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
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
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
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
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
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
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
Fokus Fokus I
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
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 (Su er: Creste ’s Fhysi s of Diag osti radiology, 1 4)
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
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,
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
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
