Babeh Edi

Aplikasi Dosimeter TLD dalam Bidang Kesehatan

Heru Prasetio*

Bidang Dosimetri, Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi, Badan Tenaga Nuklir Nasional

*prasetio@batan.go.id, heru_p@fisika.ui.ac.id

Abstrak

Radiasi nuklir atau radiasi pengion hanya dapat dideteksi dan diukur dengan dosimeter atau detektor yang dirancang khusus. Detektor TLD merupakan yang  salah satu detektor cukup sensitif dan bisa diaplikasikan secara luas. Jenis detektor TLD memiliki beberapa keunggulan antara lain, memiliki rentang energi yang lebar μGy –Gy, tidak dipengaruhi oleh laju dosis, tidak mengalami saturasi, dapat digunakan untuk periode yang lama dan cocok untuk mengukur dosis lingkungan, lebih sensitif dan dapat membedakan dosis 0.05mSv/bulan, fleksibel untuk pengukuran ekstremitas, dapat digunakan berulang-ulang, dan hasil pengukuran dapat dibaca dengan cepat <30second. Kelemahan detektor TLD antara lain data pengukuran hanya dapat dibaca satu kali, membutuhkan kondisi penyimpanan yang stabil, memiliki efek fading, dan sensitif terhadap cahaya. Dalam pengukuran radiasi. Detektor TLD merupakan detektor cukup fleksibel dan dapat diaplikasikan untuk pengukuran dosis diseluruh bidang kesehatan. Bentuknya yang kecil membuat detektor TLD dapat digunakan hampir diseluruh kondisi. Diharapkan penggunaan TLD yang cukup luas dapat memudahkan fisikawan medik dalam melakukan kegiatan penelitian dan proteksi radiasi.

Pendahuluan

            Menurut data dari Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN) pada tahun 2002 terdapat sekitar 2000 instansi memanfaatkan radiasi pengion, dengan 29% pada bidang industri, 69% bidang kesehatan, dan 2% Litbang[1]. Perkembangan pemanfaatan radiasi pengion ini harus diimbangi dengan sistim keselamatan yang mencakup asas justifikasi (asas manfaat), optimasi dan limitasi (pembatasan dosis). Sistim dosimetri yang tepat dan akurat sangat diperlukan untuk meningkatkan keselamatan dalam pemanfaatan radiasi pengion.

            Radiasi nuklir atau radiasi pengion hanya dapat dideteksi dan diukur dengan dosimeter atau detektor yang dirancang khusus. Perancangan detektor dilakukan berdasarkan efek-efek yang dihasilkan akibat proses radiasi. Detektor yang mendeteksi radiasi melalui efek ionisasi yang muncul pada saat radiasi berinteraksi dengan materi disebut detektor kamar pengion. Efek lain yang bisa diamati untuk mengkuantisasi jumlah radiasi adalah perubahan sifat kimia, detektor yang digunakan antara lain fricke dan detektor Gel. Beberapa material setelah terkena radiasi akan memberikan efek pencahayaan jika dipanaskan, efek tersebut dikenal dengan nama efek thermoluminisensi. Detektor yang menggunakan material tersebut dikenal dengan nama Thermoluminisence Dosimetry atau TLD. Detektor TLD merupakan yang  salah satu detektor cukup sensitif dan bisa diaplikasikan secara luas dalam pengukuran radiasi.

Prinsip kerja TLD

            Fenomena termoluminisensi dapat didekati dengan menggunakan teori model pita energi. Model pita energi digambarkan dengan tingkat energi yang disebut pita konduksi atau conduction band dan pita valensi atau valence band. kedua pita tersebut dalam suatu bahan dipisahkan dengan jarak energi tertentu yang disebut energy gap. Bahan TLD yang masih murni umumnya mempunyai energy gap yang cukup besar, dan untuk menurunkan jarak tersebut diberikan komponen pengotor atau impuritas yang pada akhirnya akan mengubah kemurnian dan memperkecil jarak pita konduksi dan valensi.

            Proses penyimpanan dan pembacaan jumlah radiasi yang terukur pada material TLD terbagi menjadi dua proses yaitu proses ionisasi dan pemanasan[2]. Pada proses ionisasi, radiasi pengion akan mengakibatkan elektron pada pita valensi berpindah ke pita konduksi (langkah 1) seperti terlihat pada gambar 1. Elektron bergerak bebas di pita konduksi (langkah 2),  dan akibat ketidakmurnian bahan kemungkinan besar elektron akan jatuh ke daerah perangkap elektren  (langkah3). Pada saat yang bersamaan Hole yang ditinggalkan elektron akan bergerak bebas di pita valensi (langkah 2), yang kemudian akan terperangkap pada perangkap hole (langkah 3). Elektron dan hole akan tetap terperangkap sampai mereka mendapatkan energi yang cukup untuk keluar dari perangkap.

            Pada langkah pemanasan, bahan TLD diberi energi dalam bentuk panas sampai melebihi suhu ruangan. Pada proses pemanasan elektron dan hole akan memiliki energi yang cukup untuk keluar dari perangkap dan migrasi ke pita konduksi dan valensi (langkah 4) yang kemudian bergabung  dan akan memancarkan cahaya. Jumlah cahaya yang dikeluarkan sebanding dengan jumlah dosis yang diserap oleh TLD. 

Gambar 1. Proses fenomena Luminisensi

Beberapa persyaratan harus dipenuhi agar TLD dapat digunakan sebagai detektor dosimetri yaitu [2]

1. suhu trapping sekitar 200⁰C untuk menghindari fading pada suhu ruangan
2. cahaya yang dihasilkan pada daerah biru, karena sebagian PMT sensitif pada daerah tersebut
3. memiliki respon yang sama dengan jaringan tubuh manusia
4. puncak pemanasan awal dan pembacaan harus dapat dipisahkan pada proses pembacaan.

Tabel 1. Jenis dan karakteristik intrinsik TLD [3]

 

Jenis detektor TLD memiliki beberapa keunggulan antara lain [2]:

1. Memiliki rentang energi yang lebar μGy -Gy
2. Tidak dipengaruhi oleh laju dosis
3. Tidak mengalami saturasi, kecuali pada dosis yang sangat tinggi
4. Tidak memiliki efek foging, dapat digunakan untuk periode yang lama dan cocok untuk mengukur dosis lingkungan
5. Lebih sensitif, dapat membedakan dosis 0.05mSv/bulan
6. Fleksibel untuk pengukuran ekstremitas
7. Dapat digunakan berulang-ulang
8. Hasil pengukuran dapat dibaca dengan cepat <30second

Kelemahan detektor TLD antara lain[2]:

1. Data pengukuran hanya dapat dibaca satu kali
2. Membutuhkan penyimpanan yang stabil
3. memiliki efek fading
4. sensitif terhadap cahaya

Persiapan penggunaan TLD

            Setiap TLD memiliki karakteristik dan sifat yang unik, sehingga pengguna harus mencari tahu karakteristik TLD yang mereka gunakan. salah satu karakteristik yang sangat penting adalah glow curve atau kurva pendar. karakteristik ini menunjukkan kapan pengambilan data TLD harus dilakukan. Proses pembacaan TLD terbagi menjadi 3 bagian utama, yaitu preheated, pembacaan dan annealing. Pada proses preheat TLD dipanaskan pada suhu dan waktu tertentu, tujuan dari pemanasan awal ini adalah untuk menghilangkan elektron dan hole yang tidak berada pada trap yang seharusnya. Setelah pemanasan awal TLD akan diberikan panas yang lebih tinggi untuk mengeluarkan elektron dan hole pada perangkap, pada saat ini pembacaan data dilakukan. Jumlah rekombinasi elektron dan hole akan mengeluarkan cahaya yang sebanding dengan jumlah radiasi yang diterima oleh TLD. setelah pembacaan selesai akan dilakukan proses annealing dengan suhu yang sama atau lebih tinggi dari proses pembacaan. Besar suhu dan lama pemanasan sangat tergantung dengan jenis TLD yang digunakan. Pencarian kurva pendar dapat dilakukan oleh pihak pengguna atau mengikuti spesifikasi dari pabrik.

Gambar 2. Kurva pendar TLD

Sebelum digunakan ada beberapa langkah yang harus disiapkan yaitu pengelompokkan dan kalibrasi TLD.  Pengelompokkan penggunaan TLD ditujukan untuk menentukan metode penggunaan TLD yang akan dilakukan, ada beberapa metode yang digunakan antara lain penggunaan TLD secara individu dengan menggunakan koreksi untuk setiap TLD, dan pengelompokkan batch atau grup dengan mengumpulkan TLD yang memiliki sensitifitas yang sama kedalam satu grup dan menggunakan satu faktor koreksi berdasarkan grup TLD.

            Proses kalibrasi dilakukan setelah dilakukan pengelompokkan TLD. sebelum proses kalibrasi TLD harus di-annealing di dalam oven terlebih dahulu untuk menghilangkan sisa elektron dan hole yang masih terjebak dalam perangkap elektron dan hole. Proses annealing biasanya dilakukan pada suhu 400⁰C selama 1-2 jam tergantung jenis TLD yang digunakan. Untuk aplikasi dosimetri personal, kalibrasi dilakukan di udara bebas menggunakan sumber Cs-137.Pada aplikasi klinik, proses kalibrasi dapat dilakukan di udara atau dipermukaan phantom yang ekivalen dengan jaringan tubuh, lapangan radiasi yang digunakan adalah 10cm x 10cm dengan kualitas berkas bisa mewakilkan kualitas radiasi pada aplikasi klinik. Ukuran phantom sebisa mungkin lebih besar dari 10cm x 10cm atau jauh lebih besar dari berkas radiasi yang digunakan.

            Berdasarkan kalibrasi tersebut akan diperoleh kurva kalibrasi atau respon TLD terhadap berbagai energi dan dosis yang digunakan, dan bisa digunakan sebagai acuan dalam penentuan dosis yang diterima oleh TLD.

Aplikasi Dosimeter TLD

            Berikut ini merupakan beberapa kegiatan Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi (PTKMR)-BATAN dalam memanfaatkan keunggulan TLD dalam bidang kesehatan. Kegiatan yang dilaksanakan merupakan  kegiatan pelayanan dan penelitian. Unit Lab Fisika Medik memiliki peranan yang cukup besar dalam penelitian mengenai terimaan dosis pasien yang mengikuti pemeriksaan radiologi. Salah satu kegiatan utamanya adalah  pengumpulan data terimaan dosis pasien , dan pengumpulan data ini terkait dengan permintaan UNSCEAR untuk mendata besar terimaan dosis pasien yang mengikuti proses radiografi. Pelayanan proteksi radiasi ditangani oleh Unit Lab. Keselamatan Kerja, dan jangkauan layanan unit ini meliputi industri, rumah sakit dan lembaga penelitian.   Dalam rangka mengikuti perkembangan teknologi dan tuntutan sistim proteksi radiasi yang cukup ketat dalam monitoring dosis pekerja, lab Keselamatan Kerja telah menggunakan TLD badge untuk memonitor pekerja di lingkungan radiasi.

1. Bidang proteksi radiasi

            Dalam bidang proteksi radiasi TLD digunakan sebagai dosimeter perorangan. Sebagai detektor dosimeter perorangan TLD memiliki keunggulan dibandingkan dengan dosimeter film. Detektor TLD memiliki rentang dosis yang cukup lebar dan respon yang linier. Dosimeter TLD telah diterapkan oleh Laboratorium Keselamatan Kerja dan Lingkungan (Lab-KKL), Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi (PTKMR)-BATAN untuk memonitor personil di lingkungan BATAN Pasar Jumat, Bandung dan Yogyakarta [ 4 ].

Selain itu beberapa institusi luar juga telah menggunakan jenis dosimeter perorangan TLD antara lain Rumah Sakit Pertamina Pusat Jakarta, BAPETEN, dan beberapa industri. Kegiatan kerjasama penelitian dengan menggunakan dosimeter TLD antara Unit Fisika Medik Lab KKL dengan beberapa Universitas juga telah berlangsung cukup lama, antara lain pemetaan laju dosis di lingkungan pabrik semen (Lab Fisika Medik-Jurusan Fisika Universitas Andalas) [5], pengukuran dosis lingkungan di reaktor TRIGA2000 Bandung (Lab Fisika Medik- Jurusan Fisika Universitas Padjadjaran) [6]. Penggunaan TLD dinilai memiliki fleksibilitas yang sangat baik dan tidak mengganggu aktifitas didaerah yang sedang diteliti, selain itu sensitifitas yang cukup tinggi memungkinkan TLD untuk mendeteksi radiasi lingkungan yang cukup rendah.

            Beberapa studi mengenai proteksi radiasi di lingkungan radiologi juga dapat memanfaatkan detektor jenis TLD, karena TLD sangat fleksibel, bisa diletakkan di mana saja dan dapat digunakan untuk mengukur dalam jangka waktu yang panjang sehingga data yang didapat bisa mewakili kondisi sesungguhnya di lapangan. Salmi et al [7], Kasmira et al[8], Rika et al[9] dan Helfi et al[10] telah melakukan beberapa penelitian terkait dengan pemetaan laju dosis dan evaluasi efektifitas dinding penahan radiasi di lingkungan radiodiagnostik, kedokteran nuklir dan terapi. Pemeriksaan yang memanfaatkan fluoroskopi merupakan kontributor dosis yang dominan terhadap pekerja radiasi dan pasien. Djarwani et al[11], telah melakukan penelitian mengenai terimaan dosis pasien, dokter dan  staff yang terlibat dalam kegiatan kateterisasi. Waktu pengukuran yang lama dan titik pengukuran yang cukup sulit dapat diatasi dengan penggunaan detektor TLD.

     

(a)                                                                                (b)

                                                                                    (c)

Gambar 3. Jenis personal dose monitoring bentuk cincin(a), ekstremitas(b) dan badge(c)

2. Bidang radiodiagnostik

            Pada bidang radiodiagnostik TLD memiliki peranan penting dalam pengukuran terimaan dosis pasien yang mengikuti proses radiografi. Detektor TLD memiliki fleksibilitas yang cukup tinggi dalam melakukan pengukuran. Ukuran detektor yang kecil memudahkan pengukuran untuk setiap pemeriksaan, selain itu detektor TLD tidak radio-opaque sehingga pada radiografi konvensional TLD tidak akan muncul pada citra radiografi. Salah satu tipe TLD yang digunakan pada pengukuran terimaan dosis pasien adalah TLD-100 LiF Harshaw. Detektor TLD merupakan salah satu ujung tombak dalam melakukan pengumpulan data terimaan dosis pasien. Herry et al[12], Amelya et al[13], Yulfiatri et al[14], Widyantari et al[15], dan Djarwani et al[16,17] telah melakukan penelitian mengenai terimaan dosis untuk pasien yang mengikuti pemeriksaan gigi, hepatoma, organ resiko tinggi, mammography, dan pasien kateterisasi jantung. Penelitian tersebut menunjukkan fleksibilitas detektor TLD dalam melakukan pengukuran pada kondisi yang sulit. Pengukuran dosis pada proses CT scan dapat dilakukan dengan menggunakan TLD100 dan Rando Alderson anthropomorphic humanoid phantom.

Gambar 4. Penempatan TLD pada potongan Phantom Rando Alderson anthropomorphic humanoid

            Saat ini Lab Fisika Medik PTKMR-BATAN sedang berupaya untuk melakukan pengumpulan data terhadap terimaan dosis pasien yang mengikuti pemeriksaan radiografi. Berdasarkan data tersebut akan dapat diketahui hubungan antara dosis dan citra yang dihasilkan, sehingga dapat ditentukan apakah dosis yang selama ini diterima oleh pasien dapat dikurangi tanpa menurunkan kualitas citra.

3. Bidang Radioterapi

            Beberapa penelitian berkaitan dengan radioterapi telah dilakukan bekerjasama dengan Departemen Fisika Universitas Indonesia. Ma'murotun et al[18], Suharyati et al[19], Refrizon et al[20] dan  Prayitno et al[21], telah melakukan penelitian mengenai material inhomogen pada radiasi photon dan elektron, dosis permukaan pasien KNF dan dosis fetus. Penggunaan TLD sangat memudahkan dalam pengambilan data, karena pengukuran dapat dilakukan waktu singkat sehingga kesalahan dalam pengulangan eksperimen dapat dihindari. Selain itu beban kerja pesawat yang digunakan dapat ditekan dan penelitian dapat dilaksanakan tanpa mengganggu pelayanan pasien.

Seiring dengan perkembangan teknologi, beberapa teknik penyinaran mengalami perubahan yang sangat cepat. Verfikasi dosis merupakan hal yang sangat vital dalam pemberian dosis pasien. Detektor TLD merupakan salah satu metode alternatif untuk mem-verifikasi dosis yang dihitung dan diberikan pada saat penyinaran, selain itu untuk penyinaran eksterna detektor TLD tidak memiliki batasan lokasi pengukuran. Tehnik penyinaran mutakhir seperti Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT) dan Image Guided Radiotherapy (IGRT) dapat memanfaatkan TLD sebagai salah satu alternatif metode verifikasi dosis.

            Tehnik penyinaran Tomotherapy, Cyberknife, Stereotactic Radiosurgery (SRS), IMRT dan IGRT membutuhkan kemampuan pengukuran dosis yang sangat handal. Ketiga tehnik tersebut memanfaatkan lapangan radiasi yang sangat kecil mencapai 5mm untuk , sehingga membutuhkan detektor dengan ukuran yang sangat kecil. Ukuran TLD masih memungkinkan untuk melakukan pengukuran pada lapangan tersebut.

Gambar 5. Tehnik penyinaran mutakhir dalam bidang radioterapi Stereotactic Radiosurgery(SRS), IMRT Static MLC Step and Shoot(Elekta dan Siemens), IMRT Sliding Window (Varian), Tomotherapy dan Cyberknife.

4. Kedokteran nuklir

            Dalam bidang kedokteran nuklir TLD dapat digunakan untuk memprediksi terimaan dosis dan efektifitas penyerapan radiofarmaka oleh tiroid pada pasien yang mengikuti terapi I131[anne]. Pada saat ini Lab Fisika Medik sedang menjajaki kemungkinan penggunaan TLD untuk menghitung terimaan dosis pasien yang mengikuti pemeriksaan kedokteran nuklir. Penggunaan TLD dalam kedokteran nuklir sebaiknya diiringi dengan kamera gamma untuk menentukan distribusi dosis pasien dan perhitungan sebaran dosis dapat dilakukan dengan metode MIRD.

Kesimpulan

Detektor TLD merupakan detektor cukup fleksibel dan dapat diaplikasikan untuk pengukuran dosis diseluruh bidang kesehatan. Rentang energi yang lebar, respon dosis yang linier, dapat digunakan untuk pengukuran yang lama dan sensitifitas yang tinggi merupakan keunggulan dosimetri dari detektor TLD. Bentuknya yang kecil membuat detektor TLD dapat digunakan hampir diseluruh kondisi. Diharapkan penggunaan TLD yang cukup luas dapat memudahkan fisikawan medik dalam melakukan kegiatan penelitian dan proteksi radiasi.

Referensi.

1. www.bapeten.org (2004)
2. Dosimetry of Film gadges and TLD, Leture Note, King’s Radiation Services
3. Harshaw TLD Model 6600 plus leaflet, www.thermo.com/rmp.
4. http://www.batan.go.id/ptkmr
5. Aprileni, Pemetaan Laju Dosis Radiasi Menggunakan Dosimeter TLD100 di Pabrik Indarung V PT. Semen Padang, Skripsi Sarjana, Jurusan Fisika Universitas Andalas, Padang, 2005
6. Widya Arrum Gammayani, Pemetaan Dosis Akumulasidi Fasilitas Reaktor TRIGA2000 P3TkN Menggunakan Keping TLD100(LiF), Skripsi Sarjana, Jurusan Fisika Universitas Padjadjaran, Bandung, 2005
7. Salmi Julita, Menentukan Efektifitas Penahan Radiasi pada Fasilitas Radioterapi RS. M. Djamil Padang menggunakan Dosimeter TLD100, Skripsi Sarjana, Jurusan Fisika Universitas Andalas, Padang, 2007
8. Kasimira Nur, Menentukan Efektifitas Penahan Radiasi pada Fasilitas Radiodiagnostik RS M. Djamil Padang Menggunakan Dosimeter TLD100, Skripsi Sarjana, Jurusan Fisika Universitas Andalas, Padang, 2007
9. Rika Yulia Sari, Pemetaan Laju Dosis Radiasi Sinar-X Menggunakan Dosimeter TLD100 di Fasilitas Radiodiagnostik RS. M. Djamil Padang, Skripsi Sarjana, Jurusan Fisika Universitas Andalas, Padang, 2005

10.  Helfi Y, Mukhlis A, Dyah D K, Indra A, Pemetaan Laju Dosis Radiasi di Fasilitas radiodiagnostik RS Fatmawati

11. Djarwani S. Soejoko, W. Koesharyono, F. Sukma, K. Adi, F. Ginting, Radiation Exposure to Patient and Staffs in Interventional Radiology: a Preliminary Study, International Congress on Quality Assurance and New Techniques in Radiation Medicine, Vienna, 13-15 November 2006
12. Herry Irawan, Pengukuran Dosis Kulit Pasien Radiografi Dental Panoramik Menggunakan TLD, Thesis Magister, Program Magister Fisika Universitas Indonesia, Depok, 2005
13. Amelya Kusumawati, Analisa Penerimaan Dosis Radiasi Organ Mata dan Tiroid Pasien Foto Gigi Menggunakan Dosimeter TLD di RS. M. Djamil Padang, Skripsi Sarjana, Jurusan Fisika Universitas Andalas, Padang, 2007
14. Yulfiatry Yubhar, Pengukuran Dosis Glandular dengan Menggunakan TLD pada Pemeriksaan Mammografi, Skripsi Sarjana, Program Ekstensi Fisika Universitas Indonesia, Depok, 2005
15. Widyantari, Entrance Surface Dose Pasien Radiologi Intervensional Kasus Hepatoma, Skripsi Sarjana, Departemen Fisika Universitas Indonesia, Depok, 2004.
16. Djarwani.S. Soejoko, R. W. Adi, I. Johannes, E. Gunawan, Entance Surface Dose on Patients from Cardiac Interventional Radiology, Proceeding The Second South East Asian Congress on Medical Physics, Enhancing Quality in Imaging and Therapy in South East Asia, Bangkok, 12-14 November 2003.
17. Djarwani.S. Soejoko, Ratih F. Sadikin, Rachmat W. Adi, Ibrahim Ginting, Djoko Maryono, How Safe is Cardiologist and Staff in Cardiac catheterizazion, Proceeding 3^rd SEACOMP Congress of Medical Physicist, Kuala Lumpur, 27-29 September 2004
18. Ma'murotun, Pengaruh Material Inhomogen pada PDD Berkas Sinar-X 6 dan 10 MV, Thesis Magister, Program Magister Fisika Universitas Indonesia, Depok, 2006
19. Suharyati, Pengaruh Material Inhomogen pada PDD Berkas elektron 12 dan 16 MeV, Thesis Magister, Program Magister Fisika Universitas Indonesia, Depok, 2006
20. Refrizon, Dosis Permukaan dan Dosis Midline dalam Radioterapi Nasofaring Menggunakan Sinar X 6 MV dengan Lapangan Terbuka dan Kompensator, Skripsi Sarjana, Departemen Fisika Universitas Indonesia, Depok, 2004.
21. Prayitno, Djarwani S. Soejoko, Studi Dosis Fetus dalam Radioterapi dengan Radiasi Gamma Menggunakan Fantom dan TLD100, Pertemuan Ilmiah MIPA 2005, Universitas Indonesia, 24-26 November 2005