Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - SA TAN. 30 November 2010

PEREKAYASAAN PENCACAH RIA IP10.1

Hari Nurcahyadi, ST

PRPN - BAT AN , Kawasan Puspiptek, Gedung 71,Lt. 2, Serpong, Tangerang, Banten, 15310,Telp. (021) 7560896, Faks. (021) 7560928.

A BSTRAK.

Perekayasaan perangkat Radioimmunoassay (RIA) IP10.1 merupakan inovasi yangdilakukan oleh PRPN - BATAN pada tahun 2010. Inovasi yang dilakukan pada perangkatRIA IP10.1 adalah pada sistem sample changer, sistem sample changer pada perangkatRIA IP10.1 menerapkan 2 sistem linear axis (X. Z) dengan motor penggerak servo AC. Padaperangkat RIA IP10.1 juga menggunakan 5 buah detektor, sehingga proses pencacahan 50(Lima Puluh) sample diharapkan lebih cepat. Seperti pendahulunya, Seluruh pencacahan,prosedur pengambilan data dan mekanisme operasi dalam sistem ini seluruhnyadikendalikan oleh PC melalui modul elektronik. Modul elektronik tersebut terdiri dari modultegangan tinggi, modul penguat dan pengolah sinyal, modul pencacah, modul teganganrendah, modul driver pengendali motor dan interface USB. Adapun akusisi data dan sistemkomunikasinya menggunakan port USB dengan komputer.

Kata kunci: Linear Axis, Motor Penggerak Servo AC, modul elektronik, interface USB.

ABSTRACT.

Engineering of Radioimmunoassay (RIA) IP10.1 is an innovative by PRPN - BA TAN in2010. Innovations made to the device IP10.1 RIA is the sample changer system, samplechanger system on the device RIA IP10.1 applied 2 linear axis system (X, Z) with AC servomotor. In the RIA IP10.1 also use 5 pieces of the detector, so the enumeration process 50(Fifty) sample is expected to be faster. Like its predecessor, The whole enumeration, datacollection procedures and mechanisms operating within this system is entirely controlled bya PC via an electronic module. Electronics module consists of a high voltage module,amplifier and signal processor module, the module enumerators, low-voltage module, themodule driver motor controller and a USB interface. The data acquisition and communicationsystem using a USB port with the computer.

Keywords: linear axis syste, AC servo motor, Electronics module, USB interface.

1. PENDAHULUAN

Radioimmunoassay ( RIA ) merupakan salah satu diantara alat kedokteran nukliryang sangat diperlukan; RIA berfungsi untuk menganalisis zat-zat yang ada didalam cairantubuh diantaranya urin, hormone, dan lain-lain atau kultur media yang berkadar rendah danmatriksnya komplek. Teknik pengukuran RIA berdasarkan pada reaksi immunologi denganmenggunakan radioisotope sebagai perunutnya. RIA mempunyai beberapa keunggulanantara lain:

a. lebih sederhana dalam proses pencuplikan sampeib. dapat dipakai diluar kedokteranc. mempunyai ketepatan dan akurasi datad. mempunyai ketelitian yang tinggie. dapat digunakan untuk berbagai analisis cuplikan

- 108 -

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - SA TAN, 30 November 2010

Dilihat dari fungsi dan kemampunannya yang handal RIA banyak digunakan dirumahsakit rumah sa kit dan berbagai keperluan penelitian lainnya. Alat yang ada yang dipakaiselama ini masih manual entri datanya dan sangat komplek mekanisasi samplechangernya. Entri data yang tidak bisa disimpan, ada yang bisa disimpan tapi tidaksekaligus ( harus satu demi satu ), atau ada automatisasi melaui PC tapi masihmenggunakan kartu ISA BUS sehingga harus dimasukkan kedalam PC mengakibatkantidak efisien teknologinya, Pada bagaian mekanisasi ban yak digunakan switch, hal inimenyebabkan mekanisme kerjanya menjadi rumit, tidak handal dan tidak runut, sehinggalebih besar peluang terjadi error.

Perangkat RIA IP10.1 hasil rekayasa PRPN - BATAN tahun 2010 ini diharapkandapat digunakan terutama pad a laboratorium kedokteran nuklir yang aplikasinya sebagaipencacah dengan sumber gamma yang berenergi rendah dan aktivitas rendah. Sepertiumumnya perangkat RIA, perangkat RIA IP10.1 menggunakan teknik analisis secara in-vitrodengan menggunakan perunut radioaktif yang didasarkan pada prinsip imunologi. Pad astudi in-vitro dari tubuh pasien diambil sejumlah tertentu bahan biologis misalnya 1(satu) mldarah. Cuplikan bahan biologis tersebut kemudian direaksikan dengan suatu zat yang telahditandai dengan radioisotop. Studi semacam ini biasanya dilakukan untuk mengetahuikandungan hormon-hormon tertentu dalam darah pasien seperti insulin, tiroksin, dan lain­lain. Pemeriksaannya dilakukan dengan bantuan 5 buah detektor radiasi gamma yangdirangkai dengan suatu sistem instrumentasi. Dengan penggunaan sistem Multi Detektorpad a perangkat RIA IP10.1 diharapkan proses pemeriksaan sample tersebut lebih cepat.

2. TATAKERJA (BAHAN DAN METODE) RANCANGAN

Perekayasaan perangkat RIA IP10.1 ini merupakan inovasi dari perangkat RIAsebelumnya yang menggunakan 1 (satu) buah detektor dengan sistem sample changeryang berputar.Perekayasaan perangkat RIA IP10.1 ini meliputi perancangan dan pembuatan sistemmekanik sample changer, perancangan dan pembuatan modul elektronik serta perancangandan pembuatan modul perangkat lunak sebagai akusisi data dengan bahasa visual basic6.0. Adapun mekanisme tata kerja pembuatannya adalah :• Perancangan sistem mekanik sample changer• Perancangan modul elektronik• Pembuatan dan Integrasi modul mekanik• Pengujian sistem sample changer• Pembuatan modul elektronik dan pengujiannya• Integrasi modul elektronik• Integrasi modul elektronik dan mekanik dan pembuatan software• Pengujian

Detektor yang digunakan adalah 5 (lima) buah detektor NalTI dengan ukuran yang 1"x 1" WeliType. Kolimator , dudukan detektor dan posisi motor penggerak disesuaikandengan ukuran detektor tersebut. Motor yang digunakan adalah 2 (dua) buah motor ServoAC dengan torsi yang cukup besar, Detektor diberi catu daya tegangan tinggi sebesar 1000\ I D • .1,..._ •.••., -It"'>" \ ,_n_ •.•._1 •• ...,•.. rI"l"i ,..a0.+0[,+,,1" norl,. rlit""\l~h rI~n rli+O' •..IIC"V":3n 1,,0. 1.0\10.1 C::::,.....,11 ~Qn"!1nv. r- UI,;;,a-fJUlvO Jall~ "1;O'I\..IC:U \,..1011 Uv,,:~Jf'lVf fJ'lliJIIU \"AIVIc;A11 \"AUt I '\.A'''''''' '"" ...••,,~, f ,,_ ._. , \ __ 11::1-_'

lebar pulsa sebesar 0,5 IJs kemudian dicacah oleh komputer melalui module counter USB.Sistem mekanik sample changernya dibuat dengan menerapkan 2 (dua) buah linear

Axis, yaitu linear Axis X (horizontal) sebagai penggerak Tray Sample, ditunjukkan padaGambar 1 dan linear Axis Z (vertikal) sebagai penggerak 5 (buah) detektor, ditunjukkan padaGambar 2. Sistem penggerak kedua Linear Axis menggunakan 2 (dua) buah motorpenggerak Servo AC merek PANASONIC. Susunan 50 sample terdiri dari 5 baris dan 10kolom, sehingga terdapat 10 kali pencacahan dengan setiap pencacahannya 5 buah samplemasuk ke lubang detektor bersama. Untuk mengontrol dan memberikan input pulsa keinverter motor dirancang driver sebuah modul driver kontrol relay . Komponen utamarancangan modul driver kontrol relay ini adalah IC NE555 yg difungsikan sebagai

- 109 -

Proseding Pertemuan /Imiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - SA TAN, 30 November 2010

pembangkit pulsa dengan model monostable, transistor 2N2222 dan relay omron MY2 yangtegangan kerjanya 12 V. Transistor 2N2222 pad a rangkaian ini sebagai pengatur jalanmasukan untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai on-off nya motor.Waktu pencacahan dapat diatur sesuai kebutuhan.

90=

..

15cm.r+8 Cfn-+\

r-" an-.-- -- ---- -- -- - -- -- -- -- - -- -- - - -- -- --

-~ ,~ ---------------------:; -It! s::, " i

Ii• _un •

••• nnu.n •• mon"nou __h

,tr' i uuuuuuuuuuuuuu l+-~ "•••••••••••••••• h •••••••••••••••••

i=lH=! uuuuumumuuuuuuu :-BE

0000000000,

,

0 0000000000

0()()()()()()()00

0000()0000,

,, ,

0 0()()()()()()()0[--------------- -------- --- ------

------ --- -----------------H

Gambar 2. Linear Axis X (horizontal) sebagai penggerak Tray Sample

1) BallScrew

tz'";<'

-Ic:

1

"2) Kolimator

3) Hole

"4) Detektor

5) Dudukan Detektor

"6) Motor Servo AC

Gambar 2. Linear Axis Z (vertikal) sebagai penggerak 5 (buah) detektor

Sistem elektronik yang dibuat merupakan sistem pencacah nuklir non pencitraan, yaitumodul pengkondisi sinyal dan pengolah sinyal, modul tegangan tinggi, dan modul countertimer. Adapun modul berupa card, yaitu : modul usb tipe devasys, modul 12C ADDA dariinnovative electronics serta low voltage dari power supply PC. Sistem elektroniknya handalkarena mampu mengeluarkan pulsa TTL sebesar 0,5 us sehingga dengan mudah dapatdibaca oleh PC. Sistem interfacingnya menggunakan teknologi terkini yaitu USB sehinggapemrosesan data dapat dengan cepat dikirim atau diterima PC. Adapun blok diagramrancangan perekayasaan perangkat RIA IP1 0.1 ditunjukkan pad a Gambar 3.

-110-

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2010

SAMPLE CHANGER

I~~~~l1:iPs~~~;~;~1 I: I COUNTER ~i I INTERFACING i.iDAN PREAMP H SCA ~ 5 x 16 Bit USB iJl J~-; ----- L--- J

LOWVOLTAGE

D

: pulsa positif/negatif: 0.5 - 2 mdetik: 6 kali

: +5 V, -12 V, dan +12 V: 0 - 2000 V: AUTOMA TIS Linear Axis: PC versi USB

: NAI(TI) 1" x 1" WeliType: 45 x 70 mm: 50 tabung: sesuai kebutuhan (minimal 1 menit/counting): 1-125,: Voltage sensitive

Gambar 3. Siok diagram rancangan perekayasaan perangkat RIA IP10.1

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Spesifikasi teknis dari perangkat RIA IP10.1 hasil perekayassan adalah sebagaiberikut :1. Detektor2. Dimensi Kolimator

3. Media Sample4. Waktu Operasi5. Isotop6. Penguat Awal7. Penguat Linear

- masukan

- waktu bang kit- penguatan

8. Catu daya- tegangan rendah (LV)- tengagan tinggi (HV)

9. Operating Mode10. Komputer

3.1 DISKRIPSI MODUL

A. Modul Sampet Changer1. Rangka Utama2. Sallscrew3. Motor Servo AC4. kolimator5. dudukan detektor

6. detector + pre-amp7. Tray Sample8. Frame Tray Sample9. Tabung Sample

S. Modul Elektronik

1. PWM dan Kontrol Relay2. Hight Voltage3. Counter

AI Profile

PANASONIC MINAS A4Pb 96%Sn 4%Stell5 x NaiT11" x 1" ScintiTechPlexy GlassBesi SikuPlastik

Modul PCBmodul PCBmodul PCB

-111-

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - SA TAN, 30 November 2010

4. Pengolah Sinyal5. Penguat Sinyal6. Devasys USB7. Low Voltage

C. Modul Perangkat Lunak1. Sistem Kontrol Sample Changer2. Pengolaha Data

3.2 HASIL DAN PENGUJIAN AWAL

A. Modul Sample Changer

modul PCBCardCardCard

Fungsi

Deskripsi

Karakteristik

Cara Pengujian,Pengamatan

Hasil Yang Diinginkan

Hasil Pengujian

B. Modul Elektronik

Untuk menggerakkan tray sampel changer secarahorizontal (kiri-kanan), dan menggerakkan detektorsecara vertikal (turun - naik)Sistem pemindah sampel terdiri dari Linear Axis horizontaldan vertical, Tray Sample 50 hole, dan 5 buah detektor +kolimator

Sistem ini dibentuk sesuai dengan masing-masingfungsinya dalam rangka menggerakkan tray sampelchanger dan mengatur pergerakannya sehingga sampeldapat masuk kedalam lubang sumur detektor well size.Dilakukan penyusunan sistem sesuai dengankarakteristiknya, kemudian jalankan motor dengan kontrolmelalui PC. Menjalankan Program kontrol samplechanger.Tabung media sampel dapat masuk tepat kedalam lubangsumur detektor.

Tabung media sampel dapat masuk tepat kedalam lubangsumur detektor dengan memberikan masukan pulsa keinverter motor

1. Modul PWM dan Kontrol RelayHasil Pengujian Motor jalan CW/CCW bila di beri input pulsa atau motor

berhenti bila tidak ada masukan pulsa atau motor berhentibila menyentuh limit switch (NO) sebagai pengaman bataskanan-kiri atau pengaman batas atas-bawah.

2. Modul Pengolah SinyalHasil Pengujian

3. Modul penguat SinyalHasil Pengujian

4. Modul Counter

Hasil Pengujian5. Modul High VoltageHasil Pengujian6. Modul Low Voltage

Hasil Pengujian Dapat memilih isotop 1-125 yang digunakan denganmengatur window energinya (22 Kev)

Dengan Input positif maka didapatkan keluaran outputnyapositif semi Gaussian dan dapat diolah oleh sub systemselanjutnya.

Dapat menghitung pulsa sampai 5 x 16 bit

Output Tegangan Tegangan Tinggi memiliki keluaran yangdapat diatur hingga 1000 Volt DC.

Output Tegangan DC +5 Volt, +12 Volt, -12 Volt, danGround.

-112-

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - SATAN, 30 November 2010

C. Modul Perangkat Lunak

1. Sistem Kontrol Sample ChangerHasil Pengujian Dapat mengontrol jalannya motor baik gerak Horizontal

maupun gerak vertikal.2 Sistem Pengolah Data

Hasil

4. KESIMPULAN.

Belum tersedia sistem pengolah data (masih dalam tahapperancangan).

Telah dilakukan perancangan dan perekayasaan perangkat RIA IP10.1 dengan 5buah detektor dan menerapkan sistem linear axis pad a sistem sample changernya,sehingga proses pencacahan sample akan lebih cepat. Pad a sistem pergerakan SampleChanger menggunakan motor penggerak Servo AC. Sehingga pergerakan Sample Changerlebih halus dan presisi.

5. DAFTAR PUSTAKA

1. B.R. Bairi, Balvinder Singh, N.C. Rathod, P.V. Narurkar, " Handbook of Nuclear MedicalInstrument"., Tata McGraw-Hili Publishing Company Limited, New Delhi, 1994

2. Texas Instruments AS and ALS," 54/74 Families of Compatible TTL Circuits"., TTL DataBook II Vol II

3. Douglas W Jones, " Midlevel Control of Stepping Motors"., The University of IOWA4. IAEA., " Radioimmunoassay Data Processing Program For IBM PC Version 1.0", 1998,

http://www.mtmtys.com

TANYA JAWAB

Pertanyaan :1. Berapa tebal kontainer antar shielding sehingga diantara detektor tidak saling

terganggu (Ir. Sri Mulyono Atmojo)

Jawaban :

1. Untuk kolimator tebalnya 1,5 mm dengan bahan Pb 90 %, untuk lapisan luar padatempat detektor dipasang shielding lagi masing-masing sisinya 2 mm.

-113-

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 30 November 2010

6. LAMPI RAN

-114-