STUDI AWAL PENGARUH UKURAN MEDAN PAPARAN TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON MENGGUNAKAN EGSNRC MONTE CARLO SYSTEM
TUGAS AKHIR Diajukan sebagai syarat menyelesaikan studi Tingkat Sarjana Di Program Studi Fisika Institut Teknologi Bandung
Oleh:
Liza Febrianti NIM: 10204051
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembar Pengesahan
STUDI AWAL PENGARUH UKURAN MEDAN PAPARAN TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON MENGGUNAKAN EGSNRC MONTE CARLO SYSTEM
Oleh:
Liza Febrianti NIM: 10204051
Telah diujikan pada sidang sarjana mahasiswa Strata-1 Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam pada tanggal 24 Juni 2008 di depan tim penguji:
Pembimbing : Dr. rer.nat Freddy Haryanto Penguji I : Dr. Nurul Siti Khotimah Penguji II : Dr Enjang Jaenal Mustofa
Telah diperiksa dan disahkan oleh pembimbing tugas akhir
Dr. rer. nat. Freddy Haryanto NIP: 132 130 242
Teruntuk Mama tersayang…. Dan Papa yang telah tiada….!!!!!
Mama thank you for who I am Thank you for all the things I'm not Forgive me for the words unsaid For the times I forgot Mama remember all my life You showed me love, You sacrificed Think of those young and early days How I've changed along the way And I know you believed And I know you had dreams And I'm sorry it took all this time to see That I am where I am because of your truth I miss you, I miss you Mama forgive the times you cried Forgive me for not making right All of the storms I may have caused And I've been wrong Dry your eyes Mama I hope this makes you smile I hope you're happy with my life At peace with every choice I made How I've changed Along the way And I know you believed in all of my dreams And I owe it all to you, Mama (Mama, by IL DIVO)
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian kita kali ini adalah untuk melihat pengaruh ukuran medan paparan terhadap output berkas radiasi, khususnya berkas foton, yang meliputi output factor, hamburan balik, depth dose serta beam profiles. Untuk mencapai tujuan tersebut, digunakan User code BEAMnrc untuk memodelkan transport partikel pada geometry radiation head serta DOSXYZnrc untuk memodelkan transport partikel pada elemen volum phantom air berukuran 30x30x30 cm3 dengan ukuran voxel bervariasi. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa simulasi kali ini telah sesuai dengan teori, terkait, khususnya dengan standard dosimetry, dengan error dibawah 2% untuk kasus PDD dan beam profiles. Namun, kita belum dapat menyatakan keakuratan perhitungan yang berbasiskan system perhitungan Monte Carlo ini karena masih besarnya error yang ditemukan pada perhitungan dosis hamburan. Kita harus melakukan commissioning terlebih dahulu sehingga nantinya output yang dihasilkan dapat langsung digunakan untuk menentukan distribusi dosis pada pasien yang sebenarnya.
Kata kunci: medan paparan, phantom, output factor, hamburan balik, depth dose, beam profiles. iv
ABSTRACT
The aim of this study is to observe the influences of field size to radiation beam output, especially photon beam, such as output factor, back scattering, depth dose and beam profiles. To reach the goal, we use BEAMnrc’s user code to simulate the particles transport in radiation head geometry and DOSXYZnrc’s user code to simulate the particles transport in the different size voxel of 30x30x30 cm3 water phantom. The results show a good agreement with related theory, especially dosimetric standard, with deviation less than 2% in PDD and beam profile’s cases. But, we cannot say that this simulation, which is based on Monte Carlo system, is accurate because of the error is still big enough in scatter or backward dose measurement. We have to do commissioning test so that the data can be used to measure and determine the dose distribution for real patients.
Keyword: field size, phantom, output factor, back scattering, depth dose, beam profiles.
v
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah S.W.T yang telah
melimpahkan
rahmat
dan
petujuk-Nya
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini disusun sebagai persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan Tingkat Sarjana di Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam serta sebagai laporan atas selesainya penelitian penulis yang berjudul “Studi Awal Pengaruh Ukuran Medan Paparan Terhadap Output Berkas Foton Menggunakan EGSnrc Monte Carlo System”. Pada laporan tugas akhir ini, penulis memaparkan tentang perancangan simulasi distribusi dosis pada phantom homogen serta melihat pengaruh suatu medan paparan terhadap output yang dihasilkan, terkait dengan karakteristik berkas foton sehingga nantinya kita dapat merancang distribusi dosis yang akurat pada pasien yang sebenarnya. Penulis menyadari masih banyak kekurangan yang terdapat pada laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak yang membaca laporan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat dan dijadikan bahan pertimbangan untuk perbaikan pada masa yang akan datang bagi pihak-pihak yang berkepentingan. Bandung, Juni 2008 Penulis vi
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyadari banyak sekali bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak dalam penyelesaian tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada: 1. Mama tercinta. Terima kasih atas atas do’a dan restunya selama ini. Akhirnya lulus Juli juga Ma...!! 2. Segenap keluarga besar Alm. Zakirman yang telah memberikan dorongan semangat selama ini. Thank’s for all of my Bro and Sist. 3. Dr.rer.nat Freddy Haryanto selaku pembimbing. Maaf ya pak atas kebandelan penulis selama ini. 4. Girls’s Power HIMAFI 2K4. Untuk Meira, Dheiya, Tyas, Keket, Kiki dan Maya yang telah menjadi teman seperjuangan penulis untuk mengejar kelulusan pada bulan Juli 2008 ini. Khusus untuk Tyas dan Dheiya, Ganbatte!! Oktober menunggu kalian. Untuk Wina yang selalu menemani penulis di setiap malam. Untuk Emma yang telah menjadi teman “akrab” penulis, apalagi setelah kita balik dari Dufan. Untuk Nyayu, Teta dan Shera yang telah menjadi teman nyampah dan berbagi rasa. Untuk Anneu “sok lucu” yang pernah membuat penulis kesal karena membawa virus ke lab hingga komputernya error. Untuk Nirmin yang curang, lulus terlebih dahulu Min, cariin kerjaan dong!!. Untuk Mba Rin yang kagetan, maaf vii
ya Mba. Untuk Lizi yang selalu ribut dan berteriak-teriak di lab atas karena selalu menonton film horror. Untuk Anggie dan Issey (si ibu fashion) yang telah menjadi teman baik penulis selama kuliah disini. Kalian semua adalah teman-teman terbaik yang pernah penulis miliki. Love you all sist !! 5. Keluarga Besar HIMAFI ITB, khususnya HIMAFI 2K, 2K1, 2K2 dan 2K6. Kalian adalah keluarga kedua bagi penulis. Terima kasih atas segala pengalaman dan cerita indah yang diberikan selama ini. Kapan kita ke villa lagi? 6. Keluarga Besar UKM ITB yang telah banyak memberikan pengalaman dalam dunia kesenian kepada penulis. 7. Seluruh Staff TU, khususnya Pak Yeye alias Pak DjeDje yang telah banyak membantu segala urusan penulis. You are my super hero pak!!. Tidak lupa kepada Bu Ratna yang telah mengurusi gaji penulis selama menjadi asisten. Setiap melihat Bu Ratna, pasti ingat duit. Hehehe.. 8. Seluruh Staff Dosen yang selama ini telah banyak memberikan pengetahuan kepada penulis. 9. Seluruh Staff Perpustakaan yang telah memudahkan segala urusan penulis dalam peminjaman buku, khususnya Bu Silvi yang sekarang telah pensiun. 10. Para Rilek’ers yang telah memberikan semangat kepada penulis dalam penyelesaian penulisan tugas akhir ini.
viii
11. Phonie, Nda (Bu Dokter), Devfi, Adiek (Bu Bidan), dan Menet. Mudahmudahan rencana merger kita dalam pembuatan bidang usaha campur sari dapat terwujud. 12. Somebody precious. Thank’s for unforgettable moments for this two years. I’ll never forget all the things that you do and give to me. Love you, always…VL !! Akhirnya kepada semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas bantuan dan dorongan semangatnya selama ini.
Bandung, Juni 2008
Penulis
ix
DAFTAR ISI
ABSTRAK
iv
ABSTACT
v
PRAKATA
vi
UCAPAN TERIMA KASIH
vii
DAFTAR ISI
x
DAFTAR GAMBAR
xiii
DAFTAR TABEL
xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah
1
1.1.1 Latar belakang
1
1.1.2 Rumusan masalah
3
1.2 Ruang Lingkup Kajian
3
1.3 Tujuan Penelitian
4
x
1.4 Anggapan Dasar
4
1.5 Hipotesis
5
1.6 Metode dan Teknik Pengumpulan Data
6
1.6.1 Metoda
6
1.6.2 Teknik Pengumpulan Data
6
1.7 Sistematika Penulisan
6
BAB II TERAPI RADIASI DAN DASAR-DASAR DOSIMETRY 2.1 Terapi Radiasi
8
2.2 Linier Accelerator dan Ionization Chamber
10
2.3 Dasar-Dasar Dosimetry
13
2.3.1 Percentage Depth Dose
14
2.3.2 Beam Profiles
17
2.3.3 Output Factor
18
2.4 Metoda Monte Carlo Untuk Verifikasi Perhitungan Dosis
19
2.4.1 Metoda Monte Carlo
19
2.4.2 EGS Code System
21
xi
BAB III METODOLOGI 3.1 Pemodelan Transport Partikel Pada Geometry Radiation Head Akselerator Medis Menggunakan BEAMnrc
27
3.2. Pemodelan Transport Partikel Pada Phantom Homogen Menggunakan DOSXYZnrc
30
BAB IV PERHITUNGAN DOSIS SERTA ANALISIS PENGARUH UKURAN MEDAN PAPARAN TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON 4.1 Hasil Perhitungan
dan
Menggunakan BEAMnrc
33
4.2 Hasil Perhitungan Dosis yang mengendap Pada Elemen Volum Phantom Homogen Serta Analisis Karakteristik Berkas Foton
37
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan
44
5.2. Saran
45
DAFTAR PUSTAKA
46
LAMPIRAN
48
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Diagram Blok Linear Accelerator Medik
Gambar 2.
Salah satu contoh Linear Accelerator, Siemens Oncor (kanan),
10
Contoh Treatment radiasi menggunakan linear accelerator (kiri)
12
Gambar 3.
Perhitungan Percentage Depth Dose
15
Gambar 4.
Kurva PDD untuk beberapa sumber radiasi yang berbeda
16
Gambar 5.
Beam profiles berkas foton 6 MV pada ukuran field size 2.8x13
cm2, kedalaman 7 cm pada tulang
17
Gambar 6.
Contoh Metoda Monte Carlo
20
Gambar 7.
Struktur EGS System
22
Gambar 8.
Skema pengoperasian BEAMnrc
24
Gambar 9.
Elemen volum pada phantom
25
Gambar 10.
Flowchart penanganan kasus menggunakan DOSXYZnrc
26
Gambar 11.
Model Radiation Head Akselerator Medis (atas), tampilan
(preview) bukaan x-jaws dan y-jaws untuk lapangan 10x10 cm2 (bawah)
29
Gambar 12.
31
Representasi Phantom yang digunakan
xiii
Gambar 13.
Pembagian voxel pada phantom
Gambar 14.
Kurva ratio dosis Backward/Forward terhadap beberapa ukuran
medan paparan
31
36
Gambar 15. Kurva perbandingan Normalized Depth Dose (NDD) Vs Kedalaman Phantom pada phantom 30x30x30 cm3 untuk berbagai ukuran medan paparan
38
Gambar 16
41
Beam profiles untuk beberapa ukuran medan paparan
Gambar 17. Kurva perbandingan Output Factor terhadap Ukuran medan 43
paparan yang diberikan
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.
Nilai
yang kita peroleh dari hasil simulasi BEAMnrc
berdasakan jatuhnya berkas dari atas ke monitor chamber Tabel 2.
Nilai
yang kita peroleh dari simulasi BEAMnrc karena
berkas terhambur oleh sisi-sisi jaws. Nilai
disimulasikan untuk
beberapa ukuran medan paparan yang berbeda Tabel 3.
34
Kedalaman maksimum dosis radiasi untuk beberapa ukuran
medan paparan Tabel 4.
34
39
PDD pada kedalaman maksimum refernsi untuk beberapa ukuran 40
medan paparan
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A. Input File Simulasi BEAMA
48
LAMPIRAN B. Input File Simulasi BEAMB Untuk Ukuran Medan Paparan 10x10 cm2
53
LAMPIRAN C. Input file Simulasi DOSXYZnrc Untuk Pengukuran Depth Dose, Phantom 30x30x30 cm2
60
LAMPIRAN D. Input File Simulasi DOSXYZnrc Untuk Pengukuran Beam Profiles, Phantom 30x30x30 cm2
62
xvi
