INSTRUMEN UJI PENYAKIT GONDOK BERBASIS ISOTOP I 131

Transkripsi

1 INSTRUMEN UJI PENYAKIT GONDOK BERBASIS ISOTOP I 131 Sumardi Teknik Elektro-Program Studi Teknik Universitas Jember ABSTRAK Dalam diagnosis kelainan kelenjar gondok dilihat dari bentuk fisiknya yang lebih besar dari normal. Dengan cara diagnosis tersebut belum didapatkan data yang akurat dari fungsi serapnya. Untuk itu diperlukan instrumen uji dengan menggunakan energi radiasi yang dimasukan ke tubuh dari sumber radioisotope I 131 yang akan diubah menjadi foton melalui kristal NaI dan foton diubah menjadi sinyal listrik melalui photo multiplier tube ( PMT ) serta diolah sinyalnya dalam bentuk counting melalui proses pengolahan sinyal dan pengolahan data melalui interface dalam bentuk grafik maupun numerik. Dalam uji instrumen ini didapatkan uji kesetabilan dengan chi test didapatkan nilai sebesar 19,54 dari harga yang diijinkan 10,1 < harga Chi X 2 < 30,1 menurut IAEA. Dari pengukuran didapatkan fungsi penyerapan dari beberapa pasien hypertyroid pada pengukuran 2 sampai 4 jam melebihi dari % yaitu 85,4%., untuk hypotyroid 4 sampai 24 jam hasilnya sama dengan 60,3 % melebihi 55% dan 14,5 % kurang 25% dari nilai normal adalah 25-55%. Kata kunci: Photo Multiplier Tube, radioisotope, radiasi PENDAHULUAN Suatu kemajuan selangkah dari kedokteran nuklir dengan diperbolehkannya pemakaian radioisotop didalam tubuh. Radioisotop dengan energi kurang dari 2 Mev dan mempunyai waktu paruh pendek dinyatakan aman pemakaianya didalam kedokteran nuklir. Dalam suatu pendiagnosaan dari suatu kelaianan fungsi kelenjar gondok dengan radioisotop secara cepat dan teliti diperlukan instrumen uji nuklir. Latar Belakang Dalam diagnosa dokter biasanya untuk penyakit kelenjar gondok menggunakan bentuk fisiknya yang kelihatan lebih besar dari normal. Dengan cara diagnosa diatas belum didapatkan secara akurat dan cepat daya serap kelenjar gondok. Untuk itu diperlukan alat uji dengan cara lain dengan menggunakan radioaktif dengan cara memasukan kedalam tubuh. Instrumen uji kelenjar gondok adalah suatu instrumen nuklir yang digunakan untuk mendiagnosa fungsi penyerapan kelenjar gondok terhadap yodium. Instrumen ini bekerja memerlukan bantuan radioisotop ( I 131 ) yang dimasukan ke tubuh pasien melalui injeksi. Sedikit atau banyak radioisotop I 131 yang terkumpul dalam kelenjar ini sangat dipengaruhi fungsi serapnya. Dengan mendeteksi radiasi radioisotop pada kelenjar gondok yang akan memberikan gambaran tentang keadaan kelenjar gondok tersebut, normal atau mempunyai kelainan-kelainan.

2 Perumusan Masalah Bagaimana mana merancang peralatan yang portable dengan hasil yang langsung dapat dilihat sehingga dokter tinggal mendiagnosa. Sedangkan peralatan yang sudah ada masih dalam semi otomatis sehinga untuk mendiagnosa memerlukan perhitungan dengan manual akan mempengaruhi waktu pelayanan pasien. Sistem instrument uji serap gondok yang nantinya dihasilkan dalam bentuk tampilan grafik dari prosentasi dari kadar penyerapan. Tujuan Dalam mengembangkan alat yang sudah ada secara konvensional permanen untuk menjadi prototipe serta dengan hasil yang bisa dibaca dalam bentuk untuk keperluan diagnosis. Adapun hal yang harus dilakukan mengubah tampilan untuk diagnosis dengan bantuan computer yang mempunyai nilai teknis dan ekonomis. TINJAUAN PUSTAKA Dengan perkembangan ilmu dan teknologi maka fisika nuklir dan kimia nuklir telah membuat isotop buatan sebagai unsur yang sangat berguna dibidang kedokteran secara lebih murah, jumlah yang sesuai dengan target penggunaan merupakan era kedokteran nuklir modern. Aplikasi Radio Isotop Pada Kedokteran Nuklir Radioisotop mempunyai sifat kimia yang sama dengan isotopnya yang stabil, sehingga radioisotop tersebut dapat mengalami proses biokimia yang sama dalam proses metabolisme (proses pertukaran zat dalam tubuh). Karena radioisotop memanca rkan sinyal, maka segala kelakuan didalam jaringan hidup dapat dikuti dan diamati. Teknik diagnosa pada umumnya dilakukan dengan cara memasukan radioisotop kedalam tubuh secara oral ( dimakan dan diminum ) atau penyuntikan kedalam pembuluh darah vena. Karena radioisotop akan mengalami perjalanan yang serupa dengan isotopnya yang stabil didalam proses metabolisme, maka dimana unsur itu diperlukan disitu ia akan berkumpul, misalnya I 131. Hasil serangkaian pengukuran setelah pemberian kapsul iodium dibandingkan dengan referensi, merupakan kurva presentasi radio-aktivitas iodium yang terukur dalam kelenjar tadi, polanya seperti terlihat pada gambar kurva fungsi thyroid di pada gambar 1. Kurva ini akan menunjukkan uji dinamik fungsi tangkap kelenjar gondok / thyroid terhadap iodium dalam proses pembentukan dan pelepasan hormon, serta interaksinya dengan kelenjar gondok. Gambar 1. Kurva Fungsi Thyroid (Kelenjar Gondok ) C-10-2

3 Kurva-kurva ini meperlihatkan persen-tasi fungsi thyroid (tangkap kelenjar gondok terhadap iodium), antara lain kurva no: 1. thyroid normal. 2. hypothyroid 3. hyperthyroid 4. hyperthyroid severe 5. organification defect. Nilai normal tangkapan thyroid bervariasi dari 8 sampai 80%. Nilai normal setelah pemberian dosis 2 dan 4 jam adalah 10-30%, sedangkan untuk 24 jam adalah 25-55%, dan untuk 48 jam adalah 30-60%. Persentase tangkapan pada 2 dan 4 jam pertama adalah sangat berguna untuk mendiagnosis hyper-thyroid sedangkan pada 24 jam dan diatasnya sangat berarti untuk hypothyroid karena pada saat itu aktivitas cacah latar pada jaringan non-thyroid telah menurun. Rancangan Prototipe Rancangan alat untuk penelitian berdasarkan permasalahan diatas detektor, pengolahan sinyal dan pengambilan data. Instrumen uji gondok dengan Isotop I 131 didesain dengan proses counting dengan menggunakan personal komputer (PC) yang digunakan proses data medical. Blok diagram dilihat pada gambar 2. Pembentukan pulsa akan dimodifikasi dengan beberapa rangkaian dari output detector sehingga dapat mewakili hasil dari sumber aktivfitas sinar radio aktif. Qualitas pulsa yang dihasilkan harus baik melalui rangkaian pulse shaper dari pengaruh resolusi detector yang digunakan. PC melalui interface akan mengolah dan mengatur pulsa untuk mendisain rangkaian menjadi single channel analiser. Radioactive source Detector Pulse Shaper Channel Filter imac HV Circuit Interface Gambar 2. Blok Diagram Instrumen Uji Gondok Sumber Radioaktif, Detektor dan Tegangan Tinggi Dalam pemberian dosis tergantung bahan pelarut sehingga bahan radioaktif yang digunakan sesuai dalam pemeriksaan. Bahan radioaktif yang digunakan adalah I 131 yang sudah dikemas dalam bentuk farmakimia dalam bentuk mentah yang ada sertifikat dengan tertera tanggal, volume dan ukuran aktifitasnya. Ukuran aktifitas untuk dosis setiap pasien antara 30 Ci sampai 50 Ci tergantung berat badan. Bahan detektor sintilasi pada Gambar 3, telah populer dengan ditemukannya bahan sodium ionida yang diaktivasi oleh thalium-nai(tl) yang sensitip terhadap partikel beta dan sinar gama serta tabung pengganda foton (Photo Multiplier Tube PMT). Detektor dilengkapi kolimator dari bahan timbal untuk diarahkan pada kelenjar gondok untuk menekan gangguan dari luar agar pengukuran terfokus C-10-3

4 Gambar 3. Detektor Sintilasi Penggunaan catu daya tegangan tinggi pada sistem pencacah gamma sangat menentukan kualitas pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Banyak detektor nuklir memerlukan catu daya teganan tinggi 400 sampai 3000 voltdc, Rangkaian Penguat dan Channel Filter Untuk menguatkan sinyal lebih lanjut menggunakan penguatan yang dikontrol dengan tahanan variable sehingga akan didapatkan penguatan secara optimal. Pada kebutuhan tegangan penguatan variable pada gambar 4, untuk mensinkronkan dengan tegangan refrensi sebagai batasan energi sinyal intensitas radio aktif pada sinyal yang sebenarnya bukan sinyal noise dari beberapa sinar gamma dari radiotifitas lain. Sebagai batasan sinyal fotonik dari isotop I 131 untuk menguji daya penyerapan kelenjar gondok diperlukan tegangan refrensi dari interface yang nantinya komputer akan menentukan akurasi data dari sinyal radioaktifitas I 131 yang tertangkap sinyalnya. Gambar 4. Rangkaian Penguat Terkontrol Untuk pulsa dari chanel filter sampai gate suatu untuk interface dapat dijelaskan fungsi rangkaian channel filter sebagai berikut, Gambar 5, merupakan rangkaian detail pada channel filter. Jika inverting dihubungkan dihubungkan ground dan non inverting dihubungkan resistor dengan tegangan 5 V, output LM 311 berupa signal digital. Selanjutnya sinyal (F) akan diproses lebih lanjut dengan secara terpisah oleh IC LM 311. Awal proses LM 311 (2) menghasilkan sinyal (D). Inverting pada LM 311 di groundkan sehingga mengkonversikan sinyal (F) menghasilkan sinyal digital, yang kedua memproses juga sinyal (F) menjadi sinyal digital. Sinyal (D) dan (E) dapat dilihat pada gambar 6. IC LM 311 merupakan sebuah Op Amp. Jika inverting dihubungkan dihubungkan ground dan non inverting dihubungkan resistor dengan tegangan 5 V, output LM 311 berupa signal digital. Selanjutnya sinyal (F) akan diproses lebih lanjut dengan secara terpisah oleh IC LM 311. Awal proses LM 311 (2) menghasilkan sinyal (D). Inverting pada LM 311 di groundkan sehingga mengkonversikan sinyal (F) C-10-4

5 menghasilkan sinyal digital, yang kedua memproses juga sinyal (F) menjadi sinyal digital. Sinyal (D) dan (E) dapat dilihat pada gambar 3.8. IC merupakan multivibrator single shot. Jika pin Q dihubungkan kombinasi NOR dengan sinyal (B) dan kedua CLEAR dibuat Height maka output Q dari rangkaian singleshot menghasilkan pulsa sehingga transisi dari Height ke Low pada input sinyal (A) pada interface. Kedua rangkaian singleshot merupakan rangkaian filter window pada gambar 4, digunakan bersama rangkaian NOR sequensial hanya memilih pulsa tertentu untuk counting pada PC. Gambar 7 merupakan timing diagram pada 2 rangkaian singleshot dimana output (C) dan (K) dikontrol oleh sinyal (D). Hasil dari sinyal (A) dikirim untuk proses pengolahan data oleh computer melalui interface. LM 318 (3) D e te c to r P u ls e S h a p e r H - + F + - E B C L K D IN V o u t D A C A D C S G N D I J LM 311 (1) + - D LM 311 (2) R /C IC (1) A Q 1 C A C L K D IN V o u t D A C A D C S G N D B Q 1 INTERFAC E K = 5 V G R /C A B IC (2) Q 2 Q 2 Gambar 5. Rangkaian Chanel Filter Gambar 6. Proses Sinyal Menuju Hitungan Pulsa (Counting) C-10-5

6 Perangkat Lunak Gambar 7. Hasil Proses Sinyal Menjadi Sinyal Digital Dalam pelakasanaan untuk membuat sistem ini berjalan sesuai yang diinginkan dengan langkah yang diindentifikasi beberapa tahapan. Diagram ini dikemas dalam sistem informasi ( lihat gambar 8.) dari proses pengukuran sampai print out yang di inginkan tinggal proses selanjutnya atau diagnosis orang yang membidangi dengan masalah kesehatan pada umumnya dan kadar penyerapan kelenjar gondok pada khususnya. Perangkat lunak untuk peralatan ini dapat berfungsi sebagai program eksekusi hardwere dan Program sistem informasi data pasien D a t a E n t r y D a t a P e n g u k u r a n S t r o g e D i s k T a m p i l a n P r i n t O u t Gambar 8. Sistem Informasi Penyakit Kelenjar Gondok Data Pengukuran Program ini menjalankan proses pengukuran dengan instrumen uji dengan menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak. Mula-mula sebelum data ini dimasukan sebagai data pada komputer untuk diolah diadakan tes perangkat dulu dengan chi test yang sudah distandarkan oleh IAEA (International Atomic Energy Agency) dengan uji laboratorium. Entry Data Dalam pemasukan data diperlukan indentitas pasien sebelum melakukan pengukuran (pendaftaran ) lalu dilakukan pengukuran dengan persiapan medis yang dilakukan pasien. Pengukuruan pada pasien dengan selang 2 jam, 4 jam dan 24 jam dan setiap selang waktu diambil 15 menit untuk dimabil data counting sebagai representip daya serap kelenjar gondok. Dalam pengambilan data pasien yang diukur disimpan dalam disk sebagi record medis yang nanti untuk diagnosis maupaun pengukuran bisa dilihat datanya. Penyimpanan dalam directory khusus untuk penyakit gondok dan indentitas sebagai data informasi rekam medik. Untuk penyimpanan data dengan extensi.txt setiap data yang dilengkapi nomer rekam medik Program Mencetak Data ke Printer Data yang disimpan untuk keperluan rekam medik dan juga dicetak untuk keperluan dialog antara pasien dan dokter serta untuk dignosis. Cetak dengan print view dengan C-10-6

7 set up jenis printer yang digunakan untuk mencetak. Setelah dicetak hasil dari pengukuran serta disediakan pula untuk form catatan dokter untuk pasien. PENGUJIAN PERALATAN Instrumen uji gondok untuk diagnosa medis telah berkembang pesat, satu diantaranya adalah pemeriksaan uji fungsi kelenjar gondok (lihat pada G ambar 9). Mempunyai kemampuan menghasilkan data informasi diagnostik bermakna kualitatif berbentuk kurva urodinamik kelenjar gondok dan informasi diagnostik bermakna kuantitatif tentang kemampuan konsentrasi dan ekskresi relatif pada kelenjar gondok. Untuk mengetahui alat tersebut dapat berfungsi baik dan dapat digunakan untuk pemeriksaan pasien, perlu dilakukan pengujian. Pengujian tersebut antara lain: linieritas pencacahan,, chi-test dan uji klinis di lapangan. P A S IE N K E L E N JA R G O N D O K IN S T R U M E N T U JI K O M P U T E R P E N G O L A H A N D A T A Pengujian Stabilitas Pencacahan Gambar 9. Blok Diagram Proses Pemeriksaan Pengujian stabilitas pencacahan dengan chi square test, dimaksudkan untuk mengetahui kestabilan alat yang menggunakan rumus statistik. Sehingga alat tersebut dapat diterima sesuai chi test dari referensi IAEA-TecDoc tentang uji kualitas peralatan kedokteran nuklir. Gambar 10, lineritas jumlah counting dan waktu counting. Cara pengujian chi-test sebagai berikut: Hidupkan instrument uji gondok Letakkan sumber isotop I-131 dengan jarak 10 centimeter didepan detektor. Seting waktu pencacahan 4 detik dengan cara klik menu akuisisi, klik menu cacah/t detik, t dapat diisi dari 1 sampai 20 detik Lakukan pencacahan chi-test WAKTU CACAH JUMLAH CACAH Kelenjar Gondok CCH Grafik Linier Hasil Cacahan Gambar 10. Grafik Linearitas Jumlah cacah VS Waktu Cacah C-10-7

8 Pengujian presisi pencacahan ( Test of Counting precision ), yang sering disebut X 2 Test (Chi Test) menginformasikan kestabilan pencacahan. Test ini dilakukan dengan cara mengamati laju cacah n kali, kemudian dihitung cacah rata-rata C dari n kali pengukuran. Nilai chi test dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut: 2 = (Ci-C) 2 C Dimana Ci = nilai cacah individu C = nilai rata-rata dari n pengukuran n = banyaknya pengukuran. Harga chitest yang diijinkan telah ditentukan dengan program yaitu menggunakan tingkat kepercayaan 95% (P=0,95 rekomendasi IAEA TECDOC-602). Untuk n = 20 kali pengukuran, maka pendekatan harga X 2 adalah antara 10,1 dan 30,1 menunjukan instrumen mempunyai kestabilan pencacahan yang baik. Bila harga chites yang didapat diluar harga yang diijinkan, maka test diulang kembali dan jika hasilnya tetap diluar harga chitest yang diijinkan maka alat perlu diperbaiki. Dari gambar 2. diperoleh linieritas pencacahan yang cukup baik. Dari gambar 4.6 didapatkan harga Chi X 2 adalah: 19,54 yaitu 10,1 < harga Chi X 2 < 30,1 yang berarti masuk dalam harga chitest yang diijinkan. Berdasarkan rekomendasi IAEA tersebut di atas maka alat dapat diterima. Prosedur Pemeriksaan Pasien Di Lapangan 1. Hidupkan prototype instrumen uji gondok 2. Letakkan posisi pasien dengan benar dan arahkan posisi detektor ke kelenjar gondok pasien. 3. Klik menu arsip, klik menu baru, akan tampil data pasien/data penguji, selanjutnya mengisi data tersebut dengan benar. Setelah selesai klik menu tutup. 4. Waktu cacahan dibuat interval 2,4 dan 24 jam, akan tampil prosentasi penyerapan setiap interval lalu dihubungkan garis lurus dengan program akan terlihat bentuk grafik. 5. Persentasi tangkap thyroid = (((Cpm thyroid) (Cpm paha)) / (Cpm standar))x 100% 6. Setelah didapatkan klik View akan tampil pada monitor data pasien, prosentasi penyerapan kelenjar gondok dan grafik. 7. Cetak hasil dengan klik print dan hasilnya akan didiagnosis oleh dokter. 8. Expertise hasil analisa dapat dituliskan pada kolom yang telah tersedia pada cacatan dokter. 9. Hasil analisa (print out) untuk dikirim ke dokter pengirim. Hasil Pengujian Pasien Dalam pengujian dilakukan dengan 8 orang pasien disalah satu rumah sakit dengan variasi daya serap kelenjar gondok. Pengujian dilakukan selama 24 jam dengan interval pemeriksaan pasien 2 jam, 4 jam dan 24 jam dalam setiap interval diambil intensitas energi yang di keluarkan isotop ( I 131 ) dalam proses metabolisme pada salah satu organ tubuh ( kelenjar gondok ). Hasil pengukuran grafik pada gambar 11, masingmasing pasien dapat dibedakan nilai prosentasi penyerapan kelenjar gondok. Acuan yang digunakan pengukuran pada kelenjar gondok yang normal setiap interval jam dengan dosis isotop ( I 131 ) sama dengan 20 Ci setiap ml. C-10-8

9 Hasil pengukuran grafik pada gambar 11, masing-masing pasien dapat dibedakan nilai prosentasi penyerapan kelenjar gondok. Acuan yang digunakan pengukuran pada kelenjar gondok yang normal setiap interval jam dengan dosis isotop ( I 131 ) sama dengan 20 Ci setiap ml. Adapun pengukuran dapat dilihat table 1, prosentasi kadar penyerapan gondok Dari hasil pengukuran didapat data dari 8 pasien terdapat 3 kelaianan pada kelenjar gondok dan 5 kondisi noramal. Ukuran pertimbangan kelainan dari ukuran standar data dari rumah sakit bidang kedokteran nuklir untuk ukuran normal dalam pemberian dosis 2 sampai 4 jam adalah 10% sampai 30% untuk mendiagnosis Hypertyroid dan 4 sampai 24 jam adalah 25% sampai 55% untuk mendiagnosis Hypotyroid. Gambar 11. Hasil Pengukuran Pasien Kelenjar Gondok C-10-9

10 Tabel 1. Prosentasi Kadar Penyerapan Kelenjar Gondok No Kadar Penyerapan Gondok Nama Pasien 0-2 Jam 2-4 Jam 4-24 Jam Keterangan 1 Ny. Paiyem 55,4 % 26,0 % 60,3 % Hypothyroid 2 Nn. Sinta Herlina 11,1 % 15,7 % 26,2 % Normal 3 Ny. Erna 11,5 % 13,9 % 14,5 % Hypothyroid 4 Ny. Murniati 57,6 % 20,4 % 27,3 % Normal 5 Ny. Muchsan 15,4 % 26,8 % 35,7 % Normal 6 Ny. Lucia Sunarti 13,1 % 21,9 % 30,6 % Normal 7 Ny. Widyatmi 40,2 % 16,8 % 34,1 % Normal 8 Ny. Nita 45,7 % 85,4 % 91,3 % Hyperthyroid Kesimpulan Energi radiasi dari sumber radioisotope I 131 akan diubah menjadi foton melalui kristal NaI dan foton diubah menjadi sinyal listrik melalui photo multiplier tube ( PMT ) yang akan diolah sinyal dalam bentuk counting melalui proses pengolahan sinyal sampai interface dalam bentuk grafik maupun numerik. Instrumen radiasi nuklir ini di uji dengan metoda chi tes didapatkan nilai 19,54 dari 20 pengukuran standar yang diperbolehkan 10,1 < harga Chi X 2 < 30,1 menurut IAEA (International Atomic Energy Agency). Dari pengukuran edidapatkan fungsi penyerapan dari beberapa pasien hypertyroid pada pengukuran 2 sampai 4 jam melebihi dari % yaitu 85,4%., untuk hypotyroid 4 sampai 24 jam hasilnya samadengan 60,3 % melebihi 55% dan 14,5 % kurang 25% dari nilai normal adalah 25-55%. DAFTAR PUSTAKA Elford John, Harold, MA, Phd, The Physics Of Radiologi, second edition, New York, McGraw-Hill Book Company, International Atomic Energy Agency, Selected Topic in Electronic, Single Chanel Analyser ( SCA ), Vienna, IEEA, International Atomic Energy Agency, Nuclear Medical, Vienna, Iaea, Tischler, Morris, General And Biomedical Instrumentation, first edition, New York, McGraw-Hill Book Company, Tiwari,P,N, Fundamental Of Nuclear Science, Willey Eastern Private Limited, New Delhi, Tompkins, Willis J, Biomedical Digital Signal Processing, New Jersey, Prentice Hall PTR, Henry N, Wagner, JR, and Edward U, Buddemeyer, Nuclear Medicine, Pp , Year Book Medical Publisher, Inc. Millman and Halkias, Pulse, Digital and Kogakusa, Tokyo, Switching Wave form, McGraw-Hill Nuclear Chicago, Manual Well Scintillation Detector, Nuclear Chicago, Chicago, National Semikonduktor, Linier data Book. C-10-10