positron emission tomography (pet)-scan

Prinsip kerja alat citra
1. Ct scan
Pada prinsipnya, Computed Tomography mengukur distribusi spasial (ruang) suatu
kuantitas fisik yang akan diamati dari arah yang berbeda-beda dengan tujuan untuk
merekonstruksi gambar yang bebas dari superimposisi. Kuantitas fisik yang diukur
adalah koefisien atenuasi (µ) dari obyek yang menyebabkan pelemahan intensitas sinar-x
oleh obyek yang ditembus oleh sinar-x tersebut.
Berkas sinar-x yang menembus suatu obyek akan mengalami pelemahan (kehilangan
energy) yang diakibatkan oleh penyerapan oleh obyek dan penyebaran/penghamburan.
Penyerapan suatu jaringan sebanding dengan densitasnya. Jaringan dengan kepadatan
yang tinggi akan menyerap energy sinar-x lebih banyak sehingga pelemahannya menjadi
tinggi dan sinar-x yang mampu diteruskan menjadi sedikit. Dan jaringan yang
mempunyai kepadatan yang rendah akan menyerap energy sinar-x lebih sedikit sehingga
pelemahannya menjadi sedikit dan sinar-x yang diteruskan banyak.
Dari rumus di atas didapat rumusan koefisien serap linier bahan. Setiap bahan
mempunyai koefisien nilai serap bahan yang berbeda-beda. Hal inilah yang menjadi
patokan nilai dari bilangan CT (CT number). Hal inilah yang digunakan sebagai data
untuk prinsip kerja CT
Prinsip kerja dari alat CT-Scan adalah sebagai berikut :

sinar–x yang keluar dari tabung akan melewati celah sempit yang disebut kolimator.

Sinar-x akan menembus organ dan mengalami atenuasi (pelemahan).

Sinar-x yang menembus bahan akan mengenai detector, dan kemudian detector akan
mengubah energy sinar-x menjadi energy cahaya.

Energi cahaya yang keluar dari detector akan digandakan oleh Image Intensifier.

Setelah itu cahaya tampak akan masuk ke dalam Photo Multiplier Tube (PMT) dan
akan diubah menjadi sinyal listrik.

Sinyal listrik yang merupakan data analog akan di ubah menjadi data digital oleh
ADC (Analog to Digital Converter).

Data digital dari ADC akan di akuisisi ke dalam DAS (Data Acquisition System)
dan dikirim ke CPU.

Pada CPU, data akan diolah dan direkonstruksi. Ada beberapa prosedur yang bisa
digunakan dalam teknik rekonstruksi gambaran:
a. Algebraic Reconstruction Techniques (ART)
Dilakukan pemecahan lebih dari 260.000 nilai µ tidak diketahui dengan mengukur
atenuasi sekitar 1.400 pembacaan dengan sekitar 700 kanal detector.
Kekurangan : perhitungan dapat dilakukan hanya setelah sebuah rotasi penuh,
pemindaian spiral menjadi tidak efektif.
b. Convolution Backprojection Procedures.
Adalah sebuah teknik dengan proyeksi balik sederhana. Yaitu dengan mendata setiap
proyeksi dan membalik proyeksi yang terjadi. Rekonstruksi yang didapat cukup baik dan
cepat, namun masih kurang akurat. Kemudian dengan ditambahkan filter (Convolution
Back Projection dengan filter/kernel) gambaran yang dihasilkan menjadi jauh lebih baik.

Dari CPU, data akan dapat dikirim ke Monitor untuk ditampilkan, ke Memory Unit
(storage) untuk disimpan, ataupun dikirim ke output devices lainnya untuk di cetak.
Magnetic Resonance Imaging
Senin, 22 Maret 2010 | By Fisika Medis UI 07
Oleh:
Melati
Azizka
Fajria
Apa Si MRI itu ???
Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan suatu teknik penggambaran penampang
tubuh berdasarkan perinsip resonansi magnetic inti atom hydrogen. Untuk mengetahui lebih
lanjut, Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah suatu alat kedokteran di bidang pemeriksaan
diagnostik radiologi , yang menghasilkan rekaman gambar potongan penampang tubuh / organ
manusia dengan meng-gunakan medan magnet berkekuatan antara 0,064 – 1,5 tesla (1 tesla =
1000 Gauss) dan resonansi getaran terhadap inti atom hidrogen.
Dasar dari pencitraan resonansi magnetik (MRI-Magnetic Resonance Imaging) adalah
fenomena resonansi magnetik dari inti benda. Resonansi magnetik sendiri adalah getaran inti
atom (necleon) karena adanya penyearahan momen magnetik inti dari bahan oleh medan
magnetik luar dan rangsangan gelombang EM yang tepat dengan frekuensi gerak gasing inti
tersebut.
Gimana ya cara kerja MRI itu ???
Seperti yang kita ketahui bahwa Tubuh manusia sebagian besar terdiri dari air ( H2O) yang
mengandung 2 atom hydrogen yang memiliki no atom ganjil ( 1) yang pada intinya terdapat
satu proton. Inti hydrogen merupakan kandungan inti terbanyak dalam jaringan tubuh manusia
yaitu 1019 inti/ mm3 , memiliki konsentrasi tertinggi dalam jaringan 100 mmol/ Kg dan memiliki
gaya
magnetic
terkuat
dari
elemen
lain.
Dalam aspek klinisnya, perbedaan jaringan normal dan bukan normal didasarkan pada deteksi
dari kerelatifan kandungan air ( proton hydrogen ) dari jaringan tersebut. Sehingga melalui MRI
dapat diketahui apakah di dalam tubuh pasien terdapat kanker yang notabene merupakan
jaringan tidak normal dalam tubuh manusia.
Berdasarkan dari kondisi yang ada maka, prinsip dasar dari cara kerja suatu MRI adalah Inti
atom Hidrogen yang ada pada tubuh manusia (yang merupakan kandungan inti terbanyak
dalam tubuh manusia) berada pada posisi acak (random), ketika masuk ke dalam daerah medan
magnet yang cukup besar posisi inti atom ini akan menjadi sejajar dengan medan magnet yang
ada. Kemudian inti atom Hidrogen tadi dapat berpindah dari tingkat energi rendah kepada
tingkat energi tinggi jika mendapatkan energi yang tepat yang disebut sebagai energi Larmor.
Ketika terjadi perpindahan inti atom Hidrogen dari tingkat energi rendah ke tingkat
energi yang lebih tinggi akan terjadi pelepasan energi yang kemudian ini menjadi unsur dalam
pembentukan citra atau dikenal dengan istilah Free Induction Decay (FID). Secara sederhana
prinsip tadi dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar.1 :
Tingkatan Energi Sebuah Inti Atom dengan Nomer Spin
Quantum 3
Kemudian perilaku atom Hidrogen lainnya ketika masuk kedalam daerah medan magnet
yang cukup besar adalah dia akan melakukan presisi ketika di dalam medan magnet tadi
diberikan lagi medan magnet pengganggu yang frekuensinya dapat diubah-ubah sehingga
dengan peristiwa tersebut dapat dihasilkan signal FID yang akan dirubah kedalam bentuk
pencitraan. Hal ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini
Gambar.2 : Presisi inti atom Hidrogen ketika diberikan pulse berupa medan
magnet dengan frekuensi berubah-ubah
Secara ringkas, proses terbentuknya citra MRI dapat digambarkan sebagai berikut: Bila
tubuh pasien diposisikan dalam medan magnet yang kuat, inti-inti hidrogen tubuh akan searah
dan berotasi mengelilingi arah/vektor medan magnet. Bila signal frekuensi radio dipancarkan
melalui tubuh, beberapa inti hidrogen akan menyerap energi dari frekuensi radio tersebut dan
mengubah arah, atau dengan kata lain mengadakan resonansi. Bila signal frekuensi radio
dihentikan pancarannya, inti-inti tersebut akan kembali pada posisi semula, melepaskan energi
yang telah diserap dan menimbulkan signal yang ditangkap oleh antena dan kemudian diproses
computer dalam bentuk radiograf.
Gambar 3 : Diagram Blok Proses MRI
Dalam perkembangan dunia kedokteran,terutama dalam bidang instrumentasinya MRI
berkembang pesat dengan bertambahnya kekuatan medan magnet yang dihasilkan, semakin
tinggi kekuatan teslanya semakin tinggi kemampuan yang akan dihasilkan baik dari sisi
pencitraan maupun dari sisi lain khususnya spektroskopi.
Apa sih Keunggulan MRI ???
Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan modalitas imejing mutakhir yang
berkembang pesat sejak diaplikasikan secara klinik pada ± tahun 1980. Seperti pendahulunya
(CT Scan), MRI juga merupakan modalitas imejing dengan dasar computer yang menampilkan
potongan penampang tubuh sesuai yang kita kehendaki.
Kelebihan dari MRI ini dibandingkan dengan modalitas imejing terdahulu (konvesional,
CT, USG) antara lain adalah kemampuan menampilkan detail anatomi secara jelas dalam
berbagai potongan (multiplanar) tanpa mengubah posisi pasien.Selain itu hasil pencitraan yang
dihasilkan oleh MRI lebih jelas serta dapat dilihat dari berbagai sisi tanpa melibatkan
pengunaan radiasi, memberikan hasil tanpa perlu mereposisi pasien, tidak menggunakan
kontras untuk sebagian besar pemeriksaan MRI. Fasilitas MRI dilengkapi dengan kemampuan
untuk menilai fungsi organ tertentu secara dinamik (Functional MRI), untuk menilai distribusi
darah baik di otak maupun di jantung (Perfusion Imaging) serta melihat metabolisme yang ada
didalam sebuah tumor (Spectroscopy Imaging).
Gambar 4. Kiri: MRI, Kanan: Penampang MRI
Berikut merupakan beberapa kelebihan MRI dibandingkan dengan pemeriksaan CT Scan yaitu :
1. MRI lebih unggul untuk mendeteksi beberapa kelainan pada jaringan lunak seperti otak,
sumsum tulang serta muskuloskeletal.
2. Mampu memberi gambaran detail anatomi dengan lebih jelas.
3. Mampu melakukan pemeriksaan fungsional seperti pemeriksaan difusi, perfusi dan
spektroskopi yang tidak dapat dilakukan dengan CT Scan.
4. Mampu membuat gambaran potongan melintang, tegak, dan miring tanpa merubah
posisi pasien.
5. MRI tidak menggunakan radiasi pengion.
Mengingat MRI bersifat non invasive,sehingga karena hal tersebut dalam pemeriksaan
menggunakan MRI tidak menimbulkan rasa nyeri pada pasien serta dengan menggunakan MRI
memberikan informasi yang baik keadaan jaringan lunak, hal tersebut disebabkan karena
jaringan lunak yang terdapat dalam tubuh manusia sebagian besar terdiri dari air. Dengan
prinsip kerja dari MRI adalah inti atom Hidrogen yang ada pada tubuh manusia (pasien) berada
pada posisi acak (random), ketika masuk ke dalam daerah medan magnet yang cukup besar
posisi inti atom hidrogen ini akan menjadi sejajar dengan medan magnet yang ada, sehingga
benar adanya bila dengan menggunakan MRI didapatkan pencitraan jaringan lunak yang lebih
baik dibandingkan dengan menggunakan CT scan.
Selain itu, Berbeda dengan CT Scan yang menggunakaan radiasi pengion, maka pada MRI
didasarkan pada interaksi antara gelombang radio dan inti hydrogen tubuh oleh adanya medan
magnet yang kuat. Sejak diaplikasikan secara klinik, MRI telah berkembang cepat dan dalam
waktu relative singkat telah menjadi modalitas imejing yang memberikan kontribusi yang besar
dalam diagnosa khususnya dalam pemeriksaan musculoskeletal system, sumsum tulang, tulang
rawan, ligamentum, otot, meniscus, dll.
Bagaimana Hasil Pencitraan dari MRI???
Hasil citra MRI tubuh
Berikut hasil citra MRI lutut:
Teknik MRA (Magnetic Resonance Angiogarphy)
MRA adalah visualisasi karakteristik pembuluh darah serta aliran darah dengan menggunakan
pesawat MRI.
Hasil citra MRI kepala:
Kiri: otak dengan tumor; Kanan: otak normal
POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY (PET)-SCAN
Gambar 1. Sistem PET
A. PENDAHULUAN
Positron Emission Tomography (PET) Scan merupakan salah satu modalitas
kedokteran nuklir, yang untuk pertama kali dikenalkan oleh Brownell dan Sweet pada tahun
1953. Prototipenya telah dibuat pada sekitar tahun 1952, sedangkan alatnya pertama kali
dikembangkan di Massachusetts General Hospital, Boston pada tahun 1970. Positron yang
merupakan inti kinerja PET pertama kali diperkenalkan oleh PAM Dirac pada akhir tahun
1920-an. PET adalah metode visualisasi metabolisme tubuh menggunakan radioisotop
pemancar positron. Oleh karena itu, citra (image) yang diperoleh adalah citra yang
menggambarkan fungsi organ tubuh. Fungsi utama PET adalah mengetahui kejadian di
tingkat sel yang tidak didapatkan dengan alat pencitraan konvensional lainnya. Kelainan
fungsi atau metabolisme di dalam tubuh dapat diketahui dengan metode pencitraan
(imaging) ini. Hal ini berbeda dengan metode visualisasi tubuh yang lain seperti foto
rontgen, computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) dan single photon
emission computerized tomography (SPECT).
CT Scan dan MRI hanya mampu mendeteksi kanker terbatas pada aspek anatomi
tubuh. Misalnya, CT Scan dan MRI hanya mampu mendekteksi kanker di payudara, kepala,
hati, dan sejumlah titik tubuh lainnya. Sedangkan mekanisme kerja organ tubuh yang disebut
metabolisme tubuh tidak dapat dipantau oleh CT Scan atau MRI. Sedangkan pada PETScan, aspek anatomi dan metabolik sekaligus masuk radar deteksi alat canggih ini. Dimana
pun atau kemana pun kanker merambat PET-Scan dapat mendeteksinya. Bahkan
kemampuan deteksi alat ini mencakup semua aspek penting tentang kanker seperti jenis,
tingkat keganasan (stadium), lokasi, serta cara rambat penyakit mematikan ini.
PET dapat pula digunakan pula untuk menganalisa hasil penanganan kanker yang
telah dilakukan. Setelah penanganan kanker melalui operasi perlu dilakukan pemeriksaan
apakah masih ada sisa sisa kanker yang tersisa. Untuk keperluan ini, PET merupakan
metode yang paling tepat, karena pada kondisi ini keberadaan kanker sulit dilihat secara
fisik. Yang diperlukan adalah melihat keberadaan metabolisme sel kanker. Selain itu, PET
dapat pula digunakan untuk melihat kemajuan pengobatan kanker baik dengan
chemotherapy maupun radiotherapy. Kemajuan hasil pengobatan kanker dapat diketahui
dari perubahan metabolisme di samping perubahan secara fisik. Untuk keperluan ini,
kombinasi PET dan CT memberikan informasi yang sangat berharga untuk menentukan
tingkat efektivitas pengobatan yang telah dilakukan.
B. Prinsip Kerja PET-Scan.
Sel-sel kanker memiliki tingkat metabolisme yang lebih tinggi dari sel-sel lain. Salah
satu karakteristik adalah bahwa sel-sel kanker memerlukan tingkat yang lebih tinggi glukosa
untuk energi. Ini adalah langkah-langkah proses biologis PET. Positron emisi tomografi
(PET) membangun sistem pencitraan medis gambar 3D dengan mendeteksi gamma sinar
radioaktif yang dikeluarkan saat glukosa (bahan radioaktif) tertentu disuntikkan ke pasien.
Setelah dicerna, gula tersebut diolah diserap oleh jaringan dengan tingkat aktivitas yang
lebih tinggi / metabolisme (misalnya, tumor aktif) daripada bagian tubuh.
PET-scan dimulai dengan memberikan suntikan FDG (suatu radionuklida glukosabased) dari jarum suntik ke pasien. Sebagai FDG perjalanan melalui tubuh pasien itu
memancarkan radiasi gamma yang terdeteksi oleh kamera gamma, dari mana aktivitas kimia
dalam sel dan organ dapat dilihat. Setiap aktivitas kimia abnormal mungkin merupakan
tanda bahwa tumor yang hadir.
Sinar Gamma yang dihasilkan ketika sebuah positron dipancarkan dari bahan
radioaktif bertabrakan dengan elektron dalam jaringan. Tubrukan yang dihasilkan
menghasilkan sepasang foton sinar gamma yang berasal dari situs tabrakan di arah yang
berlawanan dan terdeteksi oleh detektor sinar gamma diatur di sekitar pasien.
Detektor PET terdiri dari sebuah array dari ribuan kilau kristal dan ratusan tabung
photomultiplier (PMTS) diatur dalam pola melingkar di sekitar pasien. Kilau kristal
mengkonversi radiasi gamma ke dalam cahaya yang dideteksi dan diperkuat oleh PMTS.
Gambar 2. Proses kerja PET-Scan

Blok Diagram Sistem PET-Scan
Sinyal dari setiap output PMT dikonversi menjadi tegangan dan amplitudo oleh low
noise amplitudo (LNA). Sinyal yang dihasilkan oleh PMT berupa sinyal pulsa yang lambat.
Kekuatan sinyal dari setiap PMT ditentukan dengan mengintegrasikan sinyalnya menjadi
pulsa. Setelah LNA, sistem ini menggunakan variabel-gain amplifier (VGA) untuk
mengkompensasi variabilitas sensitivitas dari PMTS.
Output dari VGA dilewatkan melalui lowpass filter, offset kompensasi, dan
kemudian dikonversi menjadi sinyal digital dengan bit 10 sampai 12-bit analog-ke-digital
(converter ADC sampling) dengan 50Msps untuk menilai 100Msps.
Sinyal-sinyal dari beberapa PMTS harus dijumlahkan, oleh karena itu gabungan
sinyal masukan berupa ultra-high-speed. Sebuah DAC menghasilkan tegangan referensi
komparator untuk mengkompensasi offset DC. Akurasi yang sangat tinggi diperlukan untuk
menghasilkan sinyal output komparator dengan waktu yang berkecepatan tinggi. Sinyal
output dari DAC kemudian masuk ke bagian processing unit untuk dikirim ke image
processing.
Dari hasil pendeteksian, dilakukan image reconstruction untuk mendapatkan
gambaran sebaran glukosa di dalam tubuh. Perangkat kamera PET biasanya telah dilengkapi
dengan program untuk keperluan ini, sehingga hasil image reconstruction dapat diperoleh
dengan mudah.

Kamera PET
Kamera PET memiliki kejernihan citra yang lebih baik dibandingkan kamera gamma
yang secara umum digunakan pada kedokteran nuklir. Hal ini dikarenakan pendeteksiannya
didasarkan pada coincidence detection.
Ketika positron dilepaskan dari fluor-18, partikel ini akan segera bergabung dengan
elektron dan terjadilah anihilasi. Dari anihilasi ini dihasilkan radiasi gelombang
elektromagnetik dengan energi sebesar 511 V dengan arah berlawanan (180o). Adanya dua
buah proton yang dilepaskan secara bersamaan ini memungkinkannya dilakukan
coincidence detection. Pada coincidence detection ini, sinyal yang ditangkap oleh detektor
akan diolah jika dua buah sinyal diperoleh secara bersamaan. Jika hanya satu buah sinyal
yang ditangkap, maka sinyal tersebut dianggap sebagai pengotor. Oleh karenanya, hampir
seluruh sinyal pengotor dapat dieliminasi dengan cara ini.
 Hasil foto PET-Scan.
Prinsip Kerja USG
Sifat fisika ultrasonografi mengikuti hukum Snellius untuk suara. Menurut Snellius ada beberapa
konsep dasar tentang gelombang suara, di mana gelombang yang datang akan dapat mengalami
beberapa kejadian, yaitu :
a. Gelombang yang datang tegak lurus dengan bidang tertentu maka akan dipantulkan tegak lurus
pula, tapi bila membentuk sudut tertentu (sudut datang), akan dipantulkan dengan besar sudut
keluar sama dengan sudut datang.
b. Dalam bidang yang berlapis, gelombang akan diteruskan (dihambat). Semakin dalam lapisan,
intensitas gelombang makin kecil, sehingga untuk mendapatkan intensitas yang stabil/tetap
diperlukan amplifikasi tiap lapisan.
c. Gelombang akan dibiaskan/dihambat dengan sudut bias tertentu.
d. Gelombang dapat dihambat 100%. Apabila gelombang mengenai benda/organ keras, maka
gelombang dihambat 100% sehingga permukaan benda akan tampak lengkung (arch sign) dan
memberi gambaran posterior acoustic shadow pada bagian belakang benda tersebut