program komputer untuk perhitungan distribusi dosis...

10
PERHITUNGAN DISTRIBUSI DOSIS DALAM TERAPI KANKER PADA UTERINE CER VIX DENGAN SUMBER TITIK Endang Kumia, Suwamo Wiryosimin* ABSTRAK PROGRAM KOMPUTER UNTUK PERHITUNGAN DISTRIBUSI DOSIS DALAM TERAPI KANKER PADA UTERINE CERVIX DENGAN SUMBER RADIASI BENTUK TITIK. Pada masa awal penggunaan sumber radiasi dalam terapi kanker, perhitungan dosis hanya didasarkan pada perkiraan dosis pada beberapa titik tertentu saja, seperti pada sistem Peterson-Parker dan Quimby atau sistem Manchester. Perkiraan dosis seperti di atas jelas sangat tidak cukup dalam menggambarkan distribusi dosis disekitar sumber radiasi pada daerah tumor. Penggambaran distribusi dosis yang lengkap pada berbagai posisi sangat-diperlukan dan saat ini dengan telah munculnya berbagai komputer PC yang berkecepatan tinggi maka perhitungan distribusi dosis di sekitar sumber radiasi dan menggambarkannya dalam bentuk contour-contour isodosis sangat memungkinkan. Tujuan dari pembuatan program komputer ini adalah membuat sebuah program komputer untuk perencanaan terapi kanker pada uterine cervix dengan berbagai sumber radiasi bentuk titik seperti cesium-13?, emas-I98, cobalt-60, iridium-I92 atau radium-226 dengan kemampuan dalam pengelolaan pangkalan data pasien dan penggambaran contour-contour isodosis pada berbagai posisi. Program yang dibuat cukup interaktif dalam sistem menu dan pemasukan data dan hanya memerlukan waktu 3.99 detik untuk menghitung dan menggambarkan contour isodosis pada PC 80486DX. PENDAHULUAN Dalam terapi kanker pad a uterine cervix, aplikator yang berisi sejumlah sumber radioaktif bentuk titik diletakkan langsung di daerah sekitar kanker, sehingga metode ini memiliki keuntungan dibandingkan teleterapi, external beam therapy, dimana dosis yang relatif sangat tinggi dapat dikenakan kedaerah tumor sedangkan jaringan sehat hanya menerima sedikit radiasi. Pada masa awal penggunaan sumber radiasi dalam terapi kanker perhitungan dosis hanya didasarkan pada perkiraan dosis pada beberapa titik tertentu saja, sebagai contoh adalah sistem perkiraan dosis dari Peterson-Parker dan Quimby atau sistem baku perkiraan dosis pada titik A dan titik B pada sistem manchester. Perk iraan dosis seperti di atas jelas sangat tidak cukup dalam menggambarkan distribusi dosis disekitar sumber radiasi pada daerah tumor dan dapat memberikan penggambaran yang salah dalam menentukan dosis pada daerah daerah lainnya men gin gat dengan metode brachyterapy ini pengaruh perbedaan jarak yang sangat kecil akan sangat mempengaruhi besaran dosis pad a daerah sasaran. Jelas sekali penggambaran distribusi dosis yang lengkap pada berbagai posisi sangat diperlukan dan saat ini Pusat Penelitian Teknik Nuklir - BATAN 619

Upload: phamtu

Post on 20-Jun-2019

231 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

PERHITUNGAN DISTRIBUSI DOSIS DALAM TERAPI KANKER PADAUTERINE CER VIX DENGAN SUMBER TITIK

Endang Kumia, Suwamo Wiryosimin*

ABSTRAK

PROGRAM KOMPUTER UNTUK PERHITUNGAN DISTRIBUSI DOSIS DALAMTERAPI KANKER PADA UTERINE CERVIX DENGAN SUMBER RADIASI BENTUK TITIK.Pada masa awal penggunaan sumber radiasi dalam terapi kanker, perhitungan dosis hanya didasarkanpada perkiraan dosis pada beberapa titik tertentu saja, seperti pada sistem Peterson-Parker dan Quimbyatau sistem Manchester. Perkiraan dosis seperti di atas jelas sangat tidak cukup dalam menggambarkandistribusi dosis disekitar sumber radiasi pada daerah tumor. Penggambaran distribusi dosis yang lengkappada berbagai posisi sangat-diperlukan dan saat ini dengan telah munculnya berbagai komputer PC yangberkecepatan tinggi maka perhitungan distribusi dosis di sekitar sumber radiasi dan menggambarkannyadalam bentuk contour-contour isodosis sangat memungkinkan. Tujuan dari pembuatan programkomputer ini adalah membuat sebuah program komputer untuk perencanaan terapi kanker pada uterinecervix dengan berbagai sumber radiasi bentuk titik seperti cesium-13?, emas-I98, cobalt-60, iridium-I92atau radium-226 dengan kemampuan dalam pengelolaan pangkalan data pasien dan penggambarancontour-contour isodosis pada berbagai posisi. Program yang dibuat cukup interaktif dalam sistem menudan pemasukan data dan hanya memerlukan waktu 3.99 detik untuk menghitung dan menggambarkancontour isodosis pada PC 80486DX.

PENDAHULUAN

Dalam terapi kanker pad a uterine cervix, aplikator yang berisi sejumlah sumberradioaktif bentuk titik diletakkan langsung di daerah sekitar kanker, sehingga metodeini memiliki keuntungan dibandingkan teleterapi, external beam therapy, dimanadosis yang relatif sangat tinggi dapat dikenakan kedaerah tumor sedangkan jaringansehat hanya menerima sedikit radiasi.

Pada masa awal penggunaan sumber radiasi dalam terapi kanker perhitungandosis hanya didasarkan pada perkiraan dosis pada beberapa titik tertentu saja, sebagaicontoh adalah sistem perkiraan dosis dari Peterson-Parker dan Quimby atau sistembaku perkiraan dosis pada titik A dan titik B pada sistem manchester. Perk iraan dosisseperti di atas jelas sangat tidak cukup dalam menggambarkan distribusi dosisdisekitar sumber radiasi pada daerah tumor dan dapat memberikan penggambaranyang salah dalam menentukan dosis pada daerah daerah lainnya men gingat denganmetode brachyterapy ini pengaruh perbedaan jarak yang sangat kecil akan sangatmempengaruhi besaran dosis pad a daerah sasaran. Jelas sekali penggambarandistribusi dosis yang lengkap pada berbagai posisi sangat diperlukan dan saat ini

Pusat Penelitian Teknik Nuklir - BATAN

619

dengan telah munculnya berbagai komputer PC yang berkecepatan tinggi, makaperhitungan distribusi dosis di sekitar sumber radiasi dan menggambarkannya dalambentuk kurva-kurva isodosis sangat memungkinkan.

Tujuan dari pembuatan program komputer ini adalah membuat sebuah programaplikasi komputer untuk perencanaan terapi kanker pada uterine cervix denganberbagai sllmber radiasi bentuk titik' seperti cesium-I 37, emas-198, cobalt-60,iridium-l92 atau radium-226 dengan kemampllan dalam pengelolaan data pasien danpenggambaran contour-contour isodosis pad a daerah sasaran.

TEOR!

Dosis dari Sumber Titik

Paparan radiasi di udara dari sebuah sumber titik pemancar y merupakan fungsiterbalik klladrat jarak. dengan mengabaikan atenuasi di udara, maka persamaannyaadalah sebagai berikut :

dX Ai-=dt

(I)

dimana dx/dt = paparan radiasi dalam Rljam; A adalah aktivitas dalam mCi atau beratequivalen dengan 226Ra (mg); r adalah jarak dari sumber dalam cm dan I adalahRio d C· n~Jam pa a satu cm per m I atau mg a.

Beberapa sumber radiasi mempunyai spektrum sinar-y yang kompleks, makatransmisi sinar-y dari sumber radiasi tidak menurun secara exponensial terhadapketebalan, koefisien absorpsi energi bervariasi terhadap ketebalano Sebagai contohuntuk radium-226 yang memancarkan 12 macam energi sinar-y, maka I untuksumber radium yang dilapisi platina dirumuskan sebagai:

dimana

620

12

<1> = L Ii exp( -!liT}i=l

<I> = Konstanta spesifik totalIi = Konstanta spesifik!li = Koefisien absorpsiT = Ketebalan platina penmbungkus

(2)

Mengingat absorpsi dan scattering pada jaringan lunak, paparan radiasi 1 padatitik P dalam jaringan dapat dituliskan sebagai berikut:

l = A <I> WAR /d2 (3)

dimana WAR adalah perbandingan antara paparan dalam air dengan paparan kalau diudara, atau biasa disebut water-air exposure ratio yang mengikuti persamaan :

12

AR = L exp (-Il.d) (4). I1=1

dimana Ili dan d adalah koefisien absorpsi efektif jaringan untuk setiap jenis sinar-ydan ketebalan jaringan.

Untuk mendapatkan harga dari persamaan (2) dan (4) secara matematis adalahsulit, maka yang paling mudah adalah dengan mengukur langsung r maupun WARsinar-y yang berasal dari sumber. Data yang didapat digunakan untuk menentukanpaparan radiasi pada berbagai titik jaringan dengan menggunakan persamaan (1).

Penentuan secara experiment absorpsi dan scattering sinar-y dari sumber titikdalam air telah banyak dilakukan. Dari berbagai data yang ada oleh Shalek dan Stovaldata diseleksi, dirata-ratakan, dan direpresentasikan dalam bentuk persamaanpolinomial orde tiga dimana seperti pad a tabel I. Data-data yang digunakan adalahuntuk jarak sampai dengan 10 em, maka WAR diatas hanya berlaku untukmenghitung distribusi dosis pad a jarak lebih kecil atau sarna dengan 10 em.

Tabel 1. Konstanta polinomial untuk menghitung atenuasi sinar-y dalam airdari sum ber titik

IsotopABCD

Au'YI!1,0306xI OU-8,134xIO-:'J1, III x IO·J-1 ,597x 10.4

Irl':l1.

1,0 128xI 0°5,OI9xI0-J-I, 178xl O-J-2,008x 1O-~CslJl

1,009Ix1Ou-9.015xI0'J-3,459xI04-2,817xl0-~RallO

I ,0005x IOU-4,423xlO-J-1,707xI0-J7,448xI0'~Coov

9,9423xI0-'-5,318xI0'J-2,61OxlO-J1,327xI0-4

paparan di air

paparan di udara = A + Br + Cr 2 + Dr 3

r = jarak, em

Rekonstruksi Posisi Sumber

Untuk merekonstruksi posisi sumber pada daerah sasaran dengan koordinat tigadimensi x, y dan z digunakan radiograph. Ada berbagai metode yang dikenal untuk

621

merekontruksi posisi sumber radiasi, akan tetapi pada rancangan program komputerdigunakan teknik orthogonal yang memiliki kesalahan paling kecil dibandingkanteknik lainnya dalam penentuan posisi sumber. Dalam teknik orthogonal, dua buahfilm diambil pada posisi saling membentuk sudut 900 seperti ditunjukkan padaGambar 1 dibawah ini.

z

y

x

film 2

Gambar 1 : Proyeksi dua arah teknik radiograph orthogonaldalam penentuan koordinat sumber

Titik P adalah titik yang akan ,dicari koordinat sebenarnya, sedangkan titik(x, y, 0) dan titik (0, y, z) adalah proyeksi koordinat bayangan pad a radiograph.

Dengan menggunakan theorema phitagoras, dari representasi Gambar 1 didapatkanempat persamaan dengan tiga anu. Untuk mendapatkan nilai koordinat x, y, dan zyang sebenarnya dari titik P, diambil kombinasi dari tiga persamaan dan dengan carasubstitusi didapat persamaan:

622

x = XI (F.J2 - Z2F; )fJ2 -X1Z2

y = XI (F.J2 - Z2F2)1..12 - X1Z2

(5)

(6)

2 = 22 (F;1; - Xli';)1;/2 - XI 22

dimana :

f1 = Jarak antara fokus ke film untuk arah anterior-posteriorf2= Jarak antara fokus ke film untuk arah lateral

FI = Jarak antara fokus ke isocenter untuk arah anterior-posterior

F2 = Jarak antara fokus ke isocenter untuk posisi lateral

Xl> Y1 = Koordinat pada film radiograph arah anterior-posterior

Z2, Y2 = Koordinat pada film radiograph arah lateral

(7)

Dari spesifikasi simulator jarak focus ke isocenter atau ke film dapat diketahui,sedangkan jarak fokus ke film radiograph dapat dihitung dari faktor pembesaran (M)bayangan, dimana F] = M X Fl.

Dari spesifikasi simulator jarak focus ke isocenter atau ke film dapat diketahui,sedangkan jarak fokus ke film radiograph dapat dihitung dari faktor pembesaran (M)bayangan, dimana F] = M X FI.

Persamaan-persamaan di atas hanya beriaku untuk arah penyinaran dari kanan kekiri untuk lateral dan atas ke bawah untuk posisi anterior-posterior. Untukmerekonstruksi koordinat dengan arah penyinaran yang berbeda atau denganpenggunaanmesin sinar-X jenis selain simulator, misalnya jenis C-arrn, rnakapersamaan di atas periu di modifikasi berdasarkan prinsip penurunan persarnaanyang sarna.

RANCANGANPROGRAM

Perangkat Lunak dan Keras

Sistem operasi untuk menjalankan program adalah DOS versi 3.0 ke atas yangberbasiskan mesin komputer IBM PC atau kompatibelnya baik itu XT mallpunjenis AT. Untllk kecepatan perhitllngan maupun kecepatan penampilan grafik mathcoprocessor 8087 sangat diperlukan, karena program komputer secara extensifmenggunakan perhitungan-perhitungan bilangan real, walaupun begitll programkompllter masih tetap dapat berjalan tanpa adanya math coprocessor, karena programkompllter dilengkapi pustaka simulasi lIntuk perhitungan-perhitllngan bilangan real.

Program komputer ditulis dengan teknik struktur penulisan program berorientasiobjek (OOP) dengan bahasa C++ dan kompiler Borland C++.

623

Mengingat penyimpanan data bilangan presisi ganda disimpan pada suatumatrix 41x41, juga berbagai data global memerlukan memori yang besar, makaprogram dikompil dengan model memori besar. Selain itu besar stack memorydiperbesar dari nilai default nya menjadi 10000 byte sehingga bisa menampung semuadata yang ada.

Diagram AlirRancangan diagram alir utama program komputer merupakan modifikasi dari

program Brachytheraphy Treatment Planning 5ystem buatan Tojo Medic yangdigunakan di Chiba Cancer Center Hospital. Modifikasi dilakukan terutama padasistem pengelola data pasien maupun pustaka sumber radiasi dan berbagaikarakteristik sumber dengan maksud untuk optimasi unjuk kerja dan menghasilkanprogram komputer yang mudah digunakan dan dioperasikan oleh para tenaga medisyang minim pengetahuan dalam pengoperasian komputer.

APLIKASI DAN UNJUK KERJA PROGRAM

Pertama program komputer dijalankan akan dibuka sebuah file pangkalan datadan sekaligus tampil suatu sistem pemasukkan data dengan teknik browse, atau jikadiinginkan bisa pula dengan sistem edit untuk setiap record. Pada bagian atas jugamuncul suatu sistem bar menu. Tampilan utama menu utama dan sekaligus sistempemasukkan data dapat dilihat pada Gambar 2.

Help Modify Add Exit

624

N a ITI e

Mrs.AkiMrs.NaoMrs.R.Mrs.AkiMrs.AskMrs.EelTl

Mrs.'luyMrs.K.Mrs.HenMrs.MutMrs.SakMrs.'lunMrs.RidMrs.GunMrs.R.Mrs.Lia

Mrs .Hj.

NalTle : ~ •... -----Date of treatment : ~l.io}.'S:r:;1

Source : -

Intensity: unit: y en Z/h date: -:OJ-~-Oj-~-·I-o]

Interest dose: • 00

Source Coordinat frolTlOrthogonal Radiographt/o/g/i 'iX ZX XZ 'lZ TilTle Kind

Gambar 2. : Tampilan menu dan pcngelola pangkalan data

Setelah pemasukan data lengkap, maka dapat dipilih menu untuk menampilkankurva-kurva isodosis pada posisi koordinat XV, YZ, XZ atau pada titik A, suatukoordinat sistem Manchester. Contoh citra kurva-kurva isodosis pada posisi XY danYZ dapat ditunjukkan pada Gambar 3. Banyaknya kurva isodosis dapat ditentukansendiri oleh pemakai, begitu pula interest dose yang diinginkan.

BRACHYTHERAPYTREATMENTPLAN~GSYSTEMlateral I Anterior Posterior

linter est dose: 4

Gambar 3.: Contour Isodosis pada bidang XY (lateral) dan bidang XZ(anterior-posterior)

Ketelitian dari perhitungan distribusi dosis sangat dipengaruhi oleh berbagaifaktor, antara lain ketepatan pemasukan data koordinat sumber, data dan karakteristikisotop, struktur target yang diradiasi, sedangkan kehalusan contour isodosis sangatdipengaruhi oleh besar interval/jarak antara titik yang dihitung dosisnya.

Dibandingkan Program Aplikasi sejenis buatan Chiba Cancer Center maupunTSG-Integration, ditinjau dari segi kecepatan perhitungan dan penampilan kurva­kurva isodosis, program yang dibuat secara nyata memperlihatkan kecepatan yanglebih baik seperti ditunjukkan pad a tabel 2 dibawah ini.

Pengujian kecepatan dilakukan dengan memasukkan jumlah data yang sarna dankomputer yang sarna, kecuali untuk program buatan Chiba Cancer Center tidak bisa

625

diuji pada komputer IBM PC yang sarna, mengingat program hanya bisa dioperasikanpada mesin komputer PC NEC yang tidak kompatibel dengan komputer IBM.

Tabel 2. Kecepatan perhitungan dan penggambaran kurva kurva idodosis

Pem buat BahasaKompilerKecepatan( detik)Chiba Cancer

Basic&N88 basic/46,05(**)Center

Assemblyassembler

TSG-Integration

BasicQuick Basic8,53(*)PPTN

C++Borland C++3,99(*)

keterangan:(*) IBM PC 80486 DX2(**) NEC 80386 SX

KESIMPULAN

1. Program komputer sangat informatif dan mudah digunakan oleh pemakaiterutama tenaga medis yang kurang menguasai komputer karena teknik menubalok, sistem pemasukkanfield entry area dan sistem window lebih mudah untukdipahami.

2. Dari segi kecepatan, dibandingkan program sejenis buatan Chiba Cancer Centermaupun TSG Integration jauh lebih unggul begitu pula dari sistem pengelolapangkalan data jauh lebih maju.

DAFTAR PUSTAKA

1. aNAl, Y, IRIFUNE, T., TOMARU, T., "Calculation of Dose Distribution inRadiation Therapy by Digital Computer ", Department of Physics, CancerInstitute, Tokyo, 198

2. RADHE MOHAN, "Computers in Brachytherapy Dose Computation-TheMemorial System ", Recent Advances in Brachytherapy Physics, The AmericanInstitute of Physics, 1985

626

3. ROSENSTEIN,L.M., "A Simple computer Program for Optimization of SourceLoading in Cervical IntracavitGlY Applicators ", British Journal Of Radiology, 50,119-122, 1977

4. SAKATA, S., "Dose Calculation System for Intracavitary Therapy of UterineCervix Cancer", Chiba Cancer Center hospital, Chiba, 1990

5. SHEARER, D.R., "Recent Advances in Brachytherapy Physics", AmericanAssociation of Physicists in Medicine, Medical Physics Monograph No.7, 1981

6. SHALEK, RJ., STOV AL, M., "Dosimetry in Implant Therapy", RadiationDosimetry, 2nd Ed., volume III, Academic Press, New York, 1969

7. TOEFLER, K.D., ROSENOW, D., "A Simple Function Describing theAbsorption in Platinum for Dose-rate Calculation Around RadiumApplicators", British Joumal of Radiology, 1980

627

DISKUSI

DWI ANANTO

Anda mengatakan bahwa program Anda lebih unggul karena kecepatannyadibandingkan dengan program lain. Apakah tidak ada faktor lain yang jugamenentukan keunggulan program, misalnya ketepatan perhitungan?

ENDANG KURNIA

Banyak faktor yang menentukan keunggulan program, tapi ditinjau dari segi unjukkerja, kemudahan pengoperasian dan informasi yang dihasilkan (termasuk ketelitianperhitungan) merupakan faktor utama. Ketelitian program ini sarna dengan buatanChiba Cancer Center, dan lebih baik dari buatan TSG-Integration yang hanyamenghitung titik dosis sebanyak 21x21, karena dapat menghitung titik dosis sebanyak41x41 titik untuk menggambarkan kurva isodosis.

SRI HARIANI

I. Bagaimana menentukan ordinat titik sumber radiasi dalam uterine servic?2. Apakah sumber radiasi selalu dipindah posisinya dalam servic untuk melihat

penyebaran dosis ?

ENDANG KURNIA

1. Untuk penentuan koordinat titik sumber radiasi digunakan radiografyang disusunsecara ortogonal, dan rekonstruksi koordinat dihitung dengan menggunakanpersamaan,

2. Posisi sumber radiasi tidak boleh dipindah, sedang untuk mendapatkan sebarandosis yang tepat dilakukan / disimulasikan oleh komputer.

628