Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Penerapan dan Pendidikan MIPA
Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 2009
F-177
SISTEM TOMOGRAFI KOMPUTER DENGAN EMISI SINAR GAMMA
UNTUK APLIKASI LABORATORIUM
Komang Gde Suastika
1)
, Suhariningsih
2)
dan Kusminarto
3)
1)
Jurusan Pendidikan Fisika FKIP Universitas Palangkaraya,
2)
Jurusan Fisika F.SAINTEK Universitas Airlangga Surabaya dan
3)
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.
ABSTRAK
Telah dikembangkan Sistem Tomografi Komputer (TK) dengan emisi sinar
gamma untuk aplikasi laboratorium.
Sistem TK yang dikembangkan adalah sistem TK translasi-rotasi yang
menggunakan emisi radiasi gamma dari radiofarmaka I-131. Pada konfigurasi bahan
uji phantom, dilakukan proses pemayaran TK diikuti dengan proses rekonstruksi
citra TK.
Obyek uji berupa phantom berbentuk tabung berdiameter 45 mm dan dibagian
tertentu dari tabung tersebut terdapat lubang dengan diameter 25 mm yang diisi
dengan air mengandung radiofarmka I-131. Bahan uji phantom terbuat dari bahan
plexsiglass. Hasil penelitian berupa sinogram TK emisi yang diperoleh kemudian
dilakukan rekonstruksi untuk mendapatkan citra TK emisi yang merupakan citra
bayangan distribusi radiofarmaka I-131 didalam obyek uji phantom .
Kata-kata kunci: sistem TK, emisi sinar gamma,radiofarmaka I-131.
PENDAHULUAN
Tomografi berasal dari kata dalam bahasa Yunani ”tomos” yang artinya to cut (bahasa
Inggris) atau memotong (bahasa Indonesia), sedangkan ”grafi” yang artinya gambar. Tomografi
adalah teknik untuk menghasilkan citra tampang lintang atau struktur internal suatu obyek dengan
memanfaatkan radiasi foton gamma yang dapat menembus obyek dan dianalisa oleh suatu sistem
deteksi. (Suparta, 1999; Warsito, 2005).
Dalam terminologi fisika, citra dapat didefinisikan sebagai representasi distribusi suatu
besaran fisis atau kombinasi dari besaran fisis suatu obyek ( Kouris et.al , 1982). Lebih lanjut
Morgan (1983) mengatakan bahwa konsep yang mendasari teknik tomografi adalah kemampuan
untuk merekonstruksi struktur tampang internal obyek dari proyeksi berkas terkolimasi yang
melaluinya.
Sistem tomografi terdiri dari beberapa komponen pokok diantaranya sumber radiasi,
obyek, detektor dan sistem akuisisi data. Penggunaan komputer dalam proses akuisisi data, proses
rekonstruksi citra hingga penayangan dan pengolahan citra sangat dominan pada sistem tomografi
modern, sehingga secara umum teknik ini dikenal sebagai teknik (Tomografi Komputer, TK).
Ide dasar dari pencitraan tomografi dimulai ketika Radon (1917) memberikan formulasi
matematik untuk merekonstruksi sebuah fungsi dua dimensi dari sejumlah integral garis fungsi
tersebut dalam bidang dua dimensi yang selanjutnya dikenal sebagai transformasi Radon.
Penerapan dari konsep rekonstruksi ini kemudian digunakan beberapa ahli seperti Bracewell (1956)
untuk merekonstruksi citra emisi gelombang mikro dari permukaan matahari, Cormack (1963)
yang mempelajari rekonstruksi citra menggunakan data pengukuran transmisi sinar gamma melalui
sebuah silinder aluminium, hingga akhirnya Hounsfield (1972) yang sukses mengimplementasikan
idenya membentuk apa yang dikenal dengan TK modern. TK saat ini mengharuskan proses akuisisi
data yang efisien, interpretasi hasil pemayaran serta citra yang akurat sehingga dapat menampilkan
karakteristik bagian obyek secara cermat. Proses tersebut sangat tergantung pada fasilitas
pendukungnya seperti sumber radiasi, sistem akuisisi data, sistem komputer dan perangkat lunak
pendukungnya.
Komang Gde Suastika, Suhariningsih, Kusminarto / Sistem Tomografi Komputer ...
F-178
Berdasarkan letak sumber radiasi dalam pengambilan data, TK secara garis besar terbagi
menjadi dua bagian yaitu TK transmisi dan TK emisi. TK transmisi menggunakan sebuah sumber
radiasi eksternal dimana citra yang dihasilkan merupakan distribusi koefisien serapan linier obyek.
Teknik ini biasa disebut CT Scan (Computed Tomography Scanner). TK emisi menggunakan
sumber radiasi di dalam obyek yang diteliti dan menghasilkan citra yang menggambarkan distribusi
bahan/unsur radioaktif dalam objek uji phantom , termasuk dalam katagori ini adalah SPECT
(Single Photon Emission Computed Tomography) dan PET (Positron-Emission Tomography).
Pada sistem TK emisi, objek uji yang diselidiki adalah yang mengandung bahan radioaktif
dan memancarkan radiasi gamma. Untuk memperoleh citra tampang distribusi bahan/unsur
radioaktif di dalam objek, diperlukan data cacah radiasi gamma dari berbagai sudut arah sebidang
dengan tampang objek yang dikehendaki. Beberapa pendekatan matematis telah digunakan untuk
proses rekonstruksi citra. Brooks dan Di Chiro (1976) menyatakan bahwa metode rekonstruksi citra
secara garis besar terbagi atas tiga bagian yaitu metode proyeksi balik langsung, metode iterasi dan
metode analitik. Proses metode proyeksi balik langsung umumnya dipakai terutama setelah
dimodifikasi menjadi metode konvolusi (summation convolution filtered back projection, SCFBP)
karena prosesnya relatif cepat. Dengan menggunakan program rekonstruksi SCFBP diperoleh
gambar distribusi bahan radioaktif di dalam obyek tersebut.
METODE PENELITIAN
Peralatan yang digunakan dalam penelitiani ini adalah sistem TK translasi rotasi meliputi
sistem deteksi menggunakan detektor sintilasi NaI(Tl) BICRON model 212/2P seri BT 778 dan
berbasis penguat awal (pre-amplifier) CANBERRA model 20072 seri 117830, penguat (amplifier)
dan penganalisa salur tunggal (Single Channel Analizer, SCA) yang terangkai dalam sistem
spektrometer gamaspektra dan program pemayaran objek uji phantom buatan Grup Riset Fisika
Citra (GRFC) FMIPA Universitas Gadjah Mada.
Pada penelitian ini juga digunakan perangkat mekanik pemayar hasil penelitian kerjasama
antar perguruan tinggi (PEKERTI) antara UGM dengan Universitas Palangkaraya (Suastika, 2007;
Suastika, 2008) , osiloskop KENWOOD 20 MHz CS-4125 dan Notebook untuk proses akuisisi data,
proses rekonstruksi citra hingga penayangan dan pengolahan citra.
Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sumber radiasi internal yang
dimasukkan ke dalam obyek uji (phantom) yaitu radiofarmaka yang digunakan untuk emisi adalah
radioisotop Iodine 131 (I
131
) yang memancarkan radiasi gamma berenergi 364,5 keV dengan waktu
paruh pendek (T
1/2 = 8,04 hari). Bahan sampel objek uji phantom terbuat dari bahan plexiglass ,
Polymethylmethacrylate (PMMA) merupakan nama kimia dari acrylates atau plexiglass. Plexiglass
termasuk jenis plastik yang merupakan salah satu bahan untuk pembuatan phantom yang digunakan
pada bidang kedokteran.
Dalam teori tomografi, data proyeksi hasil pemayaran objek uji diperoleh dengan
menggeser detektor dengan jarak geser tetap (per step ) yang mencakup bidang objek yang
dikehendaki. Pergeseran detektor diulangi untuk sudut yang lain hingga mencakup 360
o
(Dhani,
1989).
Dalam eksperimen ini, untuk menyederhanakan pelaksanaannya, situasinya dibalik, yaitu
letak detektor dibuat tetap dan objeknya yang digeser dan diputar. Setup eksperimen ditunjukkan
pada Gambar 1.
Detektor disungkup dengan timbal untuk menahan radiasi lingkungan, kemudian dibuat
lubang sempit (kolimator) di muka detektor sehingga diharapkan hanya radiasi gamma yang
datangnya lurus dari objek saja yang dicacah. Objek dapat bergerak translasi dan rotasi yang dapat
dikontrol oleh komputer. SCA memilih jendela tinggi pulsa dari penguat (amplifier) selebar tenaga
gamma yang dikehendaki.
Komputer disamping mengontrol gerakan translasi-rotasi dari objek, juga mengontrol
pengambilan data cacahan radiasi dalam selang waktu tertentu yang sinkrun dengan gerakan objek.
Pemayaran mula- mula dilakukan secara translasi sehingga detektor dapat menyapu seluruh bidang,
lalu diikuti dengan gerakan rotasi dan melakukan pengulangan langkah translasi untuk menyapu
bidang yang sama dari arah sudut yang lain hingga mencakup rotasi 360
o
.
Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Penerapan dan Pendidikan MIPA
Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 2009
F-179
Gambar 1. Setup eksperimen yang digunakan dalam percobaan tomografi dengan emisi radiasi gamma
untuk aplikasi laboratorium
Pemayaran objek uji phantom dilakukan dengan mencuplik intensitas radiasi, yang
kemudian disebut ray-sum, dan mengambil jendela energi I-131. Resolusi spasial yang digunakan
dalam eksperimen ini adalah resolusi medium dengan 63 jumlah ray -sum dan 100 data proyeksi
dari berbagai sudut rotasi. Setelah proses pemayaran obyek uji phantom selesai dilakukan,
diperoleh data yang disebut sinogram TK emisi. Sinogram yang diperoleh berukuran 100 proyeksi
dan 63 ray-sum per proyeksi.
Setelah data sinogram diperoleh, selanjutnya dilakukan proses rekonstruksi menggunakan
program komputer CT-Imager yang telah dikembangkan di Laboratorium Fisika Citra FMIPA
UGM. Dengan metode rekonstruksi SCFBP dilakukan rekonstruksi citra dan metode ini banyak
dipakai pada sistem CT Scanner dibidang medik (ASTM, 1997). Citra hasil rekonstruksi dari
distribusi bahan/unsur radioaktif di dalam objek dapat ditampilkan dalam dua dimensi.
HASIL PENELITIAN
Objek uji berupa tabung dan di dalam lubang diisi air mengandung zat radioaktif I-131
dengan aktivitas 0,4 mCi yang memancarkan radiasi gamma 364,5 keV dan waktu paruh pendek
(T
1/2 = 8,04 hari). Dengan menggunakan detektor NaI(Tl) tampak puncak energi I -131 berada pada
kanal 31 dengan jumlah cacah maksimum 2064.
Bahan uji panthom ditunjukkan pada Gambar 2. Panthom dari bahan polypropylene padat
berukuran diameter 4,5 cm dengan 1 lubang berdiameter 2,5 cm.
2,5 cm 4,5 cm 4,5 cm
Gambar 2.(a) Tampang lintang. (b ) Objek uji phantom .
KOLIMATOR
SUMBER RADIASI
OBJEK
DETEKTOR
NaI(Tl)
AMP
SCA ANTARMUKA
PENGENDALI
MOTOR
LANGKAH
ANTARMUKA
SISTEM
PENCACAH
Notebook
- - - - - -
- - - - - -
RADIASI GAMMA MEJA OBJEK
(a)
(b)
Komang Gde Suastika, Suhariningsih, Kusminarto / Sistem Tomografi Komputer ...
F-180
Dengan membuka lebar window 80 mV, tampilan hasil spektroskopi dari sumber radiasi I-
131 ditunjukkan pada Gambar 3. Dengan menggunakan kanal energi I-131 pada proses pemayaran
objek uji phantom diperoleh data sinogram TK emisi seperti ditampilkan pada Gambar 4. Dari data
sinogram tersebut dilakukan proses rekonstruksi citra. Citra hasil rekonstruksi dari distribusi
bahan/unsur radioaktif di dalam objek dapat ditampilkan dalam dua dimensi seperti tampak pada
Gambar 5.
Gambar 3. Spektrum energi I-131 gain 1 volt
Gambar 4 Sinogram TK emisi
Gambar 5 Citra TK emisi
Hasil pencuplikan data pada rekonstruksi citra dengan menggunakan CT-Imager, diperoleh
untuk diameter phantom = 63 piksel, sehingga dapat dihitung : 63 piksel = 45 mm sehingga 1
piksel = 0,7 mm.
Hasil pencuplikan diameter lubang phantom = 36 piksel, sehingga :
diameter lubang phantom = 36 piksel= 36 x 0,7 mm = 25,2 mm.
Sehingga hasil pengukuran diameter lubang tempat sumber radiasi adalah : (25 ± 0,2) mm yang
sangat sesuai dengan ukuran nyata objek uji (25 mm).
Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Penerapan dan Pendidikan MIPA
Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 2009
F-181
KESIMPULAN
Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem tomografi emisi sinar gamma untuk aplikasi
laboratorium dapat menghasilkan data sinogram TK emisi dan citra hasil rekonstruksi dari
distribusi bahan/unsur radioaktif di dalam objek uji phantom. Volum bahan/unsur radioaktif di
dalam objek uji phantom dapat ditunjukkan secara jelas pada citra hasil rekonstruksi.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM, 1997. E 1441- 97 Standard Guide for CT Imaging, Anual Book of ASTM Standards , United
State of America.
Bracewell, R.N., 1956, Strip integration in radio Astronomy, Australian J. Phys. 9,198.
Brook, R.A. and G. Di Chiro, 1976, Principles of Computer Assisted Tomography (CAT) in
Radiographic and Radioisotopic Imaging, Phys.Med.Biol . 21(5).
Cormack, A.M., 1963, Representation of a function by its line integrals with some radiological
physics, Journal of Applied Physics 34: 2722- 2727
Dhani A., 1989. Gamma Ray Emission Tomography and Anguler Correlation Measurement to
Study the Distribution and Binding Site of Selenium, Phd Thesis, University of
Surrey.
Hounsfield, G.N., 1972, A Method of an Apparatus for the Examination of a Body by Radiation
such as X-ray or Gamma Radiation, British Patent Number 1283915.
Kouris, K., N.M. Spyrou and D.F. Jackson, 1982, Imaging with ionizing radiations, Surrey
University Press, Guildford, UK.
Kunto Wiharto, 2003, Pemanfaatan Hasil Litbang BATAN Dalam Bidang Kesehatan, Buletin
Alara, Vol.5 No.1, Agustus 2003, 9- 14.
Morgan, C.L., 1983, Basic Principles of Computed Tomography , University Park Press, Baltimore.
Radon, J., 1917, Berichte Saecsische Akademie der Wissenchaften, 69, 262, reprinted in S.R.
Deans, 1983, The Radon Transform and Some of Its Aplications, Wiley, New York,
204-217.
Suastika, Suparta G.B., 2007, Aplication of Computed Tomography on Quality Identification of
Amethys Gem, Prosiding International Conference and Workshop Basic and Aplied
Sciences, Surabaya, 6- 7 Agustus 2007.
Suastika, G. B. Suparta, Kusminarto, Gunarjo, dan Suhartono, 2008. Analisis Kualitas Batuan
Dasar Batu Mulia, Prosiding 22
nd
National Physics Symposium and International
Conference on Advance Materials for Energy, Gorontalo, 14- 16 Oktober 2008.
Suparta, G.B.,1999, Focussing Computed Tomography, Ph.D. Thesis , Monash University, Victoria
Australia.
Warsito, 2005, Review: Komputasi Tomografi dan Aplikasinya dalam Proses Indusdtri, Prosiding
Semiloka Teknologi Simulasi dan Komputasi serta Aplikasi.