BAB I PENDAHULUAN. (target 20 Ne alami + 19 F alami untuk pengemban/carrier). 18 F kemudian disintesis menjadi

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Data sensus penduduk tahun 2010 menyatakan penduduk Indonesia berjumlah jiwa, dari jumlah ini sebanyak jiwa (0,28% dari jumlah penduduk) didiagnosis menderita kanker (Wahyuni, 2010). Menurut data WHO angka kematian akibat kanker di seluruh dunia akan terus meningkat dengan rata-rata peningkatan tiap tahun antara 7,6 juta sampai 13 juta (WHO, 2012). Kasus penyakit ini terus meningkat sementara itu instrumentasi untuk keperluan diagnostik kanker di Indonesia masih sangat minimum dan mahal. Dengan meningkatnya kasus kanker dan penelitian yang berkaitan dengan fungsi organ (faal) memerlukan peralatan yang dapat memberikan citra tentang bagian-bagian tubuh yang aktif karena metabolisme pertumbuhan sel-sel kanker. Salah satu peralatan yang dapat menunjukkan kegiatan ini adalah senyawa mirip glukosa yang ditandai (labeled) dengan radioisotop yang berumur pendek. Radioisotop yang banyak digunakan untuk ini adalah 18 F (umur paro t ½ = 109,7 menit) yang dapat diproduksi dengan menembakkan proton pada isotop 18 O, biasanya dalam bentuk target air (H 2 O) yang atom oksigennya diperkaya dengan 18 O. Reaksi lain adalah dengan berkas deuteron yang ditembakkan pada 20 Ne (target 20 Ne alami + 19 F alami untuk pengemban/carrier). 18 F kemudian disintesis menjadi 18 FDG (fluoro-deoxy-glucose) yang mirip glukosa. Pada tahap selanjutnya 18 FDG tersebut dimasukkan ke dalam tubuh pasien dengan dosis yang sesuai dan setelah masa serapan yang tepat, radiasi hasil interaksi radiofarmaka dengan jaringan tubuh dideteksi dengan PET-CT (Positron Emission Tomography- Computed Tomography) scanner, sehingga menghasilkan gambar jaringan tubuh. PET merupakan instrumen pencitraan medik berbasis nuklir yang memiliki kemampuan deteksi dan analisis sampai tingkat biomolekuler, yaitu kemampuan prediksi dan deteksi dini kelainan fungsi dan substansi organ dalam wujud biochemical. CT scan mampu mendeteksi dan analisis pada tingkat struktur, maka CT scan unggul dalam mendefinisikan masalah tulang dan pembuluh darah seperti 1

2 2 patah tulang kompleks dan penyempitan pembuluh darah. PET yang dikombinasikan dengan CT scan (PET-CT) mampu menghasilkan citra yang kuat tentang anatomi dan fungsi biologis tubuh untuk mengungkapkan kondisi penyakit yang memungkinkan dokter untuk lebih melihat rincian struktural, lokasi dan perubahan dalam jaringan tubuh. PET-CT secara signifikan lebih akurat dan dapat memberikan informasi tambahan lebih lengkap dibandingkan dengan pemeriksaan PET atau CT Scan saja (Setiawan, 2009). PET-CT merupakan suatu modalitas diagnostik yang dapat digunakan untuk menentukan staging (stadium), respon therapy ataupun kekambuhan dari suatu keganasan di dalam onkologi. Tumor maligna umumnya ditunjukkan sebagai lesi hypermetabolic (metabolisme yang berlebih) akibat adanya peningkatan tracer FDG ( 18 Fluorodeoxyglucose) intra sel tumor. Aktifitas metabolisme glukosa sel di ukur berdasarkan SUV ( Standardized Uptake Value) yang merupakan rasio dari ROI activity (mci/ml) terhadap dosis injeksi (mci)/berat badan (g) (Setiawan, 2009). PET-CT sangat berguna dalam evaluasi keganasan terutama pada solitary pulmonary nodul (paru-paru mengecil), colorectal (kanker usus), esophageal (esophagus), lymphoma (limpa), melanoma (kanker kulit), head and neck tumor, breast, thyroid (restanging) dan cervical (staging) (Setiawan, 2009). Dengan adanya modalitas baru PET-CT pada bidang onkologi diharapkan dapat dicapai visi kesehatan berupa early health sehingga mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh penyakit kanker dan peningkatan kualitas hidup. Dengan terus bertambahnya kasus kanker serta diagnosis menggunakan PET- CT maka permintaan akan siklotron komersial yang digunakan untuk terapi proton dan produksi isotop makin meningkat secara signifikan sejak tahun Perusahaan besar seperti IBA (Ion Beam Applications), EBCO dan GE (General Electric) telah memproduksi siklotron kecil untuk produksi isotop dengan energi 5 MeV sampai 30 MeV (Qin B dkk, 2009). Beberapa negara maju di Asia juga telah mengembangkan siklotron untuk memproduksi radionuklida PET, misalnya Korea Selatan mengembangkan siklotron KIRAMS-13 MeV untuk aplikasi PET yang

3 3 telah dimanfaatkan di lebih dari 5 pusat siklotron di Korea (Kim dkk, 2004) dan Republik Rakyat China telah mengembangkan Cychu-10 MeV (Qin B dkk, 2009). Di Indonesia baru ada empat siklotron yang dapat dioperasikan untuk keperluan produksi radionuklida PET, yaitu pertama adalah siklotron CS-30 buatan CTI (Computer Technology and Imaging) dengan energi berkas partikel proton dapat divariasi antara 24 MeV hingga 27 MeV yang dimiliki BATAN yang dikonstruksi pada tahun 1989, kedua adalah siklotron MINItrace buatan GE dengan energi berkas proton sebesar 9 MeV yang dimiliki rumah sakit Gading Pluit yang dikonstruksi sekitar tahun 2008, ketiga adalah siklotron Cyclone 18/9 buatan IBA dengan energi berkas proton sebesar 18 MeV dan energi berkas deutron sebesar 9 MeV yang dimiliki rumah sakit Siloam yang dikonstruksi tahun 2010 dan keempat adalah siklotron Eclipse 11 MeV buatan Siemens yang dimiliki oleh rumah sakit kanker Dharmais. Keempat siklotron tersebut berada di seputar Jakarta dan Tangerang Banten dengan dengan jumlah penduduk Jakarta dan Banten sebanyak jiwa (BPS, 2010). Karena penduduk Indonesia seluruhnya yang lebih dari dua ratus juta jiwa, maka dapat disimpulkan bahwa pelayanan kesehatan dengan menggunakan fasilitas PET dirasa masih sangat kurang. Di samping itu dengan umur paro radionuklida fluor-18 yang sangat pendek (109,7 menit), maka tidak memungkinkan untuk mendistribusikan produk fluor-18 (dalam hal ini [2-18 F]-Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose) ini keseluruh wilayah Indonesia. Dalam rangka peningkatan layanan kesehatan menggunakan PET, maka penguasaan teknologi siklotron perlu dilakukan sehingga penyediaan dan perawatan siklotron untuk PET dapat dilakukan di dalam negeri dengan kandungan lokal yang lebih tinggi. Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB) Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) sebagai lembaga pemerintah non departemen memiliki tugas dan fungsi untuk melakukan penelitian serta pengembangan akselerator, salah satu kegiatan yang dikembangkan adalah Design of Experimental Cyclotron in Yogyakarta 13 (DECY 13) yang direncanakan prototipnya dapat diselesaikan pada tahun Sistem utama siklotron di antaranya: sistem magnet utama,

4 4 sistem RF (radio frequency), sistem sumber ion beserta central region, sistem ekstraksi berkas dan sistem dinamika berkas. Central region merupakan area tengah dari siklotron yang terdiri dari sumber ion, serta area central dee sebagai puller dan guide berkas ion. Hal yang penting dalam disain central region adalah mengetahui bagaimana ion yang keluar dari sumber ion dapat menjadi berkas dan memiliki pemfokusan yang optimal sehingga mencapai target dengan efisiensi yang tinggi. Central region siklotron perlu mendapatkan perhatian yang khusus karena kualitas berkas dan fase penerimaan (phase acceptance) yang akan dihasilkan sangat ditentukan oleh lintasan awal di area ini. Selama lintasan awal ini, berkas memiliki energi yang masih rendah dan sangat dipengaruhi oleh fase dari gap dee (Louis, 1971) Dengan makin berkembangnya ilmu komputasi, kalkulasi secara mumerik makin banyak digunakan pada simulasi elektromagnetik dan dinamika berkas. Relax3D (An dkk, 2004) dan OPERA (OPerating environment for Electromagnetic Research and Analysis) (Qin B dkk, 2009) merupakan program yang banyak digunakan untuk simulasi medan listrik pada desain central region. Beberapa program semacam CYCLONE (Qin B dkk, 2009) dan PWHEEL (Yoon, 2012) banyak dikembangkan untuk simulasi lintasan partikel pada area central region. Pada penelitian ini akan dilakukan desain central region untuk siklotron proton 13 MeV yang meliputi penentuan geometri central region serta bentuk lintasan berkas yang akan mengenai target. Lintasan berkas tersebut tergantung pada distribusi medan listrik pemercepat dan medan magnet di dalam siklotron. Modeling untuk menentukan lintasan ini berdasarkan pada integrasi Runge-Kutta dengan variasi medan magnet dan medan listrik (Yoon, 2012). Untuk keperluan simulasi lintasan maka distribusi medan magnet dan medan listrik dapat diketahui menggunakan perangkat lunak Opera3D modul Tosca. Dalam hal ini data medan magnet hasil simulasi menggunakan modul Tosca mengacu pada desain dan simulasi yang dilakukan pada desain magnet DECY 13. Perhitungan simulasi lintasan dilakukan menggunakan perangkat lunak Scilab (freeware). Hasil simulasi lintasan dapat digunakan untuk

5 5 memperkirakan apakah disain central region yang dibuat dapat berfungsi seperti yang diinginkan, atau perlu dilakukan perbaikan disain awal Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan diteliti adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana optimasi desain geometri central region siklotron proton 13 MeV beserta komponennya 2. Bagaimana potensial listrik yang dihasilkan dari area central region sampai area terluar dari dee 3. Bagaimana lintasan partikel yang terjadi akibat pengaruh medan magnet dan medan listrik pemercepat 1.3. Batasan Masalah 1. Desain dilakukan untuk mendapatkan energi 13 MeV 2. Data medan magnet yang digunakan sesuai dengan medan magnet yang telah didesain oleh desainer magnet DECY 13 menggunakan modul Tosca Opera3D Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang dilaksanakan ini adalah untuk penguasaan litbang teknologi siklotron dalam bidang kesehatan melalui desain central region siklotron proton 13 MeV, yang dapat dijadikan sebagai acuan untuk keperluan desain siklotron 13 MeV di PTAPB BATAN yaitu meliputi : 1. Melakukan optimasi desain geometri central region untuk sikotron proton 13 MeV 2. Melakukan simulasi menggunakan program Opera3D modul Tosca untuk mendapatkan data potensial listrik 3. Melakukan simulasi menggunakan Scilab untuk mendapatkan data energi yang dicapai oleh partikel beserta lintasannya.

6 Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini antara lain: 1. Dapat memberikan dukungan terhadap program RENSTA BATAN, terutama dalam prioritas pengembangan akselerator yaitu pada Perancangan Siklotron Proton 13 MeV Untuk Produksi Radioisotop. 2. Secara bertahap merupakan sarana penguasaan teknologi siklotron untuk keperluan medis di Indonesia, di mana harapan jangka panjang dapat meningkatkan pelayanan kesehatan masyarakat serta dukungan terjaminnya ketersediaan peralatan medis untuk diagnosis kanker.