PENENTUAN DOSIS SERAP LAPANGAN RADIASI PERSEGI PANJANG BERKAS FOTON 10 MV DENGAN PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN SRI INANG SUNARYATI Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir Batan ABSTRAK PENENTUAN DOSIS SERAP LAPANGAN PERSEGI PANJANG BERKAS FOTON 10 MV DENGAN PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN. Telah dilakukan penentuan dosis serap lapangan radiasi persegi panjang berkas foton 10 MV dari pesawat pemercepat linier medik Elekta serta orientasi jaw yang membentuk sisi panjang dan sisi pendek yang berbeda. Pengukuran dilakukan di dalam fantom air pada kedalaman 10 cm dengan jarak sumber radiasi ke permukaan fantom 100 cm dan luas lapangan radiasi persegi yang bervariasi mulai dari 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm serta beberapa lapangan radiasi persegi panjang menggunakan detektor volume 0,6 cc yang terangkai dengan elektrometer Farmer. Hasil yang diperoleh menunjukkan adanya perbedaan yang cukup berarti yakni lebih besar daripada ± 2 % antara lapangan persegi panjang 4 cm x 8 cm dan 19 cm x 6 cm berdasarkan perhitungan dan pengukuran. Diuraikan juga penentuan dosis serap lapangan radiasi persegi panjang dengan orientasi jaw yang membentuk sisi panjang dan sisi pendek yang berbeda. ABSTRACT ABSORBED DOSE DETERMINATION Of RECTANGULAR FIELDS FOR A 10 MV PHOTON BEAM OF THE ELEKTA LINEAR ACCELERATOR MACHINE USING MEASUREMENT AND CALCULATION. This paper describes the determination of rectangular fields for a 10 MV photon beam of the Elekta linear accelerator machine. Determination of percentage depth dose curves have been carried out using a PTW Freiburg dosemeter system. The condition of measurement has been done at the source to the surface distance of 100 cm and field sizes vary from 4 cm x 4 cm to 20 cm x 20 cm. The output for rectangular fields which equal to the equivalent square fields were also determined The result obtained show that the output for rectangular fields of 4 cm x 8 cm and 19 cm x 6 cm vary from the output of its equivalent square field by more than ± 2 %. The output for rectangular fields with different jaw orientation are also presented. 623
PENDAHULUAN Sejak awal tahun 1950, pesawat teleterapi sinar X megavolt biasa juga disebut pesawat pemercepat linear medik telah digunakan untuk terapi berbagai jenis tumor [1]. Nama ini diambil dari bagian pesawat yang digunakan untuk mempercepat elektron sampai mencapai energi tertentu, dari 4 35 MeV. Saat ini RS Kanker Dharmais, Jakarta baru memasang pesawat pemercepat linier medik Elekta, Pesawat buatan Inggris ini dapat memancarkan berkas elektron dengan energi nominal 4, 6, 9, 12 dan 15 MeV serta berkas foton 6 MV dan 10 MV. Berkas radiasi foton digunakan untuk menyinari tumor yang berada dalam jaringan tubuh (misal kanker payudara dan nasofarinx), sedangkan berkas radiasi elektron untuk menyinari kasus kanker kulit[2] Ketika tumor harus disinari dengan radiasi, sel sel tumor harus diusahakan menerima dosis sesuai dengan besar dosis yang telah ditentukan dan sel sel normal disekitarnya menerima dosis serendah mungkin. Sebelum dilakukan penyinaran diperlukan dua macam informasi guna menghitung besarnya dosis yang akan diberikan pada pasien. Pertama adalah data yang berkaitan dengan pasien itu sendiri. Letak dan volume tumor harus sudah diketahui secara pasti dari hasil diagnosa sebelumnya. Yang kedua adalah data yang berkaitan dengan berkas radiasi, seperti dosis acuan, lapangan radiasi dan distribusi dosis[2]. Untuk membentuk lapangan radiasi yang sesuai dengan yang diinginkan, maka diperlukan suatu susunan kolimator yang dipasang di dalam kepala pesawat. Sinar X setelah melewati kolimator, berturut turut akan melewati flattening filter, monitor kamar pengion, cermin dan kolimator sekunder. Kolimator sekunder terdiri atas rahang rahang ( jaws ) yang dapat digerakkan sehingga luas lapangan radiasi dapat bervariasi, biasanya dari 0 cm x 0 cm sampai dengan 40 cm x 40 cm. Untuk mengatur lapangan radiasi ini, diperlukan simulasi sumber radiasi yang terdiri atas lampu dan cermin. Keduanya telah ditempatkan sedemikian rupa sehingga saat lampu bercahaya, cermin akan memantulkan cahaya dengan luas lapangan sama dengan luas lapangan yang terbentuk oleh berkas radiasi. Pada perlakuan radioterapi penggunaan bentuk lapangan radiasi yang digunakan bisa persegi, persegi panjang atau tidak beraturan. Untuk lapangan persegi yang berada di antara 2 buah lapangan persegi penentuan keluarannya dapat dilakukan dengan interpolasi menggunakan kurva faktor keluaran, sedangkan untuk lapangan persegi panjang penentuan keluarannya juga dapat dilakukan berdasarkan keluaran lapangan persegi. Penentuan keluaran lapangan persegi panjang berdasarkan bentuk lapangan persegi ini dinamakan metoda lapangan ekivalen yang didefinisikan sebagai lapangan 624
standar berbentuk persegi atau lingkaran yang mempunyai karakteristik persentase dosis di kedalaman di sumbu utama berkas radiasi sama dengan lapangan persegi panjang[3]. Untuk menggunakan metoda lapangan ekivalen ini, maka perlu dilakukan verifikasi keluaran untuk lapangan persegi panjang yang ekivalen dengan keluaran lapangan perseginya. Jika perbedaan keluaran lapangan persegi panjang berbeda lebih besar dari ± 2 %, maka perlu dilakukan pengukuran untuk mendapatkan faktor keluaran untuk masing masing lapangan persegi panjang[4]. Hal lain yang perlu diperhatikan pada keluaran lapangan persegi panjang ini adalah orientasi jaw yang membentuk sisi pendek dan sisi panjang. Jika orientasi sisi pendek dan sisi panjang ditukar dan keluarannya berbeda lebih besar daripada ± 2 %, maka perlu tabel keluaran untuk setiap orientasi sisi panjang dan sisi pendek lapangan persegi panjang tersebut[5]. Makalah ini melaporkan penentuan keluaran lapangan persegi panjang berdasarkan pengukuran langsung dan perhitungan menggunakan lapangan ekivalen perseginya yang bertujuan untuk membandingkan apakah hasil penentuan keluaran secara langsung untuk lapangan persegi panjang dengan penentuan berdasarkan penggunaan lapangan ekivalen perseginya. Disamping itu dilakukan juga penentuan keluaran lapangan persegi panjang dengan orientasi jaw yang membentuk sisi pendek dan sisi panjang yang berbeda. TEORI Penentuan Faktor Keluaran Pengukuran dilakukan pada sumbu utama berkas radiasi di dalam fantom air pada kedalaman 10 cm untuk 10 MV dengan jarak sumber radiasi ke permukaan fantom 100 cm dengan luas lapangan persegi yang bervariasi mulai dari 4 cm x 4 cm sampai dengan 20 cm x 20 cm. Dosis serap di dalam air pada titik efektif pengukuran dapat ditentukan dengan persamaan berikut [6] : 5D w (P eff ) = M u. N D. S air,ud. P u. P s.....(1) dengan : 5D w (P eff ) : dosis serap di air pada titik efektif pengukuran (cgy) M u N D (Titik efektif pengukuran adalah titik yang memperhitungkan adanya gradien fluen dalam rongga detektor yang besarnya 0,75 x jari jari detektor untuk berkas radiasi foton). : bacaan dosimeter yang dikoreksi dengan tekanan udara dan temperatur udara (digit) : faktor kalibrasi dosis serap udara detektor (Gy/digit) 625
S air,ud P u P s : nisbah daya henti masa air relatif terhadap udara : faktor koreksi pertubasi : faktor koreksi rekombinasi ion Untuk mendapatkan dosis maksimum, D maks menggunakan persamaan sbb: D maks = 100/ ( 5 PDD eff ) x 5 D w (P eff )..(2) 5PDD eff : PDD (prosentase dosis di kedalaman) pada pengukuran di kedalaman efektif(3) Hasil pengukuran berbagai luas lapangan radiasi dinormalisasikan terhadap luas lapangan 10 cm x 10 cm. digambarkan dalam kurva faktor keluaran yang merupakan keluaran relatif sebagai fungsi luas lapangan persegi. Penurunan Persamaan Lapangan Radiasi Ekivalen Metoda lapangan radiasi ekivalen didasarkan pada metoda Clarkson sebagaimana yang diuraikan oleh Meredith dan Neary [7]. Keduanya menunjukkan bahwa dosis di suatu titik dalam medan radiasi sinar X yang disebabkan oleh foton terhambur di dalam fantom dapat dihitung dari suatu integrasi yang melibatkan fungsi scatter radius yang modelnya ditunjukkan pada persamaan berikut : S r = S ( 1 e λr µλre λr )...(3) dengan S r : dosis hambur di sumbu utama dalam medan radiasi dengan jari jari r S : dosis hambur di sumbu utama dalam medan radiasi dengan jari jari tak terhingga λ : parameter dengan dimensi panjang 1 µ : parameter tidak berdimensi yang terletak antara 0 dan 1 Untuk beberapa tujuan maka akan sangat berguna mengganti λ dengan parameter alternatif r 1/2, yaitu jari jari medan radiasi yang dosis hambur di sumbu utama berkas adalah S /2. Parameter r 1/2 dan λ berbanding terbalik Integral Clarkson untuk medan radiasi persegi panjang dapat dievaluasi dalam bentuk tertutup jika fungsi scatter radius diasumsikan linier Untuk suatu medan radiasi persegi panjang berdimensi b x a, diameter ekivalen δ dan persegi ekivalen dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut [6] : dengan ln tan (π/4 + ø/2 ) + b/a ln tan (π /2) ø/2 ) δ /a =.(4) π /2 ø = tan 1 (b/a) (radian) 626
Untuk persamaan medan radiasi persegi persamaan (2) menjadi δ /a = 1,122...(5) Jika b/a 2 maka persamaan di atas akan mendekati ln ( 2 b/a) +1 δ /a =... (6) π /2 Juga untuk suatu fungsi hamburan yang linier, Bjärngard dan Siddon mendapatkan 2 ab σ = f (b/a)...(7) a + b dengan f (b/a) = 1 untuk b/a = 1, naik sampai 1.125 untuk b/a = 5 dihitung dari Worthley dan Patomaki menunjukkan bahwa lapangan persegi ekivalen dapat σ = 2 ab/(a + b). (8) Persamaan ini dikenal sebagai formula 4 luas/keliling. Persamaan ini cukup baik untuk digunakan pada persegi panjang yang moderat tetapi tidak cocok jika a atau b melebihi 20 cm. Formula ini sangat menguntungkan ketika saat perhitungan cepat diperlukan dan dengan kehilangan ketelitian dalam batas yang diterima. PERALATAN DAN TATA KERJA Peralatan Sebagai sumber radiasi digunakan pesawat pemercepat linier medik Elekta model Precise Treatment System dengan nomor seri 1123 milik rumah sakit Kanker Dharmais, Jakarta. Pesawat ini dapat memancarkan berkas foton 10 MV. Detektor bilik pengionan volume 0,6 cc tipe 2581 nomor seri 327 yang dirangkaikan dengan elektrometer Farmer tipe 2570A nomor seri 531 untuk mengukur keluaran dari pesawat pemercepat linier medik. Tata Kerja Pengukuran keluaran dilakukan dengan menempatkan detektor di dalam fantom air pada kedalaman 10 cm dengan jarak sumber radiasi ke permukaan fantom 100 cm dan luas lapangan radiasi persegi yang bervariasi mulai dari 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm serta beberapa lapangan radiasi persegi panjang dengan menggunakan sistem komputer dari pesawat tersebut untuk mengubah jaws pada pesawat tersebut. Termometer, barometer dan hygrometer masing masing untuk mengukur suhu, tekanan serta 627
kelembaban ruangan. Susunan peralatan pada pengukuran dapat dilihat pada Gambar 1. di bawah ini. Gambar 1. Susunan peralatan pengukuran keluaran dari pesawat pemercepat linier medik Elekta di sumbu utama berkas radiasi di dalam fantom air pada kedalaman 10 cm untuk 10 MV dengan jarak sumber radiasi ke permukaan fantom, SSD 100 cm HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penentuan dosis serap berkas foton 10 MV untuk lapangan radiasi mulai dari 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm yang dihitung menggunakan persamaan 1 dapat dilihat pada Tabel 1 sedangkan kurva Faktor Keluarannya dapat dilihat pada Gambar 2. TABEL 1. Dosis serap berkas radiasi foton 10 MV untuk lapangan radiasi persegi 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm No Lapangan radiasi cm x cm Dosis serap cgy/200 MU Faktor Keluaran 1 4 x 4 276,91 0,924 2 5 x 5 282,43 0,942 3 6 x 6 287,11 0,958 4 7 x 7 290,47 0,969 628
5 8 x 8 294,36 0,982 6 9 x 9 296,12 0,988 7 10 x 10 299,81 1,000 8 12 x 12 304,33 1,015 9 15 x 15 311,13 1,038 10 18 x 18 315,35 1,052 11 20 x 20 317,95 1,061 1.1 1.05 Faktor Keluaran 1 0.95 0.9 0.85 0.8 4 6 8 10 15 20 Lapangan Radiasi ( cm x cm ) Gambar 2. Kurva faktor keluaran untuk lapangan radiasi persegi 4 cm x 4 cm s/d 20 cm x 20 cm Hasil penentuan dosis serap beberapa lapangan persegi panjang berdasarkan pengukuran dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Dosis Serap Berkas Radiasi Foton 10 MV untuk lapangan radiasi persegi panjang dan lapangan ekivalennya No Lapangan radiasi cm x cm X Y Dosis serap cgy/300 MU * % Lapangan radiasi ekivalen cm x cm Dosis serap cgy/300 MU 1 4 x 5 4 5 280,77 +1,01 4,5 x 4,5 279,67 +0,40 5 4 277,95 0,60 2 4 x 8 4 8 277,36 0,85 5,4 x 5,4 283,88 2,30 8 4 279,75 1,50 3 4 x 13 4 13 290,86 + 2,54 6,2 x 6,2 288,03 +0,98 13 4 283,66 1,50 4 5 x 12 5 12 289,84 + 1,24 7,1 x 7,1 292,31 0,80 % 629
12 5 286,30 2,10 5 6 x 19 6 19 299,53 + 1,62 8,9 x 8,9 295,53 +1,30 19 6 294,75 2,60 XY YX * = x 100 % ; Perbedaan dosis dengan merubah sumbu x dengan sumbu y untuk luas YX lapangan yang sama lap.rad persegi panjang lap.rad. ekivalen = x 100 % ; Perbedaan dosis lapangan radiasi ekivalen lap.rad. ekivalen dengan lapangan radiasi persegi panjang Hasil penentuan dosis serap untuk lapangan radiasi ekivalen ditentukan dari kurva faktor keluaran. Dari Tabel 2 dapat dilihat adanya perbedaan dosis serap yang cukup berarti sampai +2,54 % ketika posisi sisi pendek dan sisi panjang dari lapangan radiasi ditukar. Begitu juga dengan dosis serap suatu lapangan persegi panjang terhadap lapangan persegi ekivalennya juga memperlihatkan perbedaan yang cukup berarti yakni 2,6%. Perbedaan ini melebihi batas batas yang diijinkan yakni ± 2 % [2]. Perbedaan ini kemungkinan besar disebabkan oleh sistem pembentuk lapangan radiasi dari kolimator sekunder terdiri dari rahang atas dan rahang bawah ( jaws ) yang dapat digerakkan pada sistem pengaturan lapangan radiasi di kepala pesawat tersebut, sehingga hamburan foton yang disebabkan oleh sistem ini tidak sama [2]. Dari tabel di atas dapat dilihat juga bahwa tidak ada pola yang jelas dari besarnya laju dosis serap dengan perubahan orientasi dari rahang atas dan rahang bawah ( jaws ), hal ini menunjukkan adanya ketergantungan laju dosis serap pada rahang atas dan rahang bawah ( jaws ) tersebut. Sehingga untuk perubahan setiap orientasi dari rahang atas dan rahang bawah ( jaws ) laju dosis serap harus diukur baik untuk lapangan radiasi persegi mau pun lapangan radiasi persegi panjang. KESIMPULAN Dari hasil dan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa : Pertukaran posisi sisi panjang dan sisi pendek menghasilkan perbedaan dosis serap yang cukup signifikan mencapai + 2,54% 630
Dosis serap suatu lapangan persegi panjang terhadap lapangan persegi ekivalennya juga memperlihatkan perbedaan yang cukup berarti mencapai + 2,6% Untuk lapangan persegi panjang tertentu metoda penentuan dosis serap menggunakan lapangan persegi ekivalennya akan menyebabkan kesalahan yang cukup besar, untuk itu sebaiknya dosis serapnya ditentukan berdasarkan pengukuran bukan dengan perhitungan UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Drs. Ariyanto Heru Leksono DEA dkk atas bantuannya sehingga penulisan ini dapat terlaksana. 631
DAFTAR PUSTAKA 1. SUNTHALINGRAM, N., Medical Radiation Dosimetry, Int. J. Appl. Radiation and Isotope 33, (991 1006), 1982 2. Trijoko, S., and Dani., Kalibrasi Keluaran Pesawat terapi LINAC Mitsubishi di RS Dokter Kariadi, Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan117 122, 1994 3. British Journal of Radiology Supplement No. 25, Central Axis Depth Dose Data for Use in Radiotherapy : 1996, British Institute of Radiology, London, 1996 4. JOHN L HORTON., Handbook of Radiation Therapy Physics, Prentice Hall, Inc. Englewood Cliffs, N.J., 1987 5. WILLIAM, J.R., and TWAITES, D.I., Radiotherapy in practice, Oxford Medical Publication, 1993 6. Instruction Manual for Farmer Dosemeter Type 2570A, Nuclear Enterprises Limited, Bath IAEA, TECHNICAL REPORT SERIES (TRS), No. 277: Absorbed dose determination in photon and electron beam, An International Code Practice, Vienna, 1987 7. MEREDITH, W J and NEARY, G J., The production of isodose curves and the calculation of energy absoption from standard depth dose data, BJR, 17, 1984 632
633