Estimasi Dosis Efektif Out of Field dalam Radioterapi LINAC Varian ix pada Kanker Serviks

Transkripsi

1 Pembuatan Nanopartikel Kitosan-Fe 3O 4 secara Ko-Presipitasi In-Situ Menggunakan 235 Tripolyphosphate/Sitrat sebagai Crosslinker dan Karakterisasinya NATURAL Menggunakan B, Vol. XRD 3, No. 3, April 2016 Estimasi Dosis Efektif Out of Field dalam Radioterapi LINAC Varian ix pada Kanker Serviks Kadek Listuayu 1)*, Johan A.E Noor 2), Bunawas 3) 1) Program Studi Magister Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya 2) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya 3) Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi, BATAN Diterima 01 April 2016, Direvisi 28 April 2016 ABSTRAK Pesawat LINAC yang dioperasikan pada energi di atas 8 MV dapat menghasilkan emisi fotoneutron yang ditimbulkan dari interaksi antara energi foton tinggi yang menumbuk material penyusun linac di antaranya kolimator, target dan foil hamburan. Radiasi sekunder yang terjadi ini dapat meningkatkan risiko kanker sekunder dan tambahan dosis radiasi yang diterima selain dosis foton. Studi ini mengestimasi out of field dose di sekitar kanker serviks berupa dosis efektif neutron dan foton. Estimasi dilakukan dengan menggunakan pasangan detektor termoluminesensi (TLD), yaitu TLD 600 dan TLD 700. TLD dikalibrasi dengan menggunakan sumber 60 Co dan sumber 252 Cf. Penyinaran LINAC dengan dosis 2 Gy yang dilakukan sebanyak tiga kali menghasilkan dosis efektif neutron rata-rata yang diterima organ-organ sehat dekat target berkisar dari 0,3 msv sampai 4,8 msv Sedangkan untuk dosis efektif foton rata-rata yang diterima oleh pasien (fantom) berada pada kisaran 42,9 msv sampai 920,1 msv. Dosis efektif neutron dan foton yang diterima semakin kecil jika letaknya semakin jauh dari titik isocentre. Kata kunci: LINAC, Kanker serviks, Out of Field, TLD. ABSTRACT LINAC operated at energies above 8 MV can result in photoneutron emissions arising from the interaction between high-energy photons striking the constituent materials such as collimator, the target and the scattering foil. This secondary radiation may increase the risk of secondary cancers and additional radiation dose received in addition to dose of photons. This study estimates the dose out of the field around cervix cancer in the form of an effective dose of neutron and photon. Measurements were carried out using termoluminescence (TLD) detector pairs, TLD 600 and TLD TLD 700. Neutron dose distribution was determined by placing the TLD pairs at 8 points scattered in the phantom.. LINAC irradiations at a dose of 2 Gy were conducted three times that produced effective dose neutron range from 0.3 msv to 4.8 msv. While the effective dose photon as read by the TLDs range from 42.9 to msv.the effective dose of neutron and photon received were less for points located further away from the point of isocentre. Keywords: LINAC, Cervix Cancer, Out of Field, TLD PENDAHULUAN Data yang dipublikasikan oleh AAPM (The American Association of Physicists in Medicine) pada tahun 2010 sampai saat ini kanker serviks masih merupakan masalah kesehatan wanita dengan angka kejadian dan *Corresponding author: kadeklis91@gmail.com angka kematian yang tinggi, di mana hampir setiap harinya ditemukan 41 kasus baru dan 20 kasus kematian [1]. Salah satu metode pengobatan dari penyakit kanker serviks adalah dengan radioterapi menggunakan pesawat LINAC. Akhir-akhir ini, pesawat LINAC semakin intensif digunakan untuk terapi kanker. Kanker serviks sendiri merupakan salah satu jenis kanker yang sering diradiasi dengan menggunakan pesawat LINAC energi tinggi di atas 10 MV [2]. Hal ini disebabkan letak kanker

2 236 Pembuatan Nanopartikel Kitosan-Fe 3O 4 secara Ko-Presipitasi In-Situ Menggunakan yang berada jauh dari permukaan kulit. Apabila pesawat LINAC dioperasikan pada energi di atas 8 MV, maka akan dihasilkan neutron dari reaksi fotoneutron (γ,n) sebagai hasil dari interaksi energi tinggi sinar-x dengan bahan komponen kepala LINAC seperti pada bagian kolimator, target, dan foil hamburan [3]. Kontribusi dosis yang dihasilkan neutron terhadap dosis di luar lapangan target (out of field dose) pasien lebih kecil dibandingkan dengan dosis yang dihasilkan dari hamburan foton. Namun, mengingat faktor bobot radiasi neutron yang cukup besar (W R=5-20), maka hal ini dapat memberikan kontribusi yang cukup signifikan dalam penerimaan dosis efektif pasien. Salah satu cara untuk mengetahui dosis yang berasal dari paparan radiasi pengion yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan Thermoluminescence Dosimeter (TLD). Menurut ICRU Report 26, untuk mengukur dosis secara terpisah pada medan radiasi campuran harus menggunakan sepasang dosimeter yang masing-masingnya lebih sensitif terhadap neutron dan yang lainnya sensitif terhadap foton [4]. Pasangan TLD yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah TLD 600 (6LiF:Mg,Ti) dan TLD 700 (7LiF:Mg,Ti) buatan Harshaw. TLD LiF:Mg,Ti ini merupakan TLD yang sudah cukup lama digunakan dalam dosimetri medik sebagai QA (quality assurance) pasien dan juga digunakan untuk tujuan mengetahui dosis dalam terapi. Sedangkan jenis fantom yang digunakan adalah fantom air berbahan pleksiglas. Berdasarkan penelitian Sanchez [5], maka dalam penelitian ini difokuskan hanya pada daerah abdomen dekat dengan target. Dalam tulisan ini akan dipaparkan estimasi out of field doseyang diterima organ-organ kritis di sekitar target dari pesawat LINAC yang dioperasikan pada energi 15 MV melalui pengukuran. METODE PENELITIAN Pada penelitian ini tahap pertama yang dilakukan adalah persiapan fantom dan TLD.Desain fantom yang digunakan dalam penelitian ini merujuk pada ketentuan IAEA [6]. Bentuk tubuh yang dibuat mengacu pada fantom BOMAB seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Fantom ini berbahan pleksiglas yang didalamnya diisi air demin dan NaCl dengan tinggi 150 cm dan berat 52,5 kg. Selanjutnya dibuat lubang 8 titik dengan kedalaman berbeda-beda yang dianggap sebagai posisi organ kritis pada tubuh fantom. Titik organ ditentukan dengan membuat pipa pleksiglas dengan kedalaman berbeda masing- masing organ seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Sedangkan persiapan untuk TLD terdiri dari pemanasan (annealing), pelabelan, uji keseragaman dengan sumber 137 Cs, pengelompokan dan kalibrasi dengan sumber cobalt ( 60 Co) dan californium ( 252 Cf.). Gambar 1. Posisi titik organ di dalam fantom Tabel 1. Pipa kedalaman sebagai titik organ Titik Organ Kedalaman (cm) 1 Ginjal kanan 19,5 2 Ginjal kiri 19,5 3 Bowel kanan 25,5 4 Bowel kiri 25,5 5 Bladder bawah 28,5 6 Bladder atas 28,5 7 Rectum 32,5 8 Cervix 32,5 TLD 600 dan TLD 700 yang digunakan pada penelitian ini ni berbentuk chips (berukuran 3,2 mm 3,2 mm 0,89 mm) buatan Harshaw. Prosedur annealing untuk jenis LiF:Mg,Ti adalah dua kali pemanasan. Pertama

3 Pembuatan Nanopartikel Kitosan-Fe 3O 4 secara Ko-Presipitasi In-Situ Menggunakan 237 dipanaskan pada suhu 400 C selama satu jam dalam furnace dan selanjutnya di dalam oven pada suhu 200 C selama dua jam. Kedua jenis TLD disinari radiasi dengan sumber 137 Cs untuk mendapatkan keseragaman respon agar bisa dikelompokkan. Kemudian dilanjutkan dengan kalibrasi gamma untuk kedua jenis TLD dengan sumber 60 Co. Tujuan dari kalibrasi ini untuk memperoleh kurva kalibrasi gamma sehingga dari persamaan regresi linier kedua TLD bisa ditentukan berapa respon gamma TLD 600 dan TLD 700 terhadap sumber cobalt [7]. Selanjutnya kalibrasi neutron menggunakan sumber 252 Cf dengan tujuan memperoleh nilai faktor kalibrasi neutron dari TLD 600. Tahap berikutnya adalah perencanaan CT Scan dan TPS (Treatment planning system). Treatment penyinaran LINAC pada energi 15 MV pada fantom dilakukan dengan prosedur yang sudah ditentukan sesuai degan perencanaan CT scan dan metode TPS. Penyinaran LINAC menggunakan 4 arah dengan sudut 0, 90, 180, 270. Teknik penyinaran menggunakan teknik SAD (Source Axis Distance). Fantom disinari dengan laju dosis 400 MU/menit, di mana 1 MU sama dengan 1 cgy pada luas lapangan cm 2 dalam waktu ±1 menit. Penyinaran dilakukan sebanyak 3 kali pada waktu yang berbeda dengan dosis 2 Gy. Semua TLD yang sudah disinari,disimpan dalam suhu ruangan selama ±24 jam dengan tujuan untuk menghilangkan noise atau puncak kurva yang kemungkinan muncul pada suhu rendah. Selanjutnya proses pembacaan TLD dilakukan dengan menggunakan TLD reader Harshaw model 3500 yag dialiri gas nitrogen. Proses pembacaan TLD menggunakan stimulasi panas 30 C 300 C. Treatment yang diberlakukan untuk TLD harus sama dalam setiap perlakuan agar mendapatkan hasil yang lebih akurat dan teliti. Setelah memperoleh nilai respon gamma dari TLD 600 dan TLD 700 berdasarkan hasil persamaan regresi dari kurva kalibrasi, selanjutnya bisa ditentukan berapa faktor koreksi gamma. Berikut merupakan persamaan yang digunakan dalam perkiraan estimasi out of field dose [8]: R R Fk (1) R n n 600 R600 Fk.R (2) D R. f (3) 700 n n Dn R. 600 f600 (4) dengan Fk γ merupakan faktor koreksi gamma, n R 600 adalah respon campuran (neutron dan 600 gamma) TLD 600, R adalah respon gamma TLD 600, R 700 adalah respon gamma TLD 700, n R 600 adalah respon neutron dari TLD 600, D n adalah dosis ekivalen neutron dan D γ adalah dosis ekivalen foton. Setelah memperoleh nilai dosis ekivalen selanjutnya dikalikan dengan faktor bobot jaringan, karena bahan yang digunakan sama sehingga hanya dikalikan dengan nilai 1. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1. Penyinaran LINAC pada fantom Berdasarkan hasil kalibrasi gamma TLD 600 dan TLD 700 menggunakan sumber 60 Co dengan lima variasi dosis maka diperoleh kurva kalibrasi yang diilustrasikan pada Gambar 3. Kurva linier dari TLD 600 dan TLD 700 terhadap sumber cobalt yang ditunjukkan pada Gambar 3 terlihat dari nilai R 2 yang hampir mendekati nilai 1. Berdasarkan persamaan regresi linier yang diperoleh dengan

4 Respon (nc) Respon (nc) 238 Pembuatan Nanopartikel Kitosan-Fe 3O 4 secara Ko-Presipitasi In-Situ Menggunakan memasukkan nilai x sebesar 2000 maka faktor koreksi gamma dapat ditentukan.nilai faktor koreksi gamma yang diperoleh pada penelitian ini sebesar 0,918 ± 0,01. Hasil kalibrasi neutron TLD 600 dengan menggunakan sumber neutron 252 Cf yang terhalang grafit sebagai sumber neutron termal memperoleh besar faktor n kalibrasi neutron sebesar neutron f 600 adalah (3,9 ± 0,1) Gambar 4 menunjukkan kurva kalibrasi neutron dengan sumber 252 Cf TLD 600 TLD 700 y = x R² = y = x R² = Dosis (mgy) Gambar 3. Kurva kalibrasi gamma dari TLD 600 dan TLD y = x R² = Dosis (msv) Gambar 4. Kurva kalibrasi neutron dari TLD 600 Tabel 2. Dosis efektif neutron dan foton yang diterima oleh fantom akibat penyinaran LINAC 15 MV pada kanker serviks Organ Dosis penyinaran yang diterima Dn (msv) Dγ (msv) Ginjal kanan 0,4 ± 0,1 42,9 ± 5,9 Ginjal kiri 0,3 ± 0,1 45,2 ± 1,5 Bowel kanan 1,2 ± 2,0 652,2 ± 13,2 Bowel kiri 1,4 ± 0,8 421,3 ± 5,0 Bladder 3,7 ± 1,3 991,7 ± 13,1 Rectum 4,8 ± 2,8 920,1 ± 10,4 Cervix 9,5 ± 1,6 1794,1 ± 9,5 Berdasarkan data dosis efektif neutron dan foton yang diterima oleh fantom akibat penyinaran LINAC 15 MV pada kanker serviks (Tabel 2) menunjukkan bahwa dosis neutron dan foton bervariasi dari yang tertinggi terdapat pada daerah isocentre dan semakin menurun seiring dengan jaraknya yang semakin jauh dari daerah isocentre. Dosis keduanya pun bersifat linier, dimana jika dosis foton meningkat maka dosis neutron juga mengalami peningkatan. Gambar 5 menunjukkan kontur distribusi dosis efektif neutron dan foton pada fantom yang dibuat dengan menggunakan software Surfer 10. Bentuk kontur distribusi dosis neutron dan dosis foton pada fantom tampak depan dengan penyinaran foton LINAC 15 MV dengan dosis 2 Gy. Warna yang berada paling di tengah menunjukkan bagian isocentre yaitu serviks.

5 Dosis efektif neutron rata-rata (msv) Pembuatan Nanopartikel Kitosan-Fe 3O 4 secara Ko-Presipitasi In-Situ Menggunakan 239 LINAC, selain dipengaruhi oleh neutron cepat,hamburan foton, hamburan neutron serta aktivasi gamma neutron antara neutron termal dengan unsur bahan lain yang tidak dapat dihindar saat proses terapi berlangsung [9] (a) (b) Gambar 5. Distribusi dosis neutron dan foton pada fantom (a) Kontur neutron; (b) Kontur foton Penyinaran LINAC dengan dosis target 2 Gy diperoleh dengan rentang nilai dosis efektif neutron rata-rata sebesar 0,3 msv 9,5 msv. Sementara dosis efektif foton rata- rata sebesar 42,9 msv 1794,1 msv. Bagian isocentre memperoleh hasil bacaan dosis foton yang relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan perhitungan yang sudah disesuaikan dengan perencanaan TPS. Kemungkinan faktor yang menyebabkan perbedaan hasil antara dosis yang direncanakan dengan hasil bacaan dari TLD disebabkan karena daya serap bahan fantom yang digunakan. Pada penelitian ini fantom berbahan pleksiglas memiliki ketebalan 5 mm, selanjutnya di dalam badan fantom juga terdapat pipa berbahan pleksiglas setebal 5 mm juga. Selanjutnya di dalam pipa pleksiglas TLD juga dilapisi oleh sedotan plastik agar dapat memposisikan TLD tegak lurus dengan arah datangnya berkas foton. Sementara pada prosedur kalibrasi TLD tidak ditempatkan pada kondisi seperti tersebut atau tidak terlalu banyak shielding. Faktor koreksi serap bahan cukup mempengaruhi besarnya bacaan respon TLD yang selanjutnya dikonversi menjadi dosis. Pola distribusi menurut Gambar 5 bagian GTV, CTV, dan PTV yang sudah dibuat dengan sistem terkena paparan dengan luas lapangan radiasi sekitar cm 2 yang sudah disesuaikan dengan TPS. Hasil dosis yang diterima di dalam fantom akibat dari penyinaran Jarak titik isocentre (cm) Gambar 6. Dosis efektif neutron dengan jarak isocentre Faktor lain yang mempengaruhi besarnya dosis yang diterima organ pada penyinaran LINAC diantaranya ukuran lapangan radiasi beserta jarak titik ke isocentre. Menurut penelitian Jahangiri dosis neutron setara dengan meningkatnya ukuran lapangan (field size) titik tersebut [10], Semakin besar ukuran lapangan dari target maka memungkinkan dosis neutron dan foton yang diterima juga semakin besar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Informasi lain yang dapat diperoleh dari dosis neutron adalah keterkaitannya dengan jarak titik organ ke titik isocentre. Hasil penelitian ini menunjukkan dosis efektif neutron dan foton rata-rata yang diterima titik organ sesuai jaraknya dengan titik isocentre. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka diperoleh estimasi out of field dose yang diterima oleh organ-organ dekat dengan kanker serviks. Nilai dosis yang diterima relatif bervariasi. Dosis efektif neutron rata-rata yang diterima organ-organ sehat dekat target berkisar dari 0,3 msv sampai 4,8 msv dengan persentase dosis tambahan neutron sekitar 0,02% sampai 0,24% dari dosis terapi.

6 240 Pembuatan Nanopartikel Kitosan-Fe 3O 4 secara Ko-Presipitasi In-Situ Menggunakan Sedangkan untuk dosis efektif foton rata-rata yang diterima oleh pasien (fantom) berada pada kisaran 42,9 msv sampai 920,1 msv dengan perhitungan persentase dosis tambahan foton sekitar 2,1% sampai 46%. Faktor jarak ke titik isocentre mempengaruhi distribusi dari dosis foton dan dosis neutron. Semakin jauh jarak dari isocentre maka semakin menurun pula dosis tambahan yang diterima. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh PTKMR BATAN atas ijin dan dukungan dalam pelaksanaan penelitian. DAFTAR PUSTAKA [1] IKKR. (2013) Indonesia Riset kesehatan dasar Kementerian Kesehatan Republik Indonesia, Jakarta. [2] Takam, R., Bezak, E., Marcu, L.G. dan Yeoh, E. (2011) Out-of-Field Neutron and Leakage Photon Exposures and the Associated Risk of Second Cancers in High-Energy Photon Radiotherapy: Current Status. Radiation Research, 176, [3] Ongaro, C., Zanini, A., Nastasi, U., Ródenas, J., Ottaviano, G. dan Manfredotti, C. (2000) Analysis of photoneutron spectra produced in medical accelerators. Physics in medicine and biology, 45, [4] ICRU. (1977) REPORT 26-Quantities and units in radiation protection dosimetry. International Commission on Radiation Units and Measurements, Bethesda, Md. [5] Sánchez-Doblado, F., Domingo, C., Gómez, F. dan Sánchez-Nieto, B. (2012) Estimation of neutron-equivalent dose in organs of patients undergoing radiotherapy by the use of a novel online digital detector. Physics in medicine and biology, 57, [6] IAEA. (1998) Compilation of anatomical, physiological and metabolic characteristics for a Reference Asian Man. IAEA TECDOC SERIES, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria. [7] Nedaie, H., Darestani, H., Mohammadi, K., Bayat, E., Shagholi, N., Shahvar, A. et al. (2014) Neutron dose measurements of Varian and Elekta linacs by TLD600 and TLD700 dosimeters and comparison with MCNP calculations. Journal of Medical Physics, 39, [8] Howell, R.M., Scarboro, S.B., Kry, S.F. dan Yaldo, D.Z. (2010) Accuracy of outof-field dose calculations by a commercial treatment planning system. Physics in medicine and biology, 55, [9] Miljanić, S., Bordy, J.-M., d Errico, F., Harrison, R. dan Olko, P. (2014) Out-offield dose measurements in radiotherapy An overview of activity of EURADOS Working Group 9: Radiation protection in medicine. Radiation Measurements, 71, [10] Jahangiri, M., Sistani, S. dan Hejazi, P. (2015) Influence Of Filed Size And Field Modifiers On Neutron Contaminations In Photon Beams Of Medical Linear Accelerators. International Journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 4,