4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sinar-X

Sinar-X dapat diproduksi dengan jalan menembaki target logam dengan elektron

cepat dalam tabung sinar katoda. Elektron sebagai proyektil dihasilkan dari filament

panas yang juga berfungsi sebagai katoda. Elektron dari filamen dipercepat gerakanya

menggunakan tegangan listrik berorde 102-10

6 Volt. Sinar-X memiliki panjang

gelombang dalam orde 1 Ǻ dengan kecepatan cahaya sebesar 3x108

m/s. Gambar tabung

sinar-X ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Tabung sinar-X (Akhadi, 2000)

Pada saat berkas elektron menumbuk target, sebagian besar energi elektron

tersebut hilang dalam bentuk panas, dan sebagian energinya hilang untuk memproduksi

sinar-X. Namun ada pula kemungkinan semua energi kinetik tersebut diubah menjadi

foton sinar-X. elektron yang bergerak sangat cepat yang akhirnya ditumbukkan ke target

logam bernomor atom dan suhu lelehnya tinggi. Ketika elektron menabrak target logam,

maka sinar-X akan terpancar dari permukaan logam tersebut. Sinar-X dalam proses ini

disebut sinar-X bremsstrahlung. Sinar-X dapat pula terbentuk melalui proses

perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang tinggi menuju ke tingkat energi

yang rendah yang disebut sinar-X karakteristik.

5

Besarnya energi elektron yang dipercepat dengan beda potensial V secara matematis

dirumuskan pada Persamaan 2.1 (Akhadi, 2000).

E = V. e (2.1)

Dimana :

E : energi elektron (eV)

V : beda potensial (Volt)

e : Muatan elememter elektron ( 1,6 x 10-19

C)

2.2 Besaran dan Satuan Dosimetri

Dosimetri merupakan kegiatan pengukuran dosis radiasi dengan tehnik

pengukurannya didasarkan pada pengukuran ionisasi yang disebabkan oleh radiasi

dalam gas, terutama udara. Besaran yang dipakai dalam pengukuran jumlah radiasi

selalu didasarkan pada jumlah ion yang terbentuk dalam keadaan tertentu atau pada

jumlah energi radiasi yang diserahkan kepada bahan. Ada beberapa besaran dan satuan

dasar yang berhubungan dengan radiasi pengion ini disesuaikan dengan kriteria

penggunaannya. Adapun besaran dan satuan dasar dalam dosimetri adalah sebagai

berikut :

2.2.1 Paparan

Paparan merupakan besaran untuk menyatakan intensitas sinar-X yang dapat

menghasilkan ionisasi di udara dalam jumlah tertentu. Secara matematis dirumuskan

pada Persamaan 2.2 (Akhadi, 2000).

(2.2)

dimana :

X : paparan (C.kg-1

)

dQ : perubahan jumlah muatan pasangan ion (C)

dm : jumlah massa (kg)

Satuan besaran paparan yaitu coulomb per kilogram-udara (C.kg-1

) dan diberi nama

khusus yaitu rontgen, disingkat R. Satu rontgen didefinisikan sebagai intensitas sinar-X

yang dapat menghasilkan ionisasi di udara sebanyak 1,16 x 1015

pasangan ion per kg

udara.

6

2.2.2 Dosis Serap

Dosis serap merupakan jumlah energi radiasi yang diberikan oleh radiasi pengion

kepada medium. Dalam satuan SI (Satuan Internasional) besaran dosis serap diberi

satuan khusus, yaitu gray (Gy) dimana 1 Gy = 1 J.kg-1. Secara matematis, dosis serap

(D) dirumuskan dengan Persamaan 2.3 (Akhadi, 2000).

(2.3 )

Dimana :

D : dosis serap (J. kg-1)

dE : energi yang diserap oleh medium ( J)

dm : jumlah massa (kg)

Jika dE dalam Joule (J) dan dm dalam kilogram (kg), maka satuan dari D adalah

J.kg-1

. Dalam satuan SI besaran dosis serap diberi satuan khusus yaitu Gray dan

disingkat Gy, dimana 1 Gy = 1 J. kg-1. Satuan Gy menunjukan nilai dosis serap yang

sangat tinggi. Untuk nilai dosis serap yang lebih rendah biasanya digunakan satuan

mGy (10-3

Gy). Turunan dosis serap terhadap waktu disebut laju dosis serap dan

dirumuskan dengan persamaan 2.4

=

(2.4)

Laju dosis serap mempunyai satuan dosis serap per satuan waktu. Dalam sitem SI, laju

dosis serap dinyatakan dalam Gy.s-1

.

2.3 Tingkat Panduan Dosis

Berdasarkan peraturan Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir No. 8 Tahun 2011

tentang keselamatan radiasi dalam penggunaan pesawat sinar-X radiologi diagnostik

dan intervensional disebutkan tingkat panduan paparan medik sebagaimana dimaksud

dalam pasal 36 ayat 2 dijelaskan bahwa penerapan optimasi proteksi dan keselamatan

radiasi harus diupayakan agar pasien menerima dosis radiasi serendah mungkin sesuai

dengan yang diperlukan agar mencapai tujuan diagnostik. Dalam pasal 40 menerapkan

panduan paparan medik sebagaimana dimaksud dalam pasal 36 ayat (3) huruf b

diterapkan untuk radiografi dan fluroskopi. Pasal 40 ayat 1 tingkat panduan medik

yang dimaksud pada ayat 1 dapat dilampaui apabila ada justifikasi berdasarkan

7

kebutuhan klinis. Tingkat panduan paparan medik tersebut diukur pada pasien dewasa

dengan nilai dosis yang diperlihatkan pada Tabel 2.1

Tabel 2.1. Tingkat panduan dosis radiografi diagnostik untuk setiap pasien dewasa (Perka BAPETEN

No. 8 tahun 2011)

No Jenis Pemeriksaan

Posisi

Pemeriksaan

Dosis Permukaan Masuk

per Radiografi ( mGy)

1

Lumbal tulang belakang

( lumbal spine)

AP

LAT

LSJ

10

30

40

2

Organ ginjal , empedu

(abdomen, intravenous

urography

dan cholecystography)

AP

10

3 (Pelvis) AP 10

4

Sendi panggul

(hip joint)

AP

10

5

Paru

(chest)

PA

LAT

0,4

1,5

6

Tulang bagian belakang

(thoracic spine)

AP

LAT

7

20

7

Gigi

(dental)

periapical

AP

7

5

8

Kepala (skull)

PA

LAT

5

3

2.4 Teknik foto thorax

Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan (KEMENKES) No.1250 tahun 2009

tentang pedoman kendali mutu untuk pengujian paparan radiasi, pasien digantikan

dengan phantom. Dalam pengukuran dosis paparan radiasi sifat fisis material phantom

ekuivalen dengan jaringan lunak pada tubuh manusia serta mudah diperoleh. Sehingga

proses pengukuran dosis dapat dilakukan berulang-ulang dengan variasi jarak yang

diinginkan. Salah satu proyeksi yang biasa digunakan untuk teknik pemeriksaan foto

thorax adalah proyeksi PA dan LAT.

8

2.4.1 Proyeksi PA

Pada proyeksi ini pasien diposisikan berdiri tegak menghadap kaset, dagu diangkat

keatas, tangan diletakkan dibelakang dan dibawah pinggul. Thorax harus diposisikan

secara simetris relatif terhadap film, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Sumber radiasi diposisikan di belakang pasien dengan jarak fokus ke film sejauh mulai

dari 150-180 cm, dan pancaran sinar-X ditransmisikan ke pasien.

Gambar 2.2 Proyeksi PA pada Pasien (Withley, 2005)

Pada penelitian ini proyeksi PA menggunakan phantom diperlihatkan pada Gambar 2.3

Gambar 2.3 Skema proyeksi PA phantom

9

Pada Gambar 2.3 ditunjukkan skema proyeksi PA yang digunakan adalah phantom

dengan luas lapangan penyinaran yang berukuran 30 x 30 cm dimana variasi jarak dari

titik fokus ke detektor mulai dari 100-180 cm. Detektor dihubungkan dengan

elektrometer dan ditempatkan diluar ruangan. Teknik pengukuran dosis penyinaran

dilakukan pada arah vertikal dengan cara menggeser stand tabung sinar-X menjauhi

detektor.

2.4.2 Proyeksi LAT

Proyeksi LAT pada pasien dapat dilakukan dengan dua sisi yaitu miring

menyamping ke kiri atau kanan. Pasien diposisikan berdiri tegak disamping kaset,

lengan dilipat dan dinaikkan diatas kepala. Sagital median sejajar disesuaikan dengan

kaset. Sumber sinar-X diarahkan dari disamping pasien dengan jarak fokus ke film

mulai dari 150-180 cm. Proyeksi LAT pada pasien dapat ditunjukkan pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Proyeksi LAT pada Pasien (Withley, 2005)

Skema proyeksi LAT phantom yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 luas lapangan

penyinaran berukuran 20 x 30 cm dan variasi jarak dari titik fokus ke detektor mulai

dari 100-180 cm. Detektor dihubungkan dengan elektrometer dan ditempatkan diluar

ruangan. Setiap dosis radiasi yang masuk akan terbaca pada elektrometer. Teknik

10

pengukuran dosis penyinaran dilakukan pada arah vertikal dengan cara menggeser stand

tabung sinar-X menjauhi detektor.

Gambar 2.5 Skema Proyeksi LAT phantom

2.5 Pengaturan Jarak

Faktor jarak berkaitan erat dengan fluks ( ) radiasi. Fluks radiasi pada suatu titik

berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik tersebut dengan sumber radiasi.

Untuk mengetahui pengaruh jarak terhadap fluks radiasi, diberikan sumber yang

memancarkan radiasi dengan jumlah pancaran S (radiasi/s). Fluks radiasi didefinisikan

sebagai jumlah radiasi yang menembus luas permukaan (dalam cm2) per satauan waktu

(s) (Akhadi, 2000). Hubungan jumlah pancaran (S) dengan fluks radiasi ( ) pada jarak r

dituliskan sebagai berikut:

(2.5)

Dari persamaan 2.5 terlihat bahwa fluks radiasi pada suatu titik berbanding

terbalik dengan kuadrat jarak titik tersebut terhadap sumber radiasi. Laju dosis radiasi

berbanding lurus dengan fluks radiasi, sehingga laju dosis pada suatu titik juga

berbanding terbalik dengan kuadrat jarak titik tersebut terhadap sumber. Namun

ketentuan ini hanya berlaku apabila sumber radiasi berbentuk titik dan tidak ada

absorbsi radiasi oleh medium.

11

Dari persamaan 2.5 laju dosis pada suatu titik dapat dirumuskan dengan Persamaan 2.6.

atau

(2.6)

di mana:

= laju dosis serap pada suatu titik (R/s)

R = jarak antara titik dengan sumber radiasi (cm)

Sedangkan untuk radiasi elektromagnetik (sinar-X dan ) dapat pula dinyatakan

dalam laju paparan , sehingga persamaan 2.6 dapat pula ditulis :

(2.7)

= laju dosis paparan pada suatu titik (R/s)

R = jarak antara titik dengan sumber radiasi (cm)

Dari persamaan (2.5), (2.6) dan (2.7) maka dapat diambil kesimpulan bahwa jika

jarak menjadikan dua kali lebih besar, laju dosis berkurang menjadi 1/(2)2 atau 4 kali

lebih kecil. Jika jarak diperbesar 3 kali, laju dosis berkurang menjadi 1/(3)2 atau 9 kali

lebih kecil. Sebaliknya bila jarak sumber radiasi diperpendek 1/2 kali, laju dosis radiasi

akan menjadi 4 kali lebih besar dan bila jarak diperpendek menjadi 1/3 kali, maka laju

dosis menjadi 9 kali lebih besar. Jadi bila penyinaran terlalu dekat pada sumber, maka

laju dosis berlipat ganda besarnya yang artinya semakin besar jarak, semakin kecil dosis

radiasi yang terukur.

2.6 Alat Ukur Radiasi

Alat ukur radiasi merupakan suatu sistem yang terdiri dari sistem yang terdiri dari

detektor dan peralatan penunjang. Alat ukur yang dapat memberikan informasi dosis

seperti paparan dalam roentgen, dosis serap dalam rad atau gray dan dosis ekivalen

dalam rem atau sievert/Sv. (Akhadi, 2000).

12

2.6.1 Detektor Isian Gas

Detektor isian gas merupakan detektor yang paling sering digunakan untuk

mengukur radiasi. Detektor ini terdiri dari dua elektroda, positif dan negatif, serta

berisi gas di antara kedua elektrodanya. Elektroda positif disebut sebagai anoda, yang

dihubungkan ke kutub listrik positif, sedangkan elektroda negatif disebut sebagai

katoda, yang dihubungkan ke kutub negatif. Ada tiga jenis detektor isian gas yaitu

detektor kamar ionisasi yang bekerja di daerah ionisasi, detektor proposional yang

bekerja di daerah proposional serta detektor geiger mueller (GM) yang bekerja di

daerah geiger mueller (Cember, 1956).

Salah satu jenis detektor isian gas yang sering digunakan adalah detektor kamar

ionisasi (ionization chamber). Kebanyakan detektor ini berbentuk silinder dengan

sumbu yang berfungsi sebagai anoda dan dinding silindernya sebagai katoda. Radiasi

yang memasuki detektor akan mengionisasi gas dan menghasilkan ion-ion positif dan

ion-ion negatif (elektron). Jumlah ion yang dihasilkan sebanding dengan dengan energi

radiasi. Ion-ion yang dihasilkan di dalam detektor akan memberikan kontribusi

terbentuknya pulsa listrik ataupun arus listrik.

Gambar 2.6 Proses terbentuknya ion positif dan negatif (BATAN, 2013)

Terbentuknya arus listrik disebabkan oleh ion-ion yang dihasilkan oleh radiasi dan

memasuki detektor. Ion yang memasuki detektor disebut sebagai ion primer sedangkan

ion-ion yang dihasilkan oleh ion primer disebut ion sekunder. Bila medan listrik

diantara dua elektroda semakin tinggi maka energi kinetik primer akan semakin tinggi

sehingga mampu membedakan ionisasi lain dan jumlah yang dihasilkan sebuah radiasi

akan sangat banyak. Keuntungan detektor ini adalah dapat membedakan energi yang

memasukinya dan tegangan kerja yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi. (Samsun, 2008).

13

2.6.2 Detektor Semikonduktor

Sebuah detektor semikonduktor menggunakan semikonduktor (biasanya silikon

atau germanium) untuk mendeteksi melintasi partikel bermuatan atau penyerapan foton.

Detektor ini mempunyai beberapa keunggulan yaitu lebih effisien dibandingkan dengan

detektor isian gas, karena terbuat dari zat padat, serta mempunyai resolusi yang lebih

baik dari pada detektor sintilasi. Dengan demikian, detektor semikonduktor terutama

berguna untuk spektroskopi nuklir (Cember, 1956).

2.6.3 Detektor Sintilasi

Detektor sintilasi bekerja memamfaatkan radiasi fluoresensi yang dipancarkan

ketika elektron dalam keadaan tereksitasi ke keadaan dasar di pita valensi. Ada

bermacam-macam bahan yang memancarkan kerlipan cahaya (scintillator) apabila

berinteraksi dengan radiasi pengion. Bahan ini bisa berupa zat padat, zat cair baik

organik maupun anorganik (Akhadi, 2000).

2.6.4 Keunggulan dan Kelemahan Detektor

Terdapat beberapa karakteristik detektor yang membedakan satu jenis detektor

dengan lainnya yaitu efisiensi, kecepatan dan resolusi (BATAN, 2010). Adapun

keunggulan dan kelemahan detektor ditunjukkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Spesifikasi keunggulan dan kelemahan detektor (BATAN, 2010)

Jenis Detektor Keunggulan Kelemahan

Isian Gas

Sintilasi

Semikonduktor

Kontruksi sederhana

Efisiensi tinggi dan

Respon cepat

Resolusi tetinggi

Efisiensi terendah

Resolusi terendah dan

kontruksi rumit

Kontruksi rumit

Pemilihan detektor harus mempertimbangkan spesifikasi keunggulan dan

kelemahan sebagaimana tabel di atas. Salah satunya adalah detektor yang digunakan

pada alat ukur yang mudah dibawa sebaiknya adalah detektor isian gas, detektor yang

digunakan pada alat ukur untuk radiasi alam (intensitas sangat rendah) sebaiknya

adalah detektor sintilasi, sedangkan detektor pada sistem spektroskopi untuk

menganalisis bahan sebaiknya detektor semikonduktor (BATAN, 2010).

14

Langkah penting yang perlu diperhatikan sebelum menggunakan detektor adalah

memeriksa sertifikat kalibrasi. Pemeriksaan sertifikat kalibrasi harus memperhatikan

faktor kalibrasi alat dan memeriksa tanggal validasi sertifikat. Faktor kalibrasi

merupakan suatu parameter yang membandingkan nilai yang ditunjukkan oleh alat

ukur standard dan nilai dosis (BATAN, 2013). Untuk mengukur nilai dosis sebenarnya

menggunakan Persamaan 2.8 (Wahyu, 2015).

Ds = Du . Fk (2.8)

dimana :

Fk = faktor kalibrasi

Ds = nilai dosis sebenarnya (mGy)

Du = nilai yang ditampilkan alat ukur (pC)

2.7 Faktor Kalibrasi

Definisi kalibrasi menurut ISO/IEC Guide17025:2005 dan Vocabulary of

International Metrology (VIM) adalah serangkaian kegiatan yang membentuk hubungan

antara nilai yang ditunjukkan oleh instrumen ukur atau sistem pengukuran, atau nilai

yang diwakili oleh bahan ukur. Dengan nilai-nilai yang sudah diketahui yang berkaitan

dari besaran yang diukur dalam kondisi tertentu atau kegiatan untuk menentukan

kebenaran konvensional nilai penunjukkan alat ukur dan bahan ukur dengan cara

membandingkan terhadap standar ukur (traceable) ke standar nasional untuk satuan

ukuran dan internasional (BATAN, 2013). Alat ukur radiasi memegang peranan

penting dalam setiap kegiatan yang memamfaatkan radiasi. Alat ukur yang baik dan

stabil memberikan informasi hasil pengukuran radiasi yang akurat. Oleh sebab itu dalam

setiap melakukan pengukuran diperlukan alat ukur yang dapat menjamin kebenaran

nilai penunjukkannya (Akhadi, 2000).

Sudah merupakan suatu ketentuan bahwa setiap alat ukur proteksi radiasi harus di

kalibrasi secara periodik oleh instansi yang berwenang. Hal ini dilakukan untuk menguji

ketepatan nilai yang ditampilkan alat terhadap nilai sebenarnya. Perbedaan nilai antara

yang ditampilkan dan yang sebenarnya harus dikoreksi dengan suatu parameter yang

disebut sebagai faktor kalibrasi (Fk). Dalam melakukan pengukuran, nilai yang

ditampilkan alat harus dikalikan dengan faktor kalibrasinya. Faktor Kalibrasi dapat

dihitung dengan Persamaan (2.9) (BATAN, 2013). Faktor kalibrasi biasanya sudah

15

tertera pada label yang tertempel di alat ukur. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat di

Gambar 2.8.

(2.9)

dimana :

Fk : faktor kalibrasi

Ds : nilai dosis sebenarnya (mGy)

Du : nilai yang ditampilkan alat ukur (pC)

Gambar 2.7 Elektrometer PTW (Instalasi Radiologi RSUP SANGLAH)

Gambar 2.8 Label kalibrasi (Instalasi Radiologi RSUP SANGLAH)

16

Gambar 2.9 Detektor ionisasi chamber tipe TM 30013 No seri S/N 04874

(Instalasi Radiologi RSUP SANGLAH)

2.8 Phantom

Phantom merupakan suatu bentuk permodelan dari objek manusia yang digunakan

dalam bidang radiologi baik radiodiagnostik maupun radioterapi untuk evaluasi

kualitas gambar radiograf secara realistis (Vassileva, 2002). Phantom yang banyak

digunakan yaitu phantom yang terbuat dari akrilik karena mempunyai rapat masa yang

hampir sama dengan kerapatan air yakni 0.994 gr/cm3, hal ini dilakukan karena

manusia terdiri dari 75 % molekul air (Pratiwi, 2006). Phantom geometris sederhana

salah satunya yaitu phantom LucAl (standar dosimetrik) dirancang dalam pencitraan

dan tujuan dosimetrik pada kisaran tegangan tabung 20 kV - 150 kV. Phantom yang

digunakan dalam proses penelitian ditunjukkan pada Gambar 2.11

Gambar 2.10 Phantom air tipe T41001-00116 (Instalasi Radiologi RSUP Sanglah)

17

2.9 Quality Anssurace dan Quality Control

Program keselamatan dan kesehatan kerja dalam medan radiasi pengion dilakukan

secara berkala pada jangka waktu tertentu, sehingga dapat mendeteksi perkembangan

ketidaknormalan fungsi peralatan dan sekaligus dapat diketahui tindakan perbaikan

yang mungkin sangat diperlukan sebelum terjadi kerusakan yang signifikan terhadap

kualitas citra. Program ini disebut program jaminan kualitas (Quality Anssurance) dan

program control kualitas (Quality Control) yang bertujuan meyakinkan bahwa fasilitas

sinar-X diagnostik akan menghasilkan gambar berkualitas tinggi secara konsisten

dengan minimal paparan kepada pasien dalam segi penyembuhan personal.

Beberapa kegiatan uji yang termasuk dalam program quality control terdiri dari

reproduksibilitas keluaran radiasi sinar-X, reproduktifitas dan akurasi dari timer,

reproduktifitas dan akurasi dari kVp, akurasi sumber ke film indikator jarak,

cahaya/sinar-X bidang kongruensi, nilai HVL (filter Aluminium), konsistensi titik fokus

dan entrance skin exposure, linearitas dan kemampuan untuk memproduksi nilai mA.

(Ismail et al., 2013).