Perekayasaan Pesawat Sinar-X Mammography

Nama : William Yohanes S.

NIM : M0211075

Pembimbing : Dr. Kusumandari (Universitas Sebelas Maret)

DR. I Putu Susila (Perekayasaan Perangkat NuklirBATAN)

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

2014

I. PENDAHULUAN Perangkat sinar-X digunakan dalam berbagai bidang seperti keamanan

transportasi meliputi pencitraan barang bawaan penumpang maupun peti kemas,

karakterisasi unsur, pengecekan cacat pada produk seperti PCB (Printed Circuit Board),

dan lain sebagainya. Dalam dunia medis sendiri, terdapat berbagai jenis perangkat

diagnosis berbasis sinar-X. Perangkat-perangkat itu seperti, pesawat sinar-X

konvensional yang menggunakan film untuk menangkap citra organ tubuh, pesawat

sinar-X fluoroscopy untuk keperluan diagnosis secara real-time, pesawat sinar-X digital

yang menggunakan image intensifier maupun detekstor solid state untuk menangkap

citra. Di Indonesia sendiri, pesawat sinar-X konvensional banyak terdapat di rumah sakit

maupun klinik atau puskesmas milik pemerintah. Banyaknya pemanfaatan pesawat

sinar-X untuk keperluan diagnosis medis dibandingkan dengan perangkat kedokteran

nuklir lainnya disebabkan karena pengoperasian dan perawatan pesawat sinar-X relatif

mudah dan aman karena hanya menghasilkan radiasi sinar-X pada saat alat

dioperasikan.

Perangkat sinar-X digital atau yang umumnya disebut radiografi digital terdiri dari

pesawat sinar-X (generator sinar-X dan penangkap citra seperti image intensifier, flat-

panel detector) yang mampu menghasilkan citra digital, komputer pengolah data dan

penampil citra serta komputer untuk menyimpan data dari seluruh pasien. Keuntungan

dari radiografi digital adalah: tidak diperlukan ruang gelap dan bahan kimia dalam

pemrosesannya, citra dari pasien dapat diobservasi, bisa diterapkan teknik pengolah

citra untuk meningkatkan kualitas gambar, dapat disimpan dengan mudah sebagai basis

data untuk pembelajaran maupun acuan diagnosis serta bisa dipertukarkan dengan

mudah melalui internet dengan ahli-ahli radiografi yang ada diseluruh penjuru dunia.

Gambar 1. Contoh Flat Panel Detector

Penggunaan pesawat sinar-X digital khususnya di Indonesia masih sedikit, jika

dibandingkan dengan pesawat sinar-X yang berbasis film. Hal ini terutama disebabkan

oleh harganya yang mahal. Oleh karena masih sedikitnya perangkat radiografi digital di

Indonesia, penguasaan teknologinya bisa dibilang masih rendah dan manfaat-manfaat

yang disebutkan sebelumnya, belum dapat dirasakan oleh pasien secara maksimal.

Mamografi merupakan deteksi dini atau screening untuk mendiagnosis kanker

payudara sedini mungkin menggunakan sinar-X dosis rendah (umumnya berkisar 0.7

mSv). Perangkat ini mampu memperlihatkan kelainan pada payudara dalam bentuk

yang terkecil hingga kurang dari 5 mm (stadium nol). Pada stadium ini, mamografi dapat

memperlihatkan adanya mikrokalsifikasi, yaitu suatu benjolan yang tidak dapat teraba

baik oleh perempuan itu sendiri maupun dokter sekalipun, hingga benjolan tersebut

berukuran 1 cm atau lebih.

Untuk meningkatkan akses masyarakat Indonesia terhadap fasilitas pemeriksaan

kanker khususnya kanker payudara, diperlukan banyak perangkat mamografi.

Umumnya perangkat mamografi yang ada di rumah sakit dibeli dari luar negeri.

Berdasarkan kenyataan-kenyataan inilah kami tergerak untuk melakukan penelitian dan

mengembangkat perangkat mamografi. Dengan dilakukannya penelitian ini, diharapkan

penguasaan teknologi mamografi akan semakin meningkat dan bisa merancang

prototip pesawat sinar-X untuk mamografi. Perangkat mamografi secara garis besar

terdiri dari unit penghasil sinar-X (tabung dan komponen elektronik/elektrik

pengendali). Unit mekanika dan unit penangkap citra.

Gambar 2. Pesawat Sinar-X Mamografi

Tujuan Pembuatan makalah ini adalah sebagai tugas awal pekan dalam mengikuti

kuliah magang mahasiswa. kuliah magang mahasiswa ini dilaksanakan di Pusat

Rekayasa Fasilitas Nuklir BATAN serpong(Tangerang Selatan) selama kurang lebih satu

bulan yakni 14 juli-22 Agustus 2014. Tema yang didapatkan dalam perkuliahan magang

ini adalah Perekayasaan Pesawat Sinar-X Mammografy. Diharapkan makalah ini sebagai

gambaran awal untuk menginterpretasikan hal-hal yang akan dikerjakan selama

perkuliahan magang ini berlangsung.

2. TEORI a. Pesawat sinar-X digital Pesawat sinar-X digital seperti pada gambar 3 terdiri dari 3 (tiga) bagian utama

yang meliputi: generator sinar-X (sistem kontrol dan tabung sinar-X), perangkat

penangkap citra dan komputer pengolah citra. Bagian generator sinar-X terdiri dari

sistem kendali dan tabung sebagai pembangkit sinar-X. Selanjutnya, untuk bagian

penangkap citra bisa memanfaatkan layar pendar yang terbuat dari bahan posfor

ditambah dengan CCD (charge-coupled device) kamera, image intensifier maupun flat-

panel detector. Kemudian komputer digunakan untuk penyimpanan data pasien, akusis,

pengolahan, penampilan dan penyimpanan citra dari organ tubuh pasien.

Gambar 3. Prinsip Kerja Perangkat Sinar-X

Dalam tabung sinar-X terdapat katoda (filament) dan anoda. Jika arus dialirkan ke

katoda, akan mengakibatkan suhu katoda menungkat dan elektron yang ada menjadi

labil (mudah melepaskan diri). Selanjutnya, antara katoda dan anoda diberikan

tegangan tinggi. Dengan adanya beda potensial antara kedua elektroda tersebut,

menyebabkan elektron pada katoda akan tertarik dan menumbuk anoda. Akibat dari

tumbukan ini akan timbul panas dan sinar-X (sebagian kecil).

Sinar-X yang dihasilkan oleh tabung sinar-X mengenai dan menembus objek yang

dalam hal ini berupa organ tubuh manusia, kemudia mengenai penangkap citra

(detektor). Dari segi fisi, jaringan pada organ tubuh manusia mempunyai kerapatan

yang berbeda-beda, sehingga ketika sinar-X melewati suatu organ, akan mengalami

atenuasi yang berbeda-beda tergantung dari bagian yang dilewatinya. Perbedaan

atenuasi ini mengakitbakan perbedaan nilai intensitas yang ditangkap oleh detektor,

dan perbedaan inilah yang divisualisasikan sebagai citra dari organ tersebut. Detektor

disini dapat menggunakan film, image intensifier ataupun flat-panel detector.

Gambar 4. Skema perangkat sinar-X digital

(Putu Susila, I: 2012)

b. Mammography Perangkat sinar-X yang digunakan untuk mamografi juga mempunyai prinsip kerja yang sama dengan perangkat sinar-X yang lain. Energi sinar-X mamografi dari tabung

melewati payudara ditangkap kaset dilm yang dibawah payudara. Sementara yang

diserap mempunyai tingkat yang bervariasi sesuai jenis jaringan. Variasi dalam

penyerapan menciptakan perbedaan hasil exposure, yang memberikan rincian jaringan

di dalam payudara. Pada mammogram, lemak tampak berwarna hitam, sedang yang

lainnya: kelenjar, jaringan ikat, tumor, kalsifikasi muncul dalam variasi warna putih dan

abu-abu. Karena obyek (payudara) tergolong daerah jaringan (soft tissue) dibandingkan

dengna dada atau perut, maaka dosis/ paparan sinar-X yang digunakan lebih rendah

dari perangkat sinar-X untuk thorax dan sejenisnya.

Karena itu tujuan mamografi adalah menghasilkan citra/gambar yang mampu :

1. Memperlihatkan mikrokalsifikasi dengan kontras yang tinggi.

2. Memperlihatkan sebagian besar daerah jaringna payudara dengan kontras yang

rendah.

(Putu Susila, I : 2013)

C. Arduino Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open

source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah

kombinasi dari hardware. Bahasa pemrogaman dan Integrated Development

Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan

untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam

memory microcontroller.

Secara umum arduino terdiri dari dua bagian, yaitu :

1. Hardware papan input/output (I/O)

2. Software Software Arduino meliputi IDE untuk menulis program, driver

untuk koneksi dengan komputer, contoh program dan library untuk

pengembangan komputer.

Gambar 5. Tampilan awal perangkat lunak arduino.

3. Bagian Perancangan 1. Pengendali Tegangan tinggi

Rangkaian pengendali tegangan tinggi berfungsi mengatur tegangan kerja tabung sinar-

X sesuai dengan kebutuhan. Dalam pesawat mammography tegangan tinggi mempunyai

pengaruh pada energi sinar-X yang dihasilkan, besarnya energi sinar-X berpengaruh terhadap

daya tembus/penetrasi sinar-X terhadap obyek payudara.

Rangkaian ini mengguakan Atmega 8 sebagai pengendali tegangan tinggi yang

dilengkapi dengan rangkaian umpan balik, agar besarnya setting tegangan tinggi sesuai yang

diinginkan, sedangkan sistem pengaturannya menggunakan teknik pulse wave modulation

(PWM)> nantinya pilihan tegangan tinggi untuk mammografi mempunyai interval 20-34 KVp.

Gambar 6. Rangkaian Pengendali Tegangan Tinggi

3.2 Pengatur Arus Tabung Rangkaian pengatur arus tabung berfungsi mengatur besarnya arus tabung sinar-X

sesuai dengan kebutuhan. Pada tabung mammografi, filament katoda jarak ke anodanya lebih

dekat dibandingkan dengan tabung sinar-X biasa, sehingga saat beroperasi temperatur

tabung bisa jauh lebih rendah.

Pada mamografi tabung adalah fungsi dari pada arus filamen, karena untuk mengatur

arus tabung pada nilai tertentu, harus dengan mengubah arus filamen. Rangkaian ini

menggunakan Atmega8 sebagai pemiliha arus sesuai kebutuhan. Nantinya pilihan untuk arus

tabung dibuat menjadi 15 mA, 20mA, 25mA dan 30 mA.

Gambar 7. Rangkaian Pengatur Arus Tabung

3.3 Pengatur Waktu

Pengaturan waktu exposure berfungsi memberikan waktu bagi sinar-X untuk

mencapai atau penetrasi terhadap obyek sehingga bisa menghasilkan citra yang tajam. Waktu

exposure yang terlalu lama bisa membuat gambar tidak tajam akibat pergerakan obyek,

sebaliknya jika waktunya terlalu singkat, sinar-X belum mencapai atau penetrasi sehingga

citra obyek yang dihasilkan cenderung gelap/kurang kontras. Biasanya waktu rata-rata yang

dibutuhkan oleh mamografi berkisar 1-2 detik.

Rangkaian ini menggunakan mikrokontroller Atmega 16, karena selain sebagai

pengatur waktu juga bertindak sebagai pusat pengatur dan mengkoordinir keseluruhan input

output sistem elektronika termasuk diantaranya setting parameter dari GUI. Perangkat lunak

yang tertanam di Atmega (embedded system) megnatur seluruh perintah yang diterima

ataupun dilakukan modul elektronik, komunikasi antara mikrokontroler menggunakan jalur

12C.

Gambar 8. Rangkaian Pengatur Waktu

4. Bagian- bagian Papan Arduino Dengan mengambil contoh sebuah papan Arduino tipe USB, bagian-bagiannya dapat

dilekaskan sebagai berikut.

Gambar 9. Bagian papan Arduino

1. 14 pin input/output digital (0-13)

Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program

Khusus untuk 6 buah pin 3,5,6,9,10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output

dimana tegagan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat diprogram

antara 0-255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0-5V.

2. USB

Berfungsi untuk :

Memuat program dari komputer ke dalam papan

Komunikasi serial antara papan dan komputer

Memberi daya listrik kepada papan

3. Sambungan SV1

Sambugan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal

atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi

terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.

4. Q1 Kristal (quartz crystal oscillator)

Jika microcontroller dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantung-nya karena

komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada microcontroller agar

melakukan operasi untuk setiap detak-nya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per

detik (16Mhz).

5. Tombol Reset S1

Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Perhatikan bahwa

tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau mengosongka microcontroller.

6. In-Circuit Serial Programming (ICSP)

Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram microcontroller secara langsung,

tanpa melalui bootlander. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP

tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.

7. Microcontroller Atmega

Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.

8. X1- sumber daya eksternal

Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat diberikan

tegangan DC antara 9-12 V.

9. 6 pin input analog (0-5)

Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti

sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0-1023, dimana hal itu

mewakili nilai tegangan 0-5V.

5. SOFTWARE ARDUINO IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE

arduino terdiri dari :

Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit

program dalam bahasa processing.

Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi

kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa memahami bahasa

Processing. Yang bisa dipahami oleh microcontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya

compiler diperlukan dalam hal ini.

Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di

dalam papan Arduino.

Gambar 10 . contoh tampilan IDE Arduino.

(djuandi, Fery: 2011)

6. Kesimpulan

Mamography merupakan perangkat medis berbasis sinar-X yang digunakan

untuk mendeteksi kanker pada organ payudara yang tidak terlihat oleh mata langsung.

Perangkat mamography di rumah sakit Indonesia umumnya berasal dibeli diluar negeri.

Perangkat medis berbasis sinar-X banyak dipakai dalam diagnosis medis dirumah sakit

Indonesia. Hal ini dikarenakan harganya murah dan penggunaanya relatif aman. Namun

masih banyak kekurangan dari perangkat berbasis sinar-X yakni : masih menggunakan

ruang gelap dan bahan kimia dalam pemrosesanya, serta tidak efektif dan efisien.

Perekayasaan perangkat pesawat sinar-X mamography adalah sebagai

memenuhi tugas awal dalam mengikuti perkuliahan magang mahasiswa juga

diharapkan dapat menyusun sebuah perangkat sinar-X digital mamogrphy sederhana

yang murah, aman, mudah karena tidak menggunakan ruang gelap dan bahan kimia

dalam pemrosesannya serta efektif dan efisien karena dapat disimpan dengan mudah

sebagai basis data untuk pembelajaran maupun acuan diagnosis serta bisa

dipertukarkan dengan mudah melalui internet.

7. Daftar Pustaka

Djuandi, Feri. 2011. Pengenalan Arduino. www. Tokobuku.com diakses tanggal

14 juli 2014.

Putu Susila, I, dkk. 2012. Perancangan Perangkat Sinar-X Digital Untuk Diagnosis

Medis. Tangerang Selatan: PRPN BATAN.

Putu Susila, I, dkk. 2013. Perancangan Pesawat Sinar-X Mamografi Digital.

Tangerang Selatan: PRPN BATAN.