Pro,ceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdmt Tekrwlagi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

DOSIMETRI RADIOTERAPI UNTUKBERKAS FOTON ASIMETRIK

Susetyo TrijokoPus at Standarisasi Penelitian Keselamatan Radiasi - Badan Tenaga Atom Nasional

AJBSTRAKDOSIMETRI RADIOTERAPIUNTUK BERKAS FOTON ASIMETRIK. Telah dilakukan

penelitian dosimetri radioterapi dengan menggunakan berkas foton asimetrik berenergi 6-MVyang berasal dari pesawat akselerator linier (linac) Philips SL-25 di Westmead Hospital,Sydney. Beberapa parameter dosimetri, seperti faktor keluaran (OF), nisbah tertinggi- jaring­an (TMR),nisbah sentra-jauh (OCR),dan nisbah sentra -jauh utama (POCR),diukur di dalamfantom-air pada berbagai kedalaman dan luas lapangan (FS) radiasi. Kemudian profil dosisuntuk lapangan radiasi asimetrik dihitung dengan menggunakan parameter- parametertersebut.Distribusi dosis untuk berkas radiasi asimetrik yang sarna, juga diukur denganmenggunakan detektor bilik pengionan 0,6 cc di dalam fantom-air. Hasil-hasil penelitianmenunjukkan bahwa perbedaan antara dosis terukur dan dosis perhitungan mencapai 3%pada jarak 14 cm dari sumbu pusat, tetapi untuk titik-titik di dekat sumbu pusat perbeda­annya di bawah 1%.

ABSTRACTRADIOTHERAPEUTICAL DOSIMETRY FOR ASYMMETRIC PHOTON BEAMS. Re­

search on radiotherapeutical dosimetry of asymmetric photon beam having energy of 6-MVproduced by linear accelerator (linac) machine Philips SL-25 was carried out in WestmeadHospital, Sydney. Several dosimetric parameters, such as output factor (OF), tissue-maximumratio (TMR), off-centre ratio (OCR),and primary off-centre ratio (POCR) were measured in awater-phantom at various depths and radi;.tion field sizes (FS). Then dose profiles of asym­metric radiation field were calculated by applying those parameters. Dose distributions of thesame chamber detector of 0.6 cc in the water-phantom.Experiment results showed that thedifference between the measu~d dose and calculated dose reached 3% at a distance of 14 cmaway from central axis, but at point close to the central axis the differences were below 1%.

PENDAHULUANPesawat akselerator linier (linac) medik

model Philips SL-25 yang digunakan dalampenelitian ini memiliki keunikan pada sistemkolimasi radiasinya,yang terdiri atas 4 rahang(jaw) yang masing- masing dapat digerakkansecara bebas. Dengan 4 rahang bebas tersebut,berkas radiasinya dapat berbentuk lapanganradiasi simetrik maupun asimetrik.

Penggunaan berkas foton asimetrik untukmenyinari kanker merupakan satu subyekyangrelatif baru dalam dosimetri radioterapi. Kom­binasi tiga arah penyinaran (three-fieldtechnique) dengan menggunakan berkas fotonasimetrik terbukti sangat efektif untuk tempikanker payudara [1].

Untuk menghitung dosis dari berkas fotonasimetrik, Chui et.al [2]memperkenalkan suatumetoda yang didasarkan pada parameter dosi­metri berkas foton simetrik. Metoda baru yangdiperkenalkan pada akhir tahun 1988 tersebutbelum pernah diterapkan pada pesawat linacselainjenis Varian Clinac-6/100 berenergi 6 MV.Dalam penelitian ini profil dosis berkas fotonasimetrik yang berasal dari pesawat linac

Philips SL-25 dihitung dengan menggunakanmetoda Chui, kemudian hasilnya dibandingkandengan profil dosis hasil pengukuran.

TEOR!

Perhitungan dosis untuk berkas foton asi­metrik melibatkan sejumlah parameter danmemerlukan banyak data. Parameter tersebutantara lain adalah faktor keluaran (OF),nisbahtertinggi-jaringan (TMR), dan nisbah sentra­jauh (OCR).Paktor keluaran (OP)

OF adalah perbandingan laju dosis padaluas lapangan wx wcm terhadap lajudosis padaluas lapangan 10 x 10 cm, yang diukur padakedalaman d-max [3].Dengan definisi tersebut,OF secara matematik dapat dituliskan:

(1)

Nisbah tertinggi -jaringan (TMR)TMR adalah perbandingan laju dosis untuk

luas lapangan w x w cm pada kedalaman d(cm)terhadap laju dosis di titik yang sarna pada

410

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwwgi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

OCR (r,d) = POCR (r,d) x BF (s,d) (5)

Dengan mengetahui OCR di semua titik,maka laju dosis radiasi di semua titik, 0 (r,d,w),akhirnya dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan [1],[2] dan [3]:

D (r,d,w) = D (10) x OF (w) x TMR (d,w) xOCR (r,d) (6)

di mana s(em) adalah jarak dari titik pengu­kuran ke batas lapangan radiasi. s ada1ah no1untuk titik tepat pada batas, s-positif untukdaerah di da1am berkas radiasi, dan s-negatifuntuk daerah di 1uar berkas daerah radiasi.Apabila nilai-nilai POCR dan BF telah dike­tahui, maka nilai OCR di semua titik dalamberkas radiasi dapat ditentukan dengan peru­musan:

kedalaman d-max [3]. Selanjutnya TMR dapatdirumuskan:

TMR (d,w) =]) (d,w) / D (d-max,w) (2)

Nisbah sentra-jauh (OCR)OCR didefinisikan sebagai perbandingan

laju dosis pada jarak r (em) dari sumbu berkassimetri terhadap laju dosis pada sumbu berkaspada kedalaman yang sarna [4]. OCRdapatditu­liskan

OCR (r,d) = D (r,d) / D (o,d) (3)

w

I,

.UDARA :

P ,------- ~----.-

o (r,d,w) mewakili laju dosis untuk semuatitik di bawah berkas radiasi foton asimetrik(Gambar 1).Membagi 0 (r,d, w) dengan dosis referensi, n(10), akan didapatkan distribusi laju dosis(profil dosis) dari berkas foton yang bersang­kutan.

]) (r,d,w) /:0 (10) = OF (w) x TMR (d,w) xOCR (r,d) (7)

menggunakan persamaan (7) di atas.

FOKUS

KOL/MATOR

SUMBU PUSA T

PERALATAN DAN TATA KERJA

p,engukuran Faktor Keluaran (OF)

Detektor bilik pengionan 0,6 ee. (NuclearEnterprise Inc.) yang dihubungkan denganDosemeter Farmer digital model 2570,danfantom-air standar yang berdimensi luar 30 x 30x 30 em digunakan dalam penelitian ini. Berka;sfoton yang digunakan berenergi 6-MV dan ber­asal dari pesawat linac Philips SL-25.

Pus at bilik pengionan ditempatkan tepatpad a isocentre (pusat rotasi kepala) pesawat,pada keda1aman dosis maksimum (d-max), ya­itu 1,5 em air. Pengukuran OF dilakukan de­ngan menggunakan lapangan radiasi bujursangkar dan empat persegi panjang dari 5 x 15

Dengan mengetahui nilai-nilai OF, TMHdan OCR, maka distribusi laju dosis untuk la­pangan radiasi asimetrik pada kedalaman ter­tentu dapat dihitung seeara manual dengan

Gambar 1. Berkas foton asimetrik perrhitung­an dosis di titik M (r,d, w)

(4)BF (s,d) = OCR (r,d) / POCR (r,d)

Dalam metoda Chui [4], OCR dihitung de­ngan mengalikan nisbah sentra-jauh utama(POCR) dan fungsi ba tas (BF) seperti yang dije­laskan berikut ini.

Nisbah sentrarjauh utama (POCR)

POCR didefinisikan sebagai perbandinganlaju dosis pada jarak r(em) dari sumbu pusatterhadap laju dosis pada sumbu pusat pada ke­dalaman yang sarna untuk luas lapangan mak­simum [4].

Idealnya, POCR diukur pada lapangan ra­diasi tak-hingga,tanpa adanya sistem kolima­tor. Akan tetapi hal ini tentu saja tidak mungkinbisa dilakukan. Sebagai pendekatannya, POCRditentukan pada profil dosis pada arah diagonaldari lapangan 40 x 40 em.

Fungsi batas (BF)

BF ini dimaksudkan untuk menjelaskandistribusi laju dosis di daerah sekitar perba­tasan lapangan radiasi. Selanjutnya BF didefi­nisikan sebagai perbandingan dari OCR di sua­tu titik dengan POCR pada titik yang sarna [4]dan dirumuskan:

411

Proceedings Seminar Reakwr Nuklir dalam Penelitian Sainsdan- Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landns

em sampai dengan 25 x 25 em. Dosisyang terea­tnt kemudian dikalikan dengan faktor koreksitemperatur dan tekanan udara ruang, KpT [5].Faktor konversi R/Gy dan faktor koreksi KPTsudah built-in dalam Dosemeter Farmer 2570.

Pengukuran Nisbah Tertinggi-Jaringan (TMR)Peralatan yang digunakan adalah sarna de­

ngan perala tan untuk pengukuran OF. Peng­ukuran dilakukan pada lapangan radiasi bujurs.angkar 5x 5 em sampai dengan 25 x 25 em, dankedalaman dari 1,5 sampai dengan 20 em air.

Pengukuran Profil Dosis

Perala tan-perala tan berikut ini digunakanuntuk mengukur profil dosis:1. Fantom-air Therados Seanditronix yang ber­

dimensi luar 60 x 60 x 50 em.2. Dua detektor dioda silikon (tipe-p). Satu un­

tuk scanning profil dosis, yang lainnya seba­gai referensi.

3. Panel kontrol yang digunakan untuk meng­atur posisi dari scanning detector.

4,.Plotter.Detektor diatur pada posisi isocentre level.

Scanning dilakukan dengan menggerakkan de­tektor di bawah berkas radiasi,pada kedalamana.ir. Dilakukan pengukuran dua jenis profil do-SIS:1. Profil dosis utama untuk melakukan POCR,

diukur pada arah diagonal dari lapanganradiasi 40 x 40 em, dengan kedalaman air1,5; 5; 10; 15 dan 20 em.

~~.Profil dosis untuk menentukan OCR diukuruntuk lapangan radiasi 8 x 8 em, 10 x 10 emdan 15 x 15 em pada arah sumbu utama(sumbu X dan Y), masing-masing pada keda­laman air1,5; 5; 10; 15 dan 20 em.

Pengukuran Dosis Berkas FotonAsimetrikPeralatan yang digunakan sarna dengan

peralatan untuk pengukuran OF.Pada pengukuran ini, lapangan radiasi asi­

metrik 10 x 15 em digeser sejauh 5 em dan 10(:mdari sumbu pusat. Detektor kem~dian dige­rakkan, dari kiri ke kanan, menyeberangi ber­kas radiasi. Pada setiap posisi (r,d,w)di mana radalah jarak ke sumbu pusat (dalam em), dadalah kedalaman air (dalam em) dan wadalahpanjangsisi lapangan radiasi bujursangkar (da­lam em), dosisnya dieatat. Variasi kedalamanairnya adalah 1,5; 5; 10 dan 15 em.

HASILDAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran OF dari pesawat linacPhilips SL-25 dapat dilihat pada Tabel 1 dan'rabel 2.

Band1J.ng, 8 - 10 Okwber 1991PPTN - BATAN

Pada Tabel 1 terlihat bahwa OF semakinbesar dengan adanya penambahan luaslapangan radiasi (w).Penambahan nilai OF ter­hadap luas lapangan (w) hampir mengikutifungsi hiperbolik, seperti dinyatakan oleh Horn[6].

Pada Tabe12 dapat dilihat bahwa besarnyanilai OF bergantung pada eara pembukaan ra­hang Gaw).Luas lapangan yang sarna bisa mem­berikan nilai OF yang berbeda. Pembukaanrahangatas (Y)eenderungmemberikan nilai OFyang lebih besar dari pada rahang bawah (X),misalnya nilai OF (5 x 25) lebih besar 1%dari­pada nilai OF (25x 5). Pengaruh inijuga pernahdilaporkan oleh Luxton et.al [7] yang meng­gunakan linae CGR Saturne-25.

Pada Tabel 3 terlihat bahwa untuk keda­laman lebih besar dari 3 em, nilai TMR semakinbesar dengan adanya penambahan luas lapang­an radiasi.

Tabel1. Faktor keluaran (OF) dari berkas radi­asi foton berenergi 6MV,Philips SL-25

Luaslapangan(FS)emxemOF

5x5

0,9566x6

0,9677x7

0,9768x8

0,9869x9

0,99310 x10

1,00011x11

1,00712 x 12

1,01213 x 13

1,01714 x 14

1,02215 x 15

1,02616 x 16

1,03017x17

1,03318 x 18

1,03519 x 19

1,03820 x 20

1,04021 x 21

1,04222 x 22

1,04423 x 23

1,04624 x 24

1,04825 x 25

1,049

Perbedaan TMR (20,25) dan TMR (20,5)meneapai 11%.Hal ini disebabkan oleh adanyaperbedaan intensitas dan energi radiasi hamburyang datang dari sistem kolimator dan fantom­air. Hal demikian telah diuraikan dalam

412

Proceedings Seminar Reaktor Nllklir dalmn Penelitian Sainsclan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bmulllng, 8 - 10 Oktober 19!IlPPTN - BATAN

pengembangan konsep nisbah udara- jaringan 3%. Hal ini mungkin disebabkan oleh karena(TAR)menjadi konsep nisbah tertinggi-jaringan me- toda Chui yang mengasumsikan bahwauntuk berkas foton energi tinggi [8]. POCR untuk berkas asimetrik adalah sarna

Nilai POCRyangdiperoleh dari hasil peng- dengan berkas simetrik. Selain itu perluukuran profil dosis utama dapat dilihat pada diketahui pula bahwa nilai POCR tergantung

Tabel 2. Faktor keluaran (OF) unntuk lapangan radiasi bujur sangkar dan empat persel~ipanjang, dari berkas foton 6-MV,philips SL-25

RahangRahang atas (Y),em

bawah 5,08,010,012,015,020,025,0(X),em5,0

0,9560,9720,9790,9830,9870,9910,993

8,0

0,9680,9860,9941,0021,0071,0121,01410,0

0,9720,9921,0001,0081,0131,0211,02312,0

0,9750,9951,0051,0121,0191,0251,028

15,0

0,9780,9991,0101,0161,0261,0331,03620,0

0,9821,0031,0141,0231,0321,0401,04425,0

0,9831,0061,0171,0261,0351,0431,049

KESIMPUIAN

Telah didapatkan profil dosis berkas fotonasimetrik yang berasal dari pesawat linaePhilips SL-25, baik dari perhitungan maupunhasil pengukuran pada berbagai kedalaman air.Profil dosis pengukuran tidak berbeda jauh de­ngan hasil pengukuran langsung dengan meng­gunakan bilik pengionan 0,6 ee.

Metoda Chui untuk dosimetri radioterapiberkas foton asimetrik dapat dikatakan eukup

Tabel 3. TMR dari berkas foton 6-MV,Philips SL-25

Tabel4 (halaman berikut). Nilai POCRtersebuttelah dinormalisasikan ke dosis sumbu pusat.

Nilai fungsi batas (BF) yang dihitung de­ngan menggunakan persamaan (4) diperlihat­kan pada Tabel 5 ( halamn berikut ).

Selanjutnya BF tersebut dapat digunakankembali untuk menghitung OCR dengan meng­gunakan persamaan (5).

Perbandingan antara profil dosis terukurdan hasil perhitungan dengan persamaan (7)dapat dilihat pada Gambar 2, 3, 4 dan 5 (lihathalaman berikut). Dari gambar-gambartersebut, terlihat adanya sedikit perbedaanantara kedua profil dosis. Untuk titik-titikyang

pada jenis dan bahan filter penyeragam berkas(flattening fil- ter) dan susunan kolimator,sehingga tiap-tiap jenis pesawat memilikiPOCR .;ersendiri.

Kedalam- Luas lapangan (FS) (emx em)an (em)

5x58x810 x 1012 x 1215 x 1520 x 2025 x 25

1,5

1,0001,0001,0001,0001,0001,0001,0002,0

1,0001,0001,0000,9990,9990,9990,9993,0

0,9770,9810,9810,9820,9820,9830,9835,0

0,9100,0,9230,9290,9320,9360,9420,9448,0

0,8070,8300,8430,8490,8590,8690,87510,0

0,7410,7700,7840,7940,8050,8190,82912,0

0,6820,7110,7290,7400,7590,7700,78215,0

0,5990,6320,6510,6640,6820,7010,71520,0

0,4860,5170,5340,5490,5680,5920,611

dekat dengan sumbu berkas, perbedaannya dibawah 1%.Untuk dae'rah yang jauh dari sumbupusat, misalnya 14 em, perbedaannya meneapai

akurat, sehingga parameter berkas simetrikyang telah ada dapat digunakan untuk menen­tukan profil dosis berkas foton asimetrik. Wa-

413

Prcoceedings Seminar Reakwr Nuklir dalam Penelitian SainscUm Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Land.as

Banchtng, 8 -10 Okwber 1991PPTN - BATAN

Tabel 4. POCR untuk berkas foton 6-MV, Philips SL-25

POCRr (cm)

d = 1,5d = 5,0d = 10,0d = 15,0d = 20,0

16,0

1,0621,0441,0170,9950,97215,5

1,0601,0421,0170,9960,97515,0

1,0581,0411,0170,9980,97814,5

1,0561,0391,0170,9990,98214,0

1,0541,0381,0171,0010,98513,5

1,0511,0361,0171,0030,98813,0

1,0481,0341,0171,0040,99112,5

1,0471,0331,0171,0040,99212,0

1,0461,0321,0161,0040,99211,5

1,0431,0311,0161,0040,99211,0

1,0401,0291,0151,0040,99210,5

1,0371,0261,0141,0040,99310,0

1,0341,0231,0111,0020,99309,5

1,0281,0191,0071,0000,99309,0

1,0221,0141,0050,9990,99308,5

1,0181,0101,0030,9980,99408,0

1,0131,0071,0020,9990,99507,5

1,0091,0051,0020,9990,99607,0

1,0061,0031,0020,9990,99606,5

1,0061,0021,0021,0000,99806,0

1,0061,0021,0021,0011,00005,5

1,0061,0021,0021,0011,00105,0

1,0061,0031,0031,0021,00104,5

1,0061,0031,0031,0021,00104,0

1,0061,0031,0021,0021,00103,5

1,0041,0021,0011,0011,00003,0

1,0021,0001,0001,0001,00002,5

0,9970,9980,9991,0001,00002,0

0,9930,9940,9970,9991,00001,5

0,9900,9920,9950,9981,00001,0

0,9880,9900,9920,9961,00000,5

0,9920,9930,9960,9981,00000,0

1,0001,0001,0001,0001,000

laupun untuk daerah yang semakin jauh darisumbu pusat dapat terjadi perbedaan dosis seki­tar 3%,dipandang dari segi dosimetri, angkaperbedaan 3% ini masih di bawah total toleransidosis yang diijinkan untuk terapi, yaitu sebesarEi%.

UCAPANTERIMAKASIH

Pada kesempatan ini penulis mengucap­kan terimakasih kepada DR. L. Holley(University of Technology Sydney) dan Mr. J.F.Drew (Westmead Hospital) yang telah menjadipembimbing dalam penelitian ini.

DAFfAR PUSTAKA

1. PODGORSAK, E.B., GOSSELIN, M., PLA, M., KIM, T.H., FREEMAN, C.R., A simpleisocentric technique for irradiation of the breast, chest, wall and peripheral lymphatics. TheBritish Journal of Radiology, 57 (1984) 57-63.

~!.CHUI, C.S., MOHAN, R., FONTE LA, D., Dose computations for asymmetric fields defined byindependent jaws, Medical Physics 15 (1988) 92-95.

414

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalum Penelitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

B(mdung, 8 -10 Oktober 1991PPTN - BAT AN

02f ~ J ~o ~~ I I ·-..L.-·-L_ .....l_...L....- ...L----LJ-4 -2 a 2 4 6 8 10 12 j4 t6

DDS!S R£LATIF

1.21---·-------- "---

It0.8,!I

0.6

0.4

\.

\

lIII

IiI

Ii

,.. - - - - -;- - - - -.,I ,

:10 I

, 0 I

, I

~... ' .... 15 ..:., ,

I, , IL -! J

FS 10 X 15 em:

....... PEr~GUKURAN

- ..- .. PERH! TUNGAN

- -- - - - I

• - - . 10 _ :

I ![ I

I J ,.~' .1......... t.J, ..• i I

-- III

~----_: .• _.J

JARAK DAR! SUM8U PUSAT (em)

Gambar 2. Profil dosis terukur dan hasil perhitungan dari berkas foton asimetrik, pada kedalam­an 1,5 em air.

DDS!S R£LATIr

1

0,8

0.6

0,4

FS 10 X' 15 em :

0.2

01

~

I

IJ...l.. ...

-4-202468!O121416

JARAK OAR! SUM8U PUSAT (em)

P£NGUKURAN

PERH! TUNGAN

Gambar 3. Profil dosis terukur dan hasil perhitungan dari berkas foton asimetrik, pada kedalam­an 5 em air.

3. KHAN, F.M., SEWCHAND, W., LEE, J., WILLIAMSON, J.F., Revision of tissue-maximumratio and scatter-maximum ratio concepts for cobalt-60 and higher energy x-ray beams, Medi­cal Physics; 7 (1980) 230-237.

415

04

0.2 ~.

O.8~!

0.6~

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Teknologi Menuju Era Tinggal Landas

DOSlS RELATlf

1 ~

f(\i ~I 'I •I • I

i I \I \I \I I,; \

/ ". \u L:.-::._~_~ :-.__-L.--L_ ,_.L--L-=-~

4 -( C ;: 4 6 R !O \2 14 16.Jr"I"" iJARJ SUl'lfHl PUS AT (em)

Bandung, 8 -10 Oktober 1991PPTN - BATAN

FS 10'x I: em.

GambaI' 4. Profil dosis terukur dan hasil perhitungan dari berkas foton asimetrik, pada kedalam­an 10 cm air.

DO'; is RlLA 11 f

r---------- _.__._n-_ ..__ -.-.nm--l1~

! I

~8~ ... I

O.6~ \. II ,

O~ ~ I I I

\ I \ \02 ~ l \ )'I / . \

I .-/' / '---01 I , I I I I I I I ~-4 -2 0 2 4 6 8 !O 12 14 16

JARAK DARl SUM8U PUSAT (em)

FS 10 X 15 em

PENGUKURA',

PERHI TUNG~N

GambaI' 5. Profil dosis terukur dan hasil perhitungan dari berkas foton asimetrik, pada kedalam­an 15 cm air.

4. CHUI, C.S., MOHAN,R., Off-centre ratios for three-dimensional dose calculations, MedicalPhysics, 13 (1986) 409-412.

416

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam PeMlitiau Sainsduu Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Baudung, 8 - 10Oktober 1991PPTN - BATAN

5. MASSEY, J.B., Manual of dosimetry in radiotherapy, Technical reports series no.HO, IAEA,Vienna (1970)

6. HORN, R.A., Computer program for output and depth dose from hyperbolic equations, Medi­cal Physics, 8 (1981) 108-110.

7. LUXTON, G., ASTRAHAN, M.A., Characteristics of the high-energy photon beam of a 25-MVaccelerator, Medical Physics, 15 (1986) 82-87.

8. HOLT, J.G., LAUGHLIN, J.S., MORONEY,J.P., The extension of the concept tissue-air ratio(TAR)to high-energy x-ray beams, Radiology, 96 (1970) 437-446.

9. JOHNS, H.E., CUNNINGHAM, J.R., The physics of radiology, 4th edition, Springfield, Il­linois (1985)

10. IAEA,Technical reports series no. 277, Vienna (1987)

417