STUDI AWAL PENGARUH UKURAN MEDAN PAPARAN TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON MENGGUNAKAN EGSNRC MONTE CARLO SYSTEM

STUDI AWAL PENGARUH UKURAN MEDAN

PAPARAN TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON

MENGGUNAKAN EGSNRC MONTE CARLO

SYSTEM

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai syarat menyelesaikan studi Tingkat Sarjana Di Program Studi Fisika Institut Teknologi Bandung

Oleh:

Liza Febrianti

NIM: 10204051

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Lembar Pengesahan

STUDI AWAL PENGARUH UKURAN MEDAN PAPARAN

TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON

MENGGUNAKAN EGSNRC MONTE CARLO SYSTEM

Oleh:

Liza Febrianti

NIM: 10204051

Telah diujikan pada sidang sarjana mahasiswa Strata-1 Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam pada tanggal

24 Juni 2008 di depan tim penguji:

Pembimbing : Dr. rer.nat Freddy Haryanto Penguji I : Dr. Nurul Siti Khotimah Penguji II : Dr Enjang Jaenal Mustofa

Telah diperiksa dan disahkan oleh pembimbing tugas akhir

Dr. rer. nat. Freddy Haryanto

NIP: 132 130 242

Teruntuk Mama tersayang….

Dan Papa yang telah tiada….!!!!!

Mama thank you for who I am

Thank you for all the things I'm not

Forgive me for the words unsaid

For the times

I forgot

Mama remember all my life

You showed me love, You sacrificed

Think of those young and early days

How I've changed

along the way

And I know you believed

And I know you had dreams

And I'm sorry it took all this time to see

That I am where I am because of your truth

I miss you, I miss you

Mama forgive the times you cried

Forgive me for not making right

All of the storms I may have caused

And I've been wrong

Dry your eyes

Mama I hope this makes you smile

I hope you're happy with my life

At peace with every choice I made

How I've changed

Along the way

And I know you believed in all of my dreams

And I owe it all to you, Mama

iv

ABSTRAK

Tujuan dari penelitian kita kali ini adalah untuk melihat pengaruh ukuran medan paparan terhadap output berkas radiasi, khususnya berkas foton, yang meliputi output factor, hamburan balik, depth dose serta beam profiles. Untuk mencapai tujuan tersebut, digunakan User code BEAMnrc untuk memodelkan transport partikel pada geometry radiation head serta DOSXYZnrc untuk memodelkan transport partikel pada elemen volum phantom air berukuran 30x30x30 cm3 dengan ukuran voxel bervariasi. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa simulasi kali ini telah sesuai dengan teori, terkait, khususnya dengan standard dosimetry, dengan error dibawah 2% untuk kasus PDD dan beam profiles. Namun, kita belum dapat menyatakan keakuratan perhitungan yang berbasiskan system perhitungan Monte Carlo ini karena masih besarnya error yang ditemukan pada perhitungan dosis hamburan. Kita harus melakukan commissioning terlebih dahulu sehingga nantinya output yang dihasilkan dapat langsung digunakan untuk menentukan distribusi dosis pada pasien yang sebenarnya.

Kata kunci: medan paparan, phantom, output factor, hamburan balik, depth dose, beam profiles.

v

ABSTRACT

The aim of this study is to observe the influences of field size to radiation beam output, especially photon beam, such as output factor, back scattering, depth dose and beam profiles. To reach the goal, we use BEAMnrc’s user code to simulate the particles transport in radiation head geometry and DOSXYZnrc’s user code to simulate the particles transport in the different size voxel of 30x30x30 cm3 water phantom. The results show a good agreement with related theory, especially dosimetric standard, with deviation less than 2% in PDD and beam profile’s cases. But, we cannot say that this simulation, which is based on Monte Carlo system, is accurate because of the error is still big enough in scatter or backward dose measurement. We have to do commissioning test so that the data can be used to measure and determine the dose distribution for real patients.

Keyword: field size, phantom, output factor, back scattering, depth dose, beam profiles.

vi

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah S.W.T yang telah melimpahkan rahmat dan petujuk-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini disusun sebagai persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan Tingkat Sarjana di Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam serta sebagai laporan atas selesainya penelitian penulis yang berjudul “Studi Awal Pengaruh Ukuran Medan Paparan Terhadap Output Berkas Foton Menggunakan EGSnrc Monte Carlo System”. Pada laporan tugas akhir ini, penulis memaparkan tentang perancangan simulasi distribusi dosis pada phantom homogen serta melihat pengaruh suatu medan paparan terhadap output yang dihasilkan, terkait dengan karakteristik berkas foton sehingga nantinya kita dapat merancang distribusi dosis yang akurat pada pasien yang sebenarnya.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan yang terdapat pada laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak yang membaca laporan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat dan dijadikan bahan pertimbangan untuk perbaikan pada masa yang akan datang bagi pihak-pihak yang berkepentingan.

Bandung, Juni 2008

vii

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyadari banyak sekali bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak dalam penyelesaian tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:

1. Mama tercinta. Terima kasih atas atas do’a dan restunya selama ini. Akhirnya lulus Juli juga Ma...!!

2. Segenap keluarga besar Alm. Zakirman yang telah memberikan dorongan semangat selama ini. Thank’s for all of my Bro and Sist.

3. Dr.rer.nat Freddy Haryanto selaku pembimbing. Maaf ya pak atas kebandelan penulis selama ini.

4. Girls’s Power HIMAFI 2K4. Untuk Meira, Dheiya, Tyas, Keket, Kiki dan Maya yang telah menjadi teman seperjuangan penulis untuk mengejar kelulusan pada bulan Juli 2008 ini. Khusus untuk Tyas dan Dheiya, Ganbatte!! Oktober menunggu kalian. Untuk Wina yang selalu menemani penulis di setiap malam. Untuk Emma yang telah menjadi teman “akrab” penulis, apalagi setelah kita balik dari Dufan. Untuk Nyayu, Teta dan Shera yang telah menjadi teman nyampah dan berbagi rasa. Untuk Anneu “sok lucu” yang pernah membuat penulis kesal karena membawa virus ke lab hingga komputernya error. Untuk Nirmin yang curang, lulus terlebih dahulu Min, cariin kerjaan dong!!. Untuk Mba Rin yang kagetan, maaf

viii

ya Mba. Untuk Lizi yang selalu ribut dan berteriak-teriak di lab atas karena selalu menonton film horror. Untuk Anggie dan Issey (si ibu fashion) yang telah menjadi teman baik penulis selama kuliah disini. Kalian semua adalah teman-teman terbaik yang pernah penulis miliki. Love you all sist !!

5. Keluarga Besar HIMAFI ITB, khususnya HIMAFI 2K, 2K1, 2K2 dan 2K6. Kalian adalah keluarga kedua bagi penulis. Terima kasih atas segala pengalaman dan cerita indah yang diberikan selama ini. Kapan kita ke villa lagi?

6. Keluarga Besar UKM ITB yang telah banyak memberikan pengalaman dalam dunia kesenian kepada penulis.

7. Seluruh Staff TU, khususnya Pak Yeye alias Pak DjeDje yang telah banyak membantu segala urusan penulis. You are my super hero pak!!. Tidak lupa kepada Bu Ratna yang telah mengurusi gaji penulis selama menjadi asisten. Setiap melihat Bu Ratna, pasti ingat duit. Hehehe..

8. Seluruh Staff Dosen yang selama ini telah banyak memberikan pengetahuan kepada penulis.

9. Seluruh Staff Perpustakaan yang telah memudahkan segala urusan penulis dalam peminjaman buku, khususnya Bu Silvi yang sekarang telah pensiun. 10. Para Rilek’ers yang telah memberikan semangat kepada penulis dalam

ix

11. Phonie, Nda (Bu Dokter), Devfi, Adiek (Bu Bidan), dan Menet. Mudah-mudahan rencana merger kita dalam pembuatan bidang usaha campur sari dapat terwujud.

12. Somebody precious. Thank’s for unforgettable moments for this two years. I’ll never forget all the things that you do and give to me. Love you, always…VL !!

Akhirnya kepada semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas bantuan dan dorongan semangatnya selama ini.

Bandung, Juni 2008

x

DAFTAR ISI

ABSTRAK iv

ABSTACT v

PRAKATA vi

UCAPAN TERIMA KASIH vii

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR TABEL xv

DAFTAR LAMPIRAN xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah 1

1.1.1 Latar belakang 1

1.1.2 Rumusan masalah 3

1.2 Ruang Lingkup Kajian 3

xi

1.4 Anggapan Dasar 4

1.5 Hipotesis 5

1.6 Metode dan Teknik Pengumpulan Data 6

1.6.1 Metoda 6

1.6.2 Teknik Pengumpulan Data 6

1.7 Sistematika Penulisan 6

BAB II TERAPI RADIASI DAN DASAR-DASAR DOSIMETRY

2.1 Terapi Radiasi 8

2.2 Linier Accelerator dan Ionization Chamber 10

2.3 Dasar-Dasar Dosimetry 13

2.3.1 Percentage Depth Dose 14

2.3.2 Beam Profiles 17

2.3.3 Output Factor 18

2.4 Metoda Monte Carlo Untuk Verifikasi Perhitungan Dosis 19

2.4.1 Metoda Monte Carlo 19

BAB III METODOLOGI

3.1 Pemodelan Transport Partikel Pada Geometry Radiation Head

Akselerator Medis Menggunakan BEAMnrc 27

3.2. Pemodelan Transport Partikel Pada Phantom Homogen

Menggunakan DOSXYZnrc 30

BAB IV PERHITUNGAN DOSIS SERTA ANALISIS PENGARUH UKURAN

MEDAN PAPARAN TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON

4.1 Hasil Perhitungan dan Menggunakan BEAMnrc ₃₃

4.2 Hasil Perhitungan Dosis yang mengendap Pada Elemen Volum Phantom Homogen Serta Analisis Karakteristik Berkas Foton 37

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan 44

5.2. Saran 45

DAFTAR PUSTAKA 46

LAMPIRAN 48

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Diagram Blok Linear Accelerator Medik 10

Gambar 2. Salah satu contoh Linear Accelerator, Siemens Oncor (kanan), Contoh Treatment radiasi menggunakan linear accelerator (kiri) 12

Gambar 3. Perhitungan Percentage Depth Dose 15

Gambar 4. Kurva PDD untuk beberapa sumber radiasi yang berbeda 16

Gambar 5. Beam profiles berkas foton 6 MV pada ukuran field size 2.8x13

cm2, kedalaman 7 cm pada tulang 17

Gambar 6. Contoh Metoda Monte Carlo 20

Gambar 7. Struktur EGS System 22

Gambar 8. Skema pengoperasian BEAMnrc 24

Gambar 9. Elemen volum pada phantom 25

Gambar 10. Flowchart penanganan kasus menggunakan DOSXYZnrc 26

Gambar 11. Model Radiation Head Akselerator Medis (atas), tampilan (preview) bukaan x-jaws dan y-jaws untuk lapangan 10x10 cm2 (bawah) 29

xiv

Gambar 13. Pembagian voxel pada phantom 31

Gambar 14. Kurva ratio dosis Backward/Forward terhadap beberapa ukuran

medan paparan 36

Gambar 15. Kurva perbandingan Normalized Depth Dose (NDD) Vs Kedalaman Phantom pada phantom 30x30x30 cm3 untuk berbagai ukuran

medan paparan 38

Gambar 16 Beam profiles untuk beberapa ukuran medan paparan 41

Gambar 17. Kurva perbandingan Output Factor terhadap Ukuran medan

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Nilai yang kita peroleh dari hasil simulasi BEAMnrc berdasakan jatuhnya berkas dari atas ke monitor chamber 34

Tabel 2. Nilai yang kita peroleh dari simulasi BEAMnrc karena berkas terhambur oleh sisi-sisi jaws. Nilai disimulasikan untuk

beberapa ukuran medan paparan yang berbeda 34

Tabel 3. Kedalaman maksimum dosis radiasi untuk beberapa ukuran

medan paparan 39

Tabel 4. PDD pada kedalaman maksimum refernsi untuk beberapa ukuran

medan paparan 40

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A. Input File Simulasi BEAMA 48

LAMPIRAN B. Input File Simulasi BEAMBUntuk Ukuran Medan Paparan

10x10 cm2 53

LAMPIRAN C. Input file Simulasi DOSXYZnrc Untuk Pengukuran Depth

Dose, Phantom 30x30x30 cm2 60

LAMPIRAN D. Input File Simulasi DOSXYZnrc Untuk Pengukuran Beam