SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI

perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ
DARI 103Pd PADA BRACHYTHERAPY PAYUDARA
MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5
DENGAN TEHNIK PBSI
Disusun oleh :
ADISTI GUSMAVITA
M0207019
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli, 2011
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI 103Pd
PADA BRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN
SOFTWARE MCNP5 DENGAN TEKNIK PBSI
ADISTI GUSMAVITA
M0207019
Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
ABSTRAK
103
SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN RADIASI-γ DARI
Pd
PADABRACHYTHERAPY PAYUDARA MENGGUNAKAN SOFTWARE
MCNP5 DENGAN TEKNIK PBSI. Telah berhasil dieksekusi simulasi
menggunakan software MCNP5 untuk menentukan energi yang diserap per
transformasi partikel pada organ payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri
dengan mengadaptasi tehnik PBSI. Sumber radioaktif yang digunakan adalah
103
Pd dengan aktivitas 7,7256 × 10 Bq, waktu paruh 16,9 hari dan energi emisi
gamma sebesar 21KeV. Untuk simulasi diperlukan geometri tubuh manusia,
definisi sumber dan output (tally) berupa model pulsa distribusi energi.Geometri
yang dibuat berupa phantom ORNL-MIRD, sumber 103Pd dalam bentuk titik dan
menentukan tally. Hasil simulasi digunakan untuk menentukan dosis serapan
pada payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri.Variasi jumlah seed
dilakukan untuk mendapatkan nilai dosis serapan yang berbeda-beda. Grafik
antara dosis serapan tiap organ dan jumlah seed menunjukan hubungan dalam
bentuk polinomial. Untuk mencapai dosis optimum pada brachytherapy payudara
yaitu 90Gy dapat ditentukan.Jumlah seed untuk mencapai dosis tersebut adalah
91 seed. Sedangkan nilai dosis serapan pada organ tulang dada lebih besar
dibanding organ paru-paru kiri. Simulasi menunjukkan bahwa dosis serapan
pada brachytherapy payudara dapat ditentukan dengan menggunakan MCNP5.
Kata kunci: dosisserapan, brachytherapy payudara, palladium-103, MCNP5,
PBSI
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SIMULATION OF BREAST BRACHYTHERAPY TO DETERMINE
ABSORBED DOSE RADIATION OF-γ FROM 103Pd
EMPLOYING MCNP5 AND PBSI TECHNIQUE
ADISTI GUSMAVITA
M0207020
Departement of Physics, Mathematics and Natural SciencesFaculty,
Sebelas Maret University, Surakarta
ABSTRACT
SIMULATION OF BREAST BRACHYTHERAPY TO DETERMINE
ABSORBED DOSE RADIATION OF-γ FROM 103Pd EMPLOYING MCNP5
AND PBSI TECHNIQUE.Have successfully executed the simulation using the
software MCNP5 to determine the energy absorbed per particle transformation in
the organs left breast, rib cage and left lung by adapting PBSI technique. 103Pd
was used to radioactive source which has an activity 7,7256 × 10 Bq, a half-life
of 16,9 days and emits gamma ray with energy of 21KeV.The input needed for
MCNP5 are male-phantom geometry, source definition of radiation source, and
tally high-pulse energy. An ORNL-MIRD phantom geometry, point sources of 125I
and tally was used to the simulation in this research. The results of simulation
were used to determine the absorbed dose at breast, rib cage and left lung. Total
seed was varied to obtain different absorbed dose. A curve between absorbed
dose and total seed was designated polynomial connection. Total seed to achieve
optimum dose can be calculated by substituted breast brachytherapy optimum
dose to function from mentioned equation. Optimum dose brachytherapy is 90
Gy. The total seeds are 114. Simulation shows that absorbed dose of breast
brachytherapy can be determined using MCNP5.
Key words:absorbed dose, breast brachytherapy, palladium-103, MCNP5,
PBSI
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
”Sebab itu, janganlah kamu kuatir akan hari besok, karena hari
besok mempunyai kesusahannya sendiri. Kesusahan sehari
cukuplah untuk sehari”
~~ Matius 6:34 ~~
“ Nothing impossible for Jesus Christ, nothing unthinkable for you
if you believe HIM”
~~ Aldy Lasso ~~
” Dalam masalah hati nurani, pikiran pertamalah yang terbaik.
Dalam masalah kebijaksanaan, pemikiran terakhirlah yang paling
baik. “
~~ Robert Hall ~~
“Apabila bertambah banyak pikiran dalam batinku,
Penghiburan-Mu menyenangkan jiwaku”
~~ Mazmur 94:19 ~~
“Sebab itu dengan yakin kita dapat berkata : Tuhan adalah
Penolongku. Aku tidak akan takut. Apakah yang dapat dilakukan
manusia terhadap aku?”
~~ Ibrani 13:6 ~~
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
Dalam nama Yesus Kristus, karya ini kupersembahkan kepada:
1. Tuhan-ku Yesus Kristus atas kekuatan, kelancaran dan curahan
roh kudus-Nya sehingga skripsi ini dapat selesai.
2. Mama dan Bapak ku tersayang yang setiap hari memberi kasih
sayang dan untaian doa kudus, hingga aku bisa menyelesaikan
pendidikanku sampai sekarang.
3.
Adikku dio yang selalu membantu dan mendukung. Belahan
jiwaku Mas Nugroho, terima kasih untuk semuanya kau tetap
untuk selamanya.
4. Saudara-saudaraku
keluarga
besar
Wignyo
Suhardjo
dan
Soejoso, terima kasih untuk doa dan dukungannya. Sahabatsahabatku SMANRA yang selalu bawa keceriaan dalam hidup
ini.
5. Keluarga Fisika 007, terima kasih untuk kebersamaan dan
persahabatan yang indah tak terlupakan.
6. Almamater
yang
kubanggakan,
khususnya
Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret.
commit to user
vii
Jurusan
Fisika
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan
penelitian dengan judul “Simulasi Penentuan Dosis Serapan Radiasi-γ dari
103
Pd
Brachytherapy Payudara Menggunakan Software MCNP5 dengan Teknik PBSI.”
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, Ph.D. selaku Pembimbing I sekaligus pembimbing
akademik 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. Bapak Muhtarom, S.Si. selaku Fisikawan Medis RSUD Dr. Moewardi
Soerakarta, atas waktu dan informasi yang dibutuhkan penulis dalam
melengkapi skripsi ini.
5. Keluargaku tercinta, mama, bapak, dan adikku Dio. Terima kasih kalian selalu
ada buatku.
6. Mas nugroho. Terima kasih kau selalu ada dan mendukung langkahku.
7. Temanku Agitta Rianaris, S.Si., terima kasih konsultasi dan ilmu nya.
8. Keluarga besar fisika angkatan 2007, terima kasih atas dukungan, bantuan,
dan semangatnya.
9. Adik-adikku angkatan 2008,2009 dan 2010.
10. Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini
dapat terselesaikan dengan baik.
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Semoga Tuhan 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 datang.
Semoga laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi penulis khususnya dan
pembaca pada umumnya. Amin
Surakarta, Juli 2011
Adisti Gusmavita
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
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............................................................................................
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................
xii
xiv
xv
1
I.1. Latar Belakang Masalah .............................................................
I.2. Rumusan Masalah ....................................................................
I.3. Tujuan ........................................................................................
I.4. Batasan Masalah .........................................................................
I.5. Luaran Yang diharapkan.............................................................
I.6. Sistematika Penulisan .................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................
2.1. Interaksi Foton dengan Materi ..................................................
2.1.1. Efek Foto Listrik .............................................................
2.1.2. Efek Compton .................................................................
2.1.3. Produksi Pasangan ..........................................................
2.1.4. Interaksi Foton dengan Sel ..............................................
2.2. 103Pd sebagai Radioaktif ............................................................
2.3. Dosimetri ...................................................................................
1
4
5
5
6
6
7
7
7
8
9
10
11
12
2.3.1. Dosis Serapan ..................................................................
2.3.2. Bilangan Transformasi......................................................
2.4. Brachytherapy Payudara ...........................................................
2.5. MCNP5 ......................................................................................
13
13
14
19
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.5.1. Sejarah Metode Monte Carlo .............................................
2.5.2. MCNP ...............................................................................
2.5.3. Visual Editor (Vised) ........................................................
2.5.4. Tally MCNP.......................................................................
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................
3.1. Waktu Penelitian ........................................................................
3.2. Alat dan Bahan...........................................................................
3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi....................................................
3.3.1. Model Geometri Phantom ..................................................
3.3.2. Model Sumber Radiasi.......................................................
3.3.3. Model Pulsa Distribusi Energi ...........................................
3. 3.4. Prosedur Pembuatan File Input Dan Pengolahan Data .....
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................
4.1. Geometri Phantom Model ORNL-MIRD .................................
19
20
22
24
25
25
25
26
27
28
29
30
34
34
4.2. Pengaruh Radiasi Pengion dalam Proses Matinya Sel Kanker ..
4.3. Dosis Serapan dari Hasil Simulasi dan Perhitungan .................
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.........................................................
5.1. Simpulan ...................................................................................
37
39
45
45
5.2. Saran..........................................................................................
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
LAMPIRAN – LAMPIRAN ............................................................................
46
47
50
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Salah satu penyakit ganas yang sering menyerang wanita dan sangat
mematikan ialah kanker payudara. Kanker payudara didefinisikan sebagai suatu
penyakit neoplasma yang ganas yang berasal dari parenchyma
(Rose dan
Wynder, 1986). Jika kanker payudara masih berada dalam stadium I dan II, maka
salah satu tahapan awal dalam mengatasi kanker payudara ialah operasi
pembedahan atau yang disebut lumpectomy. Sel kanker tersusun atas sel abnormal
yang tumbuh dalam jaringan tertentu dan akar sel yang tertinggal dapat terus
tumbuh tidak terkontrol (Tjokronagoro, 2001). Untuk itu, setelah operasi
pembedahan pasien dianjurkan melakukan terapi radiasi yang bertujuan utuk
membunuh sel-sel kanker di tempat pengangkatan tumor dan daerah sekitarnya.
Terdapat dua jenis terapi radiasi yang dapat dilakukan, yaitu radiasi
eksternal (radiotherapy) dan radiasi internal (brachytherapy). Brachytherapy ialah
terapi radiasi dengan mendekatkan sumber radiasi ke sumber penyakit atau sering
dinamakan dengan terapi radiasi sumber tertutup (Awaludin, 2007). Jenis
radioaktif yang biasa digunakan dalam Brachytherapy payudara ialah
192
Ir,
103
Pd
dan 131Cs (Jansen, 2007).
Salah satu metode brachytherapy payudara ialah Mammosite High Dose
Rate Brachytherapy System (MHDR). Perawatan ini menggunakan kateter sebuah
balon berisi radioaktif
192
Ir. Namun metode ini mempunyai kendala yaitu, pasien
yang akan melakukan perawatan terbatas pada pasien yang sudah memiliki ruang
lumpectomy dimana dalam ruang tersebut akan diisi dengan balon kateter.
Sehingga untuk pasien dengan stadium awal tidak dapat dilakukan perawatan
menggunakan metode MHDR. Metode lain yang dapat mengatasi kendala pada
metode MHDR yaitu Permanent Breast Seed Implant (PBSI). Metode ini dapat
commit to user
1
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2
dilakukan dengan pasien pada stadium awal tanpa melakukan operasi
pengangkatan jaringan terlebih dahulu.
Fisikawan medis biasanya mengitung dosis yang diberikan hanya dengan
mengasumsikan homogenitas material, namun pada kenyataannya material
penyusunnya berbeda-beda (Muhtarom, 2011). Pemberian dosis yang berlebihan
akan membahayakan jaringan sehat lain dalam tubuh, tetapi jika pemberian dosis
kurang maka untuk proses treatment dirasa kurang efektif. Untuk itu diperlukan
metode penyimulasian agar didapatkan dosis serap yang aman dan efektif. Salah
satu metode yang dapat digunakan untuk perhitungan dosis serap dan
memperhatikan heterogenitas material ialah metode Monte Carlo. Sedangkan
untuk mensimulasikan penentuan dosis serapan yang tepat dengan menggunakan
program MCNP (Monte Carlo N-Particle).
Metode Monte Carlo merupakan metode statistik numerik yang digunakan
untuk menyelesaikan masalah-masalah yang tidak dimungkinkan diselesaikan
secara analitik. MCNP5 adalah salah satu versi dari perkembangan MCNP. Piranti
lunak komputer berbasis metode Monte Carlo ini dibuat oleh Los Alamos
National Laboratory, inc dan dipakai dalam penelitian skripsi penulis. MCNP5
mampu mensimulasikan perjalanan partikel neutron, foton dan elektron (X-5
Monte Carlo Team, 2005).
Penelitian – penelitian yang telah dilakukan untuk membandingkan hasil
simulasi dengan eksperimen menggunakan MCNP antara lain: dalam dunia medis
yang diantaranya telah dilakukan oleh Lazarine (2006), Robinson (2006) tentang
single seed implant pada dosimeter brachytherapy, Zhengdong (2009) tentang
taksiran dosimetri pada brachytherapy kanker payudara dan serviks menggunakan
aplikator balon dan FSD dengan pemodelan payudara bergeometri spherical,
Agitta (2011) tentang simulasi penentuan dosis serapan pada brachytherapy
prostat dengan sumber radioaktif
125
I. Dalam bidang detektor radiasi yaitu
simulasi efisiensi detector NaI(Tl) dan HPGe yang dilakukan oleh Annisatun
(2010).
Beberapa penelitian tentang pengukuran dosis serap pada Brachytherapy
payudara menggunakan metode Monte Carlo dan piranti lunak MCNP juga telah
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3
dilakukan dengan berbagai aplikasi diantaranya yang dilakukan oleh Kassas,dkk
(2005) melakukan penelitian pembuatan simulasi dengan metode Monte Carlo
untuk menghitung dosis serap pada brachytherapy payudara menggunakan
aplikator balon yang ditanam di dalam jaringan payudara. Yang,dkk (2009),
menggunakan aplikator berbentuk-D yang mengadaptasi metode MHDR. Dari
hasil pemodelan menggunakan MCNP menunjukkan hasil yang memuaskan dan
mendekati sempurna dengan penyimpangan hasil pengukuran tidak lebih dari 5%
dari eksperimen nyata.
Untuk penelitian yang menggunakan metode PBSI telah dilakukan oleh
Jansen, dkk (2007). Jansen menggunakan sumber
125
I sebagai seed yang ditanam
dalam payudara. Namun, pendistribusian dosis serapnya berpengaruh terhadap
organ lain seperti jantung dan tulang belakang. Para ahli kemudian mencari
sumber radioaktif yang lebih tepat untuk menggantikan 125I.
Kemudian Pignol (2007) bereksperimen dengan menggunakan
103
Pd dan
terus dikembangkan hingga tahun 2011 ini. Dari hasil penelitian yang telah
dilakukan Pignol, penggunaan
103
Pd relatif aman karena sebaran dosis serap di
organ lain selain payudara relatif kecil dibandingkan penggunaan
125
I. Pignol
mengungkapkan bahwa untuk organ payudara mendapatkan nilai dosis serap 90
Gy, organ lain seperti paru-paru, tulang dada dan jantung hanya terpengaruh
sebesar ±5 Gy.
Dari beberapa penelitian yang sudah dilakukan Kassas (2005), Yun Yang
(2009) dan Zhengdhong (2009), pemodelan yang dilakukan berupa dua buah
geometri spherical sebagai analogi dari jaringan payudara dan sebuah balon
kateter. Kemudian oleh Jansen (2007) menggunakan sebuah kubus yang
didalamnya terdapat geometri bola, dimana kubus dianalogikan sebagai jaringan
di sekitar payudara dan geometri bola dianalogikan sebagai payudara. Sehingga
penelitian hanya terbatas dan kurang relevan dengan bentuk nyata dari payudara
yang berupa setengah bola (Pignol, 2009). Geometri phantom yang dimodelkan
tersebut kurang akurat apabila digunakan untuk menggambarkan geometri tubuh
manusia. Geometri tubuh manusia memiliki bentuk kompleks dan memiliki
organ-organ lain yang memiliki heterogenitas material penyusun.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
4
Oleh karena itu, diperlukan pendekatan geometri yang menyerupai tubuh
manusia, organ-organ di dalamnya dan termasuk komposisinya. Dalam penelitian
skripsi ini dibuat simulasi brachytherapy payudara untuk mengetahui pengaruh
dosis serapan pada jaringan payudara, paru-paru dan tulang dada menggunakan
metode Monte Carlo dengan piranti lunak MCNP5. Pembuatan simulasi
membutuhkan beberapa masukan yang meliputi geometri ORNL-MIRD yaitu
terdiri dari pembuatan surface, memasukkan material dan pembuatan cell yang
merupakan tahapan awal. Tahapan selanjutnya, dilakukan pendefinisian sumber
radioaktif yang digunakan yaitu,
103
Pd. Seed implant diasumsikan sebagai titik-
titik yang menyebar pada jaringan payudara. Selanjutnya dilakukan penentuan
variasi banyaknya dosis implant atau seed yang akan digunakan dalam penelitian.
Tahap terakhir yaitu pemilihan tally untuk energi deposisi per transformasi pada
masing-masing organ yang diteliti.
Metode simulasi ini memuat dosimetri tumor dengan geometri yang sesuai
yang telah dipaparkan oleh komisi MIRD (Medical International Radiation Dose
Committee) dan ORNL (Oak Ridge National Laboratory) yaitu ORNL-MIRD.
ORNL-MIRD merupakan simulasi phantom manusia yang terdiri dari dua bagian
utama tubuh yaitu badan dan kepala serta enam organ dalam yang terdiri dari
ginjal, hati, ovarium, pankreas, limpa, dan tyroid (Lazarine, 2006). Dengan
simulasi dan geometri ini diharapkan dosis serapan yang diserap oleh organ
payudara maupun paru-paru dapat diketahui secara lebih signifikan.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang ingin diselesaikan dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana mendesain file input model geometri phantom tubuh manusia
wanita Asia dewasa yang sesuai dengan ORNL-MIRD menggunakan Visual
Editor MCNP5?
2. Berapakah jumlah seed optimum
103
Pd sesuai hasil dari simulasi untuk
membunuh sel kanker payudara?
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
5
3. Bagaimanakah dosis serap pada organ payudara dibandingkan dengan organ
tulang dada dan paru-paru?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Membuat bentuk geometri phantom tubuh wanita Asia dewasa yang sesuai
dengan ORNL-MIRD dengan menggunakan software MCNP5.
2. Menentukan jumlah seed untuk mencapai dosis serapan optimum
3. Menghitung dosis serapan 103Pd pada organ payudara, tulang dada dan paruparu.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah penelitian ini antara lain:
1. Simulasi dilakukan dengan menggunakan MCNP5.
2. Wanita yang dibuat dalam simulasi ini ialah wanita Asia dewasa dengan
diameter payudara 17 cm.
3. Digunakan analogi dari metode PBSI.
4. Palladium-103 digunakan sebagai sumber radiasi brachytherapy memiliki
aktivitas 2,088 mCi atau 7,7256x107 Bq, dengan waktu paruh 16,9 hari dan
energi emisi-γ sebesar 0,021 MeV.
5. Digunakan variasi jumlah seed yang digunakan yaitu 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35,
40, 45, 50, 55, dan 60. Seed dianalogikan sebagai titik-titik yang tersebar
merata pada cell payudara.
6. Simulasi hanya dibuat untuk mengetahui dosis serapan pada payudara kiri,
tulang dada dan paru-paru kiri.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
6
1.5 Luaran yang Diharapkan
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah simulasi brachytherapy
payudara untuk menghitung dosis serapan pada payudara, tulang dada dan paruparu. Selanjutnya simulasi yang dibuat dapat digunakan untuk pengembangan
berikutnya misalnya pengaruh selain pada paru - paru yaitu pada jantung dan
tulang belakang atau jaringan lain di sekitar payudara. Hasil penelitian dapat
dipublikasikan dalam jurnal ilmiah. Dan skripsi ini dapat digunakan sebagai
panduan untuk pemula dalam menggunakan software MCNP5 terutama di Jurusan
Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret.
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan skripsi ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
BAB I
Pendahuluan
BAB II
Tinjauan Pustaka
BAB III
Metodologi Penelitian
BAB IV
Hasil dan Pembahasan
BAB V
Penutup
Pada Bab I dijelaskan mengenai latar belakang penelitian, perumusan
masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, luaran yang diharapkan, serta
sistematika penulisan skripsi. Bab II berisi dasar teori yang mendasari penelitian
yang dilakukan. Bab III berisi metode penelitian yang meliputi waktu, tempat dan
pelaksanaan penelitian, alat dan bahan yang diperlukan, serta langkah-langkah
kerja dalam penelitian. Bab IV berisi tentang hasil penelitian dan analisa yang
dibahas dengan acuan dasar teori yang berkaitan dengan penelitian. Terakhir, Bab
V berisi simpulan dari pembahasan di bab sebelumnya dan saran-saran untuk
pengembangan lebih lanjut dari skripsi ini.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Interaksi Foton dengan Materi
Foton adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang pendek seperti
sinar-X dan gamma (γ). Dari segi fisis interaksi foton dengan atom materi yaitu
efek fotolistrik, hamburan Compton dan produksi pasangan (Beiser, 1995). Ketiga
interaksi tersebut akan dijelaskan pada subbab berikutnya. Akan dijelaskan pula
dari segi biologi interaksi foton dengan jaringan dalam tubuh.
2.1.1. Efek Foto Listrik
Efek fotolistrik merupakan interaksi foton dengan elektron orbital terikat.
Hasil reaksi adalah foton akan menghilang dan elektron atomik terlempar sebagai
elektron bebas dan memiliki energi kinetik yang besarnya sama dengan selisih
antara energi foton datang dikurangi energi ikat elektron tersebut (Utari, 2004).
Elektron bebas akibat efek fotolistrik ini dinamakan fotoelektron (Beiser, 1995).
Fotoelektron ini memiliki tenaga kinetik yang besarnya ditunjukkan dalam
persamaan (2.1) di bawah ini
=ℎ
− ∅
(2.1)
Ek merupakan besarnya energi kinetik elektron, hv merupakan energi foton dan Ø
menyatakan fungsi kerja. Efek fotolistrik secara skematis dapat dilihat pada
Gambar 2.1.
commit to user
7
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
8
inti
=ℎ
=ℎ −∅
N
K
L
L
M
K
M
Gambar 2.1. Skema Efek Foto Listrik (Desi dan Munir, 2001)
Dari persamaan (2.1) di atas terlihat bahwa agar efek fotolistrik terjadi,
maka energi foton harus sekurang-kurangnya sama dengan energi ikat elektron
yang berinteraksi.
2.1.2. Efek Compton
Hamburan Compton merupakan interaksi antara foton dan elektron bebas
atau hampir bebas yaitu yang berada pada kulit terluar dari atom (Beiser, 1995).
Energi radiasi hanya sebagian saja diserap untuk mengeluarkan elektron dari atom
(foto-electron) sedangkan sisa energi akan terpancar sebagai “scattered
radiation” atau hamburan radiasi dengan energi yang lebih rendah daripada
energi semula. Efek Compton terjadi pada elektron-elektron yang terikat secara
lemah pada lapisan kulit terluar pada penyinaran dengan energi radiasi yang lebih
tinggi yaitu berkisar antara 200-1000 KeV (Gabriel, 1996).
=ℎ
LL
KK
=ℎ
M
M
N
inti
Gambar 2.2. Skema Hamburan Compton (Desi dan Munir, 2001)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
9
Dari gambar (2.2) di atas terlihat bahwa foton terhambur dengan sudut θ
sedangkan elektron akan bergerak membentuk sudut φ terhadap arah datang foton
mula-mula (Beiser, 1995). Hubungan antara foton gelombang datang (λ), foton
terhambur (λ’) dan arah hambur (θ) ditunjukkan dalam persamaan (2.2) :
−
=
(1 −
)
(2.2)
2.1.3. Produksi Pasangan
Produksi pasangan yaitu suatu proses pembentukan positron dan elektron
melalui energi radiasi dari sinar-γ yang melebihi 1,022 MeV yaitu energi diam
positron + elektron. Proses ini terjadi apabila radiasi-γ tinggi mendekati atau
memasuki medan listrik inti. Energi radiasi ini akan berubah menjadi elektron dan
positron. Ini sesuai dengan teori Einstein yang menyatakan bahwa energi ekivalen
dengan massa (Gabriel, 1996). Proses terjadinya positron dan elektron menjadi
dua sinar gamma masing-masing dengan energi 0,51 MeV disebut proses
annihilasi. Setelah kehilangan energi karena ionisasi sepanjang perjalanannya,
positron bisa bergabung dengan sebuah elektron dan lenyap bersama-sama dalam
bentuk energi γ.
elektron
Energi radiasi
>1,022 MeV
positron
inti
elektron
elektron
Gambar 2.3. Skema Produksi Pasangan (Widjaja Erie, 1970)
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
10
2.1.4. Interaksi Foton dengan Sel
Onkogen merupakan suatu gen yang menyebabkan sel normal bermutasi
menjadi sel tumor maligna. Sel normal dapat bermutasi menjadi onkogen karena
beberapa sebab antara lain, proses kongenital dimana sejak lahir sudah membawa
onkogen, bahan kimia karsinogenik yang masuk ke dalam tubuh dan bereaksi
dengan DNA pada kromosom. Kemudian juga, virus onkogen yang bila
memasuki sel normal akan berintegrasi dengan kromosom yang ada di dalam
nukleus lalu melakukan transkripsi serta radiasi kronik yang terus-menerus
mengenai sel-sel normal. Bila sel sudah berubah menjadi sel kanker, maka ia
memiliki kemampuan yang tidak dimiliki oleh sel-sel normal, seperti kemampuan
mitosis yang sangat cepat, kemampuan memproduksi enzim kolagenesis yang
menyebabkan sel kanker mampu melakukan metastasis, hematogen (pembentukan
sel-sel darah) ke jaringan sekitar, serta kemampuan sel kanker untuk melakukan
angiogenesis yakni membentuk neovaskularisasi yang menyebabkan benjolan
(tumor) menjadi kanker ganas yang menjalar di jaringan lain (Adrijono, 2003).
Suatu jaringan bila terkena radiasi pengion, akan menyerap energi radiasi
dan akan menimbulkan ionisasi atom-atom. Ionisasi tersebut dapat menimbulkan
perubahan kimia dan biokimia. Pada akhirnya proses ionisasi akan menimbulkan
kerusakan biologi. Kerusakan biologi sel yang terjadi itu dapat berupa kerusakan
kromosom, mutasi, perlambatan pembelahan sel dan kehilangan kemampuan
untuk berproduksi (Tjokronagoro, 2001).
Sudah diketahui bahwa radiasi pengion menghasilkan pancaran energi atau
partikel yang bila mengenai sebuah atom akan menyebabkan terpentalnya elektron
keluar dari orbit elektron tersebut. Pancaran energi dapat berupa gelombang
elektromagnetik , yang dapat berupa sinar gamma dan sinar-X.
Radiasi pengion bila mengenai sel kanker, akan menimbulkan ionisasi air
sehingga menjadi ion H+, ion OH- dan ion oksigen. Ion ini bersifat tidak stabil dan
berubah menjadi radikal H, radikal OH dan radikal oksigen. Radikal ini akan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
11
bereaksi dengan DNA dan menimbulkan kerusakan DNA dan akhirnya
menimbulkan kematian sel kanker. Menurut Kirk dan Ribbans (2004) dapat
terjadi :
1.
Reaksi ganda DNA pecah
2.
Perubahan cross-linkage dalam rantai DNA
3.
Perubahan basa yang menyebabkan degenerasi atau kematian sel
Kemampuan reparasi kerusakan pada sel-sel kanker lebih rendah daripada
sel-sel normal, sehingga akibat radiasi sel-sel kanker lebih banyak yang mati dan
yang tetap rusak dibandingkan dengan sel-sel nomal. Sel-sel yang masih bertahan
hidup akan mereparasi kerusakan DNA-nya sendiri-sendiri. Kemampuan reparasi
DNA sel normal lebih baik dan lebih cepat dibandingkan sel kanker. Keadaan ini
dipakai sebagai dasar untuk terapi menggunakan radiasi dari sumber radioaktif
pada kanker (Kirk dan Ribbans, 2004). Dijelaskan oleh Kumar (1996), ionisasi
mempunyai kekuatan untuk menghancurkan keutuhan sel dengan cara:
1. Merusak inti sel (nukleus).
2. Perubahan kimia yang dipicu oleh ionisasi radiasi.
2.2. 103Pd sebagai Radioaktif
Sumber radioaktif yang digunakan dalam penelitian ini ialah
103
Pd
merupakan pemancar radiasi-γ dengan energi 21 KeV dengan intensitas 63,9 %
(Awaludin, 2007). Anak luruh dari
103
Pd yaitu rhodium-103 (103Rh).
103
Pd
memiliki waktu paruh 16,9 hari dan dapat dibuat dengan metode aktivasi neutron
dengan sasaran
102
Pd. Iradiasi neutron ini menghasilkan radioisotop
103
Pd serta
memancarkan sinar-γ (Tanaka, 2006). Skema reaksi inti dalam pembentukan
radioisotop 103Pd dapat ditunjukkan seperti berikut,
102
Pd  1n  103 Pd  
(2.3)
Radiasi- γ energi rendah merupakan radiasi yang efektif untuk penanganan
terapi kanker internal. Dengan energy- γ rendah maka semua energi radiasi akan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
12
diserap oleh proses interaksi foton dengan materi, sehingga radiasi-γ yang lolos
masuk ke dalam jaringan sehat relatif kecil (Muhtarom, 2011).
Radioaktif
103
Pd juga memancarkan foto-auger yang sangat efektif
merusak DNA sel kanker. Spesifikasi data peluruhan dari
103
Pd yang dibuat oleh
komite MIRD dapat dilihat pada Lampiran 1. Setelah melewati beberapa
peristiwa interaksi, foton dari emisi transisi X-ray diserap oleh elektron lain pada
atom yang sama dalam cell payudara. Elektron tersebut tereksitasi akibat
fotolistrik internal. Proses perubahan X-ray menjadi fotoelektron disebut efek
Auger (Alonso dan Finn, 1969).
2.3. Dosimetri
Dosimetri radiasi dapat diartikan sebagai ilmu yang mempelajari berbagai
besaran dan satuan dosis radiasi, sedangkan pengertian dosis adalah kuantisasi
dari proses yang ditinjau sebagai akibat radiasi mengenai materi (Cember, 1983).
Sangat penting untuk dibedakan antara “dosis serap” dan “dosis”. Pada
pengertian “dosis” tidak memiliki arti khusus dalam dosimetri radionuklida.
Secara sederhana, “dosis” digunakan untuk menjelaskan aktivitas yang diatur
seperti pada “dosis serap”. Kebanyakan kasus pembedaan ini dapat dilakukan dari
konteks pemakaiannya (Sgouros, 2005). Dalam proteksi radiasi pengertian dosis
adalah jumlah radiasi yang terdapat dalam medan radiasi atau jumlah energi
radiasi yang diserap atau diterima oleh materi (Gondhowiardjo, 2003).
Sebelum perlakuan brachyteraphy dilakukan, oncologist, dosimetrist, dan
fisikawan medis akan melakukan Treatment Planning System (TPS) untuk
menentukan letak sel tumor, dosis yang diberikan, lama waku treatment dan
rencana perlakuan yang optimal (Muchtarom, 2011). Rencana ini bertujuan untuk
memberikan dosis yang tinggi pada sel tumor dan dosis yang seminimum
mungkin pada jaringan sehat di sekitar tumor tersebut. Untuk tiap radionuklida,
banyaknya peluruhan terdistribusi tak homogen yang menembus tiap satuan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
13
volume organ dapat dipastikan secara tepat, dan besarnya serapan dari tiap sumber
ke organ target dihitung oleh simulasi Monte Carlo.
2.3.1. Dosis Serapan
Dosis serap merupakan energi absorpsi yang menyebabkan ionisasi yang
secara primer bertanggung jawab untuk efek biologis dari radiasi (Adams, dkk.,
1997). Pada tahun 1975 International Commision on Radiological Unit (ICRU)
memakai Gray (Gy) sebagai dosis Satuan Internasional (SI). Pemakaian satuan Gy
ini untuk menghormati Harold Gray, ahli fisika kedokteran berkebangsaan Inggris
yang menemukan efek oksigen pada sel-sel yang diiradiasikan. Satu Gy adalah
dosis radiasi apa saja yang menyebabkan penyerapan energi 1 Joule pada 1 kg zat
penyerap, maka (Gabriel, 1996) :
1 Gy
= 1 J/kg
= 107 erg/kg
= 100 rad
Dosis serapan ( ) adalah frasa yang tepat untuk menjelaskan besaran yang
penting dalam dosimetri radionuklida dengan satuan Gy. Dosis serapan
merupakan energi (E) yang terserap oleh jaringan tubuh persatuan massa
(Sgouros, 2005), sehingga dirumuskan :
=
(2.4)
E merupakan banyaknya energi terdeposisi total yang dihasilkan oleh tiap
partikel dan m merupakan massa organ tubuh dalam satuan kg.
2.3.2. Bilangan Transformasi
Total bilangan transformasi ialah hasil perkalian dari aktivitas awal dari
suatu radioaktif dalam satuan becquerel dengan umur hidup radioaktif itu.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
14
Menurut Lazarine (2006) total bilangan transformasi (Us) dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan :
=
(2.5)
A0 merupakan aktivitas awal radionuklida, τ ialah umur hidup
radionuklida dan λ merupakan konstan peluruhan yang memiliki harga yang
berbeda untuk setiap radionuklida. Umur hidup (τ) berbeda dengan umur paro
(
) suatu radioisotop. Oleh Beiser (1995), umur hidup isotop memiliki
hubungan yang berkebalikan dengan konstan peluruhan (λ) yaitu,
=
=
(2.6)
,
Jika total bilangan transformasi dapat ditentukan, maka total dosis pada
organ dapat dihitung. Menurut Lazarine (2006) hasil energi deposisi (E) pada
suatu organ dengan satuan (MeV/Trans). Persamaan (2.4) dapat dituliskan
kembali dengan :
=
×
(2.7)
2.4. Brachytherapy Payudara
Kanker payudara (carcinoma mammae) yaitu suatu penyakit yang timbul
dari pertumbuhan tak terkendali dari sel epitel di kelenjar mammary. Seperti
penyakit kanker lainnya, terjadi karena proses pembelahan sel yang tidak
terkendali akibat terjadinya mutasi gen-gen tertentu yang meregulasi mekanisme
pembelahan dan pertumbuhan sel. Diawali dengan transformasi sel epitel
payudara dari normal menjadi hiperplasia, diikuti dengan kemunculan atipia
kemudian menjadi malignan. Sel-sel malignan terus berkembang dari karsinoma
non-invasif menjadi karsinoma invasif kemudian menjadi sel yang berpotensial
untuk bermetastasis (Rose dan Wynder, 1986).
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
15
Pada gambar 2.4.a. ditampilkan bagian anatomi dari jaringan payudara
sehat dan gambar 2.4.b. ditampilkan jaringan payudara yang sudah terdapat sel
kanker yang dikategorikan dalam kanker payudara stadium 1. Pada stadium 1
yaitu ukuran sel kanker tidak lebih dari 3 cm dan belum terdapat titik-titik infeksi
di saluran getah bening atau dikatakan sel kanker belum bermestatasis.
(a)
(b)
Gambar 2.4. (a) Jaringan Payudara Sehat, (b) Jaringan Payudara yang
Terkena Kanker Stadium I (American Society of Clinical Oncology, 2005)
Brachy berasal dari Bahasa Yunani “brachios” yang berarti dekat,
sehingga brachytherapy secara bahasa dapat diartikan sebagai terapi dari jarak
dekat. Istilah ini digunakan untuk terapi radiasi sehingga brachytherapy secara
istilah berarti terapi radiasi dengan mendekatkan sumber radiasi ke sumber
penyakit. Metode terapi ini sering dinamakan dengan terapi radiasi sumber
tertutup atau sealed source (Awaludin, 2007).
Penerapan metode ini perlu memperhatikan distribusi dosis radiasi pada
jarak yang pendek secara interstisial, intracavitary ataupun intravascular. Dengan
metode terapi seperti ini, ketinggian dosis radiasi dapat diatur secara lokal pada
tumor dengan kecepatan dosis menyebar pada jaringan normal di sekitarnya
(Robinson, 2006). Brachytherapy dapat digunakan dengan tujuan untuk
menyembuhkan kanker stadium awal.
Interstitial brachytherapy adalah salah satu tehnik brachytherapy dengan
cara memasukkan sumber radiasi ke dalam jaringan kanker. Tentu saja dalam
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
16
melakukan implantasi pada organ menggunakan aplikator jarum atau kateter.
(Awaludin, 2007). Intracavitari brachytherapy merupakan kontak terapi radiasi
dimana diberikan radiasi dengan memasukkan aplikator melalui lumen (rongga
tubuh) yang kemudian akan diisi dengan sumber radioaktif misalnya
192
Ir.
(Gondhowiardjo, 2003).
Mammosite High Dose Rate Brachytherapy System (MHDR) adalah salah
satu tehnik intracavitary brachytherapy. Pasien untuk perawatan ini terlebih
dahulu menjalani operasi pengangkatan jaringan kanker (lumpectomy). Tahap
selanjutnya yaitu memasukkan balon kateter ke dalam ruang lumpectomy yang
berisi
192
Ir. Penggunaan metode ini hanya terbatas untuk pasien yang sudah
diangkat jaringan kankernya dan tidak bisa digunakan untuk kanker dalam
stadium awal.
Kendala yang dihadapi dengan metode MHDR dapat diatasi dengan
menggunakan tehnik interstitial brachytherapy, yaitu penanaman seed ke dalam
kateter berupa jarum yang sudah berisi sumber radioaktif. Salah satu metode dari
tehnik tersebut dikenal dengan sebutan Permanent Breast Seed Implant (PBSI)
(Pignol,2007). Sumber radioaktif yang biasa digunakan antara lain,
103
Pd dan
125
I
(Jansen, 2007). Mekanisme penanaman seed ke dalam payudara dapat dilihat pada
gambar 2.5.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
17
4
Gambar 2.5. Proses Penanaman Seed Implant
103
Pd (Jansen, 2007)
Keterangan dari gambar 2.5 adalah :
a. Pada gambar ini dijelaskan beberapa peralatan utama dalam melakukan
terapi ini, yaitu:
1.
Gantry armrest yang berfungsi untuk meletakkan lengan pasien.
2.
Green table plate yang berada di bawah tubuh pasien. Berfungsi
untuk menyimpan peralatan pendukung dari terapi ini, seperti
kabel penghubung dengan CT-Scan dan tali pengikat yang
berfungsi untuk meminimalisasi gerakan tubuh pasien saat terapi.
3.
Thermoplastic sheet yang tersimpan di dalam green table plate.
Alat ini berfungsi sebagai penunjuk jarum seed yang akan
ditanam dalam payudara. Garis hitam merupakan pusat dan axis
dari lokasi terapi. Garis merah merupakan daerah hitung dan
tempat dimana beberapa seed akan ditanam. Alat ini tidak akan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
18
berfungsi jika tidak dilengkapi dengan needle guiding positioned
(b.4).
b. Setelah pasien sudah mendapatkan posisi terapi yang nyaman maka
langkah selanjutnya harus memastikan posisi pasien aman yatiu dengan
memeriksa needle guiding positioned dan thermoplastic sheet sudah
melekat sempurna pada payudara.
c. Proses penanaman seed dibantu dengan CT-scan agar posisi seed berada di
wilayah yang dikehendaki.
d. Akhir dari tahapan terapi, yang mana jarum sudah ditanam dalam jaringan
payudara.
Proses perawatan ini memerlukan waktu ±60 menit (Pignol, 2007).
Tentunya tidak dilakukan 1 kali perawatan, tetapi dilakukan sesuai tingkat
kerusakan payudara akibat sel kanker. Dalam penanaman seed akan dipandu
dengan menggunakan CT-Scan dan USG. Dosis yang biasanya diberikan yaitu 90
Gy (Jansen, 2007). Pemberian dosis pada payudara dipantau supaya laju dosis
peluruhan seed kurang dari 2,50 cGy/menit dengan periode treatment sekitar 60
hari. Laju dosis awal yang diberikan sebesar 3,33 cGy/menit dan kemudian
dilakukan dengan kontrol laju dosis kurang dari 2,50 cGy/menit hingga
didapatkan total dosis adalah 90 Gy (Pignol, 2009).
Keuntungan brachytherapy dibandingkan radiasi sinar eksternal atau
radiotherapy antara lain :
1. Radiasi umumnya dibatasi oleh dosis implant, sehingga dosis yang
besar dapat dihantarkan ke sel tumor dengan dosis yang lebih rendah
mengenai jaringan normal, sehingga kontrol lokal tumor lebih baik
dan komplikasi lebih sedikit.
2. Secara umum brachytherapy dihantarkan secara berkelanjutan pada
dosis rendah, sehingga secara teori ini lebih efektif daripada
radiotherapy yang sesaat dengan dosis tinggi.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
19
Implant brachytherapy hanya efektif jika seluruh bagian tumor terlihat.
Tumor haruslah bisa diakses dan batasnya cukuplah jelas. Tumor yang besar dan
batasnya tidak terlihat biasanya tidak dilakukan brachytherapy karena sulit untuk
mencapai bagian tepi dari tumor (Baylay, 2007).
Penerapan tehnik brachyterapy dapat mengatasi
keemahan pada
radiotherapy yang tidak focus terhadap sasaran yang beresiko tekena jaringan
sehat di sekitarnya. Oleh karena itu, diperlukan perkiraan efek biologis secara
kuantitatif saat akan dilakukan brachytheraphy pada pasien sebelum ekseskusi
dilakukan. Tidak seperti treatment lainnya, efek biologis dari terapi radionuklida
dapat didefinisikan secara tepat dari segi besaran fisis, yaitu dosis serapan yang
merupakan energi yang diserap oleh jaringan tiap satuan massa.
2.5. MCNP5
2.5.1. Sejarah Metode Monte Carlo
Ide pertama metode ini dicetuskan oleh Enrico Fermi di tahun 1930an.
Pada saat itu para fisikawan di Laboratorium Sains Los Alamos sedang
memeriksa perlindungan radiasi dan jarak yang akan ditempuh neutron melalui
beberapa macam material. Namun, data yang didapatkan tidak dapat membantu
untuk memecahkan masalah yang ingin mereka selesaikan karena ternyata
masalah tersebut tidak bisa diselesaikan dengan penghitungan analitik. Lalu John
von Neumann dan Stanislaw Ulam memberikan ide untuk memecahkan masalah
dengan memodelkan eksperimen di komputer. Metode tersebut dilakukan secara
untung-untungan, metode tersebut diberi kode nama Monte Carlo. Nama Monte
Carlo kemudian akhirnya menjadi populer oleh Enrico Fermi, Stanislaw Ulam,
dan rekan-rekan mereka sesama peneliti fisika. Nama Monte Carlo merujuk
kepada sebuah kota kasino terkenal di Monaco. Di sanalah paman Stanislaw Ulam
sering meminjam uang untuk berjudi. Kegunaan dari ketidakteraturan dan proses
yang berulang memiliki kesamaan dengan aktivitas di kasino. Hal yang berbeda
dari simulasi Monte Carlo adalah membalikkan bentuk simulasi yang umum.
Metode ini akan mencari kemungkinan terlebih dahulu sebelum memahami
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
20
permasalahan yang ada. Sementara umumnya menggunakan simulasi untuk
menguji masalah yang sebelumnya telah dipahami (Nadinastiti, 2010).
Penggunaan metode paling awal diketahui digunakan oleh Enrico Fermi di
tahun 1930. Pada waktu itu beliau menggunakan metode acak untuk menghitung
sifat dari neutron yang baru ditemukan. Baru setelah komputer pertama
diperkenalkan sekitar tahun 1945 metode Monte Carlo mulai dipelajari lebih
lanjut. Metode ini telah digunakan di bidang fisika, kimia fisika, dan lain-lain.
Rand Corporation dan U.S. Air Force merupakan sponsor utama dalam
pengembangan metode Monte Carlo pada waktu itu dan metode ini semakin
berkembang di berbagai bidang (Rohmah, 2009).
2.5.2. MCNP
Dari segi bahasa, MCNP kepanjangan dari Monte Carlo N-Particle.
Sedangkan pengertiannya ialah suatu kode simulasi komputer transport partikel
dengan kemampuan tiga dimensi menggunakan metode statisik. Hal ini berlainan
dengan metode transport yang bersifat deterministik. Dalam metode deterministik,
cara yang paling umum diterapkan adalah metode ordinat diskret untuk
menyelesaikan persamaan transport partikel rata-rata. Metode Monte Carlo tidak
memecahkan persamaan yang eksplisit tetapi mencari penyelesaian dengan cara
mensimulasikan partikel-partikel secara individual serta mencatat beberapa aspek
(disebut tally atau cacah) dari perilaku pertikel tersebut (X-5 Monte Carlo Team,
2003). MCNP5 merupakan salah satu versi MCNP yang diaplikasikan untuk
membuat simulasi interaksi partikel tidak bermuatan listrik yaitu neutron dan
foton (X-5 Monte Carlo Team, 2003).
MCNP mengikuti kejadian partikel yang sebenarnya dari partikel hidup
ketika dilepaskan dari sumbernya sampai partikel mati (karena lepas, terserap, dan
sebagainya) sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.6. Metode ini menggunakan
probabilitas distribusi sampel secara acak menggunakan data transport untuk
menggambarkan perjalanan partikel.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
21
5
Foton
datang
1
2
4
4
2
e+
3
1
e-
Materi
Gambar 2.6. Perjalanan Random Sebuah Foton Datang Mengenai Material
Gambar 2.6. menunjukkan perjalanan acak foton yang datang melewati
material. Pada dasarnya semua kemungkinan perjalanan partikel dihitung oleh
MCNP. Pada contoh ini, tumbukan foton kemungkinan terjadi pada titik 1. Foton
dihamburkan pada kemungkinan arah yang ditunjukkan, yang dipilih secara acak
dari distribusi hamburan. Foton yang mungkin dihasilkan, untuk sementara
disimpan untuk analisis berikutnya. Pada kondisi 1 terjadi hamburan Compton
yang menghasilkan dua kemungkinan peristiwa yaitu satu foton keluar dari sistem
pada posisi 5 atau satu foton terhambur. Foton hasil efek Compton yang pertama
menghasilkan pasangan elektron dan positron pada tempat 3 serta hamburan
foton. Setelah foton mengalami hamburan berkali-kali, pada tumbukan foton dan
materi akan menghasilkan efek fotolistrik sehingga tenaga foton habis dan foton
hilang pada keadaan 4. Foton yang disimpan tadi, sekarang kembali dan dengan
sampling acak, keluar dari luasan material pada keadaan 2 hingga mengalami
kedaan 4 dan 5.
User atau pengguna membuat suatu input file yang kemudian dibaca oleh
MCNP. File ini mengandung informasi tentang permasalahan dalam suatu area,
seperti detil geometri, deskripsi material dan pemilihan tampang lintang, letak dan
jenis sumber neutron dan foton, kemudian jenis tally yang digunakan dan tehnik
untuk meningkatkan efisiensi. File input dibuat menggunakan Visual Editor
(Vised). Pada subbab berikutnya akan dibahas tentang Vised.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
22
2.5.3. Visual Editor (Vised)
Vised ditulis untuk membantu pengguna dalam menciptakan file input
MCNP menggunakan menu button (Carter dan Schwar, 2003). Tersedia pilihan
menu button yang memungkinkan memasukkan informasi secara cepat dan dapat
memvisualisasi bentuk geometrinya. Vised memunginkan pengguna untuk dengan
mudah mengatur dan mengubah tampilan geometri. Hasil pemodelan dapat dilihat
pada jendela Vised. Untuk cara installasi program dapat dilihat pada Lampiran 2.
Tampilan awal ketika membuka MCNP Vised ditunjukkan dalam gambar 2.7.
Vised terdiri dari beberapa menu utama yaitu file, input, update plot, surface, cell,
data, run, particle display, tally plots, cross section plots, 3D view, read again,
back up, view dan help. Fungsi menu dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Gambar 2.7. Start-up Konfigurasi Vised
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
23
Tabel 2.1 Menu Utama pada Vised
Menu Option
Deskripsi
File
Digunakan untuk membuka dan menyimpan file. File-> New View
digunakan untuk membuka tambahan plot window ke dalam
geometri.
Input
Digunakan untuk membawa sebuah editor teks sederhana yang
berisi isi lengkap input file.
Input file dapat diedit manual dengan tangan di jendela ini.
Update Plots
Update kedua plot jendela.
Surface
Memunculkan window surface untuk membuat, memindai atau
memodifikasi surface.
Cell
Memunculkan window cell untuk membuat, memindai atau
memodifikasi cell.
Data
Menu untuk kartu data umum: material, importants, dan
transformasi.
Run
Mengaktifkan MCNP untuk menjalankan file input.
Particle Display
Memunculkan
source
window
yang
memungkinkan
untuk
menampilkan titik sumber dan lintasan partikel yang di plotting.
Tally Plot
Menghitung plotting dari runtpe atau mctal file. Kemampuan ini,
sama ketika meminta MCPLOT (mcnp inp=filename z options).
Cross Section Plots
Memungkinkan plotting dari penampang MCNP. Kemampuan ini,
sama ketika meminta MCPLOT (mcnp inp=filename ixz options).
3D View
Memungkinkan render tampilan 3D geometri atau gambar
radiografi.
Read_again
Memperbarui plot setelah file yang dibaca di telah dimodifikasi
oleh editor teks eksternal.
Backup
Membuat file cadangan yang secara berurutan meningkat (inpn1,
inpn2, dan seterusnya).
View
Memilih plot window yang aktif
Help
Menunjukkan nomor versi.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
24
2.5.4. Tally MCNP
Pemilihan tally digunakan untuk menentukan jenis hasil keluaran yang
diharapkan dari MCNP5. Informasi yang diinginkan dapat diperoleh dari satu atau
lebih kartu tally. Banyak spesifikasi kartu tally yang menggambarkan tally “bins”.
Tally didefinisikan dengan tipe tally dan tipe partikel yang menyertainya.
Informasi dalam tally selalu terkait dengan kartu data sebelumnya, termasuk pada
jenis partikel yang digunakan. Untuk mendapatkan hasil tally saja cukup
menggunakan tally Fn. Tally pada MCNP5 meliputi tally nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
dan 8 atau kelipatan dengan nomor akhir yang sama dengan tally yang dipilih.
Masing-msing tally memiliki tujuan kalkulasi numerik yang berbeda-beda. Jenis
tally Fn yang disediakan oleh MCNP5 sebagaimana dituliskan pada Tabel 2.1.
berikut ini:
Tabel 2.2. Jenis Tally Fn dan Modifikasi Tally (X-5 Monte Carlo Team, 2003)
Tally
F1
F2
F4
F5
F6
F7
F8
Mode
partikel
:N, :P, :E
:N, :P, :E
:N, :P, :E
Deskripsi
Arus permukaan
Fluks permukaan
Panjang lintasan yang
diperkirakan
berdasarkan fluks
:N, :P
Fluks dari sumber
titik atau cincin
detector
:N,
:P, Panjang lintasan yang
:N,P
diperkirakan
berdasarkan energi
deposisi
:N
Panjang lintasan yang
diperkirakan
berdasarkan deposisi
energi fisi
:N, :P, :E, Pulsa tally tinggi
:P,E
Units
Partikel
Partikel/cm2
Partikel/cm2
Modifikasi
Units
tally
*F1
MeV
*F2
MeV/cm2
*F4
MeV/cm2
Partikel/cm2
*F5
MeV/cm2
MeV/g
*F6
Jerks/g
Mev/g
*F7
Jerks/g
Pulsa
*F8
+F8
MeV
Muatan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu Penelitian
Waktu penelitian
enelitian dilakukan selama semester Februari – Juli 2011.
3.2. Alat dan Bahan
1. Piranti Keras
Seperangkat Personal Computer
C
dengan:
Sistem Operasi
: Microsoft Windows 7 Starter 32-bit
bit (6.1 build 7600)
Processor
: Intel® Atom™ CPU N470 @1,83 GHz (2 CPUs),˜1,8GHz
Memory
: 1024 MB RAM
Berikut tampilan rincian dari piranti yang digunakan:
digunakan
Gambar 3.1 Rincian Piranti Keras yang Digunakan dalam
m Penelitian
commit to user
25
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
26
2. Piranti Lunak
Software MCNP5© , Microsoft Office Word© 2007 dan Microsoft Office Excel©
2007.
3. Data
 Bahan dan densitas material untuk pemodelan phantom ORNL-MIRD versi
1996.
 Input model phantom ORNL-MIRD.
3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi
Prosedur pembuatan simulasi meliputi tiga tahap yaitu, pembuatan geometri
phantom model ORNL-MIRD versi 1996, mendefinisikan sumber radiasi serta posisi
sumber radiasi, dan pemilihan tally pada *F8 supaya mendapatkan hasil berupa
distribusi energi dalam satuan MeV. Ketiga tahap tersebut akan dibahas lebih lanjut
pada subbab berikutnya. Langkah-langkah dalam pembuatan input meliputi :
1. Pembuatan surface dan ukuran surface. Surface merupakan suatu batasan
yang mengelilingi suatu cell. Suatu surface harus memiliki bentuk, ukuran
dan posisi.
2. Pembuatan input material yang berisi informasi densitas material dan
isotop yang digunakan.
3. Pembuatan cell dan ukuran cell. Cell merupakan suatu ruang atau bentuk
tertutup yang dibatasi oleh satu atau lebih surface. Dalam pembuatan
suatu cell diperlukan juga definisi material dan densitas dari cell tersebut.
4. Pemilihan mode partikel yang digunakan, dalam simulasi ini digunakan
mode partikel yang dideteksi adalah foton (P) dan elektron (E).
5. Pembuatan data transformasi.
6. Pendefinisian sumber radioaktif termasuk posisi seed di dalam payudara.
7. Pemilihan tally.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
27
3.3.1. Model Geometri Phantom
Geometri dan definisi material yang digunakan dalam pemodelan phantom
ORNL-MIRD sangatlah penting dalam simulasi brachytherapy payudara. Dalam
pembuatan geometri selalu dibutuhkan data input yang diperlukan meliputi densitas,
material penyusun, bentuk dan ukuran surface serta cell.
Geometri phantom terdiri dari tiga bagian utama yaitu,
1. Sebuah silinder ellips untuk menunjukan badan dan lengan, pada
bagian tubuh atas tertempel setengah lingkaran yaitu payudara.
2. Dua buah lingkaran kerucut yang terpotong ujungnya menggambarkan
anggota gerak kaki.
3. Sebuah silinder melingkar yang diletakkan pada batas setengah
silinder ellips menggambarkan leher dan kepala.
Ukuran diameter payudara normal wanita dewasa di Amerika adalah ±22 cm
(Jansen, 2007). Ukuran diameter payudara normal wanita dewasa Asia adalah 16-22
cm dengan massa 200 gram (scribd.com/perawatan-payudara). Dalam simulasi ini,
ukuan diameter payudara yang dipilih yaitu 17 cm. Pemodelan payudara pada
khususnya hanya dibuat berupa cell bergeometri half sphere dengan jari-jari 8,5 cm,
densitas 1,04 g/cm3 dan tertempel pada tulang dada pada posisi (x,y,z). Komposisi
penyusun payudara sama dengan komposisi jaringan lunak dengan volume 347 cc.
Data organ, densitas tiap cell organ dan volume sebagaimana dituliskan pada
Lampiran 4 (Lazarine, 2006). Komposisi dasar dan total densitas organ tubuh untuk
model phantom ORNL-MIRD dibuat oleh Eckerman (2002) dituliskan pada Tabel
3.1.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
28
Tabel 3.1. Komposisi Dasar dan Densitas Organ Tubuh Model Phantom ORNLMIRD (Eckerman, 2002)
Komponen
H
C
N
O
F
Na
Mg
Si
P
S
Cl
K
Ca
Fe
Zn
Rb
Sr
Zr
Pb
Densitas
Jaringan lunak
10,454
22,663
2,490
63,525
0
0,112
0,013
0,030
0,134
0,204
0,133
0,208
0,024
0,005
0,003
0,001
0
0,001
0
,
g/cm3
Persen massa
Tulang
7,337
25,475
3,057
47,893
0,025
0,326
0,112
0,002
5,095
0,173
0,143
0,153
10,190
0,008
0,005
0,002
0,003
0
0,001
,
g/cm3
Paru-paru
10,134
10,238
2,866
75,752
0
0,184
0,007
0,006
0,080
0,225
0,266
0,194
0,009
0,037
0,001
0,001
0
0
0
,
g/cm3
3.3.2. Model Sumber Radiasi
Definisi sumber diperlukan untuk mensimulasikan perjalanan partikel. Dalam
simulasi ini sumber radiasi dimodelkan dalam bentuk titik-titik (seeds) yang
ditanamkan di dalam payudara. Definisi sumber yang diperlukan sebagai inputan
MCNP5 adalah jenis partikel yang dipancarkan, energi dan kelimpahan partikel, arah
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
29
berkas partikel, dan geometri yang berupa posisi dan bentuk sumber radioaktif.
Sumber radiasi yang digunakan dalam pemodelan ini diperlihatkan dalam Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Data Sumber Radiasi untuk Input MCNP5
Sumber
Keterangan
103
Nuklida
Bentuk
Banyaknya seed
Energi 103Pd
Jenis partikel
Penempatan sumber
Pd
Titik
5 ; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55
dan 60.
0,021 MeV
Foton dan elektron
Di dalam payudara yaitu cell no. 65
Dalam kalkulasi dosis serapan diperlukan pula nilai aktifitas awal dan waktu
paruh dari radioaktif 103Pd, masing-masing nilainya 2,088
dan 16,9 hari.
3.3.3. Model Pulsa Distribusi Energi
Selanjutnya yang harus dilakukan dalam pembuatan simulasi ini ialah
pemilihan tally. Seperti yang sudah dijelaskan dalam bab sebelumnya bahwa perlu
digunakan tally yang sesuai dengan hasil yang diinginkan. Dipilihlah tally F8, yang
akan memberikan pulsa distribusi energi yang didapatkan dari tangkapan radiasi oleh
detektor. Tally F8 disebut juga tally pulsa tinggi. Kartu F8 digunakan untuk
memasukan data cell. Gabungan tally menghasilkan jumlahan tally dan bukan nilai
rata-ratanya. Energi bin dalam tally akan mengakumulasikan energi yang ditampung
pada sebuah cell oleh keseluruhan jalur yang dilewati seluruh foton. Foton dan
elektron pada tally F8 dapat dilakukan tally secara bersamaan sesuai keinginan.
Namun dapat juga hanya digunakan :E atau :P saja pada tally F8. Tanda asterisk (*)
pada F8 mengubah nilai tally dari tally pulsa tinggi dengan satuan “pulse” ke tally
deposisi energi tiap satuan muatan elektron dengan satuan “MeV”.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
30
3.3.4. Prosedur Pembuatan File Input dan Pengolahan Data
File input (listing program) yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat
pada Lampiran 5. Langkah pembuatan input diawali dengan pembuatan surface card
atau kartu permukaan, yang merupakan tampilan permukaan dari geometri model. Isi
dari kartu surface adalah jenis surface dan dimensinya. Di bawah surface cards
dilanjutkan dengan cell card yang didalamnya berisi spesifikasi ruang antar surface
yang meliputi densitas material, definisi material, dan nama tiap cell. Di bawah cell
card terdapat transformation card, kemudian didefinisikan sumber radiasi yang
digunakan dan dilanjutkan dengan perintah pemilihan tally. Penjelasan dari tiap
masukkan di atas akan dijelaskan pada Lampiran 3.
Selanjutnya sesudah proses masukkan input maka yang harus dilakukan ialah
proses running. Lama waktu running program harus ditentukan. Running time dapat
ditentukan dengan input berupa CTME ataupun NPS. CTME (Computer Time Cutoff
Card) akan menghentikan running berdasarkan menit yang diinputkan. NPS (History
Cutoff Card) akan menghentikan running saat jumlah riwayat hidup partikel sesuai
dengan yang diinputkan. Pada simulasi ini running time dihentikan dengan
menggunakan NPS card. NPS yang digunakan adalah 1.000.000. NPS akan
menetapkan secara spesifik jumlah partikel yang hidup tepat pada jumlah 1.000.000
dan perjalanan foton dan elektron berakhir.
Output perhitungan MCNP disimpan dalam file bernama mctal, sedangkan
hasil running berupa kejadian-kejadian yang terjadi termasuk interaksi partikel
dengan material tersimpan dalam file outq. Contoh isi file mctal dapat dilihat pada
Lampiran 6. Mctal berisi tentang energi deposisi per transformasi dari hasil eksekusi
simulasi. Selain itu terdapat pula nilai relative error dan tally fluctuation chart (tfc).
TFC merupakan bin beberapa fluktuasi tally.
Variasi dari simulasi yang dibuat adalah jumlah seed yang digunakan. Posisi
seed dipilih secara sembarang posisi dengan ketentuan seed masih berada pada cell
payudara yaitu:
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
31
Batas kanan kiri (x)
: 8,63 ± 8,5 cm
Batas depan belakang (y)
: tidak boleh ≤ -7,480 cm
Batas atas (z)
: 46,87 ± 8,5 cm
Setiap perubahan variasi seed selanjutnya dihitung dosis serapan pada ketiga
organ yaitu payudara kiri, tulang dada dan paru-paru kiri. Luaran yang berupa energi
deposisi per transformasi ( ) tersebut masih harus diolah lagi untuk mendapatkan
nilai dosis serap. Luaran energi deposisi per transformasi tersebut masih dalam satuan
MeV/Trans dan harus dikonversi ke satuan Joule/Trans.
Infomasi yang didapat dari ORNL-MIRD yang dibuat sudah disertai dengan
volume organ dan densitas, maka massa tiap organ dapat diketahui dengan persamaan
(3.1) berikut,
=
Dimana,
→
=
×
(3.1)
ρ = densitas organ (gr/cc)
m = massa organ (gr)
V = volume organ (gr)
Sehingga nilai dosis serapan dapat dihitung menggunakan persamaan (2.4).
Satuan yang didapat dari perhitungan tersebut dalam Gray/Trans. Agar didapat nilai
dosis serap dalam satuan Gray maka harus dikalikan dengan bilangan transformasi.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
32
MCNP Quickstar
(Memahami kode MCNP dan komputer telah terinstallasi program MCNP)
Buat input file pada Vised
Membuat geometri ORNL-MIRD adult female phantom dan payudara,
meliputi :
1. Membuat Surface
2. Mendefinisikan material Cell
3. Membuat Cell
Tentukan sumber radioaktif 103Pd sinar-γ yang digunakan, serta
variasi jumlah seed 103Pd
(variasi seed dari 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 dan 60 buah)
Kalkulasi dosis serapan tiap partikel pada variasi seed yang dipilih
(merupakan proses running)
Baca File Mctal
Pengolahan data dan analisa
Kesimpulan
Gambar 3.2. Diagram Alur Kerja Penelitian
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
33
Buat Surface
Trnsformation
Definisi Material berupa densitas dan isotope
Buat Cell
Definisi Sumber Radioaktif
Variasi seed : 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 dan 60 seed
Definisi Sumber Radioaktif
Energi deposisi
Energi deposisi
Energi deposisi
payudara kiri
paru-paru kiri
tulang dada
Output dan Mctal
Pengolahan data dosis serapan dan pembuatan grafik
Gambar 3.3. Diagram Alur Prosedur Pengoperasian Simulasi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Telah berhasil dieksekusi simulasi untuk menentukan nilai dosis serap dari
nuklida
103
Pd pada penanganan brachytherapy payudara. Nilai dosis serap yang
didapatkan tidak hanya pada organ payudara saja, tetapi juga dilakukan
penghitungan dosis serap pada organ paru-paru dan tulang dada sebagai nilai
pembanding. Dalam penelitian ini, organ payudara yang dipilih adalah organ
payudara bagian kiri, sehingga paru-paru dan tulang dada yang diteliti juga bagian
kiri. Organ paru-paru dan tulang dada dipilih karena posisinya yang berada
dibawah atau melekat pada organ payudara.
4.1. Geometri Phantom Model ORN-MIRD
Listing input geometri phantom ORNL-MIRD dibuat oleh Oak Ridge
National Laboratory (ORNL) dengan analisis matematis dosis oleh komite
MIRD. Sebagaimana hasil running vised ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan
Gambar 4.2. Terlihat dari gambar 4.1 bahwa hasil geometri memiliki perbedaan
warna yang tampak, hal tersebut disebabkan karena perbedaan densitas material
penyusun cell yang digunakan. Warna merah menunjukkan dunia luar, warna
kuning menunjukkan jaringan paru-paru, kemudian warna biru menunjukkan
jaringan lunak dan warna hijau menunjukkan jaringan tulang. Gambar 4.2
menunjukkan bagian organ payudara yang dibuat dalam cell berbentuk half
spherical. Angka-angka yang tampak dalam gambar menunjukkan nomor cell dari
geometri tersebut. Nomor cell 65 merupakan cell payudara dan nomor cell 29
adalah cell tulang dada. Untuk nomor cell 9 yang menunjukkan cell paru-paru
kiri tidak tampak dalam posisi tampak samping cell 9 akan tampak dari posisi
geometri tampak depan. Untuk nomor cell lain dapat dilihat pada lampiran 5.
commit to user
34
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
35
Gambar 4.1.
4 Tampilan Geometri ORNL-MIRD
Gambar 4.2. Geometri Payudara (Cell
(
no.65) Tampak Samping Kiri
Setelah proses running, file output yang berisi informasi kejadian
kejadian-kejadian
eksekusi disimpan dalam file outq. Beberapa hasil interaksi yang terjadi antara
foton
103
Pd dengan materi pada cell payudara. Tabel 4.1 menjelaskan
an interaksi
foton yang terjadi saat proses running.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
36
Tabel 4.1. Energi Interaksi Foton yang Dilepaskan Ketika Terjadi
dalam Cell Payudara (Hasil Running 30 Seed)
Interaksi Foton
Energi (MeV)
1,9289 × 10
Foton Keluar (Escape)
1,8625 × 10
Hamburan Compton
4,401 × 10
Bremsstrahlung
Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa interaksi foton yang terjadi pada cell
payudara adalah Foton keluar, Compton Scatter dan Bremsstrahlung. Terjadi
peristiwa foton hilang dari cell payudara yaitu foton keluar dari sistem, seperti
yang telah dijelaskan dalam BAB II, Gambar 2.6. Pada peristiwa hamburan
Compton terjadi pelepasan energi sebesar 1,8625 × 10-4 MeV, sedangkan pada
peristiwa Bremsstrahlung terjadi pelepasan energi sebesar 4,401 × 10-6 MeV.
Terlihat bahwa energi pada hamburan Compton lebih besar dibandingkan energi
pelepasan Bremsstrahlung. Peristiwa hamburan ini memiliki arti penting dalam
matinya jaringan atau sel abnormal, elektron Compton tersebut melepaskan energi
kinetiknya dan merupakan salah satu dari partikel-partikel penyebab ionisasi yang
utama yang dihasilkan oleh radiasi-γ (Cember, 1983). Ionisasi tersebut yang
nantinya akan menyebabkan matinya sel kanker, mekanisme matinya sel dapat
dilihat pada subbab berikutnya. Bremsstrahlung adalah sinar-X yang terpancar
bilamana partikel-partikel dengan laju tinggi mengalami suatu percepatan yang
cepat. Bilamana suatu partikel melintas dekat dengan inti atom, maka gaya tarik
Coulomb yang kuat menyebabkan partikel menyimpang tajam dari lintasan
awalnya. Perubahan arah yang disebabkan oleh percepatan radial berarti bahwa
foton-foton bremsstrahlung memiliki suatu distribusi energi yang kontinu
(Cember, 1983). Energi kontinu ini yang akan berperan dalam menghancurkan
nukleus sel kanker.
Interaksi foton yang terjadi juga menghasilkan interaksi electron dalam
cell payudara. Sehingga interaksi
elektron juga dicatat dalam simulasi ini.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
37
Interaksi elektron yang dihasilkan dari ionisasi
103
Pd dengan material cell dapat
dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2. Energi Interaksi Elektron dari Hasil Interaksi Foton yang
Dilepaskan Ketika Terjadi dalam Cell Payudara (Hasil Running 30 Seed)
Interaksi Elektron
Energi (MeV)
1,8717 × 10
Photo-Electric
1,0406 × 10
Photon auger
Interaksi elektron dengan materi menghasilkan photon-auger dengan
energi sebesar 1,0406 × 10-4 MeV. Telah dipaparkan bahwa
103
Pd juga
menghasilkan fotoauger yang dapat memutuskan ikatan kromosom (Ikawati,
2010). Sedangkan energi hasil interaksi Photo-Electric lebih besar, yaitu 1,8717
× 10-2 MeV. Sehingga peristiwa efek fotolistriklah yang lebih bermanfaat dalam
proses matinya sel kanker, dimana hasil ionisasi dari peristiwa EFL dapat bereaksi
dengan dengan DNA sehingga menimbulkan kerusakan DNA dan akhirnya
menimbulkan kematian sel kanker (Tjokronagoro, 2001). Pengaruh radiasi dalam
mekanisme matinya sel kanker akan dijelaskan pada subbab berikutnya.
4.2. Pengaruh Radiasi Pengion dalam Proses Matinya Sel Kanker
Pada dasarnya suatu jaringan bila terkena radiasi, akan menyerap energi
radiasi dan akan menimbulkan ionisasi atom-atom. Ionisasi tersebut dapat
menimbulkan perubahan kimia dan biokimia yang pada akhirnya akan
menimbulkan kerusakan biologi. Kerusakan sel yang terjadi itu dapat berupa
kerusakan kromosom, mutasi, perlambatan pembelahan sel dan kehilangan
kemampuan untuk berproduksi (Tjokronagoro, 2001).
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
38
Reaksi yang terjadi antara radiasi pengion dengan sel kanker bisa berupa
reaksi langsung dan reaksi tak langsung. Reaksi langsung atau reaksi direk adalah
interaksi yang terjadi antara radiasi pengion dengan sel kanker, dalam hal ini
interaksi langsung antara radiasi pengion dengan DNA di dalam kromosom pada
inti. Atom – atom yang menyusun molekul pada DNA, mengalami ionisasi,
akibatnya DNA kehilangan fungsi-fungsinya sehingga sel-sel kanker mengalami
penghentian dalam proses poliferasinya.
Reaksi indirek atau tak langsung adalah reaksi terpenting dalam proses
interaksi radiasi pengion dengan sel kanker. Molekul air dan molekul oksigen
yang terdapat intraseluller dan ekstraseluller akan terkena radiasi pengion.
Akibatnya elektron akan terlempar keluar orbit dan akan berubah menjadi ion H+
dan ion OH- serta ion oksigen. Ion-ion ini bersifat tidak stabil dan berubah
menjadi radikal-radikal. Radikal-radikal tersebut secara kimiawi sangat berbeda
dengan molekul asalnya dan mempunyai kecenderungan besar untuk bereaksi
dengan DNA sel kanker. Akibat dari reaksi tersebut maka akan terjadi kerusakan
DNA yang dapat berupa putusnya kedua backbone DNA, satu backbone DNA
putus, kerusakan dasar (base damage), kerusakan molekul gula (sugar damage),
DNA-DNA crosslink dan DNA protein crosslink (Tjokronagoro, 2011). Diantara
reaksi yang terjadi di dalam sel kanker, selain kerusakan DNA pada kromosom,
akibat reaksi direk dan indirek dari radiasi pengion, juga terjadi suatu efek
sitologis yang disebut aberasi kromosom. Radiasi akan menghambat proses
pembelahan sel. Radiasi yang terjadi pada saat sel kanker dalam proses interfase
dan mulai membelah, beberapa sel akan mengalami aberasi kromosom. Akibat
aberasi kromosom ini dapat terjadi beberapa kemungkinan (Adrijono, 2003):
1. Kematian sel kanker yang segera terjadi.
2. Aberasi terus menerus setelah beberapa kali sel kanker membelah.
Secara fisis dapat dijelaskan bahwa, sel kanker akan rusak karena hasil
ionisasi
103
Pd. Sel sehat memiliki proses kematian yang pasti berdasarkan umur
hidup sel tersebut. Sel akan mati dengan sendirinya apabila sudah tua atau rusak.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
39
Sel kanker mudah dan cepat membelah secara terus-menerus hingga mencapai
keadaan metastasis. Pembelahan sel ini membutuhkan energi yang tinggi untuk
metabolisme, sehingga relatif sebagian penderita kanker menjadi lemah dan relatif
meiliki berat badan yang sangat kurang dari berat badan normal. Untuk
membunuh sel kanker tersebut diperlukan energi yang sesuai dengan kondisi
pasien dan perkembangan sel kanker. Energi ionisasi akan membuat atom-atom
dalam sel bergetar. Energi tersebut akan diserap, energi kinetik yang diserap oleh
sel kanker akan menyebabkan sel menjadi panas sehingga sel akan terbakar dan
mati.
Tenaga ionisasi γ dari 103Pd dapat memutuskan kromosom, sehingga DNA
pada sel kanker akan rusak. Dengan pemberian dosis yang meningkat dan tepat,
maka akan semakin banyak sel-sel kanker yang mati dan mengecil. Sel-sel kanker
yang mati akan hancur, dibawa oleh darah dan diekskresi keluar dari tubuh
melalui urine. Sebagian besar sel-sel sehat akan bisa pulih kembali dari pengaruh
radiasi. Tetapi bagaimanapun juga, kerusakan sel-sel sehat merupakan penyebab
atau efek samping dari terapi. Sel-sel sehat yang terkena radiasi akan segera
memulihkan diri setelah terkena radiasi.
4.3. Dosis Serapan dari Hasil Simulasi dan Perhitungan Hasil
Tujuan utama dalam pembuatan simulasi ini yaitu untuk menghitung dosis
serapan dan menganalisa hasil yang didapat serta membandingkan hasil dengan
literatur. Hasil running program yang berisi nilai energi terdeposisi per
transformasi tersimpan dalam file “mctal” yang dapat dilihat pada Lampiran 6.
Aktivitas total adalah aktivitas tiap seed yang digunakan dikalikan jumlah
seed yang digunakan. Hasil deposisi energi per transformasi partikel pada organ
dari hasil running dituliskan pada Tabel 4.3.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
40
Tabel 4.3. Hasil Running Simulasi dari File Mctal
Energi pada
Energi pada ParuEnergi pada Tulang
Payudara
paru Kiri
Dada
Energi Kesalahan
Energi Kesalahan Energi Kesalahan
(E) MeV
Relatif
(E) MeV
Relatif
(E) MeV
Relatif
Seed
(x 10-5)
(x 10-4)
(x 10-5)
(x 10-3)
(x 10-5)
(x 10-3)
5
6,263
1,5
4,77
6,5
3,709
2,1
5,996
10
1,6
3,99
7,1
4,673
1,9
5,933
15
1,7
4,95
6,4
4,596
1,9
6,403
20
1,8
5,01
6,4
5,171
1,7
7,654
25
1,3
4,07
7,1
5,154
2,0
7,771
30
1,3
3,42
7,7
4,920
2,2
8,196
35
1,2
2,88
8,4
4,999
2,4
8,987
40
1,2
2,69
8,7
5,112
2,4
9,809
45
1,1
2,41
9,2
5,092
2,6
10,12
50
0,1
2,19
9,7
4,992
2,7
10,78
55
0,1
2,01
1,02
4,789
2,9
10,79
60
0,1
1,83
1,06
4,633
3,0
∆
Keterangan : Kesalahan Relatif : × 100%
Jumlah
Hasil running tersebut masih dalam satuan MeV/Trans sehingga harus
dikonversi ke dalam satuan Gray/Trans. Sebagaimana yang sudah diuraikan pada
BAB II, bahwa untuk menentukan bilangan trasnformasi yaitu menggunakan
persamaan (2.5). Hasil perhitungan yang masih dalam satuan Gray/Trans
dikalikan bilangan transformasi akan menghasilkan nilai dosis serap tiap organ
dengan satuan Gray. Langkah atau metode perhitungan dapat dilihat dalam
Lampiran 7.
Dari hasil perhitungan, didapatkan data dosis serapan pada payudara, paruparu dan tulang dada dengan variasi jumlah seed seperti pada tabel 4.4. Variasi
seed dilakukan agar didapatkan variasi aktivitas yang digunakan dalam simulasi.
Tentunya dengan semakin banyak seed yang digunakan maka semakin besar pula
nilai aktivitas totalnya. Dan dengan semakin besar nilai aktivitas totalnya maka
semakin besar pula nilai dosis serap pada tiap organ yang dihitung dalam simulasi
ini.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
41
Tabel 4.4. Dosis Serapan Hasil Perhitungan
SEED
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
PAYUDARA
Delta
Dosis
Dosis
Serapan (D)
(ΔD)
(Gray)
2,2599
4,3271
6,4226
9,2171
13,809
16,824
20,701
25,944
31,857
36,514
42,806
46,689
PARU-PARU KIRI
Delta
Dosis
Dosis
Serapan (D)
(ΔD)
(Gay)
0,0034
0,0069
0,0109
0,0166
0,0180
0,0219
0,0248
0,0311
0,0350
0,0365
0,0428
0,0467
0,2056
0,3444
0,6404
0,8639
0,8780
0,8847
0,8683
0,9294
0,9364
0,9463
0,9549
0,9470
TULANG DADA
Delta
Dosis
Serapan (D) Dosis
(ΔD)
(Gray)
0,0013
0,0024
0,0041
0,0055
0,0062
0,0068
0,0073
0,0081
0,0086
0,0092
0,0097
0,0100
0,6496
1,6372
2,4152
3,6229
4,5139
5,1711
6,1309
7,1642
8,0291
8,7447
9,2273
9,7394
0,0014
0,0031
0,0046
0,0062
0,0090
0,0138
0,0147
0,0172
0,0209
0,0236
0,0268
0,0292
Dari tabel 4.4 dibuat grafik perbandingan dosis serapan dari ketiga organ
yang dihitung.
50.0000
45.0000
Dosis serapan (Gy)
40.0000
35.0000
30.0000
25.0000
20.0000
15.0000
10.0000
5.0000
0.0000
0
10
paru-paru kiri
20
tulang dada
30
payudara
40
50
Jumlah seed
60
Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Jumlah Seed dan Dosis Serapan pada
Cell Payudara, Paru-paru Kiri dan Tulang Dada
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
42
Terlihat bahwa dosis serapan pada organ payudara lebih besar dibanding
dari tulang dada dan paru-paru. Tentu saja hasil ini disebabkan akibat peletakkan
sumber radioaktif di dalam payudara, karena organ utama yang akan diterapi ialah
payudara bagian kiri. Perhitungan dosis pada paru-paru kiri dan tulang dada
dimaksudkan untuk membandingkan nilai dosis serapan yang berguna untuk
memberikan pemahaman bahwa organ paru-paru kiri dan tulang dada relatif aman
terhadap efek samping dari bachytherapy.
Nilai dosis serapan pada tulang dada lebih besar dibandingkan dengan nilai
dosis serap pada paru-paru, hal ini disebabkan karena letak tulang dada yang
menempel pada payudara, sedangkan paru-paru terletak setelah tulang dada.
Walaupun nilai dosis serapan yang diterima tulang dada lebih besar
dibandingkan paru-paru, namun nilai tersebut juga jauh lebih kecil dibandingkan
nilai dosis serapan yang diterima oleh payudara. Misalnya, pada jumlah seed 60
buah nilai dosis serapan pada tulang dada 9,739
sedangkan pada jumlah seed
yang sama nilai dosis serapan pada payudara 46,689
. Jika dihitung dalam
rasio perbandingan nilai dosis serapan tulang dada dengan nilai dosis serapan
payudara adalah 1 ∶ 4,8. Sehingga dengan pemahaman ini, pasien tidak perlu
khawatir akan efek samping terapi yang relatif aman. Dengan kata lain, paru-paru
sudah terlindungi dengan adanya tulang dada, sebelum radiasi γ sampai pada
paru-paru radiasi akan diserap oleh payudara dan tulang dada.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
43
60.00
y = 0.007x2 + 0.352x - 0.132
R² = 0.998
Dosis Serapan (Gy)
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0
10
20
30
40
Breast
Jumlah Seed
Poly. (Breast)
50
60
70
Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Jumlah Seed dengan Dosis Serapan
pada Cell Payudara
Dari Gambar 4.4 menunjukkan bahwa semakin banyak seed yang
diimplankan dalam simulasi maka semakin besar pula nilai dosis serapannya.
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa jumlah seed mempengaruhi jumlah peluruhan
foton tiap detik. Sehingga dapat disimpulkan bahwa sivitas radioaktif maka
semakin besar dosis serapan. Grafik tersebut dibuat dengan model trendline
polinomial yang memiliki persamaan garis yaitu,
= 0,007 + 0,352
− 0,132
(4.2)
Berdasarkan simulasi dan perhitungan, jumlah seed maksimum yang
divariasikan pada penelitian ini yaitu 60 seed yang masih kurang memenuhi dosis
90 Gy. Sehingga untuk meningkatkan dosis serapan tersebut jumlah seed harus
ditambahkan.
Dengan persamaan (4.2) untuk mencapai nilai dosis yang optimum dapat
dilakukan intrapolasi dan ekstrapolasi untuk mendapatkan jumlah seed. Jika
merupakan fungsi dosis serapan, maka
Jika
= 90, maka didapatkan nilai
adalah jumlah seed yang diimplankan.
= 91seed. Implantasi seed sebanyak itu
tidaklah mungkin dilakukan dalam sekali waktu pengobatan. Terapi dilakukan
beberapa kali hingga dosis serapan pada organ mencapai nilai optimum.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
44
Pemberian dosis pada payudara dipantau supaya laju dosis peluruhan seed
kurang dari 2,5 cGy/menit atau 15 Gy/jam dengan periode treatment ± 60 hari
dengan durasi 1 kali perawatan membutuhkan waktu ±60 menit (Muhtarom,
2011). Hanya dianjurkan 1 kali perawatan dalam 1 hari. Laju dosis awal yang
digunakan sebesar 3,33 cGy/menit atau 2 Gy/jam dan kemudian kontrol laju dosis
kurang dari 2,5 cGy/menit hingga didapatkan total dosis 90 Gy (Pignol, 2009).
Nilai R2 dari grafik pada Gambar 4.4 adalah 0,998 yang menunjukkan bahwa
reliability dari titik-titik ordinat grafik mendekati nilai sempurna.
Dosis radiasi bergantung pada banyaknya energi yang disimpan atau
diserap oleh suatu material dan bergantung pada aktivitas radionuklida. Pemberian
radioaktif akan memberikan dosis yang bergantung pada aktivitas, lama waktu
radiasi, energi emisi radiasi dan jarak sumber ke target. Dari hasil simulasi dan
juga dari hasil perhitungan, dapat membuktikkan bahwa penggunaan radiasi γ
pada pengobatan kanker dapat dilakukan. Nilai dosis serap yang ada dapat
digunakan sebagai taksiran awal. Dosis serapan ini selanjutnya dapat digunakan
untuk mengetahui dampak biologis yang akan dialami pasien. Simulasi
menggunakan Monte Carlo menghasilkan nilai relative error yaitu kurang dari
0,05 %. Relative error yang kecil ini menunjukkan ketelitian dalam distribusi
sebaran foton pada organ terjadi secara merata.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB V
PENUTUP
5.1. Simpulan
Dari penelitian yang sudah dilakukan, simulasi brachytherapy payudara
dengan variasi jumlah seed
103
Pd menggunakan piranti lunak MCNP5 telah
berhasil dibuat. Berdasarkan hasil simulasi, data yang didapatkan dari hasil
perhitungan, maka dapat disimpulkan :
1.
Geometri phantom wanita ORNL-MIRD telah berhasil dibuat dan telah
dilakukan proses eksekusi (running).
2.
Dari hasil perhitungan dibuat grafik hubungan antara dosis serapan
dengan jumlah seed. Dimana sumbu y mewakili dosis serapan pada
payudara dan sumbu x mewakili jumlah seed. Persamaan garis yang
didapat dari grafik yaitu
= 0,007 + 0,352
− 0,132. Dengan
persamaan garis linier tersebut, dapat diketahui jumlah seed optimum
untuk mencapai nilai dosis serapan optimum 90 Gy, didapatkan julah
seed optimum adalah 91 buah seed dengan posisi seed yang tersebar
merata diseluruh bagian payudara.
3.
Dalam simulasi ini juga dihitung nilai dosis serapan pada tulang dada
dan paru-paru kiri, dari hasil yang didapat nilai dosis serap pada tulang
dada lebih besar dibandingkan nilai dosis serapan pada paru-paru kiri.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa organ tulang dada dan paru-paru
relatif aman.
commit to user
45
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
46
5.2. Saran
Dalam simulasi yang dibuat ini, penulis menyadari masih banyak
kekurangan. Saran penelitian lebih lanjut :
1.
Disarankan untuk menghitung distribusi dosis serapan disekitar seed
dan distribusi energi tiap seed yang diimplankan.
2.
Disarankan dalam peletakkan sumber menggunakan geometri seed
dengan ukuran sebenarnya dan material pembungkus seed juga
disertakan kemudian memperhatikan peletakkan seed yang sesuai
dengan kenyataan terapi sehingga dapat ditinjau pengaruh peletakkan
seed terhadap nilai dosis serap.
3.
Disarankan menghitung dosis serap dari sumber radioaktif lain
misalnya
131
Cs, karena penggunaan
131
Cs pada implant brachytherapy
mulai dikembangkan pertengahan tahun 2010.
4.
Disarankan agar dapat dilakukan penelitian dari data yang ada pada
rumah sakit. Sehingga cakupan penelitian makin terbatas dan lebih
akurat, agar nantinya penelitian yang dilakukan dapat digunakan
sebagai acuan dalam melakukan proses terapi di rumah sakit.
commit to user
46