0

MAKALAH LENGKAP

INSTRUMENTASI UNTUK PENCITRAAN

KEDOKTERAN NUKLIR

Dipresentasikan pada

Annual Scientific Meeting 2011

The Indonesia Society of Nuclear Medicine A

The Indonesia Society of Nuclear Medicine and Biology

Radioisotopes, Radiopharmaceutical and Cyclotron

Bandung, November 4-5, 2011

A. Hussein S. Kartamihardja

Departemen Ilmu Kedokteran Nuklir

Fakultas Kedokteran Universitas Padjadjaran

RSUP Dr. Hasan Sadikin

Bandung

1

INSTRUMENTASI UNTUK PENCITRAAN

KEDOKTERAN NUKLIR

A. Hussein S. Kartamihardja

Departemen Ilmu Kedokteran Nuklir

Fakultas Kedokteran Universitas Padjadjaran

RSUP Dr. Hasan Sadikin

Bandung

Dipresentasikan pada

Annual Scientific Meeting 2011

The Indonesia Society Of Nuclear Medicine A

The Indonesia Society Of Nuclear Medicine And Biology

Radioisotopes, Radiopharmaceutical And Cyclotron

Bandung, November 4-5, 2011

Pendahuluan

Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia nomor

008/Menkes/SK/I/2009 memberikan definisi pelayanan kedokteran nuklir

adalah pelayanan penunjang dan/atau terapi yang memanfaatkan sumber radiasi

terbuka dari disintegrasi inti radionuklida yang meliputi pelayanan diagnotik in-

vivo dan in-vitro melalui pemantauan proses fisiologi, metabolisme dan terapi

radiasi internal

Pelayanan kedokteran yang prima memerlukan beberapa persyaratan

seperti sumber daya manusia yang kompeten, radiofarmaka yang memadai dan

berkualitas baik serta peralatan atau instrumentasi yang prima. Peralatan utama

dalam pelayanan kedokteran nuklir pada prinsipnya berkaitan dengan sistem

deteksi radiaktif.

Pemanfaatan teknologi nuklir dalam bidang kedokteran sudah dimulai sejak

awal abad ke 20. Bebagai penemuan radionuklida untuk kesejahteraa manusia

terus diupayakan sejalan dengan pengembangan peralatan teknologi nuklir.

2

Perkembangan dalam penggunaan alat diagnostic ditandai dengan

pengembangan alat pendeteksi radiasi, kemudian dikembangkan alat dengan

kemampuan pencitraan sederhana berupa rectilinear scanner. Penemuan

kamera gamma merupakan perkembangan yang sangat signifikan dalam bidang

diagnostic pencitraan. Alat ini jauh dapat menghasilkan hasil pencitraan jauh

lebih baik dan lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan alat rectilinear

scanner. Perbedaan tersebut terletak pada detektor dengan kristal lebih besar

dan jumlah multi photo multiplier tube (PMT) lebih dimiliki oleh kamera

gamma dibandingkan rectilinear scanner yang hanya memiliki satu PMT saja.

Pengembangan dalam bidang diasnostik tidak terbatas pada perangkat kerasnya

saja, tetapi juga pada perangkat lunak. Pemanfaatan computer memberikan

konstribusi yang sangat bermakna dalam pemanfaatan teknologi nuklir.

Perangkat lunak dikembangkan untuk menganalisa hasil pencitraan yang

tadinya hanya bersifat kualitatif menjadi hasil yang sifatnya kuantitatif.

Perangkat lunak dikembangkan selai untuk aplikasi klinik juga untuk program

pada umumnya.

Peralatan yang paling canggih saat ini adalah kamera gamma dengan

teknologi positron emission tomography (PET) yang digabungkan dengan

peralatan CT atau MRI sebagai pendukung khususnya untuk koreksi atenuasi

dan penentuan lokasi lesi secara anatomi.

Di Indonesia, pelayanan kedokteran nuklir dimulai sejak tahun 1967 setelah

reaktor atom pertama didirikan di Bandung pada tahun 1965. Awalnya

pelayanan kedokteran nuklir dilaksanakan di PRAB (Pusat Reaktor Atom

Bandung) tempat reaktor atom didirikan. Pelayanan kedokteran tersebut pada

tahun 1971 dipindahkan ke RSUP Dr. Hasan Sadikin yang merupakan RS

3

pertama di Indonesia yang memberikan pelayanan kedokteran nuklir. Beberapa

rumah sakit seperti RSCM, RS Dr. Soetomo, RS Gatot Soebroto dan RS Dr.

Sardjito kemudian membuka pelayanan kedokteran nuklir. RS Swasta pertama

yang memberikan pelayanan kedokteran nuklir adalah RSP Pertamina.

Selanjutnya beberapa rumah sakit lain ikut serta memberikan pelayanan

kedokteran nuklir. Saat ini terdapat 12 RS yang dapat memberikan pelayanan

kedokteran nuklir, 3 diantaranya sudah dapat memberikan pelayanan dengan

kamera gamma PET/CT. Sebagian besar RS tersebut terletak di Jakarta.

Sistem deteksi radiasi

Pencitraan dalam bidang kedokteran nuklir dibentuk melalui deteksi sinar

gamma, sianr-x dan pada pemeriksaan Positron Emission Tomography adalah

annihilation. Kamera gamma akan mendetksi densitas sinar gamma per unit

area, energi dan arah cahayanya. Apabila cahaya tunggal dari foton yang

digunakan, maka cahaya tersebut harus diarahkan menggunakan kolimator

geometrik. Pada deteksi sinar koinsiden ditemukan gambaran yang unik dari

annihilasi positron yang menghasilkan 2 sinar gamma berenergi tinggi dan

secara simultan memancar ke arah yang berlawanan, sehingga diperlukan

system deteksi yang juga simultan.

Peralatan detektor skintigrafi terdiri dari Kristal skintilasi untuk merubah

energy sinar gamma menjadi sinar tampak, sensor sinar, sistem elektonik dan

unit pemroses gambar.

4

A B

Gambar 1: A. Foto detektor kamera gamma. B. bagian-bagian dari

kamera gamma terdiri dari kolimator, PMT dan rangkaian elektronik.

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. Bentuk lubang bisa

bundar atau hexagonal. Lubang hexagonal lebih banyak digunakan, karena lebih

banyak sinar yang dapat mencapai kristal dan tebal septa homogeny. Besar

lubang dan tebal septa ditentukan oleh tingkat energi dari radionuklida yang

akan digunakan.

Fungsi kollimator adalah untuk menseleksi sinar gamma yang mana 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. (lihat 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.

5

Gambar 2: sketsa pancaran sinar yang masuk ke dalam kristal

detektor dan pengaruh jarak antara sumber radiasi dengan

detektor.

Berdasarkan fungsinya kolimator dapat dikelompokan ke dalam pembagian

berdasarkan bentuk atau alur lubang dan tingkat energi radionuklida yang

digunakan.

Jenis kollimator berdasarkan bentuk atau alur lubang kollimator (lihat

gambar 3):

1. Parallel hole

Kollimator parallel hole adalah kollimator dengan lubang yang tersusun

sejajar, sehingga perbandingan antara gambaran yang diperoleh dan

besar organ yang diperiksa berimbang. Kamera gamma yang

menggunakan kollimator parallel hole biasanya memiliki diameter

detektor cukup besar sehingga bisa mencakup lebar tubuh pasien.

2. Convergen

Kollimator convergen adlah kollimator yang memiliki alur dengan

diameter permukaan terluar (dekat dengan organ yang diperiksa) lebih

kecil dibandingkan dengan diameter permukaan yang menempel pada

kristal skintilator. Kollimator jenis ini biasnya digunakan pada kamera

gamma dengan diameter detektor jauh lebih besar dibandingkan dengan

organ yang akan diperiksa, misalnya jika bayi atau anak-anak.

6

3. Divergen

Kollimator divergen merupakan kollimator dengan bentuk atau alur

lubang yang berlawanan dengan kollimator convergen. Kollimator ini

digunakan untuk pemeriksaan organ yang lebih besar dibandingkan

dengan diameter detektor. Apabila organ tersebut diperiksa dengan

kollimator parallel hole, maka ada bagian organ tersebut yang tidak

terlihat pada pencitraan yang dibuat.

4. Pin hole

Kollimator pin hole merupakan kollimator berbentu kerucut dengan

lubang tunggal. Kollimator ini sering digunakan untuk pencitraan organ

kecil seperti kelenjar tiroid dan persendian.

Gambar 3 : Jenis kollimator yang dapat digunakan

tergantung pada diameter detektor dibandingkan dengan

besar organ yang diperiksa. A. parallel hole digunakan pada

organ besar tapi masih ada dalam lapang pandang detektor;

B. convergen digunakan untuk organ kecil dan perlu

diperbesar; C. pinhole digunakan untuk organ sangat kecil

agar tampak lebih besar, dan D. divergen untuk organ lebih

besar dari diameter detektor.

7

Jenis kollimator berdasarkan tingkat energi dan jenis pemeriksaan yang

akan dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Kollimator energi rendah resolusi tinggi (Low Energy High

Resolution/LEHR)

Kollimator LEHR merupakan kollimator yang dirancang untuk

kepentingan pemeriksaan yang memerlukan citra dengan resolusi

tinggi, sehingga dapat mendeteksi kelainan dengan ukuran seminimal

mungkin. Teknik pemeriksaan yang menggunakan kollimator ini

adalah pemeriksaan statik dan bersifat kualitatif. Bentuk kollimator ini

memiliki diameter lubang yang kecil dan septa yang tipis namun masih

mampu menahan arah sinar gamma yang tidak diinginkan, sehingga

dapat memberikan gambar dengan resolusi tinggi.

2. Kollimator energi rendah sensitifitas tinggi (Low Energy High

Sensitivity/LEHS)

Pemeriksaan yang bersifat kuantitatif dan pencitraan dinamik

memerlukan count rate yang tinggi dalam kurun waktu yang sempit,

seperti pemeriksaan renografi dan laju filtrasi glomerulus. Pemeriksaan

jenis ini memerlukan kemampuan kristal detektor menangkap lebih

banyak sinar gamma. Makin banyak cacahan yang bisa diperoleh,

makin kecil kemungkinan kesalahan. Kollimator ini memiliki lubang

relatif lebih besar dengan septa yang tipis, sehingga memungkinkan

lebih banyak sinar gamma yang dapat mencapat kristal detektor,

namun demikian resolusi kurang dibandingkan dengan pencitraan yang

dihasilkan menggunakan kollimator LEHR.

8

3. Kollimator energi rendah multi fungsi (Low Energy General

Purpose/LEGP)

Kollimator LEGP merupakan kollimator kompromi dari kedua

kollimator sebelumnya. Kollimator ini digunakan jika jumlah cacahan

diperlukan dalam jumlah yang tinggi, namun resolusi tetap diperlukan.

Pemeriksaan yang memerlukan kollimator jenis ini adalah pencitraan

dinamik yang tidak memerlukan perhitungan kuantitatif.

4. Kollimator energi tinggi

Kollimator ini memiliki septa yang tebal agar mempu nenahan sinar

gamma dengan tingkat energi tinggi. Septa yang tebal diharapkan

mampu untuk menahan sinar gamma yang tidak diharapkan dapat

mencapai kristal detektor. Kollimator ini biasa digunakan pada

pencitraan menggunakan radionuklida 131

I.

Prinsip dasar detektor skintilasi

Sinar tampak sebagai hasil dari proses skintilasi yang terjadi saat sinar

gamma menembus kristal. Sinar tersebut merupakan sinar tampak dengan

panjang gelombang seperti ultra violet. Intensitas dan waktu pendistribusian

sinar dari proses skintilasi tersebut tergantung bahan yang digunakan untuk

kristal skintilator tersebut.

Kristal skintilator

Kristal skintilator tersebut dapat dibuat dari bahan organic seperti plastic

atau inorganik yang masing-masing bahan tersebut memiliki kelebihan dan

kekurangan masing-masing dalam mendeteksi sinar gamma, sinar-x atau

partikel bermuatan.

9

Semua camera yang digunakan untuk kepentingan klinik kedokteran

nuklir dibuat dengan skintilator inorganic, karena efisiensi pendeteksiannya

lebih tinggi untuk sinar gamma dan sinar-x. Makin tinggi densitas dari bahan

kristal skintilasi dan makin tinggi nomor atom, maka makin baik efisiensi

detektor tersebut untuk sinar gamma. Makin banyak sinar skintilasi yang

dipancarkan dalam kurun waktu yang pendek akan memberikan keuntungan

proses deteksi dalam interval waktu yang pendek.

Tabel 1. Karakteristik berbagai jenis kristal skintilator yang digunakan dalam bidang

kedokteran nuklir.

NaI/Tl adalah Kristal natrium iodide yang diaktivasi dengan Thallium. BGO : bismuth

germinat, YSO:Ce cerium yang diaktivasi oleh yttrium oxy-orthosilicate, LSO:Ce cerium

diaktivasi oleh lutetium oxy-orthosilicate, GCO:Ce cerium yang diaktivasi dengan

gadolinium orthosilicate

Kristal Na(Tl) atau kristal sodium iodide yang diaktivasi dengan thallium

masih merupakan kristal pilihan untuk deteksi sinar gamma (single photon)

dengan tingkat energy antara 70 keV sampai 360 keV. Kristal ini akan

menghasilkan sinar yang tinggi, waktu peluruhan yang memadai dan relative

murah untuk produksi dalam jumlah besar. Satu kelemahan dari Na(Tl) adalah

material ini mempunyai sifat higroskopik, sehingga diperlukan pelindung

dengan udara yang sangat terbatas pada kontener.

Resolusi energi kamera gamma ditentukan oleh seluruh bagian dari system,

namun banyaknya sinar yang dihasilkan oleh Kristal skintilasi menjadi sangat

penting. Kontras hasil pencitraan yang baik akan diperoleh jika pemiian energy

yang diperlukan lebih baik.

10

Skintilator yang paling sering digunakan pada kamera PET adalah bismuth

germinate (BGO) yang memiliki efisiensi deteksi sangat tinggi untuk sinar

annihilasi yang rendah dan waktu peluruhan yang panjang. Kristal cerium

activated lutetium axy-orthosilicate (LSO) merupakan kristal memberikan

potensi yang menjanjikan, memiliki efisiensi deteksi mirip dengan BGO namun

count rate nya lebih tinggi.

Photo multiplier tube (PMT)

PMT merupakan tabung sesuai dengan namanya berfungsi sebagai alat

untuk menggandakan sinar tampak yang dilepaskan dari kristal detektor. Sinar

tampak yang terbentuk akibat peristiwa skintilasi dengan masuknya sinar

gamma sangat lemah, sehingga perlu dikuatkan dengan PMT. Selain

memperkuat sinar, PMT juga mekonversikannya menjadi pulsa elektrik. Sinar

yang tadinya berkekuatan 100 V dilipatgandakan menjadi 1200V.

1. Gambar 4: Photomultiplier tube, berfungsi untuk

melipatgandakan sinar dan mengkonfersinya menjadi pulsa

listrik.

Selanjutnya signal yang terbentuk menjadi tiga jenis yang direpresentasikan

menjadi x, y dan z. Signal x dan y merupakan signal yang digunakan untuk

menetukan lokasi pada lapang pandang detektor, sedangkan z

merepresentasikan kekuatan dari signal yang masuk tersebut.

11

Kesimpulan

Kamera gamma merupakan salah unsur yang sangat penting dalam

pelayanan kedokteran nuklir. Detektor yang terdiri dari kollimator, kristal

skintilator dan PMT merupakan komponen kamera gamma yang dapat

dikatakan jantungnya kamera gamma.

Pemilihan jenis kollimator dan pemilihan seting energi sangat penting dan

harus disesuaikan dengan jenis pemeriksaan yang diperlukan dan radiofarmaka

yang digunakan.

Daftar pustaka

1. Becker CL. Myocardial perfusion. In Textbook of Nuclear Medicin vol.II :

Clinical Application, 2nd ed., Herbert J and Da Rocha FGA (Eds.).

Philadelphia, Lea & Febiger, 1984

2. Henkin RE. Nuclear Medicine, 2

nd edition, Philadelphia, Mosby Elservier.

2006.

3. Lele RD. Principles and Practice of Nuclear Medicine and Correlative

Medical Imaging. New Delhi, Jaypee Brother Medical Publisher(p) Ltd,

2009.

12

13

14

15

16

17

A : Tc-99m pyrophosphate

B : Tc-99m uniformity test

PPhhoottooppeeaakk

sseelleeccttiioonn

18

19

20

21