MAKALAH FISIKA RADIODIAGNOSTIK
"PEMBENTUKAN, KUALITAS DAN KUANTITAS SINAR X"
Disusun Oleh :
Kelompok 2 2B
IKHLASUL AMAL P1337430215046
MOCH. RIZKY ANDIKA WICAKSONO. P1337430215003
ARKAN EFENDI P1337430215085
ANA SEPTIANA NUGRAHENI P1337430215008
VERYANA FEBRIANTI NUGROHO P1337430215045
YULIA BINTARI ASTUTI P1337430215012
MELINDA WINDIYANI P1337430215025
DWI ROMA DIAN NINGSIH P1337430215029
ANGGUN HYSA ANDRIANI P1337430215017
AZKIA NUR HANIFAH P1337430215063
PROGRAM STUDI D IV TEKNIK RADIOLOGI
JURUSAN TEKNIK RADIODIAGNOSTIK DAN RADIOTERAPI
POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SEMARANG
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah ini. Dan juga kami berterimakasih kepada Ibu Sri Mulyati selaku dosen mata kuliah Fisika Radiodiagnostik yang telah memberikan tugas ini kepada kami.
Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai Pembentukan sinar x serta kualitas dan kuantitas sinar x. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas ini terdapat kekurangan-kekurangan dan jauh dari apa yang kami harapkan. Untuk itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun.
Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya.Sekiranya makalah yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritikdan saran yang membangun demi perbaikan di masadepan.
Semarang, 10 Maret 2017
Penyusun
BAB I
PENDAHULUAN
Latar belakang
Sinar X :adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang radio, panas, cahaya sinar ultraviolet, tetapi mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek sehingga dapat menembus benda-benda. Dalam pembentukannya, sinar x mengalami proses pembentukan yang terjad di tabung pesawat sinar x yang beruhubungan dengan anoda dan katoda pada tabung tersebut.
Hal yang mempengaruhi kualitas dan kuantitas sinar x baik itu yang keluar dari tabung sinar x maupun yang samai ke film disebut dengan factor eksposi. Factor eksposi terdiri atas beda potensia;, kuat arus tabung, waktu dan jarak pemotretan. Selain factor eksposi ada juga factor lain yang berpengaruh terhadap sinar x yaitu filtrasi.
Rumusan Masalah
Bagaimanakah terbentuknya sinar x?
Apakah yang disebut kualitas sinar x?
Apakah factor yang mempengaruhi sinar x?
Apakah yang disebut dengan kuantitas sinar x?
Apakah factor yang mempengaruhi kuantitas sinar x?
Tujuan
Dapat mengetahui terbentuknya sinar x.
Dapat mngetahui pengertian kualitas sinar x.
Dapat mengetahui factor yang mempengaruhi kualitas sinar x.
Dapat mengetahui pengertian kuantitas sinar x.
Dapat mengetahui factor yang mempengaruhi kuantitas sinar x.
BAB II
PEMBAHASAN
Produksi sinar-x dan sifat-sifat sinar x
Interaksi elektron target
Tiga bagian utama dari sebuah sistem pencitraan sinar-X adalah operating console, generator bertegangan tinggi, dan tabung sinar-X tube, yang dirancang untuk menghasilkan elektron dalam jumlah besar dengan energi kinetik yang tinggi dan difokuskan menuju sebuah titik kecil di anoda.
Dalam tabung sinar-X, proyektil adalah elektron. semua elektron memiliki massa yang sama. Oleh karena itu, energi kinetik elektron meningkat dengan cara menaikkan kVp. Dan jika energi kinetik elektron meningkat, maka intensitas (kuantitas) dan energi (kualitas) dari sinar-X meningkat.
Jarak antara filamen dan target tabung sinar-X hanya sekitar 1 cm. Hal ini tidak sulit untuk membayangkan intensitas dari percepatan yang dibutuhkan untuk menaikkan kecepatan elektron dari nol sampai setengah kecepatan cahaya dalam jarak yang sangat dekat.
Elektron yang berjalan dari katoda ke anoda merupakan arus tabung sinar-X dan kadang-kadang disebut elektron proyektik. Ketika elektron proyektil ini menghantam atom logam berat dari target tabung sinar-X, mereka akan mentransfer energi kinetik untuk atom pada target
Interaksi ini terjadi dalam kedalaman penetrasi yang pendek menuju target. Yang terjadi, elektron proyektil melambat dan akhirnya datang dalam keadaan hampir berhenti, pada saat itu mereka ddikonduksikan melalui anoda sinar-X dan keluar ke sirkuit elektronik yang terkait.
Elektron proyektil berinteraksi dengan elektron orbital atau daerah nuklir pada atom sasaran. Interaksi ini mengakibatkan konversi elektron dari energi kinetik menjadi energi termal (panas) dan energi elektromagnetik dalam bentuk radiasi inframerah (panas) dan sinar-X.
Pemanasan Anoda
Banyak dari energi kinetik pada elektron proyektil yang dikonversikan ke energi panas. Elektron proyektil berinteraksi dengan elektron pada kulit terluar elektron target, namun tidak mentransfer energi yang cukup ke kulit terluar untuk mengionisasi mereka. Elektron pada kulit terluar target mengalami eksitasi (pindah ke kulit yang tingkat energinya lebih tinggi).
Gambar 1. Energi kinetik elektron proyektil diubah menjadi energi panas dengan cara interaksi elektron proyektil dengan elektron pada kulit terluar atom target, terjadi proses eksitasi elektron.
Elektron kulit terluar segera turun kembali ke tingkat energi normal mereka dengan emisi radiasi inframerah. Eksitasi konstan dan kembalinya elektron kulit terluar bertanggung jawab dalam sebagian besar panas yang dihasilkan di anoda dalam tabung sinar-X. Sekitar 99% dari elektron proyektil yang dikonversikan menjadi energi panas dan 1% dikonversikan menjadi radiasi sinar-X.
Produksi panas pada anoda meningkat seiiring dengan meningkatnya arus tabung. Produksi panas juga bertambah dengan bertambahnya kVp (pada bidang diagnostik). Meski hubungan antara variasi kVP dan variasi panas yang dihasilkan bersifat mendekati, namun itu cukup tepat untuk memungkinkan perhitungan unit panas untuk digunakan dengan grafik pendinginan anoda.
Efisiensi produksi sinar-X tidak bergantung pada arus tabung, akibatnya, terlepas dari mA yang diatur, efisiensi produksi sinar-X tetap konstan. Efisiensi produksi sinar-X meningkat dengan meningkatnya kVp. Pada 60 kVp, hanya 0,5% energi kinetik elektron yang diubah menjasi sinar-X. Pada 100 kVp, sekitar 1% energi kinetik elektron yang diubah menjasi sinar-X. (Bushong, 2013).
Radiasi Karakteristik
Radiasi karakteristik dihasilkan jika elektron proyektil berinteraksi dengan elektron pada kulit terdalam atom target. Sinar-X karakteristik dihasilkan saat terjadi interaksi cukup untuk mengionisasi atom target melalui penghapusan total dari sebuah elektron kulit terdalam.
Ketika proyektil elektron mengionisasi atom target dengan menghapus elektron pada kulit K, terjadi kekosongan elektron sementara pada kulit K. Ini adalah keadaan yang tidak wajar untuk atom target, dan hal itu diperbaiki dengan cara sebuah elektron di kulit terluar berpindah jatuh untuk mengisi ke kekosongan pada kulit K. Transisi elektron orbital dari kulit luar ke kulit bagian dalam disertai dengan emisi sinar-X. Sinar-X memiliki energi sama dengan perbedaan energi pengikat dari elektron orbital yang terlibat. (Bushong, 2013).
Gambar 2 Sinar-X karakteristik diproduksi setelah ionisasi elektron kulit K. Ketika elektron kulit terluar mengisi kekosongan kulit K, sinar-X diemisikan.
Radiasi Bremsstahlung
Produksi panas dan sinar-X karakteristik melibatkan interaksi antara elektron proyektil dam elektron target. Tipe interaksi ketiga dimana elektron proyektil dapat kehilangan energi kinetiknya adalah interaksi dengan bidang nuklir dari atom target. Pada interaksi ini, energi kinetik dari elektron proyektil diubah menjadi energi elektromagnetik.
Sebuah elektron proyektil yang menghindari elektron orbital saat melewati atom target dapat sampai cukup dekat dengan inti atom untuk berada di bawah pengaruh medan listrik. Karena elektron bermuatan negatif dan inti bermuatan positif, ada elektrostatik gaya tarik-menarik antara mereka.
Semakin dekat elektron proyektil menuju nukleus, semakin dipengaruhi pula oleh medan listrik dari nukleus. Medan ini sangat kuat karena nukleus mengandung proton dan jarak antara nukleus dan elektron proyektil sangat pendek.
Ketika proyektil elektron melewati inti, elektron proyektik akan melambat dan mengubah arah jalannya, meninggalkan inti dengan mengurangi energi kinetiknya dalam arah yang berbeda. Hilangnya energi kinetik ini muncul kembali sebagai sinar-X. (Bushong, 2013).
Tipe sinar-X ini disebut sinar-X bremsstrahlung. Bremsstrahlung berasal dari bahasa Jerman yang berarti "radiasi yang melambat". Sinar-X Bremsstrahlung dapat dianggap radiasi yang dihasilkan dari pengereman elektron proyektil oleh nukleus.
Kualitas sinar-X
Kualitas sinar-X adalah pengukuran kemampuan berkas sinar-X untuk menembus obyek. Daya tembus digambarkan sebagai jarak berkas sinar-X melewati obyek atau materi Faktor yang berpengaruh langsung adalah kVp dan filter. Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas sinar juga akan mempengaruhi kontras radiografi. atau objek terutama terhadap objek yang tebal. Semakin tebal suatu objek maka semakin tinggi pula kVp yang kita atur dalam melakukan eksposi. Hal tersebut mempengaruhi intensitas sinar-X yang keluar dari tabung sinar-X.
Beda Potensial Tabung (kVp, kiloVolt peak)
Tegangan tabung adalah memindahkan satu satuan muatan. Menarik elektron dari filamen ke permukaan target yang tertanam di anoda. Beda potensial akan mempengaruhi kualitas dan kuantitas sinar-x karena perubahannya mempengaruhi panjang gelombang yang dihasilkan. Semakin tinggi nilai kVp semakin pendek panjang gelombang, semakin baik kualitas sinar-x. Beda potensial tabung sinar-X (kVp) dapat berpengaruh pada intensitas sinar-X yang dihasilkan dimana akan berpengaruh pula terhadap citra radiograf yang dihasilkan pada suatu objek. Selain itu, kVp juga berperan penting dalam kemampuan daya tembusnya dalam menembus suatu bahan atau objek terutama terhadap objek yang tebal. Semakin tebal suatu objek maka semakin tinggi pula kVp yang kita atur dalam melakukan eksposi. Hal tersebut mempengaruhi intensitas sinar-X yang keluar dari tabung sinar-X.
Filtrasi
Filter adalah suatu bahan yg dapat meningkatkan kehomogenitasan energi radiasi yg dipancarkan oleh anoda tabung tanpa absorpsi.
Berikut adalah jenis – jenis filter.
Inherent Filter
Inherent filter adalah material yang terletak di jalan foton sinar-x dari focal spot (target) untuk membentuk pancaran yang dikeluarkan dari tabung. Inherent filter terdiri dari glass tabung yg membungkus anoda dan katoda, oli pada sistem pendingin tabung dan window pada tabung Setara antara 0,5 – 1 mm Al. Filter ini sudah ada dalam tabung sinar x atau bawaan dari pabrik.
Additional Filter
Additional filter adalah peletakan cakram aluminium di tempat jalannya sinar-x antara collimator dan tubehead seal. Cakram ini mempunyai ketebalan 0,5 mm dan berfungsi menghalangi lewatnya foton sinar-x berenergi rendah, panjang gelombang lebih panjang, dan tidak berguna dalam proses diagnosis serta berbahaya bagi pasien. Hasilnya adalah pancaran foton dengan panjang gelombang lebih rendah, berenergi tinggi, dan mempunyai tingkat penetrasi lebih tinggi pula untuk proses diagnosis.
HVL (Half Value Layer)
HVL adalah nilai ketebalan suatu bahan yg dapat menyerap 50 % intensitas berkas sinar-X yang mengenainya. Tiap – tiap jenis bahan memiliki HVL masing-masing. Dalam radiografi, kualitas x-ray diukur dgn HVL. HVL adalah ketebalan bahan penyerap untuk mengurangi intensitas x-ray menjadi setengah dari nilai intensitas semula. Disamping itu, istilah lain yang dikenal dari HVL yaitu QVL (Quarter Value Layer) dimana merupakan ketebalan bahan (Al) yang mengakibatkan pengurangan intensitas menjadi ¼ Io.
Kuantitas sinar-X
Kuantitas sinar-X adalah pengukuran jumlah photon sinar-X dalam berkas utama. Kadang disebut juga output sinar-X, intensitas atau exposure. Satuan dari kuantitas sinar-X adalah Roentgen (R). Faktor yang berpengaruh secara langsung adalah mAs, kV, jarak dan filtrasi. Pengaruh dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut : (Nova Rahman, 2009)
Kuat Arus (miliampere second, mAs)
Ampere adalah satuan dari kuat arus. Penambahan kata mili menandakan bahwa kuat arus yang digunakan berorde 10-3. Ini berarti kuat arus yang digunakan pada raadiografi sangat kecil. Elektron yang akan menumbuk anoda dihasilkan di katoda tepatnya difilament. Filament ini kan menghasilkan Elektron ketika dipanaskan. Pemanasan filament ini dapat terjadi apabila tabung sinar-X diberi arus listrik. Semakin besar arus yang diberikan pada tabung sinar-X, maka akan semakin banyak Elektron yang dihasilkan oleh filament. Semakin banyak Elektron yang dihasilkan oleh filament, maka akan semakin banyak Elektron yang menumbuk anoda dan itu berarti semakin banyak foton sinar-X yang dihasilkan. Karena penambahan arus berhubungan dengan banyaknya foton sinar-X yang dihasilkan, maka dapat disimpulkan bahwa mAs berhubungan dengan kuantitas sinar-X. mAs (arus tabung) tidak mempengaruhi kualitas sinar-X karena panjang gelombang tidak ikut berubah seiring dengan berubahnya nilai mA. Kuat arus yang diberikan pada tabung sinar-X ini harus dikombinasikan dengan waktu eksposi yang dinyatakan dalam second (s). Kombinasi antara kuat arus dengan waktu yang diberikan ke tabung sinar-X yang kemudian disebut dengan mAs.
Dalam radiografi, pembentukan gambar dihasilkan dari nilai mAs. Maka dalam radiografi sebaiknya digunakan kombinasi mA dan s dengan nilai mA yang tinggi dan nilai s yang rendah atau dengan kata lain digunakan waktu eksposi yang sesingkat mungkin. Perhatikan contoh berikut :
Tabel 1. Contoh kombinasi nilai mA dan s untuk mAs yang sama
Nilai mAs
mA (mili Ampere)
s (second)
20
400
0,05
20
200
0,01
20
100
0,2
Penggunaan waktu eksposi yang singkat akan memberikan keuntungan
sebagai berikut.
a. Mengurangi kekaburan gambar akibat pergerakan oasien (movement unsharpness).
a. Mengurangi dosis radiasi yang diterima pasien berdasarkan prinsip proteksi radiasi yang menganjurkan menggunakan waktu eksposi yang sesingkat mungkin.
Perkalian kuat arus dengan waktu mempengaruhi kuantitas sinar-X yang dikeluarkan tabung serta berpengaruh juga terhadap kenaikan kV.
Hubungan mAs terhadap kuantitas sinar-X
Kenaikan mAs akan diikuti dengan banyaknya jumlah Elektron yang dihasilkan dan mempengaruhi banyaknya foton sinar-X yang dihasilkan atau dengan kata lain mAs berhubungan dengan kuantitas atau intensitas sinar-X yang dihasilkan. Kuantitas sinar-X akan mempengaruhi densitas (derajat kehitaman) gambaran pada film yang dihasilkan. Semakin tinggi mA yang digunakan, maka akan semakin tinggi pula densitas yang dihasilkan. Hubungan mAs terhadap kuantitas sinar-X dapat dirumuskan sebagai berikut. (Bushong, 2013)
Dimana :
I adalah intensitas sinar-X (watt/m2)
mAs adalah perkalian kuat arus tabung dengan waktu (mAs)
Grafik 1. Grafik spektrum energi foton berdasarkan waktu
Grafik 2.Grafik spektrum energi foton berdasarkan nilai mA
Hubungan mAs terhadap kenaikan kV
Kenaikan mAs akan mengikuti kenaikan kV yang digunakan untuk menghasilkan sebuah gambaran pada film. Apabila pada objek yang lebih tebal, agar sinar-X dapat menembus objek tersebut dengan baik, maka akan digunakan kV yang lebih tinggi. Karena kV yang digunakan lebih tinggi makan untuk mengimbanginya digunakan juga mAs yang lebih tinggi. Pada kisaran kV tertentu antara 60 – 80 kV, terdapat kecenderungan semakin tinggi kV yang digunakan akan semakin menurun mAs nya. Hal ini didasarkan pada aturan 10 kV (10 kV's rule). Aturan 10 kV menyebutkan bahwa apabila kV naik 10 kV, maka mAs akan turun 50% dari semula dan apabila kV turun 10 kV, maka mAs akan naik 50% dari semula. Untuk penggunaan kV yang tinggi atau biasa disebut dengan teknik kV tinggi (high kV technique) dengan kisaran kV mulai dari 100 kV ke atas, mAs cenderung menjadi sangat rendah. Hal ini didasarkan pada rumus hubungan antara mAs dengan kV sebagai berikut.
(kV1)4 x mAs1 = (kV2)4 x mAs2
Dimana :
kV1 = kV awal sebelum diubah
mAs1 = mAs awal sebelum diubah
kV2 = kV sesudah diubah
mAs2 = mAs sesudah diubah
Aturan 10 kV dan penggunaan teknik kV tinggi yang kemudian menggunakan mAs yang lebih rendah sebenarnya dapat dijelaskan dengan menggunakan prinsip kenaikan kV. Kenaikan kV akan menimbulkan radiasi hambur yang akan menghitamkan gambaran, artinya jika dibandingkan antara dua kV, tentunya kV yang lebih tinggi yang akan menghasilkan densitas yang lebih tinggi dibandingkan dnegan yang lebih rendah. Kemudian mAs berpengaruh terhadap densitas film, dimana semakin tinggi mAs yang diberikan, semakin tinggi densitas yang dihasilkan pada film. Oleh karena itu, apabila diberikan kV tinggi, maka sebaiknya diberikan mAs tang rendah supaya densitas pada film tetap stabill, tidak bertambah.
Beda Potensial (kilovolt, kV)
Volt merupakan satuan dari beda potensial atau tegangan dari tabung sinar-X. penambahan kata kilo di depannya berarti volt yang digunakan mempunyai orde 103. Ini berarti tegangan yang digunakan untuk pemeriksaan radiografi dimulai dari ribuan volt. Bahkan dalam beberapa
literature disebutkan bahwa sinar-X baru dapat dihasilkan pada tegangan 40 kV. Sinar-X baru akan dihasilkan apabila tumbukan Elektron di anoda tepatnya di target, sangat cepat dan seketika itu juga dihentikan mendadak. Hal ini biasa disebut dnegan sinar-X bremstrahlung. Elektron yang dihasilkan di katoda tidak akan bisa bergerak dengan sangat cepat jika diberi beda potensial atau tegangan yang sangat tinggi diantara katoda dan anoda. Elektron yang dihasilkan pada anoda bermuatan negative sementara anoda tempat Elektron menumbuk bermuatan positif. Secara alami Elektron yang bermuatan negative akan tertarik ke anoda yang bermuatan positif. Supaya Elektron ini dapat bergerak dengan sangat cepat, maka diberi beda potensial diantara katoda dan anoda. Hal ini akan membuat muatan positif pada anoda bertambah besar yang secara alami akan menarik Elektron dengan kekuatan yang lebih besar, inilah yang menyebabkan Elektron bergerak sangat cepat menuju anoda. (Nova Rahman, 2009)
Beda potensial mempengari kuantitas sinar-X (intensitas sinar-X) yang dikeluarkan tabung, berpengaruh pula pada ketebalan objek yang dilaluinya, peristiwa anode heel effect serta pada gambaran yang dihasilkan. (Nova Rahman, 2009)
Pengaruh kV terhadap Kuantitas Sinar-X
Semakin tinggi kV yang diberikan diantara katoda dan anoda, maka Elektron akan bergerak semakin cepat. Semakin cepat Elektron menumbuk anoda pada target, maka akan semakin cepat sinar-X terbentuk dan semakin kuat daya tembus dari sinar-X yang dihasilkan tersebut. (Nova Rahman, 2009)
Beda potensial akan mempengaruhi kualitas dan kuantitas sinar-X karena perubahannya mempengaruhi panjang gelombang yang dihasilkan. Semakin tinggi nilai kVp semakin pendek panjang gelombang, semakin baik kualitas sinar-X. (Bushong, 2013)
Kemampuan foton untuk menembus benda tergantung pada energinya. Foton sinar-X berenergi tinggi mempunyai kemampuan menembus benda padat lebih tinggi daripada foton sinar-X yang berenergi lebih rendah. Oleh karena itu, semakin tinggi kVp dan energi rerata pancaran sinar, semakin tinggi kemampuan penetrasi sinar terhadap benda padat. (Bushong, 2013)
Grafik 3. Grafik Spektrum Energi Foton Berdasarkan Nilai kVp
Hal ini bisa disimpulkan dari sebuah rumus yang menyatakan hubungan antara intensiatas isnar-x dengan kV yaitu
Dimana :
I adalah intensitas sinar-X (watt/m2)
V adalah beda potensial (kV)
Dari rumus di atas, dapat dilihat bahwa intensitas sinar-X yang dihasilkan berbanding lurus dengan kuadrat dari kV yang digunakan pada saat pemeriksaan radiografi. Ini berarti semakin tinggi v yang digunakan, maka semakin tinggi pula intensitas sinar-X yang dihasilkan dimana akan dihasilkan panjang gelombang yang lebih pendek sehingga daya tembusnya besar. (Nova Rahman, 2009)
Pengaruh kV terhadap Ketebalan Objek
Meningkatnya intensitas sinar-X akan meningkatkan pula daya tembus sinar-X terhadap objek yang dieksposi. Jadi pada objek yang lebih tebal harus digunakan kV yang lebih tinggi supaya sinar-X dapat menembus objek dan cukup untuk membentuk gambaran pada film. (Nova Rahman, 2009)
Penambahan kV terhadap objek dilakukan berdasarkan ketentuan bukan dilakukan berdasarkan perasaan. Ketentuan tersebut adalah sebagai berikut.
Ketentuan kV berdasarkan kenaikan ketebalan
Setiap kenaikan ketebalan sebesar 1 cm maka :
kV ditambah 2 kV, apabila faktoreksposi yang digunakan sampai dengan 80 kV
kV ditambah 3 kV, apabila faktoreksposi yang digunakan diantara 80 – 100 kV
kV ditambah 4 kV, apabila faktoreksposi yang digunakan di atas 100 kV
kV ditentukan berdasarkan ketebalan objek
menurut Rhinehart dan Mc Lean, penentuan kV berdasarkan :
apada pasien dewasa, kV = (d x 2) + 22
pada pasien anak-anak, kV = (d x 2) + 17
dimana d adalah ketebalan objek yang dinyatakan dalam cm
Meskipun kedua ketentuan di atas dapat digunakan pada pemeriksaan sehari-hari, namun kedua ketentuan di atas mempunyai kelemahan masing-masing yaitu (Nova Rahman, 2009) :
i. Pada ketentuan (a), harus diketahui dengan benar berapa kV yang diberikan untuk pasien ukuran normal pada tiap-tiap pemeriksaan. Dimana masalahnya adalah tidak semua pesawat sinar-X memiliki standar yang sama untuk faktor eksposi.
ii. Pada ketentuan (b), ketebalan pasien tidak berarti tubuh pasien itu
padat. Bisa saja pasien misalnya abdomen pasien yang lebih tebal hanya berisi udara yang terperangkap di dalam usus, sehingga sebenarnya tidak diperlukan kenaikan kV karena hanya udara saja.
Peristiwa Anode Heel Effect
Sebagaimana diketahui bahwa kenaikan kV akan mempengaruhi kenaikan intensitas sinar-x. Namun ternyata kemampuan sinar-x yang dikeluarkan oleh anoda kekuatannya berbeda-beda. Perubahan intenstas ini selain karena perubahan kV, juga diakibatkan oleh sudut sinar-x yang dibentuk anoda.
Perbedaan sinar-x akibat perbedaan sudut pada anoda disebut dengan Anoda Heel Effect. Intensitas sinar-x bernilai 100% apabila berada pada garis central ray atau pusat sinar. Kebanyakan orang mungkin memahami bahwa kekuatan penuh dimiliki oleh pusat keluarnya energy. Namun pada peristiwa anoda heel effect, itensitas sinar-x akan mengalami kenaikan justru ketika arah sinar bergeser menuju arah katoda. Peristiwa kenaikan intensitas sinar-x pada arah katda ini dapat dijelasakan dengan melihat anoda sebagai tempat menumbuknya Elektron. Anoda sebagai tempata menumbuknya Elektron arahnya tidak lurus namun memiliki sebuah sudut. Sudut ini dibentuk dengan tujuan agar sinar-x yang dihasilkan keluar menuju window pada tabung sinar-x dan jatuh tegak lurus dengan kaset. Sesuai dengan tujuannya, sudut yang dibentuk akan mengarah ke katoda. Karena sudut anoda yang mengarah ke katoda inilah maka intensitas sinar-x akan meningkat lebih daripada di pusat sinar. Namun meningkatnya intensitas ini hanya terjadi pada daerah yang tidak begitu jauh dari pusat sinar sebab setelah menjauhi pusat sinar, intensitas sinar-x jufa akan semakin menurun. Anode heel effect ini dapat dimanfaatkan untuk melakukan pemeriksaan pada objek yang panjang tetapi memiliki ketebalan yang tidak sama, sementara harus menghasilkan densitas yang sama. Biasanya anode heel effect ini dimanfaatkan untuk pemeriksaan femur. (Nova Rahman, 2009)
Pengaruh kV terhadap Gambaran
Untuk mendapatkan gambaran yang baik, dibutuhkan penggunaan faktor eksposi yang tepat termasuk kV. Pada pasien yang gemuk cenderung digunakan kV yang lebih tinggi dengan alasan supaya sinar-X dapat menmbus tubuh pasien dan membentuk gambaran pada film. Apabila penggunaan kV tidak tepat maka akan terjadi pembentukan gambaran yang bisa dianggap salah yaitu over expose atau gambaran dengan densitas yang tinggi akibat penggunaan faktor eksposi yang terlalu tinggi dan under espose atau gambaran dengan densitas yang rendah akibat penggunaan faktor eksposi yang terlalu rendah. (Nova Rahman, 2009)
Penggunaan kV tinggi akan menyebbakan radisi hambur (scatter radiation). Hal ini dikarenakan sinar-X yang dihasilkan dari kV yang tinggi akan memiliki intensitas yang tinggi pula. Saat berinteraksi dengan objek, sinar-X dengan intensitas tinggi ini ada yang diteruskan dan ada pula yang dipantulkan. Sinar-X yang memantul ini karena masih memliki intensitas yang tinggi maka masih sanggup untuk menghitamkan film. Karena hal ini, gambaran yang dihasilkan, densitasnya akan lebih tinggi dari biasanya. Untuk mencegah terjadinya hal ini, maka digunakan gris yang merupakan suatu alat berbentuk lempengan yang dipasang di atas kaset yang dieksposi, terbuat dari aluminium yang disusun perbaris, dimana tujuan penggunaan alat ini adalah untuk menyerap radiasi hambur, sehingga sinar-X yang masuk ke kaset dan mengenai film hanya sinar-X yang memiliki kualitas bagus. (Nova Rahman, 2009)
Jarak Pemotretan
Pengaruh jarak terhadap penyinaran pada image reseptor adalah berbanding terbalik dengan kuadratnya. FFD turut berperan terhadap intensitas yang diteruskan sampai dengan ke image reseptor tetapi tidak berpengaruh terhadap kualitas radiasi sinar-X yang dipancarkan. (Bushong, 2013)
Jarak Pemotretan
Jarak pemotretan yang ada pada radiografi terbagi menjadi tiga macamyaitu (Nova Rahman, 2009) :
FFD (Focus Film Distance) atau SID (Source Image Distance)
Istilah ini diberikan untuk jarak dari focus yang berada pada window di tube sampai ke film dimana bayangan atau image tersebut dicatat.
FOD (Focus Objek Distance) atau SOD (Source Object Distance)
Istilah ini diberikan untuk jarak dari focus yang berada pada window di tube sampai ke objek yang diinginkan.
OFD (Object Film Distance)
Istilah ini diberikan untuk jarak dari objek yang diinginkan sampai ke permukaan film.
Pengaruh Jarak Pemotretan terhadap Kuantitas Sinar-X
Perubahan jarak akan mengakibatkan perubahan pada intensitas : "Jika jarak meningkat maka kuantitas akan menurun atau dengan kata lain peningkatan jarak akan mengurangi kuantitas sinar-X" (Bushong, 2013) Meningkatnya jarak pemotretan terutama FFD akan menyebabkan intensitas sinar-X yang sampai ke film akan berkurang. Hal ini sesuai dengan rumus inverse square law yang menyatakan hubungan antara jarak dengan kuantitas atau intensitas sinar-X. (Nova Rahman, 2009)
Dimana :
d adalah jarak focus film (meter)
I adalah Intensitas
Filtrasi
Pada umumnya tabung pesawat sinar-X diagnostik menggunakan filter inherent dan biasanya di tambah dengan filter tambahan berupa aluminium yang kalau di disatukan setara dengan 2 mm Al. Filter ini berfungsi menyaring radiasi yang lemah. Sedangkan pada pemotretan yang
menggunakan tegangan yang rendah seperti pada teknik pemotretan mammografi, filter tambahan tidak diperlukan akan tetapi pada pemotretan tegangan tinggi. Filter tambahan perlu diperhitungkan.
Pancaran sinar-X mempunyai spektrum energi foton yang berbeda-beda, hanya foton dengan energi tertentu yang dapat menembus struktur anatomis lalu bertabrakan dengan film. Foton dengan energi yang lebih rendah (panjang gelombang yang panjang) berperan serta dalam pencahayaan namun tidak mempunyai energi yang cukup untuk menyentuh film. Oleh karena itu, untuk mengurangi dosis radiasi pasien, foton dengan kemampuan penetrasi lebih rendah harus dihilangkan. Hal ini dapat dilakukan dengan meletakkan filter aluminium pada garis laluan sinar. Aluminium digunakan karena dapat menyerap foton berenergi rendah dengan sedikit efek pada foton berenergi tinggi yang dapat berpenetrasi sampai ke film. Filtrasi, filter logam, biasanya terbuat dari alumunium atau tembaga, yang dimasukkan ke dalam tube housing x-ray sehingga energi rendah yang dipancarkan oleh sinar-X dapat diserap sebelum mencapai pasien (Bushong, 2013).
Gambar 3. Sinar-X Bremsstahlung dihasilkan dari interaksi antara elektron proyektil dan nukleus target. Elektron diperlambat dan arahnya diubah.
Emisi spektrum sinar-x
Jumlah relatif dari x-sinar yang dipancarkan diplot sebagai fungsi dari energi setiap sinar-X masing. Energi Sinar-X adalah variabel yang dipertimbangkan. Meskipun kita tidak bisa menangkap dan mengidentifikasi setiap masing-masing sinar-X, instrumen yang tersedia memungkinkan kita untuk melakukan dasarnya itu. spektrum emisi sinar-X telah diukur untuk semua jenis sistem pencitraan sinar-X. Data pada spektrum emisi sinar-X diperlukan untuk memperoleh pemahaman tentang bagaimana perubahan kVp, mA, dan penambahan filtrasi mempengaruhi kualitas gambar.
Spektrum Sinar X Karakteristik
Energi yang berlainan dari sinar-X karakteristik adalah karakteristik dari perbedaan antara energi pengikat elektron dalam elemen tertentu. Sinar-X karakteristik dari tungsten, misalnya, dapat memiliki satu dari 15 energi yang berbeda (Gambar 4) dan tidak ada lainnya. Sebuah plot dari frekuensi sinar-X karakteristik yang diemisikan sebagai fungsi dari energi mereka akan terlihat mirip dengan yang ditampilkan untuk tungsten pada Gambar 5.
Gambar 4. Tabel sinar-X karakteristik dari Tungsten dan energi efektifnya (keV)
Gambar 5 Emisi spektrum sinar-X karakteristik dari Tungsten mengandung 15 energi sinar-X yang berbeda.
Plot seperti itu disebut spektrum emisi sinar-X karakteristik. Lima garis vertikal yang mewakili sinar-X K dan empat garis vertikal yang mewakili sinar-X L disertakan. Garis energi yang lebih rendah merupakan emisi karakteristik dari kulit elektron terluar.
Spektrum Sinar-X Bremsstahlung
Jika memungkinkan untuk mengukur energi yang terkandung di setiap sinar-X bremsstrahlung yang dipancarkan dari tabung x-ray, orang akan menemukan bahwa kisaran energi ini dari puncak energi elektron sampai ke nol. Dengan kata lain, ketika tabung x-ray dioperasikan pada 90 kVp, sinar-X bremsstrahlung dengan energi hingga 90 keV dipancarkan. Sebuah spektrum emisi sinar-X bremsstrahlung yang khas ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Spektrum emisi sinar-X bremsstahlung membesar dari nol ke energi elektron proyektil maksimum, jumlah sinar-X tertinggi memiliki sekitar sepertiga dari energi maksimum. Spektrum emisi sinar-X karakteristik diperlihatkan pada 69 keV.
Faktor yang mempengaruhi spektrum emisi sinar-x
Jumlah sinar-X yang dipancarkan dari tabung sinar-X dapat ditentukan dengan menambahkan jumlah sinar-X yang dipancarkan pada setiap energi di seluruh spektrum, proses ini disebut integrasi. Grafis, jumlah total sinar-X yang dipancarkan setara dengan daerah di bawah kurva dari spektrum emisi sinar-X. Bentuk umum dari suatu spektrum emisi selalu sama, tetapi posisi relatif sepanjang sumbu axis dapat berubah. Semakin jauh ke kanan spektrum, semakin tinggi energi yang efektif atau kualitas sinar-X. Semakin besar daerah di bawah kurva, semakin tinggi intensitas x-ray atau kuantitas. Sejumlah faktor di bawah kendali radiografer mempengaruhi ukuran dan bentuk dari spektrum emisi x-ray begitu pula kualitas dan kuantitas sinar-X. (Bushong, 2013).
Pengaruh dari mA dan mAs
Jika arus diubah dari 200 mA menjadi 400 mA sementara semua kondisi lain tetap konstan, elektron akan mengalir dua kali lebih banyak dari katoda ke anoda, dan mAs akan dua kali lipat. Perubahan operasi ini akan menghasilkan dua kali lebih banyak sinar-X pada setiap energi. Dengan kata lain, spektrum emisi sinar-X akan berubah dalam amplitudo tetapi tidak dalam bentuk.
Gambar 7. Perubahan mA atau mAs menghasilkan perubahan yang sebanding dengan Amplitudo spektrum emisi sinar-X dalam semua energi
Pengaruh dari kV
Peningkatan 15% dalam kVp tidak melipatgandakan intensitas sinar-X tapi setara dengan menggandakan mAs ke reseptor gambar. Untuk menggandakan intensitas output dengan meningkatkan kVp, seseorang harus meningkatkan kVp sebanyak 40%. Dalam radiografi, hanya perlu peningkatan sebanyak 15% dalam kVp karena dengan meningkatnya kVp, daya tembus dari sinar-X meningkat. Oleh karena itu, radiasi kurang diserap oleh pasien, meninggalkan lebih banyak sinar-X untuk mengekspos reseptor gambar.
Gambar 8 Perubahan kVp menghasilkan kenaikan Amplitudo spektrum emisi pada setiap energi namun kenaikan lebih besar terjadi pada energi tinggi dibanding energi rendah. Oleh karena itu, spektrum berubah ke kanan, atau sisi yang memiliki energi tinggi
Pengaruh dari Penambahan Filter
Penambahan filter akan menurunkan intensitas sinar-X. Filter akan mengabsorpsi sinar-X dengan energi rendah, dengan begitu spektrum emisi sinar-X bremsstahlung berkurang banyak ke kiri. Penambahan filter juga terkadang disebut dengan penguatan sinar-X karena peningkatan yang relatif dalam energi rata-rata. Sinar-X karakteristik tidak terpengaruh begitu juga energi maksimum dari emisi sinar-X. (Bushong, 2013).
Gambar 9 Penambahan filter pada tabung sinar-X menghasilkan pengurangan intensitas sinarX tetapi meningkatkan energi efektif. Spektrum emisi di atas diperlihatkan dari pengaturan mA dan kVp yang sama, namun dengan filter yang berbeda.
Pengaruh dari Bahan Target
Nomor atom target mempengaruhi baik jumlah (kuantitas) dan energi yang efektif (kualitas) dari sinar-X. Jika nomor atom bahan target meningkat, efisiensi produksi radiasi bremsstrahlung meningkat, dan energi tinggi sinar-X jumlahnya meningkat lebih besar daripada sinar-X energi rendah.
Perubahan dalam spektrum sinar-X bremsstrahlung hampir tidak dinyatakan sebagai perubahan dalam spektrum karakteristik. Setelah peningkatan jumlah atom dari bahan target, spektrum karakteristik bergeser ke kanan, yang mewakili radiasi energi karakteristik yang lebih tinggi. Fenomena ini merupakan akibat langsung dari energi pengikat elektron yang lebih tinggi yang terkait dengan meningkatnya nomor atom.
Gambar 10 Spektrum emisi berlainan bergeser ke kanan dengan peningkatan jumlah atom dari bahan target. Dengan peningkatan dalam target nomor atom, amplitudo dari spektrum kontinu meningkatkan sedikit, terutama ke sisi energi yang lebih tinggi.
Pengaruh Bentuk Gelombang Tegangan
Ada lima bentuk gelombang tegangan :
Half-wave–rectified
Full-wave–rectified
3 fase/6 pulsa
3 fase/12 pulsa
Bentuk gelombang frekuensi tinggi
Bentuk gelombang tegangan Half-wave–rectified dengan Full-wave–rectified
adalah sama kecuali frekuensi dari pengulangan pulsa sinar-X. Perbedaan daya antara 3fase /6 pulsa dan 3 fase/12 pulsa adalah hanya berkurangnya gelombang yang diperoleh pada generasi 12pulsa dibandingkan dengan generasi 6 pulsa. Generator frekuensi tinggi didasarkan pada prinsip-prinsip teknik listrik yang secara fundamental berbeda. Mereka menghasilkan gelombang tegangan terendah dari semua generator tegangan tinggi.
Pada gambar 11 menunjukkan pandangan meledak dari bentuk gelombang full-wave–rectified untuk sistem pencitraan sinar-X yang dioperasikan pada 100 kVp. Ingat bahwa amplitudo gelombang sesuai dengan tegangan yang diberikan dan sumbu horizontal mewakili waktu.
Pada t = 0, tegangan tabung x-ray adalah nol, menunjukkan bahwa pada saat ini, tidak ada elektron yang mengalir dan tidak ada sinar-X yang sedang diproduksi. Pada t = 1 ms, tegangan tabung sinar-X telah meningkat dari 0 sampai sekitar 60.000 V. Produksi sinar-X disini masih relatif rendah intensitas dan energinya, tidak melebihi 60 keV. Pada t = 2 ms, tegangan tabung meningkat menjadi sekitar 80.000 V dan dengan cepat mendekati nilai puncaknya. Pada t = 4 ms, diperoleh tegangan tabung maksimum, dan menghasilkan energi dan intensitas emisi sinar-X maksimum. Untuk siklus seperempat antara 4 dan 8 ms berikut, kuantitas dan kualitas sinar-X menurun lagi ke nol.
Jumlah x-sinar yang dipancarkan pada setiap instan melalui siklus adalah tidak sebanding dengan tegangan. Jumlah ini rendah pada tegangan rendah dan meningkatkan pada tegangan yang lebih tinggi. Kuantitas sinar-x jauh lebih besar pada tegangan puncak dari pada tegangan rendah. Akibatnya, bentuk gelombang tegangan tiga fase atau hasil operasi frekuensi tinggi menghasilkan emisi sinar-X yang jauh lebih kuat daripada single-phase.
Gambar 11 Saat tegangan di tabung sinar-X meningkat dari nol sampai nilai puncak, intensitas sinar-X dan energi meningkat perlahan pada awalnya dan kemudian dengan cepat saat berada di tegangan puncak.
Sifat- sifat sinar-x
Sinar x mempunyai beberapa sifat fisik antara lain daya tembus, pertebaran, penyerapan, efek fotografik, fluoresensi, ionisasi dan efek biologik, selain itu, sinar x tidak dapat dilihat dengan mata, bergerak lurus dimana pergerkannya sama dengan kecepatan cahaya, tidak bisa difraksikan bersama lensa atau prisma tetapi bisa difraksikan dengan kisi kristal. Bisa diserap oleh timah hitam, dapat dibelokkan setelah menembus logam atau benda padat, memiliki frekuensi gelombang yang tinggi.
Daya tembus
Sinar x bisa menembus bahan atau massa yang padat bersama daya tembus yang sangat besar seperti tulang dan gigi. Semakin tinggi tegangan tabung ( besarnya KV) yang dipakai, semakin besar daya tembusnya. Semakin rendah berat atom atau kepadatan suatu benda, semakin besar daya tembusnya.
Pertebaran
Apabila berkas sinar x melewati suatu bahan atau suatu zat, maka berkas sinar tersebut akan bertebaran keseluruh arah, menimbulkan radiasi sekunder (radiasi hambur) pada bahan atau zat yang dilewati. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya gambar radiograf dan pada film akan tampak pengaburan kelabu secara menyeluruh. Untuk mengurangi dampak radiasi hambur ini maka diantara subjek dengan diletakkan timah hitam (grid) yang tipis.
Penyerapan
Sinar x dalam radiografi diserap oleh bahan atau zat sesuai dengan berat atom atau kepadatan bahan atau zat tersebut. Makin tinggi kepadatannya atau berat atomnya makin besar penyerapannya.
Fluoresensi
Sinar x menyebabkan bahan-bahan tertentu seperti kalsium tungstat atau zink sulfide memendarkan cahaya (luminisensi). Luminisensi ada 2 jenis yaitu :
Fluoresensi, yaitu memendarkan cahaya sewaktu ada radiasi sinar x saja.
Fosforisensi, pemendaran cahaya akan berlangsung beberapa saat walaupun radiasi sinar x sudah dimatikan (after – glow).
Ionisasi
Efek primer dari sinar x apabila mengenai suatu bahan atau zat dapat menimbulkan ionisasi partikel-partikel atau zat tersebut.
Efek biologi
Kerusakan jaringan atau perubahan yang disebabkan oleh paparan radiasi pengion-yaitu, sinar gamma, sinar X, dan partikel berenergi tinggi seperti neutron, elektron, dan positron. Radiasi pengion menembus jaringan hidup dan dapat menghancurkan sel-sel hidup atau membuat fungsinya menjadi tidak normal. Radiasi pengion termasuk alpha, beta dan sinar gamma dan neutron dengan energi yang cukup untuk menghasilkan pasangan ion yaitu elektron, yang dapat menghasilkan radikal bebas pada gilirannya dapat merusak struktur molekul yang mengakibatkan disfungsi sel (efek somatik) atau mutasi (kerusakan genetik). (Adhikari, 2012)
BAB III
PENUTUP
Simpulan
Dari pemaparan pada bab sebelumnya maka dapat kesimpulan bahwa :
Sinar x terjadi akibat dari katoda (filament) yang mengalami pemanasan lalu menghasilkan awan electron yang menumbuk anoda (target) yang hasilnya 99% panas dan 1% sinar x.
Kualitas sinar x merupakan pengukuran berkas sinar x untuk menembus obyek. Daya tembus digambarkan sebagai jarak berkas sinar x melewati obyek atau materi.
Factor yang mempengaruhi kualitas adalah beda potensial tabung (kV) dan filter.
Kuantitas sinar x merupakan pengukuran jumlah photon sinar x dalam berkas utama.
Factor yang mempengaruhi secara langsung adalah kuat arus tabung (mA), waktu (s), jarak (FFD) dan filter.
DAFTAR PUSTAKA
Adhikari, Suraj Raj. 2012. Effect And Application Of Ionization Radiation (X-Ray) In Living Organism. Kaski : The Himalaya Physics. Vol.3.
Bushong, Steward C. 2013. Radologic Science for Technologists. 10th edition. United State of America : CV. Mosby Company.
Rahman, Nova. 2009. Radiofotografi. Padang : Universitas Baiturrahman
