Abstrak
Radiasi sinar-X merupakan suatu gelombang
elektromagnetik dengan gelombang pendek Gelombang elektromagnetik banyak
jenisnya antara lain sinar lampu, ultra violet, infra merah, gelombang radio,
dan TV. Sinar-X mempunyai daya tembus yang cukup tinggi terhadap bahan yang
dilaluinya. Dengan demikian sinar-X dapat dimanfaatkan sebagai alat diagnosis
dan terapi di bidang kedokteran nuklir. Perangkat sinar-X untuk diagnosis
disebut dengan photo Rontgen sedangkan yang untuk terapi disebut Linec (Linier
Accelerator). Dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka photo Rontgen dapat
di tingkatkan fungsinya lebih luas yaitu melalui alat baru yang disebut dengan
CT. Scan (Computed Tomography Scan). Adanya peralatan peralatan yang
menggunakan sinar-X maka akan membantu dalam mendiagnosis dan pengobatan
(terapi) suatu penyakit, sehingga dapat meningkatkan kesehatan masyarakat. Untuk di tingkat daerah
peralatan yang menggunakan sinar-X masih terbatas hanya pada pesawat Rontgen.
Karena pesawat radioterapi membutuhkan catu daya listrik yang cukup besar, pada
hal sumber listrik di daerah relatip masih rendah. Oleh sebab itu pembahasan
disini lebih dititik beratkan pada
penggunaan sinar-X untuk pesawat Rontgen.
Kata kunci : sinar-X, Photo Rontgen, CT-scan,
Linac.
A.
Pendahuluan
Sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen seorang
berkebangsaan Jerman pada tahun 1895. Penemuanya diilhami dari hasil percobaan
percobaan sebelumnya antara lain dari J.J Thomson mengenai tabung katoda dan
Heinrich Hertz tentang foto listrik. Kedua percobaan tersebut mengamati gerak
elektron yang keluar dari katoda menuju ke anoda yang berada dalam tabung kaca
yang hampa udara.
Pembangkit sinar-X berupa tabung hampa udara yang di
dalamnya terdapat filament yang juga sebagai katoda dan terdapat komponen
anoda. Jika filamen dipanaskan maka akan keluar elektron dan apabila antara
katoda dan anoda diberi beda potensial yang tinggi, elektron akan dipercepat
menuju ke anoda. Dengan percepatan elektron tersebut maka akan terjadi tumbukan
tak kenyal sempurna antara elektron dengan anoda, akibatnya terjadi pancaran
radiasi sinar-X.
Pemanfaatan sinar-X di bidang kedokteran nuklir merupakan
salah satu cara untuk meningkatkan kesehatan masyarakat. Aplikasi ini telah
cukup beragam mulai dari radiasi untuk diagnostik, pemeriksaan sinar-X gigi dan
penggunaan radiasi sinar-X untuk terapi. Radioterapi adalah suatu pengobatan
yang menggunakan sinar pengion yang banyak dipakai untuk menangani penyakit
kanker. Alat diagnosis yang banyak digunakan di daerah adalah pesawat sinar-X
(photo Rontgen) yang berfungsi untuk photo thorax, tulang tangan,kaki dan organ
tubuh yang lainnya. Alat terapi banyak terdapat di rumah sakit-rumah sakit
perkotaan karena membutuhkan daya listrik yang cukup besar. Di negara maju,
fasilitas kesehatan yang menggunakan radiasi sinar-X telah sangat umum dan
seringdigunakan.
Radiasi di bidang kedokteran membawa manfaat yang cukup
nyata bagi yang menggunakannya. Dengan radiasi suatu penyakit atau kelainan
organ tubuh dapat lebih awal dan lebih teliti dideteksi, sementara terapi
dengan radiasi dapat lebih memperpanjang usia penderita kanker atau tumor.
B.
Pembahasan
1. DASAR PERCOBAAN SINAR-X
Peristiwa terjadinya sinar-X diawali dari percobaan Heinrich
Hertz pada tahun 1887 dengan menggunakan tabung hampa yang berisi katoda dan
anoda. Katoda dan anoda dihubungkan dengan sumber listrik E. Pada tegangan, E,
yang rendah tidak ada arus elektron dari katoda ke anoda yang dapat dilihat
dari galvanometer.
Pada saat katoda disinari gelombang pendek elektromagnetik
ternyata dari katoda keluar elektron menuju anoda yang diamati dari
galvanometer. Arus yang terbaca di Galvanometer adalah arus yang sangat kecil
dalam order mikro ampere. Peristiwa di atas disebut dengan efek foto listrik.
Kecuali disinari dengan gelombang pendek elektron dapat keluar dari katoda
dengan cara dipanaskan sehingga terjadi emisi thermis. Jadi dengan cara
dipanaskan atau diberi gelombang pendek elektromagnetik katoda dapat
memancarkan elektron lebih banyak.
Makin pendek gelombang elektromagnetik yang menumbuk katoda,
maka makin besar arus yang mengalir dan sebaliknya makin panjang gelombangnya,
makin kecil arus yang terbaca di galvanometer. Hal demikian dapat dipahami
karena bila gelombang elektromagnetik panjang gelombangnya makin pendek berarti
frekuensinya makin besar dan energinya juga makin besar. Gambar 1. menunjukkan
alat foto listrik.
Gambar
1. Alat Foto Listrik
Karakteristik
gelombang elektromagnetik ditentukan oleh panjang gelombang, frekuensi, dan
kecepatan. Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik di udara untuk semua
panjang gelombang adalah sama yaitu sama dengan kecepatan dalam ruang hampa c =
3 1010cm/det.
C
= v × λ
dengan :
c : Kecepatan rambat dalam hampa
(cm/det)
v : Frekuensi gelombang (cycle/det)
λ : Panjang gelombang, (cm)
Pemancaran
energi radiasi elektromagnetik oleh sumbernya tidak berlangsung secara kontinyu
melainkan secara terputus-putus (diskrit), sehingga berupa paket yang harganya
tertentu yang disebut dengan kuanta/foton. Besar energi kuanta tergantung pada
frekuensi gelombang.
E
=h ×v
dengan :
E : Energi foton, (eV)
h : Tetapan Max
Plank, (Joule/det)
v : Frekuensi gelombang, (cycle/det)
1.
TERJADINYA
SINAR-X
Pada
peristiwa terjadinya tumbukan tak kenyal sempurna antara elektron dengan atom
anoda (targed) akan terjadi dua hal sebagai berikut.
1.
Terjadi
radiasi yang dikenal dengan “bremstrahlung” yaitu elektron yang mendekati atom
targed (anoda) akan berinteraksi dengan atom bahan anoda, tepatnya dengan
elektron luar atom tersebut. Ia mengalami perlambatan sehingga mengeluarkan
radiasi. Radiasi ini memiliki aneka ragam panjang gelombang, oleh karena itu
proses bremstrahlung dapat dialami elektron berulang kali, sehingga spectrum
radiasi ini bersifat kontinyu. Spektrum sinar-X bremstrahlung seperti
terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Spektrum sinar-X[4]
Peristiwa tumbukan antara elektron
dengan atom anoda dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar
3. Tumbukan Antara Elektron dengan Anoda
2.
Elektron
yang mendekati atom didalam anoda berinteraksi dengan elektron dalam atom
tersebut, berupa tumbukan tak kenyal sempurna, akibatnya elektron anoda
terlepas dari kulitnya. Atom tertinggal dalam keadaan bereksitasi yang dalam
keadaan tidak stabil. Maka terjadilah (dalam waktu 10-8 detik) pengisian
kekosongan itu oleh elektron-elektron yang lebih luar. Perpindahan kulit yang
luar ke kulit yang dalam disertai pancaran radiasi dengan panjang gelombang
tertentu, maka radiasi ini bersifat diskrit. Interaksi elektron
dengan atom anoda dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4.
Interaksi Elektron dengan Atom Anoda
2.
FAKTOR-FAKTOR
YANG BERPENGARUH PADA CITRA
a)
Pengaruh
Arus (mA)
Arus akan berpengaruh pada
intensitas sinar-X atau derajat terang/brighnees. Dengan peningkatan mA
akan menambah intensitas sinar-X dan sebaliknya. Oleh sebab itu derajat terang
dapat diatur dengan mengubah mA.
1.
Pengaruh
jarak dan waktu pencitraan (exposure)
Di samping arus (mA) jarak dan waktu
pencitraan juga berpengaruh pada intensitas. Waktu exposure yang lama
juga akan meningkatkan intensitas dari sinar-X. Untuk itu dalam setiap
pengoperasian pesawat sinar-X selalu dilakukan pengaturan waktu (S) dan arus
(mA) atau biasa disebut dengan mAS yang bergantung pada obyek yang disinari.
Jika tabung didekatkan pada obyek maka intensitas akan naik dan hasil gambar
jelas dan terang. Sebaliknya jika tabung dijauhkan dari obyek maka intensitas
akan menurun. Dari sini dapat disimpulkan bahwa cahaya dan sinar-X merambat
dalam pancaran garis lurus yang melebar.
2.
Pengaruh
Tegangan (kV)
Tegangan tinggi merupakan daya dorong
elektron di dalam tabung dari katoda ke anoda. Supaya dapat menghasilkan
sinar-X daya dorong ini harus kuat sehingga mampu menembus obyek. Dengan
demikian perubahan kV sangat berpengaruh terhadap daya tembus sinar-X.
b)
Penyerapan
Sinar-X
Penyerapan
sinar-X oleh suatu bahan tergantung pada tiga faktor sebagai berikut.
a. Panjang
gelombang sinar-X
b. Susunan
obyek yang terdapat pada alur berkas sinar-X
c.
Ketebalan dan kerapatan obyek
Jika kV
rendah maka akan dihasilkan sinar-X dengan gelombang yang panjang dan
sebaliknya dengan kV tinggi maka panjang gelombang sinar-X akan semakin pendek.
Penyerapan
sinar-X oleh suatu bahan juga tergantung pada susunan obyek yang dilaluinya,
sedangkan susunan obyek tergantung pada nomor atom unsur, misalnya nomor atom
alumunium lebih rendah dari nomor atom tembaga. Ternyata penyerapan sinar-X
alumunium lebih rendah dari penyerapan sinar-X oleh tembaga. Timah hitam
mempunyai nomor atom yang besar, maka daya serap terhadap sinar-X juga besar.
Ketebalan dan kerapatan suatu unsur bahan juga berpengaruh terhadap penyerapan
sinar-X. Bahan yang tebal akan lebih banyak menyerap sinar-X dibanding dengan
bahan yang tipis, tentunya pada unsur yang sama.
Penyerapan
sinar-X oleh tubuh manusia pada proses photo Rontgen dapat dijelaskan sebagai
berikut. Tubuh manusia dibentuk oleh unsur-unsur yang sangat komplek. Oleh
sebab itu, penyerapan sinar-X oleh tubuh pada proses Rontgen tidak sama,
misalnya tulang akan lebihbanyak menyerap sinar-X dibanding dengan otot atau
daging. Bagian tulang yang sakit atau daging akan lebih besar menyerap sinar-X
dibanding kondisi normal. Usia juga akan menjadi penyebab perbedaan penyerapan
sinar- X. Tulang orang tua yang telah kekurangan kalsium, maka penyerapan
sinar-X akan berkurang dibanding tulang anak muda.
c) Terbentuknya Sinar-X pada Pesawat
Sinar-X
Untuk keperluan diagnostik sendiri, citra (image) sinar-X
diperoleh pada permukaan film fotografi. Citra terbentuk karena terjadi
perbedaan intensitas sinar-X yang datang (sampai) ke film setelah di’lewat’kan melalui
bagian tubuh yang difoto. Bagian tubuh yang lebih rapat dan mengandung unsur
kimia tertentu dapat bereaksi dengan sinar-X dan menyebabkan kuantitas sinar-X
yang sampai ke film menjadi berkurang. Contoh kasusnya adalah pada pemotretan
organ tulang. Tulang mengadung banyak unsur kimia kalsium (Ca) dan unsur
kalsium menyerap banyak partikel sinar-X sehingga menyebabkan berkurangnya
sinar-X yang tiba di film pada daerah yg terhalangi tulang tersebut. Hasilnya
adalah citra berwarna putih sebagai gambaran tulang pada film, sedangkan organ
lainnya akan dilewatkan begitu saja dan menghitamkan film.
 |
||
|
Sebuah foto sinar-X (radiograf) diambil oleh Rontgen
|
Pada
aplikasinya, penciptaan sinar-X tak lagi mengandalkan mekanisme tabung Crookes,
melakinkan dengan menggunakan pesawat sinar-X modern. Pesawat sinar-X modern
pada dasarnya membangkitkan sinar-X dengan mem’bombardir’ target logam dengan
elektron berkecepatan tinggi. Elektron yang berkecepatan tinggi tentunya
memiliki energi yang tinggi, dan karenanya mampu menembus elektron-elektron
orbital luar pada materi target hingga menumbuk elektron orbital pada kulit K
(terdekat dengan inti).
Elektron yang tertumbuk akan terpental dari orbitnya,
meninggalkan hole pada tempatnya semula. Hole yang
ditinggalkannya itu akan diisi oleh elektron dari kulit luar dan proses itu
melibatkan pelepasan foton (cahaya elektromagnetik) dari elektron pengisi
tersebut. Foton yang keluar itulah yang kemudian disebut sinar-X, dan
keseluruhan proses terbentuknya sinar-X melalui mekanisme tersebut disebut
mekanisme sinar-X karakteristik.
Adapun mekanisme lain yang mungkin terjadi adalah emisi
foton yang dialami oleh elektron cepat yang dibelokkan oleh inti atom target
atas konsekuensi dari interaksi Coulomb antara inti atom target dengan elektron
cepat. Proses pembelokkan ini melibatkan perlambatan dan karenanya memerlukan
emisi energi berupa foton. Mekanisme ini disebut Bremsstrahlung (bahasa Jerman
dari ‘radiasi pengereman’).
 |
|||
|
Ilustrasi proses terbentuknya sinar-X
baik Bremsstrahlung maupun sinar-X karakteristik
|
Selanjutnya, pesawat sinar-X modern memanfaatkan kedua
kemungkinan di atas untuk memungkinkan produksi sinar-X.
Seperti
terlihat pada gambar ilustrasi, beda potensial antara anoda dan katoda dibuat
sedemikian rupa sehingga mencapai angka yang cukup untuk membuat elektron
melompat dengan kecepatan tinggi setelah katoda diberi energy (biasanya 1000
Volt). Setelah elektron pada katoda melompat dan menghantam filamen pada anoda,
terjadilah sinar-X yang terjadi dengan mekanisme sinar-X karakteristik ataupun Bremsstrahlung.
Karena
filamen pada anoda dimiringkan ke bawah, foton sinar-X akan menuju ke bawah,
keluar dari pesawat sinar-X lalu melewati jaringan yang dipotret.
Bayangan/citra pun terbentuk pada film yang diletakkan di bawahnya.
Gambar
RangkaianPesawat Rontgen Konvensional.
Gambar
6. Blok rangkaian tabung rontgen
Tidak ada komentar:
Posting Komentar