Instruments for Radiation Detection

and Measurement

Instrumen umum yang digunakan

Gas-filled detectors

•Kerja dari instrumen ini adalah berdasarkan ionisasi molekul gas melalui radiasi, diikuti oleh penggabungan pasangan ion dengan sebuah aplikasi tenaga listrik antara dua elektroda• Yang biasa digunakan ada 2 :• Ionization chambers • Geiger-M€ uller (GM) counters

Ionization chambers

•Beroperasi pada 50-300 V•Contoh : Dose Calibrators dan “Cutiepie” counter, yang digunakan untuk menentukan besarnya intensitas sumber radiasi seperti output dari mesin x-ray (Cutiepie) dan aktivitas radiofarmasi ( Dose calibrators)

Dose Calibrators

• Berbentuk silinder, seperti camber tertutup dengan dua dinding konsentrik dan satu dinding pusat• Diisi dengan Argon dan halogen dengan tekanan tinggi• Beroperasi pada tegangan sekitar 150 V

Geiger-Muller Counters

• Digunakan untuk mengukur paparan oleh sumber radiasi dan biasa disebut survey meter

Scintillation Detecting Instruments•Sekarang banyak digunakan pada kedokteran nuklir•Seperti g-ray detecting devices dan terdiri dari collimator, sodium iodide detector, photomultiplier tube, preamplifier, pulse height analyzer,X, Y positioning circuit (only in scintillation cameras), dan display or storage.

Scintillation Detecting Instruments• Kolimator • Detektor sodium iodide• photomultiplier tube• Preamplifier• pulse height analyzer• X, Y positioning circuit (only in scintillation cameras)• display or storage

Kolimator • kolimator berada di depan detektor natrium iodida untuk

membatasi bidang pandang, sehingga semua radiasi dari luar bidang pandang tidak mencapai detektor.• Kolimator yang terbuat dari timah dan memiliki sejumlah

lubang dengan bentuk dan ukuran yang berbeda• Pada scintillation cameras, kolimator diklasifikasikan atas

lubang paralel, divergen, lubang jarum, dan konvergen. tergantung pada jenis fokus.

DetektorDetektor untuk mendeteksi sinar gamma:• kristal natrium iodida yang diolah dengan jumlah yang sangat kecil

dari thallium [NaI (Tl)] (paling sering digunakan)• Lithium drifted germanium detector [Ge (Li)], • germanate bismuth (BGO)• barium fluoride (BaF2)• gadolinium oxyorthosilicate (GSO) • lutetium oxyorthosilicate (LSO)

Detektor kristal natrium iodida sering digunakan karena:• Memiliki density 3,67 g/cm3

• Memiliki nomor atom iodida yang tinggi (Z=53) yang menghasilkan produksi cahaya foton yang efisien (sekitar satu foton cahaya per sekitar 30 eV)• Sodium iodida bersifat higroskopis dan menyerap air

menyebabkan perubahan warna yang mendistorsi transmisi cahaya ke tabung PM

Kekurangan detektor natrium iodida:• Suhu ruangan tidak boleh tiba-tiba berubah, karena

perubahan tersebut dalam suhu dapat menyebabkan retakan di kristal• kristal NaI sangat rapuh

• Photomultiplier TubeSebuah tabung PM(photomultiplier) terdiri dari

photocathode yang peka terhadap cahaya di salah satu ujungnya. PMT berfungsi untuk merubah signal cahaya menjadi signal elektrik secara terukur

• PreamplifierPulsa dari tabung photomultiplier kecil dalam

amplitudo harus diperkuat sebelum proses berlanjut. Awalnya diperkuat dengan premplifier yang ditempatkan didekat tabung PM. Premplifier diperlukan untuk menyesuaikan tegangan pulsa sehingga diterima oleh amplifier.

LINIEAR AMPLIFIER• Output sinyal dari preamplifier ini lebih diperkuat dan dibentuk

dengan benar oleh linear amplifier.• Sinyal yang diperkuat ini kemudian dikirim ke analyzer untuk analisis

tegangannya. • Amplifikasi sinyal ini didefinisikan sebagai amplifier tambahan yang

diberikan oleh rasio amplitudo dari sinyal yang dikeluarkan dengan sinyal yang masuk, dan tambahan tersebut bisa disesuaikan di kisaran jumlah 1-1.000 oleh alat pengontrol pada amplifier.• Sinyal amplitudo yang keluar biasanya adalah dari urutan 0-10 V.

Pulse Height Analyzer• Sinar gamma dengan energi yang berbeda bisa timbul dari suatu

sumber, baik dari radionuklida yang sama atau dari radionuklida yang berbeda, atau karena hamburan γ-ray . • Pulse Height Analyzer (PHA) adalah perangkat yang memilih untuk

menghitung sinyal yang jatuh dalam tegangan interval amplitudo atau "saluran" dan menolak semua sinyal lainnya.• Pemilihan sinyal ini dibuat oleh tombol-tombol kontrol, yang disebut

level rendah dan level atas, atau dasar dan jendela, yang terdapat pada PHA tersebut.• Ketepatan pilihan pengaturan tombol-tombol ini menentukan

kisaran energi γ-ray yang akan diterima untuk diproses lebih lanjut.

• Cara penghitungan disebut penghitungan diferensial, di mana hanya pulsa/sinyal terpilih energinya yang dihitung. Jika sinar-γ, semua energi atau seluruh energi sinar γ dipilih sebelumnya untuk dihitung, mode penghitungan disebut penghitungan integral,

• Sebuah analisa sinyal tinggi biasanya hanya memilih satu rentang pulsa/sinyal dan ini disebut analyzer single-channel (SCA).

• Suatu analisa multichannel (MCA) adalah perangkat yang secara bersamaan dapat memilah pulsa energi yang berbeda menjadi beberapa saluran. Dengan menggunakan MCA, seseorang bisa mendapatkan secara simultan spektrum sinar γ energi yang berbeda yang timbul dari sumber

Display or storageProses informasi pada PHA dapat ditampilkan dalam tabung radiasi katoda (CRT) atau dalam osiloskop pada CRT. Pada analizer multicannel, spektrum radiasi gamma dapat ditampilkan pada CRT. Pulsa juga dapat dihitung untuk sejumlah pre-penetapan atau pada waktu yang diatur mengunakan perangkat skala waktu. Ratemeter juga dapat digunakan untuk menamplkan pulsa-pulsa dalam perhitungan minimal atau perhitungan yang lainnya. Pada beberapa kasus dari saintillasi kamera, pallaroid atau film radiasi sinar X bekerja untuk memperoleh format gambar melalui pulsa. Pulsa juga dapat disimpan pada komputer atau tape magnetik serta disc untuk prose selanjutnya.

Scintillation Camera

Kamera scintillasi Dikenal juga sebagai camera gamma atau kamera marah, secara dasar dioperasikan sama dengan prinsip yang telah dijelaskan sebelumnya. Terdiri dari collimator, detektor, kontak posisi X,Y, analizer pulsa tinggi, dan display atau penyimpanan. Meskipun tabung PM, preamfilters dan preampfilter linear juga merupakan komponen dasar dari kamera gamma, fungsi mereka sama seperti yang dijelaskan di atas.

Gambar alat :

COLLIMATORSeperti telah disebutkan, klasifikasi kolimator yang digunakan

dalam kamera sintilasi atau kamers gamma tergantung terutama pada jenis fokus, dan juga pada ketebalan septum dari lubang.Tergantung pada jenis fokus, kolimator diklasifikasikan sebagai : Lubang jarum

Kolimator lubang jarum yang digunakan dalam pencitraan organ kecil seperti kelenjar tiroid.

Konvergen Konvergen kolimator bekerja ketika organ target lebih

kecil dari ukuran detektor

Divergen Divergen kolimator digunakan dalam pencitraan organ-

organ seperti paru-paru yang lebih besar dari ukuran detektor.

Lubang parallelKolimator Lubang parallel yang paling sering digunakan

dalam prosedur kedokteran nuklir

Pinhole collimators are used in imaging small

organs such as thyroid glands

Converging collimators are employed when

the target organ is smaller than the size of the detector

divergingcollimators are used in imaging

organs such as lungs that are larger than the

size of the detector

Parallel hole collimators are most commonly used in

nuclear medicine procedures.

Kolimator lubang paralel diklasifikasikan sebagai resolusi tinggi, untuk semua tujuan, dan jenis-sensitivitas tinggi. •Collimator Sensitivitas tinggi dibuat dengan ketebalan lebih kecil dari kolimator semua tujuan, sedangkan kolimator resolusi tinggi dibuat paling tebal dari semua kolimator lain.•Memburuknya resolusi spasial berkaitan dengan ketebalan kolimator. dengan demikian, kolimator sensitivitas tinggi menunjukkan penurunan tajam dalam resolusi spasial, diikuti oleh kolimator semua tujuan dan kolimator resolusi tinggi

DETECTOR

• NaI (Tl) kristal yang digunakan sebagai detektor dalam scintilasi kamera atau kamera gamma sebagian besar berbentuk persegi panjang dan memiliki dimensi antara 33 x 43 cm dan 37 x 59 cm dengan ketebalan bervariasi antara 0,64 dan 1,9 cm. Ketebalan umum paling umum detector ini adalah 0,95 cm. • Detektor dengan tebal 0,64 cm biasanya digunakan dalam kamera portabel untuk

studi jantung nuklir.

X, Y Positioning Circuit• Ketika sinar γ berinteraksi dalam kristal, lokasi yang tepat ditentukan oleh

X, Y sirkuit posisi dalam hubungannya dengan berbagai tabung PM. Banyak PM tabung yang dipasang pada NaI (Tl) kristal dalam kamera sintilasi.

• Setelah interaksi sinar γ dalam kristal, jumlah maksimum cahaya akan diterima oleh PM tabung terdekat ke titik interaksi.

• Semakin besar jumlah tabung PM, semakin baik penggambaran pada gambar X, Y koordinat pada titik interaksi sinar.

• semakin tinggi energi sinar γ , semakin baik resolusi, karena mereka menghasilkan lebih banyak cahaya dalam kristal. Namun, harusdiingat bahwa semakin tinggi energi sinar γ maka dapat menembus kolimator, sehingga mengaburkan gambar.

Pulse Height AnalyzerIni adalah bagian yang merangkum output dari semua tabung PM

untuk menghasilkan pulsa/sinyal yang dikenal sebagai pulsa Z yang mewakili aenergisinar γ.

Analyzer single-channel (SCA) menganalisa amplitude pulsa Z dan hanya memilih energi yang diinginkan dalam penggunaan pengaturan energi puncak. Dalam kamera scintilisasi atau kamera gamma, pemilihan energi dibuat secara otomatis berdasarkan jenis push-button penyeleksi isotop yang ddesign untuk radionuklida yang berbeda seperti 131I, 99mTc dan sebagainya.

Dalam beberapa kamera scintilisasi, dua atau tiga SCAS digunakan untuk memilih bersamaan dua atau tiga sinar γ dengan energi yang berbeda, terutama saat pencitraan dengan 67Ga dan 111In yang memiliki dua atau tiga sinar γ dominan.

Digital ImagePembahasan berikut ini untuk memahami prinsip

pembentukan citra dengan pulsa yang dihasilkan oleh interaksi radiasi dengan detektor.

Karena komputer yang digunakan dalam kedokteran nuklir beroperasi dengan nomor digital, mereka tidak bisa memproses sinyal analog dari scintilasi kamera yang terus menerus dalam satu waktu. Sinyal analog harus didigitalkan, yang dihasilkan oleh sirkuit elektronik yang disebut analog-to-digital (ADC) sirkuit.

Digitalisasi dilakukan dengan mengubah amplitudo dari sinyal X dan Y menjadi binary digit (bit)). Dalam sistem biner, bit dinyatakan oleh hanya dua digit, 0 dan 1. Biasanya ADC yang tersedia untuk digitalisasi yaitu 6-bit (26 = 64), 8-bit (28 = 256) atau 12-bit (212=4096). Setiap elemen dari matriks disebut pixel

Display and Storage

• Saat ini, kebanyakan kamera menggunakan komputer digital dalam memperoleh, menyimpan, dan pengolahan data gambar Beberapa kamera memiliki built-in komputer dan menggunakan konsol tunggal untuk kedua kamera dan komputer, sementara yang lain memiliki komputer mandiri yang dirancang khusus untuk kamera tertentu.

GAMBARAN TOMOGRAFI

• Dalam kedokteran nuklir, ada dua jenis tomografi komputer tergantung pada radionuklida yang digunakan yaitu : Emisi foton tunggal dan emisi positron.

Emisi Foton Tunggal Tomografi Komputer (SPECT)• Emisi foton tunggal digunakan pada radionuklida pengemisi sinar

gamma seperti 99mTc, 123I, 67Ga, 111In.• Sistem SPECT terdiri dari kamera gamma dengan detektor 1-3 NaI (Tl),

komputer on-line untuk akuisisi dan pengolahan data dan sistem tampilan. Data disimpan dalam matrik 64 x 64 atau 128 x 128.

Tomografi Emisi Positron (PET)

• PET digunakan pada radionuklida yang mengemisikan sinar beta positif seperti 11C, 13N, 15O, 18F, 68Ga , 82Rb.• PET menggunakan beberapa detektor dalam lingkar 2-8 atau cincin

segidelapan yang melingkar pada pasien.