SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI 103 Pd PADA BRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN TEHNIK PBSI

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI 103Pd PADA BRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN TEHNIK PBSI

Disusun oleh :

ADISTI GUSMAVITA M0207019

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Juli, 2011

commit to user


digilib.uns.ac.id

SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI 103Pd PADA BRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN TEKNIK PBSI ADISTI GUSMAVITA M0207019 Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta ABSTRAK 103 SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI Pd PADABRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN TEKNIK PBSI. Telah berhasil dieksekusi simulasi menggunakan software MCNP5 untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri dengan mengadaptasi tehnik PBSI. Sumber radioaktif yang digunakan adalah 103 Pd dengan aktivitas 7,7256 × 10 Bq, waktu paruh 16,9 hari dan energi emisi gamma sebesar 21KeV. Untuk simulasi diperlukan geometri tubuh manusia, definisi sumber dan output (tally) berupa model pulsa distribusi energi.Geometri yang dibuat berupa phantom ORNL-MIRD, sumber 103Pd dalam bentuk titik dan menentukan tally. Hasil simulasi digunakan untuk menentukan dosis serapan pada payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri.Variasi jumlah seed dilakukan untuk mendapatkan nilai dosis serapan yang berbeda-beda. Grafik antara dosis serapan tiap organ dan jumlah seed menunjukan hubungan dalam bentuk polinomial. Untuk mencapai dosis optimum pada brachytherapy payudara yaitu 90Gy dapat ditentukan.Jumlah seed untuk mencapai dosis tersebut adalah 91 seed. Sedangkan nilai dosis serapan pada organ tulang dada lebih besar dibanding organ paru-paru kiri. Simulasi menunjukkan bahwa dosis serapan pada brachytherapy payudara dapat ditentukan dengan menggunakan MCNP5.

Kata kunci: dosisserapan, brachytherapy payudara, palladium-103, MCNP5, PBSI

commit to user


digilib.uns.ac.id

SIMULATION OF BREAST BRACHYTHERAPY TO DETERMINE ABSORBED DOSE RADIATION OF-γ FROM 103Pd EMPLOYING MCNP5 AND PBSI TECHNIQUE ADISTI GUSMAVITA M0207020 Departement of Physics, Mathematics and Natural SciencesFaculty, Sebelas Maret University, Surakarta ABSTRACT SIMULATION OF BREAST BRACHYTHERAPY TO DETERMINE ABSORBED DOSE RADIATION OF-γ FROM 103Pd EMPLOYING MCNP5 AND PBSI TECHNIQUE.Have successfully executed the simulation using the software MCNP5 to determine the energy absorbed per particle transformation in the organs left breast, rib cage and left lung by adapting PBSI technique. 103Pd was used to radioactive source which has an activity 7,7256 × 10 Bq, a half-life of 16,9 days and emits gamma ray with energy of 21KeV.The input needed for MCNP5 are male-phantom geometry, source definition of radiation source, and tally high-pulse energy. An ORNL-MIRD phantom geometry, point sources of 125I and tally was used to the simulation in this research. The results of simulation were used to determine the absorbed dose at breast, rib cage and left lung. Total seed was varied to obtain different absorbed dose. A curve between absorbed dose and total seed was designated polynomial connection. Total seed to achieve optimum dose can be calculated by substituted breast brachytherapy optimum dose to function from mentioned equation. Optimum dose brachytherapy is 90 Gy. The total seeds are 114. Simulation shows that absorbed dose of breast brachytherapy can be determined using MCNP5. Key words:absorbed dose, breast brachytherapy, palladium-103, MCNP5, PBSI

commit to user


digilib.uns.ac.id

MOTTO

”Sebab itu, janganlah kamu kuatir akan hari besok, karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri. Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari” ~~ Matius 6:34 ~~ “ Nothing impossible for Jesus Christ, nothing unthinkable for you if you believe HIM” ~~ Aldy Lasso ~~

” Dalam masalah hati nurani, pikiran pertamalah yang terbaik. Dalam masalah kebijaksanaan, pemikiran terakhirlah yang paling baik. “ ~~ Robert Hall ~~ “Apabila bertambah banyak pikiran dalam batinku, Penghiburan-Mu menyenangkan jiwaku” ~~ Mazmur 94:19 ~~ “Sebab itu dengan yakin kita dapat berkata : Tuhan adalah Penolongku. Aku tidak akan takut. Apakah yang dapat dilakukan manusia terhadap aku?” ~~ Ibrani 13:6 ~~

commit to user

vi


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

Dalam nama Yesus Kristus, karya ini kupersembahkan kepada:

1. Tuhan-ku Yesus Kristus atas kekuatan, kelancaran dan curahan roh kudus-Nya sehingga skripsi ini dapat selesai. 2. Mama dan Bapak ku tersayang yang setiap hari memberi kasih sayang dan untaian doa kudus, hingga aku bisa menyelesaikan pendidikanku sampai sekarang. 3.

Adikku dio yang selalu membantu dan mendukung. Belahan jiwaku Mas Nugroho, terima kasih untuk semuanya kau tetap untuk selamanya.

4. Saudara-saudaraku

keluarga

besar

Wignyo

Suhardjo

dan

Soejoso, terima kasih untuk doa dan dukungannya. Sahabatsahabatku SMANRA yang selalu bawa keceriaan dalam hidup ini. 5. Keluarga Fisika 007, terima kasih untuk kebersamaan dan persahabatan yang indah tak terlupakan. 6. Almamater

yang

kubanggakan,

khususnya

Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret.

commit to user

vii

Jurusan

Fisika


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan penelitian dengan judul “Simulasi Penentuan Dosis Serapan Radiasi-γ dari

103

Pd

Brachytherapy Payudara Menggunakan Software MCNP5 dengan Teknik PBSI.” Laporan penelitian ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, Penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Drs. Suharyana, M.Sc, Ph.D. selaku Pembimbing I sekaligus pembimbing akademik yang telah mendampingi selama penelitian, memberi motivasi, bimbingan dan saran dalam penyusunan skripsi. 2. Dra. Riyatun M.Si. selaku Pembimbing II yang telah memberikan latihan kesabaran, bimbingan dan saran dalam penyelesaian skripsi. 3. Ir. Tagor M. Sembiring dari PTRKN BATAN selaku pemegang lisensi MCNP di Indonesia. 4. Bapak Muhtarom, S.Si. selaku Fisikawan Medis RSUD Dr. Moewardi Soerakarta, atas waktu dan informasi yang dibutuhkan penulis dalam melengkapi skripsi ini. 5. Keluargaku tercinta, mama, bapak, dan adikku Dio. Terima kasih kalian selalu ada buatku. 6. Mas nugroho. Terima kasih kau selalu ada dan mendukung langkahku. 7. Temanku Agitta Rianaris, S.Si., terima kasih konsultasi dan ilmu nya. 8. Keluarga besar fisika angkatan 2007, terima kasih atas dukungan, bantuan, dan semangatnya. 9. Adik-adikku angkatan 2008,2009 dan 2010. 10. Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik. commit to user

viii


digilib.uns.ac.id

Semoga Tuhan memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan baik dalam isi maupun cara penyajian materi. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran membangun guna perbaikan di masa datang. Semoga laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Amin

Surakarta, Juli 2011

Adisti Gusmavita

commit to user

ix


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 DAFTAR ISI ................................................................................................... x DAFTAR SIMBOL ......................................................................................... xii DAFTAR TABEL............................................................................................ DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... BAB I PENDAHULUAN .............................................................................

xii xiv xv 1

I.1. Latar Belakang Masalah ............................................................. I.2. Rumusan Masalah .................................................................... I.3. Tujuan ........................................................................................ I.4. Batasan Masalah ......................................................................... I.5. Luaran Yang diharapkan............................................................. I.6. Sistematika Penulisan ................................................................. BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 2.1. Interaksi Foton dengan Materi .................................................. 2.1.1. Efek Foto Listrik ............................................................. 2.1.2. Efek Compton ................................................................. 2.1.3. Produksi Pasangan .......................................................... 2.1.4. Interaksi Foton dengan Sel .............................................. 2.2. 103Pd sebagai Radioaktif ............................................................ 2.3. Dosimetri ...................................................................................

1 4 5 5 6 6 7 7 7 8 9 10 11 12

2.3.1. Dosis Serapan .................................................................. 2.3.2. Bilangan Transformasi...................................................... 2.4. Brachytherapy Payudara ........................................................... 2.5. MCNP5 ......................................................................................

13 13 14 19

commit to user


digilib.uns.ac.id

2.5.1. Sejarah Metode Monte Carlo ............................................. 2.5.2. MCNP ............................................................................... 2.5.3. Visual Editor (Vised) ........................................................ 2.5.4. Tally MCNP....................................................................... BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 3.1. Waktu Penelitian ........................................................................ 3.2. Alat dan Bahan........................................................................... 3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi.................................................... 3.3.1. Model Geometri Phantom .................................................. 3.3.2. Model Sumber Radiasi....................................................... 3.3.3. Model Pulsa Distribusi Energi ........................................... 3. 3.4. Prosedur Pembuatan File Input Dan Pengolahan Data ..... BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 4.1. Geometri Phantom Model ORNL-MIRD .................................

19 20 22 24 25 25 25 26 27 28 29 30 34 34

4.2. Pengaruh Radiasi Pengion dalam Proses Matinya Sel Kanker .. 4.3. Dosis Serapan dari Hasil Simulasi dan Perhitungan ................. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 5.1. Simpulan ...................................................................................

37 39 45 45

5.2. Saran.......................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... LAMPIRAN – LAMPIRAN ............................................................................

46 47 50

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Salah satu penyakit ganas yang sering menyerang wanita dan sangat mematikan ialah kanker payudara. Kanker payudara didefinisikan sebagai suatu penyakit neoplasma yang ganas yang berasal dari parenchyma

(Rose dan

Wynder, 1986). Jika kanker payudara masih berada dalam stadium I dan II, maka salah satu tahapan awal dalam mengatasi kanker payudara ialah operasi pembedahan atau yang disebut lumpectomy. Sel kanker tersusun atas sel abnormal yang tumbuh dalam jaringan tertentu dan akar sel yang tertinggal dapat terus tumbuh tidak terkontrol (Tjokronagoro, 2001). Untuk itu, setelah operasi pembedahan pasien dianjurkan melakukan terapi radiasi yang bertujuan utuk membunuh sel-sel kanker di tempat pengangkatan tumor dan daerah sekitarnya. Terdapat dua jenis terapi radiasi yang dapat dilakukan, yaitu radiasi eksternal (radiotherapy) dan radiasi internal (brachytherapy). Brachytherapy ialah terapi radiasi dengan mendekatkan sumber radiasi ke sumber penyakit atau sering dinamakan dengan terapi radiasi sumber tertutup (Awaludin, 2007). Jenis radioaktif yang biasa digunakan dalam Brachytherapy payudara ialah

192

Ir,

103

Pd

dan 131Cs (Jansen, 2007). Salah satu metode brachytherapy payudara ialah Mammosite High Dose Rate Brachytherapy System (MHDR). Perawatan ini menggunakan kateter sebuah balon berisi radioaktif

192

Ir. Namun metode ini mempunyai kendala yaitu, pasien

yang akan melakukan perawatan terbatas pada pasien yang sudah memiliki ruang lumpectomy dimana dalam ruang tersebut akan diisi dengan balon kateter. Sehingga untuk pasien dengan stadium awal tidak dapat dilakukan perawatan menggunakan metode MHDR. Metode lain yang dapat mengatasi kendala pada metode MHDR yaitu Permanent Breast Seed Implant (PBSI). Metode ini dapat

commit to user 1


digilib.uns.ac.id 2

dilakukan dengan pasien pada stadium awal tanpa melakukan operasi pengangkatan jaringan terlebih dahulu. Fisikawan medis biasanya mengitung dosis yang diberikan hanya dengan mengasumsikan homogenitas material, namun pada kenyataannya material penyusunnya berbeda-beda (Muhtarom, 2011). Pemberian dosis yang berlebihan akan membahayakan jaringan sehat lain dalam tubuh, tetapi jika pemberian dosis kurang maka untuk proses treatment dirasa kurang efektif. Untuk itu diperlukan metode penyimulasian agar didapatkan dosis serap yang aman dan efektif. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk perhitungan dosis serap dan memperhatikan heterogenitas material ialah metode Monte Carlo. Sedangkan untuk mensimulasikan penentuan dosis serapan yang tepat dengan menggunakan program MCNP (Monte Carlo N-Particle). Metode Monte Carlo merupakan metode statistik numerik yang digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang tidak dimungkinkan diselesaikan secara analitik. MCNP5 adalah salah satu versi dari perkembangan MCNP. Piranti lunak komputer berbasis metode Monte Carlo ini dibuat oleh Los Alamos National Laboratory, inc dan dipakai dalam penelitian skripsi penulis. MCNP5 mampu mensimulasikan perjalanan partikel neutron, foton dan elektron (X-5 Monte Carlo Team, 2005). Penelitian – penelitian yang telah dilakukan untuk membandingkan hasil simulasi dengan eksperimen menggunakan MCNP antara lain: dalam dunia medis yang diantaranya telah dilakukan oleh Lazarine (2006), Robinson (2006) tentang single seed implant pada dosimeter brachytherapy, Zhengdong (2009) tentang taksiran dosimetri pada brachytherapy kanker payudara dan serviks menggunakan aplikator balon dan FSD dengan pemodelan payudara bergeometri spherical, Agitta (2011) tentang simulasi penentuan dosis serapan pada brachytherapy prostat dengan sumber radioaktif

125

I. Dalam bidang detektor radiasi yaitu

simulasi efisiensi detector NaI(Tl) dan HPGe yang dilakukan oleh Annisatun (2010). Beberapa penelitian tentang pengukuran dosis serap pada Brachytherapy payudara menggunakan metode Monte Carlo dan piranti lunak MCNP juga telah

commit to user


digilib.uns.ac.id 3

dilakukan dengan berbagai aplikasi diantaranya yang dilakukan oleh Kassas,dkk (2005) melakukan penelitian pembuatan simulasi dengan metode Monte Carlo untuk menghitung dosis serap pada brachytherapy payudara menggunakan aplikator balon yang ditanam di dalam jaringan payudara. Yang,dkk (2009), menggunakan aplikator berbentuk-D yang mengadaptasi metode MHDR. Dari hasil pemodelan menggunakan MCNP menunjukkan hasil yang memuaskan dan mendekati sempurna dengan penyimpangan hasil pengukuran tidak lebih dari 5% dari eksperimen nyata. Untuk penelitian yang menggunakan metode PBSI telah dilakukan oleh Jansen, dkk (2007). Jansen menggunakan sumber

125

I sebagai seed yang ditanam

dalam payudara. Namun, pendistribusian dosis serapnya berpengaruh terhadap organ lain seperti jantung dan tulang belakang. Para ahli kemudian mencari sumber radioaktif yang lebih tepat untuk menggantikan 125I. Kemudian Pignol (2007) bereksperimen dengan menggunakan

103

Pd dan

terus dikembangkan hingga tahun 2011 ini. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan Pignol, penggunaan

103

Pd relatif aman karena sebaran dosis serap di

organ lain selain payudara relatif kecil dibandingkan penggunaan

125

I. Pignol

mengungkapkan bahwa untuk organ payudara mendapatkan nilai dosis serap 90 Gy, organ lain seperti paru-paru, tulang dada dan jantung hanya terpengaruh sebesar ±5 Gy. Dari beberapa penelitian yang sudah dilakukan Kassas (2005), Yun Yang (2009) dan Zhengdhong (2009), pemodelan yang dilakukan berupa dua buah geometri spherical sebagai analogi dari jaringan payudara dan sebuah balon kateter. Kemudian oleh Jansen (2007) menggunakan sebuah kubus yang didalamnya terdapat geometri bola, dimana kubus dianalogikan sebagai jaringan di sekitar payudara dan geometri bola dianalogikan sebagai payudara. Sehingga penelitian hanya terbatas dan kurang relevan dengan bentuk nyata dari payudara yang berupa setengah bola (Pignol, 2009). Geometri phantom yang dimodelkan tersebut kurang akurat apabila digunakan untuk menggambarkan geometri tubuh manusia. Geometri tubuh manusia memiliki bentuk kompleks dan memiliki organ-organ lain yang memiliki heterogenitas material penyusun.

commit to user


digilib.uns.ac.id 4

Oleh karena itu, diperlukan pendekatan geometri yang menyerupai tubuh manusia, organ-organ di dalamnya dan termasuk komposisinya. Dalam penelitian skripsi ini dibuat simulasi brachytherapy payudara untuk mengetahui pengaruh dosis serapan pada jaringan payudara, paru-paru dan tulang dada menggunakan metode Monte Carlo dengan piranti lunak MCNP5. Pembuatan simulasi membutuhkan beberapa masukan yang meliputi geometri ORNL-MIRD yaitu terdiri dari pembuatan surface, memasukkan material dan pembuatan cell yang merupakan tahapan awal. Tahapan selanjutnya, dilakukan pendefinisian sumber radioaktif yang digunakan yaitu,

103

Pd. Seed implant diasumsikan sebagai titik-

titik yang menyebar pada jaringan payudara. Selanjutnya dilakukan penentuan variasi banyaknya dosis implant atau seed yang akan digunakan dalam penelitian. Tahap terakhir yaitu pemilihan tally untuk energi deposisi per transformasi pada masing-masing organ yang diteliti. Metode simulasi ini memuat dosimetri tumor dengan geometri yang sesuai yang telah dipaparkan oleh komisi MIRD (Medical International Radiation Dose Committee) dan ORNL (Oak Ridge National Laboratory) yaitu ORNL-MIRD. ORNL-MIRD merupakan simulasi phantom manusia yang terdiri dari dua bagian utama tubuh yaitu badan dan kepala serta enam organ dalam yang terdiri dari ginjal, hati, ovarium, pankreas, limpa, dan tyroid (Lazarine, 2006). Dengan simulasi dan geometri ini diharapkan dosis serapan yang diserap oleh organ payudara maupun paru-paru dapat diketahui secara lebih signifikan. 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang ingin diselesaikan dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana mendesain file input model geometri phantom tubuh manusia wanita Asia dewasa yang sesuai dengan ORNL-MIRD menggunakan Visual Editor MCNP5? 2. Berapakah jumlah seed optimum

103

Pd sesuai hasil dari simulasi untuk

membunuh sel kanker payudara?

commit to user


digilib.uns.ac.id 5

3. Bagaimanakah dosis serap pada organ payudara dibandingkan dengan organ tulang dada dan paru-paru? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Membuat bentuk geometri phantom tubuh wanita Asia dewasa yang sesuai dengan ORNL-MIRD dengan menggunakan software MCNP5. 2. Menentukan jumlah seed untuk mencapai dosis serapan optimum 3. Menghitung dosis serapan 103Pd pada organ payudara, tulang dada dan paruparu. 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah penelitian ini antara lain: 1. Simulasi dilakukan dengan menggunakan MCNP5. 2. Wanita yang dibuat dalam simulasi ini ialah wanita Asia dewasa dengan diameter payudara 17 cm. 3. Digunakan analogi dari metode PBSI. 4. Palladium-103 digunakan sebagai sumber radiasi brachytherapy memiliki aktivitas 2,088 mCi atau 7,7256x107 Bq, dengan waktu paruh 16,9 hari dan energi emisi-γ sebesar 0,021 MeV. 5. Digunakan variasi jumlah seed yang digunakan yaitu 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, dan 60. Seed dianalogikan sebagai titik-titik yang tersebar merata pada cell payudara. 6. Simulasi hanya dibuat untuk mengetahui dosis serapan pada payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri.

commit to user


digilib.uns.ac.id 6

1.5 Luaran yang Diharapkan Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah simulasi brachytherapy payudara untuk menghitung dosis serapan pada payudara, tulang dada dan paruparu. Selanjutnya simulasi yang dibuat dapat digunakan untuk pengembangan berikutnya misalnya pengaruh selain pada paru - paru yaitu pada jantung dan tulang belakang atau jaringan lain di sekitar payudara. Hasil penelitian dapat dipublikasikan dalam jurnal ilmiah. Dan skripsi ini dapat digunakan sebagai panduan untuk pemula dalam menggunakan software MCNP5 terutama di Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret. 1.6 Sistematika Penulisan

Laporan skripsi ini disusun dengan sistematika sebagai berikut: BAB I

Pendahuluan

BAB II

Tinjauan Pustaka

BAB III

Metodologi Penelitian

BAB IV

Hasil dan Pembahasan

BAB V

Penutup

Pada Bab I dijelaskan mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, luaran yang diharapkan, serta sistematika penulisan skripsi. Bab II berisi dasar teori yang mendasari penelitian yang dilakukan. Bab III berisi metode penelitian yang meliputi waktu, tempat dan pelaksanaan penelitian, alat dan bahan yang diperlukan, serta langkah-langkah kerja dalam penelitian. Bab IV berisi tentang hasil penelitian dan analisa yang dibahas dengan acuan dasar teori yang berkaitan dengan penelitian. Terakhir, Bab V berisi simpulan dari pembahasan di bab sebelumnya dan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjut dari skripsi ini.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Interaksi Foton dengan Materi Foton adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang pendek seperti sinar-X dan gamma (γ). Dari segi fisis interaksi foton dengan atom materi yaitu efek fotolistrik, hamburan Compton dan produksi pasangan (Beiser, 1995). Ketiga interaksi tersebut akan dijelaskan pada subbab berikutnya. Akan dijelaskan pula dari segi biologi interaksi foton dengan jaringan dalam tubuh. 2.1.1. Efek Foto Listrik Efek fotolistrik merupakan interaksi foton dengan elektron orbital terikat. Hasil reaksi adalah foton akan menghilang dan elektron atomik terlempar sebagai elektron bebas dan memiliki energi kinetik yang besarnya sama dengan selisih antara energi foton datang dikurangi energi ikat elektron tersebut (Utari, 2004). Elektron bebas akibat efek fotolistrik ini dinamakan fotoelektron (Beiser, 1995). Fotoelektron ini memiliki tenaga kinetik yang besarnya ditunjukkan dalam persamaan (2.1) di bawah ini =ℎ

− ∅

(2.1)

Ek merupakan besarnya energi kinetik elektron, hv merupakan energi foton dan Ø menyatakan fungsi kerja. Efek fotolistrik secara skematis dapat dilihat pada Gambar 2.1.

commit to user 7


digilib.uns.ac.id 8

inti

=ℎ

=ℎ −∅

N K

L L

M

K M

Gambar 2.1. Skema Efek Foto Listrik (Desi dan Munir, 2001) Dari persamaan (2.1) di atas terlihat bahwa agar efek fotolistrik terjadi, maka energi foton harus sekurang-kurangnya sama dengan energi ikat elektron yang berinteraksi. 2.1.2. Efek Compton Hamburan Compton merupakan interaksi antara foton dan elektron bebas atau hampir bebas yaitu yang berada pada kulit terluar dari atom (Beiser, 1995). Energi radiasi hanya sebagian saja diserap untuk mengeluarkan elektron dari atom (foto-electron) sedangkan sisa energi akan terpancar sebagai “scattered radiation” atau hamburan radiasi dengan energi yang lebih rendah daripada energi semula. Efek Compton terjadi pada elektron-elektron yang terikat secara lemah pada lapisan kulit terluar pada penyinaran dengan energi radiasi yang lebih tinggi yaitu berkisar antara 200-1000 KeV (Gabriel, 1996).

=ℎ

LL KK

=ℎ

M M

N

inti

Gambar 2.2. Skema Hamburan Compton (Desi dan Munir, 2001)

commit to user


digilib.uns.ac.id 9

Dari gambar (2.2) di atas terlihat bahwa foton terhambur dengan sudut θ sedangkan elektron akan bergerak membentuk sudut φ terhadap arah datang foton mula-mula (Beiser, 1995). Hubungan antara foton gelombang datang (λ), foton terhambur (λ’) dan arah hambur (θ) ditunjukkan dalam persamaan (2.2) : −

=

(1 −

)

(2.2)

2.1.3. Produksi Pasangan Produksi pasangan yaitu suatu proses pembentukan positron dan elektron melalui energi radiasi dari sinar-γ yang melebihi 1,022 MeV yaitu energi diam positron + elektron. Proses ini terjadi apabila radiasi-γ tinggi mendekati atau memasuki medan listrik inti. Energi radiasi ini akan berubah menjadi elektron dan positron. Ini sesuai dengan teori Einstein yang menyatakan bahwa energi ekivalen dengan massa (Gabriel, 1996). Proses terjadinya positron dan elektron menjadi dua sinar gamma masing-masing dengan energi 0,51 MeV disebut proses annihilasi. Setelah kehilangan energi karena ionisasi sepanjang perjalanannya, positron bisa bergabung dengan sebuah elektron dan lenyap bersama-sama dalam bentuk energi γ.

elektron

Energi radiasi >1,022 MeV

positron

inti elektron elektron

Gambar 2.3. Skema Produksi Pasangan (Widjaja Erie, 1970)

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

2.1.4. Interaksi Foton dengan Sel

Onkogen merupakan suatu gen yang menyebabkan sel normal bermutasi menjadi sel tumor maligna. Sel normal dapat bermutasi menjadi onkogen karena beberapa sebab antara lain, proses kongenital dimana sejak lahir sudah membawa onkogen, bahan kimia karsinogenik yang masuk ke dalam tubuh dan bereaksi dengan DNA pada kromosom. Kemudian juga, virus onkogen yang bila memasuki sel normal akan berintegrasi dengan kromosom yang ada di dalam nukleus lalu melakukan transkripsi serta radiasi kronik yang terus-menerus mengenai sel-sel normal. Bila sel sudah berubah menjadi sel kanker, maka ia memiliki kemampuan yang tidak dimiliki oleh sel-sel normal, seperti kemampuan mitosis yang sangat cepat, kemampuan memproduksi enzim kolagenesis yang menyebabkan sel kanker mampu melakukan metastasis, hematogen (pembentukan sel-sel darah) ke jaringan sekitar, serta kemampuan sel kanker untuk melakukan angiogenesis yakni membentuk neovaskularisasi yang menyebabkan benjolan (tumor) menjadi kanker ganas yang menjalar di jaringan lain (Adrijono, 2003). Suatu jaringan bila terkena radiasi pengion, akan menyerap energi radiasi dan akan menimbulkan ionisasi atom-atom. Ionisasi tersebut dapat menimbulkan perubahan kimia dan biokimia. Pada akhirnya proses ionisasi akan menimbulkan kerusakan biologi. Kerusakan biologi sel yang terjadi itu dapat berupa kerusakan kromosom, mutasi, perlambatan pembelahan sel dan kehilangan kemampuan untuk berproduksi (Tjokronagoro, 2001). Sudah diketahui bahwa radiasi pengion menghasilkan pancaran energi atau partikel yang bila mengenai sebuah atom akan menyebabkan terpentalnya elektron keluar dari orbit elektron tersebut. Pancaran energi dapat berupa gelombang elektromagnetik , yang dapat berupa sinar gamma dan sinar-X. Radiasi pengion bila mengenai sel kanker, akan menimbulkan ionisasi air sehingga menjadi ion H+, ion OH- dan ion oksigen. Ion ini bersifat tidak stabil dan berubah menjadi radikal H, radikal OH dan radikal oksigen. Radikal ini akan

commit to user



bereaksi dengan DNA dan menimbulkan kerusakan DNA dan akhirnya menimbulkan kematian sel kanker. Menurut Kirk dan Ribbans (2004) dapat terjadi : 1.

Reaksi ganda DNA pecah

2.

Perubahan cross-linkage dalam rantai DNA

3.

Perubahan basa yang menyebabkan degenerasi atau kematian sel

Kemampuan reparasi kerusakan pada sel-sel kanker lebih rendah daripada sel-sel normal, sehingga akibat radiasi sel-sel kanker lebih banyak yang mati dan yang tetap rusak dibandingkan dengan sel-sel nomal. Sel-sel yang masih bertahan hidup akan mereparasi kerusakan DNA-nya sendiri-sendiri. Kemampuan reparasi DNA sel normal lebih baik dan lebih cepat dibandingkan sel kanker. Keadaan ini dipakai sebagai dasar untuk terapi menggunakan radiasi dari sumber radioaktif pada kanker (Kirk dan Ribbans, 2004). Dijelaskan oleh Kumar (1996), ionisasi mempunyai kekuatan untuk menghancurkan keutuhan sel dengan cara: 1. Merusak inti sel (nukleus). 2. Perubahan kimia yang dipicu oleh ionisasi radiasi. 2.2. 103Pd sebagai Radioaktif Sumber radioaktif yang digunakan dalam penelitian ini ialah

103

Pd

merupakan pemancar radiasi-γ dengan energi 21 KeV dengan intensitas 63,9 % (Awaludin, 2007). Anak luruh dari

103

Pd yaitu rhodium-103 (103Rh).

103

Pd

memiliki waktu paruh 16,9 hari dan dapat dibuat dengan metode aktivasi neutron dengan sasaran

102

Pd. Iradiasi neutron ini menghasilkan radioisotop

103

Pd serta

memancarkan sinar-γ (Tanaka, 2006). Skema reaksi inti dalam pembentukan radioisotop 103Pd dapat ditunjukkan seperti berikut, 102

Pd  1n  103 Pd  

(2.3)

Radiasi- γ energi rendah merupakan radiasi yang efektif untuk penanganan terapi kanker internal. Dengan energy- γ rendah maka semua energi radiasi akan

commit to user



diserap oleh proses interaksi foton dengan materi, sehingga radiasi-γ yang lolos masuk ke dalam jaringan sehat relatif kecil (Muhtarom, 2011). Radioaktif

103

Pd juga memancarkan foto-auger yang sangat efektif

merusak DNA sel kanker. Spesifikasi data peluruhan dari

103

Pd yang dibuat oleh

komite MIRD dapat dilihat pada Lampiran 1. Setelah melewati beberapa peristiwa interaksi, foton dari emisi transisi X-ray diserap oleh elektron lain pada atom yang sama dalam cell payudara. Elektron tersebut tereksitasi akibat fotolistrik internal. Proses perubahan X-ray menjadi fotoelektron disebut efek Auger (Alonso dan Finn, 1969). 2.3. Dosimetri

Dosimetri radiasi dapat diartikan sebagai ilmu yang mempelajari berbagai besaran dan satuan dosis radiasi, sedangkan pengertian dosis adalah kuantisasi dari proses yang ditinjau sebagai akibat radiasi mengenai materi (Cember, 1983). Sangat penting untuk dibedakan antara “dosis serap” dan “dosis”. Pada pengertian “dosis” tidak memiliki arti khusus dalam dosimetri radionuklida. Secara sederhana, “dosis” digunakan untuk menjelaskan aktivitas yang diatur seperti pada “dosis serap”. Kebanyakan kasus pembedaan ini dapat dilakukan dari konteks pemakaiannya (Sgouros, 2005). Dalam proteksi radiasi pengertian dosis adalah jumlah radiasi yang terdapat dalam medan radiasi atau jumlah energi radiasi yang diserap atau diterima oleh materi (Gondhowiardjo, 2003). Sebelum perlakuan brachyteraphy dilakukan, oncologist, dosimetrist, dan fisikawan medis akan melakukan Treatment Planning System (TPS) untuk menentukan letak sel tumor, dosis yang diberikan, lama waku treatment dan rencana perlakuan yang optimal (Muchtarom, 2011). Rencana ini bertujuan untuk memberikan dosis yang tinggi pada sel tumor dan dosis yang seminimum mungkin pada jaringan sehat di sekitar tumor tersebut. Untuk tiap radionuklida, banyaknya peluruhan terdistribusi tak homogen yang menembus tiap satuan

commit to user



volume organ dapat dipastikan secara tepat, dan besarnya serapan dari tiap sumber ke organ target dihitung oleh simulasi Monte Carlo. 2.3.1. Dosis Serapan Dosis serap merupakan energi absorpsi yang menyebabkan ionisasi yang secara primer bertanggung jawab untuk efek biologis dari radiasi (Adams, dkk., 1997). Pada tahun 1975 International Commision on Radiological Unit (ICRU) memakai Gray (Gy) sebagai dosis Satuan Internasional (SI). Pemakaian satuan Gy ini untuk menghormati Harold Gray, ahli fisika kedokteran berkebangsaan Inggris yang menemukan efek oksigen pada sel-sel yang diiradiasikan. Satu Gy adalah dosis radiasi apa saja yang menyebabkan penyerapan energi 1 Joule pada 1 kg zat penyerap, maka (Gabriel, 1996) : 1 Gy

= 1 J/kg = 107 erg/kg = 100 rad

Dosis serapan ( ) adalah frasa yang tepat untuk menjelaskan besaran yang penting dalam dosimetri radionuklida dengan satuan Gy. Dosis serapan merupakan energi (E) yang terserap oleh jaringan tubuh persatuan massa

(Sgouros, 2005), sehingga dirumuskan : =

(2.4)

E merupakan banyaknya energi terdeposisi total yang dihasilkan oleh tiap

partikel dan m merupakan massa organ tubuh dalam satuan kg. 2.3.2. Bilangan Transformasi

Total bilangan transformasi ialah hasil perkalian dari aktivitas awal dari suatu radioaktif dalam satuan becquerel dengan umur hidup radioaktif itu.

commit to user



Menurut Lazarine (2006) total bilangan transformasi (Us) dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan : =

(2.5)

A0 merupakan aktivitas awal radionuklida, τ ialah umur hidup

radionuklida dan λ merupakan konstan peluruhan yang memiliki harga yang

berbeda untuk setiap radionuklida. Umur hidup (τ) berbeda dengan umur paro (

) suatu radioisotop. Oleh Beiser (1995), umur hidup isotop memiliki

hubungan yang berkebalikan dengan konstan peluruhan (λ) yaitu, =

=

(2.6)

,

Jika total bilangan transformasi dapat ditentukan, maka total dosis pada

organ dapat dihitung. Menurut Lazarine (2006) hasil energi deposisi (E) pada suatu organ dengan satuan (MeV/Trans). Persamaan (2.4) dapat dituliskan kembali dengan : =

×

(2.7)

2.4. Brachytherapy Payudara Kanker payudara (carcinoma mammae) yaitu suatu penyakit yang timbul dari pertumbuhan tak terkendali dari sel epitel di kelenjar mammary. Seperti penyakit kanker lainnya, terjadi karena proses pembelahan sel yang tidak terkendali akibat terjadinya mutasi gen-gen tertentu yang meregulasi mekanisme pembelahan dan pertumbuhan sel. Diawali dengan transformasi sel epitel payudara dari normal menjadi hiperplasia, diikuti dengan kemunculan atipia kemudian menjadi malignan. Sel-sel malignan terus berkembang dari karsinoma non-invasif menjadi karsinoma invasif kemudian menjadi sel yang berpotensial untuk bermetastasis (Rose dan Wynder, 1986).

commit to user



Pada gambar 2.4.a. ditampilkan bagian anatomi dari jaringan payudara sehat dan gambar 2.4.b. ditampilkan jaringan payudara yang sudah terdapat sel kanker yang dikategorikan dalam kanker payudara stadium 1. Pada stadium 1 yaitu ukuran sel kanker tidak lebih dari 3 cm dan belum terdapat titik-titik infeksi di saluran getah bening atau dikatakan sel kanker belum bermestatasis. (a) (b)

Gambar 2.4. (a) Jaringan Payudara Sehat, (b) Jaringan Payudara yang Terkena Kanker Stadium I (American Society of Clinical Oncology, 2005) Brachy berasal dari Bahasa Yunani “brachios” yang berarti dekat, sehingga brachytherapy secara bahasa dapat diartikan sebagai terapi dari jarak dekat. Istilah ini digunakan untuk terapi radiasi sehingga brachytherapy secara istilah berarti terapi radiasi dengan mendekatkan sumber radiasi ke sumber penyakit. Metode terapi ini sering dinamakan dengan terapi radiasi sumber tertutup atau sealed source (Awaludin, 2007). Penerapan metode ini perlu memperhatikan distribusi dosis radiasi pada jarak yang pendek secara interstisial, intracavitary ataupun intravascular. Dengan metode terapi seperti ini, ketinggian dosis radiasi dapat diatur secara lokal pada tumor dengan kecepatan dosis menyebar pada jaringan normal di sekitarnya (Robinson, 2006). Brachytherapy dapat digunakan dengan tujuan untuk menyembuhkan kanker stadium awal. Interstitial brachytherapy adalah salah satu tehnik brachytherapy dengan cara memasukkan sumber radiasi ke dalam jaringan kanker. Tentu saja dalam

commit to user



melakukan implantasi pada organ menggunakan aplikator jarum atau kateter. (Awaludin, 2007). Intracavitari brachytherapy merupakan kontak terapi radiasi dimana diberikan radiasi dengan memasukkan aplikator melalui lumen (rongga tubuh) yang kemudian akan diisi dengan sumber radioaktif misalnya

192

Ir.

(Gondhowiardjo, 2003). Mammosite High Dose Rate Brachytherapy System (MHDR) adalah salah satu tehnik intracavitary brachytherapy. Pasien untuk perawatan ini terlebih dahulu menjalani operasi pengangkatan jaringan kanker (lumpectomy). Tahap selanjutnya yaitu memasukkan balon kateter ke dalam ruang lumpectomy yang berisi

192

Ir. Penggunaan metode ini hanya terbatas untuk pasien yang sudah

diangkat jaringan kankernya dan tidak bisa digunakan untuk kanker dalam stadium awal. Kendala yang dihadapi dengan metode MHDR dapat diatasi dengan menggunakan tehnik interstitial brachytherapy, yaitu penanaman seed ke dalam kateter berupa jarum yang sudah berisi sumber radioaktif. Salah satu metode dari tehnik tersebut dikenal dengan sebutan Permanent Breast Seed Implant (PBSI) (Pignol,2007). Sumber radioaktif yang biasa digunakan antara lain,

103

Pd dan

125

I

(Jansen, 2007). Mekanisme penanaman seed ke dalam payudara dapat dilihat pada gambar 2.5.

commit to user



4

Gambar 2.5. Proses Penanaman Seed Implant

103

Pd (Jansen, 2007)

Keterangan dari gambar 2.5 adalah : a. Pada gambar ini dijelaskan beberapa peralatan utama dalam melakukan terapi ini, yaitu: 1.

Gantry armrest yang berfungsi untuk meletakkan lengan pasien.

2.

Green table plate yang berada di bawah tubuh pasien. Berfungsi untuk menyimpan peralatan pendukung dari terapi ini, seperti kabel penghubung dengan CT-Scan dan tali pengikat yang berfungsi untuk meminimalisasi gerakan tubuh pasien saat terapi.

3.

Thermoplastic sheet yang tersimpan di dalam green table plate. Alat ini berfungsi sebagai penunjuk jarum seed yang akan ditanam dalam payudara. Garis hitam merupakan pusat dan axis dari lokasi terapi. Garis merah merupakan daerah hitung dan tempat dimana beberapa seed akan ditanam. Alat ini tidak akan

commit to user



berfungsi jika tidak dilengkapi dengan needle guiding positioned (b.4). b. Setelah pasien sudah mendapatkan posisi terapi yang nyaman maka langkah selanjutnya harus memastikan posisi pasien aman yatiu dengan memeriksa needle guiding positioned dan thermoplastic sheet sudah melekat sempurna pada payudara. c. Proses penanaman seed dibantu dengan CT-scan agar posisi seed berada di wilayah yang dikehendaki. d. Akhir dari tahapan terapi, yang mana jarum sudah ditanam dalam jaringan payudara. Proses perawatan ini memerlukan waktu ±60 menit (Pignol, 2007). Tentunya tidak dilakukan 1 kali perawatan, tetapi dilakukan sesuai tingkat kerusakan payudara akibat sel kanker. Dalam penanaman seed akan dipandu dengan menggunakan CT-Scan dan USG. Dosis yang biasanya diberikan yaitu 90 Gy (Jansen, 2007). Pemberian dosis pada payudara dipantau supaya laju dosis peluruhan seed kurang dari 2,50 cGy/menit dengan periode treatment sekitar 60 hari. Laju dosis awal yang diberikan sebesar 3,33 cGy/menit dan kemudian dilakukan dengan kontrol laju dosis kurang dari 2,50 cGy/menit hingga didapatkan total dosis adalah 90 Gy (Pignol, 2009). Keuntungan brachytherapy dibandingkan radiasi sinar eksternal atau radiotherapy antara lain : 1. Radiasi umumnya dibatasi oleh dosis implant, sehingga dosis yang besar dapat dihantarkan ke sel tumor dengan dosis yang lebih rendah mengenai jaringan normal, sehingga kontrol lokal tumor lebih baik dan komplikasi lebih sedikit. 2. Secara umum brachytherapy dihantarkan secara berkelanjutan pada dosis rendah, sehingga secara teori ini lebih efektif daripada radiotherapy yang sesaat dengan dosis tinggi.

commit to user



Implant brachytherapy hanya efektif jika seluruh bagian tumor terlihat. Tumor haruslah bisa diakses dan batasnya cukuplah jelas. Tumor yang besar dan batasnya tidak terlihat biasanya tidak dilakukan brachytherapy karena sulit untuk mencapai bagian tepi dari tumor (Baylay, 2007).

Penerapan tehnik brachyterapy dapat mengatasi

keemahan pada

radiotherapy yang tidak focus terhadap sasaran yang beresiko tekena jaringan sehat di sekitarnya. Oleh karena itu, diperlukan perkiraan efek biologis secara kuantitatif saat akan dilakukan brachytheraphy pada pasien sebelum ekseskusi dilakukan. Tidak seperti treatment lainnya, efek biologis dari terapi radionuklida dapat didefinisikan secara tepat dari segi besaran fisis, yaitu dosis serapan yang merupakan energi yang diserap oleh jaringan tiap satuan massa. 2.5. MCNP5 2.5.1. Sejarah Metode Monte Carlo Ide pertama metode ini dicetuskan oleh Enrico Fermi di tahun 1930an. Pada saat itu para fisikawan di Laboratorium Sains Los Alamos sedang memeriksa perlindungan radiasi dan jarak yang akan ditempuh neutron melalui beberapa macam material. Namun, data yang didapatkan tidak dapat membantu untuk memecahkan masalah yang ingin mereka selesaikan karena ternyata masalah tersebut tidak bisa diselesaikan dengan penghitungan analitik. Lalu John von Neumann dan Stanislaw Ulam memberikan ide untuk memecahkan masalah dengan memodelkan eksperimen di komputer. Metode tersebut dilakukan secara untung-untungan, metode tersebut diberi kode nama Monte Carlo. Nama Monte Carlo kemudian akhirnya menjadi populer oleh Enrico Fermi, Stanislaw Ulam, dan rekan-rekan mereka sesama peneliti fisika. Nama Monte Carlo merujuk kepada sebuah kota kasino terkenal di Monaco. Di sanalah paman Stanislaw Ulam sering meminjam uang untuk berjudi. Kegunaan dari ketidakteraturan dan proses yang berulang memiliki kesamaan dengan aktivitas di kasino. Hal yang berbeda dari simulasi Monte Carlo adalah membalikkan bentuk simulasi yang umum. Metode ini akan mencari kemungkinan terlebih dahulu sebelum memahami

commit to user



permasalahan yang ada. Sementara umumnya menggunakan simulasi untuk menguji masalah yang sebelumnya telah dipahami (Nadinastiti, 2010). Penggunaan metode paling awal diketahui digunakan oleh Enrico Fermi di tahun 1930. Pada waktu itu beliau menggunakan metode acak untuk menghitung sifat dari neutron yang baru ditemukan. Baru setelah komputer pertama diperkenalkan sekitar tahun 1945 metode Monte Carlo mulai dipelajari lebih lanjut. Metode ini telah digunakan di bidang fisika, kimia fisika, dan lain-lain. Rand Corporation dan U.S. Air Force merupakan sponsor utama dalam pengembangan metode Monte Carlo pada waktu itu dan metode ini semakin berkembang di berbagai bidang (Rohmah, 2009). 2.5.2. MCNP Dari segi bahasa, MCNP kepanjangan dari Monte Carlo N-Particle. Sedangkan pengertiannya ialah suatu kode simulasi komputer transport partikel dengan kemampuan tiga dimensi menggunakan metode statisik. Hal ini berlainan dengan metode transport yang bersifat deterministik. Dalam metode deterministik, cara yang paling umum diterapkan adalah metode ordinat diskret untuk menyelesaikan persamaan transport partikel rata-rata. Metode Monte Carlo tidak memecahkan persamaan yang eksplisit tetapi mencari penyelesaian dengan cara mensimulasikan partikel-partikel secara individual serta mencatat beberapa aspek (disebut tally atau cacah) dari perilaku pertikel tersebut (X-5 Monte Carlo Team, 2003). MCNP5 merupakan salah satu versi MCNP yang diaplikasikan untuk membuat simulasi interaksi partikel tidak bermuatan listrik yaitu neutron dan foton (X-5 Monte Carlo Team, 2003). MCNP mengikuti kejadian partikel yang sebenarnya dari partikel hidup ketika dilepaskan dari sumbernya sampai partikel mati (karena lepas, terserap, dan sebagainya) sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.6. Metode ini menggunakan probabilitas distribusi sampel secara acak menggunakan data transport untuk menggambarkan perjalanan partikel.

commit to user



5

Foton datang

1

2

4 4

2 e+

3

1 e-

Materi

Gambar 2.6. Perjalanan Random Sebuah Foton Datang Mengenai Material Gambar 2.6. menunjukkan perjalanan acak foton yang datang melewati material. Pada dasarnya semua kemungkinan perjalanan partikel dihitung oleh MCNP. Pada contoh ini, tumbukan foton kemungkinan terjadi pada titik 1. Foton dihamburkan pada kemungkinan arah yang ditunjukkan, yang dipilih secara acak dari distribusi hamburan. Foton yang mungkin dihasilkan, untuk sementara disimpan untuk analisis berikutnya. Pada kondisi 1 terjadi hamburan Compton yang menghasilkan dua kemungkinan peristiwa yaitu satu foton keluar dari sistem pada posisi 5 atau satu foton terhambur. Foton hasil efek Compton yang pertama menghasilkan pasangan elektron dan positron pada tempat 3 serta hamburan foton. Setelah foton mengalami hamburan berkali-kali, pada tumbukan foton dan materi akan menghasilkan efek fotolistrik sehingga tenaga foton habis dan foton hilang pada keadaan 4. Foton yang disimpan tadi, sekarang kembali dan dengan sampling acak, keluar dari luasan material pada keadaan 2 hingga mengalami kedaan 4 dan 5. User atau pengguna membuat suatu input file yang kemudian dibaca oleh MCNP. File ini mengandung informasi tentang permasalahan dalam suatu area, seperti detil geometri, deskripsi material dan pemilihan tampang lintang, letak dan jenis sumber neutron dan foton, kemudian jenis tally yang digunakan dan tehnik untuk meningkatkan efisiensi. File input dibuat menggunakan Visual Editor (Vised). Pada subbab berikutnya akan dibahas tentang Vised.

commit to user



2.5.3. Visual Editor (Vised)

Vised ditulis untuk membantu pengguna dalam menciptakan file input MCNP menggunakan menu button (Carter dan Schwar, 2003). Tersedia pilihan menu button yang memungkinkan memasukkan informasi secara cepat dan dapat memvisualisasi bentuk geometrinya. Vised memunginkan pengguna untuk dengan mudah mengatur dan mengubah tampilan geometri. Hasil pemodelan dapat dilihat pada jendela Vised. Untuk cara installasi program dapat dilihat pada Lampiran 2. Tampilan awal ketika membuka MCNP Vised ditunjukkan dalam gambar 2.7. Vised terdiri dari beberapa menu utama yaitu file, input, update plot, surface, cell, data, run, particle display, tally plots, cross section plots, 3D view, read again, back up, view dan help. Fungsi menu dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Gambar 2.7. Start-up Konfigurasi Vised

commit to user



Tabel 2.1 Menu Utama pada Vised Menu Option

Deskripsi

File

Digunakan untuk membuka dan menyimpan file. File-> New View digunakan untuk membuka tambahan plot window ke dalam geometri.

Input

Digunakan untuk membawa sebuah editor teks sederhana yang berisi isi lengkap input file. Input file dapat diedit manual dengan tangan di jendela ini.

Update Plots

Update kedua plot jendela.

Surface

Memunculkan window surface untuk membuat, memindai atau memodifikasi surface.

Cell

Memunculkan window cell untuk membuat, memindai atau memodifikasi cell.

Data

Menu untuk kartu data umum: material, importants, dan transformasi.

Run

Mengaktifkan MCNP untuk menjalankan file input.

Particle Display

Memunculkan

source

window

yang

memungkinkan

untuk

menampilkan titik sumber dan lintasan partikel yang di plotting. Tally Plot

Menghitung plotting dari runtpe atau mctal file. Kemampuan ini, sama ketika meminta MCPLOT (mcnp inp=filename z options).

Cross Section Plots

Memungkinkan plotting dari penampang MCNP. Kemampuan ini, sama ketika meminta MCPLOT (mcnp inp=filename ixz options).

3D View

Memungkinkan render tampilan 3D geometri atau gambar radiografi.

Read_again

Memperbarui plot setelah file yang dibaca di telah dimodifikasi oleh editor teks eksternal.

Backup

Membuat file cadangan yang secara berurutan meningkat (inpn1, inpn2, dan seterusnya).

View

Memilih plot window yang aktif

Help

Menunjukkan nomor versi.

commit to user



2.5.4. Tally MCNP Pemilihan tally digunakan untuk menentukan jenis hasil keluaran yang diharapkan dari MCNP5. Informasi yang diinginkan dapat diperoleh dari satu atau lebih kartu tally. Banyak spesifikasi kartu tally yang menggambarkan tally “bins”. Tally didefinisikan dengan tipe tally dan tipe partikel yang menyertainya. Informasi dalam tally selalu terkait dengan kartu data sebelumnya, termasuk pada jenis partikel yang digunakan. Untuk mendapatkan hasil tally saja cukup menggunakan tally Fn. Tally pada MCNP5 meliputi tally nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, dan 8 atau kelipatan dengan nomor akhir yang sama dengan tally yang dipilih. Masing-msing tally memiliki tujuan kalkulasi numerik yang berbeda-beda. Jenis tally Fn yang disediakan oleh MCNP5 sebagaimana dituliskan pada Tabel 2.1. berikut ini: Tabel 2.2. Jenis Tally Fn dan Modifikasi Tally (X-5 Monte Carlo Team, 2003) Tally F1 F2 F4

F5

F6

F7

F8

Mode partikel :N, :P, :E :N, :P, :E :N, :P, :E

Deskripsi

Arus permukaan Fluks permukaan Panjang lintasan yang diperkirakan berdasarkan fluks :N, :P Fluks dari sumber titik atau cincin detector :N, :P, Panjang lintasan yang :N,P diperkirakan berdasarkan energi deposisi :N Panjang lintasan yang diperkirakan berdasarkan deposisi energi fisi :N, :P, :E, Pulsa tally tinggi :P,E

Units Partikel Partikel/cm2 Partikel/cm2

Modifikasi Units tally *F1 MeV *F2 MeV/cm2 *F4 MeV/cm2

Partikel/cm2

*F5

MeV/cm2

MeV/g

*F6

Jerks/g

Mev/g

*F7

Jerks/g

Pulsa

*F8 +F8

MeV Muatan

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu Penelitian Waktu penelitian enelitian dilakukan selama semester Februari – Juli 2011. 3.2. Alat dan Bahan 1. Piranti Keras Seperangkat Personal Computer C dengan: Sistem Operasi

: Microsoft Windows 7 Starter 32-bit bit (6.1 build 7600)

Processor

: Intel® Atom™ CPU N470 @1,83 GHz (2 CPUs),˜1,8GHz

Memory

: 1024 MB RAM

Berikut tampilan rincian dari piranti yang digunakan: digunakan

Gambar 3.1 Rincian Piranti Keras yang Digunakan dalam m Penelitian commit to user 25



2. Piranti Lunak Software MCNP5© , Microsoft Office Word© 2007 dan Microsoft Office Excel© 2007. 3. Data  Bahan dan densitas material untuk pemodelan phantom ORNL-MIRD versi 1996.  Input model phantom ORNL-MIRD.

3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi

Prosedur pembuatan simulasi meliputi tiga tahap yaitu, pembuatan geometri phantom model ORNL-MIRD versi 1996, mendefinisikan sumber radiasi serta posisi sumber radiasi, dan pemilihan tally pada *F8 supaya mendapatkan hasil berupa distribusi energi dalam satuan MeV. Ketiga tahap tersebut akan dibahas lebih lanjut pada subbab berikutnya. Langkah-langkah dalam pembuatan input meliputi : 1. Pembuatan surface dan ukuran surface. Surface merupakan suatu batasan yang mengelilingi suatu cell. Suatu surface harus memiliki bentuk, ukuran dan posisi. 2. Pembuatan input material yang berisi informasi densitas material dan isotop yang digunakan. 3. Pembuatan cell dan ukuran cell. Cell merupakan suatu ruang atau bentuk tertutup yang dibatasi oleh satu atau lebih surface. Dalam pembuatan suatu cell diperlukan juga definisi material dan densitas dari cell tersebut. 4. Pemilihan mode partikel yang digunakan, dalam simulasi ini digunakan mode partikel yang dideteksi adalah foton (P) dan elektron (E). 5. Pembuatan data transformasi. 6. Pendefinisian sumber radioaktif termasuk posisi seed di dalam payudara. 7. Pemilihan tally. commit to user



3.3.1. Model Geometri Phantom Geometri dan definisi material yang digunakan dalam pemodelan phantom ORNL-MIRD sangatlah penting dalam simulasi brachytherapy payudara. Dalam pembuatan geometri selalu dibutuhkan data input yang diperlukan meliputi densitas, material penyusun, bentuk dan ukuran surface serta cell. Geometri phantom terdiri dari tiga bagian utama yaitu, 1. Sebuah silinder ellips untuk menunjukan badan dan lengan, pada bagian tubuh atas tertempel setengah lingkaran yaitu payudara. 2. Dua buah lingkaran kerucut yang terpotong ujungnya menggambarkan anggota gerak kaki. 3. Sebuah silinder melingkar yang diletakkan pada batas setengah silinder ellips menggambarkan leher dan kepala. Ukuran diameter payudara normal wanita dewasa di Amerika adalah ±22 cm (Jansen, 2007). Ukuran diameter payudara normal wanita dewasa Asia adalah 16-22 cm dengan massa 200 gram (scribd.com/perawatan-payudara). Dalam simulasi ini, ukuan diameter payudara yang dipilih yaitu 17 cm. Pemodelan payudara pada khususnya hanya dibuat berupa cell bergeometri half sphere dengan jari-jari 8,5 cm, densitas 1,04 g/cm3 dan tertempel pada tulang dada pada posisi (x,y,z). Komposisi

penyusun payudara sama dengan komposisi jaringan lunak dengan volume 347 cc. Data organ, densitas tiap cell organ dan volume sebagaimana dituliskan pada Lampiran 4 (Lazarine, 2006). Komposisi dasar dan total densitas organ tubuh untuk model phantom ORNL-MIRD dibuat oleh Eckerman (2002) dituliskan pada Tabel 3.1.

commit to user



Tabel 3.1. Komposisi Dasar dan Densitas Organ Tubuh Model Phantom ORNLMIRD (Eckerman, 2002) Komponen H C N O F Na Mg Si P S Cl K Ca Fe Zn Rb Sr Zr Pb Densitas

Jaringan lunak 10,454 22,663 2,490 63,525 0 0,112 0,013 0,030 0,134 0,204 0,133 0,208 0,024 0,005 0,003 0,001 0 0,001 0 , g/cm3

Persen massa Tulang 7,337 25,475 3,057 47,893 0,025 0,326 0,112 0,002 5,095 0,173 0,143 0,153 10,190 0,008 0,005 0,002 0,003 0 0,001 , g/cm3

Paru-paru 10,134 10,238 2,866 75,752 0 0,184 0,007 0,006 0,080 0,225 0,266 0,194 0,009 0,037 0,001 0,001 0 0 0 , g/cm3

3.3.2. Model Sumber Radiasi Definisi sumber diperlukan untuk mensimulasikan perjalanan partikel. Dalam simulasi ini sumber radiasi dimodelkan dalam bentuk titik-titik (seeds) yang ditanamkan di dalam payudara. Definisi sumber yang diperlukan sebagai inputan MCNP5 adalah jenis partikel yang dipancarkan, energi dan kelimpahan partikel, arah commit to user



berkas partikel, dan geometri yang berupa posisi dan bentuk sumber radioaktif. Sumber radiasi yang digunakan dalam pemodelan ini diperlihatkan dalam Tabel 3.2. Tabel 3.2. Data Sumber Radiasi untuk Input MCNP5 Sumber

Keterangan 103

Nuklida Bentuk Banyaknya seed Energi 103Pd Jenis partikel Penempatan sumber

Pd Titik 5 ; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55 dan 60. 0,021 MeV Foton dan elektron Di dalam payudara yaitu cell no. 65

Dalam kalkulasi dosis serapan diperlukan pula nilai aktifitas awal dan waktu paruh dari radioaktif 103Pd, masing-masing nilainya 2,088

dan 16,9 hari.

3.3.3. Model Pulsa Distribusi Energi Selanjutnya yang harus dilakukan dalam pembuatan simulasi ini ialah pemilihan tally. Seperti yang sudah dijelaskan dalam bab sebelumnya bahwa perlu digunakan tally yang sesuai dengan hasil yang diinginkan. Dipilihlah tally F8, yang akan memberikan pulsa distribusi energi yang didapatkan dari tangkapan radiasi oleh detektor. Tally F8 disebut juga tally pulsa tinggi. Kartu F8 digunakan untuk memasukan data cell. Gabungan tally menghasilkan jumlahan tally dan bukan nilai rata-ratanya. Energi bin dalam tally akan mengakumulasikan energi yang ditampung pada sebuah cell oleh keseluruhan jalur yang dilewati seluruh foton. Foton dan elektron pada tally F8 dapat dilakukan tally secara bersamaan sesuai keinginan. Namun dapat juga hanya digunakan :E atau :P saja pada tally F8. Tanda asterisk (*) pada F8 mengubah nilai tally dari tally pulsa tinggi dengan satuan “pulse” ke tally deposisi energi tiap satuan muatan elektron dengan satuan “MeV”. commit to user



3.3.4. Prosedur Pembuatan File Input dan Pengolahan Data File input (listing program) yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 5. Langkah pembuatan input diawali dengan pembuatan surface card atau kartu permukaan, yang merupakan tampilan permukaan dari geometri model. Isi dari kartu surface adalah jenis surface dan dimensinya. Di bawah surface cards dilanjutkan dengan cell card yang didalamnya berisi spesifikasi ruang antar surface yang meliputi densitas material, definisi material, dan nama tiap cell. Di bawah cell card terdapat transformation card, kemudian didefinisikan sumber radiasi yang digunakan dan dilanjutkan dengan perintah pemilihan tally. Penjelasan dari tiap masukkan di atas akan dijelaskan pada Lampiran 3. Selanjutnya sesudah proses masukkan input maka yang harus dilakukan ialah proses running. Lama waktu running program harus ditentukan. Running time dapat ditentukan dengan input berupa CTME ataupun NPS. CTME (Computer Time Cutoff Card) akan menghentikan running berdasarkan menit yang diinputkan. NPS (History Cutoff Card) akan menghentikan running saat jumlah riwayat hidup partikel sesuai dengan yang diinputkan. Pada simulasi ini running time dihentikan dengan menggunakan NPS card. NPS yang digunakan adalah 1.000.000. NPS akan menetapkan secara spesifik jumlah partikel yang hidup tepat pada jumlah 1.000.000 dan perjalanan foton dan elektron berakhir. Output perhitungan MCNP disimpan dalam file bernama mctal, sedangkan hasil running berupa kejadian-kejadian yang terjadi termasuk interaksi partikel dengan material tersimpan dalam file outq. Contoh isi file mctal dapat dilihat pada Lampiran 6. Mctal berisi tentang energi deposisi per transformasi dari hasil eksekusi simulasi. Selain itu terdapat pula nilai relative error dan tally fluctuation chart (tfc). TFC merupakan bin beberapa fluktuasi tally. Variasi dari simulasi yang dibuat adalah jumlah seed yang digunakan. Posisi seed dipilih secara sembarang posisi dengan ketentuan seed masih berada pada cell payudara yaitu: commit to user



Batas kanan kiri (x)

: 8,63 ± 8,5 cm

Batas depan belakang (y)

: tidak boleh ≤ -7,480 cm

Batas atas (z)

: 46,87 ± 8,5 cm

Setiap perubahan variasi seed selanjutnya dihitung dosis serapan pada ketiga organ yaitu payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri. Luaran yang berupa energi deposisi per transformasi ( ) tersebut masih harus diolah lagi untuk mendapatkan nilai dosis serap. Luaran energi deposisi per transformasi tersebut masih dalam satuan MeV/Trans dan harus dikonversi ke satuan Joule/Trans. Infomasi yang didapat dari ORNL-MIRD yang dibuat sudah disertai dengan volume organ dan densitas, maka massa tiap organ dapat diketahui dengan persamaan (3.1) berikut, = Dimana,

→

=

×

(3.1)

ρ = densitas organ (gr/cc) m = massa organ (gr)

V = volume organ (gr)

Sehingga nilai dosis serapan dapat dihitung menggunakan persamaan (2.4). Satuan yang didapat dari perhitungan tersebut dalam Gray/Trans. Agar didapat nilai dosis serap dalam satuan Gray maka harus dikalikan dengan bilangan transformasi.

commit to user



MCNP Quickstar (Memahami kode MCNP dan komputer telah terinstallasi program MCNP)

Buat input file pada Vised Membuat geometri ORNL-MIRD adult female phantom dan payudara, meliputi : 1. Membuat Surface 2. Mendefinisikan material Cell 3. Membuat Cell

Tentukan sumber radioaktif 103Pd sinar-γ yang digunakan, serta variasi jumlah seed 103Pd (variasi seed dari 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 dan 60 buah)

Kalkulasi dosis serapan tiap partikel pada variasi seed yang dipilih (merupakan proses running)

Baca File Mctal

Pengolahan data dan analisa

Kesimpulan

Gambar 3.2. Diagram Alur Kerja Penelitian commit to user



Buat Surface Trnsformation Definisi Material berupa densitas dan isotope Buat Cell

Definisi Sumber Radioaktif

Variasi seed : 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 dan 60 seed

Definisi Sumber Radioaktif

Energi deposisi

Energi deposisi

Energi deposisi

payudara kiri

paru-paru kiri

tulang dada

Output dan Mctal

Pengolahan data dosis serapan dan pembuatan grafik

Gambar 3.3. Diagram Alur Prosedur Pengoperasian Simulasi

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Telah berhasil dieksekusi simulasi untuk menentukan nilai dosis serap dari nuklida

103

Pd pada penanganan brachytherapy payudara. Nilai dosis serap yang

didapatkan tidak hanya pada organ payudara saja, tetapi juga dilakukan penghitungan dosis serap pada organ paru-paru dan tulang dada sebagai nilai pembanding. Dalam penelitian ini, organ payudara yang dipilih adalah organ payudara bagian kiri, sehingga paru-paru dan tulang dada yang diteliti juga bagian kiri. Organ paru-paru dan tulang dada dipilih karena posisinya yang berada dibawah atau melekat pada organ payudara.

4.1. Geometri Phantom Model ORN-MIRD Listing input geometri phantom ORNL-MIRD dibuat oleh Oak Ridge National Laboratory (ORNL) dengan analisis matematis dosis oleh komite MIRD. Sebagaimana hasil running vised ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2. Terlihat dari gambar 4.1 bahwa hasil geometri memiliki perbedaan warna yang tampak, hal tersebut disebabkan karena perbedaan densitas material penyusun cell yang digunakan. Warna merah menunjukkan dunia luar, warna kuning menunjukkan jaringan paru-paru, kemudian warna biru menunjukkan jaringan lunak dan warna hijau menunjukkan jaringan tulang. Gambar 4.2 menunjukkan bagian organ payudara yang dibuat dalam cell berbentuk half spherical. Angka-angka yang tampak dalam gambar menunjukkan nomor cell dari geometri tersebut. Nomor cell 65 merupakan cell payudara dan nomor cell 29 adalah cell tulang dada. Untuk nomor cell 9 yang menunjukkan cell paru-paru kiri tidak tampak dalam posisi tampak samping cell 9 akan tampak dari posisi geometri tampak depan. Untuk nomor cell lain dapat dilihat pada lampiran 5.

commit to user 34



Gambar 4.1. 4 Tampilan Geometri ORNL-MIRD

Gambar 4.2. Geometri Payudara (Cell ( no.65) Tampak Samping Kiri

Setelah proses running, file output yang berisi informasi kejadian kejadian-kejadian eksekusi disimpan dalam file outq. Beberapa hasil interaksi yang terjadi antara foton

103

Pd dengan materi pada cell payudara. Tabel 4.1 menjelaskan an interaksi

foton yang terjadi saat proses running.

commit to user



Tabel 4.1. Energi Interaksi Foton yang Dilepaskan Ketika Terjadi dalam Cell Payudara (Hasil Running 30 Seed) Interaksi Foton

Energi (MeV) 1,9289 × 10

Foton Keluar (Escape)

1,8625 × 10

Hamburan Compton

4,401 × 10

Bremsstrahlung

Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa interaksi foton yang terjadi pada cell payudara adalah Foton keluar, Compton Scatter dan Bremsstrahlung. Terjadi peristiwa foton hilang dari cell payudara yaitu foton keluar dari sistem, seperti yang telah dijelaskan dalam BAB II, Gambar 2.6. Pada peristiwa hamburan Compton terjadi pelepasan energi sebesar 1,8625 × 10-4 MeV, sedangkan pada

peristiwa Bremsstrahlung terjadi pelepasan energi sebesar 4,401 × 10-6 MeV. Terlihat bahwa energi pada hamburan Compton lebih besar dibandingkan energi

pelepasan Bremsstrahlung. Peristiwa hamburan ini memiliki arti penting dalam matinya jaringan atau sel abnormal, elektron Compton tersebut melepaskan energi kinetiknya dan merupakan salah satu dari partikel-partikel penyebab ionisasi yang utama yang dihasilkan oleh radiasi-γ (Cember, 1983). Ionisasi tersebut yang nantinya akan menyebabkan matinya sel kanker, mekanisme matinya sel dapat dilihat pada subbab berikutnya. Bremsstrahlung adalah sinar-X yang terpancar bilamana partikel-partikel dengan laju tinggi mengalami suatu percepatan yang cepat. Bilamana suatu partikel melintas dekat dengan inti atom, maka gaya tarik Coulomb yang kuat menyebabkan partikel menyimpang tajam dari lintasan awalnya. Perubahan arah yang disebabkan oleh percepatan radial berarti bahwa foton-foton bremsstrahlung memiliki suatu distribusi energi yang kontinu (Cember, 1983). Energi kontinu ini yang akan berperan dalam menghancurkan nukleus sel kanker. Interaksi foton yang terjadi juga menghasilkan interaksi electron dalam cell payudara. Sehingga interaksi

elektron juga dicatat dalam simulasi ini.

commit to user



Interaksi elektron yang dihasilkan dari ionisasi

103

Pd dengan material cell dapat

dilihat pada tabel 4.2. Tabel 4.2. Energi Interaksi Elektron dari Hasil Interaksi Foton yang Dilepaskan Ketika Terjadi dalam Cell Payudara (Hasil Running 30 Seed) Interaksi Elektron

Energi (MeV) 1,8717 × 10

Photo-Electric

1,0406 × 10

Photon auger

Interaksi elektron dengan materi menghasilkan photon-auger dengan energi sebesar 1,0406 × 10-4 MeV. Telah dipaparkan bahwa

103

Pd juga

menghasilkan fotoauger yang dapat memutuskan ikatan kromosom (Ikawati, 2010). Sedangkan energi hasil interaksi Photo-Electric lebih besar, yaitu 1,8717 × 10-2 MeV. Sehingga peristiwa efek fotolistriklah yang lebih bermanfaat dalam

proses matinya sel kanker, dimana hasil ionisasi dari peristiwa EFL dapat bereaksi dengan dengan DNA sehingga menimbulkan kerusakan DNA dan akhirnya menimbulkan kematian sel kanker (Tjokronagoro, 2001). Pengaruh radiasi dalam mekanisme matinya sel kanker akan dijelaskan pada subbab berikutnya.

4.2. Pengaruh Radiasi Pengion dalam Proses Matinya Sel Kanker

Pada dasarnya suatu jaringan bila terkena radiasi, akan menyerap energi radiasi dan akan menimbulkan ionisasi atom-atom. Ionisasi tersebut dapat menimbulkan perubahan kimia dan biokimia yang pada akhirnya akan menimbulkan kerusakan biologi. Kerusakan sel yang terjadi itu dapat berupa kerusakan kromosom, mutasi, perlambatan pembelahan sel dan kehilangan kemampuan untuk berproduksi (Tjokronagoro, 2001).

commit to user



Reaksi yang terjadi antara radiasi pengion dengan sel kanker bisa berupa reaksi langsung dan reaksi tak langsung. Reaksi langsung atau reaksi direk adalah interaksi yang terjadi antara radiasi pengion dengan sel kanker, dalam hal ini interaksi langsung antara radiasi pengion dengan DNA di dalam kromosom pada inti. Atom – atom yang menyusun molekul pada DNA, mengalami ionisasi, akibatnya DNA kehilangan fungsi-fungsinya sehingga sel-sel kanker mengalami penghentian dalam proses poliferasinya. Reaksi indirek atau tak langsung adalah reaksi terpenting dalam proses interaksi radiasi pengion dengan sel kanker. Molekul air dan molekul oksigen yang terdapat intraseluller dan ekstraseluller akan terkena radiasi pengion. Akibatnya elektron akan terlempar keluar orbit dan akan berubah menjadi ion H+ dan ion OH- serta ion oksigen. Ion-ion ini bersifat tidak stabil dan berubah menjadi radikal-radikal. Radikal-radikal tersebut secara kimiawi sangat berbeda dengan molekul asalnya dan mempunyai kecenderungan besar untuk bereaksi dengan DNA sel kanker. Akibat dari reaksi tersebut maka akan terjadi kerusakan DNA yang dapat berupa putusnya kedua backbone DNA, satu backbone DNA putus, kerusakan dasar (base damage), kerusakan molekul gula (sugar damage), DNA-DNA crosslink dan DNA protein crosslink (Tjokronagoro, 2011). Diantara reaksi yang terjadi di dalam sel kanker, selain kerusakan DNA pada kromosom, akibat reaksi direk dan indirek dari radiasi pengion, juga terjadi suatu efek sitologis yang disebut aberasi kromosom. Radiasi akan menghambat proses pembelahan sel. Radiasi yang terjadi pada saat sel kanker dalam proses interfase dan mulai membelah, beberapa sel akan mengalami aberasi kromosom. Akibat aberasi kromosom ini dapat terjadi beberapa kemungkinan (Adrijono, 2003): 1. Kematian sel kanker yang segera terjadi. 2. Aberasi terus menerus setelah beberapa kali sel kanker membelah. Secara fisis dapat dijelaskan bahwa, sel kanker akan rusak karena hasil ionisasi

103

Pd. Sel sehat memiliki proses kematian yang pasti berdasarkan umur

hidup sel tersebut. Sel akan mati dengan sendirinya apabila sudah tua atau rusak.

commit to user



Sel kanker mudah dan cepat membelah secara terus-menerus hingga mencapai keadaan metastasis. Pembelahan sel ini membutuhkan energi yang tinggi untuk metabolisme, sehingga relatif sebagian penderita kanker menjadi lemah dan relatif meiliki berat badan yang sangat kurang dari berat badan normal. Untuk membunuh sel kanker tersebut diperlukan energi yang sesuai dengan kondisi pasien dan perkembangan sel kanker. Energi ionisasi akan membuat atom-atom dalam sel bergetar. Energi tersebut akan diserap, energi kinetik yang diserap oleh sel kanker akan menyebabkan sel menjadi panas sehingga sel akan terbakar dan mati. Tenaga ionisasi γ dari 103Pd dapat memutuskan kromosom, sehingga DNA pada sel kanker akan rusak. Dengan pemberian dosis yang meningkat dan tepat, maka akan semakin banyak sel-sel kanker yang mati dan mengecil. Sel-sel kanker yang mati akan hancur, dibawa oleh darah dan diekskresi keluar dari tubuh melalui urine. Sebagian besar sel-sel sehat akan bisa pulih kembali dari pengaruh radiasi. Tetapi bagaimanapun juga, kerusakan sel-sel sehat merupakan penyebab atau efek samping dari terapi. Sel-sel sehat yang terkena radiasi akan segera memulihkan diri setelah terkena radiasi. 4.3. Dosis Serapan dari Hasil Simulasi dan Perhitungan Hasil Tujuan utama dalam pembuatan simulasi ini yaitu untuk menghitung dosis serapan dan menganalisa hasil yang didapat serta membandingkan hasil dengan literatur. Hasil running program yang berisi nilai energi terdeposisi per transformasi tersimpan dalam file “mctal” yang dapat dilihat pada Lampiran 6. Aktivitas total adalah aktivitas tiap seed yang digunakan dikalikan jumlah seed yang digunakan. Hasil deposisi energi per transformasi partikel pada organ dari hasil running dituliskan pada Tabel 4.3.

commit to user



Tabel 4.3. Hasil Running Simulasi dari File Mctal Energi pada Energi pada ParuEnergi pada Tulang Payudara paru Kiri Dada Energi Kesalahan Energi Kesalahan Energi Kesalahan (E) MeV Relatif (E) MeV Relatif (E) MeV Relatif Seed (x 10-5) (x 10-4) (x 10-5) (x 10-3) (x 10-5) (x 10-3) 5 6,263 1,5 4,77 6,5 3,709 2,1 5,996 10 1,6 3,99 7,1 4,673 1,9 5,933 15 1,7 4,95 6,4 4,596 1,9 6,403 20 1,8 5,01 6,4 5,171 1,7 7,654 25 1,3 4,07 7,1 5,154 2,0 7,771 30 1,3 3,42 7,7 4,920 2,2 8,196 35 1,2 2,88 8,4 4,999 2,4 8,987 40 1,2 2,69 8,7 5,112 2,4 9,809 45 1,1 2,41 9,2 5,092 2,6 10,12 50 0,1 2,19 9,7 4,992 2,7 10,78 55 0,1 2,01 1,02 4,789 2,9 10,79 60 0,1 1,83 1,06 4,633 3,0 ∆ Keterangan : Kesalahan Relatif : × 100%

Jumlah

Hasil running tersebut masih dalam satuan MeV/Trans sehingga harus

dikonversi ke dalam satuan Gray/Trans. Sebagaimana yang sudah diuraikan pada BAB II, bahwa untuk menentukan bilangan trasnformasi yaitu menggunakan persamaan (2.5). Hasil perhitungan yang masih dalam satuan Gray/Trans dikalikan bilangan transformasi akan menghasilkan nilai dosis serap tiap organ dengan satuan Gray. Langkah atau metode perhitungan dapat dilihat dalam Lampiran 7. Dari hasil perhitungan, didapatkan data dosis serapan pada payudara, paruparu dan tulang dada dengan variasi jumlah seed seperti pada tabel 4.4. Variasi seed dilakukan agar didapatkan variasi aktivitas yang digunakan dalam simulasi. Tentunya dengan semakin banyak seed yang digunakan maka semakin besar pula nilai aktivitas totalnya. Dan dengan semakin besar nilai aktivitas totalnya maka semakin besar pula nilai dosis serap pada tiap organ yang dihitung dalam simulasi ini.

commit to user



Tabel 4.4. Dosis Serapan Hasil Perhitungan

SEED

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

PAYUDARA Delta Dosis Dosis Serapan (D) (ΔD) (Gray)

2,2599 4,3271 6,4226 9,2171 13,809 16,824 20,701 25,944 31,857 36,514 42,806 46,689

PARU-PARU KIRI Delta Dosis Dosis Serapan (D) (ΔD) (Gay)

0,0034 0,0069 0,0109 0,0166 0,0180 0,0219 0,0248 0,0311 0,0350 0,0365 0,0428 0,0467

0,2056 0,3444 0,6404 0,8639 0,8780 0,8847 0,8683 0,9294 0,9364 0,9463 0,9549 0,9470

TULANG DADA Delta Dosis Serapan (D) Dosis (ΔD) (Gray)

0,0013 0,0024 0,0041 0,0055 0,0062 0,0068 0,0073 0,0081 0,0086 0,0092 0,0097 0,0100

0,6496 1,6372 2,4152 3,6229 4,5139 5,1711 6,1309 7,1642 8,0291 8,7447 9,2273 9,7394

0,0014 0,0031 0,0046 0,0062 0,0090 0,0138 0,0147 0,0172 0,0209 0,0236 0,0268 0,0292

Dari tabel 4.4 dibuat grafik perbandingan dosis serapan dari ketiga organ

yang dihitung. 50.0000 45.0000

Dosis serapan (Gy)

40.0000 35.0000 30.0000 25.0000 20.0000 15.0000 10.0000 5.0000 0.0000 0

10

paru-paru kiri

20

tulang dada

30 payudara

40

50 Jumlah seed

60

Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Jumlah Seed dan Dosis Serapan pada Cell Payudara, Paru-paru Kiri dan Tulang Dada

commit to user



Terlihat bahwa dosis serapan pada organ payudara lebih besar dibanding dari tulang dada dan paru-paru. Tentu saja hasil ini disebabkan akibat peletakkan sumber radioaktif di dalam payudara, karena organ utama yang akan diterapi ialah payudara bagian kiri. Perhitungan dosis pada paru-paru kiri dan tulang dada dimaksudkan untuk membandingkan nilai dosis serapan yang berguna untuk memberikan pemahaman bahwa organ paru-paru kiri dan tulang dada relatif aman terhadap efek samping dari bachytherapy. Nilai dosis serapan pada tulang dada lebih besar dibandingkan dengan nilai dosis serap pada paru-paru, hal ini disebabkan karena letak tulang dada yang menempel pada payudara, sedangkan paru-paru terletak setelah tulang dada. Walaupun nilai dosis serapan yang diterima tulang dada lebih besar dibandingkan paru-paru, namun nilai tersebut juga jauh lebih kecil dibandingkan nilai dosis serapan yang diterima oleh payudara. Misalnya, pada jumlah seed 60 buah nilai dosis serapan pada tulang dada 9,739

sedangkan pada jumlah seed

yang sama nilai dosis serapan pada payudara 46,689

. Jika dihitung dalam

rasio perbandingan nilai dosis serapan tulang dada dengan nilai dosis serapan payudara adalah 1 ∶ 4,8. Sehingga dengan pemahaman ini, pasien tidak perlu khawatir akan efek samping terapi yang relatif aman. Dengan kata lain, paru-paru sudah terlindungi dengan adanya tulang dada, sebelum radiasi γ sampai pada paru-paru radiasi akan diserap oleh payudara dan tulang dada.

commit to user



60.00 y = 0.007x2 + 0.352x - 0.132 R² = 0.998

Dosis Serapan (Gy)

50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0

10

20

30

40

Breast

Jumlah Seed Poly. (Breast)

50

60

70

Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Jumlah Seed dengan Dosis Serapan pada Cell Payudara Dari Gambar 4.4 menunjukkan bahwa semakin banyak seed yang diimplankan dalam simulasi maka semakin besar pula nilai dosis serapannya. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa jumlah seed mempengaruhi jumlah peluruhan foton tiap detik. Sehingga dapat disimpulkan bahwa sivitas radioaktif maka semakin besar dosis serapan. Grafik tersebut dibuat dengan model trendline polinomial yang memiliki persamaan garis yaitu, = 0,007 + 0,352

− 0,132

(4.2)

Berdasarkan simulasi dan perhitungan, jumlah seed maksimum yang divariasikan pada penelitian ini yaitu 60 seed yang masih kurang memenuhi dosis 90 Gy. Sehingga untuk meningkatkan dosis serapan tersebut jumlah seed harus ditambahkan. Dengan persamaan (4.2) untuk mencapai nilai dosis yang optimum dapat dilakukan intrapolasi dan ekstrapolasi untuk mendapatkan jumlah seed. Jika merupakan fungsi dosis serapan, maka Jika

= 90, maka didapatkan nilai

adalah jumlah seed yang diimplankan. = 91seed. Implantasi seed sebanyak itu

tidaklah mungkin dilakukan dalam sekali waktu pengobatan. Terapi dilakukan beberapa kali hingga dosis serapan pada organ mencapai nilai optimum.

commit to user



Pemberian dosis pada payudara dipantau supaya laju dosis peluruhan seed kurang dari 2,5 cGy/menit atau 15 Gy/jam dengan periode treatment ± 60 hari dengan durasi 1 kali perawatan membutuhkan waktu ±60 menit (Muhtarom, 2011). Hanya dianjurkan 1 kali perawatan dalam 1 hari. Laju dosis awal yang digunakan sebesar 3,33 cGy/menit atau 2 Gy/jam dan kemudian kontrol laju dosis kurang dari 2,5 cGy/menit hingga didapatkan total dosis 90 Gy (Pignol, 2009). Nilai R2 dari grafik pada Gambar 4.4 adalah 0,998 yang menunjukkan bahwa reliability dari titik-titik ordinat grafik mendekati nilai sempurna. Dosis radiasi bergantung pada banyaknya energi yang disimpan atau diserap oleh suatu material dan bergantung pada aktivitas radionuklida. Pemberian radioaktif akan memberikan dosis yang bergantung pada aktivitas, lama waktu radiasi, energi emisi radiasi dan jarak sumber ke target. Dari hasil simulasi dan juga dari hasil perhitungan, dapat membuktikkan bahwa penggunaan radiasi γ pada pengobatan kanker dapat dilakukan. Nilai dosis serap yang ada dapat digunakan sebagai taksiran awal. Dosis serapan ini selanjutnya dapat digunakan untuk mengetahui dampak biologis yang akan dialami pasien. Simulasi menggunakan Monte Carlo menghasilkan nilai relative error yaitu kurang dari 0,05 %. Relative error yang kecil ini menunjukkan ketelitian dalam distribusi sebaran foton pada organ terjadi secara merata.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V PENUTUP

5.1. Simpulan

Dari penelitian yang sudah dilakukan, simulasi brachytherapy payudara dengan variasi jumlah seed

103

Pd menggunakan piranti lunak MCNP5 telah

berhasil dibuat. Berdasarkan hasil simulasi, data yang didapatkan dari hasil perhitungan, maka dapat disimpulkan : 1.

Geometri phantom wanita ORNL-MIRD telah berhasil dibuat dan telah dilakukan proses eksekusi (running).

2.

Dari hasil perhitungan dibuat grafik hubungan antara dosis serapan dengan jumlah seed. Dimana sumbu y mewakili dosis serapan pada payudara dan sumbu x mewakili jumlah seed. Persamaan garis yang didapat dari grafik yaitu

= 0,007 + 0,352

− 0,132. Dengan

persamaan garis linier tersebut, dapat diketahui jumlah seed optimum untuk mencapai nilai dosis serapan optimum 90 Gy, didapatkan julah seed optimum adalah 91 buah seed dengan posisi seed yang tersebar merata diseluruh bagian payudara. 3.

Dalam simulasi ini juga dihitung nilai dosis serapan pada tulang dada dan paru-paru kiri, dari hasil yang didapat nilai dosis serap pada tulang dada lebih besar dibandingkan nilai dosis serapan pada paru-paru kiri. Sehingga dapat disimpulkan bahwa organ tulang dada dan paru-paru relatif aman.

commit to user 45



5.2. Saran Dalam simulasi yang dibuat ini, penulis menyadari masih banyak kekurangan. Saran penelitian lebih lanjut : 1.

Disarankan untuk menghitung distribusi dosis serapan disekitar seed dan distribusi energi tiap seed yang diimplankan.

2.

Disarankan dalam peletakkan sumber menggunakan geometri seed dengan ukuran sebenarnya dan material pembungkus seed juga disertakan kemudian memperhatikan peletakkan seed yang sesuai dengan kenyataan terapi sehingga dapat ditinjau pengaruh peletakkan seed terhadap nilai dosis serap.

3.

Disarankan menghitung dosis serap dari sumber radioaktif lain misalnya

131

Cs, karena penggunaan

131

Cs pada implant brachytherapy

mulai dikembangkan pertengahan tahun 2010. 4.

Disarankan agar dapat dilakukan penelitian dari data yang ada pada rumah sakit. Sehingga cakupan penelitian makin terbatas dan lebih akurat, agar nantinya penelitian yang dilakukan dapat digunakan sebagai acuan dalam melakukan proses terapi di rumah sakit.

commit to user 46

SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI 103 Pd PADA BRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN TEHNIK PBSI

Recommend Documents