166 - perancangan pesawat sinar-x mamografi digital - Digilib

Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL
Budi Santoso, Sukandar, Romadhon, dan Kristiyanti
PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL. Berdasarkan data
dari Departemen Kesehatan Indonesia, kanker leher rahim dan kanker payudara
merupakan kanker yang paling banyak dijumpai di Indonesia. Metode pendeteksian
kanker payudara, yang paling umum dilakukan adalah melalui screening menggunakan
teknik mamografi. Untuk meningkatkan akses masyarakat Indonesia terhadap fasilitas
pemeriksaan payudara, diperlukan banyak perangkat mamografi. Berdasarkan
kenyataan-kenyataan inilah kami tergerak untuk melakukan penelitian dan
mengembangkan perangkat mamografi. Melalui beberapa kajian awal, maka penelitian
mengarah kepada pembuatan pesawat mamografi digital, dimana peran kaset film
digantikan oleh flat panel detector. Tahapan penelitian dibagi menjadi 2, tahun 2013
penelitian pada tahap perancangan dan 2014 dilanjutkan tahap pembuatannya. Tahap
perancangan meliputi bagian elektronik, elektromekanik dan perangkat lunak. Bagian
elektronik meliputi pengendali tegangan tinggi, pengatur arus dan waktu. Rancangan
elektromekanik menitikberatkan pada komponen C-arm, stand, konsul serta merancang
graphical user interface (GUI) dan embedded system pada bagian perangkat lunaknya.
Dengan telah dilakukannya tahapan perancangan, diharapkan penguasaan teknologi
mamografi akan semakin meningkat, dan menghasilkan rancangan bagian-bagian
pesawat sinar-X mamografi yang bisa diwujudkan menjadi prototip pada tahun 2014.
Kata kunci: kanker payudara, screening, sinar-X, mamografi.
ABSTRACT
DESIGN OF X-RAY DIGITAL MAMMOGRAPHY. Based on data from the Ministry of
Health of Indonesia, cervical cancer and breast cancer is the most common cancer
encountered in Indonesia. Method of detection of breast cancer, the most common is
through the use of screening mammography techniques . To increase Indonesian people
access to breast screening facilities, required a lot of mammography devices. Based on
these facts we moved to do research and develop a mammography device. Through a
preliminary study, the research led to the creation of digital mammography device, where
the role of the film cassette was replaced by a flat panel detector. Research is divided into
two stages, in 2013 research at the design stage and 2014 continued stage of
manufacture. The design phase includes electronic parts, electromechanical and software.
Electronic parts include controlling high voltage, current and time control. The design of
electromechanical focuses on components C-arm, stand, console and designing the
graphical user interface (GUI), embedded systems at the software. Had done with the
design phase, expected mastery mammography technology will increase, and produce
design parts of X-ray mammography which could be realized into a prototype in 2014.
Keywords: breast cancer, screening, X-ray, mammography
- 166 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
1. PENDAHULUAN
Kanker payudara dan kanker leher rahim merupakan jenis kanker tertinggi pada
pasien rawat inap maupun rawat jalan di seluruh RS di Indonesia, dengan proporsi
sebesar 28,7% untuk kanker payudara, dan kanker leher rahim 12,8%, leukemia 10,4%,
lymphoma 8,3% dan kanker paru 7,8%. Penderita pasien kanker payudara setiap tahun
semakin meningkat. Deteksi dini kedua jenis kanker tersebut dapat dilakukan dengan
teknologi tepat guna yang murah dan sederhana atau simple. Itulah sebabnya,
pengendalian kedua jenis kanker tersebut merupakan salah satu program prioritas
Pemerintah [1].
Deteksi dini kanker payudara stadium nol dibutuhkan untuk menemukan penderita
kanker pada stadium rendah (down staging), sehingga presentase kemungkinan untuk
dapat disembuhkan tinggi. Stadium nol adalah merupakan stadium pra kanker, dimana
massa tumor belum keluar dari kelenjar susu maupun saluran susu (LCIS lobular
carcinoma in situ atau DCIS ductal carcinoma in situ).
Mamografi merupakan deteksi dini atau screening untuk mendiagnosis kanker
payudara sedini mungkin menggunakan sinar-X dosis rendah (umumnya berkisar 0,7
mSv) [2]. Perangkat ini mampu memperlihatkan kelainan pada payudara dalam bentuk
yang terkecil hingga kurang dari 5 mm (stadium nol). Pada stadium ini, mamografi dapat
memperlihatkan adanya mikrokalsifikasi, yaitu suatu benjolan yang tidak dapat teraba
baik oleh perempuan itu sendiri maupun dokter sekalipun, hingga benjolan tersebut
berukuran 1 cm atau lebih.
Gambar 1. Pesawat Sinar-X Mamografi [3]
- 167 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Untuk meningkatkan akses masyarakat Indonesia terhadap fasilitas pemeriksaan
kanker khususnya kanker payudara, diperlukan banyak perangkat mamografi. Umumnya
perangkat mamografi yang ada di rumah sakit dibeli dari luar negeri. Berdasarkan
kenyataan-kenyataan
inilah
kami
tergerak
untuk
melakukan
penelitian
dan
mengembangkan perangkat mamografi. Dengan dilakukannya penelitian ini, diharapkan
penguasaan teknologi mamografi akan semakin meningkat dan bisa merancang prototip
pesawat sinar-X untuk mamografi. Perangkat mamografi secara garis besar terdiri dari
unit penghasil sinar-X (tabung dan komponen elektronik/elektrik pengendali), unit mekanik
dan unit penangkap citra [4]. Penelitian pesawat sinar-X mamografi tahun 2013
menitikberatkan pada merancang bagian elektronik antara lain untuk mengontrol
tegangan tinggi, arus tabung, pewaktu, sensor temperatur tabung dan interlock.
Rancangan mekanik meliputi stand, C-arm, konsul (console) serta merancang perangkat
lunak yang terdiri dari graphical user interface (GUI), embedded system.
Pada perangkat yang konvensional, film dalam kaset digunakan sebagai penangkap
citra/gambar. Film hasil pencitraan/mammogram akan dilihat oleh ahli radiologi
menggunakan kotak cahaya dan kemudian disimpan dalam jaket sebagai arsip. Sebelum
menjadi mamogram, diperlukan proses kimiawi (pencucian film) sehingga hasil tidak
segera dapat dilihat. Pada perangkat yang lebih modern, sebagai pengganti film,
biasanya digunakan detektor sinar-X seperti flat panel detector yang berbasis silikon.
Penggunaan flat panel detector, memungkinkan ahli radiologi atau dokter segera
mendapatkan hasil pencitraan/mammogram dalam bentuk citra digital karena akuisisi
gambar cepat (kurang dari satu menit) dan waktu pemeriksaan yang lebih singkat.
Mammogram
digital
memudahkan
dalam
penyimpanan,
pembesaran,
orientasi,
kecerahan. Manfaat ini termasuk peningkatan kontras antara jaringan payudara yang
padat dan non-padat. Setelah pemeriksaan selesai untuk lebih akurat dalam mendeteksi
kanker payudara, dokter dapat memanipulasi gambar payudara, memperbaiki under atau
over-exposure citra tanpa harus mengulang pemeriksaan. Mammogram digital juga
memudahkan pengiriman dan penyebaran informasi antara dokter dan atau ahli radiologi
melalui jaringan internet untuk konsultasi jarak jauh dengan dokter lain. Manfaat lebih
perangkat mamografi digital selain dosis radiasi yang lebih rendah, juga sensitivitas yang
lebih tinggi dibanding mamografi konvensional [5].
- 168 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Gambar 2. Screening Menggunakan Mamografi Digital [6]
2. TEORI
Jika dibandingkan dengan cahaya tampak, sinar-X mempunyai daya tembus yang
lebih tinggi sehingga mampu menembus berbagai jenis material. Seperti Gambar 3, ketika
sinar-X menembus material, intensitasnya akan berkurang sebanding dengan jenis
material yang dilewati. Perbedaan intensitas/kontras inilah yang tampak sebagai
citra/gambar, dimana pada sistem konvensional langsung ditangkap dengan film.
Gambar 3. Prinsip Kerja Perangkat Sinar-X [7]
- 169 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Seperti pada Gambar 2, perangkat sinar-X yang digunakan untuk mamografi juga
mempunyai prinsip kerja yang sama dengan perangkat sinar-X yang lain. Energi sinar-X
mamografi dari tabung melewati payudara ditangkap kaset film yang di bawah payudara.
Sementara yang diserap mempunyai tingkat yang bervariasi sesuai jenis jaringan. Variasi
dalam penyerapan menciptakan perbedaan hasil exposure, yang memberikan rincian
jaringan di dalam payudara. Pada mammogram, lemak tampak berwarna hitam, sedang
yang lainnya; kelenjar, jaringan ikat, tumor, kalsifikasi muncul dalam variasi warna putih
dan abu-abu. Karena obyek (payudara) tergolong daerah jaringan (soft tissue)
dibandingkan dengan dada atau perut, maka dosis/paparan sinar-X yang digunakan lebih
rendah dari perangkat sinar-X untuk thorax dan sejenisnya.
Karena itu tujuan mamografi adalah menghasilkan citra/gambar yang mampu :
 memperlihatkan mikrokalsifikasi dengan kontras yang tinggi.
 memperlihatkan sebagian besar daerah jaringan payudara dengan kontras yang lebih
rendah.
Persyaratan energi sinar-X rata-rata (efektif) untuk daerah jaringan payudara harus
memenuhi
kriteria
bahwa
energinya
harus
serendah
mungkin,
tetapi
masih
memungkinkan untuk penetrasi payudara. Oleh karena itu perlu optimalisasi energi sinarX rata-rata dalam hal :
 Dosis serap harus serendah mungkin dengan menaikkan energi sinar-X.
 Kontras meningkat seiring penurunan energi sinar-X.
Untuk payudara kecil perangkat mamografi dioperasikan pada tegangan 30 kV, yang
berarti energi sinar-X efektif 18 sampai 20 keV, cukup memberikan keseimbangan antara
dosis dan kontras, sedangkan untuk jaringan payudara tebal, sebaiknya energi sinar-X
efektifnya sedikit ditingkatkan dan penggunaan filter yang berbeda [6].
Dan pemilihan tabung sinar-X untuk mamografi optimalnya menggunakan tabung dengan
anoda dan filter (0,03mm) terbuat dari bahan Molybdenum (Mo), karena mempunyai
karakteristik energi sinar-X efektifnya 17,9 keV dan 19,5 keV yang memberi
keseimbangan antar dosis serap dan kontras seperti Gambar 3.Mamografi
- 170 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
-Physical Principles and nstrumentation
Increased Dose
15
Decreased Contrast
20
25
30
Photon Energy (keV)
Gambar 4. Spektrum Energi Sinar-X Mamografi [6]
3. TATA KERJA
Penelitian pesawat sinar-X mamografi tahun 2013 menitikberatkan pada merancang
beberapa bagian:
 Elektromekanik: C-arm (kepala tabung/tube head, compression paddle dan pemegang
detektor), stand (pemegang C-arm), konsul dan shielding operator. Perangkat lunak
pendukung dalam merancang bagian elektromaknetik menggunakan CATIA.
 Elektronik: pengendali tegangan, arus tabung, pewaktu, sensor temperatur tabung,
interlock.
Perangkat
lunak
pendukung
dalam
merancang
bagian
elektronika
menggunakan Proteus
 Perangkat lunak: graphical user interface (GUI), embedded system
3.1 Bagian Elektromekanik
Untuk mekanik mamografi memenuhi beberapa persyaratan :
 Stand harus mampu dan kuat menyangga beban/berat dari C-arm tersebut.
 Stand harus stabil dan setimbang baik saat C-arm diam maupun saat bergerak.
 C-arm mampu berotasi ±1800 menyesuaikan posisi pemeriksaan CranioCaudal(CC)
maupun MedioLateral Oblique(MLO) [7].
 C-arm mampu bergerak vertikal mengikuti tinggi pasien di Indonesia dengan
jangkauan pergerakan 100 cm - 170 cm.
 Stand dan C-arm bisa menyesuaikan posisi jika pasiennya menggunakan kursi roda.
 Konsul selain mampu melindungi modul elektronik yang ada didalamnya, juga harus
mempertimbangkan faktor ergonomi operator saat mengoperasikan pesawat.
- 171 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
 Shielding operator mampu melindungi operator terhadap paparan sinar-X, namun tidak
menghalangi sudut pandang terhadap pasien dan sekitarnya.
 Pasien dan operator terlindungi dari potensi kejutan listrik.
 Catu daya kelistrikan dilengkapi dengan proteksi terhadap beban lebih (overload
protection)
 Penggunaan material/bahan mekanik harus sesuai untuk medis.
3.2 Bagian Elektronika
Untuk elektronika mempunyai beberapa persyaratan :
 Tegangan catu jala-jala (single phase) minimal 180 Vac dan maksimal 240 Vac pada
frekuensi kerja 50 Hz.
 Modul tegangan tingginya mampu menyediakan tegangan sebesar ≤ 35 KVp yang
dapat diatur sesuai keperluan.
 Modul tegangan tinggi harus stabil, aman dari arus kebocoran dan arus pendek (short
circuit protection).
 Kabel untuk tegangan tinggi menggunakan jenis kabel tegangan tinggi (high tension
cable)
 Kemampuan arus tabung hingga 30 mA untuk focal spot kecil ≈ 0,1 - 0,3 mm.
 Pewaktu bisa diatur minimal 0,4 detik sampai dengan maksimal 2 detik.
 Adanya sensor temperatur tabung untuk memperpanjang waktu pakai tabung sinar-X.
 Adanya modul interlock dan emergency untuk keamanan bagi pasien dan operator.
 Adanya lampu indikator saat sedang pesawat mamografi sedang bekerja dan saat
situasi emergensi.
3.3 Bagian Perangkat Lunak
 Perangkat lunak graphical user interface (GUI) mampu merekam, menyimpan dan
mengolah hasil/citra digital 2 dimensi.
 Perangkat lunak mampu menyimpan data hasil pemeriksaan pasien secara valid.
 Perangkat lunak embedded system mampu mengendalikan modul elektronik secara
aman dan akurat.
 GUI harus mudah dioperasikan oleh operator dan informatif.
- 172 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
perancangan
pesawat
sinar-X
mamografi
yang
meliputi
elektronik,
elektromekanik dan perangkat lunak.
4.1 Bagian Elektronika
4.1.1 Pengendali Tegangan Tinggi
Rangkaian pengendali tegangan tinggi berfungsi mengatur tegangan kerja tabung
sinar-X sesuai dengan kebutuhan. Dalam pesawat mamografi tegangan tinggi mempunyai
pengaruh pada energi sinar-X yang dihasilkan, besarnya energi sinar-X berpengaruh
terhadap daya tembus/penetrasi sinar-X terhadap obyek payudara.
Rangkaian ini menggunakan ATmega8 sebagai pengendali tegangan tinggi yang
dilengkapi dengan rangkaian umpan balik, agar besarnya setting tegangan tinggi sesuai
yang diinginkan, sedangkan sistem pengaturannya menggunakan teknik pulse wave
modulation (PWM). Nantinya pilihan tegangan tinggi untuk mamografi mempunyai interval
20 – 34 KVp.
Gambar 5. Rangkaian Pengendali Tegangan Tinggi
4.1.2 Pengatur Arus Tabung
Rangkaian pengatur arus tabung berfungsi mengatur besarnya arus tabung sinar-X
sesuai dengan kebutuhan. Pada tabung mamografi, filament katoda jarak ke anodanya
lebih dekat dibandingkan dengan tabung sinar-X biasa, sehingga saat beroperasi
temperatur tabung bisa jauh lebih rendah.
- 173 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Pada mamografi arus tabung adalah fungsi dari pada arus filamen, karena untuk
mengatur arus tabung pada nilai tertentu, harus dengan mengubah arus filamen.
Rangkaian ini menggunakan ATmega8 sebagai pemilih arus sesuai kebutuhan. Nantinya
pilihan untuk arus tabung dibuat menjadi 15mA, 20mA, 25mA dan 30mA.
Gambar 6. Rangkaian Pengatur Arus Tabung
4.1.2 Pengatur Waktu
Pengaturan waktu exposure berfungsi memberikan waktu bagi sinar-X untuk
mencapai atau penetrasi terhadap obyek sehingga bisa menghasilkan citra yang tajam.
Waktu exposure yang terlalu lama bisa membuat gambar tidak tajam akibat pergerakan
obyek, sebaliknya jika waktunya terlalu singkat, sinar-X belum mencapai atau penetrasi
sehingga citra obyek yang dihasilkan cenderung gelap/kurang kontras. Biasanya waktu
rata-rata yang dibutuhkan oleh mamografi berkisar 1- 2 detik.
Rangkaian ini menggunakan mikrokontroller ATmega16, karena selain sebagai
pengatur waktu juga bertindak sebagai pusat pengatur dan mengkoordinir keseluruhan
input ouput sistem elektronika termasuk diantaranya setting parameter dari GUI.
Perangkat lunak yang tertanam di ATmega (embedded system) mengatur seluruh
perintah
yang
diterima
ataupun
dilakukan modul
elektronik,
komunikasi
antar
mikrokontroler menggunakan jalur I2C.
- 174 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Gambar 7. Rangkaian Pengatur Waktu
4.2 Bagian Mekanik
4.2.1 C-arm
C-arm yang terdiri dari tube head, compression paddle dan detector merupakan
bagian mekanik yang langsung berinteraksi dengan pasien, sehingga faktor keamanan,
kenyamanan menjadi perhatian.
Tube head dengan kolimatornya harus menjamin bahwa bagian obyek (payudara)
saja yang terkena sinar-X. Compression paddle harus diusahakan senyaman mungkin
ketika melakukan tekanan terhadap payudara, biasanya bahan paddlenya terbuat dari
polyethylene untuk medis. Detector yang digunakan harus sesuai dengan range energi
sinar-X mamografi dan area aktifnya biasanya ± 20x25 cm.
- 175 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Gambar 8. C-arm mamografi
4.2.2 Konsul
Konsul sebagai tempat bekerja operator dalam mengatur dan mengendalikan
pengoperasian pesawat mamografi, juga menjadi wadah untuk sebagian besar modul
elektronik. Untuk melindungi operator dari paparan sinar-X, maka perhitungan tebal
shielding serta ketersediaannya di pasaran adalah 7 mm kaca Pb atau setara 1,1 mm Pb
[8]. Perancangan konsul mempertimbangkan ergonomi, mobilitas dan sudut pandang
operator saat bekerja, juga volume dan tata letak modul elektronik. Sebagai tindakan
keamanan dan keselamatan bagi operator dan pasien. Dengan dimensi konsul tinggi ± 80
cm, lebar ± 65 cm merupakan ukuran yang optimal bagi rata-rata operator Indonesia agar
nyaman saat mengoperasikan pesawat mamografi.
- 176 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
Gambar 9. Konsul mamografi
4.3 Bagian Perangkat Lunak
Graphical user interface (GUI) sebagai salah satu media operator dalam mengatur
dan mengendalikan pesawat mamografi, berfungsi memasukkan parameter-paramater
saat pemeriksaan, menyimpan dan mengolah data pasien hasil pemeriksaan.
Sedangkan embedded systemnya ditanam pada mikrokontroler pengendali
tegangan tinggi, pemilih arus tabung dan pengatur waktu.
Gambar 10. Tampilan GUI mamografi
- 177 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
5. KESIMPULAN
Pada penelitian ini telah dihasilkan rancangan pesawat sinar-X mamografi yaitu:
 Elektromekanik: C-arm (kepala tabung, compression paddle dan pemegang detektor),
stand (pemegang C-arm), konsul dan shielding operator.
 Elektronik: pengendali tegangan, arus tabung, pewaktu.
 Perangkat lunak: graphical user interface (GUI).
Dalam proses perancangannya menggunakan beberapa perangkat lunak aplikasi sesuai
peruntukannya.
6. UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih pada teman kerja di Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir (PRPN),
khususnya di Bidang Instrumentasi Kesehatan dan Keselamatan (BIKK), yang telah
membantu baik dalam bentuk fasilitas, dana, pemikiran dan tenaga terhadap keberhasilan
dan kelancaran kegiatan tahap perancangan pada penelitian Perekayasaan Pesawat
Sinar-X Mamografi.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. Pusat Komunikasi Publik Sekretariat Jenderal Kementerian Kesehatan RI, Seminar
Sehari dalam Rangka Memperingati Hari Kanker Sedunia 2013
Available: http://www.depkes.go.id/ diakses 18 Oktober 2013
2. Anonymous, Mamografi
Available: http://id.wikipedia.org/ diakses 18 Oktober 2013
3. Budi Santoso, Perekayasaan Pesawat Sinar-X Mamografi, Proposal Usulan Kegiatan,
PRPN, 2013
4. Anonymous, Digital Mamografi
Available: http://www.imaginis.com/ diakses 19 Oktober 2013
5. National Cancer Institute, Breast Cancer Screening
Available: http://www.cancer.gov/ diakses 1 November 2013
6. IT Garbet, Mamografi-Physical Principles and Instrumentation
Available: http://golum.riv.csu.edu.au/, diakses 22 Oktober 2013
7. Bonnie A. Barnes,BA,R.T.(R)(M)(CT)(f) dan Xuan Ho, Ph.D R.T(R), Screen-Film
Mamografi Equipment Unit
Available: http://www.santarosa.edu/, diakses tanggal 22 Oktober 2013
- 178 -
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir
PRPN – BATAN, 14 November 2013
8. Badan Standarisasi Nasional, Kaca Timbal Untuk Proteksi Radiasi Sinar-X, SNI 166656-2002, 2002
TANYA JAWAB
Pertanyaan:
1. Dosis serapan yang diterima pasien mengapa tidak ditentukan? Padahal proteksi untuk
operator dapat ditetapkan. (Ahmad Faisal)
Jawaban:
1. Dosis serapan buat pasien 1 mby tanpa GRID, 3 mby dengan GRID, ± 0,7 mSV untuk
penyinaran.
- 179 -