PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL. Budi Santoso, Sukandar, Romadhon, dan Kristiyanti

Transkripsi

1 PRPN - BA TAN, 14 November 2013 PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL Budi Santoso, Sukandar, Romadhon, dan Kristiyanti PRPN - BAT AN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, ABSTRAK PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL. Berdasarkan data dari Departemen Kesehatan Indonesia, kanker leher rahim dan kanker payudara merupakan kanker yang paling banyak dijumpai di Indonesia. Metode pendeteksian kanker payudara, yang paling umum dilakukan adalah melalui screening menggunakan teknik mamografi. Untuk meningkatkan akses masyarakat Indonesia terhadap fasilitas pemeriksaan payudara, diperlukan banyak perangkat mamografi. Berdasarkan kenyataan-kenyataan inilah kami tergerak untuk melakukan penelitian dan mengembangkan perangkat mamografi. Melalui beberapa kajian awal, maka penelitian mengarah kepada pembuatan pesawat mamografi digital, dimana peran kaset film digantikan oleh flat panel detector. Tahapan penelitian dibagi menjadi 2, tahun 2013 penelitian pada tahap perancangan dan 2014 dilanjutkan tahap pembuatannya. Tahap perancangan meliputi bagian elektronik, elektromekanik dan perangkat lunak. Bagian elektronik meliputi pengendali tegangan tinggi, pengatur arus dan waktu. Rancangan elektromekanik menitikberatkan pada komponen C-arm, stand, konsul serta merancang graphical user interface (GUI) dan embedded system pada bagian perangkat lunaknya. Dengan telah dilakukannya tahapan perancangan, diharapkan penguasaan teknologi mamografi akan semakin meningkat, dan menghasilkan rancangan bagian-bagian pesawat sinar-x mamografi yang bisa diwujudkan menjadi prototip pada tahun Kata kunci: kanker payudara, screening, sin ar-x, mamografi. ABSTRACT DESIGN OF X-RA Y DIGITAL MAMMOGRAPHY. Based on data from the Ministry of Health of Indonesia, cervical cancer and breast cancer is the most common cancer encountered in Indonesia. Method of detection of breast cancer, the most common is through the use of screening mammography techniques. To increase Indonesian people access to breast screening facilities, required a lot of mammography devices. Based on these facts we moved to do research and develop a mammography device. Through a preliminary study, the research led to the creation of digital mammography device, where the role of the film cassette was replaced by a flat panel detector. Research is divided into two stages, in 2013 research at the design stage and 2014 continued stage of manufacture. The design phase includes electronic parts, electromechanical and software. Electronic parts include controlling high voltage, current and time control. The design of electromechanical focuses on components C-arm, stand, console and designing the graphical user interface (GUI), embedded systems at the software. Had done with the design phase, expected mastery mammography technology will increase, and produce design parts of X-ray mammography which could be realized into a prototype in Keywords: breast cancer, screening, X-ray, mammography

2 PRPN - BA TAN, 14 November PENDAHULUAN Kanker payudara dan kanker Ieher rahim merupakan jenis kanker tertinggi pad a pasien rawat inap maupun rawat jalan di seluruh RS di Indonesia, dengan proporsi sebesar 28,7% untuk kanker payudara, dan kanker leher rahim 12,8%, leukemia 10,4%, lymphoma 8,3% dan kanker paru 7,8%. Penderita pasien kanker payudara setiap tahun semakin meningkat. Deteksi dini kedua jenis kanker tersebut dapat dilakukan dengan teknologi tepat guna yang murah dan sederhana atau simple. Itulah sebabnya, pengendalian kedua jenis kanker tersebut merupakan salah satu program prioritas Pemerintah [1]. Deteksi dini kanker payudara stadium nol dibutuhkan untuk menemukan penderita kanker pad a stadium rendah (down staging), sehingga presentase kemungkinan untuk dapat disembuhkan tinggi. Stadium nol adalah merupakan stadium pra kanker, dimana massa tumor belurn keluar dari kelenjar susu maupun saluran susu (LCIS lobular carcinoma in situ atau DCIS ductal carcinoma in situ). Mamografi merupakan deteksi dini atau screening untuk rnendiagnosis kanker payudara sedini mungkin menggunakan sinar-x dosis rendah (umumnya berkisar 0,7 msv) [2]. Perangkat ini mampu memperlihatkan kelainan pada payudara dalam bentuk yang terkeeil hingga kurang dari 5 mm (stadium nol). Pad a stadium ini, mamografi dapat memperlihatkan adanya mikrokalsifikasi, yaitu suatu benjolan yang tidak dapat teraba baik oleh perempuan itu sendiri maupun dokter sekalipun, hingga benjolan tersebut berukuran 1 em atau lebih. -\ Gambar 1. Pesawat Sinar-X Mamografi [3]

3 PRPN - SA TAN, 14 November 2013 Untuk meningkatkan akses masyarakat Indonesia terhadap fasilitas pemeriksaan kanker khususnya kanker payudara, diperlukan banyak perangkat mamografi. Umumnya perangkat mamografi yang ada di rumah sakit dibeli dari luar negeri. Berdasarkan kenyataan-kenyataan inilah kami tergerak untuk melakukan penelitian dan mengembangkan perangkat mamografi. Dengan dilakukannya penelitian ini, diharapkan penguasaan teknologi mamografi akan semakin meningkat dan bisa merancang prototip pesawat sinar-x untuk mamografi. Perangkat mamografi secara garis besar terdiri dari unit penghasil sinar-x (tabung dan komponen elektronik/elektrik pengendali), unit mekanik dan unit penangkap citra [4]. Penelitian pesawat sinar-x mamografi tahun 2013 menitikberatkan pada merancang bagian elektronik antara lain untuk mengontrol tegangan tinggi, arus tabung, pewaktu, sensor temperatur tabung dan interlock. Rancangan mekanik meliputi stand, C-arm, konsul (console) serta merancang perangkat lunak yang terdiri dari graphical user interface (GUI), embedded system. Pad a perangkat yang konvensional, film dalam kaset digunakan sebagai penangkap citra/gambar. Film hasil pencitraan/mammogram akan dilihat oleh ahli radiologi menggunakan kotak cahaya dan kemudian disimpan dalam jaket sebagai arsip. Sebelum menjadi mamogram, diperlukan proses kimiawi (pencucian film) sehingga hasil tidak segera dapat dilihat. Pad a perangkat yang lebih modern, sebagai pengganti film, biasanya digunakan detektor sinar-x seperti flat panel detector yang berbasis silikon. Penggunaan flat panel detector, memungkinkan ahli radiologi atau dokter segera mendapatkan hasil pencitraan/mammogram dalam bentuk citra digital karena akuisisi gambar cepat (kurang dari satu men it) dan waktu pemeriksaan yang lebih sing kat. Mammogram digital memudahkan dalam penyimpanan, pembesaran, orientasi, kecerahan. Manfaat ini termasuk peningkatan kontras antara jaringan payudara yang padat dan non-padat. Setelah pemeriksaan selesai untuk lebih akurat dalam mendeteksi kanker payudara, dokter dapat memanipulasi gambar payudara, memperbaiki under atau over-exposure citra tanpa harus mengulang pemeriksaan. Mammogram digital juga memudahkan pengiriman dan penyebaran informasi antara dokter dan atau ahli radiologi melalui jaringan internet untuk konsultasi jarak jauh dengan dokter lain. Manfaat lebih perangkat mamografi digital selain dosis radiasi yang lebih rendah, juga sensitivitas yang lebih tinggi dibanding mamografi konvensional [5]

4 Prosiding Perlemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN- BATAN, 14 November 2013 Mammography Gambar 2. Screening Menggunakan Mamografi Digital [6] 2. TEORI Jika dibandingkan dengan cahaya tampak, sinar-x mempunyai daya tembus yang lebih tinggi sehingga mampu menembus berbagai jenis material. Seperti Gambar 3, ketika sinar-x menembus material, intensitasnya akan berkurang sebanding dengan jenis material yang dilewati. Perbedaan intensitas/kontras inilah yang tampak sebagai citra/gambar, dimana pada sistem konvensionallangsung ditangkap dengan film. Gambar 3. Prinsip Kerja Perangkat Sinar-X [7]

5 Prosiding Pertemuan /lmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14 November 2013 Seperti pada Gambar 2, perangkat sinar-x yang digunakan untuk mamografi juga mempunyai prinsip kerja yang sama dengan perangkat sinar-x yang lain. Energi sinar-x mamografi dari tabung melewati payudara ditangkap kaset film yang di bawah payudara. Sementara yang diserap mempunyai tingkat yang bervariasi sesuai jenis jaringan. Variasi dalam penyerapan meneiptakan perbedaan hasil exposure, yang memberikan rineian jaringan di dalam payudara. Pada mammogram, lemak tampak berwarna hitam, sedang yang lainnya; kelenjar, jaringan ikat, tumor, kalsifikasi muneul dalam variasi warna putih dan abu-abu. Karena obyek (payudara) tergolong daerah jaringan (soft tissue) dibandingkan dengan dada atau perut, maka dosis/paparan sinar-x yang digunakan lebih rendah dari perangkat sinar-x untuk thorax dan sejenisnya. Karena itu tujuan mamografi adalah menghasilkan eitra/gambar yang mampu : memperlihatkan mikrokalsifikasi dengan kontras yang tinggi. memperlihatkan sebagian besar daerah jaringan payudara dengan kontras yang lebih rendah. Persyaratan energi sinar-x rata-rata (efektif) untuk daerah jaringan payudara harus memenuhi kriteria bahwa energinya harus serendah mungkin, tetapi masih memungkinkan untuk penetrasi payudara. Oleh karena itu perlu optimalisasi energi sinar X rata-rata dalam hal : Oosis serap harus serendah mungkin dengan menaikkan energi sinar-x. Kontras meningkat seiring penurunan energi sinar-x. Untuk payudara keeil perangkat mamografi dioperasikan pada tegangan 30 kv, yang berarti energi sinar-x efektif 18 sampai 20 kev, eukup memberikan keseimbangan antara dosis dan kontras, sedangkan untuk jaringan payudara tebal, sebaiknya energi sinar-x efektifnya sedikit ditingkatkan dan penggunaan filter yang berbeda [6]. Dan pemilihan tabung sinar-x untuk mamografi optimalnya menggunakan tabung dengan anoda dan filter (0,03mm) terbuat dari bahan Molybdenum (Mo), karena mempunyai karakteristik energi sinar-x efektifnya 17,9 kev dan 19,5 kev yang memberi keseimbangan antar dosis serap dan kontras seperti Gambar

6 PRPN - BA TAN, 14 November 2013 i, ~c' I;aqet,, OJ"hi,.~(. ; Itel i!)tt~')')lt'fpn kevof p'~ctcn 12r>..:-rgy I Photon Energy (key) I D.'! ) Q.':" 28 Gambar 4. Spektrum Energi Sinar-X Mamografi [6] 3. TAT A KERJA Penelitian pesawat sinar-x mamografi tahun 2013 menitikberatkan beberapa bagian: pada meraneang Elektromekanik: C-arm (kepala tabungltube head, compression paddle dan pemegang detektor), stand (pemegang C-arm), konsul dan shielding operator. Perangkat lunak pendukung dalam meraneang bagian elektromaknetik menggunakan CA T1A. Elektronik: pengendali tegangan, arus tabung, pewaktu, sensor temperatur tabung, interlock. Perangkat lunak pendukung dalam meraneang bagian elektronika menggunakan Proteus Perangkat lunak: graphical user interface (GUI), embedded system 3.1 Bagian Elektromekanik Untuk mekanik mamografi memenuhi beberapa persyaratan : Stand harus mampu dan kuat menyangga beban/berat dari C-arm tersebut. Stand harus stabil dan setimbang baik saat C-arm diam maupun saat bergerak. C-arm mampu berotasi ±180o menyesuaikan posisi pemeriksaan CranioCaudal(CC) maupun MedioLateral Oblique(MLO) [7]. C-arm mampu bergerak vertikal mengikuti tinggi pasien di Indonesia dengan jangkauan pergerakan 100 em em. Stand dan C-arm bisa menyesuaikan posisi jika pasiennya menggunakan kursi roda. Konsul selain mampu melindungi modul elektronik yang ada didalamnya, juga harus mempertimbangkan faktor ergonomi operator saat mengoperasikan pesawat

7 PRPN - BA TAN, 14 November 2013 Shielding operator mampu melindungi operator terhadap paparan sinar-x. namun tidak menghalangi sudut pandang terhadap pasien dan sekitarnya. Pasien dan operator terlindungi dari potensi kejutan listrik. Catu daya kelistrikan dilengkapi dengan proteksi terhadap beban lebih (overload protection) Penggunaan material/bahan mekanik harus sesuai untuk medis. 3.2 Bagian Elektronika Untuk elektronika mempunyai beberapa persyaratan : Tegangan catu jala-jala (single phase) minimal 180 Vac dan maksimal 240 Vac pad a frekuensi kerja 50 Hz. Modul tegangan tingginya mampu menyediakan tegangan sebesar :::; 35 KVp yang dapat diatur sesuai keperluan. Modul tegangan tinggi harus stabil, aman dari arus kebocoran dan arus pendek (short circuit protection). Kabel untuk tegangan tinggi menggunakan jenis kabel tegangan tinggi (high tension cable) Kemampuan arus tabung hingga 30 ma untuk focal spot kecil ::::0,1-0,3 mm. Pewaktu bisa diatur minimal 0,4 detik sampai dengan maksimal 2 detik. Adanya sensor temperatur tabung untuk memperpanjang waktu pakai tabung sinar-x. Adanya modul interlock dan emergency untuk keamanan bagi pasien dan operator. Adanya lampu indikator saat sedang pesawat mamografi sedang bekerja dan saat situasi emergensi. 3.3 Bagian Perangkat Lunak Perangkat lunak graphical user interface (GUI) mampu merekam, menyimpan dan mengolah hasil/citra digital 2 dimensi. Perangkat lunak mampu menyimpan data hasil pemeriksaan pasien secara valid. Perangkat lunak embedded system mampu mengendalikan modul elektronik secara aman dan akurat. GUI harus mudah dioperasikan oleh operator dan informatif

8 PRPN-BATAN, 14 November HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perancangan pesawat sinar-x mamografi yang meliputi elektronik, elektromekanik dan perangkat lunak. 4.1 Bagian Elektronika Pengendali Tegangan Tinggi Rangkaian pengendali tegangan tinggi berfungsi mengatur tegangan kerja tabung sinar-x sesuai dengan kebutuhan. Oalam pesawat mamografi tegangan tinggi mempunyai pengaruh pada energi sinar-x yang dihasilkan, besarnya energi sinar-x berpengaruh terhadap daya tembus/penetrasi sinar-x terhadap obyek payudara. Rangkaian ini menggunakan ATmega8 sebagai pengendali tegangan tinggi yang dilengkapi dengan rangkaian umpan balik, agar besarnya setting tegangan tinggi sesuai yang diinginkan, sedangkan sistem pengaturannya menggunakan teknik pulse wave modulation (PWM). Nantinya pilihan tegangan tinggi untuk mamografi mempunyai interval KVp. Gambar 5. Rangkaian Pengendali Tegangan Tinggi Pengatur Arus Tabung Rangkaian pengatur arus tabung berfungsi mengatur besarnya arus tabung sinar-x sesuai dengan kebutuhan. Pad a tabung mamografi, filament katoda jarak ke anodanya lebih dekat dibandingkan dengan tabung sinar-x biasa, sehingga saat beroperasi temperatur tabung bisa jauh lebih rendah

9 PRPN-BATAN, 14 November 2013 Pada mamografi arus tabung adalah fungsi dari pad a arus fila men, karena untuk mengatur arus tabung pad a nilai tertentu, harus dengan mengubah arus filamen. Rangkaian ini menggunakan ATmega8 sebagai pemilih arus sesuai kebutuhan. Nantinya pilihan untuk arus tabung dibuat menjadi 15mA, 20mA, 25mA dan 30mA. Gambar 6. Rangkaian Pengatur Arus Tabung Pengatur Waktu Pengaturan waktu exposure berfungsi memberikan waktu bagi sinar-x untuk mencapai atau penetrasi terhadap obyek sehingga bisa menghasilkan citra yang tajam. Waktu exposure yang terlalu lama bisa membuat gambar tidak tajam akibat pergerakan obyek, sebaliknya jika waktunya terlalu singkat, sinar-x belum mencapai atau penetrasi sehingga citra obyek yang dihasilkan cenderung gelap/kurang kontras. Biasanya waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh mamografi berkisar 1-2 detik. Rangkaian ini menggunakan mikrokontroller A Tmega 16, karena selain sebagai pengatur waktu juga bertindak sebagai pusat pengatur dan mengkoordinir keseluruhan input ouput sistem elektronika termasuk diantaranya setting parameter dari GUI. Perangkat lunak yang tertanam di ATmega (embedded system) mengatur seluruh perintah yang diterima ataupun dilakukan modul elektronik, komunikasi antar mikrokontroler menggunakan jalur 12C

10 PRPN - BA TAN, 14 November 2013 ~'''~'.-,::: """<:_b'l: 'L ~",', '. r=ill.:;.., JcL\J>," ~.:,,!),;}:rr '"",,(;.I"'»>!'-''''W>''~~>::<''''''~ """"'<0;";,.,"'-'0,""",'... ~ C!'" Gambar 7. Rangkaian Pengatur Waktu 4.2 Bagian Mekanik C-arm C-arm yang terdiri dari tube head, compression paddle dan detector merupakan bagian mekanik yang langsung berinteraksi dengan pasien, sehingga faktor keamanan, kenyamanan menjadi perhatian. Tube head dengan kolimatornya harus menjamin bahwa bagian obyek (payudara) saja yang terkena sinar-x. Compression paddle harus diusahakan senyaman mungkin ketika melakukan tekanan terhadap payudara, biasanya bahan paddlenya terbuat dari polyethylene untuk medis. Detector yang digunakan harus sesuai dengan range energi sinar-x mamografi dan area aktifnya biasanya ± 20x25 em

11 PRPN - BA TAN, 14 November 2013 i ~~~:.:I;~'"r. ::. 1",;,. IsornetrlC view Scale: 1:4 ::~,:~L(\"J..~ i~ % ~~"l'. i!" ;><;I',e!(ren,iix.""un s<:: Q!a: Pa"\'1 '!)": Kl.ur Gambar 8. C-arm mamografi Konsul Konsul sebagai tempat bekerja operator dalam mengatur dan mengendalikan pengoperasian pesawat mamografi, juga menjadi wadah untuk sebagian besar modul elektronik. Untuk melindungi operator dari papa ran sinar-x, maka perhitungan tebal shielding serta ketersediaannya di pasaran adalah 7 mm kaea Pb atau setara 1,1 mm Pb [8]. Peraneangan konsul mempertimbangkan ergonomi, mobilitas dan sudut pandang operator saat bekerja, juga volume dan tat a letak modul elektronik. Sebagai tindakan keamanan dan keselamatan bagi operator dan pasien. Dengan dimensi konsul tinggi ± 80 em, lebar ± 65 em merupakan ukuran yang optimal bagi rata-rata operator Indonesia agar nyaman saat mengoperasikan pesawat mamografi

12 Pro siding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN-BATAN, 14 November 2013 Gambar 9. Konsul mamografi 4.3 Bagian Perangkat Lunak Graphical user interface (GUI) sebagai salah satu media operator dalam mengatur dan mengendalikan pesawat mamografi, berfungsi memasukkan parameter-paramater saat pemeriksaan, menyimpan dan mengolah data pasien hasil pemeriksaan. Sedangkan embedded systemnya ditanam pad a mikrokontroler pengendali tegangan tinggi, pemilih arus tabung dan pengatur waktu. ~~~ ~; BADAN PUSAT TENAGA REKAYA$A NUKLIR PERANGKAT NASIONAL NUKLIR :I~ BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL ;f.:.~$ PUSAT REKAYA$A PERANGKAT NUKLIR DATA PASIEN MAMMOGRAPHY NamIlPa~ieJJ; IOPU"ft IOPu!eo, T~L.1t\J ~~~el'~s."~;~~.! ~!<GOiIII ITIIIPtIt.s.a AIIIUItJ( ~ "'''''.'''.'..... AM I?.lrcflt.w: t KV I!1A...'" Gambar 10. Tampilan GUI mamografi

13 PRPN- BATAN, 14 November KESIMPULAN Pad a penelitian ini telah dihasilkan rancangan pesawat sinar-x mamografi yaitu: Elektromekanik: C-arm (kepala tabung, compression paddle dan pemegang detektor), stand (pemegang C-arm), konsul dan shielding operator. Elektronik: pengendali tegangan, arus tabung, pewaktu. Perangkat lunak: graphical user interface (GU/). Dalam proses perancangannya menggunakan beberapa perangkat lunak aplikasi sesuai peruntukannya. 6. UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih pad a teman kerja di Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir (PRPN), khususnya di Bidang Instrumentasi Kesehatan dan Keselamatan (BIKK), yang telah membantu baik dalam bentuk fasilitas, dana, pemikiran dan tenaga terhadap keberhasilan dan kelancaran kegiatan tahap perancangan pada penelitian Perekayasaan Pesawat Sinar-X Mamografi. 7. DAFTAR PUSTAKA 1. Pusat Komunikasi Publik Sekretariat Jenderal Kementerian Kesehatan RI, Seminar Sehari dalam Rangka Memperingati Hari Kanker Sedunia 2013 Available: 18 Oktober Anonymous, Mamografi Available: diakses 18 Oktober Budi Santoso, Perekayasaan Pesawat Sinar-X Mamografi, Proposal Usulan Kegiatan, PRPN, Anonymous, Digital Mamografi Available: 19 Oktober National Cancer Institute, Breast Cancer Screening Available: diakses 1 November IT Garbet, Mamografi-Physical Principles and Instrumentation Available: diakses 22 Oktober Bonnie A. Barnes,BA,R.T.(R)(M)(CT)(f) dan Xuan Ho, Ph.D R.T(R), Screen-Film Mamografi Equipment Unit Available: diakses tanggal 22 Oktober

14 Pro siding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN- BATAN, 14 November Badan Standarisasi Nasional, Kaca Timbal Untuk Proteksi Radiasi Sinar-X, SNI , 2002 TANYA JAWAB Pertanyaan: 1. Dosis serapan yang diterima pasien mengapa tidak ditentukan? Padahal proteksi untuk operator dapat ditetapkan. (Ahmad Faisal) Jawaban: 1. Dosis serapan buat pasien 1 mby tanpa GRID, 3 mby dengan GRID, ± 0,7 msv untuk penyinaran