simulasi penentuan dosis serapan - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per...

53
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5 Disusun oleh : AGITTA RIANARIS M0207020 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA April, 2011

Upload: haque

Post on 03-May-2019

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN

PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT

MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5

Disusun oleh :

AGITTA RIANARIS

M0207020

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTAApril, 2011

Page 2: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I

Drs. Suharyana, M. Sc

NIP. 19611217 198903 1 003

Pembimbing II

Dra. Riyatun, M.Si

NIP. 19680226 199402 2 001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :

Hari : Jumat

Tanggal : 9 Juli 2010

Anggota Tim Penguji :

1. Viska Inda Variani, S.Si, M.Si

NIP. 19720617 199702 2 001

.............................................................

2. Drs. Darmanto, M.Si NIP. 19610614 198803 1 002

.............................................................

Disahkan oleh:

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ketua Jurusan Fisika

Drs. Harjana, M.Si, Ph.D

NIP. 19590725 198601 1 001

Page 3: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ”SIMULASI

PENENTUAN DOSIS SERAPAN PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT

MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5” belum pernah diajukan untuk

memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan

saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang

secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, April 2011

Agitta Rianaris

Page 4: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

iv

SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN PADA BRACHYTHERAPYPROSTAT MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5

AGITTA RIANARISM0207020

Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRAK

SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN PADA BRACHYTHERAPY PROSTAT MENGGUNAKAN SOFTWARE MCNP5. Simulasi ini digunakan untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber radioaktif yang digunakan adalah 125I dengan aktivitas 12,96 × 10 Bq, waktu paruh 59,4hari dan energi emisi gamma sebesar 35,49KeV. Untuk simulasi diperlukan geometri tubuh manusia, definisi sumber dan output (tally) berupa model pulsa distribusi energi. Geometri yang dibuat berupa phantom ORNL-MIRD, sumber 125I dalam bentuk titik dan tipe tally *F8. Hasil simulasi digunakan untuk menentukan dosis serapan pada prostat dan bladder. Variasi jumlah seed dilakukan untuk mendapatkan nilai dosis serapan yang berbeda-beda. Banyaknya seed yang diimplankan divariasi dari 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80,dan 90. Didapatkan dosis serap pada prostat meningkat secara linier dengan semakin banyaknya jumlah seed yang diimplankan. Persamaan garis linier yang diperolah dari kurva antara dosis serapan dan jumlah seed pada prostat adalah = 0,338 − 0,358. Dengan persamaan tersebut maka dapat ditentukan jumlah seed untuk mencapai dosis optimum pada brachytherapy prostat yaitu 145 Gy. Jumlah seed untuk mencapai dosis tersebut adalah 430. Simulasi menunjukkan bahwa dosis serapan pada brachytherapy prostat dapat ditentukan dengan menggunakan MCNP5.

Kata kunci: dosis serapan, brachytherapy prostat, iodium-125, MCNP5

Page 5: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

v

ABSORBED DOSE DETERMINATION OF PROSTATE BRACHYTHERAPY USING MONTECARLO METHOD EMPLOYING

MCNP5

AGITTA RIANARISM0207020

Departement of Physics, Mathematics and Natural Sciences Faculty,Sebelas Maret University, Surakarta

ABSTRACT

ABSORBED DOSE DETERMINATION OF PROSTATE BRACHYTHERAPY USING MONTECARLO METHOD EMPLOYING MCNP5. We have successfully calculated absorbed dose per transformation of particle at a prostate and a bladder by employing MCNP5. A radioactive 35.49KeV gamma source of 125I with an activity of 12.96 × 10 Bq and a male phantom geometry and a tally high-pulse energy have been used throughfully. The variation of seeds were 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 and 90. A curve between absorbed dose and total seed designated a linier connection with an formula of = 0,338 − 0,358where y is the dose absorbed and x is the number of seeds.The calculated seed to achieve an optimum dose is 430 seeds.

Key words: absorbed dose, prostate brachytherapy, iodium-125, MCNP5

Page 6: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

”Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan, sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila

engkau telah selesai (dari suatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau

The future

”Barang siapa menanam benih maka ia ~ Anonim, advice from Bapak Eko S.(Pertamina RU IV)

~edit from Virgil ”They can because they think they

As soon as you trust yourself, you will know how to live.~

vi

MOTTO

”Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan, sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila

engkau telah selesai (dari suatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau

~ QS.Al-Insyirah:5-8 ~

The future depends on what we do in the present.~ Mahatma Gandhi ~

”Barang siapa menanam benih maka ia juga yang akan memetik buahnya”, advice from Bapak Eko S.(Pertamina RU IV)

I can because I think I canedit from Virgil ”They can because they think they

can” ~

As soon as you trust yourself, you will know how to live.~Johann Wolfgang van Goethe~

”Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan, sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila

engkau telah selesai (dari suatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap.”

on what we do in the present.

akan memetik buahnya”, advice from Bapak Eko S.(Pertamina RU IV) ~

edit from Virgil ”They can because they think they

As soon as you trust yourself, you will know how to live.

Page 7: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Dengan rahmat Allah SWT, karya ini kupersembahkan kepada

1. Allah SWT atas rahmat,

ini dapat kuselesaikan

2. Mama dan papa yang tercinta yang setiap hari menyebut namaku dalam

doanya.

3. Angel, Wawa, mas

aku sangat menyayangi

4. Pembimbingku yang tak pernah berhenti mengaja

5. Saudara perjuangan

dimanapun kalian berada

dari kalian. Sungguh suatu nikmat tak terkira bisa bertemu kalian

dan bersama kalian dalam waktuku belajar

6. Teman-teman Phys’07

memberikan nada yang berbeda

terlupakan dan akan selalu terkenang. Tetap semangat gapai citamu ya!!

7. Almamater yang kubanggakan, khususnya Jurusan Fisika Fakultas MIPA

Universitas Sebelas Maret.

vii

PERSEMBAHAN

Dengan rahmat Allah SWT, karya ini kupersembahkan kepada:

Allah SWT atas rahmat, hidayah dan anugrah yang Maha Besar sehingga skripsi

i dapat kuselesaikan.

Mama dan papa yang tercinta yang setiap hari menyebut namaku dalam

mas Prima, Bulik Sri-ku,dan Hun Bunku Satriya dari hati kukatakan

aku sangat menyayangi kalian semua dan terimakasih atas motivasinya

Pembimbingku yang tak pernah berhenti mengajakku belajar dan terus berkarya

audara perjuangan, teman Xii[p]at SMASAKU yang selalu memotivasi

dimanapun kalian berada, teman-teman RY dan adek-adek, aku banyak

dari kalian. Sungguh suatu nikmat tak terkira bisa bertemu kalian

dan bersama kalian dalam waktuku belajar hingga sekarang.

teman Phys’07, terima kasih telah ikut mewarnai hidupku

memberikan nada yang berbeda-beda pada alunan musik hidupku

dan akan selalu terkenang. Tetap semangat gapai citamu ya!!

Almamater yang kubanggakan, khususnya Jurusan Fisika Fakultas MIPA

Universitas Sebelas Maret.

hidayah dan anugrah yang Maha Besar sehingga skripsi

Mama dan papa yang tercinta yang setiap hari menyebut namaku dalam

dari hati kukatakan

semua dan terimakasih atas motivasinya.

dan terus berkarya.

yang selalu memotivasi

ku banyak belajar

dari kalian. Sungguh suatu nikmat tak terkira bisa bertemu kalian, berkenalan

, terima kasih telah ikut mewarnai hidupku dan

musik hidupku. Kalian tak

dan akan selalu terkenang. Tetap semangat gapai citamu ya!!

Almamater yang kubanggakan, khususnya Jurusan Fisika Fakultas MIPA

Page 8: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Alhamdulillaahirobbil’alamii

melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan

penulisan laporan penelitian dengan judul “

Pada Brachytherapy Pr

Laporan penelitian ini

berbagai pihak. Oleh karena

1. Drs. Suharyana, M.Sc

yang telah mendampingi selama penelitian, memberi motivasi, bimbingan dan

saran dalam penyusunan skripsi.

2. Dra. Riyatun M.S

kesabaran, bimbingan dan saran dalam penyelesaian skripsi.

3. Ir. Tagor M. Sembiring dari PTRKN BATAN selaku pemegang lisensi MCNP

di Indonesia.

4. Keluargaku tercinta, mama, papa, angel, wawa, bulik sri dan mas prima.

Terima kasih kalian selalu ada buatku

5. Mbak Annisatun fatonah, terima kasih atas konsultasinya semoga ilmu yang

diberikan senantiasa bermanfaat.

6. Teman-teman fisika angkatan 2007

semangatnya.

7. Adik-adikku angkatan

8. Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini

dapat terselesaikan dengan baik.

Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan

dan bantuan yang telah engkau berikan.

viii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillaahirobbil’alamiin, syukur kepada Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan

laporan penelitian dengan judul “Simulasi Penentuan Dosis Serapan

Pada Brachytherapy Prostat Menggunakan Software MCNP5.”

Laporan penelitian ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari

berbagai pihak. Oleh karena itu, Penulis menyampaikan terima kasih kepada:

Drs. Suharyana, M.Sc., selaku Pembimbing I sekaligus pembimbing

yang telah mendampingi selama penelitian, memberi motivasi, bimbingan dan

saran dalam penyusunan skripsi.

M.Si. selaku Pembimbing II yang telah memberikan latihan

kesabaran, bimbingan dan saran dalam penyelesaian skripsi.

Ir. Tagor M. Sembiring dari PTRKN BATAN selaku pemegang lisensi MCNP

tercinta, mama, papa, angel, wawa, bulik sri dan mas prima.

kalian selalu ada buatku.

Mbak Annisatun fatonah, terima kasih atas konsultasinya semoga ilmu yang

diberikan senantiasa bermanfaat.

n fisika angkatan 2007, terima kasih atas dukungan, bantuan, dan

adikku angkatan 2008,2009 dan 2010.

Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini

dapat terselesaikan dengan baik.

Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan

ntuan yang telah engkau berikan. Penulis menyadari bahwa masih terdapat

h SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan

Simulasi Penentuan Dosis Serapan

n selesai tanpa adanya bantuan dari

enulis menyampaikan terima kasih kepada:

sekaligus pembimbing belajar

yang telah mendampingi selama penelitian, memberi motivasi, bimbingan dan

selaku Pembimbing II yang telah memberikan latihan

Ir. Tagor M. Sembiring dari PTRKN BATAN selaku pemegang lisensi MCNP

tercinta, mama, papa, angel, wawa, bulik sri dan mas prima.

Mbak Annisatun fatonah, terima kasih atas konsultasinya semoga ilmu yang

dukungan, bantuan, dan

Semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan penelitian ini

Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas kebaikan

enulis menyadari bahwa masih terdapat

Page 9: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ix

banyak kekurangan baik dalam isi maupun cara penyajian materi. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran guna perbaikan di masa datang. Semoga

laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi penulis khususnya dan

pembaca pada umumnya. Amin

Surakarta, April 2011

Agitta Rianaris

Page 10: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

x

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL........................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN.. ....................................................................... iii

HALAMAN ABSTRAK.................................................................................. iv

HALAMAN ABSTRACT ............................................................................... v

HALAMAN MOTTO ...................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... vii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................... x

DAFTAR SIMBOL.......................................................................................... xii

DAFTAR TABEL............................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN............................................................................. 1

I.1. Latar Belakang Masalah ............................................................. 1

I.2. Rumusan Masalah .................................................................... 3

I.3. Tujuan ........................................................................................ 4

I.4. Batasan Masalah ......................................................................... 4

I.5. Luaran Yang diharapkan............................................................. 4

I.6. Sistematika Penulisan ................................................................. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 6

2.1. Brachytherapy Prostat ................................................................ 6

2.2. Dosimetri.................................................................................... 9

2.2.1. Dosis Serapan ................................................................... 9

2.3. Interaksi Foton dengan Materi ................................................... 11

2.3.1. Efek Fotolistrik ................................................................. 12

2.3.2. Hamburan Compton.......................................................... 13

2.3.3. Produksi Pasangan ............................................................ 14

2.4. 125I sebagai Sumber Radionuklida ............................................. 14

2.5. MCNP5 ...................................................................................... 15

2.5.1. MCNP ................................................................................ 15

2.5.2. Visual Editor ...................................................................... 17

Page 11: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xi

2.5.3. Tally MCNP ....................................................................... 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 20

3.1. Waktu Penelitian ........................................................................ 20

3.2. Alat dan Bahan........................................................................... 20

3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi.................................................... 20

3.3.1. Model Geometri Phantom.................................................. 21

3.3.2. Model Sumber Radiasi....................................................... 23

3.3.3. Model Pulsa Distribusi Energi ........................................... 24

3. 3.4. Prosedur Pembuatan File Input Dan Pengolahan Data ..... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 27

4.1. Geometri Phantom Model ORNL-MIRD ................................. 27

4.2. Dosis Serapan dari Hasil Simulasi dan Perhitungan ................. 31

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 37

5.1. Simpulan ................................................................................... 37

5.2. Saran.......................................................................................... 37

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 39

LAMPIRAN – LAMPIRAN............................................................................ 41

Page 12: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

Dosis Serap

Energi total yang dihasilkan oleh tiap partikel

Massa organ

Waktu paruh

Umur hidup

Aktivitas awal material radioaktif

Bilangan transformasi

Densitas organ

Volume organ

Konstanta peluruhan

Panjang gelombang

Konstanta Planck

Massa electron

Frekuensi

Kecepatan cahaya

Fungsi kerja

Page 13: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

halaman

Tabel 2.1. Jenis Tally Fn dan Modifikasi Tally .................................................. 19

Tabel 3.1. Komposisi Dasar dan Densitas Organ Tubuh Model Phantom ORNL-

MIRD.................................................................................................. 23

Tabel 3.2. Data Sumber Radiasi untuk Input MCNP5........................................ 24

Tabel 4.1. Interaksi Foton yang Terjadi pada Cell Prostat dan Bladder ............ 30

Tabel 4.2. Interaksi Elektron yang Terjadi pada Cell Prostat dan Bladder ........ 30

Tabel 4.3. Hasil Running Simulasi...................................................................... 32

Tabel 4.4. Dosis Serapan Hasil Perhitungan....................................................... 33

Tabel L.1. Menu Utama Pilihan.......................................................................... 46

Tabel L.2. Jenis Surface Card MCNP ................................................................ 48

Tabel L.3. Jenis Torus pada Surface Card MCNP.............................................. 49

Page 14: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1.Skema Prosedur Penanaman Seed 125I ..................................................... 7

Gambar 2.2.Posisi Seed Setelah Penanaman................................................................ 8

Gambar 2.3.Skema Efek Fotolistrik............................................................................. 12

Gambar 2.4.Skema Hamburan Compton ..................................................................... 13

Gambar 2.5.Reaksi Inti Pembentukan Iodium-125 yang Terjadi di Kamar Radiasi ... 14

Gambar 2.6. Perjalanan Random Sebuah Foton Datang Mengenai Material .............. 16

Gambar 2.7.Start-up Konfigurasi Vised ....................................................................... 18

Gambar 3.1. Flow chart Prosedur Pengoperasian Simulasi ......................................... 26

Gambar 4.1.Tampilan Geometri ORNL-MIRD yang Telah Dibuat ............................ 28

Gambar 4.2. Geometri Prostat dan Bladder yang Telah Dibuat .................................. 28

Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara Jumlah Seed dan Dosis Serapan pada Cell

Prostat...................................................................................................... 34

Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara Jumlah Seed dan Dosis Serapan pada Cell

Dinding dan Isi Bladder .......................................................................... 35

Gambar L.1. Start-up Konfigurasi Visual Editor ......................................................... 44

Gambar L.2. Tampilan Output Windows bertuliskan “Input File” .............................. 45

Gambar L.3. Surface Windows .................................................................................... 47

Gambar L.4. Jendela Cell............................................................................................. 51

Gambar L.5. Jendela untuk Membuat Material ........................................................... 55

Gambar L.6. Jendela “Run” ......................................................................................... 58

Page 15: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

halaman

Lampiran 1. Datasheet Spesifikasi Peluruhan Iodium-125.......................................... 42

Lampiran 2. Petunjuk Installasi MCNP5 ..................................................................... 43

Lampiran 3. Pembuatan Geometri .............................................................................. 44

Lampiran 4. Data Organ dan Densitas Tiap Cell ......................................................... 61

Lampiran 5. Input Program.......................................................................................... 63

Lampiran 6. MCTAL .................................................................................................... 76

Lampiran 7. Tabel Perhitungan Dosis Serapan............................................................ 79

Page 16: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user 1

BAB IPENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Masalah

Teknologi nuklir dapat dimanfaatkan pada bidang kesehatan. Terapi kanker

dengan teknik brachytherapy merupakan salah satu pemanfaatannya. Brachytherapy

adalah sebuah terapi kanker dengan cara penanaman inti radioaktif. Terapi alternatif

pengobatan kanker melalui radiasi elektromagnetik dari material radioaktif yang

ditempatkan di dekat tumor atau kanker (Robinson, 2006). Metode ini merupakan

prosedur yang efektif untuk membunuh sel kanker dan untuk mencegah tumor datang

kembali. Telah tersedia studi eksperimen dan teoritis untuk mengetahui hubungan

antara geometri sumber dan material dalam brachytherapy. Salah satunya adalah

Pourbeigi dkk. (2004) yang telah melakukan studi tentang dosis brachytherapy

endovascular dengan sumber radiasi 188Re dan 186Re dengan menggunakan simulasi

Monte Carlo.

Penentuan dosis yang aman untuk organ tertentu dalam brachyterapy sangat

penting untuk diperhatikan. Selama ini dalam penentuan dosis implan menggunakan

cara yang sederhana yaitu dengan menggunakan pendekatan pada tumor dan

distribusi dosis pada tumor ke organ normal. Pendekatan dibuat dengan

mengasumsikan semua elektron ditempatkan secara lokal dan mengabaikan pengaruh

relatif dari foton terhadap dosis serapan pada tumor (Sgouros, 2005). Keadaan dosis

serapan yang didapatkan tidak tepat. Kemungkinan untuk meletakkan detektor dan

zat radioaktif dalam tubuh secara bersamaan amat sangat tidak mungkin sehingga

diperlukan simulasi yang dapat menghitung dosis serapan setepat mungkin. Biasanya

metode Monte Carlo digunakan untuk mendefinisikan fungsi distribusi dosis, variasi

dosis, dan perhitungan dosis sumber brachytheraphy (Sgouros, 2005).

Beberapa program telah dibuat untuk menentukan dosis serapan

radionuklida. Program MIRDOSE3, yang memiliki 223 jenis radionuklida dan 10

Page 17: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

2

model antromorphic yang berbeda-beda termasuk untuk standard laki-laki,

perempuan dan geometri anak-anak (Stabin, 1996). Program ini tidak lama digunakan

dan kemudian digantikan dengan Organ Level Internal Dose Assesment (OLINDA)

dan juga software MABDOSE (Sgouros, 2005).

Monte Carlo N’ Particle version 5 (MCNP5) yang dibuat oleh Los Alamos

merupakan software open source komputer dengan menggunakan metode Monte

Carlo yang diaplikasikan untuk menghitung perjalanan partikel dari partikel hidup

ketika dilepaskan dari sumbernya sampai partikel mati karena lepas, terserap, dan

sebagainya (X-5 Monte Carlo Team, 2005). Program komputer ini telah teruji untuk

menyimulasikan perjalanan partikel maupun foton di dalam material. Beberapa

penelitian telah dilakukan untuk membandingkan hasil simulasi dan eksperimen.

Diantaranya yaitu simulasi efisiensi detektor NaI(Tl) dan HPGe yang dilakukan oleh

Fatonah (2010). Di bidang reaktor salah satunya adalah Julian (2001) dan di bidang

medis telah dilakukan oleh Lazarine (2006), Robinson (2006) tentang single seed

implan pada dosimeter brachytherapy, Pourbeigi dkk. (2004) dalam brachytherapy

endovaskular. Menurut Chen dkk. sebagaimana telah dikutip oleh Yazdani dan

Mowlavi (2007), juga telah melakukan perhitungan distribusi dosis serapan inti Cs-

131 menggunakan simulasi Monte Carlo. Semua pemodelan yang telah dilakukan

menggunakan MCNP menunjukkan hasil yang memuaskan dan mendekati benar

dengan penyimpangan hasil pengukuran tidak lebih dari 5%.

Beberapa penelitian terkait yang telah ada seperti yang dilakukan oleh

Yazdani dan Mowlavi (2007) membuat model phantom jaringan tubuh untuk

brachytherapy hanya berupa sebuah kubus dengan inti radioaktif tunggal 131Cs yang

dibuat dalam berbentuk silinder. Geometri phantom tersebut kurang akurat apabila

digunakan untuk menggambarkan geometri tubuh manusia. Kubus tersebut

merupakan cuplikan dari jaringan lunak pada tubuh. Oleh karena itu diperlukan

pendekatan geometri yang menyerupai tubuh manusia, organ dalamnya termasuk

prostat dan komposisinya.

Page 18: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

3

Saat ini teknik brachytherapy kanker prostat menggunakan radioaktif 125I dan

hanya sebagian Rumah Sakit di Indonesia yang menyediakan pelayanan pengobatan

jenis ini. Radioisotop yang digunakan ini memiliki waktu paruh 59,4 hari dan energi

γ rendah yaitu 35,49 KeV. Inti radioaktif dibuat dalam bentuk jarum kecil yang

diimplankan dalam tubuh yang sering disebut dengan istilah seed.

Dalam penelitian dibuat simulasi brachytherapy dengan menggunakan

metode Monte Carlo dengan software MCNP5. Simulasi brachyteraphy prostat untuk

mengetahui pengaruh dosis serapan pada prostat dan kandung kemih (bladder)

dengan menggunakan metode Monte Carlo dibutuhkan beberapa masukan yang

meliputi geometri ORNL-MIRD, definisi sumber radioaktif yang digunakan,

banyaknya dosis implan dan pemilihan tally. Perhitungan dosis serap pada bladder

ditentukan karena posisinya yang berdekatan dengan organ prostat.

Metode simulasi ini memuat dosimetri tumor dengan geometri yang sesuai

yang telah dipaparkan oleh komisi Medical International Radiation Dose Committee

(MIRD) dan Oak Ridge National Laboratory (ORNL) yaitu ORNL-MIRD. ORNL-

MIRD merupakan simulasi phantom manusia yang terdiri dari dua bagian utama

tubuh yaitu badan dan kepala serta enam organ dalam yang terdiri dari ginjal, hati,

ovarium, pankreas, limpa, dan tiroid (Lazarine, 2006). Dengan simulasi dan geometri

ini diharapkan dosis serapan yang diserap oleh organ prostat maupun bladder dapat

diprediksikan secara lebih akurat.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang ingin diselesaikan dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana membuat listing input model geometri phantom ORNL MIRD

menggunakan Visual Editor MCNP5?

2. Bagaimana memprediksikan dosis serapan 125I di bladder dengan menggunakan

simulasi yang telah dibuat berdasarkan jumlah seed yang digunakan?

Page 19: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

4

1.3.Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Membuat bentuk geometri ORNL-MIRD dengan menggunakan software

MCNP5.

2. Mengetahui pengaruh jumlah seed terhadap besarnya dosis serapan 125I pada

prostat dan bladder.

3. Menentukan jumlah seed untuk mencapai dosis optimum.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah penelitian ini pemodelan geometri dibuat sesuai dengan

phantom tubuh manusia model ORNL MIRD yang dikeluarkan oleh komite MIRD.

Organ prostat dan bladder laki-laki dewasa hanya dimodelkan dalam visualilasi 2

dimensi dengan sebuah bulatan ellipsoid. Digunakan variasi seed dari 10; 20; 30;

50; 60; 70; 80; dan 90 seed Iodium-125 radionuklida brachytherapy, masing-masing

memiliki aktivitas 12,96 × 10 Bq, waktu paruh 59,4 hari dan energi emisi gamma

sebesar 35,49KeV. Mode partikel yang digunakan dalam simulasi adalah foton dan

elektron.

1.5. Luaran yang Diharapkan

Luaran yang diharapkan setelah adanya penelitian ini adalah dihasilkannya

simulasi brachyteraphy prostat untuk mengetahui pengaruh dosis serapan pada

bladder dengan menggunakan metode Monte Carlo software MCNP5. Selanjutnya

hal ini dapat digunakan sebagai inisiasi penggunaan metode Monte Carlo untuk

menghitung dosis serap. Tersedianya model geometri phantom ORNL-MIRD jenis

Page 20: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

5

kelamin laki-laki yang dapat digunakan untuk menentukan dosis serap pada kasus

lainnya. Dan diharapkan pula, skripsi ini dapat digunakan sebagai panduan sederhana

untuk pemula dalam menggunakan software MCNP5 terutama di Jurusan Fisika

FMIPA Universitas Sebelas Maret.

1.6. Sistematika Penulisan

Laporan skripsi ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

BAB II Tinjauan Pustaka

BAB III Metodologi Penelitian

BAB IV Hasil Penelitian dan Pembahasan

BAB V Penutup

Pada Bab I dijelaskan mengenai latar belakang penelitian, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, serta sistematika

penulisan skripsi. Bab II tentang dasar teori. Bab ini berisi teori yang mendasari

penelitian. Bab III berisi metode penelitian yang meliputi waktu, tempat dan

pelaksanaan penelitian, alat dan bahan yang diperlukan, serta langkah-langkah dalam

penelitian. Bab IV berisi tentang hasil penelitian dan analisa yang dibahas dengan

acuan dasar teori yang berkaitan dengan penelitian. Terakhir, Bab V berisi simpulan

dari pembahasan di bab sebelumnya dan saran-saran untuk pengembangan lebih

lanjut dari skripsi ini.

Page 21: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user 6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Brachytherapy prostat

Kanker prostat adalah sel tumor yang tumbuh pada kelenjar prostat dalam

sistem reproduksi pria. Sel tumor ini dapat menyebar secara metastasis dari prostat ke

bagian tubuh lain, terutama tulang dan limpa. Penyakit ini dapat menimbulkan rasa

sakit dan kesulitan saat buang air kecil dan disfungsi erektil (Ikawati, 2010).

Brachytherapy ditemukan pada tahun 1901 tidak lama setelah penemuan

radioaktif oleh Becquerel pada tahun 1896. Pierre Curie menggunakan sumber

radioaktif jarum berisotop radium yang dimasukkan ke dalam tumor, dan ditemukan

ukuran tumor menyusut (Gabriel, 1996).

Brachytherapy merupakan suatu metode terapi dengan menempatkan sumber

radioaktif. Penerapan metode ini perlu memperhatikan distribusi dosis radiasi pada

jarak yang pendek secara interstisial, intracavitari ataupun di permukaan. Dengan

metode terapi seperti ini, ketinggian dosis radiasi dapat diatur secara lokal pada tumor

dengan kecepatan dosis menyebar pada jaringan normal di sekitarnya (Robinson,

2006). Brachytherapy dapat digunakan dengan tujuan untuk menyembuhkan kanker

pada stadium jika kanker belum metastasis (menyebar ke bagian lain dari tubuh).

Intracavitari brachytherapy merupakan kontak terapi radiasi dimana diberikan radiasi

dengan memasukkan aplikator melalui lumen (rongga tubuh) yang kemudian akan

diisi dengan sumber radioaktif misalnya iridium. Teknik lainnya adalah interstitial

brachytherapy, yang merupakan cara pemberian radiasi dengan melakukan implantasi

(memasukan biji radioaktif) pada organ menggunakan aplikator jarum atau kateter

plastik yang kemudian akan diisi dengan sumber radioaktif (Gondhowiardjo, 2003).

Pemberian implan dilakukan pada kelenjar prostat. Brachytherapy

meminimalkan batas dosis yang digunakan. Terdapat dua jenis brachytherapy prostat

Page 22: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

7

yaitu temporari dan permanen implan. Permanen implan menggunakan sumber

radiaktif berupa jarum kecil yang lebih popular disebut dengan seed. Implan ini

digunakan pada kanker prostat stadium awal. Iodium-125 dan Palladium-103 adalah

radioisotop yang biasa digunakan untuk implan permanen.

Teknik brachyterapy saat ini adalah dengan cara interstisial yang dipandu

dengan ultraosoundgraph transrectal dan perineal template berupa grid seperti pada

Gambar 2.1. Posisi prostat (berwarna biru) yang terletak dalam tubuh dapat diketahui

dengan menggunakan sistem ultrasound dan grid template guide needle yang

digunakan untuk penyangga panduan peletakan seed. Penempatam seed dengan jarak

1 cm tiap suntikan dan diletakkan secara merata diseluruh bagian prostat. Dalam

sekali brachytherapy dapat diimplankan 50 sampai dengan 100 seed (Yu dkk., 1999).

Prostat menempel pada bagian bawah dinding bladder. Dengan cara implan ini

distribusi dosis akan bergantung pada ketepatan posisi sumber terhadap kanker dan

perencanaan awal sebelum tindakan dilakukan (Robinson, 2006).

Gambar 2.1. Skema Prosedur Penanaman Seed 125I (Robinson, 2006)

Gambar 2.2. menunjukan posisi seed yang telah diimplankan. Dokter dan ahli

brachytherapist menggunakan piranti ultrasound dan gambar x-ray untuk mengetahui

posisi seed yang ditempatkan pada prostat telah pada posisi yang tepat.

Page 23: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

8

Gambar 2.2. Posisi Seed Setelah Penanaman

(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Seedplace.jpg)

Keuntungan brachytherapy dibandingkan radiasi sinar eksternal ada dua yaitu,

radiasi umumnya dibatasi oleh dosis implan, sehingga dosis yang lebih besar dapat

dihantarkan ke sel tumor dengan dosis yang lebih rendah mengenai jaringan normal,

sehingga kontrol lokal tumor lebih baik dan komplikasi lebih sedikit. Yang kedua,

kebanyakan brachytherapy dihantarkan secara berkelanjutan pada dosis rendah, secara

teori ini lebih efektif daripada sinar ekternal yang sesaat dengan dosis tinggi pada

keadaan sel tumor yang berkembang lambat. Implan brachytherapy hanya efektif jika

seluruh bagian tumor terlibat. Tumor haruslah bisa diakses dan batasnya cukup jelas.

Tumor yang besar atau batasnya tidak tegas biasanya tidak dilakukan brachytherapy

karena sulit untuk mencapai bagian tepi dari tumor (Baylay, 2007).

Penerapan teknik brachyterapy dapat mengatasi kelemahan radioterapi yang

tidak fokus terhadap sasaran yang beresiko terkena jaringan sehat di sekitarnya. Oleh

karena itu, diperlukan perkiraan efek biologis secara kuantitatif saat akan

dilaksanakan brachytheraphy pada penderita kanker prostat sebelum implanasi

dilakukan. Tidak seperti kebanyakan pengobatan lainnya, efek biologis dari terapi

Page 24: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

9

radionuklida dapat didefinisikan secara tepat dari segi besaran fisis, yaitu dosis

serapan yang merupakan energi yang diserap oleh jaringan tiap satuan massa.

Oleh Prostate Cancer Research Institute (PCRI) ditetapkan dosis optimum

brachytherapy yang diberikan adalah 145 Gy untuk terapi tunggal dengan seed

implan jenis Iodium-125, dan 125 Gy untuk Palladium-103 (Grimm, dkk., 2003).

2.2. Dosimetri

Dosimetri adalah perhitungan dosis serapan dan optimasi dosis yang

digunakan pada terapi radioisotop. Sebelum perlakuan brachyteraphy dilakukan,

onkologis, dosimetrist dan ahli fisika medis akan menentukan rencana perlakuan yang

optimal. Rencana ini bertujuan memberikan dosis yang tinggi pada tumor (kanker)

dan meminimumkan dosis pada jaringan sehat di sekitar tumor tersebut.

Sangat penting untuk dibedakan antara “dosis serapan” dan “dosis”. Pada

pengertian “dosis” tidak memiliki arti khusus dalam dosimetri radionuklida. Secara

sederhana, dosis digunakan untuk menjelaskan aktivitas yang diatur seperti pada

dosis serapan. Kebanyakan kasus pembedaan ini dapat dilakukan dari konteks

pemakaiannya (Sgouros, 2005).

Untuk tiap radionuklida, banyaknya peluruhan terdistribusi tak homogen yang

menembus tiap satuan volume organ dapat dipastikan secara tepat, dan besarnya

serapan dari tiap sumber ke organ target dihitung oleh simulasi Monte Carlo.

2.2.1. Dosis Serapan

Dosis serap didefinisikan sebagai energi rata-rata yang diserap bahan

persatuan massa bahan tersebut (Ikawati, 2008). Dosis serap juga merupakan energi

absorpsi yang menyebabkan ionisasi yang secara primer bertanggung jawab untuk

efek biologis dari radiasi (Adams, dkk., 1997). Satuan dosis serapan untuk suatu

Page 25: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

10

material adalah Gray (disingkat Gy), 1 Gray sama dengan 1 joule per kilogram = 100

rad.

Dosis serapan ( ) merupakan frasa yang tepat untuk menjelaskan besaran

yang penting dalam dosimetri radionuklida dengan satuan Gy. Dosis serapan

merupakan energi ( ) yang terserap oleh jaringan tubuh persatuan massa (Sgouros,

2005). Dosis serap dirumuskan

= (1).

merupakan banyaknya energi total yang dihasilkan oleh tiap partikel.

Dosis serap yang sama tetapi berasal dari jenis radiasi yang berbeda akan

memberikan efek biologi yang berbeda pada sistem tubuh. Hal ini terjadi karena daya

ionisasi masing-masing jenis radiasi berbeda (Kristiyanti, 2009).

Umur paruh ( ) sebuah radioisotop tidaklah sama dengan umur hidup ( ).

Oleh Beiser (1995), umur hidup isotop memiliki hubungan yang berkebalikan dengan

konstanta peluruhan ( ) yaitu

= 1

= 0,693 (2).

Menurut Lazarine (2006) total bilangan transformasi ( ) dapat dihitung

menggunakan persamaan (4) berikut

= = (3)

dengan adalah aktivitas awal radionuklida (Bq).

Jika total bilangan transformasi dapat ditentukan, maka total dosis pada organ

dapat dihitung. Menurut Lazarine (2006) hasil energi deposisi ( )pada suatu organ

(Mev/Trans) dikalikan dengan total bilangan transformasi ( ) dan membaginya

Page 26: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

11

dengan massa organ ( ) akan dapat diperoleh nilai dosis serap ( ). Persaamn (1)

dapat dituliskan kembali dengan

= × (4).

2.3.Interaksi Foton dengan Materi

Interaksi foton dengan materi pada jaringan tubuh dapat menyebabkan

ionisasi materi penyusunnya sehingga timbul ion diantarnya H+ dan OH– yang sangat

reaktif. Ion itu dapat bereaksi dengan molekul DNA dalam kromosom, sehingga

menurut Kirk dan Ribbans (2004) dapat terjadi:

1. Reaksi ganda DNA pecah

2. Perubahan cross-linkage dalam rantai DNA

3. Perubahan basa yang menyebabkan degenerasi atau kematian sel

Dosis lethal dan kemampuan reparasi kerusakan pada sel-sel kanker lebih

rendah daripada sel-sel normal, sehingga akibat radiasi sel-sel kanker lebih banyak

yang mati dan yang tetap rusak dibandingkan dengan sel-sel normal. Sel-sel yang

masih bertahan hidup akan mereparasi kerusakan DNA-nya sendiri-sendiri.

Kemampuan reparasi DNA sel normal lebih baik dan lebih cepat dibandingkan sel

kanker. Keadaaan ini dipakai sebagai dasar untuk radioterapi pada kanker (Kirk dan

Ribbans, 2004). Dijelaskan oleh Kumar (1996), ionisasi mempunyai kekuatan untuk

menghancurkan keutuhan sel dengan cara

1. Hasil atau benturan dari radiasi terhadap nukleus.

2. Perubahan kimia yang dipicu oleh ionisasi radiasi

Dari segi fisis, hasil interaksi foton tersebut dideteksi berdasarkan

interaksinya dengan materi. Ada tiga macam interaksi utama, yaitu efek fotolistrik,

efek Compton dan produksi pasangan (Beiser, 1995). Ketiga proses di atas

menyebabkan elektron terionisasi atau tereksitasi. Jika tereksitasi kemudian

dilanjutkan dengan de-eksitasi, terjadilah proses pancaran radiasi gelombang

Page 27: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

12

elektromagnetik. Bergantung pada materi yang berinteraksi, jenis gelombang

elektromagnetik yang dipancarkan dapat berupa cahaya tampak atau sinar-X.

2.3.1. Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron atom karena

ditumbuk oleh foton. Pada peristiwa fotolistrik, sebuah foton diserap oleh elektron

orbit yang terikat dalam atom. Tenaga foton diberikan kepada elektron sebagian

untuk melepaskan diri dari orbit atom dan sisanya digunakan untuk bergerak sebagai

tenaga kinetik. Atas dasar alasan ini, elektron yang ditimbulkan oleh efek fotolistrik

dinamakan fotoelektron (Beiser, 1995). Fotoelektron ini memiliki tenaga kinetik yang

besarnya ditunjukkan dalam persamaan (5) di bawah ini

= ℎ − ∅ (5).

merupakan besarnya energi kinetik elektron, ℎ adalah energi foton, dan ∅menyatakan fungsi kerja.

Dari persamaan (5) terlihat bahwa agar efek fotolistrik terjadi, maka energi

foton harus sekurang-kurangnya sama dengan energi ikat elektron yang berinteraksi.

Efek fotolistrik secara skematis dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Skema Efek Fotolistrik (Desi dan Munir, 2001).

2.3.2. Hamburan Compton

inti

= ℎ − ∅ = ℎ N

M

L

K

Page 28: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

13

inti

= ℎ = ℎ

M

L

KN

L

M

K

Hamburan Compton terjadi antara foton dan sebuah elektron bebas atau

hampir bebas, yaitu yang terdapat pada kulit terluar sebuah atom. Foton akan

menyerahkan sebagian energinya pada elektron untuk bergerak dan foton akan

terhambur dengan sudut sebesar terhadap arah gerak foton datang (Beiser, 1995).

Skema hamburan Compton dapat dilihat pada Gambar 2.4 di bawah:

Gambar 2.4. Skema Hamburan Compton (Desi dan Munir, 2001).

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa foton terhambur dengan sudut

sedangkan elektron akan bergerak membentuk sudut terhadap arah datang foton

mula-mula (Beiser, 1995). Hubungan antara foton gelombang datang ( ),foton

terhambur ( ) dan arah hambur ( ) ditunjukkan dalam persamaan (6) :

− = ℎ (1 − cos ) `(6)

Page 29: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

14

2.3.3. Produksi Pasangan

Interaksi ini terjadi antara foton dengan inti atom materi. Produksi pasangan

terjadi jika sebuah foton bergerak di dekat inti atom. Pada proses ini foton hilang dan

sebagai gantinya terbentuk sepasang elektron dan positron. Kedua partikel tersebut

bergerak dengan arah saling berlawanan. Oleh karena massa kedua partikel sama,

maka agar dapat terjadi peristiwa bentukan pasangan, foton harus memiliki tenaga

minimum sebesar 1,022 MeV.

2.4. 125I Sebagai Sumber Radionuklida

Iodium-125 merupakan pemancar gamma tunggal dengan energi 35,49 KeV.

Nuklida ini dibuat melalui reaksi aktivasi neutron dengan sasaran isotop Xenon-124

(124Xe). Iradiasi neutron ini menghasilkan radioisotop 124Xe yang selanjutnya

meluruh menjadi 125I (Japan Radioisotop Association, 1990). Skema reaksi inti

pembentukan 125I dikamar radiasi ditunjukkan oleh Gambar 2.5.

124Xe + n 125Xe-125I+e-

Gambar 2.5. Reaksi Inti Pembentukan Iodium-125 yang Terjadi di

Kamar Radiasi (Saitoh, 1996).

Pada Gambar 2.5. ditunjukkan bahwa 125Xe terbentuk dari reaksi penangkapan

neutron dari 124Xe.

Radiasi gamma energi rendah merupakan radiasi yang efektif untuk

penanganan kanker dalam tubuh dan memilki efek samping yang kecil. Dengan

energi gamma rendah maka semua energi radiasi akan diserap seluruhnya oleh proses

interaksi foton dengan materi (fotolistrik, hamburan Compton dan bentukan

Page 30: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

15

pasangan) sehingga radiasi gamma yang lolos masuk ke dalam jaringan sehat relatif

kecil (Ikawati, 2010).

Keunggulan 125I yaitu memancarkan foto-auger yang efektif merusak DNA sel

kanker. Spesifikasi data peluruhan dari I-125 yang dibuat oleh komite MIRD dapat

dilihat pada Lampiran 1. Proses dari pembentukan foto auger disebabkan karena efek

auger dalam kulit atom. Setelah melewati beberapa peristiwa interaksi, foton dari

emisi transisi x-ray diserap oleh elektron lain pada atom yang sama dalam cell

prostat. Elektron tersebut tereskitasi akibat fotolistrik internal. Proses perubahan x-ray

menjadi fotoelektron ini dinamanakan efek Auger (Alonso dan Finn, 1969).

2.5.MCNP5

2.5.1. MCNP

Kode komputer Monte Carlo N-Particle (MCNP) adalah sebuah kode

transport partikel dengan kemampuan tiga dimensi dan pemodelan sumber. MCNP

menggunakan metode Monte Carlo untuk analisis numerik. Metode Monte Carlo

memberikan solusi numerik untuk mengatasi permasalahan yang terdapat pada

pemodelan objek, termasuk keadaan disekitar objek dan interaksi yang terjadi di

dalamnya. Metode ini sangat akurat pada semua dimensi dan banyak kasus yang

berkaitan dengan transport partikel. Monte Carlo mensimulasikan perjalanan foton

dan elektron pada suatu medium (Mostaar, dkk., 2003). Kode ini dapat diterapkan

pada reaktor fisika, pelindung (shielding), sifat kritis reaktor (Julian, 2001),

lingkungan pembersihan limbah nuklir, pencitraan medis (Yazdani dan Mowlavi,

2007), dan berbagai bidang terkait lainnya (X-5 Monte Carlo Team, 2003). Monte

Carlo melakukan sampling secara random statistik dari semua bilangan. Hal ini

dianalogikan dengan teknik gambling perjudian (X-5 Monte Carlo Team, 2003).

Metode Monte Carlo merupakan metode numerik statistik yang digunakan

untuk menyelesaikan masalah-masalah yang tidak dimungkinkan diselesaikan secara

analitik. MCNP5 merupakan salah satu versi MCNP yang diaplikasikan untuk

Page 31: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

16

membuat simulasi interaksi partikel tidak bermuatan listrik yaitu neutron dan foton

(X-5 Monte Carlo Team, 2003). Program komputer ini telah teruji baik dalam

menyimulasi perjalanan partikel maupun foton di dalam material di bidang medis

yang pernah dilakukan oleh Yazdani dkk. (2007), Mostaar dkk. (2003), Sgouros

(2005), Pourbeigi dkk. (2004), dan Robinson (2003).

Pengguna membuat suatu input file yang kemudian dibaca oleh MCNP. File

ini mengandung informasi tentang permasalahan dalam suatu area, seperti detil

geometri, deskripsi material dan pemilihan tampang lintang, letak dan jenis sumber

netron, foton atau elektron, jenis tally dan teknik untuk meningkatkan efisiensi. File

input ditulis menggunakan Visual Editor (Vised). Untuk cara installasi program dapat

dilihat pada Lampiran 2.

MCNP mengikuti kejadian partikel yang sebenarnya dari partikel hidup ketika

dilepaskan dari sumbernya sampai partikel mati (karena lepas, terserap, dan

sebagainya) sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.6. Metode ini memanfaatkan

probabilitas distribusi sampel secara acak menggunakan data transport untuk

menggambarkan perjalanan partikel.

Gambar 2.6. Perjalanan Random sebuah Foton Datang Mengenai Material.

Gambar 2.6. menunjukkan perjalanan acak foton yang datang melewati

material. Pada contoh khusus ini, tumbukan foton terjadi pada tempat 1. Foton

Materi

Foton datang 2

3e+

e-

2

4

1

5

Page 32: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

17

dihamburkan pada arah yang ditunjukkan, yang dipilih secara acak dari distribusi

hamburan. Foton yang mungkin dihasilkan, untuk sementara disimpan untuk analisis

berikutnya. Pada kondisi 1 terjadi hamburan Compton yang menghasilkan dua

kemungkinan peristiwa yaitu 1 foton yang keluar dari sistem pada posisi 5 atau satu

foton terhambur. Foton hasil efek Compton yang pertama menghasilkan pasangan

elektron dan positron dan hamburan foton. Setelah foton mengalami hamburan

berkali kali, pada tumbukan foton dan materi akan menghasilkan efek fotolistrik

sehingga tenaga foton habis dan foton hilang pada keadaan 4. Foton yang disimpan

tadi, sekarang kembali dan dengan sampling acak, keluar dari luasan material pada

keadaan 2 hingga mengalami keadaan 4 dan 5.

2.5.2. Visual Editor

Visual Editor (Vised) dikembangkan untuk membantu pengguna dalam

penciptaan file input MCNP menggunakan menu button (Carter dan Schwar, 2003).

Vised memungkinkan pengguna untuk dengan mudah mengatur dan mengubah

tampilan geometri. Hasil pemodelan dapat dilihat pada jendela Vised. tersedia pilihan

menu yang memungkinkan memasukan informasi secara cepat dan dapat

memvisualisasi bentuk geometrinya.

Tampilan awal ketika membuka MCNP Vised ditunjukkan dalam Gambar

2.7. Vised terdiri dari beberapa menu utama, yaitu file, input, update plot, surface,

cell, data, run, particle display, tally plots, cross section plots, 3D view, read again,

back up, file dan help. Keterangan lebih lengkap mengenai fungsi masing-masing

menu dapat dilihat pada Lampiran 3.

Page 33: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

18

Gambar 2.7. Start-up Konfigurasi Vised (Carter dan Schwarz, 2003).

2.5.3. Tally MCNP

Pemilihan tally digunakan untuk menentukan jenis hasil keluaran yang

diharapkan dari MCNP5. Informasi yang diinginkan dapat diperoleh dari satu atau

lebih kartu tally. Banyak spesifikasi kartu tally yang menggambarkan tally ‘bins”.

Beberapa contoh adalah kartu energi (En), waktu (Tn), dan cosine (Cn). Tally

didefinisikan dengan tipe tally dan tipe partikel yang menyertainya. Informasi dalam

tally selalu terkait dengan kartu data sebelumnya, termasuk pada jenis partikel yang

digunakan. Untuk mendapatkan hasil tally saja cukup menggunakan tally Fn. Tally

pada MCNP5 meliputi tally nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, dan 8 atau kelipatannya dengan

nomor akhir yang sama dengan tally yang dipilih. Masing-masing tally memiliki

tujuan kalkulasi numerik yang berbeda-beda. Jenis tally Fn yang disediakan oleh

MCNP5 sebagaimana dituliskan pada Tabel 2.1. berikut

Page 34: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

19

Tabel 2.1. Jenis tally Fn dan modifikasi tally (X-5 Monte Carlo Team, 2003)

Tally Mode partikel

Deskripsi Units Modifikasi tally

Units

F1 :N, :P, :E Arus permukaan Partikel *F1 MeVF2 :N, :P, :E Fluks permukaan Partikel/cm2 *F2 MeV/cm2

F4 :N, :P, :E Panjang lintasan yang diperkirakan berdasarkan fluks

Partikel/cm2 *F4 MeV/cm2

F5 :N, :P Fluks dari sumber titik atau cincin detektor

Partikel/cm2 *F5 MeV/cm2

F6 :N, :P, :N,P

Panjang lintasan yang diperkirakan berdasarkan energideposisi

MeV/g *F6 Jerks/g

F7 :N Panjang lintasan yang diperkirakan berdasarkan deposisi energi fisi

Mev/g *F7 Jerks/g

F8 :N, :P, :E, :P,E

Pulsa tally tinggi Pulsa *F8+F8

MeVMuatan

Page 35: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user 20

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu Penelitian

Waktu penelitian dilakukan selama bulan September sampai dengan

November 2010.

3.2. Alat dan Bahan

1. Seperangkat Personal Computer dengan

Sistem Operasi : Microsoft Windows XP© Profesional

Memori : 766 MB RAM

Software : MCNP5©, Microsoft Office Excel© 2007, Microsoft Office

Word© 2007.

2. Data

Bahan dan densitas material untuk pemodelan phantom ORNL-MIRD versi

1996.

Input model phantom ORNL-MIRD.

3.3. Prosedur Pembuatan Simulasi

Pembuatan simulasi brachytherapy prostat ini dilakukan dengan metode

Monte Carlo program MCNP versi 5. Simulasi yang dikerjakan pada skripsi ini

adalah pembuatan geometri phantom model ORNL-MIRD versi 1996 seperti yang

dikeluarkan oleh komite MIRD. Simulasi brachytherapy prostat dilakukan untuk

mengetahui dosis serapan pada bladder saat seeds radionuklida 125I diimplankan

dalam prostat.

Page 36: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

21

Prosedur pembuatan simulasi meliputi tiga tahap yaitu, pembuatan geometri

phantom model ORNL-MIRD versi 1996, mendefinisikan sumber radiasi serta posisi

sumber radiasi, dan pemilihan tally pada *F8 supaya mendapatkan hasil berupa

distribusi energi dalam satuan MeV. Ketiga tahap tersebut akan dibahas lebih lanjut

pada subbab berikutnya.

Dalam pembuatan simulasi diperlukan cara yang sama ketika membuat input

baru. Langkah-langkah yang harus diperhatikan dalam pembuatan input yaitu harus

dilakukan secara berurutan. Tahapan yang dilakukan meliputi :

1. Pembuatan surface dan ukuran surface. Surface merupakan suatu batasan

lapisan atau garis yang mengelilingi suatu cell. Dalam pembuatan surface

juga harus diperhatikan bentuk, ukuran dan posisi surface.

2. Pembuatan input material. Input yang diperlukan meliputi nomor atom

penyusun material, fraksi massa dan densitas material.

3. Pembuatan cell dan ukuran cell. Cell merupakan suatu ruang atau bentuk

tertutup yang dibatasi oleh satu atau lebih surface. Dalam pembuatan

suatu cell diperlukan juga definisi material dan densitas dari cell tersebut.

4. Pemilihan mode partikel yang digunakan, dalam simulasi ini digunakan

mode partikel yang dideteksi adalah foton (P) dan elektron (E).

5. Pembuatan data transformasi.

6. Pendefinisian sumber radioaktif termasuk posisi seed di dalam prosat.

7. Pemilihan tally.

3.3.1. Model Geometri Phantom

Geometri dan definisi material yang digunakan dalam pemodelan phantom

ORNL-MIRD sangatlah penting dalam simulasi brachytherapy prostat. Pada

penelitian sebelumnya oleh Lazarine (2006) dalam thesisnya telah dilampirkan

printout input geometri phantom model ORNL-MIRD untuk brachytherapy prostat.

Dalam pembuatan geometri selalu dibutuhkan data input yang diperlukan meliputi

Page 37: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

22

densitas, material penyusun, bentuk dan ukuran surface serta cell. Geometri phantom

model ORNL-MIRD merupakan bentuk geometri tubuh manusia yang terdiri dari 3

bagian utama tubuh yaitu bagian kepala, bagian badan dan kaki. Pada model ini di

sertakan pula lima bagian organ dalam tubuh lainnya yang dianggap penting yaitu

usus halus, kolon menurun, kolon sigmoid, bladder dan prostat.

Geometri phantom terdiri dari tiga bagian utama yaitu: (1) sebuah silinder

ellips untuk menunjukan badan dan lengan, (2) dua buah lingkaran kerucut yang

terpotong ujungnya menggambarkan anggota gerak kaki, dan (3) sebuah silinder

melingkar yang diletakkan pada batas setengah silinder ellips menggambarkan leher

dan kepala. Di bagian atas kaki yang berupa permukaan datar antara badan dan kaki

tertempel testis.

Ukuran diameter prostat normal laki-laki dewasa adalah 3 cm dengan massa

normal 10 sampai 20 gram (Fuller, 2010). Dalam simulasi ini pemodelan prostat

dibuat berupa cell bulatan dengan jari-jari 2,2 cm, densitas 1,04 g/cm3 dan terletak di

bawah bladder pada posisi (0, −6,0025, 2,505). Komposisi penyusun kelenjar prostat

disamakan dengan komposisi jaringan lunak (soft tissue) dengan volume 16,3625 cc.

Pada kasus penelitian ini, jaringan prostat telah dianggap menjadi jaringan yang

memiliki sel kanker.

Data organ, densitas tiap cell organ dan volume sebagaimana dituliskan pada

Lampiran 4 (Lazarine, 2006). Komposisi dasar dan total densitas organ tubuh untuk

model phantom ORNL-MIRD oleh K.F. Eckerman (2002) dituliskan pada Tabel 3.1.

Page 38: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

23

Tabel 3.1. Komposisi dasar dan densitas organ tubuh model phantom ORNL-MIRD (Eckerman, 2002)

NoAtom Komponen

Persen massa (g/cm3)

Jaringan lunak Tulang Paru-paru1 H 10,454 7,337 10,1346 C 22,663 25,475 10,2387 N 2,490 3,057 2,8668 O 63,525 47,893 75,7529 F 0 0,025 0

11 Na 0,112 0,326 0,18412 Mg 0,013 0,112 0,00714 Si 0,030 0,002 0,00615 P 0,134 5,095 0,08016 S 0,204 0,173 0,22517 Cl 0,133 0,143 0,26619 K 0,208 0,153 0,19420 Ca 0,024 10,190 0,00926 Fe 0,005 0,008 0,03730 Zn 0,003 0,005 0,00137 Rb 0,001 0,002 0,00138 Sr 0 0,003 040 Zr 0,001 0 082 Pb 0 0,001 0

Densitas , , ,

3.3.2. Model Sumber Radiasi

Definisi sumber diperlukan untuk mensimulasikan perjalanan partikel. Dalam

simulasi ini sumber radiasi dimodelkan dalam bentuk seeds yang ditanamkan tersebar

merata dalam prostat dalam posisi yang acak. Definisi sumber yang diperlukan

sebagai inputan MCNP5 adalah jenis partikel yang dipancarkan, energi dan

kelimpahan partikel, arah berkas partikel, dan geometri yang berupa posisi dan

Page 39: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

24

bentuk sumber radioaktif. Sumber radiasi yang digunakan dalam pemodelan ini

diperlihatkan dalam Tabel 3.2.

Tabel 3.2. Data Sumber Radiasi untuk Input MCNP5

Sumber Keterangan

Nuklida 125IBentuk TitikBanyaknya seedEnergi 125IJenis partikelPenempatan sumber

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, dan 90.0,03549 MeVFoton dan elektronDi dalam prostat secara acak

3.3.3. Model Pulsa Distribusi Energi

Tally F8 digunakan untuk menghitung pulsa distribusi energi yang didapatkan

dari tangkapan radiasi oleh detektor. Tally F8 disebut juga tally tinggi pulsa. Kartu F8

digunakan untuk memasukan data cell. Nilai energi total yang dideposisi oleh

keseluruhan foton disimpan di dalam energi bin. Di dalam MCNP5 nilai energi yang

terakumulasi tersebut dinyatakan dalam file MCTAL.

Energi foton dan elektron yang terdeposisi dapat dihitung secara simultan

sesuai keinginan atau dihitung sendiri-sendiri bergantung pada mode partikel yang

digunakan. Telah dituliskan pada Tabel 2.1 mode partikel pada tally F8 adalah :N

untuk netron, :P untuk foton, :E untuk elektron, dan :P,E digunakan untuk elektron

dan foton secara simultan. Pada penelitian ini digunakan mode :P,E untuk

mengetahui karakteristik foton dan elektron apabila berinteraksi dengan material.

Tanda asterisk (*) pada F8 mengubah nilai tally dari tally pulsa tinggi dengan satuan

“pulse” ke tally deposisi energi tiap satuan muatan elektron dengan satuan “MeV”.

Page 40: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

25

3.3.4. Prosedur Pembuatan File Input dan Pengolahan Data

Listing input yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran

5. Langkah pembuatan input diawali dengan pembuatan surface card atau kartu

permukaan, yang merupakan tampilan permukaan dari geometri model. Isi dari kartu

surface adalah jenis surface dan dimensinya. Di bawah surface cards dilanjutkan

dengan cell card yang didalamnya berisi spesifikasi ruang antar surface yang meliputi

densitas material, definisi material, dan nama tiap cell. Di bawah cell card

didefinisikan sumber radiasi dan dilanjutkan dengan perintah pemilihan tally.

Luaran hasil perhitungan MCNP disimpan dalam file bernama mctal. Contoh

isi file mctal dapat dilihat pada lampiran 6. Mctal berisi tentang energi deposisi per

transformasi dari hasil eksekusi simulasi. Selain itu terdapat pula nilai relative error

dan tally fluctuation chart (tfc). TFC merupakan bin beberapa fluktuasi tally. Variasi

dari simulasi yang dibuat adalah jumlah seed yang digunakan. Posisi seed dipilih

secara acak dengan ketentuan seed masih berada pada cell prostat dan tersebar merata

dalam prostat. Setiap perubahan variasi seed selanjutnya di run dan dibuat

perhitungan dosis serapan pada ketiga organ yaitu prostat, dinding bladder dan isi

bladder. Hasil eksekusi simulasi dalam mctal menampilkan nilai ( ) dalam satuan

MeV/Trans.

Luaran yang berupa energi deposisi per transformasi ( ) tersebut masih harus

diolah lagi untuk mendapatkan nilai dosis serap melalui perhitungan. Untuk lebih

jelas dapat dilihat diagram alir kerja yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Page 41: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

26

Gambar 3.1. Diagram Alir Prosedur Pengoperasian Simulasi

Energi deposisi pada isi bladder

Variasi seed

Start

Buat Surface

Buat cell

Definisi sumber radiasi

Pemilihan Tally (* F8)

Output dan Mctal

Selesai

Energi deposisi pada prostat.

Energi deposisi pada dinding

Pengolahan data dosis serapan dan pembuatan grafik

Page 42: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user 27

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini telah berhasil dibuat simulasi brachytherapy prostat untuk

mengetahui dosis serapan pada prostat dan bladder. Pemilihan bladder dan prostat

sebagai pokok permasalahan dari skripsi ini dikarenakan posisi bladder dan prostat

saling berdekatan yaitu prostat menempel pada bagian bawah dinding bladder.

Simulasi yang telah berhasil dibuat ini menjelaskan tentang pemodelan

geometri tubuh manusia yang sebelumnya telah dibuat oleh komite MIRD. Komite

ini. juga memberikan formula perhitungan dosis serapan.

Ketika input data telah jadi dan siap untuk dilakukan proses eksekusi atau

running, lama waktu running program harus ditentukan. Running time dapat

ditentukan dengan input berupa CTME ataupun NPS. Computer Time Cutoff Card

(CTME) akan menghentikan running berdasarkan menit yang diinputkan. History

Cutoff Card (NPS) akan menghentikan running saat jumlah riwayat hidup partikel

sesuai dengan yang diinputkan. Pada simulasi ini running time dihentikan dengan

menggunakan NPS card. NPS yang digunakan adalah 1.000.000. NPS akan

menetapkan secara spesifik jumlah partikel yang hidup tepat pada jumlah 1.000.000

dan perjalanan foton dan elektron berakhir. Hasil dari bentuk geometri yang dibuat

akan dijelaskan pada subbab berikutnya.

4.1. Geometri Phantom Model ORNL-MIRD

Geometri phantom ORNL-MIRD dibuat oleh ORNL dengan analisis

matematis dosis oleh komite MIRD. Hasil running Vised dengan input sebagaimana

dapat dilihat pada Lampiran 5 ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 di

bawah ini:

Page 43: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

28

Gambar 4.1. Tampilan Geometri ORNL-MIRD yang Telah Dibuat.

Gambar 4.2. Geometri Prostat dan Bladder yang Telah Dibuat

Pemodelan bentuk tumor secara tepat tidaklah mudah untuk dilakukan. Dari

beberapa literatur disebutkan pendekatan model dibuat untuk menentukan dosis

serapan pada tumor dan distribusi dosis dari tumor ke organ normal lainnya.

Pendekatan yang paling sederhana dibuat dengan mengasumsikan bahwa semua

Page 44: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

29

elektron ditempatkan secara lokal. Pengaruh foton ke dunia luar relatif diabaikan

terhadap dosis serapan pada tumor.

Penelitian ini membuat geometri prostat dengan jari-jari 2,2 cm, densitas

1,04 g/cm3 dan terletak di bawah bladder pada posisi koordinat Cartesian yaitu

(0, −6,0025, 2,505). Pengaruh banyaknya foton pada jaringan tidak diabaikan dan

secara bergantian dapat diamati fraksi energi elektron yang diserap. Perbedaan warna

yang tampak merupakan akibat dari perbedaan densitas material penyusun phantom

yang digunakan. Material dan densitas material yang digunakan pada phantom

ORNL-MIRD dapat dilihat pada sebagaimana pada Lampiran 4. Gambar 4.2.

menunjukan bagian organ prostat dan bladder yang dibuat dalam cell berbentuk

ellipsoid.

Dari gambar 4.2. terdapat angka-angka yang menunjukan nomor cell dari

geometri tersebut. Nomor cell 6000 merupakan cell prostat. Nomor cell 3000

merupakan dinding bladder dan nomor cell 3001 adalah isi bladder.

Simulasi geometri yang telah berhasil dibuat kemudian digunakan untuk

proses pendefinisian sumber radioaktif yaitu 125I dengan spesifikasi sebagaimana

yang dilampirkan pada Lampiran 1.

Pemberian jumlah seed 125I dalam simulasi dilakukan variasi dari 10, 20, 30,

40, 50, 60, 70, 80, dan 90. Seed yang diimplankan dalam prostat dipsosisikan

tersebar merata secara acak dalam prostat. Pemberian ini bertujuan untuk meratakan

distribusi sebaran foton pada sel kanker. Pendefinisian sumber radioaktif dalam

simulasi yang dibuat adalah berupa titik. Pemilihan jumlah titik maksimum sebanyak

90 dianggap mewakili volume prostat. Jika seed yang diimplankan jumlahnya sedikit,

distribusi foton tidak merata. Namun, apabila terlalu banyak radiasi foton akan

tersebar luas dan mengenai organ sehat lainnya dengan dosis serapan yang tinggi.

Setelah dilakukan running input program dan pembacaan output didapatkan

interaksi yang terjadi antara foton 125I dengan materi pada cell prostat. Tabel 4.1

menjelaskan interaksi foton yang terjadi.

Page 45: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

30

Sebagaimana telah dijelaskan pada BAB III, untuk mengetahui karakteristik

foton dan elektron hasil interaksi dengan material didapatkan hasil seperti pada Tabel

4.1 dan tabel 4.2.

Tabel 4.1. Interaksi foton yang terjadi pada cell prostat dan bladder.

Interaksi foton Energi (MeV)

BremstrahlungFoton keluar

6,6904 × 105,9012 × 10Dari tabel 4.1. dapat dilihat bahwa salah satu interaksi yang terjadi pada cell

prostat adalah bremstrahlung. Pada peristiwa bremstrahlung terjadi pelepasan energi

sebesar 6,6904 × 10 MeV. Penyebab dari hilangnya foton pada cell prostat dan

bladder adalah foton keluar dari sistem seperti yang telah dipaparkan dan

diilustrasikan dalam BAB II, Gambar 2.6.

Selain foton, elektron yang dihasilkan dari ionisasi 125I juga berinteraksi

dengan materi cell. Interaksi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.2. Interaksi elektron yang terjadi pada cell prostat dan bladder

Interaksi foton Energi (MeV)

Photon auger 4,8482 × 10Interaksi elektron dengan materi juga menghasilkan photon-auger dengan

tenaga 4,8482 × 10 MeV. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa I-125 juga

menghasilkan fotoauger yang dapat memutuskan ikatan kromosom (Ikawati, 2010).

Secara fisis dapat dijelaskan bahwa, sel kanker akan rusak karena hasil

ionisasi 125I. Sel sehat memiliki proses kematian yang pasti berdasarkan umur hidup

sel tersebut. Sel akan mati dengan sendirinya apabila sudah tua atau rusak. Sel kanker

mudah dan cepat membelah secara terus menerus hingga mencapai keadaan

metastatis. Pembelahan sel ini membutuhkan energi yang tinggi untuk metabolisme,

sehingga relatif sebagian penderita kanker menjadi lemah. Untuk membunuh sel

Page 46: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

31

kanker tersebut diperlukan energi yang sesuai dengan kondisi pasien dan

perkembangan sel kanker. Energi ionisasi akan membuat atom-atom dalam sel untuk

bergetar. Energi tersebut akan diserap. Energi kinetik yang diserap oleh sel kanker

akan menyebabkan sel menjadi panas sehingga sel akan terbakar dan mati.

Tenaga ionisasi γ dari 125I dapat memutuskan kromososm, sehingga DNA

pada sel kanker akan rusak. Apabila sebaran tenaga foton ini mengenai sel sehat dan

dapat memutuskan kromosom sehat maka dapat terjadi mutasi genetik. Oleh karena

itu, dalam pemberian dosis dan jenis material sumber yang digunakan harus

direncanakan setepat mungkin.

4.2. Dosis Serapan Dari Hasil Simulasi dan Perhitungan

Tally pada brachytherapy prostat ini memberikan hasil berupa energi yang

diserap per transformasi untuk masing-masing organ yang penting saat seed di

implantkan. Nuklida akan meluruh hingga keaktifannya habis. Oleh karena itu, harus

dihitung total bilangan transformasi yang akan terjadi pada seed yang melebihi waktu

paruh radionuklida tersebut. Energi yang diserap diberi satuan MeV. Untuk

mengetahui dosis serapan per satuan massa organ maka satuan harus dikonversikan

ke dalam Gray.

Sejak phantom ORNL-MIRD dibuat dengan disertai volume organ dan

densitas, massa tiap organ dapat diketahui dengan mudah, yaitu dengan persamaan

(7) berikut

= × (7)

dengan : = densitas organ (gr/cc)

= massa (gr)

= volume (cc).

Dalam kasus ini total aktivitas adalah banyaknya seed yang digunakan

dikalikan dengan aktivitas tiap seed. Hasil deposisi energi untuk tiap transformasi

Page 47: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

32

partikel pada organ yang ditinjau sebagaimana output running dituliskan pada Tabel

4.3. berikut:

Tabel 4.3. Hasil Running Simulasi

No.Jumlah

SeedEnergi (MeV)

Prostat(× )

Dinding bladder(× )

Isi bladder(× )10 5,421 11,33 4,04420 5,740 9,901 3,62930 6,133 8,886 3,32640 6,325 8,112 3,06950 6,408 7,500 2,85360 6,310 6,954 2,64470 6,348 6,475 2,47180 6,272 6,048 2,33190 6,218 5,661 2,186

Hasil output tersebut kemudian dikonversikan ke satuan Gy/Trans. Umur

hidup ditentukan menggunakan persamaan (2). Total bilangan transformasi dihitung

setiap variasi seed dengan menggunakan persamaan (3) sebagaimana yang telah

dituliskan pada BAB II. Sehingga dengan menggunakan persamaan (7) untuk

menentukan massa tiap organ maka dosis serap dapat dihitung dengan mudah

menggunakan persamaan (4). Hasil perhitungan dapat dilihat di lampiran perhitungan

yaitu Lampiran 7.

Dari hasil pada perhitungan Lampiran 7, dapat dibuat tabel dosis serapan pada

prostat dan bladder dengan variasi jumlah seed seperti pada Tabel 3.2. Variasi seed

dilakukan dengan tujuan untuk memvariasi aktivitas total yang digunakan dalam

simulasi. Semakin banyak seed yang digunakan maka semakin besar pula nilai

aktivitas totalnya. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Page 48: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

33

Tabel 4.4. Dosis Serapan Hasil Perhitungan

No.Jumlah

SeedDosis serapan (Gy)

Prostat(× ) Dinding bladder(× ) Isi bladder(× )10 287 ± 1 77 ± 1 139 ± 520 608 ± 2 135 ± 1 250 ± 130 975 ± 3 181 ± 3 345 ± 1,240 1341 ± 3 220 ± 4 421 ± 250 1697 ± 5 253 ± 2 491 ± 260 2006 ± 5 283 ± 2 546 ± 270 2355 ± 7 308 ± 3 595 ± 380 2659 ± 8 328 ± 4 642 ± 490 2966 ± 9 346 ± 4 677 ± 4Dari Tabel 4.4. juga dapat dilihat bahwa dosis serapan pada prostat lebih besar

dari bladder. Dinding bladder mendapatkan dosis serapan yang lebih besar dari isi

bladder. Perbedaan nilai dosis serapan ini dikarenakan peletakan sumber radioaktif di

dalam prostat akan menyebabkan distribusi energi γ dalam prostat lebih besar untuk

diserap oleh material prostat. Bladder yang terdiri dari dinding dan isi juga

menentukan dosis serapan pada kedua bagian tersebut. Dinding bladder terletak pada

bagian terluar dari bladder serta lebih dekat dengan prostat sebagaimana dapat dilihat

pada Gambar 2.1. Isi bladder terlindungi oleh lapisan dinding bladder sehingga

sebelum radiasi γ sampai pada isi bladder, radiasi akan diserap oleh prostat dan

dinding bladder terlebih dahulu sehingga dosis serapan pada isi bladder lebih kecil

dari kedua organ tersebut.

Dalam rencana awal perlakuan implantasi, pemberian dosis untuk

brachytherapy prostat hanya dapat dilakukan pada kanker stadium awal.

Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya dosis optimum brachytherapy untuk seed125I adalah 145 Gy. Berdasarkan simulasi dan perhitungan, jumlah seed maksimum

yang divariasikan pada penelitian ini yaitu 98 masih kurang memenuhi dosis 145 Gy.

Page 49: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Sehingga untuk meningkatkan dosis serapan tersebut maka jumlah

ditambahkan.

Grafik hubungan antara jumlah

dosis serapan yang

Gambar 4.3 menunjukkan grafik dosis serapan pada

menunjukkan grafik dosis serapan pada

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara J

0

5

10

15

20

25

30

35

0

Dos

is s

erap

an (G

y)Sehingga untuk meningkatkan dosis serapan tersebut maka jumlah

Grafik hubungan antara jumlah seed yang digunakan pada input simulasi dan

dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.3

menunjukkan grafik dosis serapan pada cell prostat. Gambar 4.4

menunjukkan grafik dosis serapan pada cell dinding bladder dan isi

. Grafik Hubungan Antara Jumlah Seed dan Dosis S

Cell Prostat.

y = 0,338x - 0,358R² = 0,999

20 40 60 80Jumlah seed

Grafik dosis serapan pada prostat

34

Sehingga untuk meningkatkan dosis serapan tersebut maka jumlah seed harus

yang digunakan pada input simulasi dan

4.3 dan Gambar 4.4.

prostat. Gambar 4.4

dan isi bladder.

dan Dosis Serapan pada

100

Page 50: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

35

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Jumlah Seed dan Dosis Serapan pada

Cell Dinding dan Isi Bladder.

Pada Gambar 4.3. dan Gambar 4.4 ditunjukkan bahwa semakin banyak

jumlah seed yang digunakan dalam simulasi maka semakin besar pula nilai dosis

serapannya. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa jumlah seed mempengaruhi jumlah

peluruhan foton tiap detik. Dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa aktivitas total pada

iodium-125 yang diimplankan berhubungan secara linier dengan dosis serapan.

Semakin tinggi aktivitas radionuklida maka semakin besar dosis serapan. Gambar 4.3

menunjukan dosis serapan oleh isi bladder lebih rendah dibandingkan dengan dinding

bladder. Gambar 4.3 memiliki persamaan garis linier sebagaimana dituliskan di

bawah ini

= 0,338 − 0,358 (8).

Dengan persamaan (8) diatas maka untuk mencapai nilai dosis yang optimum

dapat dilakukan intrapolasi dan ekstrapolasi jumlah seed. Jika merupakan fungsi

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 20 40 60 80 100

Dos

is s

erap

an (G

y)

Jumlah seedDinding bladder Isi bladder

Page 51: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

36

dosis serapan, adalah jumlah seed yang diimplankan dan = 145, maka

didapatkan nilai = 430 seed. Implantasi seed sebanyak itu tidaklah mungkin

dilakukan dalam sekali waktu pengobatan. Terapi dilakukan beberapa kali hingga

dosis serapan pada organ mencapai nilai optimum. Nilai dari trendline pada

gambar 4.3 adalah 0,999 yang menunjukan bahwa reliability dari titik-titik ordinat

grafik mendekati nilai sempurna.

Pemberian dosis pada prostat dipantau supaya laju dosis peluruhan seed

kurang dari 5 cGy/jam dengan periode treatmen sekitar 180 hari. Laju dosis awal

yang digunakan adalah 7 cGy/jam dan kemudian dilakukan dengan kontrol laju dosis

kurang dari 5cGy/jam hingga didapatkan total dosis adalah 145 Gy (Aird, dkk, 2001).

Dosis radiasi bergantung pada banyaknya energi yang disimpan atau diserap

oleh suatu material dan bergantung pada aktivitas radioaktif. Pemberian radioaktif

akan memberikan dosis yang bergantung pada aktivitas, lama waktu radiasi, energi

emisi radiasi dan jarak sumber ke target. Pemindahan peletakkan sumber radioaktif

pada variasi seed hanya dapat mengurangi energi yang diserap tiap satuan massa

tetapi bukan total dosis serapan.

Dari tabel perhitungan dan hasil simulasi, tidak dapat dipungkiri bahwa

penggunaan radioterapi pada pengobatan kanker memberikan bukti bahwa dosis yang

terserap dapat digunakan sebagai taksiran awal dosis serapan. Dosis serapan ini

kemudian dapat digunakan untuk mengetahui dampak biologis yang akan dialami

pasien. Simulasi Monte Carlo menghasilkan nilai relatif error yang kecil yaitu

dibawah 1%. Relatif error yang kecil menunjukan ketelitian dalam distribusi sebaran

foton pada organ terjadi secara merata.

Page 52: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

37

BAB V

PENUTUP

5.1. Simpulan

Telah berhasil dibuat simulasi brachytherapy prostat menggunakan

software MCNP5. Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dan dari data

yang diperoleh, maka dapat disimpulkan:

1. Geometri phantom ORNL-MIRD telah berhasil dibuat dan dilakukan proses

eksekusi.

2. Dosis serapan pada prostat meningkat secara linier dengan semakin

banyaknya jumlah seed 125I yang dimplankan pada prostat.

3. Grafik antara dosis serapan dan jumlah seed pada prostat memiliki

persamaan garis linier yaitu = 0,338 − 0,358. Dengan persamaan

tersebut maka untuk mencapai nilai dosis yang optimum 145 Gy dapat

dilakukan intrapolasi dan ekstrapolasi jumlah seed. Dari simulasi didapatkan

bahwa jumlah seed yang optimum adalah 430 dengan posisi seed yang

tersebar merata di seluruh bagian prostat. Jumlah seed tersebut untuk mode

partikel yang digunakan adalah foton dan elektron.

4. Dosis yang diserap oleh prostat lebih besar daripada bladder. Isi bladder

memiliki dosis serapan paling rendah.

5.2. Saran

Pemakaian simulasi ini hanya sebatas pembuatan dan perhitungan dosis

serapan pada prostat dan bladder dan merupakan penelitian awal perhitungan

dosis serap. Untuk penelitian lebih lanjut, dapat dilakukan

Page 53: SIMULASI PENENTUAN DOSIS SERAPAN - core.ac.uk · untuk menentukan energi yang diserap per transformasi partikel pada organ prostat dan bladder dengan menggunakan software MCNP5. Sumber

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

38

1. Model geometri ORNL-MIRD hasil simulasi brachyteraphy prostat ini

dapat digunakan untuk menentukan dosis serapan pada organ selain pada

prostat dan bladder.

2. Disarankan untuk dapat memperhatikan aspek waktu pemberian dosis dan

laju dosis dalam penentuan dosis serap penelitian selanjutnya.

3. Dilakukan verifikasi dosis dengan peletakkan seed yang teratur dan

terstruktur sesuai dengan kondisi riil dari brachytherapy prostat sehingga

dapat ditinjau pengaruh peletakkan seed terhadap nilai dosis serap.

4. Simulasi berikutnya juga disarankan untuk dapat mengetahui dosis serapan

dengan menggunakan sumber Palladium-103.