View
224
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
REKA YASA DAN INOV ASI PERANGKA T RIAdengan MENGGUNAKANMEDIA SAMPEL CHANGER untuk MEMPERMUDAH APLIKASI KLINIS
Riswal Nafi Siregar, Joko Sumanto, Suyatno, SandaPUSAT REKA YASA PERANGKA T NUKLIR
I. ABSTRAK
Telah dibuat perangkat Radioimmunoassay (RIA) menggunakan media sam pel tabung
reaksi yang dimasukkan ke dalam sistem pemindah sam pel, sehingga pencacahan
dilakukansecara otomatis. Perekayasaan mengacu pada perangkat RIA yang sudah
ada di rumah sakit-rumah sakit dengan melakukan beberapa inovasi sesuai dengan
keperluan dan mempermudah aplikasi klinis. Inovsi yang dilakukan pada mekanik
berupa sistem pemindah sam pel secara otomatis dan susunan kolimator. Adapun inovasi
untuk system elektroniknya mampu mengeluarkan pulsa TTL sebesar 0,5 J.lsdari input
pulsa analog 6-8 IlS sehingga dapat dicacah oleh module counter USB. Sedangkan
Automatisasi entri data menggunakan kartu USB ke Pc.
Rekayasa dan inovasi perangkat RIA ini berupa satu kesatuan utuh yang terdiri dari
modul elektronik dengan sistem komunikasi devasys USB dengan komputer dan modul
mekanik berupa sistem pemindah sampel secara otomatis serta sistem kolimator.
II. PENDAHULUAN
Perangkat RIA ini digunakan terutama pada laboratorium kedokteran nuklir yang aplikasi
nya sebagai pencacah dengan sumber gamma yang berenergi rendah dan aktivitas rendah.
Peralatan RIA yang ada dan dipakai selama ini di rumah sakit memiliki beberapa
klassifikasi :
1. Perangkat RIA dengan media sampel manual tanpa PC
Tipe perangkat RIA ini ada yang menggunakan banyak detektor, seperti multi well gamma
counters dan multi detectors gamma counters ( Gambar I ).
207
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
Gambar 1. Alat RIA media sampel manual tanpa PC
ISSN 1693-3346
Alat RIA seperti tipe diatas membutuhkan banyak detektor. Sistem pencacahannya manual
dan operator harus berada ditempat sampai mendapatkan hasH pencacahan. Secara
elektronik perangkat tersebut masih banyak menggunakan rangkaian analog. Akusisi
datanya tanpa PC, hanya menggunakan keypad dan printer.
2. Perangkat RIA media sam pel manual dengan PC
Perangkat RIA tipe seperti ini adalah gamma ganagement system, yaitu perangkat RIA
media sampel manual multi detektor. Detektor yang digunakan jumlahnya bervariasi dari 6
sampai 10 detektor. Sistem akusisi datanya sudah memakai komputer, dengan sistem
interfacenya menggunakan parallel port
3. Perangkat RIA media sam pel changer tanpa PC
Contoh dari· perangkat ini adalah model J 600 automatic gamma counter, singledetector.
Alat ini sudah menggunakan sampel changer, sistem pencacahannya automatis dan dapat
ditinggal selama proses pencacahan. Sample yang akan dicacah sebanyak jumlah hole
pencacahan pada tray sampelnya. Sistem elektroniknya analog dan motor yang digunakan
motor AC. Sistem geraknya dikontrol oleh microprocessor tanpa Pc. Piranti input
outputnya menggunakan keypad dan printer.
Gambar 2. Alat RIA 1600 gamma counter
208
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Melihat perkembangan perangkat RIA yang terdapat dirumah sakit seperti diatas, maka
dilakukan perekayasaan dan inovasi dengan teknologi terkini dan menggunakan bahan
bahan kandungan lokal, sederhana dan automatisasi seeara modem dan handal untuk
keperluan masyarakat serta dapat digunakan dirumah sakit besar dan keeil.
III. METODOLOGI
Perekayasaan sistem pencacahan RIA otomatis dibuat berdasarkan kepada sistem yang
telah ada di rumah sakit dan melakukan modifikasi sesuai dengan keperluan serta
mempermudah aplikasi klinis. Adapun blok rancangan perekayasaan ini seperti pada
Gambar 3.
Detektor
r-I PENGKONOISI HCOUNTER
Dan
SINYAL DAN-PENGATlJRWINDOW
Preamp
SCADAN ENERGI
IIK
0Mt
/ P
tU
KOMUNIKASI
T
SERIAL
E
M~~UL I+-IMODUL
rlUSB.--.
R
LV +.SAMPLE CHANGER
Gamhad. RI.OK RANrANGAN
Kegiatan pembuatan perangkat RIA diklasifikasikan sebagai berikut :
Pembuatan media sampel
a. susunan kolimator, yang terdiri atas :
1. kolimator
2. penyangga kolimator
3. dudukan penyangga kolimator
209
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
b. susunan penggerak mekanik, yang terdiri atas :
1. sample tray karosel
2. karosel
3. dudukan karosel
4. dudukan penggerak motor
2. Pembuatan casing
3. Sistem elektronik
a. Penguat dan pembentuk sinyal
b. Penganalisis tinggi pulsa
c. Pencacah
d. Catu daya tegangan rendah
e. Catu daya tegangan tinggi
f. Driver motor
ISSN 1693-3346
IV. SISTEM KERJA ALAT
Pembuatan sistem pencacahan RIA SAMPLE CHANGER meliputi modul elektronik,
sistem mekanik dan uji gerak. Adapun koneksi ke komputer menggunakan interface USB
card dan bahasa yang digunakan visual basic. dalam perekayasaan ini akan dibuat sistem
cuplikan sampelnya dengan teknologi automatisasi. Sistem automatisasi terse but dikontrol
melalui driver yang terkoneksi dengan PC.
Detektor yang hendak digunakan adalah Nal(TI) yang banyak dipasaran dengan ukuran
yang cukup besar. Kolimator, dudukan detektor dan posisi motor penggerak vial
disesuaikan dengan ukuran detektor tersebut. Motor yang digunakan adalah motor DC
dengan kemampuan daya untuk mengangkat beban vial 2: 2 kg, Oetektor diberi catu daya
tegangan tinggi sebesar 1000 V. Pulsa yang keluar dari detektor diolah dan diteruskan ke
level SCA dengan lebar pulsa sebesar 0,5 I1s kemudian dicacah oleh komputer melalui
module counter USB.
210
Gerak Putar
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
TRAY SAMPLE CHANGER
Gerak Naik
MODUL ELEKTRONIK
I PC
Gambar 4. Sistem Kerja Alat
DETEKTOR
ISSN 1693-3346
SAMPLE
Sistem gerak sample changer dikendalikan oleh motor dan mekanisasi dari sample changer,
yaitu karousel. Motor yang digunakan adalah motor DC (motor wipper) dengan
kemampuan daya untuk mengangkat beban 2: 2 kg. vial berbentuk lingkaran dengan hole
sebanyak 25 buah. Gerakan sampel pada hole vial dibuat secara automatisasi dengan arah
gerakan sesuai arah jarum jam sehingga pengambilan sam pel secara berurutan dengan
menggunakan rancangan driver motor melalui program PC secara visual basic. Gerakan
dibuat secara berurutan dan pendeteksian sampel dilakukan secara turun naik. Triger
untuk menggerakkan motor melalui PC dirancang driver motor. Komponen utama
Rancangan driver motor ini adalah transistor 2N2222 dan relay omron MY2 yang tegangan
kerjanya 12 V. Transistor 2N2222 pad a rangkaian ini sebagai pengatur jalan masukan
untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai on-offnya motor (Gambar 5. )
211
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
.=
Gambu5.Drivcr mo~r
ISSN 1693-3346
Data masukan diolah melalui program PC secara visual basic dengan interface USB card.
Sistem mekanik sample changernya dibuat tanpa ban yak menggunakan switch. Sistem ini
juga berfungsi sebagai kontrol jalan tray sample changer.
Sistem elektronik yang dibuat merupakan sistem pencacah nuklir non pencitraan, yaitu
modul pengkondisi sinyal dan pengolah sinyal, modul tegangan tinggi, dan modul counter
timer. Adapun modul berupa card, yaitu : modul usb tipe devasys, modul i2c ADDA dari
innovative electronic serta low voltage dari power supply computer. Keluaran dari sistem
e1ektronik yang dilewatkan oleh TTL sebesar 0,5 s sehingga dengan mudah dapat dibaca
oleh Pc. Sistem interfacingnya menggunakan teknologi terkini yaitu USB sehingga
pemrosesan data dapat dengan cepat dikirim atau diterima Pc.
V. URAIAN DAN HASIL REKA YASA
1. MODUL ELEKTRONIK
a. Tegangan Tinggi
Penggunaan catu daya tegangan tinggi pada sistem pencacah gama sangat menentukan
kualitas pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Pada dasarnya sistem tegangan tinggi dapat
dibuat dengan berbagai cara antara lain: menggunakan "step up" dari arus bolak-balik.
212
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Untuk arus searah diperlukan tambahan rangkaian khusus untuk merajang tegangan searah
yang seolah-olah seperti arus bolak-balik. Catu daya Tegangan Tinggi memiliki keluaran
yang dapat diatur hingga 1000 Volt DC. Masukan untuk modul ini berupa sumber tegangan
DC +5 Y, +12 V, -12 V, dan GND. Output modul ini dikeluarkan menggunakan konektor
SHY untuk digunakan oleh Voltage Divider pad a PMT.
Modul ini menggunakan IC TDA 2004 sebagai pelipat tegangan tinggi, IC LF 357 sebagai
modulasi lebar pulsa, IC 3080 sebagai penguat arus dan penguat pembanding TL 081.
Adapun keluaran tegangan dari modul ini untuk mendapatkan pulsa dari detektomya
±1200 volt.
b. Penguat Sinyal
Amplifier mempunyai fungsi utama sebagai penguat dan pembentuk pulsa masukan dari
Preamplifier. Sinyal yang dihasilkan berbentuk Gaussian Unipolar. Agar pulsa ini dapat
dianalisa berdasar tingginya dengan daya urai yang memadai maka diperkuat kembali
sampai keluarannya ( penguat awal : voltage sensitive; penguatannya 6 kali ) dalam orde
beberapa volt. Penguat ini merupakan penguat linier yang dilengkapi dengan perubahan
penguatan ( gain) secara diskrit maupun kontinu serta pemilihan polaritas masukan untuk
dapat sebagai sinyal masukan untuk SCA.
Sistem ini merupakan penguat utama. Komponen utamanya adalah LM 318 yang
dilengkapi dengan filter catu daya R,C. Penguat linear ini menggunakan catu daya +12 volt
dan -12 volt DC. Setelah dikuatkan kemudian sinyal dibentuk semi gausian oleh rangkaian
peredam aktifyang dilengkapi dengan rangkaian pole zero sehingga pulsa tidak mengalami
undershoot. Dibagian keluaran peredam aktif diberi beban potensio (helitrim ) dan dibagian
ct diambil sebagai pelemah sinyal yang dapat diatur untuk dikalibrasi.
c. Pengolah Sinyal
Single Chanel Analyzer (SCA) adalah suatu bagian dari spektrometer, yang merupakan
suatu rangkaian penganalisa tinggi pulsa dari suatu detektor. Pulsa-pulsa keluaran dari
penguat pulsa rangkaian amplifier, yaitu IC LM 318 akan dianalisa oleh IC TL 082 dengan
cara melakukan pemilihan tinggi pulsa. Pulsa terse but masuk pada dua IC LM311 P yang
berfungsi sebagai diskriminator. IC LM 311 P akan mengkomporator pulsa untuk
213
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
menentukan lower level dan upper level. Pulsa komporasi tersebut akan distabilkan oleh
74123 sebagai keluaran data serial.
Single Cahannel Analyzer (SCA) mempunyai level diskriminator terendah E (Lower Level
Diskriminator) dan level diskriminator tertinggi E +6.E (Upper Level Diskriminator),
(Gambar 6).
AINPUT
ULD
LLD
LLD'
ULD
LLD
OUT
6E
E
ULD. n__n__OUT---n-------------
Gambar 6. pulsa keluaran SCA
SCA akan melewatkan pulsa yang puncaknya masuk pada daerah 6.E (antara daerah LLD
dan ULD) dan akan memblokir pulsa yang puncaknya diluar daerah 6.E. Sedangkan
keluarannya harus berupa data serial yang dengan mudah akan dicounting dengan piranti
luar.
d.Pencacah
Pada perangkat ini terdapat modul Counter, modul counter ini menerapkan metode
perhitungan jumlah pulsa yang dihasilkan oleh detektor dalam satu-satuan waktu tertentu.
Pulsa yang dihasilkan oleh detektor sebelumnya diolah oleh pengolah sinyal (SCA),
kemudian hasil pengolahan sinyal tersebut diteruskan untuk dicacah melaui suatu gerbang
214
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
(gate) yang menggunakan IC 7400. Proses pencacahan hanya terjadi selama gerbang dalam
keadaan terbuka, interval waktu bagi gerbang tersebut ditentukan oleh perangkat lunak
pada PC.
Komponen utama modul ini adalah IC CD4040. Modul Counter terdiri dari clock masu
kan satu buah, bit control dua buah untuk mengatur nomor Counter dan pemilihan Byte,
port Data 8 bit, serta catu daya. Modul Counter berjumlah tiga buah yang di dalamnya ter
diri dari dua buah Counter 16 bit yang terbagi menjadi 8 bit High Byte dan 8 bit Low Byte
Komponen utama modul ini adalah IC CD4040 sebagai counter ( 8 bit) dan IC 74244
sebagai gerbang data, data yang akan dibaca dikirim melalui Port A pada Terminal USB (
Universal Serial Bus). Proses pembacaan data dilakukan dengan pemilihan Chipselect (Cs)
oleh suatu decoder (lC74138) melalui Port C (PCO, PC I, PC2, PC3).
Adapun hasH pencacahan dapat dilihat pada hasil percobaan dibawah ini :
ANA LIT :T4
PRINSIP DASAR
: RIA - CT
TANGGAL PEMERIKSAAN
: 16/ II /2007
WAKTU A WAL PENCACAHAN
: 8:49:25 AM
% NSB = 1.84 % MB = 68.66Tabung
RerataNetCPM% Bou ndKonsentrasi
Total Count
00260400000000.0000.00
NSB
00004800000000.0000.00
A (MB)
001836001788100.0000.00
B
00153600148883.22 20.00
C
00124800120067.11 50.00
D
00109200104458.39 100.00
E
00052800048026.85 200.00
F
00031200026414.77 600.00
215
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
Tabel I. Hasil Cacahan Standar
Tabung
RerataNetCPM%BoundKonsentrasi
Sample - 0 1
00061200056431.54223.87
Sample - 0 2
00034800030016.78493.68
Sample - 0 3
00079200074441.61146.42
Sample - 0 4
00066000061234.23199.86
Sample - 0 5
0152400147682.5522.35
Tabel 2. Hasil Cacahan Sampel
ISSN 1693-3346
90
80
70
605040302010o
223,87 493,68 146,42 199,86 22,35
Gambar 8. Kurva Sampel RIA
e. Driver motor
I-------~,---+- Series1\ .•• .•• _n •• _." _
Komponen utama rancangan driver motor ini adalah transistor 2N2222 dan relay omron
MY2 yang tegangan kerjanya 12 v. Transistor 2N2222 pada rangkaian ini sebagai
pengatur jalan masukan untuk mengfungsikan relay. Dan relaynya bekerja sebagai
on-offnya motor.
216
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
2 .. SAMPLE CHANGER
Perancangan sample changer terbagi dalam dua bagian besar, yaitu :
a . Susunan Kolimator
Susunan kolimator terdiri dari
ISSN 1693-3346
• Kolimator; kolimator didesain dari bahan Pb dengan mempertimbangkan
ketebalan dan bentuk geometrinya. Kolimator berfungsi sebagai perisai radiasi dan
kolimasi berkas sumber radiasi.
• Penyangga Kolimator; penyangga kolimator berfungsi sebagai penyangga
detektor agar dapat berdiri tegak secara vertikal. Desain penyangga kolimator
disesuaikan dengan dimensi detektor ( diameter dan panjang detektor ). Bentuk
disusun secara knockdown dengan kolimator ataupun dudukan penyangga kolimator
untuk memudahkan pemasangan detektor dan pengkabelannya. Penyangga
kolimator dibuat dari bahan aluminium.
• Dudukan Penyangga kolim'ator; dudukan ini dibentuk sebagai susunan terpisah
dari penyangga dengan tujuan pemasangan pengkabelan pada detektor lebih mudah.
Secara prinsip dudukan penyangga kolimator sebagai tempat bertumpunya detektor
secara keseluruhan. Dudukan penyangga kolimator dibuat dari bahan aluminium.
b. Susunan Penggerak Mekanik
Susunan penggerak mekanik terdiri dari :
• Sample Tray Karosel; bentuknya didesain berupa lingkaran dengan lubang-Iubang
yang mengelilinginya berjumlah 25 sehingga besar sudut an tar tabung sample
radiasi adi:1lah 14,4°. Komponen ini dibuat dari bahan tlexiglass dan PYC
• Karosel; posisi sangat menentukan dalam pemilihan sample secara berurutan dan
pendektesian sample dengan posisi turun naik. Untuk itu didesain bentuknya berupa
lingkaran dengan as pembagi sudut sebesar 14.4 0. Karosel dibuat dari bahan
aluminium dengan as dari besi.
• Dudukan Karosel; dudukan karousel disesuaikan dengan kedudukan dimensi total
dari perubahan ketinggian bagian susunan kolimator. Konstruksi dirancang dengan
system knockdown sedang bahannya dibuat dari aluminium. Dudukan karousel
berfungsi sebagai dudukan as karosel dan dudukan penggerak motor.
217
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
• Dudukan Penggerak Motor; dudukan penggerak motor dibuat dari bahan
aluminium. Dimensi dudukan penggerak motor ditentukan oleh bagian susunan
kolimator. Dudukan penggerak motor menentukan ketinggian dan posisi karosel,
untuk itu dipasang piringan ekstrensik yang secara mekanik memberikan gerak
translasi maksimum dan minimum.
VI. KESIMPULAN
Perangkat RIA ini memiliki teknologi baru dan berdaya rendah. Penggunaan perangkat ini
menggunakan bahan-bahan kandungan lokal dan kit RIA nya dapat diperoleh di BAT AN.
Selain itu luas ruangan untuk mengoperasikan perangkat ini lebih kecil dan efisien karena
sudah dalam bentuk 1 unit.
Perangkat ini dikembangkan di dalam negeri sehingga pelayanan perawatan dan
perbaikannya dapat lebih cepat dan lebih mudah. Sistem komputer pad a perangkat ini
menggunakan komputer yang ban yak terdapat di pasaran sehingga kemudahan suku
cadangnya terjamin. Selain itu sistem komputernya dapat mengikuti perkembangan
teknologi komputer yang ada sekarang. Sistem komunikasi data menggunakan komputer
terkini dan mudah didapatkan dipasaran. Kemudahan dengan teknologi baru tersebut
sangat strategis untuk digunakan rumah sakit-rumah sakit besar ataupun keci\.
218
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
VII. DAFT AR PUST AKA
1. Laboratory Technologies, Inc, "The Cornerstone of RIA ", 43 W900 Route 64, Maple
Park II, 6015 1
2. The Nucleus, " Model 1600 automatic gamma counter", OAK Ridge, Tn USA
3. Berthold," Gamma Management System ", DPC Developed, Germany, 1992
4. Darwati S, " Prosedure RIA ", Diklat Produksi Radioisotop, PPR-BA TAN, 2005
5. Wayan R, "Teknologi Produksi KIT RIA"., Diklat Produksi Radioisotop,
PPR-BATAN,I991
6. B.R. Bairi, Balvinder Singh, N.C. Rathod, P.V. Narurkar, " Handbook of Nuclear
Medical Instrument"., Tata McGraw-Hili Publishing Company Limited,
New Delhi, 1994
7. Texas Instruments AS and ALS," 54/74 Families of Compatible TIL Circuits"., TIL
Data Book II Vol II
8. Schawartz Mischa, " Signal Processing", International Student Edition, 1975
9. IAEA., " Radioimmunoassay Data Processing Program For IBM PC Version 1.0", 1998,
http://www.mtmtys.com
219
Recommended