REKA YASA DAN INOV ASI PERANGKA T RIAdengan. Riswal Nafi Siregar, Joko Sumanto, Suyatno, Sanda PUSAT REKA YASA PERANGKA T NUKLIR

(1)

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

REKA YASA DAN INOV ASI PERANGKA T RIAdengan MENGGUNAKAN

MEDIA SAMPEL CHANGER untuk MEMPERMUDAH APLIKASI KLINIS

Riswal Nafi Siregar, Joko Sumanto, Suyatno, Sanda PUSAT REKA YASA PERANGKA T NUKLIR

I. ABSTRAK

Telah dibuat perangkat Radioimmunoassay (RIA) menggunakan media sam pel tabung reaksi yang dimasukkan ke dalam sistem pemindah sam pel, sehingga pencacahan dilakukansecara otomatis. Perekayasaan mengacu pada perangkat RIA yang sudah ada di rumah sakit-rumah sakit dengan melakukan beberapa inovasi sesuai dengan keperluan dan mempermudah aplikasi klinis. Inovsi yang dilakukan pada mekanik berupa sistem pemindah sam pel secara otomatis dan susunan kolimator. Adapun inovasi untuk system elektroniknya mampu mengeluarkan pulsa TTL sebesar 0,5 J.lsdari input pulsa analog 6-8 IlS sehingga dapat dicacah oleh module counter USB. Sedangkan Automatisasi entri data menggunakan kartu USB ke Pc.

Rekayasa dan inovasi perangkat RIA ini berupa satu kesatuan utuh yang terdiri dari modul elektronik dengan sistem komunikasi devasys USB dengan komputer dan modul mekanik berupa sistem pemindah sampel secara otomatis serta sistem kolimator.

II. PENDAHULUAN

Perangkat RIA ini digunakan terutama pada laboratorium kedokteran nuklir yang aplikasi nya sebagai pencacah dengan sumber gamma yang berenergi rendah dan aktivitas rendah. Peralatan RIA yang ada dan dipakai selama ini di rumah sakit memiliki beberapa klassifikasi :

1. Perangkat RIA dengan media sampel manual tanpa PC

Tipe perangkat RIA ini ada yang menggunakan banyak detektor, seperti multi well gamma counters dan multi detectors gamma counters ( Gambar I ).

(2)

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007

Gambar 1. Alat RIA media sampel manual tanpa PC

ISSN 1693-3346

Alat RIA seperti tipe diatas membutuhkan banyak detektor. Sistem pencacahannya manual dan operator harus berada ditempat sampai mendapatkan hasH pencacahan. Secara elektronik perangkat tersebut masih banyak menggunakan rangkaian analog. Akusisi datanya tanpa PC, hanya menggunakan keypad dan printer.

2. Perangkat RIA media sam pel manual dengan PC

Perangkat RIA tipe seperti ini adalah gamma ganagement system, yaitu perangkat RIA media sampel manual multi detektor. Detektor yang digunakan jumlahnya bervariasi dari 6 sampai 10 detektor. Sistem akusisi datanya sudah memakai komputer, dengan sistem interfacenya menggunakan parallel port

3. Perangkat RIA media sam pel changer tanpa PC

Contoh dari· perangkat ini adalah model J600 automatic gamma counter, singledetector.

Alat ini sudah menggunakan sampel changer, sistem pencacahannya automatis dan dapat ditinggal selama proses pencacahan. Sample yang akan dicacah sebanyak jumlah hole pencacahan pada tray sampelnya. Sistem elektroniknya analog dan motor yang digunakan motor AC. Sistem geraknya dikontrol oleh microprocessor tanpa Pc. Piranti input outputnya menggunakan keypad dan printer.

(3)

ISSN 1693-3346

Melihat perkembangan perangkat RIA yang terdapat dirumah sakit seperti diatas, maka dilakukan perekayasaan dan inovasi dengan teknologi terkini dan menggunakan bahan-bahan kandungan lokal, sederhana dan automatisasi seeara modem dan handal untuk keperluan masyarakat serta dapat digunakan dirumah sakit besar dan keeil.

III. METODOLOGI

Perekayasaan sistem pencacahan RIA otomatis dibuat berdasarkan kepada sistem yang telah ada di rumah sakit dan melakukan modifikasi sesuai dengan keperluan serta mempermudah aplikasi klinis. Adapun blok rancangan perekayasaan ini seperti pada Gambar 3. Detektor

r-I

PENGKONOISI

H

COUNTER Dan SINYAL DAN -PENGATlJR WINDOW Preamp SCA DAN ENERGI

I

K

0

M

t

/

P

t

U KOMUNIKASI T SERIAL E M~~UL

I+-I

MODUL

rl

USB

.--.

R LV

_.

+ SAMPLE CHANGER

Gamhad. RI.OK RANrANGAN

Kegiatan pembuatan perangkat RIA diklasifikasikan sebagai berikut : Pembuatan media sampel

a. susunan kolimator, yang terdiri atas : 1. kolimator

2. penyangga kolimator

(4)

b. susunan penggerak mekanik, yang terdiri atas : 1. sample tray karosel

2. karosel

3. dudukan karosel

4. dudukan penggerak motor 2. Pembuatan casing

3. Sistem elektronik

a. Penguat dan pembentuk sinyal b. Penganalisis tinggi pulsa c. Pencacah

d. Catu daya tegangan rendah e. Catu daya tegangan tinggi f. Driver motor

ISSN 1693-3346

IV. SISTEM KERJA ALAT

Pembuatan sistem pencacahan RIA SAMPLE CHANGER meliputi modul elektronik, sistem mekanik dan uji gerak. Adapun koneksi ke komputer menggunakan interface USB card dan bahasa yang digunakan visual basic. dalam perekayasaan ini akan dibuat sistem cuplikan sampelnya dengan teknologi automatisasi. Sistem automatisasi terse but dikontrol melalui driver yang terkoneksi dengan PC.

Detektor yang hendak digunakan adalah Nal(TI) yang banyak dipasaran dengan ukuran yang cukup besar. Kolimator, dudukan detektor dan posisi motor penggerak vial disesuaikan dengan ukuran detektor tersebut. Motor yang digunakan adalah motor DC dengan kemampuan daya untuk mengangkat beban vial 2: 2 kg, Oetektor diberi catu daya

tegangan tinggi sebesar 1000 V. Pulsa yang keluar dari detektor diolah dan diteruskan ke level SCA dengan lebar pulsa sebesar 0,5 I1s kemudian dicacah oleh komputer melalui module counter USB.

(5)

Gerak Putar

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007

TRAY SAMPLE CHANGER

Gerak Naik

MODUL ELEKTRONIK

I PC

Gambar 4. Sistem Kerja Alat

DE TE KT OR ISSN 1693-3346 SAMPLE

Sistem gerak sample changer dikendalikan oleh motor dan mekanisasi dari sample changer, yaitu karousel. Motor yang digunakan adalah motor DC (motor wipper) dengan kemampuan daya untuk mengangkat beban 2:2 kg. vial berbentuk lingkaran dengan hole sebanyak 25 buah. Gerakan sampel pada hole vial dibuat secara automatisasi dengan arah gerakan sesuai arah jarum jam sehingga pengambilan sam pel secara berurutan dengan menggunakan rancangan driver motor melalui program PC secara visual basic. Gerakan dibuat secara berurutan dan pendeteksian sampel dilakukan secara turun naik. Triger untuk menggerakkan motor melalui PC dirancang driver motor. Komponen utama Rancangan driver motor ini adalah transistor 2N2222 dan relay omron MY2 yang tegangan kerjanya 12 V. Transistor 2N2222 pad a rangkaian ini sebagai pengatur jalan masukan untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai on-offnya motor (Gambar 5. )

(6)

.=

Gambu5.Drivcr mo~r

ISSN 1693-3346

Data masukan diolah melalui program PC secara visual basic dengan interface USB card. Sistem mekanik sample changernya dibuat tanpa ban yak menggunakan switch. Sistem ini juga berfungsi sebagai kontrol jalan tray sample changer.

Sistem elektronik yang dibuat merupakan sistem pencacah nuklir non pencitraan, yaitu modul pengkondisi sinyal dan pengolah sinyal, modul tegangan tinggi, dan modul counter timer. Adapun modul berupa card, yaitu : modul usb tipe devasys, modul i2c ADDA dari innovative electronic serta low voltage dari power supply computer. Keluaran dari sistem e1ektronik yang dilewatkan oleh TTL sebesar 0,5 s sehingga dengan mudah dapat dibaca oleh Pc. Sistem interfacingnya menggunakan teknologi terkini yaitu USB sehingga pemrosesan data dapat dengan cepat dikirim atau diterima Pc.

V. URAIAN DAN HASIL REKA Y ASA

1. MODUL ELEKTRONIK a. Tegangan Tinggi

Penggunaan catu daya tegangan tinggi pada sistem pencacah gama sangat menentukan kualitas pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Pada dasarnya sistem tegangan tinggi dapat dibuat dengan berbagai cara antara lain: menggunakan "step up" dari arus bolak-balik.

(7)

ISSN 1693-3346

Untuk arus searah diperlukan tambahan rangkaian khusus untuk merajang tegangan searah yang seolah-olah seperti arus bolak-balik. Catu daya Tegangan Tinggi memiliki keluaran yang dapat diatur hingga 1000 Volt DC. Masukan untuk modul ini berupa sumber tegangan DC +5 Y, +12 V, -12 V, dan GND. Output modul ini dikeluarkan menggunakan konektor SHY untuk digunakan oleh Voltage Divider pad a PMT.

Modul ini menggunakan IC TDA 2004 sebagai pelipat tegangan tinggi, IC LF 357 sebagai modulasi lebar pulsa, IC 3080 sebagai penguat arus dan penguat pembanding TL 081. Adapun keluaran tegangan dari modul ini untuk mendapatkan pulsa dari detektomya ±1200 volt.

b. Penguat Sinyal

Amplifier mempunyai fungsi utama sebagai penguat dan pembentuk pulsa masukan dari Preamplifier. Sinyal yang dihasilkan berbentuk Gaussian Unipolar. Agar pulsa ini dapat dianalisa berdasar tingginya dengan daya urai yang memadai maka diperkuat kembali sampai keluarannya ( penguat awal : voltage sensitive; penguatannya 6 kali ) dalam orde beberapa volt. Penguat ini merupakan penguat linier yang dilengkapi dengan perubahan penguatan ( gain) secara diskrit maupun kontinu serta pemilihan polaritas masukan untuk dapat sebagai sinyal masukan untuk SCA.

Sistem ini merupakan penguat utama. Komponen utamanya adalah LM 318 yang dilengkapi dengan filter catu daya R,C. Penguat linear ini menggunakan catu daya +12 volt dan -12 volt DC. Setelah dikuatkan kemudian sinyal dibentuk semi gausian oleh rangkaian peredam aktifyang dilengkapi dengan rangkaian pole zero sehingga pulsa tidak mengalami undershoot. Dibagian keluaran peredam aktif diberi beban potensio (helitrim ) dan dibagian ct diambil sebagai pelemah sinyal yang dapat diatur untuk dikalibrasi.

c. Pengolah Sinyal

Single Chanel Analyzer (SCA) adalah suatu bagian dari spektrometer, yang merupakan suatu rangkaian penganalisa tinggi pulsa dari suatu detektor. Pulsa-pulsa keluaran dari penguat pulsa rangkaian amplifier, yaitu IC LM 318 akan dianalisa oleh IC TL 082 dengan cara melakukan pemilihan tinggi pulsa. Pulsa terse but masuk pada dua IC LM311 P yang berfungsi sebagai diskriminator. IC LM 311 P akan mengkomporator pulsa untuk

(8)

ISSN 1693-3346

menentukan lower level dan upper level. Pulsa komporasi tersebut akan distabilkan oleh 74123 sebagai keluaran data serial.

Single Cahannel Analyzer (SCA) mempunyai level diskriminator terendah E (Lower Level Diskriminator) dan level diskriminator tertinggi E +6.E (Upper Level Diskriminator), (Gambar 6).

A

_INPUT ULD LLD LLD' ULD LLD OUT 6E E ULD.

nn

OUT---n---Gambar 6. pulsa keluaran SCA

SCA akan melewatkan pulsa yang puncaknya masuk pada daerah 6.E (antara daerah LLD dan ULD) dan akan memblokir pulsa yang puncaknya diluar daerah 6.E. Sedangkan keluarannya harus berupa data serial yang dengan mudah akan dicounting dengan piranti luar.

d.Pencacah

Pada perangkat ini terdapat modul Counter, modul counter ini menerapkan metode perhitungan jumlah pulsa yang dihasilkan oleh detektor dalam satu-satuan waktu tertentu. Pulsa yang dihasilkan oleh detektor sebelumnya diolah oleh pengolah sinyal (SCA), kemudian hasil pengolahan sinyal tersebut diteruskan untuk dicacah melaui suatu gerbang

(9)

ISSN 1693-3346

(gate) yang menggunakan IC 7400. Proses pencacahan hanya terjadi selama gerbang dalam keadaan terbuka, interval waktu bagi gerbang tersebut ditentukan oleh perangkat lunak pada PC.

Komponen utama modul ini adalah IC CD4040. Modul Counter terdiri dari clock masu kan satu buah, bit control dua buah untuk mengatur nomor Counter dan pemilihan Byte, port Data 8 bit, serta catu daya. Modul Counter berjumlah tiga buah yang di dalamnya ter diri dari dua buah Counter 16 bit yang terbagi menjadi 8 bit High Byte dan 8 bit Low Byte Komponen utama modul ini adalah IC CD4040 sebagai counter ( 8 bit) dan IC 74244 sebagai gerbang data, data yang akan dibaca dikirim melalui Port A pada Terminal USB (

Universal Serial Bus). Proses pembacaan data dilakukan dengan pemilihan Chipselect (Cs) oleh suatu decoder (lC74138) melalui Port C (PCO, PC I, PC2, PC3).

Adapun hasH pencacahan dapat dilihat pada hasil percobaan dibawah ini :

ANA LIT :T4 PRINSIP DASAR : RIA - CT T ANGGAL PEMERIKSAAN : 16/ II /2007 W AKTU A W AL PENCACAHAN : 8:49:25 AM % NSB = 1.84 % MB_Tabung=68.66 Rerata NetCPM%KonsentrasiBou nd Total Count 002604 00000000.0000.00 NSB 000048 00000000.0000.00 A (MB) 001836 001788100.0000.00 B 001536 00148883.22 20.00 C 001248 00120067.11 50.00 D 001092 00104458.39 100.00 E 000528 00048026.85 200.00 F 000312 00026414.77 600.00

(10)

Tabel I. Hasil Cacahan Standar

Tabung

Rerata NetCPM

%

KonsentrasiBound Sample - 0 1 000612 000564 31.54223.87 Sample - 0 2 000348 000300 16.78493.68 Sample - 0 3 000792 000744 41.61146.42 Sample - 0 4 000660 000612 34.23199.86 Sample - 0 5 01524 001476 82.5522.35

Tabel 2. Hasil Cacahan Sampel

ISSN 1693-3346

90

80

70

60

50

40

30

20

10 o

223,87 493,68 146,42 199,86 22,35

Gambar 8. Kurva Sampel RIA

e. Driver motor

I---~

,---+-

Series1

\ .•• .••_n •• _." _

Komponen utama rancangan driver motor ini adalah transistor 2N2222 dan relay omron MY2 yang tegangan kerjanya 12

v.

Transistor 2N2222 pada rangkaian ini sebagai pengatur jalan masukan untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai on-offnya motor.

(11)

2 .. SAMPLE CHANGER

Perancangan sample changer terbagi dalam dua bagian besar, yaitu :

a . Susunan Kolimator

Susunan kolimator terdiri dari

ISSN 1693-3346

• Kolimator; kolimator didesain dari bahan Pb dengan mempertimbangkan ketebalan dan bentuk geometrinya. Kolimator berfungsi sebagai perisai radiasi dan kolimasi berkas sumber radiasi.

• Penyangga Kolimator; penyangga kolimator berfungsi sebagai penyangga detektor agar dapat berdiri tegak secara vertikal. Desain penyangga kolimator disesuaikan dengan dimensi detektor ( diameter dan panjang detektor ). Bentuk disusun secara knockdown dengan kolimator ataupun dudukan penyangga kolimator untuk memudahkan pemasangan detektor dan pengkabelannya. Penyangga kolimator dibuat dari bahan aluminium.

• Dudukan Penyangga kolim'ator; dudukan ini dibentuk sebagai susunan terpisah dari penyangga dengan tujuan pemasangan pengkabelan pada detektor lebih mudah. Secara prinsip dudukan penyangga kolimator sebagai tempat bertumpunya detektor secara keseluruhan. Dudukan penyangga kolimator dibuat dari bahan aluminium.

b. Susunan Penggerak Mekanik

Susunan penggerak mekanik terdiri dari :

• Sample Tray Karosel; bentuknya didesain berupa lingkaran dengan lubang-Iubang yang mengelilinginya berjumlah 25 sehingga besar sudut an tar tabung sample radiasi adi:1lah 14,4°. Komponen ini dibuat dari bahan tlexiglass dan PYC

• Karosel; posisi sangat menentukan dalam pemilihan sample secara berurutan dan pendektesian sample dengan posisi turun naik. Untuk itu didesain bentuknya berupa lingkaran dengan as pembagi sudut sebesar 14.4 0. Karosel dibuat dari bahan aluminium dengan as dari besi.

• Dudukan Karosel; dudukan karousel disesuaikan dengan kedudukan dimensi total dari perubahan ketinggian bagian susunan kolimator. Konstruksi dirancang dengan system knockdown sedang bahannya dibuat dari aluminium. Dudukan karousel berfungsi sebagai dudukan as karosel dan dudukan penggerak motor.

(12)

ISSN 1693-3346

• Dudukan Penggerak Motor; dudukan penggerak motor dibuat dari bahan aluminium. Dimensi dudukan penggerak motor ditentukan oleh bagian susunan kolimator. Dudukan penggerak motor menentukan ketinggian dan posisi karosel, untuk itu dipasang piringan ekstrensik yang secara mekanik memberikan gerak translasi maksimum dan minimum.

VI. KESIMPULAN

Perangkat RIA ini memiliki teknologi baru dan berdaya rendah. Penggunaan perangkat ini menggunakan bahan-bahan kandungan lokal dan kit RIA nya dapat diperoleh di BAT AN. Selain itu luas ruangan untuk mengoperasikan perangkat ini lebih kecil dan efisien karena sudah dalam bentuk 1 unit.

Perangkat ini dikembangkan di dalam negeri sehingga pelayanan perawatan dan perbaikannya dapat lebih cepat dan lebih mudah. Sistem komputer pad a perangkat ini menggunakan komputer yang ban yak terdapat di pasaran sehingga kemudahan suku cadangnya terjamin. Selain itu sistem komputernya dapat mengikuti perkembangan teknologi komputer yang ada sekarang. Sistem komunikasi data menggunakan komputer terkini dan mudah didapatkan dipasaran. Kemudahan dengan teknologi baru tersebut sangat strategis untuk digunakan rumah sakit-rumah sakit besar ataupun keci\.

(13)

ISSN 1693-3346

VII. DAFT AR PUST AKA

1. Laboratory Technologies, Inc, "The Cornerstone of RIA ", 43 W900 Route 64, Maple Park II, 6015 1

2. The Nucleus, " Model 1600 automatic gamma counter", OAK Ridge, Tn USA 3. Berthold," Gamma Management System ", DPC Developed, Germany, 1992 4. Darwati S, " Prosedure RIA ", Diklat Produksi Radioisotop, PPR-BA TAN, 2005 5. Wayan R, "Teknologi Produksi KIT RIA"., Diklat Produksi Radioisotop,

PPR-BATAN,I991

6. B.R. Bairi, Balvinder Singh, N.C. Rathod, P.V. Narurkar, " Handbook of Nuclear Medical Instrument"., Tata McGraw-Hili Publishing Company Limited,

New Delhi, 1994

7. Texas Instruments AS and ALS," 54/74 Families of Compatible TIL Circuits"., TIL Data Book II Vol II

8. Schawartz Mischa, " Signal Processing", International Student Edition, 1975

9. IAEA., " Radioimmunoassay Data Processing Program For IBM PC Version 1.0", 1998, http://www.mtmtys.com

REKA YASA DAN INOV ASI PERANGKA T RIAdengan. Riswal Nafi Siregar, Joko Sumanto, Suyatno, Sanda PUSAT REKA YASA PERANGKA T NUKLIR

r-I

H

I

I

0

t

/

t

I+-I

rl

.--.

.

.=

A

n__n__

%

90

70

60

50

40

30

20

10

o

I---~

,---+-

v.

_.

nn