reka y asa dan inov asi perangka t riadengan …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

REKA YASA DAN INOV ASI PERANGKA T RIAdengan MENGGUNAKANMEDIA SAMPEL CHANGER untuk MEMPERMUDAH APLIKASI KLINIS

Riswal Nafi Siregar, Joko Sumanto, Suyatno, SandaPUSAT REKA YASA PERANGKA T NUKLIR

I. ABSTRAK

Telah dibuat perangkat Radioimmunoassay (RIA) menggunakan media sam pel tabung

reaksi yang dimasukkan ke dalam sistem pemindah sam pel, sehingga pencacahan

dilakukansecara otomatis. Perekayasaan mengacu pada perangkat RIA yang sudah

ada di rumah sakit-rumah sakit dengan melakukan beberapa inovasi sesuai dengan

keperluan dan mempermudah aplikasi klinis. Inovsi yang dilakukan pada mekanik

berupa sistem pemindah sam pel secara otomatis dan susunan kolimator. Adapun inovasi

untuk system elektroniknya mampu mengeluarkan pulsa TTL sebesar 0,5 J.lsdari input

pulsa analog 6-8 IlS sehingga dapat dicacah oleh module counter USB. Sedangkan

Automatisasi entri data menggunakan kartu USB ke Pc.

Rekayasa dan inovasi perangkat RIA ini berupa satu kesatuan utuh yang terdiri dari

modul elektronik dengan sistem komunikasi devasys USB dengan komputer dan modul

mekanik berupa sistem pemindah sampel secara otomatis serta sistem kolimator.

II. PENDAHULUAN

Perangkat RIA ini digunakan terutama pada laboratorium kedokteran nuklir yang aplikasi

nya sebagai pencacah dengan sumber gamma yang berenergi rendah dan aktivitas rendah.

Peralatan RIA yang ada dan dipakai selama ini di rumah sakit memiliki beberapa

klassifikasi :

1. Perangkat RIA dengan media sampel manual tanpa PC

Tipe perangkat RIA ini ada yang menggunakan banyak detektor, seperti multi well gamma

counters dan multi detectors gamma counters ( Gambar I ).

207

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

Gambar 1. Alat RIA media sampel manual tanpa PC

ISSN 1693-3346

Alat RIA seperti tipe diatas membutuhkan banyak detektor. Sistem pencacahannya manual

dan operator harus berada ditempat sampai mendapatkan hasH pencacahan. Secara

elektronik perangkat tersebut masih banyak menggunakan rangkaian analog. Akusisi

datanya tanpa PC, hanya menggunakan keypad dan printer.

2. Perangkat RIA media sam pel manual dengan PC

Perangkat RIA tipe seperti ini adalah gamma ganagement system, yaitu perangkat RIA

media sampel manual multi detektor. Detektor yang digunakan jumlahnya bervariasi dari 6

sampai 10 detektor. Sistem akusisi datanya sudah memakai komputer, dengan sistem

interfacenya menggunakan parallel port

3. Perangkat RIA media sam pel changer tanpa PC

Contoh dari· perangkat ini adalah model J 600 automatic gamma counter, singledetector.

Alat ini sudah menggunakan sampel changer, sistem pencacahannya automatis dan dapat

ditinggal selama proses pencacahan. Sample yang akan dicacah sebanyak jumlah hole

pencacahan pada tray sampelnya. Sistem elektroniknya analog dan motor yang digunakan

motor AC. Sistem geraknya dikontrol oleh microprocessor tanpa Pc. Piranti input

outputnya menggunakan keypad dan printer.

Gambar 2. Alat RIA 1600 gamma counter

208


ISSN 1693-3346

Melihat perkembangan perangkat RIA yang terdapat dirumah sakit seperti diatas, maka

dilakukan perekayasaan dan inovasi dengan teknologi terkini dan menggunakan bahan

bahan kandungan lokal, sederhana dan automatisasi seeara modem dan handal untuk

keperluan masyarakat serta dapat digunakan dirumah sakit besar dan keeil.

III. METODOLOGI

Perekayasaan sistem pencacahan RIA otomatis dibuat berdasarkan kepada sistem yang

telah ada di rumah sakit dan melakukan modifikasi sesuai dengan keperluan serta

mempermudah aplikasi klinis. Adapun blok rancangan perekayasaan ini seperti pada

Gambar 3.

Detektor

r-I PENGKONOISI HCOUNTER

Dan

SINYAL DAN-PENGATlJRWINDOW

Preamp

SCADAN ENERGI

IIK

0Mt

/ P

tU

KOMUNIKASI

T

SERIAL

E

M~~UL I+-IMODUL

rlUSB.--.

R

LV +.SAMPLE CHANGER

Gamhad. RI.OK RANrANGAN

Kegiatan pembuatan perangkat RIA diklasifikasikan sebagai berikut :

Pembuatan media sampel

a. susunan kolimator, yang terdiri atas :

1. kolimator

2. penyangga kolimator

3. dudukan penyangga kolimator

209


b. susunan penggerak mekanik, yang terdiri atas :

1. sample tray karosel

2. karosel

3. dudukan karosel

4. dudukan penggerak motor

2. Pembuatan casing

3. Sistem elektronik

a. Penguat dan pembentuk sinyal

b. Penganalisis tinggi pulsa

c. Pencacah

d. Catu daya tegangan rendah

e. Catu daya tegangan tinggi

f. Driver motor

ISSN 1693-3346

IV. SISTEM KERJA ALAT

Pembuatan sistem pencacahan RIA SAMPLE CHANGER meliputi modul elektronik,

sistem mekanik dan uji gerak. Adapun koneksi ke komputer menggunakan interface USB

card dan bahasa yang digunakan visual basic. dalam perekayasaan ini akan dibuat sistem

cuplikan sampelnya dengan teknologi automatisasi. Sistem automatisasi terse but dikontrol

melalui driver yang terkoneksi dengan PC.

Detektor yang hendak digunakan adalah Nal(TI) yang banyak dipasaran dengan ukuran

yang cukup besar. Kolimator, dudukan detektor dan posisi motor penggerak vial

disesuaikan dengan ukuran detektor tersebut. Motor yang digunakan adalah motor DC

dengan kemampuan daya untuk mengangkat beban vial 2: 2 kg, Oetektor diberi catu daya

tegangan tinggi sebesar 1000 V. Pulsa yang keluar dari detektor diolah dan diteruskan ke

level SCA dengan lebar pulsa sebesar 0,5 I1s kemudian dicacah oleh komputer melalui

module counter USB.

210

Gerak Putar

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

TRAY SAMPLE CHANGER

Gerak Naik

MODUL ELEKTRONIK

I PC

Gambar 4. Sistem Kerja Alat

DETEKTOR

ISSN 1693-3346

SAMPLE

Sistem gerak sample changer dikendalikan oleh motor dan mekanisasi dari sample changer,

yaitu karousel. Motor yang digunakan adalah motor DC (motor wipper) dengan

kemampuan daya untuk mengangkat beban 2: 2 kg. vial berbentuk lingkaran dengan hole

sebanyak 25 buah. Gerakan sampel pada hole vial dibuat secara automatisasi dengan arah

gerakan sesuai arah jarum jam sehingga pengambilan sam pel secara berurutan dengan

menggunakan rancangan driver motor melalui program PC secara visual basic. Gerakan

dibuat secara berurutan dan pendeteksian sampel dilakukan secara turun naik. Triger

untuk menggerakkan motor melalui PC dirancang driver motor. Komponen utama

Rancangan driver motor ini adalah transistor 2N2222 dan relay omron MY2 yang tegangan

kerjanya 12 V. Transistor 2N2222 pad a rangkaian ini sebagai pengatur jalan masukan

untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai on-offnya motor (Gambar 5. )

211


.=

Gambu5.Drivcr mo~r

ISSN 1693-3346

Data masukan diolah melalui program PC secara visual basic dengan interface USB card.

Sistem mekanik sample changernya dibuat tanpa ban yak menggunakan switch. Sistem ini

juga berfungsi sebagai kontrol jalan tray sample changer.

Sistem elektronik yang dibuat merupakan sistem pencacah nuklir non pencitraan, yaitu

modul pengkondisi sinyal dan pengolah sinyal, modul tegangan tinggi, dan modul counter

timer. Adapun modul berupa card, yaitu : modul usb tipe devasys, modul i2c ADDA dari

innovative electronic serta low voltage dari power supply computer. Keluaran dari sistem

e1ektronik yang dilewatkan oleh TTL sebesar 0,5 s sehingga dengan mudah dapat dibaca

oleh Pc. Sistem interfacingnya menggunakan teknologi terkini yaitu USB sehingga

pemrosesan data dapat dengan cepat dikirim atau diterima Pc.

V. URAIAN DAN HASIL REKA YASA

1. MODUL ELEKTRONIK

a. Tegangan Tinggi

Penggunaan catu daya tegangan tinggi pada sistem pencacah gama sangat menentukan

kualitas pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Pada dasarnya sistem tegangan tinggi dapat

dibuat dengan berbagai cara antara lain: menggunakan "step up" dari arus bolak-balik.

212


ISSN 1693-3346

Untuk arus searah diperlukan tambahan rangkaian khusus untuk merajang tegangan searah

yang seolah-olah seperti arus bolak-balik. Catu daya Tegangan Tinggi memiliki keluaran

yang dapat diatur hingga 1000 Volt DC. Masukan untuk modul ini berupa sumber tegangan

DC +5 Y, +12 V, -12 V, dan GND. Output modul ini dikeluarkan menggunakan konektor

SHY untuk digunakan oleh Voltage Divider pad a PMT.

Modul ini menggunakan IC TDA 2004 sebagai pelipat tegangan tinggi, IC LF 357 sebagai

modulasi lebar pulsa, IC 3080 sebagai penguat arus dan penguat pembanding TL 081.

Adapun keluaran tegangan dari modul ini untuk mendapatkan pulsa dari detektomya

±1200 volt.

b. Penguat Sinyal

Amplifier mempunyai fungsi utama sebagai penguat dan pembentuk pulsa masukan dari

Preamplifier. Sinyal yang dihasilkan berbentuk Gaussian Unipolar. Agar pulsa ini dapat

dianalisa berdasar tingginya dengan daya urai yang memadai maka diperkuat kembali

sampai keluarannya ( penguat awal : voltage sensitive; penguatannya 6 kali ) dalam orde

beberapa volt. Penguat ini merupakan penguat linier yang dilengkapi dengan perubahan

penguatan ( gain) secara diskrit maupun kontinu serta pemilihan polaritas masukan untuk

dapat sebagai sinyal masukan untuk SCA.

Sistem ini merupakan penguat utama. Komponen utamanya adalah LM 318 yang

dilengkapi dengan filter catu daya R,C. Penguat linear ini menggunakan catu daya +12 volt

dan -12 volt DC. Setelah dikuatkan kemudian sinyal dibentuk semi gausian oleh rangkaian

peredam aktifyang dilengkapi dengan rangkaian pole zero sehingga pulsa tidak mengalami

undershoot. Dibagian keluaran peredam aktif diberi beban potensio (helitrim ) dan dibagian

ct diambil sebagai pelemah sinyal yang dapat diatur untuk dikalibrasi.

c. Pengolah Sinyal

Single Chanel Analyzer (SCA) adalah suatu bagian dari spektrometer, yang merupakan

suatu rangkaian penganalisa tinggi pulsa dari suatu detektor. Pulsa-pulsa keluaran dari

penguat pulsa rangkaian amplifier, yaitu IC LM 318 akan dianalisa oleh IC TL 082 dengan

cara melakukan pemilihan tinggi pulsa. Pulsa terse but masuk pada dua IC LM311 P yang

berfungsi sebagai diskriminator. IC LM 311 P akan mengkomporator pulsa untuk

213


ISSN 1693-3346

menentukan lower level dan upper level. Pulsa komporasi tersebut akan distabilkan oleh

74123 sebagai keluaran data serial.

Single Cahannel Analyzer (SCA) mempunyai level diskriminator terendah E (Lower Level

Diskriminator) dan level diskriminator tertinggi E +6.E (Upper Level Diskriminator),

(Gambar 6).

AINPUT

ULD

LLD

LLD'

ULD

LLD

OUT

6E

E

ULD. n__n__OUT---n-------------

Gambar 6. pulsa keluaran SCA

SCA akan melewatkan pulsa yang puncaknya masuk pada daerah 6.E (antara daerah LLD

dan ULD) dan akan memblokir pulsa yang puncaknya diluar daerah 6.E. Sedangkan

keluarannya harus berupa data serial yang dengan mudah akan dicounting dengan piranti

luar.

d.Pencacah

Pada perangkat ini terdapat modul Counter, modul counter ini menerapkan metode

perhitungan jumlah pulsa yang dihasilkan oleh detektor dalam satu-satuan waktu tertentu.

Pulsa yang dihasilkan oleh detektor sebelumnya diolah oleh pengolah sinyal (SCA),

kemudian hasil pengolahan sinyal tersebut diteruskan untuk dicacah melaui suatu gerbang

214


ISSN 1693-3346

(gate) yang menggunakan IC 7400. Proses pencacahan hanya terjadi selama gerbang dalam

keadaan terbuka, interval waktu bagi gerbang tersebut ditentukan oleh perangkat lunak

pada PC.

Komponen utama modul ini adalah IC CD4040. Modul Counter terdiri dari clock masu

kan satu buah, bit control dua buah untuk mengatur nomor Counter dan pemilihan Byte,

port Data 8 bit, serta catu daya. Modul Counter berjumlah tiga buah yang di dalamnya ter

diri dari dua buah Counter 16 bit yang terbagi menjadi 8 bit High Byte dan 8 bit Low Byte

Komponen utama modul ini adalah IC CD4040 sebagai counter ( 8 bit) dan IC 74244

sebagai gerbang data, data yang akan dibaca dikirim melalui Port A pada Terminal USB (

Universal Serial Bus). Proses pembacaan data dilakukan dengan pemilihan Chipselect (Cs)

oleh suatu decoder (lC74138) melalui Port C (PCO, PC I, PC2, PC3).

Adapun hasH pencacahan dapat dilihat pada hasil percobaan dibawah ini :

ANA LIT :T4

PRINSIP DASAR

: RIA - CT

TANGGAL PEMERIKSAAN

: 16/ II /2007

WAKTU A WAL PENCACAHAN

: 8:49:25 AM

% NSB = 1.84 % MB = 68.66Tabung

RerataNetCPM% Bou ndKonsentrasi

Total Count

00260400000000.0000.00

NSB

00004800000000.0000.00

A (MB)

001836001788100.0000.00

B

00153600148883.22 20.00

C

00124800120067.11 50.00

D

00109200104458.39 100.00

E

00052800048026.85 200.00

F

00031200026414.77 600.00

215


Tabel I. Hasil Cacahan Standar

Tabung

RerataNetCPM%BoundKonsentrasi

Sample - 0 1

00061200056431.54223.87

Sample - 0 2

00034800030016.78493.68

Sample - 0 3

00079200074441.61146.42

Sample - 0 4

00066000061234.23199.86

Sample - 0 5

0152400147682.5522.35

Tabel 2. Hasil Cacahan Sampel

ISSN 1693-3346

90

80

70

605040302010o

223,87 493,68 146,42 199,86 22,35

Gambar 8. Kurva Sampel RIA

e. Driver motor

I-------~,---+- Series1\ .•• .•• _n •• _." _

Komponen utama rancangan driver motor ini adalah transistor 2N2222 dan relay omron

MY2 yang tegangan kerjanya 12 v. Transistor 2N2222 pada rangkaian ini sebagai

pengatur jalan masukan untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai

on-offnya motor.

216


2 .. SAMPLE CHANGER

Perancangan sample changer terbagi dalam dua bagian besar, yaitu :

a . Susunan Kolimator

Susunan kolimator terdiri dari

ISSN 1693-3346

• Kolimator; kolimator didesain dari bahan Pb dengan mempertimbangkan

ketebalan dan bentuk geometrinya. Kolimator berfungsi sebagai perisai radiasi dan

kolimasi berkas sumber radiasi.

• Penyangga Kolimator; penyangga kolimator berfungsi sebagai penyangga

detektor agar dapat berdiri tegak secara vertikal. Desain penyangga kolimator

disesuaikan dengan dimensi detektor ( diameter dan panjang detektor ). Bentuk

disusun secara knockdown dengan kolimator ataupun dudukan penyangga kolimator

untuk memudahkan pemasangan detektor dan pengkabelannya. Penyangga

kolimator dibuat dari bahan aluminium.

• Dudukan Penyangga kolim'ator; dudukan ini dibentuk sebagai susunan terpisah

dari penyangga dengan tujuan pemasangan pengkabelan pada detektor lebih mudah.

Secara prinsip dudukan penyangga kolimator sebagai tempat bertumpunya detektor

secara keseluruhan. Dudukan penyangga kolimator dibuat dari bahan aluminium.

b. Susunan Penggerak Mekanik

Susunan penggerak mekanik terdiri dari :

• Sample Tray Karosel; bentuknya didesain berupa lingkaran dengan lubang-Iubang

yang mengelilinginya berjumlah 25 sehingga besar sudut an tar tabung sample

radiasi adi:1lah 14,4°. Komponen ini dibuat dari bahan tlexiglass dan PYC

• Karosel; posisi sangat menentukan dalam pemilihan sample secara berurutan dan

pendektesian sample dengan posisi turun naik. Untuk itu didesain bentuknya berupa

lingkaran dengan as pembagi sudut sebesar 14.4 0. Karosel dibuat dari bahan

aluminium dengan as dari besi.

• Dudukan Karosel; dudukan karousel disesuaikan dengan kedudukan dimensi total

dari perubahan ketinggian bagian susunan kolimator. Konstruksi dirancang dengan

system knockdown sedang bahannya dibuat dari aluminium. Dudukan karousel

berfungsi sebagai dudukan as karosel dan dudukan penggerak motor.

217


ISSN 1693-3346

• Dudukan Penggerak Motor; dudukan penggerak motor dibuat dari bahan

aluminium. Dimensi dudukan penggerak motor ditentukan oleh bagian susunan

kolimator. Dudukan penggerak motor menentukan ketinggian dan posisi karosel,

untuk itu dipasang piringan ekstrensik yang secara mekanik memberikan gerak

translasi maksimum dan minimum.

VI. KESIMPULAN

Perangkat RIA ini memiliki teknologi baru dan berdaya rendah. Penggunaan perangkat ini

menggunakan bahan-bahan kandungan lokal dan kit RIA nya dapat diperoleh di BAT AN.

Selain itu luas ruangan untuk mengoperasikan perangkat ini lebih kecil dan efisien karena

sudah dalam bentuk 1 unit.

Perangkat ini dikembangkan di dalam negeri sehingga pelayanan perawatan dan

perbaikannya dapat lebih cepat dan lebih mudah. Sistem komputer pad a perangkat ini

menggunakan komputer yang ban yak terdapat di pasaran sehingga kemudahan suku

cadangnya terjamin. Selain itu sistem komputernya dapat mengikuti perkembangan

teknologi komputer yang ada sekarang. Sistem komunikasi data menggunakan komputer

terkini dan mudah didapatkan dipasaran. Kemudahan dengan teknologi baru tersebut

sangat strategis untuk digunakan rumah sakit-rumah sakit besar ataupun keci\.

218


ISSN 1693-3346

VII. DAFT AR PUST AKA

1. Laboratory Technologies, Inc, "The Cornerstone of RIA ", 43 W900 Route 64, Maple

Park II, 6015 1

2. The Nucleus, " Model 1600 automatic gamma counter", OAK Ridge, Tn USA

3. Berthold," Gamma Management System ", DPC Developed, Germany, 1992

4. Darwati S, " Prosedure RIA ", Diklat Produksi Radioisotop, PPR-BA TAN, 2005

5. Wayan R, "Teknologi Produksi KIT RIA"., Diklat Produksi Radioisotop,

PPR-BATAN,I991

6. B.R. Bairi, Balvinder Singh, N.C. Rathod, P.V. Narurkar, " Handbook of Nuclear

Medical Instrument"., Tata McGraw-Hili Publishing Company Limited,

New Delhi, 1994

7. Texas Instruments AS and ALS," 54/74 Families of Compatible TIL Circuits"., TIL

Data Book II Vol II

8. Schawartz Mischa, " Signal Processing", International Student Edition, 1975

9. IAEA., " Radioimmunoassay Data Processing Program For IBM PC Version 1.0", 1998,

http://www.mtmtys.com

219

reka y asa dan inov asi perangka t riadengan …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

Documents