FISIKA KESEHATAN “ FISIKA NUKLIR DALAM KEDOKTERAN “ DOSEN PENGAMPU : Dra. Astalini, M.Si OLEH : Ramadani Dwi Lestari (A1C315003) PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JAMBI

PENGOBATAN DALAM KEDOKTERAN NUKLIR Ilmu Kedokteran Nuklir adalah cabang ilmu kedokteran yang menggunakan sumber radiasi terbuka berasal dari inti radionuklida buatan untuk mempelajari perubahan fisiologik dan biokimia sehingga dapat digunakan untuk tujuan diagnostik, terapi, dan penelitian. Perkembangan kedokteran nuklir dimulai tahun 1950-an dengan terciptanya perangkat pencitraan nuklir khusus yang disebut "kamera gamma". Istilah tersebut mengacu ke penangkapan (Trace) sinar gamma. Namun, berbeda dengan penggunaan sinar X atau CT-Scan yang radiasinya harus menembus tubuh manusia untuk mendeteksi dan merekamnya ke dalam film atau komputer, kedokteran nuklir justru menggunakan cara yang berlawanan. Materi radioaktif dimasukkan ke tubuh pasien, kemudian dideteksi dengan kamera gamma tadi. Dengan kata lain organ yang diperiksa yang menjadi sumber radiasi sehingga pola gambar yang terjadi berdasarkan pola organ yang memancarkan radiasi (sinar gamma). Radioaktif yang digunakan berfungsi memancarkan sinar gamma yang memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada sinar X.

1. PERANGKAT PENCITRAAN NUKLIR Informasi yang diperoleh dari pasien dapat berupa gambar dari organ-organ atau bagian tubuh pasien yang dapat diperoleh dengan bantuan peralatan yang disebut kamera gamma atau kamera positron (PET). kamera gamma adalah camera yang di gunakan pada medical diagnostic imaging,yang digunakan untuk melacak radiofarmaka yang telah disuntikan kedalam tubuh manusia. Gamma camera ditemukan oleh Hal Anger di Barkeley pada tahun 1950-an. Oleh sebab itu, gamma camera juga disebut anger camera. Gambar 1. A. Foto detektor kamera gamma. B. bagian-bagian dari kamera gamma terdiri dari kolimator, PMT dan rangkaian elektronik

A. Kollimator Kollimator merupakan bagian terluar dari detektor kamera gamma. Kollimator terbuat dari timbal dengan penampang mirip sarang tawon, terdiri dari lubang dan septa diantara lubang-lubang tersebut. Fungsi kollimator adalah untuk menseleksi sinar gamma yang boleh mencapai kristal, sehingga sinar yang masuk ke satu area pada kristal detektor hanya berasal dari satu area pada organ yang diperiksa. Sinar gamma yang akan masuk ke satu area yang berasal dari area lain dari organ yang diperiksa akan tertahan oleh septa pada kollimator, dengan demikian resolusi gambar yang diperoleh lebih tajam (Gambar 2). Ketajaman resolusi gambar yang dihasilkan juga ditentukan oleh jarak sumber atau organ yang diperiksa dan detektor. Jarak yang makin jauh akan memberikan resolusi gambar lebih kabur.

Berdasarkan fungsinya kolimator dapat dikelompokan ke dalam 4 pembagian berdasarkan bentuk atau alur lubang dan tingkat energi radionuklida yang digunakan. Jenis kollimator berdasarkan bentuk atau alur lubang kollimator : A. Parallel hole B. Convergen C.Pin Hole D.Divergen

B. Kristal skintilator Na(TI) (detektor) Detektor terdiri dari scintilasi kristal yang diletakkan di belakang kolimator, terbuat dari Natrium Iodida (NaI) kristal ditambah Thalium. NaI (Tl) ini akan mengeluarkan cahaya apabila tertumbuk sinar gamma. Fungsi utama kristal ini ialah untuk mengubah sinar gamma menjadi photon. Interaksi photon gamma dengan kristal detektor akan menyebabkan terjadinya efek penyerapan photoelektrik, sehingga menghasilkan cahaya fluorosensi yang intensitasnya proposional dengan kandungan energi dari photon gamma yang bersangkutan. Semakin luas ukuran bidang kristal semakin luas pula bidang pencitraan yang dimiliki kamera gamma. Gambar 3. Detektor

C.Photo multiplier tube (PMT) PMT berfungsi untuk merubah signal cahaya menjadi signal elektrik secara terukur. Gamma camera terdiri atas 37 – 91 PMT. PMT ditempatkan dibagian belakang kristal NaI(Tl) dan berjumlah banyak serta tersusun dalam suatu konfigurasi. Dengan elektroda pertama yaitu photo katoda, merubah cahaya menjadi elektron, elektroda selanjutnya yaitu dynoda, melipat gandakan elektron-elektron dan dynoda terakhir yaitu anoda, menghasilkan pulsa out put. PMT dihubungkan dengan kristal secara optis dengan bahan silicon-like materials. Signal skintilasi yang dihasilkan dari kristal akan diterima/dicatat oleh satu atau lebih PMT. Gambar 4. Photomultiplier tube, berfungsi untuk melipatgandakan sinar dan mengkonfersinya menjadi pulsa listrik.

D. Cathode Ray Tube (CRT) Signal-signal yang dapat dari PMT akan diproses menjadi 3 (tiga) signal X, Y, Z. spatial coordinates X dan Y sebagai sumbu, dan komponen Z sebagai parameter besarnya energi yang masuk dalam kristal detektor dan diproses oleh PHA. Koordinat X dan Y dapat langsung diamati pada layar display (CRT) atau didalam komputer. Sedang signal Z (intensitas) akan diproses lebih lanjut oleh komponen berikutnya, yaitu PHA. E.Pulse Height Analyzer (PHA) PHA pada prinsipnya memiliki fungsi membuang signal-signal radiasi yang berasal dari sinar hambur atau radiasi lain dari hasil interferensi isotop, sehingga hanya foton yang berasal dari photopeak yang dikehendaki yang dicatat. PHA akan melakukan pemilahan terhadap signal-signal tersebut, selanjutnya meneruskan signal yang sesuai untuk diteruskan ke sistem komputer, sedang yang tidak sesuai ditolak. PHA mampu melakukan fungsi tersebut karena energi yang diterima oleh detektor akan diubah menjadi signal skintilasi yang memiliki korelasi linier dengan voltage signal yang dikeluarkan oleh PMT.

2. PRINSIP FISIK DALAM PROSEDUR PENGOBATAN NUKLIR Gambar 5. Pemindai (a) tiroid yang pada dasarnya normal dan (b) tiroid yang abnormal. Perhatikan radioaktivitas yang berkurang di b di atas area yang sesuai dengan nodul. Prinsip-prinsip yang terlibat dalam memperoleh gambar dari distribusi radioaktif di berbagai organ. Secara umum. gambar dapat diperoleh dengan kamera gamma. Kamera gamma memperoleh gambar dalam waktu yang relatif singkat, kamera gamma diperlukan untuk mendapatkan informasi yang dinamis. Sinar-X diserap oleh jaringan tumor dan jaringan normal, sehingga sinar-x umumnya tidak menunjukan tumor. Namun dalam kedokteran nuklir, seringkali mengembangkan bahwa benjolan memungkinkan bersifat kanker, dan benjolan atau nodul tersebut tidak mau menerima radioaktivitas. Pada jaringan tiroid yang normal mau menerima radioaktivitas sedangkan tiroid abnormal akan tetap menjadi benjolan dan tidak mau menerima radioaktifitas. Ketika 131 I digunakan untuk pemindaian tiroid, sekitar 4 MBq (~100 Ci) diberikan secara oral sehari sebelum pemindaian. 99m Tc juga digunakan untuk pencitraan tiroid karena ion pertechnetat 99m TcO 4 diambil oleh jaringan yang sama dengan yodium. Dosis umum dari 99m Tc adalah 150 MBq (4 mC). 99m Tc adalah radionuktida yang disukai karena memberikan dosis radiasi yang jauh lebih kecil kepada pasien. 131 I dengan kekurangannya emisi beta dan waktu paruh 13-jam juga merupakan radionuklida yang sangat baik untuk pencitraan tiroid: dosis sekitar 20 MBq digunakan.

Jaringan hati yang normal akan menyaring partikel submikroskopik radioaktif dari darah. sementara tumor dihati tidak akan muncul dan muncul pada pemindaian sebagai area dengan penurunan radioaktivitas. Untuk pemindaian hati 200 MBq (5 mCi) 99m Tc-berlabel sulfur colloid dengan partikel sekitar 0,5 mikrometer di diameter disuntikkan ke pembuluh darah, dan gambar diperoleh setelah 10 menit. Gambar 6 menunjukan scan dari hati yang normal dan hati yang kanker. Gambar 6. Gambar kamera gamma dari (a) hati yang normal dan (b) gambar hati yang abnormal. Gambar Hati yang tidak normal menunjukkan area dengan radioaktivitas yang rendah Mengindikasikan kanker.

Teknik pengobatan nuklir telah dikembangkan untuk mengidentifikasi tumor otak. Ketika disuntikkan ke dalam darah, bahan radioaktif yang berbeda akan diambil oleh tumor otak daripada oleh jaringan otak normal di sekitarnya. Biasanya sekitar 500 MBq (~15 mCi) dari 99m Tc diberikan, dan setelah sekitar 2 jam empat gambar kamera (depan. Belakang. Kiri, dan sisi kanan kepala) diambil. Gambar 7 menunjukkan gambar kamera gamma otak dengan tumor. Gambar 7. Gambar kamera gamma otak dengan tumor dibagian anterior kanan (panah), Perhatikan bahwa tumor tidak terlihat jelas dalam tampilan posterior atau di tampilan lateral kiri.

Kanker juga sering terdeteksi ditulang, Sebagian dari kerangka yang dihancurkan oleh kanker akan berusaha untuk membangun kembali dirinya sendiri dan tidak ada radioisotop kalsium yang cocok untuk pemindaian tulang, tetapi ada beberapa radionuklida lain dapat digunakan. Teknik yang umum adalah menyuntikkan ke dalam darah sekitar 500 MBq (~ 15 mCi) dari senyawa fosfat yang berlabel 99m Tc dan melakukan scan sekitar 3 jam kemudian. Pemindaian akan menunjukkan peningkatan radioaktivitas di area tumor tulang atau pertumbuhan tulang. Pemindaian tulang pada Gambar 8 dari orang dewasa normal dan orang yang memiliki tumor tulang dibuat dengan seluruh elemen dari pada tulang normal. Gambar 8. Pemindaian pada seluruh tubuh. (a) Pemindaian orang dewasa diambil dari belakang dan menunjukkan tulang belakang dengan jelas. Ginjal (K) dan kandung kemih (B) terlihat. (b) Pemindaian orang yang tumbuh tumor tulang dari depan dan menunjukkan peningkatan radioaktif. Dalam area pertumbuhan aktif di ujung tulang panjang.

3. TERAPI RADIOAKTIF Salah satu teknologi untuk terapi kanker adalah radiasi sinar gamma yang dipancarkan atom radioaktif. Dosis radiasi gamma yang diperlukan tentunya harus sesuai dengan seberapa besar dan stadium berapa kanker yang diderita seseorang. Cara terapi radiasi yang lain, yaitu bahan radioaktif yang disuntikkan ke dalam pembuluh untuk dialirkan menuju kanker diantaranya : I digunakan dalam jumlah 150 hingga 400 MBq (~4 hingga 10 mCi) untuk mengobati tiroid yang terlalu aktif, dan juga digunakan dalam jumlah yang lebih besar dari 1 hingga 3 GBq (~30 hingga 100 mCi) untuk mengobati beberapa kanker tiroid P pemancar beta murni, telah digunakan dalam pengobatan polisitemia vera yaitu penyakit yang menyebabkan kelebihan produksi sel darah merah. Sementara 32 P mengurangi produksi sel darah merah, bentuk terapi ini menjadi kurang populer karena resiko radiasi pengion menjadi lebih dikenal.

4.Dosis Radiasi Pengobatan Nuklir Secara umum, dosis radiasi ke tubuh dari prosedur pengobatan nuklir tidak sama karena radioisotop cenderung berkonsentrasi pada organ tertentu. Meskipun pada dasarnya tidak mungkin mengukur radiasi yang diterima oleh pasien tertentu. Kemungkinan hanya untuk menghitung dosis ke berbagai organ manusia standar. Karakteristik seseorang standarnya diberikan dalam Tabel 1.1 Tabel 1.1 Organ Kritik dan Gonad dosis standar dari beberapa prosedur pengobatan nuklir umum

TERIMAKASIH