PERHITUNGAN DISTRIBUSI DOSIS DALAM TERAPI KANKER PADA UTERINE CER VIX DENGAN SUMBER TITIK Endang Kumia, Suwamo Wiryosimin*
ABSTRAK PROGRAM KOMPUTER UNTUK PERHITUNGAN DISTRIBUSI DOSIS DALAM TERAPI KANKER PADA UTERINE CERVIX DENGAN SUMBER RADIASI BENTUK TITIK. Pada masa awal penggunaan sumber radiasi dalam terapi kanker, perhitungan dosis hanya didasarkan pada perkiraan dosis pada beberapa titik tertentu saja, seperti pada sistem Peterson-Parker dan Quimby atau sistem Manchester. Perkiraan dosis seperti di atas jelas sangat tidak cukup dalam menggambarkan distribusi dosis disekitar sumber radiasi pada daerah tumor. Penggambaran distribusi dosis yang lengkap pada berbagai posisi sangat-diperlukan dan saat ini dengan telah munculnya berbagai komputer PC yang berkecepatan tinggi maka perhitungan distribusi dosis di sekitar sumber radiasi dan menggambarkannya dalam bentuk contour-contour isodosis sangat memungkinkan. Tujuan dari pembuatan program komputer ini adalah membuat sebuah program komputer untuk perencanaan terapi kanker pada uterine cervix dengan berbagai sumber radiasi bentuk titik seperti cesium-13?, emas-I98, cobalt-60, iridium-I92 atau radium-226 dengan kemampuan dalam pengelolaan pangkalan data pasien dan penggambaran contour-contour isodosis pada berbagai posisi. Program yang dibuat cukup interaktif dalam sistem menu dan pemasukan data dan hanya memerlukan waktu 3.99 detik untuk menghitung dan menggambarkan contour isodosis pada PC 80486DX.
PENDAHULUAN Dalam terapi kanker pad a uterine cervix, aplikator yang berisi sejumlah sumber radioaktif bentuk titik diletakkan langsung di daerah sekitar kanker, sehingga metode ini memiliki keuntungan dibandingkan teleterapi, external beam therapy, dimana dosis yang relatif sangat tinggi dapat dikenakan kedaerah tumor sedangkan jaringan sehat hanya menerima sedikit radiasi. Pada masa awal penggunaan sumber radiasi dalam terapi kanker perhitungan dosis hanya didasarkan pada perkiraan dosis pada beberapa titik tertentu saja, sebagai contoh adalah sistem perkiraan dosis dari Peterson-Parker dan Quimby atau sistem baku perkiraan dosis pada titik A dan titik B pada sistem manchester. Perk iraan dosis seperti di atas jelas sangat tidak cukup dalam menggambarkan distribusi dosis disekitar sumber radiasi pada daerah tumor dan dapat memberikan penggambaran yang salah dalam menentukan dosis pada daerah daerah lainnya men gin gat dengan metode brachyterapy ini pengaruh perbedaan jarak yang sangat kecil akan sangat mempengaruhi besaran dosis pad a daerah sasaran. Jelas sekali penggambaran distribusi dosis yang lengkap pada berbagai posisi sangat diperlukan dan saat ini Pusat Penelitian Teknik Nuklir - BA TAN
619
dengan telah munculnya berbagai komputer PC yang berkecepatan tinggi, maka perhitungan distribusi dosis di sekitar sumber radiasi dan menggambarkannya dalam bentuk kurva-kurva isodosis sangat memungkinkan. Tujuan dari pembuatan program komputer ini adalah membuat sebuah program aplikasi komputer untuk perencanaan terapi kanker pada uterine cervix dengan berbagai sllmber radiasi bentuk titik' seperti cesium-I 37, emas-198, cobalt-60, iridium-l92 atau radium-226 dengan kemampllan dalam pengelolaan data pasien dan penggambaran contour-contour isodosis pad a daerah sasaran.
TEOR! Dosis dari Sumber Titik Paparan radiasi di udara dari sebuah sumber titik pemancar y merupakan fungsi terbalik klladrat jarak. dengan mengabaikan atenuasi di udara, maka persamaannya adalah sebagai berikut :
-=
dX
Ai
(I)
dt
dimana dx/dt = paparan radiasi dalam Rljam; A adalah aktivitas dalam mCi atau berat equivalen dengan 226Ra (mg); r adalah jarak dari sumber dalam cm dan adalah RioJam pa d a satu cm per m C·I atau mg n~ a. Beberapa sumber radiasi mempunyai spektrum sinar-y yang kompleks, maka transmisi sinar-y dari sumber radiasi tidak menurun secara exponensial terhadap ketebalan, koefisien absorpsi energi bervariasi terhadap ketebalano Sebagai contoh untuk radium-226 yang memancarkan 12 macam energi sinar-y, maka untuk sumber radium yang dilapisi platina dirumuskan sebagai:
I
I
12
<1>
=
L i=l
Ii
exp( -!liT}
dimana
= Konstanta spesifik total = Konstanta spesifik !li = Koefisien absorpsi T = Ketebalan platina penmbungkus
Ii
620
(2)
Mengingat absorpsi dan scattering pada jaringan lunak, paparan radiasi 1 pada titik P dalam jaringan dapat dituliskan sebagai berikut:
l
= A
WAR /d2
(3)
dimana WAR adalah perbandingan antara paparan dalam air dengan paparan kalau di udara, atau biasa disebut water-air exposure ratio yang mengikuti persamaan : 12
AR
=
L exp (-Il.d) .
(4)
I
1=1
dimana Ili dan d adalah koefisien absorpsi efektif jaringan untuk setiap jenis sinar-y dan ketebalan jaringan. Untuk mendapatkan harga dari persamaan (2) dan (4) secara matematis adalah sulit, maka yang paling mudah adalah dengan mengukur langsung maupun WAR sinar-y yang berasal dari sumber. Data yang didapat digunakan untuk menentukan paparan radiasi pada berbagai titik jaringan dengan menggunakan persamaan (1). Penentuan secara experiment absorpsi dan scattering sinar-y dari sumber titik dalam air telah banyak dilakukan. Dari berbagai data yang ada oleh Shalek dan Stoval data diseleksi, dirata-ratakan, dan direpresentasikan dalam bentuk persamaan polinomial orde tiga dimana seperti pad a tabel I. Data-data yang digunakan adalah untuk jarak sampai dengan 10 em, maka WAR diatas hanya berlaku untuk menghitung distribusi dosis pad a jarak lebih kecil atau sarna dengan 10 em.
r
Tabel 1.
Konstanta polinomial untuk menghitung atenuasi sinar-y dalam air dari sum ber titik A C D B -9.015xI0'J 10.4 -1 ,597x I1,009Ix1Ou ,0005x -1,707xI0-J -4,423xlO-J 7,448xI0'~ 1,0306xI 1, IIIIOU xOU IO·J 1,0 128xI -I, -2,61OxlO-J 1,327xI0-4 178xl 0° O-J -3,459xI04 -2,817xl0-~ -8,134xIO-:'J -2,008x 5,OI9xI0-J -5,318xI0'J 1O-~ Isotop 9,9423xI0-'
paparan di air paparan di udara = A + Br + Cr 2 + Dr
r = jarak, em 3
Rekonstruksi Posisi Sumber Untuk merekonstruksi posisi sumber pada daerah sasaran dengan koordinat tiga dimensi x, y dan z digunakan radiograph. Ada berbagai metode yang dikenal untuk
621
merekontruksi posisi sumber radiasi, akan tetapi pada rancangan program komputer digunakan teknik orthogonal yang memiliki kesalahan paling kecil dibandingkan teknik lainnya dalam penentuan posisi sumber. Dalam teknik orthogonal, dua buah film diambil pada posisi saling membentuk sudut 900 seperti ditunjukkan pada Gambar 1 dibawah ini. z y
x
film 2
Gambar 1 : Proyeksi dua arah teknik radiograph orthogonal dalam penentuan koordinat sumber Titik P adalah titik yang akan ,dicari koordinat sebenarnya, sedangkan titik (x, y, 0) dan titik (0, y, z) adalah proyeksi koordinat bayangan pad a radiograph. Dengan menggunakan theorema phitagoras, dari representasi Gambar 1 didapatkan empat persamaan dengan tiga anu. Untuk mendapatkan nilai koordinat x, y, dan z yang sebenarnya dari titik P, diambil kombinasi dari tiga persamaan dan dengan cara substitusi didapat persamaan:
x = XI (F.J2 fJ2
- Z2F; ) -X1Z2
y = XI (F.J2
- Z2F2)
1..12 - X1Z2
622
(5)
(6)
2 = 22 (F;1;
- Xli';) 1;/2 - XI 22
(7)
dimana : = Jarak an tara fokus ke film untuk arah anterior-posterior f2 = Jarak antara fokus ke film untuk arah lateral F I = Jarak antara fokus ke isocenter untuk arah anterior-posterior F2 = Jarak antara fokus ke isocenter untuk posisi lateral Xl> Y1 = Koordinat pada film radiograph arah anterior-posterior f1
Z2,
Y 2 = Koordinat pada film radiograph arah lateral
Dari spesifikasi simulator jarak focus ke isocenter atau ke film dapat diketahui, sedangkan jarak fokus ke film radiograph dapat dihitung dari faktor pembesaran (M) bayangan, dimana F] = M X Fl. Dari spesifikasi simulator jarak focus ke isocenter atau ke film dapat diketahui, sedangkan jarak fokus ke film radiograph dapat dihitung dari faktor pembesaran (M) bayangan, dimana F] = M X FI. Persamaan-persamaan di atas hanya beriaku untuk arah penyinaran dari kanan ke kiri untuk lateral dan atas ke bawah untuk posisi anterior-posterior. Untuk merekonstruksi koordinat dengan arah penyinaran yang berbeda atau dengan penggunaanmesin sinar-X jenis selain simulator, misalnya jenis C-arrn, rnaka persamaan di atas periu di modifikasi berdasarkan prinsip penurunan persarnaan yang sarna.
RANCANGANPROGRAM Perangkat Lunak dan Keras Sistem operasi untuk menjalankan program adalah DOS versi 3.0 ke atas yang berbasiskan mesin komputer IBM PC atau kompatibelnya baik itu XT mallpun jenis AT. Untllk kecepatan perhitllngan maupun kecepatan penampilan grafik math coprocessor 8087 sangat diperlukan, karena program komputer secara extensif menggunakan perhitungan-perhitungan bilangan real, walaupun begitll program kompllter masih tetap dapat berjalan tanpa adanya math coprocessor, karena program kompllter dilengkapi pustaka simulasi lIntuk perhitungan-perhitllngan bilangan real. Program komputer ditulis dengan teknik struktur penulisan program berorientasi objek (OOP) dengan bahasa C++ dan kompiler Borland C++.
623
Mengingat penyimpanan data bilangan presisi ganda disimpan pada suatu matrix 41x41, juga berbagai data global memerlukan memori yang besar, maka program dikompil dengan model memori besar. Selain itu besar stack memory diperbesar dari nilai default nya menjadi 10000 byte sehingga bisa menampung semua data yang ada.
Diagram Alir Rancangan diagram alir utama program komputer merupakan modifikasi dari program Brachytheraphy Treatment Planning 5ystem buatan Tojo Medic yang digunakan di Chiba Cancer Center Hospital. Modifikasi dilakukan terutama pada sistem pengelola data pasien maupun pustaka sumber radiasi dan berbagai karakteristik sumber dengan maksud untuk optimasi unjuk kerja dan menghasilkan program komputer yang mudah digunakan dan dioperasikan oleh para tenaga medis yang minim pengetahuan dalam pengoperasian komputer.
APLIKASI DAN UNJUK KERJA PROGRAM Pertama program komputer dijalankan akan dibuka sebuah file pangkalan data dan sekaligus tampil suatu sistem pemasukkan data dengan teknik browse, atau jika diinginkan bisa pula dengan sistem edit untuk setiap record. Pada bagian atas juga muncul suatu sistem bar menu. Tampilan utama menu utama dan sekaligus sistem pemasukkan data dapat dilihat pada Gambar 2. Help
Modify
Source N
a
ITI
e
Mrs.Aki Mrs.Nao Mrs.R. Mrs.Aki Mrs.Ask Mrs.EelTl
Exit
Add
:
-
Intensity: unit: y en Z/h date: -:OJ-~-Oj-~-·I-o] Interest dose: • 00 NalTle : ~ •... -----Date of treatment : ~l.io}.'S:r:;1 Source Coordinat frolTlOrthogonal Radiograph t/o/g/i 'iX ZX XZ 'lZ TilTle Kind
Mrs.'luy Mrs.K. Mrs.Hen Mrs.Mut Mrs.Sak Mrs.'lun Mrs.Rid Mrs.Gun Mrs.R. Mrs.Lia Mrs .Hj.
Gambar 2. : Tampilan menu dan pcngelola
624
pangkalan data
Setelah pemasukan data lengkap, maka dapat dipilih menu untuk menampilkan kurva-kurva isodosis pada posisi koordinat XV, YZ, XZ atau pada titik A, suatu koordinat sistem Manchester. Contoh citra kurva-kurva isodosis pada posisi XY dan YZ dapat ditunjukkan pada Gambar 3. Banyaknya kurva isodosis dapat ditentukan sendiri oleh pemakai, begitu pula interest dose yang diinginkan.
BRACHYTHERAPYTREATMENTPLAN~GSYSTEM lateral
linter est dose:
Gambar 3.:
I
Anterior Posterior
4
Contour Isodosis pada bidang XY (lateral) dan bidang XZ (anterior-posterior)
Ketelitian dari perhitungan distribusi dosis sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain ketepatan pemasukan data koordinat sumber, data dan karakteristik isotop, struktur target yang diradiasi, sedangkan kehalusan contour isodosis sangat dipengaruhi oleh besar interval/jarak antara titik yang dihitung dosisnya. Dibandingkan Program Aplikasi sejenis buatan Chiba Cancer Center maupun TSG-Integration, ditinjau dari segi kecepatan perhitungan dan penampilan kurvakurva isodosis, program yang dibuat secara nyata memperlihatkan kecepatan yang lebih baik seperti ditunjukkan pad a tabel 2 dibawah ini. Pengujian kecepatan dilakukan dengan memasukkan jumlah data yang sarna dan komputer yang sarna, kecuali untuk program buatan Chiba Cancer Center tidak bisa
625
diuji pada komputer IBM PC yang sarna, mengingat program hanya bisa dioperasikan pada mesin komputer PC NEC yang tidak kompatibel dengan komputer IBM.
Tabel 2. Kecepatan perhitungan dan penggambaran kurva kurva idodosis assembler Bahasa C++ Basic C++ detik) N88 basic/ Basic& Quick Basic 8,53(*) Assembly Pem buatBorland Kompiler Kecepatan( 46,05(**) 3,99(*)
tegration
keterangan: (*) IBM PC 80486 DX2 (**) NEC 80386 SX
KESIMPULAN
1. Program
komputer sangat informatif dan mudah digunakan oleh pemakai terutama tenaga medis yang kurang menguasai komputer karena teknik menu balok, sistem pemasukkanfield entry area dan sistem window lebih mudah untuk dipahami.
2.
Dari segi kecepatan, dibandingkan program sejenis buatan Chiba Cancer Center maupun TSG Integration jauh lebih unggul begitu pula dari sistem pengelola pangkalan data jauh lebih maju.
DAFTAR PUSTAKA 1. aNAl, Y, IRIFUNE, T., TOMARU, T., "Calculation of Dose Distribution in Radiation Therapy by Digital Computer ", Department of Physics, Cancer Institute, Tokyo, 198 2. RADHE MOHAN, "Computers in Brachytherapy Dose Computation-The Memorial System ", Recent Advances in Brachytherapy Physics, The American Institute of Physics, 1985
626
3. ROSENSTEIN,L.M., "A Simple computer Program for Optimization of Source Loading in Cervical IntracavitGlY Applicators ", British Journal Of Radiology, 50, 119-122, 1977 4. SAKATA, S., "Dose Calculation System for Intracavitary Therapy of Uterine Cervix Cancer", Chiba Cancer Center hospital, Chiba, 1990 5. SHEARER, D.R., "Recent Advances in Brachytherapy Physics", American Association of Physicists in Medicine, Medical Physics Monograph No.7, 1981 6. SHALEK, RJ., STOV AL, M., "Dosimetry in Implant Therapy", Dosimetry, 2nd Ed., volume III, Academic Press, New York, 1969
Radiation
7. TOEFLER, K.D., ROSENOW, D., "A Simple Function Describing Absorption in Platinum for Dose-rate Calculation Applicators", British J oumal of Radiology, 1980
Around
the Radium
627
DISKUSI
DWI ANANTO Anda mengatakan bahwa program Anda lebih unggul karena kecepatannya dibandingkan dengan program lain. Apakah tidak ada faktor lain yang juga menentukan keunggulan program, misalnya ketepatan perhitungan?
ENDANG KURNIA Banyak faktor yang menentukan keunggulan program, tapi ditinjau dari segi unjuk kerja, kemudahan pengoperasian dan informasi yang dihasilkan (termasuk ketelitian perhitungan) merupakan faktor utama. Ketelitian program ini sarna dengan buatan Chiba Cancer Center, dan lebih baik dari buatan TSG-Integration yang hanya menghitung titik dosis sebanyak 21x21, karena dapat menghitung titik dosis sebanyak 41 x41 titik untuk menggambarkan kurva isodosis.
SRI HARIANI I. 2.
Bagaimana menentukan ordinat titik sumber radiasi dalam uterine servic? Apakah sumber radiasi selalu dipindah posisinya dalam servic untuk melihat penyebaran dosis ?
ENDANG KURNIA 1. Untuk penentuan koordinat titik sumber radiasi digunakan radiografyang disusun secara ortogonal, dan rekonstruksi koordinat dihitung dengan menggunakan persamaan, 2. Posisi sumber radiasi tidak boleh dipindah, sedang untuk mendapatkan sebaran dosis yang tepat dilakukan / disimulasikan oleh komputer.
628
