PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL. Budi Santoso, Sukandar, Romadhon, dan Kristiyanti

(1)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14 November 2013

PERANCANGAN PESAWAT SINAR-X MAMOGRAFI DIGITAL

Budi Santoso, Sukandar, Romadhon, dan Kristiyanti

PRPN - BAT AN , 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

(2)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14November 2013

1. PENDAHULUAN

Kanker payudara dan kanker Ieher rahim merupakan jenis kanker tertinggi pad a 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 pad a stadium rendah (down staging), sehingga presentase kemungkinan untuk

dapat disembuhkan tinggi. Stadium nol adalah merupakan stadium pra kanker, dimana

massa tumor belurn 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 rnendiagnosis 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 terkeeil hingga kurang dari 5 mm (stadium nol). Pad a 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 em atau lebih.

-\

(3)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - SA TAN, 14November 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.

Pad a 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. Pad a 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 men it) dan waktu pemeriksaan yang lebih sing kat.

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].

(4)

Prosiding Perlemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN- BATAN, 14November 2013

Mammography

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 konvensionallangsung ditangkap dengan film.

(5)

Prosiding Pertemuan /lmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14November 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 meneiptakan perbedaan hasil exposure, yang memberikan rineian

jaringan di dalam payudara. Pada mammogram, lemak tampak berwarna hitam, sedang

yang lainnya; kelenjar, jaringan ikat, tumor, kalsifikasi muneul 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 eitra/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

sinar-X rata-rata dalam hal :

• Oosis serap harus serendah mungkin dengan menaikkan energi sinar-X.

• Kontras meningkat seiring penurunan energi sinar-X.

Untuk payudara keeil perangkat mamografi dioperasikan pada tegangan 30 kV, yang

berarti energi sinar-X efektif 18 sampai 20 keV, eukup 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

(6)

i,·~c' I;aqet OJ"hi,.~(. ;Itel , , I i!)tt~')')lt'fpN keVof p'~ctcn 12r>..:-rgy 15 20 25 30

Photon Energy (keY)

I

D.'! )Q.':"

28

Gambar 4. Spektrum Energi Sinar-X Mamografi [6]

3. TAT A KERJA

Penelitian pesawat sinar-X mamografi tahun 2013 menitikberatkan pada meraneang

beberapa bagian:

• Elektromekanik: C-arm (kepala tabungltube head, compression paddle dan pemegang

detektor), stand (pemegang C-arm), konsul dan shielding operator. Perangkat lunak

pendukung dalam meraneang bagian elektromaknetik menggunakan CA T1A.

• Elektronik: pengendali tegangan, arus tabung, pewaktu, sensor temperatur tabung,

interlock. Perangkat lunak pendukung dalam meraneang 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 ±180o menyesuaikan posisi pemeriksaan CranioCaudal(CC)

maupun MedioLateral Oblique(MLO) [7].

• C-arm mampu bergerak vertikal mengikuti tinggi pasien di Indonesia dengan

jangkauan pergerakan 100 em - 170 em.

• Stand dan C-arm bisa menyesuaikan posisi jika pasiennya menggunakan kursi roda.

• Konsul selain mampu melindungi modul elektronik yang ada didalamnya, juga harus

(7)

• 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 pad a

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.

(8)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN-BATAN, 14November 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. Oalam 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. Pad a tabung mamografi, filament katoda jarak ke anodanya

lebih dekat dibandingkan dengan tabung sinar-X biasa, sehingga saat beroperasi

(9)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN-BATAN, 14November 2013

Pada mamografi arus tabung adalah fungsi dari pad a arus fila men, karena untuk

mengatur arus tabung pad a 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 A Tmega 16, 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

(10)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14November 2013 ~'''~'.-,:::-"""<:_b'l:

'L

~" ,', '. r=ill .:;.., ,;}:rr JcL\J>," ~.:,,!) 4.2 Bagian Mekanik .. . ~~ '"",,(;.I"'»>!'-''''W>''~~>::<''''''~ C!'" """"'<0;";,.,"'-'0,""",'

Gambar 7. Rangkaian Pengatur Waktu

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

(11)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14November 2013 i ~~~:.:I;~'"r. ::. ••• 1"••••••,;,. ::~,:~L(\"J..~·i~% ~~"l' ••.i!" ;><;I',e!(ren IsornetrlC view

Scale: 1:4 ,iix.""unQ!a: Pa"\'1 s<:: '!)": ••Kl.ur

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 papa ran sinar-X, maka perhitungan tebal

shielding serta ketersediaannya di pasaran adalah 7 mm kaea Pb atau setara 1,1 mm Pb

[8]. Peraneangan konsul mempertimbangkan ergonomi, mobilitas dan sudut pandang

operator saat bekerja, juga volume dan tat a letak modul elektronik. Sebagai tindakan

keamanan dan keselamatan bagi operator dan pasien. Dengan dimensi konsul tinggi ± 80

em, lebar ± 65 em merupakan ukuran yang optimal bagi rata-rata operator Indonesia agar

(12)

Pro siding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN-BATAN, 14November 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 pad a mikrokontroler pengendali

tegangan tinggi, pemilih arus tabung dan pengatur waktu.

~~~ BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

~; PUSAT REKAYA$A PERANGKAT NUKLIR

DATAPASIEN MAMMOGRAPHY

"'''''.'''.'..•...~..

----.

IOPu!eo , T~L.1t\J

ITIIIPtIt.s.a AIIIUItJ(

:I~

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

;f.:.~$ PUSAT REKAYA$A PERANGKAT NUKLIR

NamIlPa~ieJJ; IOPU"ft ~~~el'~s."~;~~ •.! ~!<GOiIII AM I?.lrcflt.w: tKV • I!1A ...'"

(13)

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN- BATAN, 14November 2013

5. KESIMPULAN

Pad a 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 (GU/).

Dalam proses perancangannya menggunakan beberapa perangkat lunak aplikasi sesuai

peruntukannya.

6. UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih pad a 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.qo.id/diakses 18 Oktober 2013

2. Anonymous, Mamografi

Available: http://id.wikipedia.orq/ diakses 18 Oktober 2013

3. Budi Santoso, Perekayasaan Pesawat Sinar-X Mamografi, Proposal Usulan Kegiatan,

PRPN,2013

4. Anonymous, Digital Mamografi

Available: http://www.imaqinis.com/diakses 19 Oktober 2013

5. National Cancer Institute, Breast Cancer Screening

Available: http://www.cancer.qov/ diakses 1 November 2013

6. IT Garbet, Mamografi-Physical Principles and Instrumentation

Available: http://qolum.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

(14)

Pro siding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN- BATAN, 14November 2013

8. Badan Standarisasi Nasional, Kaca Timbal Untuk Proteksi Radiasi Sinar-X, SNI

16-6656-2002, 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.