Fisika Radiodiagnostik

Proses pembentukan sinar- X

1.       Arus listrik akan memanaskan filamen sehingga akan terjadi awan elektron disekitar filamen (proses emisi termionik)

2.        Tegangan (kV) di antara katoda (negatif) dan anoda (positif) akan menyebabkan elektron-elektron bergerak ke arah anoda.

3.       Fokus (focusing cup) berfungsi untuk mengarahkan pergerakan berkas elektron menuju target.

4.       Ketika berkas elektron menabrak target akan terjadi proses eksitasi pada atom-atom target, sehingga akan dipancarkan sinar-X karakteristik, dan proses pembelokan elektron sehingga akan dipancarkan sinar-X bremstrahlung.

5.       Berkas sinar-X yang dihasilkan, yaitu sinar-X karakteristik dan bremstrahlung, dipancarkan keluar tabung melalui jendela (window).

6.       Pendingin diperlukan untuk mendinginkan target karena sebagian besar energi pada saat elektron menumbuk target akan berubah menjadi panas.

Terdapat dua pengaturan (adjustment) pada pesawat sinar-X yaitu

1. Pengaturan arus berkas elektron (mA) dengan cara mengatur arus filamen dan pengaturan tegangan di antara anoda dan katoda (kV). Pengaturan ini akan menyebabkan perubahan jumlah elektron yang dihasilkan filamen dan intensitas berkas elektron (mA) sehingga mempengaruhi intensitas sinar-X. Semakin besar mA akan menghasilkan intensitas sinar-X yang semakin besar.
2. Pengaturan tegangan kV akan menyebabkan perubahan "gaya tarik" anoda terhadap elektron sehingga kecepatan elektron menuju (menumbuk) target akan berubah. Hal ini menyebabkan energi sinar-X dan intensitas sinar-X yang dihasilkan akan mengalami perubahan. Semakin besar kV akan menghasilkan energi dan intensitas sinar-X yang semakin besar.

FAKTOR EKSPOSI

Faktor eksposi ( factor penyinaran ) terdiri dari kV ( kilo volt ), mA ( mili Amper ) dan s ( second )

kV adalah satuan beda potensial yang diberikan antara katoda dan anoda didalam tabung Roentgen. KV akan menentukan Kualitas sinar - x. mA adalah suatu arus tabung, dan s adalah satuan waktu penyinaran. mAs akan menentukan kuantitas sinar - x.

1.   Tegangan listrik (kV)

Tegangan listrik (kV) adalah satuan beda potensial yang diberikan antara katoda dan anoda didalam tabung Roentgen. kV atau Tegangan listrik akan menentukan kualitas sinar-x dan daya tembus sinar-x, makin tinggi besaran tegangan listrik yang di gunakan makin besar pula daya tembusnya.

 Dalam menentukan tegangan listrik sebaiknya menggunakan tegangan optimal yang mampu menghasilkan detail obyek tampak jelas. Hal-hal yang mempengaruhi tegangan tabung adalah :

                a. Jenis pemotretan

                b. Ketebalan obyek

                c. Jarak pemotretan

                d. Perlengkapan yang digunakan

Efek yang terjadi sehubungan dengan kenaikan tegangan listrik (kV) adalah

1.       Energi radiasi sinar-x akan meningkat, sehingga densitas pada film akan menigkat

2.       Mengurangi kontras objek

3.       Mengurangi dosis radiasi pada kulit sedangkan pada gonad meningkat

2.       Arus dan waktu (mAs)

Arus dan waktu adalah pekalian arus listrik (mA) dan waktu exposi (s), yang mana besaran arus ini menentukan kuantitas radiasi. Dalam setiap pemotretan pada berbagai bagian tubuh mempunyai besaran arus dan waktu tertentu. Pada dasarnya arus tabung yang dipilih adalah pada mA yang paling tinggi yang dapat dicapai oleh pesawat, agar waktu exposi dapat sesingkat mungkin, sehingga dapat mencegah kekaburan gambar yang disebabkan oleh pergerakan. Waktu exposi yang relatif panjang digunakan pada teknik pemeriksaan yang khusus misalnya tomografi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besaran faktor eksposi

1. Filter 

Pada umumnya tabung pesawat sinar-x diagnostik menggunakan filter inheret dan biasanya di tambah dengan additional filter 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.

2. Jarak pemotretan 

Jarak dalam pemotretan terdiri atas:

                a. Jarak fokus ke obyek (FOD = focus obyek distance)

                b. Jarak obyek ke film (OFD = obyek film distance)

    Bila OFD dijauhkan maka akan terjadi :

    - Geometric unsharpness meningkat

    - Magnifikasi (pembesaran) bertambah

                c. Jarak fokus ke film ( FFD = focus film distance)

                    Memperpanjang jarak fokus ke film dapat        menyebabkan:

–      Mengurangi ketidaktajaman (kekaburan) gambaran yang disebabkan oleh faktor geometrik.

–      Mengurangi magnifikasi (pembesaran) pada gambar terutama pada pemotretan thorax.

–      Mengurangi dosis kulit pada pasien.

–      Menaikkan arus dan waktu (mAs).

3. Luas lapangan penyinaran ( kolimasi)

Membatasi dan mengurangi luas lapangan penyinaran pada suatu pemotretan akan mengurangi jumlah radiasi hambur yang akan mempengaruhi kontras. Pembatasan kolimasi disesuaikan dengan kebutuhan klinis.

4. Ukuran fokus

Pada pesawat sinar-x diagnostik yang umum digunakan biasanya mempunyai dua ukuran fokus yaitu fokus besar dan fokus kecil. Fokus besar digunakan pada pemakain arus yang besar, sedangkan fokus kecil digunakan pada pemakain arus kecil. Gambaran yang dihasilkan fokus kecil lebih tajam dibandingkan dengan menggunakan fokus besar.

5. Film dan lembaran penguat (IS)

Kombinasi film dan lembaran penguat harus dipilih dengan mempertimbangkan kebutuhan akan detail dan kontras yang optimum, serta penggunaan dosis radiasi sekecil mungkin. Biasanya digunakan kombinasi lembaran penguat kecepatan sedang dan film cepat,sehingga faktor eksposi dapat diperkecil.

6. Grid

Grid merupakan alat untuk mengurangi atau mengeliminasi radiasi hambur agar jangan sampai ke film. Grid terdiri dari lajur-lajur lapisan tipis timbal yang di susun selang-seling diantara bahan yang tembus radiasi misalnya plastik dan kayu. Grid digunakan terutama pada pemotretan yang menggunakan mAs yang tinggi.

7. Jenis pemotretan

Faktor eksposi yang dipilih untuk suatu pemotretan tergantung pada :

                a. Bagian tubuh yang akan diperiksa

                b. Struktur yang akan difoto

                c. Keadaan fisik pasien

8. Proses pengolahan film 

Setiap film harus diproses dengan teknik pengolahan film yang tepat, agar dihasilkan gambaran yang baik. Proses pengolahan film ada dua macam yaitu secara manual dan cara automatik. Faktor eksposi harus mempertimbangkan proses pencucian yang digunakan serta umur cairan pada proses pencucian film.

KUANTITAS SINAR –X

1. Dipengaruhi oleh mAs, sebagai penyesuaian terhadap besarnya kualitas yang dipancarkan oleh sinar X
2. Beberapa alasan manipulasi dari kesesuaian terhadap kualitas dan kuantitas
3. Pasien tidak tahan untuk diam dalam kurun waktu tertentu
4. Mengkondisikan supaya gridded kaset harus digunakan pada potter bucky
5. Mengkondisikan variasi dari FFD

INTERAKSI SINAR-X DENGAN MATERI

1. Untuk tujuan proteksi radiasi, terdapat 3 Mekanisme interaksi energi, 2 dari mekanisme ini, yaitu penyerapan efek foto listrik dan hambran compton, yang melibatkan interaksi hanya dengan elektron-elektron orbital penyerap, mendominasi dalam kasus-kasus dimana energi foton tidak jauh melebihi 1,02 MeV.
2. Pada energi yang lebih tinggi, terjadi efek produksi pasangan (Pair Production), yang merupakan suatu pengubahan langsung energi elektromagnetik menjadi massa

Efek Foto Listrik 

1. Radiasi gelombang EM yang jatuh pada permukaan suatu material dapat melepaskan elektron dari material.
2. Elektron tidak akan terlepas jika frekuensi (atau energi) gelombang EM lebih kecil dari batas nilai energi ambang material yang dikenai gelombang EM.
3. Banyaknya elektron yang terlepas per satuan waktu berbanding lurus dengan besarnya intensitas radiasi EM, asalkan frekuensinya di atas harga energi ambang material.
4. Energi dari elektron yang terlepas tergantung dari frekuensi radiasi EM dan tidak tergantung pada intensitasnya.

Efek fotolistrik

1. Efek fotolistrik dominan dalam diagnostik, terutama untuk energi foton rendah.
2. Efek ini merupakan interaksi antara foton dengan elektron terikat, dan berkontribusi besar dalam pencitraan diagnostik.
3. Energi elektron datang seluruhnya diserap oleh eletron, yang kemudian keluar dari orbit.
4. Dalam peristiwa efek foto listrik, foton yang mengenai materi akan diserap sepenuhnya  dan  salah  satu  elektron  orbital    akandipancarkan  dengan energi kinetik yang hampir sama dengan energi foton yang mengenainya.
5. Efek fotolistrik timbul karena interaksi antara radiasi elektromagnetik dengan electron-elektron dalam atom bahan.
6. Dalam peristiwa ini energy foton diserap oleh atom, yaitu electron, sehingga elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom. Elektron yang dilepaskan oleh efek fotolistrik disebut fotoelektron
7. Efek fotolistrik terutama terjadi pada foton berenergi rendah, yaitu berkisar antara 0,01 Mev hingga 0,5 Mev dan dominan pada energy foton dibawah 0,1 Mev. Radiasi elektromagnetik dengan energy fotonnya kecil akan berinteraksi dengan elektron-elektron yang berada diorbit luar atom.
8. Semakin besar energy foton maka elektron-elektron yang berada pada orbit lebih dalam akan dilepaskan
9. Elektron yang terlempar ke luar dari atom yang paling mungkin berasal dari electron dikulit K.
10. Energi foton datang (hv) sebagian besar berpindah ke electron fotolistrik dalam bentuk energy kinetic elektron

Efek Compton

1. Peristiwa efek Compton sangat menyerupai efek foto listrik kecuali energi foton   yang  mengenai  materi  tidak  diserap  sepenuhnya  sehingga  masih ada sisa energi foton yang dipantulkan atau dibelokkan.

Efek Compton

1. Hamburan Compton terjadi apabila foton dengan energy hv berinteraksi dengan electron bebas atau electron yang tidak terikat secara kuat oleh inti, yaitu electron yang berada pada kulit terluar dari atom.
2. Electron dilepaskan dari inti atom dan bergerak dengan energy kinetic tertentu disertai foton lain dengan energy lebih rendah dibandingkan foton datang.

Efek Produksi Pasangan  (Pair Production)

1. Sebuah foton yang energinya lebih dari 1,02 MeV, pada saat bergerak dekat dengan sebuah inti, secara spontan akan menghilang dan energinya akan muncul kembali sebagai suatu positron dan suatu elektron
2. Masing-masing dari kedua partikel ini memiliki massa sebesar m₀c² atau 0,51 MeV dan total energi kinetiknya hampir sama dengan hf - 2 m₀c²

Efek Produksi Pasangan

1. Peristiwa   ini   menunjukkan   kesetaraan      antara   massa   dengan   energi sebagaimana diperkenalkan pertama kali oleh Einstein. Bila sebuah foton yang  mengenai  materi  berhasil  “masuk”      sampai  ke  daerah  medan  inti (nuclear  field)  dan  mempunyai  energi  lebih  besar  dari  1,022  MeV  maka foton   tersebut   akan   diserap   habis   dan    akan   dipancarkan   pasangan elektron   –   positron.   Positron   adalah   anti   partikel   dari   elektron,   yang mempunyai karakteristik sama dengan elektron tetapi bermuatan positif.
2. Produksi pasangan terjadi karena interaksi antara foton dengan medan listrik dalam inti atom berat.
3. Proses ini hanya dapat terjadi dalam medan listrik di sekitar partikel bermuatan, terutama dalam medan sekitar inti.
4. Dalam proses produksi pasangan, dapat dianggap bahwa foton berinteraksi dengan atom secara keseluruhan. Jika interaksi ini terjadi, maka foton akan lenyap. Sebagai gantinya timbul sepasang electron-positron. Karena massa diam electron/positron ekuivalen dengan 0,51 Mev maka produksi pasangan hanya dapat terjadi pada energy foton datang ≥ 1,02 Mev.