SIMULASI DISTRIBUSI DOSIS SERAP PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN MODEL SEED IMPLANT ISOAID ADVANTAGE TM IAPd-103A Disusun oleh : POUNDRA SETIAWAN M0211058 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juni, 2015
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul SIMULASI DISTRIBUSI DOSIS SERAP PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 DENGAN MODEL SEED IMPLANT ISOAID ADVANTAGE TM IAPd-103A belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, Juni 2015 Poundra Setiawan iii
SIMULASI DISTRIBUSI DOSIS SERAP PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT MENGGUNAKAN MCNP5 DENGAN MODEL SEED IMPLANT ISOAID ADVANTAGE TM IAPd-103A Poundra Setiawan Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta ABSTRAK Simulasi distribusi dosis serap pada brachytherapy prostat menggunakan MCNP5 dengan model seed implant Advantage TM IAPd-103A telah berhasil dilaksanakan. Model seed implant yang digunakan adalah IsoAid Advantage TM IAPd-103A dengan aktivitas sebesar 4 mci untuk single seed. Sumber radioaktif yang digunakan adalah 103 Pd yang memiliki energi emisi gamma sebesar 20,99 kev dengan waktu paruh 16,9 hari. Geomaetri phantom yang digunakan mengacu pada model geometri phantom yang dibuat oleh ORNL-MIRD. Hasil dari simulasi ini nantinya digunakan untuk menghitung besarnya dosis serap. Pada simulasi ini dilakukan variasi penggunaan jumlah seed implant untuk mendapatkan hubungan antara dosis serap terhadap jumlah seed. Diperoleh bahwa dosis serap yang diterima organ meningkat secara linear terhadap jumlah seed yang digunakan. Hubungan antara jumlah seed dengan dosis serap diwakili oleh persamaan liner yaitu y = 3,4311x + 0,7872. Persamaan liner tersebut dapat digunakan untuk mencari banyaknya seed yang harus digunakan untuk mencapai dosis optimum sebesar 125 Gy. Jumlah seed yang dibutuhkan untuk mencapai dosis optimum sebanyak 37 seed dan diperoleh dosis optimum sebesar 127,74 Gy. kata kunci : dosis serap, brachytherapy prostat, MCNP5, IsoAid Advantage TM IAPd-103A iv
SIMULATION OF DOSE DISTRIBUTION ON PROSTATE BRACHYTHERAPY USING MCNP5 WITH SEED IMPLANT MODEL ISOAID ADVANTAGE TM IAPd-103A Poundra Setiawan Physics Department, Mathematics and Sciences Faculty Sebelas Maret University, Surakarta ABSTRACT Simulation of dose distribution on prostate brachytherapy using MCNP5 with seed implant model IsoAid Advantge TM IAPd-103A has been conducted. IsoAid Advantge TM IAPd-103A has activity 4 mci for single seed. 103 Pd was used as a radioactive source in the seed implant and had energy gamma emision of 20,99 kev with half live of 16,9 days. The phantom model in this simulation used the ORNL-MIRD phantom model. Result from this simulation will be used to count the absorbed dose. In this simulation, the number of seed implant was varied to obtain the relationship between the absorbed dose against the amount of seed number. It was found that the absorbed dose increased linearly with the amount of seed number. The relationship was represented by linear equation i.e y = 3,4311x + 0,7872. The equation was used to find the amount of seed that should be used to achieve the optimum dose i.e 125 Gy. The amount of seed needed to achieve the optimum dose was 37 seeds which was related to optimum dose of 127,74 Gy. Key words : absorbed dose, prostate brachytherapy, MCNP5, IsoAid Advantage TM IAPd-103A v
MOTTO ALLAH meninggikan orang-orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat (QS.Al-Mujaadallah:11) Sesungguhnya hanya orang-orang yang bersabarlah yang dicukupkan pahala mereka tanpa batas (QS.Az-Zumar:10) When you re giving up, someone is still going When you feel like QUITTING, think about Why you STARTING vi
PERSEMBAHAN Atas Berkat Rahmat ALLAH SWT, karya ini kupersembahkan kepada: 1. Ibu, Bapak dan Keluarga tersayang yang setiap hari memberi kasih sayang dan senantiasa mendo akan, hingga aku bisa menyelesaikan pendidikanku sampai sekarang. 2. Sahabat - sahabatku FISIKA 11 Agung, Tito, Ikhwan, Laudy, Luqman, Octa, Mara, Nunung, Emen, Kemas, Eka, Haekal, Hanief dan lainnya yang tidak bisa saya sebutkan semua, terima kasih atas semangat kebersamaannya. 3. Dianmas Eka Cahya Putri, terimakasih atas motivasi dan bantuannya selama proses pengerjaan sekripsi ini. 4. Almamater yang kubanggakan, khususnya Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret. vii
KATA PENGANTAR Alhamdulillaahirrobbil alamiin, puji syukur kepada ALLAH SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan penelitian dengan judul SIMULASI DISTRIBUSI DOSIS SERAP PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT MENGGUNAKAN MCNP5 DENGAN MODEL SEED IMPLANT ISOAID ADVANTAGE TM IAPd-103A Laporan penelitian ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, Penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Drs. Suharyana, M.Sc. selaku Pembimbing I yang telah mendampingi selama penelitian, memberi motivasi, bimbingan dan saran dalam penyusunan skripsi. 2. Dra. Riyatun M.Si. selaku Pembimbing II yang telah memberikan latihan kesabaran, bimbingan dan saran dalam penyelesaian skripsi. 3. Ir. Tagor M. Sembiring dari PTRKN BATAN selaku pemegang lisensi MCNP di Indonesia. 4. Dr. Eng Budi Purnama S.Si, M.Si. selaku Pembimbing Akademik yang senantiasa memberi nasehat, motivasi dan saran kepada penulis. 5. Rekan-rekan satu perjuangan: Octaviana Erawati Fadli, Khodijah Amini, dan Susanti yang senantiasa bersedia untuk bertukar ilmu dan bantuannya dalam penyelesaian skripsi ini. 6. Keluarga besar fisika angkatan 2011 dan 2012 atas dukungan, bantuan, dan semangatnya. 7. Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik. Semoga ALLAH SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan baik dalam isi maupun cara penyajian materi. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran membangun guna perbaikan di masa viii
datang. Semoga laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Amin Yaa Robbal Alamin. Surakarta, Juni 2015 Poundra Setiawan ix
DAFTAR ISI halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN..... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v HALAMAN MOTTO... vi HALAMAN PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR SIMBOL... xii DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1. Latar Belakang Masalah... 1 I.2. Rumusan Masalah... 5 I.3. Tujuan Penelitian... 5 I.4. Batasan Masalah... 6 I.5. Manfaat Penelitian... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1. Brachytherapy Prostat... 7 2.2. Interaksi Foton dengan Materi... 8 2.2.1. Efek Foto Listrik... 9 2.2.2. Efek Hamburan Compton... 9 2.2.3. Produksi Pasangan... 10 2.3. Klasifikasi Radiasi... 11 2.4. Dosis Serap... 12 2.5. Interaksi Foton dengan Sel tubuh... 13 2.6. MCNP... 14 2.7. Visual Editor (Vised)... 15 x
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 16 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 16 3.2. Alat dan Bahan... 16 3.2.1. Alat yang digunakan Selama Penelitian... 16 3.3.2. Bahas yang digunakan Selama Penelitian... 16 3.3. Model Geometri Seed Implant Sumber Radioaktif 103 Pd... 16 3.4. Prosedur Simulasi Penelitian... 17 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 19 4.1. Model Geometri Seed Isoaid Advantage TM IAPd-103A... 19 4.2. Data Hasil Running Program Simulasi... 22 4.3. Mekanisme Interaksi Radiasi Penyebab Kematian Sel Kanker. 24 4.4. Dosis Serap Optimum pada Kanker Prostat... 26 4.5. Dosis Serap Organ Sehat di sekitar Kanker Prostat... 29 4.6. Distribusi Dosis Serap Radiasi di sekitar Seed... 30 4.7. Penentuan Isodosis di sekitar Seed Implant... 33 BAB V PENUTUP... 35 5.1. Kesimpulan... 35 5.2. Saran... 35 DAFTAR PUSTAKA... 36 LAMPIRAN LAMPIRAN... 39 xi
DAFTAR SIMBOL Simbol α β γ h υ (K) θ φ λ λ' c D E m λ T Keterangan Partikel alfa Partikel beta Sinar gamma Energi kinetik elektron Konstanta Plank Frekuensi foton Energi ikat elektron di kulit K Sudut foton terhambur Sudut elektron terhambur Panjang gelombang foton Panjang gelombang foton terhambur Massa elektron Kecepatan cahaya diruang hampa Dosis serap Energi deposisi Massa organ Konstanta peluruhan Waktu hidup radioaktif Waktu paruh radioaktif Aktivitas awal radioaktif Bilangan transformasi xii
DAFTAR TABEL halaman Tabel 4.1. Foton yang Dihasilkan dalam Simulasi Penelitian...22 Tabel 4.2. Elektron yang Dihasilkan dalam Simulasi Penelitian... 24 Tabel 4.3. Energi Deposisi di dalam Kanker Prostat... 27 Tabel 4.4. Nilai Sebaran Dosis Serap Pada Masing-masing Cell... 34 Tabel L.1.1. Data Organ, Densitas dan Volume dari Model Phantom ORNL- MIRD... 39 Tabel L.4.1. Perhitungan Dosis Serap Pada Prostat Kanker... 52 Tabel L.4.2. Energi Deposisi pada Organ Sehat... 53 Tabel L.4.3. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 4 mci)... 53 Tabel L.4.4. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 8 mci)... 54 Tabel L.4.5. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 12 mci)... 54 Tabel L.4.6. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 16 mci)... 55 Tabel L.4.7. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 20 mci)... 55 Tabel L.4.8. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 24 mci)... 56 Tabel L.4.9. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 28 mci)... 56 Tabel L.4.10. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 32 mci)... 57 Tabel L.4.11. Dosis Serap pada Organ Sehat (Aktivitas seed 36 mci)... 57 xiii
DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1. Skema Efek FotoListrik... 9 Gambar 2.2. Skema Efek Hamburan Compton... 10 Gambar 3.1. Geometri IsoAid Advantage TM IAPd-103A... 17 Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian... 18 Gambar 4.1. Model Geometri IsoAid Advantage TM IAPd-103A dalam Simulasi Penelitian... 19 Gambar 4.2. Tampang Melintang Distribusi Peletakan Seed di dalam Kanker Prostat... 20 Gambar 4.3. Tampang Melintang Geometri Organ Prostat, Kandung Kemih, dan Rektum... 21 Gambar 4.4. Grafik Hubungan antara Dosis Serap terhadap Jumlah Seed... 28 Gambar 4.5. Grafik Perbandingan Dosis Serap pada Organ Kanker dengan Organ Sehat... 29 Gambar 4.6. Histogram Perbandingan Dosis Serap Total untuk 37 buah Seed Implant... 30 Gambar 4.7. Grafik Hubungan Antara Dosis Serap terhadap Jarak di sekitar Seed Implant... 31 Gambar 4.8. Grafik Hubungan Antara Dosis Serap terhadap Seperkuadrat Jarak di sekitar Seed Implant... 32 Gambar 4.9. Pengambilan Nilai Dosis Serap di Sekitar Seed Implant... 33 xiv
DAFTAR LAMPIRAN halaman Lampiran 1. Data Organ, Densitas dan Volume dari Model Phantom ORNL- MIRD... 39 Lampiran 2. Data Sheet Spesifikasi Peluruhan 103 Pd... 41 Lampiran 3. Listing Program Skripsi... 42 Lampiran 4. Perhitungan... 52 xv