumor ... Grafik Hubungan Dosis Serap Terhadap Untuk Sel Tumor = 0,5 cm dengan Aktivitas 3 mCi ................. Grafik Hubungan Jarak pada Tumor ( = 0,5 cm) Tterhadap Dosis Serap dengan Variasi Aktivitas ................
commit to user
xii
12 13 14 15 17 18 19 20 20 23 26 26 26 27 28 31 32 33 34
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Simbol
̅
⁄
Keterangan Aktivitas mula-mula radionuklida Bilangan transformasi Diameter tumor Dosis efektif Dosis ekuivalen Dosis Serap Energi yang diserap oleh organ Energi total elektron Energi kinetik Energi rerata Fungsi kerja Jarak Jari-jari tumor Kecepatan cahaya dalam ruang hampa Konstanta Planck Massa elektron Massa organ Nilai faktor bobot radiasi Nilai faktor bobot organ Nomor atom Sudut hamburan foton Tampang lintang atom Tampang lintang Waktu paruh
commit to user
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Input File ............................................................................... 43 Lampiran 2 Perhitungan Distribusi Dosis Serap dengan Variasi Jarak (Aktivitas 3 mCi) .................................................................. 53 Lampiran 3 Grafik Hubungan Dosis Serap terhadap
dengan
Aktivitas 3 mCi .................................................................... 60 Lampiran 4 Grafik Hubungan Jarak pada Tumor terhadap Dosis Serap dengan Variasi Aktivitas ............................................. 61 Lampiran 5 Tabel Dosis Efektif pada Organ dengan Variasi Aktivitas ... 62
commit to user
xiv
