Presiding Presentasi Ilmtah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996
ISSN : 0854-4085 ID0000064
PENGUKURAN DOSIS SERAP PADA PANTOM Mix - Dp AKIBAT PAPARAN SINAR-X DAN SINAR-y
Tri Retno D,L
Pusat Pengkajian Teknologi Nuklir - BATAN ABSTRAK
PENGUKURAN DOSIS SERAP PADA PANTOM MiX-Dp AKIBAT PAPARAN SINAR-X DAN SINAR- y. Telah dilakukan pengukuran dosis terserap pada pantom Mix-Dp dari paparan medis pesawat sinar-X KXO- 12 energi 70 kVp,90 kVp dan 110 kVp serta sinar-y Co60 (50 Ci) dengan menggunakan dosimeter BeO-TLD jenis UD-170A. Sebagai acuan digunakan dosimeter kamar ionisasi volume 12 cc NDRS-R2 yang telah dikalibrasi terhadap dosimeter acuan primer. Dari energi sinar-X yang digunakan, dilakukan pengukuran dosis serapan pada permukaan dan kedalaman pantom Mix-Dp (d= 10 cm) dengan luas bidang berkas 10 x 10 cm, jarak fokus (FSD), s= 80 cm dan pengukuran dosis paparan sinar-X energi 90 kVp untuk permukaan, kedalaman berkas pantom Mix-Dp (d= 7,5 cm) dan kedalaman "scatter" (d= 15 cm) dengan luas bidang berkas 12 x 12 cm, jarak fokus (FSD), s = 79 cm serta pengukuran dosis sinar-y Co60 dari paparan sebesar : 5R,10 R, 20 R, 30 R,40 R dan 50 R dengan laju dosis 0,434 R/min. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa paparan sinar-X yang biasa digunakan dalam diagnosa mempunyai jangkauan energi efektif yang relatip lebih kecil dari batas jangkauan dosis sinar-y dari sumber Co60'. Karakteristik BeO-TLD menunjukkan ketergantungan energi yang relatip kecil, ini sesuai sifat BeO-TLD jenis UD-170A dengan sensitivitas TL ± 1,3 untuk energi kurang dari 100 keV. Hubungan antara dosis serapan dan respon TL dari paparan sinar-X 90 kVp pada permukaan sebesar ipcm- 0,990; kedalaman (d=7,5 cm) sebesar rber= 0,995 dan untuk "scatter" (d= 15 cm) sebesar rScat=0,962. Sedangkan pengukuran paparan sinar-y Co60 dengan BeO-TLD menunjukkan sensitivitas TL yang cenderung menurun ± 0,900. Untuk dapat mengoptimalkan pengukuran dosis serapan radiasi sinar-X dan sinar- y dalam bidang medis dapat dilakukan dengan dosimeter BeO-TLD jenis UD-170A dengan waktu "fading" dan suhu "anil" yang optimum pula.
ABSTRACT
MEASUREMENT OF ABSORBED DOSE IN Mix-Dp PHANTOM IRRADIATED BY X AND GAMMA- RAYS. It has been done of X-rays and y-rays absorbed dose measurement of Mix-Dp phantom of 70 kVp,90 kVp and 110 kVp X-rays KXO-12 medical exposure and Cobalt-60 gamma (50 Ci) by UD-170A BeO-TLD.
Ionization chamber 12 cc NIRS-R2 as reference dosimeter, which was calibrated on primair dosimeter. In X- rays energy used, it was done of absorbed dose measurement on Mix-Dp phantom surface and depth (d= 10 cm) beam field area 10 x 10cm, focus distance (FSD), s= 80 cm dose measurement of 90 kVp X-rays on Mix- Dp phantom surface , depth and scattering (d = 15 cm) beam field area 1 2 x 1 2 cm,focus distance (FSD),s = 79 cm and measurement of absorbed dose Co-60 gamma : 5R, 10 R, 20R, 30R, 40R and 50R by dose rate 0,434 R/min. It was shown that in clinical, effective energy range of X-rays relative lower than dose range Co- 6O.gamma. BeO-TLD characteristic on energy dependence is low based on Tl sensitivity ± 1.3 for energy below 100 keV. Relation between absorbed dose and TL response to 90 kVp X-rays shown that rpemi= 0,990;
rbcr=0,995 and rSCat=0,962. In measurement of Co-60 gamma absorbed dose by BeO-TLD shown Tl sensitivity decrease ± 0,900. The result still needed corrections to achieve optimum measurement of absorbed dose X-rays and gamma by UD-170A BeO-TLD, which were performed optimum fading time and anealling temperature.
PENDAHULUAN
Pengukuran dosis serapan radiasi dari paparan medis dilakukan melalui pengukuran tidak langsung, karena pengukuran secara langsung sangat sulit dilakukan. Umumnya sinar-X dengan energi rendah (< 150 kV) banyak digunakan untuk tujuan diagnosis, sedang sinar-y dari sumber 50Co sering digunakan untuk terapi. Untuk menghindari efek yang merugikan dari penggunaan radiasi di bidang medis, maka ICRP (International Committee on Radiation Protection) dan UNSCEAR (The United Nations Scientific
Committee on Effect of Atomic Radiation) merekomendasikan penggunaan dan peng- ukuran sinar-X dan sinar-y dalam paparan medis (Publikasi ICRP No.26 dan No.33).
Penggunaan pantom Mix-Dp dalam pengukuran dosis paparan medis disebabkan sifat fisis material pantom tersebut ,yang ekuivalen dengan jaringan lunak pada tubuh manusia serta mudah diperoleh. Pengukuran dosis serapan radiasi ini dilakukan dengan menggunakan kamar ionisasi dan dosimeter BeO-TLD. Karakteristik BeO-TLD dengan nomor atom rendah mempunyai sensitivitas tinggi terhadap paparan sinar-X dan sinar-y.
Presiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Aguslus 1996 ISSN : 0854^4085
serta mempunyai ketahanan terhadap pengaruh unsur kimiawi maupun faktor mekanis, dan dapat dipakai ulang dengan harga yang relatip murah.
Metode pengukuran dan perhitungan dosis serapan radiasi dilakukan sesuai dengan rekomendasi ICRU No.23 (International Commission on Radiation Units and Measurements), dimana dalam prosedur kalibrasi maupun pengukurannya dilakukan pada dosis permukaan dan dosis kedalaman dari pantom. Hasil pengukuran dosis serapan radiasi dari penunjukan monitor kamar ionisasi dibandingkan dengan hasil bacaan BeO-TLD untuk mengetahui respon dan sensitivitas dosimeter BeO-TLD.
PRINSIP DASAR
Dalam bidang medis pengukuran dosis paparan mesin sinar-X dengan energi 70 keV, 90keV dan 110 keV digunakan untuk diagnosa.
Prosedur awal meliputi tahap kalibrasi kamar ionisasi yang dilakukan dengan cara me- nempatkan kamar ionisasi pada sumbu pusat berkas dalam udara bebas. Paparan radiasi yang digunakan mempunyai daya tembus rendah, sehingga kamar ionisasi harus diletak- kan sedekat mungkin dengan permukaan bidang paparan "free air chamber" (jarak, x = 0).
Hubungan antara besar dosis serapan radiasi pada permukaan bidang "free air chamber",D dengan hasil bacaan monitor kamar ionisasi, R ditunjukkan melalui persamaan :
= Rk1.k2N.F] s + x .B (1) dimana:
R = Hasil bacaan dari monitor kamar ionisasi k| = Faktor koreksi terhadap kualitas radiasi k2 = Faktor koreksi terhadap suhu dan tekanan
saat pengukuran N = faktor kalibrasi
F = Koefisien konversi, Gy/R
s = Jarak antara sumber - permukaan "free air chamber"
x = Jarak antara permukaan "free air chamber" dengan kamar ionisasi B = Faktor backscatter
Sedang sensitivitas dosimeter BeO-TLD ditunjukkan melalui persamaan :
c=-
TL •(2)(Dw)60Co
dimana:
C = Sensitivitas dosimeter TL TL = Bacaan dosimeter BeO
(Dw)60Co = Dosis serapan radiasi yang diterima dari foton sumber 60Co, yang diperoleh dari :
•(3)
dimana :
(X)60Co = Besarnya paparan yang diukur dengan kamar ionisasi yang telah dikalibrasi.
Besarnya paparan hasil bacaan dari monitor kamar ionisasi dibandingkan dengan hasil bacaan dari TLD, akan diperoleh faktor koreksi bacaan atau respon dari BeO-TLD yang ditunjukkan dalam persamaan berikut:
R=XTL
X,CH •(4)
dimana :
R = Respon dari BeO - TLD
XTL = Besar paparan hasil bacaan dari BeO- TLD
XCH = Besar paparan hasil bacaan kamar ionisasi
PENGUKURAN DOSIS SERAPAN RADIASI
Peralatan dan Dosimeter
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini diantaranya ialah : pesawat sinar-X KXO-12 sebagai sumber paparan radiasi sinar-X, iradiator 60Co aktivitas 50 Ci sebagai sumber radiasi sinar-y, filter Aluminium (Al) dengan beberapa ketebalan (mm), kotak "free air chamber", ratemeter sebagai monitor hasil bacaan dosis paparan dari pesawat sinar-X, voltmeter AE-132S,
Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
Multimeter m.6345.A serta peralatan pen- dukung lainnya.
Dosimeter yang digunakan terdiri dari dosimeter kamar ionisasi volume 12cc NIRS- R2 dan kamar ionisasi volume 0,6 cc.
Dosimeter kamar ionisasi 12 cc NIRS-R2 merupakan dosimeter acuan sekunder yang telah dikalibrasi terhadap dosimeter acuan primer. Dosimeter BeO-TLD jenis UD-170 dengan waktu "anil" selama + 60 menit dengan suhu 450°C digunakan sebagai dosimeter pengukur dosis serapan, karena keunggulan karakteristik sifat fisis dari bahan penyusunnya yang mampu mengukur dosis serapan dalam jangkauan dosis paparan 2 mR - 200 R.
Kalibrasi Pesawat Sinar-X.
Pada kalibrasi output paparan pesawat sinar-X KXO-12 energi yang digunakan ialah 70 kV, 90 kV dan 110 kV dengan menggunakan kamar ionisasi 12 cc NIRS-R2;
dimana hasilnya dapat dibaca pada monitor, paparan sinar-X dilakukan dalam interval waktu tetap yang ditentukan menurut kurva kalibrasi yang telah tersedia; juga digunakan filter Aluminium setebal 1 mm - 5 mm untuk menentukan besarnya energi foton efektif dari masing-masing energi paparan yang digunakan.
Untuk memperoleh hubungan antara HVL dengan energi foton efektif dilakukan sebagai berikut:
• membuat grafik intensitas terhadap tebal filter Al (mm) dari masing-masing energi yang digunakan (70 kV, 90 kV dan 110 kV), sehingga diperoleh besarnya HVL untuk setiap energi paparan sinar-X.
• membuat kurva energi terhadap besar HVL berdasarkan tabel J.H.Hubbel yang menunjukkan hubungan antara energi dengan u/p dari bahan filter yang digunakan.
Pengukuran Paparan Radiasi Pesawat Sinar-X
Untuk memantau keluaran atau output dari paparan radiasi pesawat sinar-X digunakan chamber ionisasi 12 cc NIRS-R2 dan voltmeter AE-132S. Paparan sinar-X diberikan dalam interval waktu paparan konstan yakni 30 detik. Penentuan interval waktu paparan diperlukan untuk menjaga
kestabilan keluaran paparan pesawat sinar-X tersebut. Dari pengukuran paparan sinar-X tersebut diperoleh nilai faktor konversi, K (RAO yakni besarnya paparan yang diberikan (dalam Roentgen) dalam setiap 1 Volt.
Besarnya paparan yang terbaca oleh kamar ionisasi ditunjukkan sebagai hasil perkalian antara faktor K dengan hasil bacaan monitor pada voltmeter AE-132S.
Pengukuran Dosis Serap Pada Pantom Mix-Dp
Pengukuran dosis serapan radiasi dilakukan pada permukaan, kedalaman berkas dan kedalaman "scatter" dari fantom Mix-Dp dengan menggunakan dosimeter BeO-TLD, kamar ionisasi 12 cc dan voltmeter AE-132S.
Dari energi sinar-X 70 kV, 90 kV dan 110 kV yang digunakan, pengukuran dilakukan pada permukaan dan kedalaman pantom (d = 10 cm) untuk berkas paparan. Ukuran bidang berkas 10 x 10 cm dengan jarak fokus ke permukaan bidang (FSD), s = 80 cm.
Pada permukaan, kedalaman berkas dan kedalaman "scatter" dari pantom Mix-Dp diberikan paparan sinar-X dengan energi 90 kV. Ukuran bidang berkas 12 x 12 cm dengan FSD, s = 79 cm, kedalaman berkas = 7,5 cm sedang kedalaman "scatter" =15 cm. Paparan diberikan dalam interval waktu 30 detik sebanyak 5, 10, 15, 20 dan 25 kali baik pada permukaan, kedalaman berkas maupun kedalaman "scatter".
Untuk radiasi sinar-y dari Co60
dilakukan pengukuran dosis dengan meng- gunakan dosimeter BeO-TLD, dengan paparan dosis sebesar 5 R, 10 R, 20 R, 30 R, 40 R dan 50 R. Kamar ionisasi 0,6 cc, voltmeter AE- 132S dan multimeter m.6345.A hanya digunakan untuk menentukan laju paparan, yang akan dipergunakan untuk menentukan waktu iradiasi dari besarnya dosis paparan yang diinginkan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari paparan radiasi sinar-X dengan 3 jenis energi diperoleh hasil seperti pada Gambar.2 yang menunjukkan kurva intensitas terhadap ketebalan filter Al (mm) sebagai berikut:
Presiding Presentasi Iltniah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
• untuk sinar-X 70 kV diperoleh HVL sebesar 2,55 mm
• untuk sinar-X 90 kV diperoleh HVL sebesar 3,25 mm
• untuk sinar-X 110 kV diperoleh HVL sebesar 3,75 mm.
Hasil substitusi dari Tabel J.H.Hubbel mendapatkan Gambar.3 yang menunjukkan hubungan antara besarnya energi foton (keV) dengan HVL filter Al (mm); dimana diperoleh besarnya energi efektif untuk setiap ketebalan HVL sebagai berikut:
• untuk HVL = 2,55 mm diperoleh Eefektif= 31 keV
• untuk HVL = 3,25 mm diperoleh Eefektif = 34,5 keV
• untuk HVL = 3,75 mm diperoleh Eefektif = 36 keV.
Dari hasil yang telah diperoleh tampak bahwa paparan radiasi sinar-X 70 kV, 90 kV dan HOkV yang biasa digunakan dalam diagnosa mempunyai jangkauan energi efektif yang relatip kecil, dan untuk batas jangkauan dosis yang lebih besar digunakan sinar-y dari sumber
60Co.
Pada Tabel. 1 tampak hubungan antara sensitivitas BeO-TLD dengan energi yang menunjukkan bahwa dosimeter BeO-TLD mempunyai sifat ketergantungan terhadap energi yang relatip kecil; ini sesuai dengan karakteristik BeO-TLD jenis UD-170A yang terlihat pada gambar.4. Pada gambar tersebut tampak bahwa energi kurang dari 100 keV mempunyai sensitivitas TL + 1,3. Ini dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya komposisi bahan penyusun dosimeter, waktu
"fading" serta lama dan suhu "anil" dari dosimeter tersebut.
Dari Tabel.2 dan Gambar.5, Gambar.6 serta Gambar.7 untuk paparan radiasi sinar-X 90 kV diperoleh hubungan antara besarnya dosis serapan radiasi dan respon TL; dimana untuk dosis permukaan dan dosis kedalaman dari berkas mempunyai faktor korelasi yang cukup baik,yakni rpcrm - 0,990 dan rber= 0,995;
sedang untuk dosis kedalaman dari "scatter"
mempunyai faktor korelasi yang kurang mantap, rscal.= 0,962; ini disebabkan adanya faktor hamburan balik (back-scatter) yang terjadi pada kedalaman fantom Mix-Dp, sehingga mempengaruhi dosimeter BeO-TLD
dalam mengukur dosis kedalaman dari serapan radiasi.
Karakteristik dosimeter BeO-TLD dalam mengukur paparan radiasi sinar-y 60Co dengan energi 1,17 MeV dan 1,33 MeV menunjukkan kecenderungan sensitivitas yang menurun ± 0,9 seperti yang terlihat pada Gambar 4. Sedang dari hasil percobaan diperoleh sensitivitas sebesar ± 0,825; ini disebabkan tidak sesuainya waktu "fading"
dosimeter tersebut, sehingga mempengaruhi sensitivitas TL optimum.
KESIMPULAN
Paparan medis dari pesawat sinar-X dan sumber sinar-y dari 60Co yang digunakan untuk tujuan diagnosis mempunyai serapan energi yang relatip kecil dengan jangkauan dosis sebesar 2 mR - 50 R yang dapat dideteksi dengan menggunakan dosimeter BeO-TLD jenis UD-170A; dimana sensitivitasnya mempunyai ketergantungan yang kecil terhadap energi paparan radiasi.
Untuk dapat mengoptimumkan peng- ukuran dosis serapan radiasi sinar-X dan sinar-y yang biasa digunakan keperluan medis dapat dilakukan dengan dosimeter BeO-TLD jenis UD-170A dengan perlakuan "fading" dan
waktu serta suhu "anil" yang optimum pula.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menghaturkan terima kasih kepada Prof. Takashi Maruyama dan DR.
Kanae Nishizawa atas segala bantuan dan dukungannya saat penulis melakukan training pada Division of Environmental Health and Physics, NIRS-Chiba, Jepang.
DAFTAR PUSTAKA
1. HUBBELL J.H, Photon Mass Attenuation and Energy Absorption Coefficients from 1 keV to 20 MeV, Int.J.Appl.Radiat.Isot.
Vol.33, Pergamon Press Ltd, Oxford, 1982.
2. ICRP, Radiation Protection, ICRP Publ.
No.26, Pergamon Press Ltd, Oxford, 1977.
3. ICRP, Publ. No.33, Pergamon Press Ltd, Oxford, 1981
4. ICRU, Measurement of Absorbed Dose in a Phantom Irradiated by a Single Beam of X
Presiding Prescntasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
or Gamma Rays, Report 23, ICRU Publications, Washington, 1973.
5. KINLAY,Mc, Thermoluminescence Dosi- metry, AdamHilger Ltd, Bristol, 1981.
DISKUSI Susetyo Trijoko - PSPKR :
1. Judul tidak sesuai dengan isi kegiatan penelitian yang telah dilakukan (komentar).
2. Isi dari penelitian ini adalah studi karakterisitk dosimeter seperti respon dosimeter terhadap berbagai kualitas energi foton. Mohon tanggapan.
Tri Retni D. : 1. Terima kasih.
2. Tujuan penelitian memang untuk melakukan pengukuran dosis serapan pada phantom Mix-Dp dari paparan sinar-X dan gamma, mengenai penggunaan Beo-TLD sebagai
dosimeter, karena memang dosimeter tersebut yang telah rutin digunakan untuk pengukuran dosis serapan untuk aplikasi medisdiNIRS.
Nurman Rajagukguk - PSPKR :
1. Apa dosimeter acuan primer yang digunakan untuk mengkalibrasi kamar ionisasi volume 12 cc ?.
2. Mengapa untuk penggunaan tingkat terapi Co-60 yang digunakan aktivitasnya hanya 50 Ci?.
TriRetnoD.:
1. Dosimeter kamar ionisasi volume 12 cc dikalibrasikan secara rutin terhadap Laboratorium Primer.
2. Sumber Co-60 50 Ci untuk tujuan terapi merupakan bagian dari fasilitas yang ada di RS - NIRS yang mempunyai orde MCi.
Tabel 1. Sensitivitas TL BeO terhadap Energi Efektif dari Paparan Mesin sinar-X.
Energi Efektif (keV)
Sensitivitas TL
Permukaan Kedalaman
31 1,113 1,001
34,5 1 136 1,269
36 1,156 1,000
Tabel 2. Respon TL BeO terhadap Dosis Radiasi Mesin sinar-X , 90 kV.
Permukaan (berkas,d=0) Dosis Rad.
(R) 1,058 2,093 3,504 4,142 5,183
Respon TL (R) 1,059 2,251 4,459 4,553 5,522
Kedalaman (berkas,d=7,5 cm) Dosis Rad.
(R) 0,321 0,657 0,998 1,388 1,602
Respon TL (R) 0,301 0,609 1,002 1,273 1,419
Kedalaman (scatter,d=15 cm) Dosis Rad.
(mR) 2,843 4,977 10,664 14,218 17,772
Respon TL (mR) 8,942 14,738 20,173 24,334 34,603
Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
Tabel 3. Respon TL dan Sensitivitas BeO pada Permukaan Pantom Mix-Dp dari Paparan sinar-X dan Sinar Gamma dari 60Co.
Sumber Radiasi Sinar - X
Sinar Gamma Co-60
Energi Efektif 31keV 34,5 keV
36keV 1,17+ l,33MeV
Dosis Radiasi (R)
0,579 0,989 0,975 4,777 9,472 18,862 28,169 37,641 47,031
Respon TL(R)
0,584 1,018 1,015 3,944 7,692 15,170 23,699 30,026 38,295
Sensitivitas TL 1,01 1,03 1,04 0,838 0,845 0,804 0,852 0,798 0,814
Moofor
Gb.l Rangkaian slat dalara pengukuran dosis absorbsi pada fantom Mix-Dp dari paparan mesin X-ray
Prosiding Prcsentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20 - 21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
o,-* - -
^ . A\ ("trrT)
s . l
o.i
Gb.2 C r a f i k I n t e n s i t a e vs teba.1 f i l t e r Al (ram)
Prosiding Presenlasi Ilmiah Keselamalan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 2 0 - 2 1 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
to
«a C
en 1 0
5 -
0-5
\UD-17QL UI>~170A
1 0
_LL
JLL1 0 0 1000 1 0 0 0 0
Gambar 4 : Karakteristik dosimeter BeO TLD terhadap energi
10
h c o
CO
a:
-•v': ! •
/ i /
v •
Dos i s Rad. (R) ID
Gambar 5a : Paparan sinar-X 90 kV pada pennukaan fantom
Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungaa, 2 0 - 2 1 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085
c o a
M QJ
1 1 • I
lilt
/ ' ! :
— I 1 1 1
.sS
i i i i
i
Dos i s Rad.(R)
Gambar 5b : Paparan sinar-X 90 kV pada kedalam fantom
40
J
h o a
co ,<
Dos i s Rad.(mR) 20
Gambar 5c : Paparan sinar-X 90 kV pada kedalaman scaUer
