BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Sejarah Penemuan Sinar-X
Sinar-X ditemukan pertama kali oleh fisikawan berkebangsaan Jerman Wilhelm C. Rontgen pada tanggal 8 November 1895. Pada saat Rontgen menyalakan sumber listrik tabung untuk penelitian sinar katoda, beliau mendapatkan sejenis cahaya berpendar pada layar yang terbuat dari Barium
Platino Cyanida yang kebetulan berada di dekatnya. Jika sumber listrik
dipadamkan, maka cahaya pendar pun hilang. Rontgen segera menyadari bahwa sejenis sinar yang tidak kelihatan telah muncul dari dalam sinar katoda. Karena sebelumnya tidak pernah dikenal, maka sinar ini diberi nama sinar-X. Namun untuk menghargai jasa beliau dalam penemuan sinar-X ini maka seringkali sinar itu dinamai juga sinar rontgen. Pemeriksaan tubuh manusia dengan menggunakan radiasi lahir pada tahun 1895, dimana Wilhelm C. Rontgen membuat image tangan istrinya pada X- Ray film. Ini adalah cikal bakal dari perkembangan ilmu imaging radiodiagnostic.
II.2 Dasar-dasar Fisika dan Prinsip Dasar Pencitraan Sinar-X II.2.1 Dasar-dasar fisika Sinar-X
Sinar-X atau sinar Rontgen merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sangat pendek (1 Ǻ = 10-8 cm), sehingga mempunyai daya tembus yang tinggi. Sinar-X terbentuk melalui proses perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju ke tingkat energi yang lebih rendah. Sinar-X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi sama dengan selisih energi antara kedua tingkat energi elektron tersebut. Sinar-X yang terbentuk dari proses ini disebut sinar-X karakteristik yang mempunyai spectrum energi adalah diskrit (5).
Ex – ray = Ebv – Ebt ...(1) Keterangan : Ex– ray : Energi sinar-x karateristik
Ebv : Energi vacant shell Ebt: Energi transition shell
Gambar II.1 Proses terjadinya radiasi sinar-X karakteristik
(Sumber : The Essential Physics of Medical Imaging, Busberg,2002,hal 101)
Sinar-X dapat pula diproduksi dengan jalan menembaki target logam dengan elektron cepat dalam suatu tabung vakum sinar katoda. Elektron sebagai proyektil dihasilkan dari pemanasan filament yang juga berfungsi sebagai katoda. Elektron dari filamen dipercepat gerakannya, elektron yang bergerak sangat cepat itu akhirnya ditumbukkan ke target logam bernomor atom tinggi dan suhu lelehnya juga tinggi. Target logam ini sekaligus juga berfungsi sebagai anoda. Ketika elektron berenergi tinggi itu menabrak target logam, maka sinar-X akan terpancar dari permukaan logam tersebut yang dikenal dengan sinar-X
Bremsstrahlung (5).
Sinar-X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi maksimal sama dengan energi kinetik elektron pada saat terjadinya perlambatan. Sinar-X bremstrahlung mempunyai spektrum kontinyu.
Gambar II.2. Sinar-X Bremstrahlung yang dihasilkan interaksi electron dengan inti atom target
(Sumber : The Essential Physics of Medical Imaging, Busberg,2002,hal 101)
Berikut bentuk spektrum radiasi yang dihasilkan oleh tabung sina
Gambar II.3.Spektrum radiasi sinar-X Bremstrahlumg dan Karakteristik
(Sumber : Crestensen’s Physics of Diagnostoc Radiology, Curry,1990)
II.2.2 Prinsip Dasar Pencitraan Sinar-X
Secara sederhana sistim pencitran sinar-X atau pencatatan image pada Image Receptor dalam hal ini film rontgen adalah adanya perbedaan penyerapan dari objek terhadap sinar-X sehingga terjadi perbedaan kwalitas dan kwantitas sinar-X setelah melewati objek dan kemudian mengenai film. Dan kemudian film diproses secara kimiawi, terjadilah perbedaan hitam dan putih pada film rontgen. Gambaran hitam adalah bagian yang mendapatkan sinar-X lebih banyak dari pada gambaran yang putih.
Gambar II.4 skema Prinsip dasar Pencitraan sinar-X
II.3. Sifat-sifat Sinar-X
Adapun sifat-sifat sinar-X sebagai berikut (5) : 1. Memiliki Daya Tembus
Sinar-X dapat menembus bahan, dengan daya tembus sangat besar dan digunakan dalam radiografi. Makin tinggi tegangan tabung ( kV ) yang digunakan, makin besar daya tembusnya. Makin rendah berat atom atau kepadatan suatu benda, makin besar daya tembus sinarnya.
2. Difraksi
Apabila berkas sinar-X melalui suatu bahan atau suatu zat, maka berkas tersebut akan bertebaran ke segala arah, menimbulkan radiasi sekunder (radiasi hambur) pada bahan/zat yang dilaluinya.
3. Absorbsi
Sinar-X dalam radiografi diserap oleh bahan atau zat sesuai dengan berat atom atau kepadatan bahan/zat tersebut. Makin tinggi kepadatan atau berat atomnya, makin besar penyerapannya.
4. Efek Fotografik
Sinar-X dapat menghitamkan emulsi film (emulsi perak-bromida) setelah diproses secara kimiawi (dibangkitkan) di kamar gelap.
5. Fluoresensi
Sinar-X menyebabkan bahan-bahan tertentu seperti kalsium-tungstat atau zink-sulfid memendarkan cahaya (luminisensi), bila bahan tersebut dikenai radiasi sinar-X.
6. Ionisasi
Efek primer sinar-X apabila mengenai suatu bahan atau zat akan menimbulkan ionisasi partikel-partikel bahan atau zat tersebut.
7. Efek Biologis
Sinar-X akan menimbulkan perubahan-perubahan biologik pada jaringan. Efek biologik ini dipergunakan dalam pengobatan radioteraping,
Busberg,2002,hal 101)
II.4 Pesawat Sinar-X
Pesawat sinar-X atau pesawat Rontgen adalah suatu alat yang digunakan untuk melakukan diagnosa medis dengan menggunakan sinar-X. Sinar-X yang dipancarkan dari tabung diarahkan pada bagian tubuh yang akan didiagnose. Berkas sinar-X tersebut akan menembus bagian tubuh dan akan ditangkap oleh film, sehingga akan terbentuk gambar dari bagian tubuh yang disinari. Sebelum pengoperasian pesawat sinar-X perlu dilakukan seting parameter untuk mendapatkan sinar-X yang dikehendaki. Parameter-parameter tersebut adalah tegangan (kV), arus tabung (mA) dan waktu paparan (s).
Gambar II.5. Pesawat Sinar-X
Pesawat sinar-X terdiri dari sistem dan subsistem sinar-X atau komponen. Sistem sinar-X adalah seperangkat komponen untuk menghasilkan radiasi dengan cara terkendali. Sedangkan subsistem berarti setiap kombinasi dari dua atau lebih komponen sistem sinar-X.
sinar-X diagnostik yang lengkap terdiri dari sekurang-kurangnya generator tegangan tinggi, panel kontrol, tabung sinar-X, alat pembatas berkas, dan peralatan penunjang lainnya.
II.5 Tabung Sinar-X
Tabung sinar-X adalah ruang hampa yang terbuat dari kaca tahan panas yang merupakan tempat sinar-X diproduksi. Tabung sinar-X adalah komponen yang utama yang terdapat pada pesawat sinar-X.
Gambar II.6. Skema bagian-bagian Tabung Pesawat Sinar-X
(Sumber : An Analysis of Radiographic Quality. 1989. Hal. 182)
Tabung terdiri dari 2 (dua) komponen, yaitu: (1) wadah tabung (tube casing
/housing); dan (2) tabung bagian dalam (tube insert). Pada Gambar II.5.
diperlihatkan model sebuah tabung sinar X dan bagian-bagiannya. (2). 1. Wadah Tabung (Tube Casing /Housing)
Dinding bagian paling luar tabung disebut rumah tabung terbuat dari metal, sedangkan bagian dalamnya terbuat dari lapisan timbal (Pb). Fungsi dinding ini agar dapat menekan radiasi yang tidak dibutuhkan. Pada sisi kiri dan kanan tube housing dihubungkan dengan soket kabel tegangan tinggi (40-150 kV) yang menghubungkan generator tegangan tinggi dengan tabung sinar-X.
Pada tube housing juga dibuatkan jendela housing atau port output sebagai tempat sinar-X keluar.
Fungsi X-ray tube housing, antara lain :
a) Berfungsi sebagai isolasi dan proteksi tube insert dari gangguan tekanan dari luar.
b) X-ray tube housing di dalamnya berisi oli transformer yang berfungsi untuk pendingin panas akibat tumbukan elektron dengan target dan pemisah komponen yang lain dalam tube insert.
c) X-ray tube housing dilapisi lead shielding yang berfungsi untuk attenuasi radiasi agar tidak keluar dari tabung sinar-X. Tingkat kebocoran tabung yang diperkenankan adalah 100 mR/jam. Pada jarak pengukuran 1 m diukur pada kondisi faktor eksposi yang paling tinggi berkisar 125-150 kV.
2. Tabung Sinar-X bagian dalam (X-Ray Tube Insert)
Komponen-komponen utama tabung sinar-X bagian dalam (X-Ray Tube
Insert) sebagaimana yang tampak pada gambar II.5. meliputi :
a. Katoda
Katoda terbuat dari nikel murni dimana celah antara 2 batang
katoda disisipi kawat pijar (filamen) yang menjadi sumber elektron pada tabung sinar-X. Filamen terbuat dari kawat wolfram (tungsten) digulung dalam bentuk spiral. Bagian yang mengubah energi kinetik elektron yang berasal dari katoda adalah sekeping logam wolfram yang ditanam pada permukaan anoda.
b. Anoda
Anoda atau elektroda positif biasa juga disebut sebagai target jadi anoda disini berfungsi sebagai tempat tumbukan elektron. Anoda merupakan sasaran (target) yang akan ditembaki oleh elektron yang dilengkapi dengan focus (focal spot).
c. Foccusing cup
Focusing cup ini sebenarnya terdapat pada katoda yang berfungsi
sebagai alat untuk mengarahkan elektron secara konvergen ke target agar elektron tidak terpancar ke mana-mana. Ukuran focus pada anoda ada dua, yaitu fokus besar (large focus) dan fokus kecil (small focus) bergantung pada pemilihan nilai arus tabung yang digunakan. (5)
d. Rotor atau stator
Rotor atau Stator ini terdapat pada bagian Anoda yang berfungsi sebagai alat untuk memutar Anoda. Rotor atau Stator ini hanya terdapat pada tabung yang memakai Anoda putar, keuntungannya anoda putar adalah target elektron bisa berganti-ganti dan pendinginan bisa sempurna.
e. Glass metal envelope (vacuum tube)
Glass metal envelope atau vacuum tube terbuat dari kaca pyrex,
merupakan tabung yang gunanya membungkus komponen-komponen penghasil sinar-X agar menjadi vacum atau kata lainnya menjadikannya ruangan hampa udara.
f. Oil
Oil ini adalah komponen yang cukup penting ditabung sinar-X
karena saat elektron-elektron menabrak target pada anoda, energi kinetik elekron yang berubah menjadi sinar-X hanyalah ≤ 1% selebihnya berubah menjadi panas mencapai 20000 °C, jadi disinilah peran oil sebagai pendingin tabung sinar-X.
g. Window
Window atau jendela adalah tempat keluarx sinar-X. Window
terletak di bagian bawah tabung. Tabung bagian bawah di buat lebih tipis dari tabung bagian atas hal ini di karenakan agar sinar-X dapat keluar.(5)
II.6 Magnifikasi Radiography
Magnifikasi radiography berasal dari kata Magnification dan Radiography. Magnification adalah proses membuat sesuatu sehingga lebih besar dengan menggunakan lensa atau rasio antara ukuran bayangan dengan ukuran yang sebenarnya. Radiography adalah membuat film rekaman ( radiograf ) jaringan-jaringan tubuh bagian dalam dengan melewat tubuh mengunakan radiasi.(5)
Magnifikasi Radiography ada dua antara lain : 1. Makro Radiography
2. Magnifikasi yang dihindari II.6.1 Makro Radiography
Makro Radiography berasal dari kata Macro dan Radiography. Macro adalah bentuk kombinasi besar atau panjang yang abnormal. Pengertian dari Makro radiography adalah suatu metode pembesaran secara langsung dari pencitraan dengan meletakan objek diantara Tabung sinar-X dan film sejauh jarak tertentu yang kemudian mendapatkan pembesaran yang diinginkan (3). Tujuan dasar dari makro radiogrphy untuk mendapatkan gambaran dari objek-objek yang kecil sehingga mempermudah dalam menganalisa objek tersebut contoh kasus pemeriksaan os sella tursika, foramen orbita dan temporo mandibular joint.
Untuk mendapatkan makro radiography , maka yang dilakukan adalah merubah jarak Fokus sinar ke Objek ( FOD ) dengan jarak Fokus sinar ke Image (FFD) tetap, atau merubah jarak Fokus sinar ke Image (FFD) dengan jarak Fokus ke Objek tetap (FOD) tetap dengan konsekuensi teknik ini terdapat koereksi pemilihan faktor eksposi. Dalam makro radiography ada tiga faktor yang mempengaruhi yaitu : FFD, OFD dan Ukuran Fokus ( Focal Spot ).
Fokus Fokus I FFD Fokus II FOD I FOD II Gbr a. M M M Gbr b. Gambar II.7 Skema macro radiography
gbr a merubah Fod dngan FFD tetap, gbr b merubah FFD dengan OFD tetap
II.6.2 Magnifikasi Yang Dihindari
Sebagian besar dari pencintraan diagnostic menghindari magnifikasi karena selain terjadinya pembesaran pada image foto rontgen dan juga ketajaman imege foto berkurang. Hal ini dapat mempengaruhi interpertasi dokter dalam menegakkan diagnosa sedangkan tujuan dari pencitraan diagnostik untuk mendapatkan kondisi penyakit pasien sesuai dengan yang dialami. Ada beberapa hal yang menyebabkan terjadinya magnifikasi yang tak diinginkan antara lain adalah secara alami anatomi tubuh manusia tidak rata sehingga objek tidak bisa menempel pada Film rontgen atau kondisi pasien yang tidak memungkinkan untuk menempatkan objek menempel pada film.
Objek I Objek II Image Objek Image Image image
Magnifikasi didefenisikan sebagai perbandingan antara image dan objek sebenarnya, dengan image yang dihasilkan sama atau lebih besar dari objek aslinya (5)
M = , Atau M = ... (II-1) dengan, M = Pembesaran bayangan
FFD = jarak antara fokus ke film OFD= jarak antara objek ke film FOD= jarak antara fokus ke objek
Rumus magnifikasi di atas berlaku jika sumber sinar-X berbentuk ukuran focal spots yaitu suatu titik poin (poin source focal spots), magnifikasi gambar dikenal dengan istilah pembesaran geometri (geometry magnification).
Faktanya suatu sumber sinar-X pada pesawat rontgen adalah suatu bidang. Berikut skema geometri pembesaran bayangan pada fokus berbentuk bidang :
FOD
FFD
OFD
M M
Gambar II.8. skema Geometri pembesaran image pada ukuran focal berbentuk bidang (Sumber: Cresten’s Fhysics of Diagnostic radiology, 1984)
Fokus
Ukuran pembesaran image yangterjadi pada sumber sinar berbentuk bidang di rumuskan sebagai berikut (5) :
M = m + ( m - 1 ) ( ) ...(II-2) Dimana, M = pembesaran sesungguhnya
m = pembesaran geometri f = ukuran fokus
d = Ukuran Objek.
Dari rumus diatas didapatkan nilai magnifikasi atau pembesaran sesungguhnya (true magnification) ukurannya lebih besar dari pembesaran geometri.
Pada gambar penambahan ukuran bayangan Pembesaran yang terjadi nilainya selain tergantung faktor magnifikasi geometri juga sebanding dengan ukuran fokal spot dan berbanding terbalik dengan ukuran objek.
II.7 Ketidaktajaman pada Image foto rontgen
Ketajaman image radiograf adalah kemampuan suatu radiograf memperlihatkan batas yang tegas dan jelas antara hitam dan putih. Pada suatu radiograf terdapat kekaburan suatu detail yang meluas sampai ke daerah tertentu dinamakan Ketidaktajaman (3)(5).
Ada beberapa hal yang mempengaruhi ketajaman image rontgen antara lain: 1. Movement Unsharpness : ketajaman image berkurang disebabkan
faktor pergerakan objek.
2. Fotografi unsharpness : Ketajaman image berkurang disebabkan faktor Fotografi ( alat-alat pendukung pencitraan = Kaset, film, Proses pencucian, Intesifying Screen )
3. Geometry Unsharpness : Ketajaman image berkurang disebabkan faktor Geometry FFD, FOD, OFD dan Ukuran Fokus ( focal spot ).
II.7.1 Ketidaktajaman faktor geometri
Faktor yang mempengaruhi ketidaktajaman geometri (geometri unsharpnes) pada image foto rontgen antara Lain (5):
1. Jarak antara Objek Film Distance (OFD) ; semakin jauh jarak OFD semakin besar ketidaktajaman image.
2. Jarak Fokus Film Distance (FFD) dan Fokus Objek Distance (FOD) ; semakin dekat jarak FFD dan FOD semakin besar ketidaktajaman Image. 3. Ukuran Fokus ( Focal Spot Size ); dengan menggunakan ukuran fokus
yang besar maka menambah ketidaktajaman gambar.
Berikut adalah skema ketidakjaman faktor geometri semakin besar apabila (3)(5): 1. Jarak FFD dan FOD berkurang, OFD tetap.
FOD FFD FFD
OFD
a
b a a b a (I) (II)
Gambar II.9 skema Ketidaktajaman geometri dengan berkurangnya FFD dan FOD, dengan a=Penumbra, b=Umbra.
Pada skema diatas ,(I) FFD dan FOD lebih pendek daripada pada (II), dan terlihat (I) Penumbra lebih besar daripada (II). Pada penumbra memiliki batas detail yang rendah dan kontras yang rendah sehingga terjadi pengaburan pada tepi objek pada image foto rongen.
2. Jarak OFD bertambah
FOD FOD FFD
OFD OFD
a b a a b a
Gambar II. 10 skema ketidaktajaman geometri dengan bertambahnya OFD 3. Ukuran fokus ( Focal Spot Size )
Fokus
Objek
A b a a b a Gambar II.11 skema ketidaktajaman geometri akibat ukuran fokus
Akibat sumber sinar berupa bidang maka suatu objek dengan ukuran tertentu (gambar ) akan terproyeksikan di film menjadi bayangan yang terdiri dari “ b “ yang merupakan pusat bayangan dikenal dengan istilah umbra (bayangan sejati) yang dikelilingi bayangan “ a “ dan “ a “ yang dibentuk oleh beberapa titik dari focal spots yang disebut daerah penumbra (setengah bayangan) dengan densitas lebih rendah dan lebih kabur. Besarnya ketidaktajaman geometri pada prinsipnya adalah menghitung lebar daerah penumbra (“ a “). Dari gambar (.) maka ukuran penumbra (“ a “) yang disebut ketidaktajaman geometri (Ug) dirumuskan sebagai berikut (3)(4)(5) :
Ug = F .
...
( II-3)Dengan, Ug = Unsharpnes geometri F = fokus
OFD = jarak antara objek ke Film FOD = jarak antara fokus ke objek.
Dari rumusan ini tampak jelas, ketidaktajaman geometri bertambah jika ukuran focus bertambah (F) dan jarak objek ke bayangan (OID) bertambah dan FOD berkurang.
