1

EKSPOSI SINAR-X

TUJUAN

- Mahasiswa memahami proses terbentuknya sinar-X

- Mahasiswa mampu menyiapkan dan mengoperasikan sinar-X secara benar

TEORI

1. Sinar-X

Sinar-X merupakan gelombang elekromagnetik dan memiliki panjang gelombang antara 0,01-

10 nm. Karena panjang gelombangnya yang pendek, maka sinar-X memiliki daya tembus

yang besar. Disamping itu dengan energi yang dimilikinya sinar-X mampu mengionisasi

materi yang dilaluinya karena itu sinar-X digolongkan sebagai sinar pengion.

Gambar 1.1 Skema Tabung Sinar-X (Hendee WR & Ritenour ER, 2002)

Sinar-X diproduksi dalam tabung hampa yang didalamnya terdapat filamen sebagai katoda

dan target sebagai anoda. Skema tabung sinar-X dapat ditunjukkan pada Gambar 1.1. Filamen

dipanaskan dengan arus tertentu sehingga terbentuk awan-awan elektron, karena terjadi beda

potensial antara anoda dan katoda yang cukup tinggi (dalam orde kilovolt) menyebabkan

elekron bergerak dengan kecepatan tinggi menuju anoda. Interaksi elektron berkecepatan

tinggi dengan material target inilah yang menyebabkan terbentuknya sinar-X. Terbentuknya

radiasi sinar-X sangat kecil yaitu sekitar 1% dari jumlah energi yang hilang dan selebihnya

akan terbentuk panas pada plat anoda (Bushong, 1998).

Urutan proses terjadinya sinar-X adalah sebagai berikut :

a. Katoda (filamen) dipanaskan (lebih dari 2000oC) sampai menyala dengan mengalirkan

listik yang berasal dari transformator.

b. Karena panas, elektron-elektron dari katoda (filamen) terlepas.

c. Sewaktu dihubungkan dengan transformator tegangan tinggi, elektron-elektron akan

dipercepat gerakannya menuju anoda dan dipusatkan oleh alat pemusat (focusing cup).

d. Filamen dibuat relatif negatif terhadap sasaran (target) dengan memilih potensial tinggi.

e. Awan-awan elektron mendadak dihentikan pada anoda target, sehingga terbentuk panas

(>99%) dan sinar-X (<1%).

f. Pelindung timbal (Pb) akan digunakan untuk mencegah keluarnya sinar-X dari tabung,

sehingga sinar-X yang terbentuk hanya dapat keluar melalui jendela.

g. Panas yang tinggi pada target akibat benturan elektron didinginkan oleh radiator pendingin.

2

2. Jenis sinar-X

Pada tahun 1895 Wilhelm Roentgen menemukan bahwa suatu radiasi berdaya tembus besar

yang tidak diketahui dihasilkan jika elektron cepat menumbuk suatu sasaran, Radiasi disebut

sinar-X.

Elektron-elektron yang yang dipercepat menuju anoda karena adanya beda potensial V yang

cukup tinggi yang dipasang antara katoda dan anoda (kutub positif). Tepat pada saat sampai di

anoda, elektron telah memperoleh energi kinetik yang berasal dari perubahan energi potensial

(potensial listrik) K = eV.

Kecepatan elektron dari katoda berupa energi kinetik (eV) menumbuk anoda menhasilkan

energi sinar X (h) dan energi panas (Q), dinyatakan dalam persamaan sbb.:

K = Esinar + panas

e V = h + Q

e V = h (c/λ) + Q

Persamaan ini dapat ditulis sebagai:

QVe

ch

Dengan λ = panjang gelombang

e = muatan elektron

h = tetapan Planck

c = laju cahaya

Q = energi panas

Ve

chmin

Berdasarkan prosesnya, sinar-X dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Bremsstrahlung dan

karakteristik. Spektrum sinar-X ditunjukkan oleh Gambar 1.2.

Gambar 1.2 Spekfum sinar-X. Tampak sinar-X terdiri dari dua komponen

yaitu sinar-X Bremsstrahlung dan sinar-X karakteristik (Hendee WR & Ritenour ER, 2002).

a. Sinar-X karakteristik

Sinar-X karakteristik terjadi apabila proyektil elektron berinteraksi dengan elektron pada kulit

terdalam dari atom target. Sinar-X karakteristik dapat dihasilkan jika interaksi tersebut

mampu mengionisasi atom target dengan melepaskan elektron pada kulit terdalam. Kemudian

elektron pada kulit lebih luar akan mengisi kekosongan pada kulit tersebut. Pada saat itulah

3

timbul sinar-X karakteristik. Sinar-X karakteristik bersifat diskrit (Bushong, 2001). Dalam

Gambar 1.2 sinar-X karakteristik ditunjukkan oleh dua spike pada energi sekitar 50 dan 70

keV.

b. Sinar-X Bremsstrahlung

Sinar-X Bremsstrahlung terjadi bila proyektil elektron yang menuju inti mendapat pengaruh

dari medan listrik inti target. Medan ini sangat kuat karena inti tersebut mengandung banyak

proton. Proyektil elektron mendekati inti atom target maka mengalami perlambatan, berubah

arah dan energinya banyak yang hilang dan kemudian dipancarkan dalam bentuk sinar-X

Bremsstrahlung. Sinar-X Bremsstrahlung merupakan spektrum yang kontinu yang diproduksi

oleh perlambatan elektron yang diproduksi katoda.

3. Sifat Sinar-X

Sinar-X memiliki sifat antara lain:

a. Bergerak dalam lintasan lurus

b. Dapat menembus bahan: makin tinggi tegangan tabung, makin besar daya tembusnya.

c. Mengalami atenuasi (diperlemah) pada saat menembus bahan. Atenuasi makin besar jika

bahan makin tebal, makin rapat dan makin tinggi nomor atomnya.

d. Sulit menembus logam berat dengan ketebalan tertentu.

e. Dapat menyebabkan pemendaran cahaya pada beberapa logam, misalnya seng sulfida dan

kalsium wollframat.

f. Tidak dapat ditangkap oleh panca indera tetapi dapat diketahui dengan alat detektor.

g. Dapat menghitamkan film.

h. Menimbulkan efek biologis pada bahan yang dilaluinya.

4. Besaran pokok dalam eksposi sinar-X

Jumlah radiasi sinar-X yang ditangkap film dipengaruhi oleh:

a. Tegangan Tabung (kV)

Jika tegengan tabung dinaikkan maka energi sinar-X meningkat dan intensitas juga

meningkat. Jika energi sinar-X meningkat maka kemampuan menembus bahan akan

meningkat, sehingga sinar-X yang sampai ke film akan lebih tinggi.

b. Arus Tabung (mA)

Arus tabung merupakan banyaknya arus dalam tabung. Dengan meningkatkan arus tabung,

maka jumlah elektron yang bergerak dari katoda menuju anoda semakin banyak. Dengan

demikian sinar-X yang dihasilkan semakin banyak, sehingga meningkatkan radiasi sinar-X

menuju film, akibatnya meningkatkan densitas film.

c. Waktu eksposi (S)

Dengan menaikkan waktu eksposi maka densitas yang dihasilkan akan meningkat. Jika

waktu eksposi yang lama maka akan menyebabkan sinar-X yang ditangkap film semakin

banyak.

d. Luas lapangan radiasi

Luas lapangan meningkat maka hamburan akan semakin besar, sehingga dosis pada satu

titik akan mengalami peningkatan. Untuk lapangan standar, biasanya digunakan ukuran

10x10 cm2.

e. Jarak antara sumber sinar-X dengan film (SID).

4.1 Pendekatan Teoritik.

Penelitian ini merupakan implementasi sistem pencitraan RD untuk diagnosis fraktur

tulang. Sistem radiografi konvensional memancarkan sinar-X yang dikendalikan oleh

radiografer melalui tombol-tombol kV dan mAs. Intensitas berkas sinar-X di rumah sakit pada

umumnya tidak homogen, intensitas ditengah paling tinggi dan menurun secara gradual ke

4

arah tepi. Berkas ini mempengaruhi citra radiograf yang dihasilkan (Kusminarto dkk., 1996).

Agar berkas sinar-X bisa dianggap homogen, maka digunakan berkas yang paraxial.

Paparan sinar-X mengenai obyek (tulang), sehingga menghasilkan radiograf yang bisa

menggambarkan densitas dari tulang tersebut. Untuk pencitraan pada obyek yang terkena

paparan (tulang normal dan tulang fraktur) dapat dijelaskan pada Gambar 1.3.

)exp(/ 101 xII

)exp(/ 202 xII

Gambar 1.3. Berkas sinar datang Io dan yang diteruskan I1 atau I2.

Dengan digunakannya sistem Radiografi Digital dimungkinkan diciptakan suatu

perangkat lunak untuk menganalisis tingkat keabuan pixel secara matematis sehingga dapat

dilakukan perhitungan (ln(I2/Io))/(ln(I1/Io)) yang menghasilkan angka-angka.

ln = logaritma alam (natural logaritme) dari persamaan matematis.

I2 = tingkat keabuan Region of Interest (ROI) pada tulang yang mengalami metastasis atau

tulang yang mengalami sklerosis/litik.

I1 = tingkat keabuan Region of Interest tulang normal.

Io = tingkat keabuan Region of Interest background tanpa obyek.

Tingkat keabuan sebanding dengan intensitas berkas sinar-X, sehingga dengan

menggunakan nilai tingkat keabuan dari 0 ~ 255 dapat digunakan untuk menentukan Io, I1 dan

I2, sehingga dapat digunakan pula untuk diagnosis metastasis tulang (Susilo, 2011).

4.2 Pesawat Sinar-X di Lab fisika

Awal Maret 2012 lab Fisika UNNES mendapatkan peralatan baru berupa satu unit X-

ray (biasa digunakan pada rumah-sakit Daerah atau Puskesmas), serta unit automatic

processing film (Anonimous, 2012). Komponen penting dari unit X-ray tersebut antara lain:

fasilitas tabung sinar-X, generator tegangan tinggi beserta control table, yang biasa disebut

dengan sistem radiografi konvensional (RK), dimana citra hasil radiografnya dapat

diinterpretasi melalui lightbo. Keadaan ini menunjukkan bahwa beberapa komponen

radiografi konvensional baru yang baru diperoleh tersebut perlu dioptimalkan sehingga

membentuk system Radiografi Konvensional (RK) yang fungsional. Peralatan sistem RK

dapat ditunjukkan pada Gambar 1.4 dan 1.5.

Gambar 1.4. Generator tegangan tinggi dan

control table dari unit X-ray Gambar 1.5. Tabung sinar-X dan

colimator

5

Gambar 1.6. Bagian utama mesin

1. Pilar/tiang

2. Pegangan

3. Pengontrol

4. Pedal rem

5. Rem kaki

6. Alas

7. Penopang

8. electric beam limiting device

9. kepala tabung sinar x

10. meja kepala berputar rem kunci pas

11. voltmeter

12. lampu indicator power

13. tombol saklar

14. lampu indicator mengirim

15. daya dekat tombol

16. indicator lampu alarm

17. tombol untuk memilih V/kV

18. tegangan tinggi memilih knob

19. amperemeter

20. pemilih knob mA

21. pemilih knob waktu

22. pemilih knob tegangan

23. saklar control tangan

24. remote

ALAT DAN BAHAN

a. Mobile X-ray

b. Kaset

c. Film

d. Stepwedge

Step wedge adalah sebuah benda yang terbuat dari Al dengan bentuk yang bertingkat

dengarn ketebalan yang berbeda-beda. Apabila Step Wedge di eksposi oleh sinar-X maka

akan dihasilkan densitas yang berbeda pada tiap tingkatan.

CARA KERJA

a. Menghubungkan power kabel sinar-X dan sumber listrik

b. Menekan tombol “ON” pada panel pesawat sinar-X

c. Mengatur posisi tabung sinar-X pada posisi yang tepat

d. Meletakkan kaset pada posisi yang tepat (catatan: proses peletakan film pada kaset harus

dilakukan di kamar gelap)

e. Menyalakan lampu lokalisasi untuk memastikan posisi kaset

f. Mengatur jarak sumber-kaset (SID) menggunakan measuring tape (misal pada jarak 100

cm)

g. Mengeset luas lapangan radiasi sesuai keinginan (misal 10 x10 cm2)

h. Meletakkan fantom stepwedge pada posisi yang tepat

i. Mengeset nilai kV dan mAs sesuai standar

6

j. Melakukan persiapan eksposi dengan menekan tombol eksposi (setengah pada tombol

ekposi selama 2,5-15 detik untuk model lain)

k. Melakukan eksposi dengan menekan penuh tombol eksposi saat terdengan suara beep,

beep (untuk tombol eksposi di lab fisika Unnes langkah ini tidak diperlukan).

l. Selanjutnya film siap diproses