FISIKA RADIODIAGNOSTIK

Film dengan intensifying screen dalam kaset

Film sensitif terhadap

·        Sinar X

·        Foton energi rendah 2 – 3 ev (cahaya tampak)

Sensitivitas film terhadap sinar X > cahaya tampak

Film dengan screen, intensification factor

Faktor intensifikasi didefinisikan sebagai

Paparan yang dibutuhkan tanpa screen

-----------------------------------------------------

Paparan yang dibutuhkan dengan screen

untuk penghitaman film yang sama.

Kaset

Fungsi screen :

·        Absorp sinar x datang

·        Memancarkan cahaya yang akan diterima film

Efesiensi konversi fosfor/intensifying screen didefinisikan sebagai fraksi energi yang diserap yang diubah menjadi cahaya tampak. Fosfor CaWO₄ (digunakan mulai permulaan 1900) mempunyai efesiensi konversi sekitar 5%, sedangkan fosfor Gd₂O₂S:Tb (fosfor tanah jarang digunakan permulaan 1970) mencapai sekitar 15%. Cahaya yang dipancarkan oleh Gd₂O₂S:Tb mempunyai panjang gelombang 545 nm yang sesuai dengan 2.7 eV. Dengan efesiensi konversi 15%, jumlah cahaya hijau yang diproduksi pada saat menyerap satu foton (andaikan) 50 keV dapat dikalkulasi sebagai berikut:

50 000 eV x 0.15 = 7 500 eV.

7 500 eV/2.7 eV = 2 800 foton

Meskipun jumlah foton yang dipancarkan 2 800, namun yang mencapai emulsi film sekitar 200 sampai 1000 foton.

Tidak semua sinarx yang datang akan diserap oleh intensifying screen. Quantum detection effeciency (QDE) didefinisikan sebagai fraksi sinar x datang yang berinteraksi dengan screen. Peningkatan ketebalan screen akan menaikkan QDE, namun akan menambah ketidaktajaman citra.

Tebal fosfor umumnya dinyatakan dalam g/cm² yang merupakan perkalian tebal sebenarnya (cm) dikalikan dengan densitas massa (g/cm³). Pada umumnya radiografi menggunakan 2 screen dengan ketebalan masing-masing sekitar 60 g/cm², sehingga tebal total sekitar 120 g/cm². Untuk resolusi tinggi dan sinar X kualitas rendah seperti mammografi, digunakan hanya screen tunggal dengan ketebalan sekitar 35 g/cm².

Screen yang lebih tebal mengakibatkan foton akan menyebar ke arah lateral lebih panjang sebelum mencapai ke permukaan screen. Difusi cahaya lateral ini yang akan meningkat dengan kenaikan ketebalan screen, dan akan mengakibatkan kekaburan citra.

Ketebalan screen akan menambah sensitivitas, namun akan mengurangi resolusi spasial, sehingga perlu kompromi antar keduanya. Resolusi spasial sering dinyatakan secara teknis sebagai modulation tranfer function (MTF), yang karakternya dapat dilihat dalam gambar berikut.

Film-screen unsharpness

Penggunaan screen mengurangi resolusi spasial. Efesiensi konversi screen-film total akan tergantung pada:

·        Efesiensi konversi intrinsik fosfor

·        Efesiensi penyebaran cahaya dalam screen menuju permukaan

·        Efesiensi film menyerap cahaya yang diproduksi screen

Karena penyebaran lateral cahaya dalam fosfor berakibat menurunkan resolusi spasial, maka untuk mengurangi sebaran lateral tersebut ditambahkan light-absorbing dye. Kehadiran pewarna (dye) akan mengurangi efesiensi konversi. Cara lain dengan menggunakan a reflective layer, yang diletakkan antara screen dan support/bantalan, namun reflective layer ini akan mengurangi resolusi spasial.

Paparan pada kaset (film-screen) tergantung pada

·        Intensitas, kV dan mA

·        Waktu

Film tanpa screen, mAs sama mengakibatkan kehitaman sama, meskipun waktu (s) berbeda. Film-screen, mAs sama waktu (s) lebih panjang mengakibatkan penghitaman film lebih rendah dibanding dengan menggunakan s pendek (akibat fading/peluruhan terjadi pada laju foton datang pada film lebih lama, mengakibatkan kisi Ag Br berubah menjadi normal kembali).

Laju screen-film menunjukkan sensitivitas, yang pada umumnya didefinisikan sebagai kebalikan jumlah radiasi yang dibutuhkan untuk menghasilkan densitas 1 pada film (di atas fog/kabut). Dengan demikian film cepat membutuhkan radiasi lebih sedikit dibanding dengan film lambat.

Laju film tergantung pada

·        Ukuran grain (kumpulan kristal) emulsi

·        Energi sinar X

Perhatikan, kurva A dan B adalah karakteristik 2 film dengan kecepatan yang berbeda. Eksposi yang menghasilkan densitas = 1.0 + base + fog adalah 0.6 mR untuk kurva A dan 2.0 mR untuk kurva B. Kecepatan absolut film A dan B adalah 1 667 R^-1 (1/0006R) dan 500 R^-1(1/0.002 R). Kecepatan abolut sering digunakan dalam diskusi ilmiah. Dalam praktek kecepatan ditentukan secara relatif. Penggunaan intensifyer CaWO₄ yang sering dipakai, dan dikenal dengan par speed diberi nilai 100. Film lain diberi kecepatan relatif terhadap nilai par speed. Saat ini dengan menggunakan intensifyer unsur tanah jarang, hampir semua institusi menggunakan film dengan kecepatan 400. Kombinasi intensifyer-film dengan kecepatan rendah (100) sering dipakai untuk radiografi tulang ekstremitas.

Jangkauan laju film-screen untuk radiografi meningkat berdasarkan skala logaritma. Resolusi tinggi mempunyai laju 100 – 150.

Speed class	100	200	400	800
Logarithm	2.0	2.3	2.6	2.9

Faktor gamma berguna untuk menerangkan sifat kontras film. Gambar di bawah menunjukkan dua kurva karakteristik screen-film yang berbeda kontras. Screen-film dengan kurva A mempunyai kontras lebih tinggi dibanding screen-film dengan kurva B, ditunjukkan oleh faktor gamma yang relatif lebih besar. Dalam radiografi kontras diperlukan namun harus dibuat kompromi dengan nilai latitude. Kontras tinggi akan menyempitkan latitude, yang berisi jangkauan eksposi. Latitude juga dikenal sebagai jangkauan dinamik. Sistem A yang mempunyai kontras lebih tinggi, namun latitudenya lebih sempit akan mengakibatkan penentuan eksposi lebih sulit sehingga kemungkinan retake menjadi tinggi. Sebagai contoh, dalam pembuatan citra thorax.akan sulit memperoleh kontras yang cukup antara mediastinum dan paru dalam sistem dengan latitude sempit.

Resolusi spasial film tanpa screen mendekati sempurna. Penggunaan screen mengurangi resolusi spasial, namun mengurangi dosis pasien. Fosfor Gd₂O₂S dengan ketebalan 120 g/cm² dan sebagai contoh dijatuhi sinar X 80 kV akan mendeteksi 29.5% energi datang, sedangkan film hanya 0.65%. Pada umumnya dalam prosedur radiografi (80–100 kVp) kehadiran intensifying screen akan meningkatkan faktor efesiensi sekitar 50. Ini berarti menurunkan dosis pasien dengan faktor 50. Disamping itu output pesawat juga dapat diturunkan, yang akan mengurangi daya generator sinar X dan kapasitas panas tabung yang tentunya menurunkan keseluruhan biaya.

Fluoroskopi

Fluoroskopi langsung saat ini jarang digunakan, karena dosis pasien tinggi. Resolusi tergantung pada ukuran grain/ kristal pada layar fluoresensi (ZnS: Cd). Spektral radiasi yang dipancarkan oleh layar fluoresensi sebagian besar sesuai dengan spektral cahaya tanggapan mata untuk cone vision

Untuk membentuk sensitivitas “rods” pada penglihatan ungu, mata harus dalam lingkungan gelap ~ 20 – 40 menit. Cara lain, kaca mata merah digunakan dalam lingkungan cahaya tampak, karena rods tidak sensitive terhadap pada cahaya merah, sehingga sensitivitas cahaya ungu tidak terganggu.

Penggunaan fosfor dengan penguat citra

Intensitas cahaya yang dipancarkan oleh layar fluoresensi dapat ditingkatkan

·        menaikkan paparan (menaikkan dosis pasien)

·        menambah ketebalan layar fluoresensi (menurunkan resolusi)

Image intensifier (penguat citra), meningkatkan cahaya ketingkat penglihatan “cone” sehingga tidak diperlukan penglihatan dalam kondisi gelap (daerah rods sensitive).

Material fluoresensi CsI, dengan absorpsi K edge/tepi, Cs (36.0 keV) dan I (33.2 keV) sesuai dengan penggunaan diagnostik. Kristal disusun seperti pipa cahaya agar diperoleh resolusi tinggi.

Dibelakang material fluoresensi diletakkan fotokatoda (mengubah cahaya menjadi elektron)

Elektron dipercepat, difokuskan, dan dijatuhkan pada layar fluoresensi (ZnCdS:Ag)

Dosis pasien rendah, akibat intensifikasi tinggi

Dibelakang layar fluresensi diletakkan kamera atau film, yang langsung dihubungkan dengan sistem optik dan TV

Faktor yang mempengaruhi citra

·        Kabut/fog fotoelektron akibat cahaya yang keluar tabung dan kembali masuk ke dalam tabung.

·        Kabut/fog dari sinar X yang langsung mengenai layar fluoresensi

Perbesaran dalam tabung intensifier tidak uniform

·        Iluminasi pada layar tidak sama, terang di tengah dan kurang terang di daerah pinggir (vignetting)

·        Distorsi citra, citra garis lurus menjadi tampak tidak lurus

Vidicon camera

Mengubah informasi visual dalam citra menjadi bentuk elektronik.

·        Electron gun terfokus

·   

Permukaan yang sensitif terhadap cahaya

 

Cinefluorography

Untuk keperluan cinefluorografi, tabung sinar X dibuat tidak mengeluarkan sinar X secara kontinu ( mengurangi dosis pasien dan menghindari rating problem)

Perbesaran citra, tergantung cara penentuan daerah citra relatif terhadap daerah gambar intensifier screen

·        Exact framing

·        Total over framing

Pada umumnya dipakai total over framing, daerah pasien terkena paparan dapat dibatasi

Spot films

Spot film dilakukan dengan mengganti cine camera dengan  film camera

Perkiraan dosis pasien