Estimasi Dosis Efektif Out of Field dalam Radioterapi LINAC
Varian iX pada Kanker Serviks
Kadek Listuayu1)*, Johan A.E Noor2), Bunawas3)
1) Program Studi Magister Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya 2) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya
3) Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi, BATAN Diterima 01 April 2016, Direvisi 28 April 2016
ABSTRAK
Pesawat LINAC yang dioperasikan pada energi di atas 8 MV dapat menghasilkan emisi fotoneutron yang ditimbulkan dari interaksi antara energi foton tinggi yang menumbuk material penyusun linac di antaranya kolimator, target dan foil hamburan. Radiasi sekunder yang terjadi ini dapat meningkatkan risiko kanker sekunder dan tambahan dosis radiasi yang diterima selain dosis foton. Studi ini mengestimasi
out of field dose di sekitar kanker serviks berupa dosis efektif neutron dan foton. Estimasi dilakukan dengan
menggunakan pasangan detektor termoluminesensi (TLD), yaitu TLD 600 dan TLD 700. TLD dikalibrasi dengan menggunakan sumber 60Co dan sumber 252Cf. Penyinaran LINAC dengan dosis 2 Gy yang dilakukan sebanyak tiga kali menghasilkan dosis efektif neutron rata-rata yang diterima organ-organ sehat dekat target berkisar dari 0,3 mSv sampai 4,8 mSv Sedangkan untuk dosis efektif foton rata-rata yang diterima oleh pasien (fantom) berada pada kisaran 42,9 mSv sampai 920,1 mSv. Dosis efektif neutron dan foton yang diterima semakin kecil jika letaknya semakin jauh dari titik isocentre.
Kata kunci: LINAC, Kanker serviks, Out of Field, TLD. ABSTRACT
LINAC operated at energies above 8 MV can result in photoneutron emissions arising from the interaction between high-energy photons striking the constituent materials such as collimator, the target and the scattering foil. This secondary radiation may increase the risk of secondary cancers and additional radiation dose received in addition to dose of photons. This study estimates the dose out of the field around cervix cancer in the form of an effective dose of neutron and photon. Measurements were carried out using termoluminescence (TLD) detector pairs, TLD 600 and TLD TLD 700. Neutron dose distribution was determined by placing the TLD pairs at 8 points scattered in the phantom.. LINAC irradiations at a dose of 2 Gy were conducted three times that produced effective dose neutron range from 0.3 mSv to 4.8 mSv. While the effective dose photon as read by the TLDs range from 42.9 to 920.1 mSv.The effective dose of neutron and photon received were less for points located further away from the point of isocentre.
Keywords: LINAC, Cervix Cancer, Out of Field, TLD
PENDAHULUAN
Data yang dipublikasikan oleh AAPM (The
American Association of Physicists in Medicine) pada tahun 2010 sampai saat ini
kanker serviks masih merupakan masalah kesehatan wanita dengan angka kejadian dan
angka kematian yang tinggi, di mana hampir setiap harinya ditemukan 41 kasus baru dan 20 kasus kematian [1]. Salah satu metode pengobatan dari penyakit kanker serviks adalah dengan radioterapi menggunakan pesawat LINAC. Akhir-akhir ini, pesawat LINAC semakin intensif digunakan untuk terapi kanker. Kanker serviks sendiri merupakan salah satu jenis kanker yang sering diradiasi dengan menggunakan pesawat LINAC energi tinggi di atas 10 MV [2]. Hal ini disebabkan letak kanker ---
*Corresponding author: e-mail: [email protected]
yang berada jauh dari permukaan kulit.
Apabila pesawat LINAC dioperasikan pada energi di atas 8 MV, maka akan dihasilkan neutron dari reaksi fotoneutron (γ,n) sebagai hasil dari interaksi energi tinggi sinar-X dengan bahan komponen kepala LINAC seperti pada bagian kolimator, target, dan foil hamburan [3]. Kontribusi dosis yang dihasilkan neutron terhadap dosis di luar lapangan target (out of
field dose) pasien lebih kecil dibandingkan
dengan dosis yang dihasilkan dari hamburan foton. Namun, mengingat faktor bobot radiasi neutron yang cukup besar (WR=5-20), maka hal
ini dapat memberikan kontribusi yang cukup signifikan dalam penerimaan dosis efektif pasien. Salah satu cara untuk mengetahui dosis yang berasal dari paparan radiasi pengion yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan Thermoluminescence Dosimeter (TLD). Menurut ICRU Report 26, untuk mengukur dosis secara terpisah pada medan radiasi campuran harus menggunakan sepasang dosimeter yang masing-masingnya lebih sensitif terhadap neutron dan yang lainnya sensitif terhadap foton [4]. Pasangan TLD yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah TLD 600 (6LiF:Mg,Ti) dan TLD 700 (7LiF:Mg,Ti) buatan Harshaw. TLD LiF:Mg,Ti ini merupakan TLD yang sudah cukup lama digunakan dalam dosimetri medik sebagai QA (quality assurance) pasien dan juga digunakan untuk tujuan mengetahui dosis dalam terapi. Sedangkan jenis fantom yang digunakan adalah fantom air berbahan pleksiglas.
Berdasarkan penelitian Sanchez [5], maka dalam penelitian ini difokuskan hanya pada daerah abdomen dekat dengan target. Dalam tulisan ini akan dipaparkan estimasi out of field
doseyang diterima organ-organ kritis di sekitar
target dari pesawat LINAC yang dioperasikan pada energi 15 MV melalui pengukuran.
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini tahap pertama yang dilakukan adalah persiapan fantom dan TLD.Desain fantom yang digunakan dalam penelitian ini merujuk pada ketentuan IAEA [6]. Bentuk tubuh yang dibuat mengacu pada fantom BOMAB seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Fantom ini berbahan pleksiglas yang didalamnya diisi air demin dan NaCl dengan
tinggi 150 cm dan berat 52,5 kg. Selanjutnya dibuat lubang 8 titik dengan kedalaman berbeda-beda yang dianggap sebagai posisi organ kritis pada tubuh fantom. Titik organ ditentukan dengan membuat pipa pleksiglas dengan kedalaman berbeda masing- masing organ seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Sedangkan persiapan untuk TLD terdiri dari pemanasan (annealing), pelabelan, uji keseragaman dengan sumber 137Cs,
pengelompokan dan kalibrasi dengan sumber cobalt (60Co) dan californium (252Cf.).
Gambar 1. Posisi titik organ di dalam fantom
Tabel 1. Pipa kedalaman sebagai titik organ
Titik Organ Kedalaman (cm)
1 Ginjal kanan 19,5 2 Ginjal kiri 19,5 3 Bowel kanan 25,5 4 Bowel kiri 25,5 5 Bladder bawah 28,5 6 Bladder atas 28,5 7 Rectum 32,5 8 Cervix 32,5
TLD 600 dan TLD 700 yang digunakan pada penelitian ini ni berbentuk chips (berukuran 3,2 mm×3,2 mm×0,89 mm) buatan Harshaw. Prosedur annealing untuk jenis LiF:Mg,Ti adalah dua kali pemanasan. Pertama
dipanaskan pada suhu 400 °C selama satu jam dalam furnace dan selanjutnya di dalam oven pada suhu 200 °C selama dua jam. Kedua jenis TLD disinari radiasi dengan sumber 137Cs untuk
mendapatkan keseragaman respon agar bisa dikelompokkan. Kemudian dilanjutkan dengan kalibrasi gamma untuk kedua jenis TLD dengan sumber 60Co. Tujuan dari kalibrasi ini untuk
memperoleh kurva kalibrasi gamma sehingga dari persamaan regresi linier kedua TLD bisa ditentukan berapa respon gamma TLD 600 dan TLD 700 terhadap sumber cobalt [7]. Selanjutnya kalibrasi neutron menggunakan sumber 252Cf dengan tujuan memperoleh nilai
faktor kalibrasi neutron dari TLD 600. Tahap berikutnya adalah perencanaan CT Scan dan TPS (Treatment planning system).
Treatment penyinaran LINAC pada energi
15 MV pada fantom dilakukan dengan prosedur yang sudah ditentukan sesuai degan perencanaan CT scan dan metode TPS. Penyinaran LINAC menggunakan 4 arah dengan sudut 0°, 90°, 180°, 270°. Teknik penyinaran menggunakan teknik SAD (Source
Axis Distance). Fantom disinari dengan laju
dosis 400 MU/menit, di mana 1 MU sama dengan 1 cGy pada luas lapangan 15×15 cm2
dalam waktu ±1 menit. Penyinaran dilakukan sebanyak 3 kali pada waktu yang berbeda dengan dosis 2 Gy.
Gambar 1. Penyinaran LINAC pada fantom
Semua TLD yang sudah disinari,disimpan dalam suhu ruangan selama ±24 jam dengan tujuan untuk menghilangkan noise atau puncak kurva yang kemungkinan muncul pada suhu rendah. Selanjutnya proses pembacaan TLD dilakukan dengan menggunakan TLD reader Harshaw model 3500 yag dialiri gas nitrogen. Proses pembacaan TLD menggunakan stimulasi panas 30 °C – 300 °C. Treatment yang diberlakukan untuk TLD harus sama dalam setiap perlakuan agar mendapatkan hasil yang lebih akurat dan teliti.
Setelah memperoleh nilai respon gamma dari TLD 600 dan TLD 700 berdasarkan hasil persamaan regresi dari kurva kalibrasi, selanjutnya bisa ditentukan berapa faktor koreksi gamma. Berikut merupakan persamaan yang digunakan dalam perkiraan estimasi out of
field dose [8]: 600 700
R
R
Fk
(1) 700 600 600 R Fk .R Rn n (2) R700. f700 D (3) n n n R f D 600. 600 (4)dengan Fkγ merupakan faktor koreksi gamma,
n R
600 adalah respon campuran (neutron dan
gamma) TLD 600,R600 adalah respon gamma TLD 600, R700 adalah respon gamma TLD 700,
n
R600 adalah respon neutron dari TLD 600, Dn
adalah dosis ekivalen neutron dan Dγ adalah
dosis ekivalen foton. Setelah memperoleh nilai dosis ekivalen selanjutnya dikalikan dengan faktor bobot jaringan, karena bahan yang digunakan sama sehingga hanya dikalikan dengan nilai 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil kalibrasi gamma TLD 600 dan TLD 700 menggunakan sumber 60Co dengan
lima variasi dosis maka diperoleh kurva kalibrasi yang diilustrasikan pada Gambar 3. Kurva linier dari TLD 600 dan TLD 700 terhadap sumber cobalt yang ditunjukkan pada Gambar 3 terlihat dari nilai R2 yang hampir mendekati nilai 1. Berdasarkan
memasukkan nilai x sebesar 2000 maka faktor koreksi gamma dapat ditentukan.Nilai faktor koreksi gamma yang diperoleh pada penelitian ini sebesar 0,918 ± 0,01. Hasil kalibrasi neutron TLD 600 dengan menggunakan sumber neutron
252Cf yang terhalang grafit sebagai sumber
neutron termal memperoleh besar faktor kalibrasi neutron sebesar neutron 𝑓600𝑛 adalah
(3,9 ± 0,1) × 10-3.Gambar 4 menunjukkan kurva
kalibrasi neutron dengan sumber 252Cf.
Gambar 3. Kurva kalibrasi gamma dari TLD 600 dan TLD 700
Gambar 4. Kurva kalibrasi neutron dari TLD 600
Tabel 2. Dosis efektif neutron dan foton yang diterima oleh fantom akibat penyinaran LINAC 15 MV pada kanker serviks
Organ
Dosis penyinaran yang diterima
Dn (mSv) Dγ (mSv) Ginjal kanan 0,4 ± 0,1 42,9 ± 5,9 Ginjal kiri 0,3 ± 0,1 45,2 ± 1,5 Bowel kanan 1,2 ± 2,0 652,2 ± 13,2 Bowel kiri 1,4 ± 0,8 421,3 ± 5,0 Bladder 3,7 ± 1,3 991,7 ± 13,1 Rectum 4,8 ± 2,8 920,1 ± 10,4 Cervix 9,5 ± 1,6 1794,1 ± 9,5 Berdasarkan data dosis efektif neutron dan foton yang diterima oleh fantom akibat
penyinaran LINAC 15 MV pada kanker serviks (Tabel 2) menunjukkan bahwa dosis neutron dan foton bervariasi dari yang tertinggi terdapat pada daerah isocentre dan semakin menurun seiring dengan jaraknya yang semakin jauh dari daerah isocentre. Dosis keduanya pun bersifat linier, dimana jika dosis foton meningkat maka dosis neutron juga mengalami peningkatan.
Gambar 5 menunjukkan kontur distribusi dosis efektif neutron dan foton pada fantom yang dibuat dengan menggunakan software Surfer 10. Bentuk kontur distribusi dosis neutron dan dosis foton pada fantom tampak depan dengan penyinaran foton LINAC 15 MV dengan dosis 2 Gy. Warna yang berada paling di tengah menunjukkan bagian isocentre yaitu serviks.
y = 6.9916x + 231.4 R² = 0.9782 y = 6.5751x - 89.503 R² = 0.9993 -5000 0 5000 10000 15000 20000 0 500 1000 1500 2000 2500 R e s pon (nC ) Dosis (mGy) TLD 600 TLD 700 70.335 120.9417 170.48 217.95 250.6 y = 246.24x + 6.4973 R² = 0.9994 0 50 100 150 200 250 300 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 R e s pon (nC ) Dosis (mSv)
(a) (b)
Gambar 5. Distribusi dosis neutron dan foton pada fantom (a) Kontur neutron; (b) Kontur foton Penyinaran LINAC dengan dosis target 2 Gy diperoleh dengan rentang nilai dosis efektif neutron rata-rata sebesar 0,3 mSv – 9,5 mSv. Sementara dosis efektif foton rata- rata sebesar 42,9 mSv – 1794,1 mSv. Bagian isocentre memperoleh hasil bacaan dosis foton yang relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan perhitungan yang sudah disesuaikan dengan perencanaan TPS.
Kemungkinan faktor yang menyebabkan perbedaan hasil antara dosis yang direncanakan dengan hasil bacaan dari TLD disebabkan karena daya serap bahan fantom yang digunakan. Pada penelitian ini fantom berbahan pleksiglas memiliki ketebalan 5 mm, selanjutnya di dalam badan fantom juga terdapat pipa berbahan pleksiglas setebal 5 mm juga. Selanjutnya di dalam pipa pleksiglas TLD juga dilapisi oleh sedotan plastik agar dapat memposisikan TLD tegak lurus dengan arah datangnya berkas foton. Sementara pada prosedur kalibrasi TLD tidak ditempatkan pada kondisi seperti tersebut atau tidak terlalu banyak shielding. Faktor koreksi serap bahan cukup mempengaruhi besarnya bacaan respon TLD yang selanjutnya dikonversi menjadi dosis.
Pola distribusi menurut Gambar 5 bagian GTV, CTV, dan PTV yang sudah dibuat dengan sistem terkena paparan dengan luas lapangan radiasi sekitar 15×15 cm2 yang sudah
disesuaikan dengan TPS. Hasil dosis yang diterima di dalam fantom akibat dari penyinaran
LINAC, selain dipengaruhi oleh neutron cepat,hamburan foton, hamburan neutron serta aktivasi gamma neutron antara neutron termal dengan unsur bahan lain yang tidak dapat dihindar saat proses terapi berlangsung [9].
Gambar 6. Dosis efektif neutron dengan jarak isocentre
Faktor lain yang mempengaruhi besarnya dosis yang diterima organ pada penyinaran LINAC diantaranya ukuran lapangan radiasi beserta jarak titik ke isocentre. Menurut penelitian Jahangiri dosis neutron setara dengan meningkatnya ukuran lapangan (field size) titik tersebut [10], Semakin besar ukuran lapangan dari target maka memungkinkan dosis neutron dan foton yang diterima juga semakin besar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Informasi lain yang dapat diperoleh dari dosis neutron adalah keterkaitannya dengan jarak titik organ ke titik isocentre. Hasil penelitian ini menunjukkan dosis efektif neutron dan foton rata-rata yang diterima titik organ sesuai jaraknya dengan titik isocentre.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka diperoleh estimasi out of field
dose yang diterima oleh organ-organ dekat
dengan kanker serviks. Nilai dosis yang diterima relatif bervariasi. Dosis efektif neutron rata-rata yang diterima organ-organ sehat dekat target berkisar dari 0,3 mSv sampai 4,8 mSv dengan persentase dosis tambahan neutron sekitar 0,02% sampai 0,24% dari dosis terapi.
0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 D o s is e fe k ti f n e u tr o n r a ta -r a ta (m S v )
Sedangkan untuk dosis efektif foton rata-rata yang diterima oleh pasien (fantom) berada pada kisaran 42,9 mSv sampai 920,1 mSv dengan perhitungan persentase dosis tambahan foton sekitar 2,1% sampai 46%. Faktor jarak ke titik
isocentre mempengaruhi distribusi dari dosis
foton dan dosis neutron. Semakin jauh jarak dari
isocentre maka semakin menurun pula dosis
tambahan yang diterima.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh PTKMR BATAN atas ijin dan dukungan dalam pelaksanaan penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
[1] IKKR. (2013) Indonesia Riset kesehatan dasar 2013. Kementerian Kesehatan Republik Indonesia, Jakarta.
[2] Takam, R., Bezak, E., Marcu, L.G. dan Yeoh, E. (2011) Out-of-Field Neutron and Leakage Photon Exposures and the Associated Risk of Second Cancers in High-Energy Photon Radiotherapy: Current Status. Radiation Research, 176, 508–20.
https://doi.org/10.1667/RR2606.1
[3] Ongaro, C., Zanini, A., Nastasi, U., Ródenas, J., Ottaviano, G. dan Manfredotti, C. (2000) Analysis of photoneutron spectra produced in medical accelerators. Physics in medicine and
biology, 45, 55–61.
[4] ICRU. (1977) REPORT 26-Quantities and units in radiation protection dosimetry. International Commission on Radiation Units and Measurements, Bethesda, Md.
[5] Sánchez-Doblado, F., Domingo, C., Gómez, F. dan Sánchez-Nieto, B. (2012) Estimation of neutron-equivalent dose in organs of patients undergoing radiotherapy by the use of a novel online digital detector. Physics in medicine and
biology, 57, 6167–91.
[6] IAEA. (1998) Compilation of anatomical, physiological and metabolic characteristics for a Reference Asian Man.
IAEA TECDOC SERIES, International
Atomic Energy Agency, Vienna, Austria. [7] Nedaie, H., Darestani, H., Mohammadi, K., Bayat, E., Shagholi, N., Shahvar, A. et al. (2014) Neutron dose measurements of Varian and Elekta linacs by TLD600 and TLD700 dosimeters and comparison with MCNP calculations. Journal of Medical
Physics, 39, 10–7.
https://doi.org/10.4103/0971-6203.125476
[8] Howell, R.M., Scarboro, S.B., Kry, S.F. dan Yaldo, D.Z. (2010) Accuracy of out-of-field dose calculations by a commercial treatment planning system. Physics in
medicine and biology, 55, 6999.
[9] Miljanić, S., Bordy, J.-M., d’Errico, F., Harrison, R. dan Olko, P. (2014) Out-of-field dose measurements in radiotherapy– An overview of activity of EURADOS Working Group 9: Radiation protection in medicine. Radiation Measurements, 71, 270–5.
[10] Jahangiri, M., Sistani, S. dan Hejazi, P. (2015) Influence Of Filed Size And Field Modifiers On Neutron Contaminations In Photon Beams Of Medical Linear Accelerators. International Journal of
Advanced Biological and Biomedical Research, 4, 97–104.
