Rancang Bangun Modul...(Ari Satmoko, dkk)

RANCANG BANG UN MODUL MEKANIK PENGGERAK SUMBER RADIO-ISOTOP PAD APROTOTIP AWAL PERANGKAT BRAKITERAPI KANKER SERVIK DOSIS SEDANG

Ari Satmoko, Tri HarjantoPusat Rekayasa Perangkat Nuklir - SATAN

Hendra PrasetiaPRSG - Pusat Reaktor Serba Guna - SATAN

ABSTRAK.RANCANG BANGUN MEKANIK MODUL PENGGERAK SUMBER RADIO-ISOTOP PADA

PROTOTIP AW AL PERANGKA T BRAKITERAPI KANKER SERVIK DOSIS SEDANG. Perangkat

brakiterapi dosis sedang untuk terapi kanker servik dikembangkan dengan menekankan produk dalam negeri.Sumber yang digunakan adalah lridium- I92 dengan kekuatan sekitar 5 Curie. Sumber ini dibungkus dalamkapsul dan dirangkai dengan kawat berdiameter I mm dan panjang 1800 mm. Terapi dilaksanakan denganmemasukkan sumber radiasi ke dalam tubuh tubuh pasien melalui aplikator. Sistem loading-unloadingsumber isotop terbagi ke dalam 3 modul, yaitu; modul penggerak sumber, modul kontainer sumber, danmodul distributor channel. Dalam makalah ini pembahasan difokuskan pada kegiatan perekayasaan modulpenggerak sumber yang berfungsi untuk menggerakkan maju-mundur sumber isotop. Kegiatan diawalidengan pengembangan desain awal yang menghasilkan gambar sketsa komponen-komponen mekanik yangdibutuhkan. Selanjutnya, perhitungan dilakukan dalam rangka menetapkan spesifikasi komponen utama.Dari tahap ini diputuskan motor stepper tipe A50K·M66-GJO sebagai penggerak mekanik. Tahap berikutnyaberupa pengembangan desain rinci yang menghasilkan gambar teknik untuk tiap-tiap komponen. Selanjutnyapabrikasi komponen dilakukan dengan mengacu gambar-gambar desain rinci tersebut. Setelah lengkap,semua komponen dirakit menjadi modul mekanik penggerak sumber. Pengujian juga menunjukkan bahwasecara manual modul ini telah berfungsi. Dengan memutar-balikan putaran manual, ujung kawat dapatdigerakkan maju dan mundur.

Kata kunci: brakiterapi, desain, fabrikasi, mekanik, sumber radio-isotop

ABSTRACTMECHANICAL DESIGN OF THE RADIO-ISOTOPE SOURCE DRIVER MODULE FOR AN INITIAL

PROTOYPE OF MEDIUM DOSE RATE BRACHYTERAPY High dose rate brachyteraphy equipment fortherapy against cervical cancer is developed by empowering local products. An lridium-192 with 5 Curies ofenergy is used. The source is wrapped in a capsule and combined with a wire diameter of 1 mm and length1800 mm. The therapy is carried out by inserting the radiation source into the patient's body through anapplicator. The system for loading-unloading the isotope source is divided into three modules: the sourcedriver module, the source container modules, and channel distributor module. In this paper, the discussion isfocused on engineering activities of the first module that serves to drive forward and backward position ofthe lridium-192 isotope sources. The activity begins with the development of preliminary design sketches thatproduces drawings of mechanical components required. Furthermore, the calculations are carried out inorder to establish the main component specifications. From this stage, a stepper motor type M66-A50K-GI0as a mechanical driver is chosen. The next stage ls developing the detailed design and producing detaileddrawings for all components. Thefabrication of each component refers to the detailed design drawings. Allcomponents are assembled completely into the source driver module. Test also shows that the module worksmanually well. By rotating the manual handle in both directions, the tip of the wire moves alternately in

forward and backward directions.

Keywords: brachyteraphy, engineering, fabrication, mechanical, radio- isotope source

PENDAHULUAN

Salah satu metode penyembuhan penyakitkanker servik adalah dengan iradiasi menggunakanperalatan brakiterapi. Dalam metode ini, radiasidiberikan dengan mendekatkan atau menusukkan

60

sumber radiasi ke daerah target sehingga akanmemberikan dosis yang dapat mematikan sel tumor.Metode ini telah banyak dikembangkan terutama dinegara-negara maju, namun bel urn ban yakditerapkan di Indonesia. Salah satu kendala belumbanyaknya rumah sakit dan pasien di Indonesia yang

Prosiding Seminar Nas/onal Teknologi dan Aplikasi Reaktor NuklirPRSG Tahun 2012

belum tersentuh dengan teknik ini adalah mahalnyabiaya terapi yang tak lain disebabkan oleh tingginyaharga peralatan brakiterapi. Dalam rangkamemecahkan masalah inilah, maka dikembangkanbrakiterapi kanker servik dengan menekankan padakandungan lokal dalam negeri terutama sumber

Isotop Iridium-I92 yang dapat dibuat di PRSGBATAN.

Sumber isotop Iridium-I92 berkekuatan antara5 hingga 10 Curie dibungkus dalam kapsul stainlesssteel SS-3I6. Kapsul ini dirangkai dengan kawat SS­316 berdiameter sekitar 1 mm dan panjang 1800mm. Ketika terapi kanker servik dilaksanakan,kateter atau aplikator dimasukkan ke dalam tubuhpasien dan kemudian sumber isotop dimasukkan kedalam lubang aplikator tersebut. Posisi dankecepatan gerakan sumber isotop dikendalikanmelalui pemrograman sesuai dengan kondisipen yak it pasien. Untuk melaksanakan kegiatanloading-unloading sumber isotop inilah dibutuhkanperangkat brakiterapi.

Secara umum, sistem loading-unloadingsumber isotop pada perangkat brakiterapi terbagi kedalam 3 modul yaitu modul penggerak sumber,modul kontainer sumber, dan modul distributor

kana!. Modul penggerak sumber merupakan modulyang berfungsi untuk gerak maju-mundur sumberisotop Iridium-In. Modu\ kontainer berfungsisebagai perisai radiasi pad a saat sumber tidak

Keterangan:I. Kontainer pengaman

2. Motor dan drum pemutar checker3. Motor dan drum pemutar sumber

61

ISBN 978-979-17109-7-8

digunakan atau dalam keadaan stand by. ModuIdistributor kanal berfungsi untuk memilih jalurkeluaran yang akan digunakan. Dalam makalah inipembahasan difokuskan pad a perekayasaan modulmekanik penggerak sumber. Pembahasan meliputipengembangan desain awal, perhitungan, penentuanspesifikasi komponen-komponen utama,pengembangan desain rinci, konstruksi danpengujian.

PRINSIP KERJA DAN PERSY ARATANPERANGKA T BRAKITERAPI[I,2j

Prinsip kerja perangkat brakiterapi dosissedang ditunjukkan dalam Gambar 1. Perangkatbrakiterapi terdiri dari tiga komponen mekanikutama: penggerak sumber, kontainer sumber dan

distributor kana!. Kateter atau aplikator yangdimasukkan ke dalam tubuh pasien melengkapiperangkat brakiterapi tersebut. Sumber Iridium-Indibungkus dalam kapsul dan dirangkai dengan kawatstainless steel berdiameter sekitar 1 mm denganpanjang sekitar 1800 mm. Sebelum terapi dilakukan,pemeriksaan jalur dilakukan dengan menggunakankawat checker yang mempunyai dimensi sarnadengan kawat sumber. Kawat checker bertujuanuntuk memastikan bahwa pergerakan sumber untukproses terapi dapat berlangsung sesuai dengan yangdiinginkan.

6. Tube tleksibel

7. Aplikator8. Kawat checker

4. Penggulung darurat5. Distributor kanal

Rancang Bangun Modul...(Ari Satmoko, dkk)

9. Kawat sumber

10. motor distributor kanal

GambaI' I. Desain konsep perangkat brakiterapi dosis sedang

Pada waktu tidak digunakan atau posisi standby, sumber Iridium-192 disimpan dalam modulkontainer sum bel' sehingga papal' an radioaktif darisumber dapat dilokalisir. Saat digunakan untukterapi, modul penggerak sum bel' mengaturpergerakan posisi sumber sejak dari kontainerhingga aplikator dan kembali ke kontainer. Aplikatorterdiri dari 3 batang dan menjadi pembimbinggerakan sumber di dalam tubuh pasien. Padaawalnya sumber digerakkan maju hingga beradapada posisi salah satu ujung aplikator. Kemudiansesuai dengan dosis paparan. sum bel' ditarik sedikitdemi sedikit ke posisi-posisi lain dan kemudiandipindahkan ke lubang aplikator berikutnya.Pengaturan lubang aplikator mana yang ditujudilakukan oleh distrib;Jtor channel. Bentuk aplikator,posisi berhenti sumber dan lama berhenti akanmenentukan protil distribusi dosis radiasi sesuaidengan penyakit pasien.

Dalam mengembangkan desain a lI'a I dan rinciperangkat brakiterapi. beberapa persyaratan terkaitaspek mekanik modul penggerak sum bel' telahditetapkan sbb:

Metode yang digunakan adalah after/oading:aplikator dimasukkan ke dalam tubuh pasiensesuai dengan susunan yang diharapkan. Setelahitu, baru kemudian sum bel' dimasukkan melaluijalur aplikator tersebut.Pada saat proses terapi. organ lain pada pasientidak boleh menerima radiasi yang tidak perlu.Dalam kasus darurat, sumber radiasi harus dapatdiamankan secepat mungkin ke dalam kontainersumber.

Desain harus mempertimbangkan aspekkeselamatan selama fabrikasi dan jugapengoperasian brakiterapi.Desain harus mempel1imbangkan pabrikasidengan kemungkinan alokasi biaya yang lersediaseminimum mungkin sesuai anggaran.Komponen-komponen atau bahan-bahan yangdiputuskan dan digunakan dalam pengembangan

brakiterapi harus disertai dengan justitikasiteknis yang tertulis.

Posisi gerakan sumber pada saat terapimempunyai ketelitian (kd) ± I mm.

TAT A KERJA PEREKAYASAAN

Kegiatan perekayasaan mekanik modul

penggerak sum bel' dilakukan dalam beberapa tahapberikut:

Penetapan asumsi nilai-nilai parameter desainPerhitungan untuk desain awalPenentuan spesitikasi komponen utamaPengembangan desain rinciKonstruksi mekanik dan pengujian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penetapan asumsi nilai-nilai parameter desainPada tahap ini. bcberapa nilai parameter desain

ditetapkan dengan Illeillperlimbangkan pcrsyaratandesain. Panjang kawat sumber ditetapkan pada nilai1800 mm. Panjang ini mengadopsi pada produk­produk lain sejenis yang telah ada di pasar. Dariposisi stand by menuju posisi terapi dan sebaliknya.sum bel' harus bergerak dengan kecepatan tinggiunluk menghindari paparan berlebihan. Atas alasaninilah waktu sekitar 4 detik dianggap cukup untukmasing-masing mendorong dan menarik kembalikawat sumber. Dengan demikian kecepatanmaksimum gerak sumber adalah 450 mm/detik.Beberapa asumsi nilai-nilai lain juga ditetapkandalam rangka desain sebagaimana ditunjukkandalam Tabel I. Nilai-nilai ini akan digunakan dalamkegiatan lahap berikulnya lerkail perhilungan danpengembangan desain rinci. Pada awalnya nilai-nilaitersebul bersilat perkiraan awal. Seiring denganperkembangan desain. setelah melalui berbagaiilerasi perhilungan dan pertimbangan. nilai-nilaitersebut telah ditetapkan sebagai ni lai-ni laiparameter dcsain.

Tabel I. Penetapan nilai-nilai parameter desain

No Parameter (singkalan) NilaiI

Panjang total kawat sumbcr (L,) I800 m m2

Kecepatan gerakan sum bel' maksimum (V,) 450 mm/detik

3Diameter drum (Dd) 120 mm

4Pitch alur pad a drum (Pd) 2,5 mm

5Gaya tarik/dorong kawat sumber (F,) 24.6 New10nPJ

6Faktor pengali (FP) 2 kali

62

Proslding Seminar Naslonal Teknologl dan ApJikasl Reaktor NuUirPRSG Tahun 2012

Pengembangan desain awalDengan mengacu pada prinsip kerja dan

persyaratan, desain awal mekanik modul penggeraksumber perangkat brakiterapi dikembangkan.Berbagai alternatif dan pertimbangan akhirnyamenghasilkan desain seperti ditunjukkan dalamGambar 2. Modul ini terdiri dari dua bagian yangsimetris. Bagian kiri untuk menggerakkan kawatchecMr (dummy) dan bagian kanan untukmenggerakkan kawat sumber. Batas atas modul iniberhubungan dengan modul kontainer sumber.Ujung kawat dengan sumber radioaktif ditempatkan

ISBN 978·979·17109·7·8

di dalam kontainer sumber. Kawat sebagai pembawasumber dililitkan pada Drum Kawat Sumber 104.

sebagai penggulung. Sabuk 1.7 digunakan untukmengikat atau menempatkan kawat pada alur drum.Tegangan sabuk diatur oleh Cam Follower I. I danTensioner 1.2. Dengan memutar motor yangterkoneksi pada drum, maka kawat dapat ditarik ataudidorong melalui pengaturan Pengarah Kawat 1.8dan Tube Pengarah I.I I. Pemutar manual 1.6disiapkan dalam rangka keadaan darurat bilamanamotor gagal berfungsi.

Keterangan:1.1. Carn follower

1.2. Tensioner

1.3. Base plate1.4. Drum kawat sumber

1.5. Adapter drum1.6. Pemutar manual sumber

1.7. Sabuk 8~.51.8. Pengarah kawat sumber

1.9. Pemegang pengarah seling~·6

sumber <g

1.10. Penahan pengarah kawat ~1.11. Tube pengarah 1.16

1.12. Pemegang pengarah selingsumber

1.13. Pengarah kawat checker1.14. Drum kawat checker

1.15. Pemutar manual checker

1.16. Penjepit kawat sumber

1.17. Penjepit kawat checker

Gambar 2. General drawing modul penggerak sumber[2]

Perhitungan dan Penentuan SpesifikasiKomponen Utama

Komponen utama dalam modul ini adalahmotor. Dari berbagai pilihan yang ada, motorstepper diputuskan sebagai jenis motor yang palingideal. Tahapan berikut digunakan dalam rangkamenentukan spesifikasi motor stepper:- Kecepatan putar motor/drum (rod)

rod = Vs / (Dd/2) rad/det= 71.6 rpm

- Resolusi motor (em)

em = ~ / (Di2) rad= 0,955°

- Torsi motor (T m)

Tm = Fs * (Dd/2) * FP= 3,204 Nm

Dari berbagai perhitungan di atas diperolehspesifikasi minimum motor. Motor harus mampuberputar dengan kecepatan 71.6 rpm, memilikiresolusi 0,955 dan torsi 3,204 Nm. Dari berbagaipilihan yang ada di pasar akhirnya ditetapkanmenggunakan motor stepper tipe A50K-M566-G 10.

Lembar spesifikasi motor tipe ini ditunjukkan dalamTabel 2. Parameter dalam spesifikasi teknis tersebuttelah diperiksa dan memenuhi persyaratan yangdiinginkan.

Tabel 2. Spesifikasi teknis motor stepperti e A50K-M566-GIO[4]

No. Parameter besaran

I Maximum holdin 5,0 N.m2 Kece atan 0 - 180 m

3 Resolusi 0,144°

Dimensi drum penggulung kawat juga perluditetapkan melalui perhitungan berikut:- Keliling drum (KJ)

K.J = 1t Dd= 377 mm

- lumlah lilitan (ns)ns = L/K.J

= 5.3 atau dibulatkan ke atas menjadi 6 liIitan

- Lebar drum (Ld)

Ld = ns * Pd

63

- Lebar drum (Ld)

Ld = ns * Pd

= 12mm

Dengan mempertimbangkan jarak tepi sekitar10 mm pada sisi atas dan bawah, maka lebar drumditetapkan pada 25 mm. Untuk mempermudahfabrikasi terutama pembuatan alur untuk kawat,bahan drum yang digunakan adalah POM putih.POM adalah nama pasaran dari bahan polyacetal.

Untuk sabuk, lebar dan tebal ditetapkanmasing-masing pad a 20 mm dan 2 mm denganbahan mengikuti ketersediaan di pasar. Untukkomponen kerja mekanik lainnya, spesitlkasi bahanadalah baja nirkarat dengan dimensi mengikuti

Rancang Bangun Modul ...(Ar! Satmoko, dkk)

ruang yang ada dan tetap harus mempertimbangkanpersyaratan desain.

Pengembangan desain rindDesain rinci dikembangkan dengan mengacu

pada hasil tahap-tahap sebelumnya berupa desainawal dan perhitungan serta juga memperhatikanpersyaratan desain. Hasil desain rinci berupa gambarrinci yang dapat ditindaklanjuti oleh bagiankonstruksi tanpa interpretasi yang membingungkan.Agar modul penggerak sumber dapat berfungsiseperti yang diinginkan, berbagai komponen telahterdidentif1kasi seperti ditunjukkan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Dattar gambar rinci komponen-komponen mekanik modul penggerak sumber

No

No Dokumen KomponenKeterangan

I

GT.lS 10-2.1.2.1.00.00 Modul Penggerak slingGeneral Drawin}<

2

GT.lS 10-2.1.2.1.01.00 Carn Follower Pengatur Iintasan sabuk3

GT.IB 10-2.1.2.1.02.00 Tensioner Pengatur tegangan sabuk4

GT.IS 10-2.1.2.1.03.00 Base Plale Dudukan utama

5

GT.IB 10-2.1.2.1.04.00 Drum Kawat Sumber -6

GT.IB 10-2.1.2.1.05.00 Adapter drum -7

GT.IB 10-2.1.2.1.06.00 Pemutar Manual Sumber -8

GT.IB 10-2.1.2.1.08.00 Pengarah Kawat Sumber -9

GT.IS 10-2.1.2.1. 10.00Penahan Pengarah kawat-

10GT.IB 10-2.1.2.1.12.00 Penahan Pengarah kawat Dummy-

IIGT.IS i0-2.1.2.1.13.00 Pengarah kawat Dummv ---"---

12GT.IB 10-2.1.2.1.14.00 Drum Kawat Dummv -

"-

13GT.IS 10-2.1.2.1.15.00 Pemutar Manual Dummy -

14GT.IS 10-2.1.2.1.16.00 Penjepit kawat Sumber -

15GT.IS 10-2.1.2.1.17.00 Penjepit Kawal dummy -

16GT.IS 10-2.1.2.1.18.00 Motor slepper -

Konstruksi mekanik dan pengujian

Dengan mengacu pada desain rinci.konstruksi modul mekanik penggerak sumber

dilakukan. Kegiatan diawali dengan pembuatan

Ei4

komponen-komponennya. Dan setelah lengkap,semua komponen dirakit menjadi sebuah modulpenggerak sumber. Gambar 4 menunjukkan hasilperakitan pada bagian sisi kawat sumber dari modulpenggerak sumber.

Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Reaktor NuklirPRSG Tahun 2012

Gambar 4. Hasil perakitan modul penggerak sumber sisi kawat sumaer

ISBN 978-979-17109-7-8

Uji coba secara manual mekanik juga telahdilakukan untuk memastikan bahwa modul terse but

telah dikonstruksi sesuai desain rinci dan dapa!berfungsi seperti yang diinginkan. Pada awalpengujian dijumpai berapa kendala sepcrti posisiketinggian calli follower dan drum yang tidak rata.Namun setelah perbaikan pemasangan, kendalatersebut dapat dihilangkan. Ketika drum diputarsecar manual, kawat dapat digerakkan maju danmundur. Hingga kini pengujian secara menyeluruhbelum dapat dilakukan karena belum terintegrasinyamodul-modul mekanik lainnya dan sisteminstrumentasi dan kontrol. Pengujian menyeluruhakan dibahas pada kegiatan selanjutnya.

KEStMPULAN.

Telah diperoleh hasil rancang bangun berupamodul mekanik penggerak sumber radioisotop untukperangkat brakiterapi. Pengujian menunjukkanbahwa secara manual modul ini telah berfungsiterutama dengan putaran manual, ujung kawat dapatdigerakkan maju dan mundur. Pengujian secaramenyeluruh belum dapat dilakukan karena modul inibelum terintegrasi baik dengan modul-modulmekanik lain maupun dengan modul instrumentasidan kontrol. Hal ini akan dilakukan pada kegiatanberikutnya.

UCAPAN TERtMA KAStH

Ucapan terima kasih diucapkan kepada seluruh

65

"Tim Brakiterapi" yang telah turut memberimasukan selama pelaksanaan perekayasaanperangkat brakiterapi dosis sedang. Ucapan terimakasih juga diarahkan pad a Kementrian Riset danTeknologi melalui program Peningkatan KapasitasPeneliti dan Perekayasa 20 II yang telah membiayaikegiatan desain perangkat brakiterapi ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. ANONYMOUS, ESTRO: A Practical Guide to

Quality Control of Brachyterapy Equipment.JACK VENSELAAR dan JOSE PEREZ­

CALATAYUD, ESQUIRE Project - GrantAgreements No. S 12300039 (2000CVG2-02I) &SPC 2002480 - Technical Report - Part V, ISBN90-804532-8

2. ARt SATMOKO, Pengembangan DesainKonsep Mekanik Treatement Delivery SystemBrakiterapi Medium Dose Rate. TechnicalReport, TRO 1-WP2- WBSO-RPN-20] 0-440202.23 April 20]0

3. ARt SA TMOKO, dkk, Desain Sistem

Penggerak Kawat Sumber Isotop Ir-192 padaBrakiterapi Kanker Servik Dosis Sedang.PRIMA. Volume 7. Nomor 14 Nopember 2010,ISSN 1411-0296

4. ANONYMOUS_ 2. 5 Phase Steppeing Motors/Drivers/Motion Controllers, Autonics Catalogue.No. 20 100512-STEPPING-ENG-04