PROGRAM KOMPUTER TPS-BRACHYTERAPI RCAL-1 Achmad Suntoro*
ABSTRAK PROGRAM KOMPUTER TPS-BRACHYTERAPI RCAL-1. Brachyterapi adalah jenis radioterapi untuk penyakit kanker leher rahim, dan TPS (Treatment Planning System) adalah salah satu komponen dalam sistem brachyterapi tersebut yang perlu dilaksanakan sebelum terapi itu sendiri dilaksanakan. RSUP Dr. Sardjito Yogyakarta memiliki perlengkapan brachyterapi yang telah rusak dan perlengkapan tersebut tidak dilengkapi dengan sistem TPS yang computerized. Usaha terpadu perbaikan alat berachyterapi tersebut telah dilakukan secara menyeluruh, dan pembuatan TPS ini merupakan bagian dari proyek perbaikan tersebut. Makalah ini menjelaskan hal ihwal pembuatan program TPS tersebut, yang menggunakan sistem Manchester, sehingga diharapkan informasi yang terkandung dalam makalah ini dapat membantu pihak-pihak yang berkepentingan untuk mengetahui karakteristik TPS RCAL-1 dalam kegiatannya.
ABSTRACT COMPUTER PROGRAM OF TPS-BRACHYTERAPI RCAL-1. Brachyterapi is a kind of radiotherapies for cervix uteri carcinoma, and the TPS (Treatment Planning System) is one of components in the brachyterapi system that must be perfomed first before the therapy itself to be executed. Central hostpital RSUP Dr. Sardjito, Yogyakarta, has such the equipment which is down and the equipment is not provided by a computerized TPS yet. The effort to refurbish whole the equipment had been done, and the development of this TPS RCAL-1 which used Manchester system was a part of such refurbishment project. This paper explains in detail the TPS RCAL-1 development so that the information in this paper will help any parties who want to know the characteristics of this TPS RCAL-1 in their jobs. Keyword: brachyterapi, TPS, sistem_Manchester.
PENDAHULUAN Kanker leher rahim merupakan jenis kanker ganas terbanyak diderita oleh kaum wanita Indonesia, setelah itu kanker payudara. Brachyterapi merupakan cara pengobatan jenis kanker leher rahim tersebut pada stadium lanjut. Pengobatan brachyterapi intracaviter after-loading pertama kali di Indonesia dilakukan pada tahun 1982 di RSCM Jakarta, yang kemudian diikuti oleh RSUP Dr. Sardjito Yogyakarta
*
Pusat Pengembangan Perangkat Nuklir - BATAN
pada tahun 1984, keduanya menggunakan brachyterapi (Curietron) dengan sumber radiasi Cs-137 (tipe MDR). Namun demikan kontinuitas terapi di RSUP Dr. Sardjito tersebut terganggu setelah perangkat brachyterapi nya mengalami kerusakan pada tahun 1991[1]. Usaha perbaikan dan peningkatan keandalan baik sistim operasional maupun sistem kerja perangkat itu sendiri diusahakan secara terpadu dan menyeluruh mulai tahun 1999 selama satu tahun, untuk kemudian terhenti sementara waktu sampai saat ini. Penggunaan TPS (Treatment Planning System) merupakan salah satu usaha dalam proyek perbaikan tersebut, karena sistim operasional pesawat brachyterapi yang lama belum menggunakan TPS secara computerized (masih dilakukan secara manual). Makalah ini berisi teknik pelaksanaan pembuatan program komputer untuk TPS tersebut sebagai informasi, sehingga dengan adanya makalah ini akan mempermudah pihak-pihak yang berkepentingan untuk mengetahui karakteristik TPS ini. Program ini dapat dikembangkan lebih lanjut sesuai dengan perkembangan situasi maupun teknologi yang berkembang. Program komputer untuk TPS ini disebut RCAL-1, yaitu sebuah program komputer untuk TPS brachyterapi dengan sumber Cs-137 yang sengaja disesuaikan dengan kondisi praktis berdasarkan pengalaman para dokter di RSUP Dr. Sardjito Yogyakarta. Pada dasarnya program ini dibuat untuk mempermudah pekerjaan para dokter dalam melakukan terapi, karena teknik-teknik perhitungan yang digunakan ditetapkan sesuai seperti apa yang telah dilakukan atau ditetapkan oleh para dokter ketika menggunakan alat ini secara manual di RSU Dr. Sardjito.
BRACHYTERAPI SISTEM MANCHESTER Ada tiga cara terapi menggunakan brachyterapi[2], yaitu sistem Stockholm, sistem Paris, dan sistem Manchester. Team dokter RSUP Dr. Sardjito menetapkan untuk menggunakan sistem Manchester pada TPS RCAL-1 ini. Pada sistem Manchester ini, didefinisikan dua jenis titik referensi pada organ tubuh disekitar leher rahim, yaitu titik A dan B. Titik referensi lain sebagai tambahan adalah UV, dan rectum. Gambar 1 adalah definisi koordinat titik-titik A dan B, sedang koordinat UV dan rectum ditentukan secara interaktif oleh dokter yang bertugas (dalam aplikasi TPS) berdasarkan foto sinar-X pasien.
3 Cm
2 Cm
2 Cm
3 Cm
aplikator
B2
A2
A1
B1 2 Cm
sumber kurva isodosis
Gambar 1. Brachyterapi sistem Manchester[2]. Laju dosis yang diterima pada titik referensi A, B, UV, dan rectum merupakan pertimbangan dokter dalam terapi untuk menentukan berapa lama terapi harus dilakukan. Dari pengalaman terapi terkadang diperlukan informasi laju dosis yang diterima pada titik-titik tertentu yang koordinatnya ditentukan sangat situasional dalam proses terapi yang sedang berjalan. Untuk itu dalam program TPS RCAL-1 ini informasi tersebut disediakan.
ARSITEKTUR TPS RCAL-1 Koordinasi kerja Sistem Analis Algoritma Fisika Medis Hasil Rumah Sakit (pengguna)
Programer
Diskusi
Program Komputer
Supervisi
Gambar 2. Koordinasi kerja untuk program TPS brachyterapi RCAL-1[3].
Pada dasarnya ada tiga cabang disiplin ilmu yang terlibat dalam pembuatan TPS ini, yaitu ilmu fisika medis, ilmu kedokteran, dan ilmu komputer. Oleh karena itu koordinasi kerja harus dibentuk untuk memudahkan dalam perunutan penyelesaian masalah jika terjadi konflik. Gambar 2 adalah bentuk koordinasi kerja yang dibentuk untuk RCAL-1 ini. Pola ini ditempuh dalam rangka menuju pembuatan program komputer yang mengikuti suatu prosedur baku dalam program jaminan kwalitas yang dipersyaratkan. Hasil dari diskusi antara team system analis, team fisika medis dan team dokter rumah sakit menghasilkan dokumen Spesifikasi-disain[3] dan Kriteriadisain[4].
Arsitektur Perangkat Lunak RCAL-1 Bentuk dasar perangkat lunak TPS brachyterapi RCAL-1 ini terdiri dari tiga kelompok pemrograman: masukan, proses, dan keluaran. Gambar 3 adalah bagan arsitektur perangkat lunak TPS RACL-1 tsb. Variabel Pasien
Variabel Terapi
Variabel Sumber
Variabel Display
(negative film)
(ketentuan medis)
(sertifikat sumber)
(komputer & printer)
Konversi nilai (skala)
Masukan
Proses Koordinat alam
Matrik lokasi
Perhitungan Perhitungan dosis
isodosis
Hasil hitung
Koordinat
(numerik)
user
Hasil hitung (grafis)
Luaran Luaran: layar kaca dan printer
Gambar 3. Arsitektur Perangkat Lunak TPS RCAL-1[4].
Ada empat kelompok masukan dalam disain arsitektur program TPS RCAL-1 ini yaitu variabel pasien, variabel terapi, variabel sumber dan variabel display. Variabel pasien berupa masukan koordinat dari foto sinar-X, yaitu koordinat titik-titik referensi dan koordinat aplikator, disamping data diri pasien. Variabel sumber berupa masukan jumlah sumber yang akan dipakai, besar aktifitas nya, dan koordinat aplikator. Sertifikat sumber menjadi acuan utama dalam variabel ini. Variabel terapi berasal dari dokter yang bertugas berkaitan dengan prosedur pengobatan yang diterapkan, seperti besarnya dosis yang akan diberikan serta proses interaktif berkenaan dengan laju dosis pada titik-titik tertentu. Variabel display berkaitan dengan ukuran atau jenis luaran (output) yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan hasil perhitungan program TPS. Ukuran layar kaca (display komputer) dan jenis printer yang akan digunakan merupakan masukan dalam dimensi ini. Data yang berasal dari foto sinar-X tidak bisa langsung diproses karena adanya faktor perbesaran film. Oleh karena itu diperlukan konversi nilai ke ukuran yang sebenarnya. Besaran dengan ukuran sebenarnya ini dikategorikan menggunakan koordinat alam sehingga untuk dapat ditampilkan pada layar kaca dan printer diperlukan konversi kebentuk koordinat pengguna. Koordinat pengguna sangat tergantung pada jenis luaran yang akan menampung koordinat alam tersebut. Perhitungan isodosis menggunakan cara menyaring laju dosis yang sama dari distribusi laju dosis disekitar daerah sumber. Untuk itu harus diciptakan terlebih dahulu matrik bidang didaerah sumber. Tiap elemen dalam matrik tersebut mewakili laju dosis titik tertentu yang bersesuaian dengan lokasi di daerah sekitar sumber tersebut. Cara ini digunakan karena persamaan matematis untuk isodosis mempunyai bentuk yang tidak sederhana dan implementasinya jauh lebih mudah jika digunakan teknik penyaringan ini. Diakui bahwa teknik penyaringan ini akan memerlukan waktu pelaksanaan (computer-time) jauh lebih besar, namun dengan menggunakan PC yang telah banyak beredar di pasaran maka hal ini tidak menjadi hambatan. Luaran dari TPS ini berupa informasi numerik dan grafis. Informasi numerik berupa lamanya waktu terapi, dosis pada titik-titik referensi A, B, UV dan rektum, serta titik tertentu sesuai dengan yang ditunjuk oleh pengguna. Informasi grafis berupa kurva isodosis dua dimensi serta pola distribusi laju dosis disekitar sumber. Program TPS ini dibuat untuk beroperasi menggunakan sebuah PC yang menggunakan processor (minimum) setara dengan Pentium II. Program komputer dibuat menggunakan bahasa komputer Visual C++ versi 6.0. Tidak ada ke khususan dari komputer yang harus digunakan, selama komputer tersebut beroperasi normal menggunakan operating system Windows 98 keatas dan memiliki RAM diatas 32 KB maka program TPS ini dapat dioperasikan dengan baik. Program ini memerlukan memory pada hard-disk dibawah 300 KB.
ALGORITMA MULAI
Kalibrasi aktifitas sumber
Masukkan variabel input
Perhitungan grafis
Perhitungan numerik
Hasil numerik dan grafis
belum Dosis titik referensi tepat ? sudah SELESAI
Gambar 4. Peta alir utama TPS RCAL-1 brachyterapi. Gambar 4 adalah peta-alir utama dari RCAL-1. Dosis terapi untuk titik-titik referensi dan waktu terapi merupakan kunci penyelesaian program TPS ini. Untuk mendapatkan nilai-nilai tersebut dengan tepat, maka proses interaktive dilakukan dengan merubah nilai waktu terapi dan mengamati dosis titik referensi.
Kalibrasi Aktifitas Untuk mengetahui aktifitas sumber Cs-137 pada saat terapi digunakan persamaan sebagai berikut. -(
At = Ao e Di mana:
Ao At T1/2 t
= = = =
0.693 )t T0.5
Aktifitas awal (berdasarkan sertifikat sumber) Aktifitas saat terapi (setelah waktu t) Waktu paruh (untuk Cs-137: 30 thn) tenggang waktu antara tanggal pada sertifikat sumber dengan tanggal terapi.
(1)
Bentuk Aplikator L batang intra vagina (S)
M
β
sumber
α
sudut intra uterine
batang intra uterine (P)
kerangka aplikator
7
batang intra vagina (R)
Gambar 5. Bentuk aplikator. Aplikator yang digunakan mempunyai sudut α = 80 o tetap. Panjang L, M, dan sudut α bervariasi tergantung bentuk dan dimensi vagina penderita. Sudut α bervariasi dengan ukuran sudut yang tersedia: 15o, 30o, dan 45o. Pada batang intra uterine aplikator dapat berisi sumber: tiga batang sumber, dua batang sumber, satu batang sumber, dan tanpa sumber. Sedang pada batang intra vagina berisi masing-masing satu batang sumber. Gambar 5 adalah bagan dari aplikator tersebut. Bentuk Sumber 12.5 Batang Cs-137 terdiri dari 2 kapsul, tiap kapsul terdiri dari 3 sumber bola Cs-137.
a
b
c
d
e
f
g 25.0
a b c d g
a
b
= = = = =
22 mm 1.55 mm 1.55 mm 1.9 mm 4.4 mm
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
Dua batang Cs137 terdiri dari 12 sumber bola.
e = 1.55 mm j = 1.9 mm f = 1.55 mm k = 1.55 mm h = 1.55 mm l = 1.55 mm i = 1.55 mm m = 2.2 mm jika untuk batang sendirian g = 2.2 mm
Gambar 6. Dimensi model sumber.
Bentuk sumber sebenarnya yang akan digunakan belum diketahui (seharusnya dilakukan pengujian radiography untuk melihat bentuk dan dimensi sesungguhnya dari sumber tersebut – namun belum dilakukan). Oleh karena itu dalam program TPS RCAL-1 ini, bentuk sumber didekati dengan bentuk bola dengan jari-jari 0.775 mm. Pendekatan ini didasarkan pada sumber-sumber Curitron yang berbentuk demikian, di mana satu kapsul sumber akan berisi tiga buah bola sumber dengan jarak-jarak tertentu[5]. Gambar 6 merupakan model bentuk dari sumber yang akan digunakan. Dengan pendekatan model sumber tersebut, maka untuk sumber pada intra vagina dan intra uterine mempunyai dimensi ukuran jarak seperti pada Tabel 1, di mana Nomor adalah nomor urut sumber bola dimulai dari salah satu titik ujung sumber secara menyeluruh, dan K adalah jarak sumber bola ke titik ujung tersebut.
Koordinat Sumber
α
K1
U
L3
P1
Kn
T
L2 L1
Y
Pn X (0, 0, 0) § § § § § §
P1 dan Pn adalah sumber bola dalam model. L1 jarak titik ujung aplikator dengan garis sumbu koordinat X. L2 jarak bagian ujung aplikator. L3 jarak spasi antara sumber dengan titik ujung aplikator. K1 dan K2 jarak sumber bola model dengan titik ujung batang sumber. α adalah sudut sonde uterine. Gambar 7. Koordinat sumber pada aplikator.
Tabel 1. Lokasi sumber relatif terhadap titik ujung aplikator. Intra Vagina Nomor K (mm) 1. 2.2 2. 3.75 3. 5.3 4. 7.2 5. 8.75 6. 10.3 7. 14.7 8. 16.25 9. 17.8 10. 19.7 11. 21.25 12. 22.8
Jumlah Sumber 1 Nomor K (mm) 1. 2.2 2. 3.75 3. 5.3 4. 7.2 5. 8.75 6. 10.3 7. 14.7 8. 16.25 9. 17.8 10. 19.7 11. 21.25 12. 22.8 13. 27.2 14. 28.75 15. 30.3 16. 32.2 17. 33.75 18. 35.3
Intra Uterine Jumlah Sumber 2 Nomor K (mm) 1. 2.2 2. 3.75 3. 5.3 4. 7.2 5. 8.75 6. 10.3 7. 14.7 8. 16.25 9. 17.8 10. 19.7 11. 21.25 12. 22.8 13. 27.2 14. 28.75 15. 30.3 16. 32.2 17. 33.75 18. 35.3 19. 39.7 20. 41.25 21. 42.8 22. 44.7 23. 46.25 24. 47.8 25. 52.2 26. 53.75 27. 55.3 28. 57.2 29. 58.75 30. 60.3
Jumlah Sumber 3 Nomor K (mm) 1. 2.2 2. 3.75 3. 5.3 4. 7.2 5. 8.75 6. 10.3 7. 14.7 8. 16.25 9. 17.8 10. 19.7 11. 21.25 12. 22.8 13. 27.2 14. 28.75 15. 30.3 16. 32.2 17. 33.75 18. 35.3 19. 39.7 20. 41.25 21. 42.8 22. 44.7 23. 46.25 24. 47.8 25. 52.2 26. 53.75 27. 55.3 28. 57.2 29. 58.75 30. 60.3 31. 64.7 32. 66.25 33. 67.8 34. 69.7 35. 71.25 36. 72.8 37. 77.2 38. 78.75 39. 80.3 40. 82.2 41. 83.75 42. 85.3
Algoritma titik belok T pada Gambar 7 ditentukan dengan persamaan sbb: Tx = 0 Ty = L1 – L2 cos(α) Tz = 0 dan koordinat titik ujung aplikator U ditentukan dengan persamaan sbb: Ux = ditentukan oleh user berdasarkan foto sinar-X Uy = ditentukan oleh user berdasarkan foto sinar-X
Uz =
L22 - U 2x - U 2y - Ty2 + 2 U y Ty
Dari dimensi hubungan aplikator dan model sumber-bola (Gambar 7 dan Tabel 1) dapat ditentukan koordinat tiap-tiap sumber bola pada intra uterine, yang merupakan fungsi dari α, L1, L2, L3, dan Kn. Algoritma penentuan koordinat tiap sumber dilakukan sbb: if ((Kn + L3) >L2) { Px [n] = 0.0 ; Py [n] = L1 - L2 Cos(α) - (Kn + L3 - L2) ; Pz [n] = 0.0 ; } else { Py [n] = (L2 - Kn – L3 ) Cos(α) + Ty ; U z (L2 - K n - L3 ) Pz [n] = ; L2
Px [n] =
L2 - Kn - L3 )2 - Py2 - Pz2 ;
} Untuk intra vagina mempunyai dua batang sumber yang paralel R dan S (Gambar 5). Penentuan koordinat sumber bola pada batang R dan S menggunakan algoritma berikut (jumlah sumber-bola ada enam buah, berarti n = 6), di mana sudut β bernilai tetap 80o. Untuk koordinat sumber-bola pada batang S dilakukan serupa hanya pada koordinat Sx nya bernilai – M/2.
for ( n = 1; n<4; n++) { Rx [n] = M/2 ; Ry [n] = (6.25 – Kn) Cos(80o) ; Rz [n] = (6.25 – Kn) Sin(80o) ; } for ( n = 3; n<7; n++) { Rx [n] = M/2 ; Ry [n] = – (Kn – 6.25) Cos(80o) ; Rz [n] = – (Kn – 6.25) Sin(80o) ; }
Kurva Isodosis Kurva isodosis dibentuk dengan menyaring laju dosis semua titik pada bidang disekitar aplikator yang mempunyai nilai sama. Kurva isodosis diberi nilai 100% jika kurva tersebut menyinggung titik referensi A. Laju dosis tiap titik pada bidang tsb dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut[6]:
Doseair = Γ f di mana 137. f A(i) ri µs dsi g(dti) A B C D
N
A(i) - ( µ s dsi ) g(d ti ) e 2 i = 1 ri
∑
(2)
Γ
= faktor gamma yang besarnya 3.32 untuk sumber Cs
= = = = = = = = = =
faktor konversi rad ke rontgen besarnya 0.966 untuk air. aktifitas sumber pada lokasi i. jarak titik sumber. koefisien peredaman baja 0.047. panjang jejak radiasi didalam kapsul. A + B dti + C (dti)2 + C (dti)3 ialah polinom dari Meisberger. 1.0091 - 9.015 x 10-3 - 3.459 x 10-4 - 2.817 x 10-5
HASIL DAN BAHASAN Gambar 8 dan 9 berturut-turut adalah salah satu bentuk interaktif untuk memasukkan variabel terapi oleh pengguna dan salah satu bentuk luaran dari program RCAL-1 ini. Detail cara penggunaan dari RCAL-1 dapat dilihat pada [7]. Variabel masukan dari foto sinar-X dipertahankan menggunakan manual karena pertimbangan teknis pelaksanaan dirasa lebih praktis jika dikaitkan dengan proses pembuatan foto sinar-X tersebut. Hasil perhitungan RCAL-1 ini hanya berselisih 0.047% jika dibandingkan dengan hasil perhitungan dengan tangan (manual). Kesalahan tersebut terjadi karena faktor pembulatan. Namun demikian hasil dari RCAL-1 ini belum pernah diuji dibandingkan dengan hasil pengukuran langsung menggunakan teknik radiography yang ada. Persyaratan penggunaan TPS dalam brachyterapi menurut ICRU harus mempunyai kesalahan maximum 5%[5]. Untuk itu, langkah selanjutnya adalah pengujian program RCAL-1 ini sebagai validasi yang dipersyaratkan.
Gambar 8. Salah satu bentuk masukan untuk variabel-variabel terapi.
Gambar 9. Salah satu bentuk luaran hasil RCAL-1 – kurva isodosis.
KESIMPULAN RCAL-1 dibuat untuk mempermudah proses brachyterapi dari peralatan yang ada. Program ini dibuat berdasarkan apa yang telah dilakukan di RSUP Dr. Sardjito, Yogyakarta. Kemungkinan modifikasi, perubahan bentuk aplikator, jenis sumber, serta perubahan-perubahan lainnya atas pengalaman dan kemudahan dalam terapi masih dibuka untuk RCAL-1 ini. Kurva isodosis tiga dimensi yang interaktif merupakan tantangan programming selanjutnya dalam proyek perbaikan pesawat brachyterapi ini.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis banyak mengucapkan terima kasih kepada semua tim Top-Down Brachyterapi, terutama pada divisi TPS/Program, dan KPTF-P2PN yang telah memeriksa makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA 1. MAIRING., Rancang Bangun dan Pengembangan Teknologi Instrumentasi Brachyterapy Kerangka Acuan., P2PN-BATAN., (1999) 2. ICRU., Dose and Volume Specification for Reporting Intracavitary Therapy in Gynecology, ICRU Report 38., Bethesda, Maryland, (1985) 3. SUNTORO A., Spesifikasi Disain. Pusat Manajemen dan Bina Industri BATAN., Divisi TPS / Program., Revisi 0., (2000) 4. SUNTORO A., Kriteria Disain. Pusat Manajemen dan Bina Industri BATAN., Divisi TPS / Program., Revisi 0., (2000) 5. ALDERSON A R., Dosimetry and Clynical Uses of Afterloading Systems., Report No. 45., The institute Physical Sciences in Medicine., Oxford., (1986) 6. DINALLO, A M, et.al., Dosimetry in Radiography Vol.1., Proceedings of an International Symposium on Dosimetry in Radioterapy., IAEA., Vienna., (1988) 7. SUNTORO A., Petunjuk Operasi Program Komputer RCAL-1 TPS Brachyterapi., Pusat Manajemen dan Bina Industri BATAN., Divisi TPS / Program., Revisi 0., (2000)
HOME
KOMPUTASI DALAM SAINS DAN TEKNOLOGI NUKLIR XII
