i

ABSTRAK

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI METODE

PERHITUNGAN DOSIS PASIEN PADA PEMERIKSAAN CT

SCAN

Oleh

Choirul Anam

NIM: 30213017

(Program Studi Doktor Fisika)

Semenjak 2011, besaran size-specific dose estimates (SSDE) digunakan untuk

estimasi dosis radiasi yang diterima pasien saat menjalani pemeriksaan CT scan.

Namun, perhitungan SSDE masih dilakukan secara manual. Selain itu, standarisasi

dan optimasi pengukuran SSDE belum dilakukan serta akurasinya juga perlu

ditingkatkan. Oleh karena itu, penelitian disertasi ini bertujuan untuk

mengotomatisasi perhitungan SSDE, melakukan standarisasi dan optimasi

parameter-parameter dalam perhitungan SSDE, dan meningkatkan akurasi

perhitungan SSDE.

Otomatisasi perhitungan SSDE diawali dengan contouring pasien. Berdasarkan

hasil contouring tersebut, dilakukan perhitungan diameter efektif (Deff) dan water-

equivalent diameter (Dw). Setelah diperoleh nilai Deff dan Dw, kemudian ditentukan

nilai faktor konversi ukuran. Setelah itu, nilai faktor konversi ukuran ini dikalikan

dengan nilai volume CT dose index (CTDIvol) untuk mendapatkan nilai SSDE.

Dalam studi ini, nilai CTDIvol diperoleh dari header DICOM dan software

ImPACT, sementara faktor konversi diperoleh dari laporan AAPM No 204. Hasil

perhitungan otomatis dibandingkan dengan metode manual. Kemudian dilakukan

studi untuk estimasi Dw dari Deff. Standarisasi perhitungan SSDE dilakukan dengan

mengevaluasi pemilihan posisi dalam perhitungan Deff. Optimasi perhitungan

SSDE dilakukan dengan mengevaluasi jumlah irisan dalam perhitungan SSDE.

Sedangkan peningkatan akurasi perhitungan SSDE dilakukan dengan

menggunakan contouring yang mengikuti bentuk pasien dan menentukan faktor

koreksi akibat citra pasien yang terpotong.

Program otomatisasi perhitungan dosis radiasi telah berhasil dibuat dengan hasil

yang cukup akurat. Selisih nilai SSDE, Deff dan Dw yang dihitung secara otomatis

kurang dari 2% jika dibandingkan dengan perhitungan manual. Dalam penelitian

ini diperoleh bahwa pada bagian dada, Deff lebih besar 4,5% dibandingkan Dw,

sementara pada bagian kepala Deff lebih kecil 8,6% dibandingkan Dw. Terdapat

hubungan linear antara Deff dan Dw, sehingga nilai Dw dapat diestimasi dengan Deff.

Dalam penelitian ini telah dievaluasi penentuan posisi diameter lateral (LAT) dan

anterior-posterior (AP) dalam perhitungan Deff. Diperoleh bahwa nilai Deff yang

dihitung berdasarkan diamater LAT dan AP maksimum (Deff,m) tidak berbeda secara

signifikan (p > 0,05) terhadap Deff yang dihitung langsung dari luas citra pasien

ii

(Deff,A). Sementara itu, Deff yang dihitung berdasarkan LAT dan AP dari tengah citra

pasien (Deff,c) berbeda secara signifikan (p < 0,05) terhadap Deff,A pada bagian dada,

tetapi tidak berbeda secara signifikan pada bagian kepala. Untuk optimasi diperoleh

hasil bahwa SSDE yang dihitung menggunakan sembilan irisan (slice), nilainya

relatif sama dengan yang dihitung menggunakan rerata semua irisan, perbedaannya

hanya sekitar 1%. Berikutnya, diketahui bahwa penggunaan contour yang

mengikuti bentuk pasien berbeda secara signifikan dalam perhitungan SSDE pada

pemeriksaan dada (Δ = 5,5 %, p < 0,05) dibandingkan menggunakan contour

berupa lingkaran, namun pada pemeriksaan kepala, tidak berbeda secara signifikan

(Δ = 1,1 %, p ˃ 0,05). Dari riset ini diketahui bahwa citra aksial dari pemeriksaan

klinis banyak yang terpotong (86,1% pada citra dada dan 9,1% pada citra kepala).

Diperoleh bahwa faktor koreksi meningkat dengan kenaikan nilai truncated

percentage (TP).

Kesimpulan yang dapat diperoleh adalah telah berhasil dibuat suatu sistem untuk

menghitung dosis radiasi pasien secara otomatis berbasis konsep SSDE. Selain itu,

standarisasi dalam penentuan ukuran pasien (seperti posisi diameter) dan optimasi

penentuan jumlah irisan yang digunakan untuk menghitung SSDE telah dilakukan.

Sistem ini memberikan akurasi yang lebih tinggi dibandingkan sistem sebelumnya,

hingga sebesar 5%. Hal-hal tersebut di atas merupakan poin-poin keterbaruan yang

dicapai dari penelitian ini.

Kata kunci: CT dose index (CTDI), size-specific dose estimate (SSDE), diameter

efektif, water-equivalent diameter, dosis pasien

iii

ABSTRACT

THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF PATIENT DOSE

CALCULATION METHOD IN CT EXAMINATION

By

Choirul Anam

NIM: 30213017

(Doctoral Program in Physics)

Since 2011, size-specific dose estimates (SSDE) have been used to estimate the

radiation dose received by patients during CT exams. However, SSDE

measurements are still carried out manually. SSDE calculation methods have not

been standardized and optimized and their accuracy still has shortcomings that

need to be improved. This research aims to automate SSDE calculations,

standardize and optimize the parameters in the SSDE calculations and improve the

accuracy of the SSDE calculation.

The automation of SSDE calculations begins with patient contouring. Based on the

results of auto-contouring, calculation of the effective diameter (Deff) and water-

equivalent diameter (Dw) were performed. After that, the conversion factor as a

function of size was determined. The value of this size conversion factor was then

multiplied by the value of the CT dose index (CTDIvol) to obtain the SSDE value. In

this study, CTDIvol values were obtained from DICOM headers and ImPACT

software, while conversion factors were obtained from AAPM report No. 204. The

results of automated calculations were compared with manual methods. An

estimation of Dw from Deff was also conducted. Standardization of the SSDE

calculations was carried out by considering the selection of positions in the size

calculations and optimization was carried out by evaluating the number of slices in

the SSDE calculations. Increasing the accuracy of the calculation of SSDE was

carried out by using contouring that fitted well to the patient border and applying

a correction factor due to the truncation of CT images.

The automated radiation dose calculation was successfully developed with fairly

accurate results. The difference between automated and manual calculation of

SSDE, Deff and Dw values, was less than 2%. This study found that in the chest, Deff

was 4.5% greater than Dw, while in the head Deff was 8.6% smaller than Dw. There

was a linear relationship between Deff and Dw, so that Dw can be estimated from

Deff. The determination of the lateral (LAT) and anterior-posterior (AP) diameter

position in the Deff calculation was evaluated. It was found that Deff values

calculated on the basis of maximum LAT and maximum AP (Deff, m) did not differ

significantly (p> 0.05) from the Deff values calculated directly from the image area

of the patient (Deff, A). Deff values calculated on the basis of central LAT and AP

(Deff, c) differed significantly (p <0.05) from Deff, A for the chest, but did not differ

iv

significantly for the head. The calculated SSDE values using nine slices were

similar (to within 1%) to the value using the average of all slices. Furthermore, it

was found that SSDE calculated using the contours fitted to the patient border

differed significantly from the values using circular contours (Δ = 5.5%, p <0.05)

for chest examinations than, but, did not significantly differ (Δ = 1.1%, p ˃ 0.05)

for head examinations. This study revealed that the axial images from clinical

examinations are typically truncated around the edges (~86% in chest image and

~9% in head image). It is found that the required correction factor increases with

an increase in the value of truncated percentage (TP).

In conclusion, a novel system to calculate the patient's radiation dose automatically

based on the concept of SSDE has been developed. In addition, standardization of

parameters such as the diameter position in size calculation and optimization the

number of slices used to compute SSDE has been achieved. This system provides a

higher accuracy (by up to 5%) than the previous system.

Keywords: CT dose index (CTDI), size-specific dose estimate (SSDE), effective

diameter, water-equivalent diameter, patient dose

A

A

A

A