Radioterapi Teknologi yang terus Berkembang

Oncologi radiasi adalah  gabungan antara disiplin ilmu kedokteran/ klinis dan sain yang dicurahkan untuk memanege  pasien-pasien dengan kenker  Tujuan radioterapi adalah memberikan dosis radiasi  yang mematikan tumor pada daerah yang telah ditentukan (volume target)  sedangkan jaringan normal sekitarnya mendapat dosis seminimal mungkin dengan demikian akan dicapai rasio terapi yang optimal dengan tingkat efek samping yang minimal yang dikenal dengan “ Therapeutic ratio “

Semakin tinggi therapeutic ratio semakin baik hasil yang di peroleh, hal tersebut dapat ditingkatkan dengan upaya-upaya,  perkembangan ilmu Radiobiologi, Perkembangan tehnologi dari peralatan radioterapi, Kompetensi dari Sumber Daya Manusia (SDM) , Perlengkapan Sarana dan Fasilitas, Quality assurance Fisika  Keberhasilan radioterapi tersebut tidak terlepas dari dukungan perkembangan ilmu pengetahuan dan tehnologi yang menjadi dasar ilmu onkologi radiasi, yaitu Radiobiologi, Fisika radiasi, Onkologi dan Tehnologi peralatan  radiasi yang berbasis komputer. Dan sejalan pula dengan kemajuan dalam tehnologi pencitraan.

Tujuan tersebut dapat dicapai dengan  planning dengan  peralatan yang baik dan tenaga yang terlatih.

Hal ini sangat ditunjang dengan kemajuan tehnologi dari alat-alat radioterapi dan kemajuan dari komputer

            Perkembangan teknologi di dunia kedokteran tidak dapat dipungkiri telah membantu penderita penyakit untuk sembuh dari sakit yang dideritanya dan/atau meningkatkan kualitas hidup penderita tersebut. Salah satu perkembangan teknologi yang sedang diperhatikan dan terus diikuti oleh kalangan praktisi dunia kedokteran adalah kemajuan di bidang yang berkaitan dengan perang terhadap penyakit yang digolongkan sebagai penyakit mematikan dan telah menelan banyak korban di seluruh dunia, kanker.

            Beberapa metode dapat diterapkan dalam penanganan penyakit keganasan ini, atau yang lebih dikenal dengan penyakit tumor ganas atau kanker, yaitu operasi, kemoterapi, dan radioterapi. Metode-metode tersebut dapat diberikan secara mandiri atau dikombinasikan dengan metode yang lain seperti kemo-radiasi yaitu kombinasi kemoterapi dan radioterapi, metode penanganan yang akan dilakukan ditentukan oleh dokter berdasarkan jenis kanker dan stadium (tingkat kegansan) yang diderita.

            Metode penanganan kanker yang sarat dengan teknologi canggih yang sedang dan terus berkembang secara pesat adalah radioterapi. Radioterapi (atau juga dikenal dengan istilah terapi radiasi) menggunakan radiasi untuk mematikan sel-sel kanker atau melukai sel-sel tersebut sehingga tidak dapat membelah atau memperbanyak diri. Radioterapi dapat digunakan untuk meradiasi kanker primer dan/atau gejala-gejala yang diakibatkan oleh kanker yang telah meluas (metastasis).

Radioterapi dalam sejarahnya diawali dengan ditemukannya sinar-x oleh Roentgen pada tahun 1895 dan radioaktifitas oleh Becquerel di tahun berikutnya. Perkembangan revolusioner radioterapi dimulai sekitar tahun 1940. Perkembangan teknologi karena aktifitas perang dunia kedua yang sedang terjadi saat itu merupakan cikal bakal perkembangan pesat di bidang radioterapi. Produksi radionuklida baru dari reaktor dan pemercepat partikel pada mulanya digunakan untuk penelitian teknologi nuklir dan fisika energi tinggi, namun hal tersebut juga memberikan manfaat dalam dunia kedokteran yaitu penggunaan beberapa radionuklida baru yang dihasilkan untuk radioterapi, Co⁶⁰adalah salah satu sumber yang paling umum digunakan untuk terapi berkas eksternal. Perkembangan revolusioner berikutnya yang tidak kalah pentingnya adalah linear accelerator atau pemercepat partikel linier, hal tersebut dimungkinkan karena adanya pengembangan teknologi radar.

            Ada tiga prinsip dasar yang merupakan bagian dari radioterapi. Pertama, terapi berkas eksternal, terapi ini merupakan metode yang paling umum digunakan pada radioterapi. Terapi ini biasanya menggunakan modalitas berkas foton atau sinar-x energi tinggi yang dihasilkan oleh pemercepat partikel linier, sinar gamma yang dihasilkan oleh unit Co⁶⁰ atau sinar-x energi yang lebih rendah dengan rentang energi 50-300 kV juga dapat digunakan. Sebagai tambahan, berkas elektron megavolt dapat juga digunakan untuk meradiasi tumor-tumor atau kanker yang letaknya di permukaan. Selain itu partikel bermuatan seperti proton dan pion juga sudah dan terus dikembangkan untuk keperluan radioterapi. Prinsip yang kedua adalah brakiterapi yaitu terapi dengan menggunakan bahan radioaktif tertutup yang diletakkan dekat atau pada tumor untuk memberikan dosis radiasi terlokalisasi sehingga dosis pada jaringan normal di sekitarnya dapat diminimalisasi, metode ini sangat terbatas penggunaannya dan sangat tergantung pada letak serta ukuran tumor. Dan metode yang sangat jarang digunakan adalah terapi sumber radioaktif terbuka.

            Perkembangan teknologi radioterapi khususnya terapi radiasi ekternal yang pesat terjadi karena didukung oleh perkembangan di dunia komputerisasi. Perkembangan tersebut juga seiring dengan perkembangan dalam teknik pencitraan (radiodiagnostik) seperti computed tomography (CT), kedokteran nuklir (gamma camera), magnetic resonance imaging(MRI), ultrasonografi (USG), dan computed radiography. Keseleruhan teknik pencitraan tersebut memberikan peranan penting dalam penentuan letak maupun ukuran tumor dengan presisi tinggi.

            Beberapa rumah sakit di Indonesia telah melengkapi peralatan medisnya untuk memerangi kanker di negeri ini khususnya dengan metode radioterapi, salah satu rumah sakit tersebut adalah Rumah Sakit Pusat Pertamina (RSPP).Kontribusi RSPP dalam layanan radioterapi bagi bangsa ini sudah dimulai sejak tahun 1971, sejak RSPP pertama kali dibuka. Pada saat itu RSPP memiliki pesawat Co⁶⁰ yang dilengkapi dengan pesawat simulator untuk perencanaan. Sebagai informasi, pesawat Co⁶⁰ dipasang pertama kali tahun 1951 di London, dan menyebar ke seluruh dunia dan merupakan sumber radiasi utama dalam radioterapi sampai dengan sekitar tahun 1971.¹ Sehingga RSPP pada saat itu memiliki pesawat Co⁶⁰ termasuk masih sesuai dengan perkembangan dunia pada saat itu.

Sampai tahun 1976 survei IAEA (International Atomic Energy Agency) menunjukkan bahwa di seluruh dunia baru ada 336 linac, yang 161 di antaranya berada di Amerika Serikat.² Di dunia hanya ada beberapa vendor linac, sejauh ini yang terkenal adalah Varian, Siemens, dan Philips/Elekta. Rumah Sakit Pusat Pertamina tahun lalu (2006) telah memasang pesawat linac Siemens Primus 2D Plus. Pesawat yang ada dilengkapi dengan berbagai peralatan antara lain moving laser yang ditempatkan pada pesawat CT multislice yang bertindak sebagai simulator, TPS (treatment planning system) yang mampu untuk perencanaan 3D (dimensi), sistem pembuatan blok pembentuk berkas, beberapa alat fiksasi pasien, dosimeter absolut maupun relatif. Dengan semua perlengkapan yang ada tersebut RSPP sudah dapat mulai memberi layanan radioterapi dengan perencanaan 3D.

Perencanaan 2 dan 3 dimensi

Sebelum ada CT, perencanaan radioterapi 2D dilakukan secara manual, dengan cara meletakkan kurva isodose standard pada kontur tubuh pasien yang diambil langsung dari pasien menggunakan kawat timbal yang lentur atau dengan gips. Cara ini dilakukan di RSPP pada saat menggunakan pesawat Co⁶⁰ yang lalu.

Setelah ada CT dan komputer, dasar perencanaan 2D menjadi lebih mudah. Perencanaan tetap didasarkan pada anggapan bahwa pasien dapat diandaikan sebagai suatu bidang yang berisi sumbu berkas utama. Informasi data pasien diperoleh dari citra CT yang akan dipakai sebagai acuan perencanaan, dan semua berkas utama yang akan dipakai diletakkan pada bidang tersebut. Distribusi dosis dihitung pada satu bidang dan dapat dilihat dalam displai distribusi dosis dalam 2D, yang selanjutnya dipakai sebagai pemandu penyinaran.

Padahal berbagai struktur yang perlu diperhatikan dapat berada di luar bidang acuan perencanaan, sehingga diperlukan pula informasi distribusi pada bidang lain. Seringkali tambahan data pasien diambil dari satu atau lebih bidang lain yang sejajar dengan bidang acuan, dan selanjutnya pada bidang tersebut dilakukan kalkulasi dosis maupun distribusinya. Perencanaan demikian sering disebut perencanaan 2.5 D. Perhitungan dosis tetap menggunakan algoritma 2D. Geometri berkas dan pembobotan berkas tetap dilakukan pada bidang acuan, jarang dilakukan pada bidang lainnya.

Dengan perkembangan komputer, perencanaan 3D umumnya saat ini sudah dapat dilakukan dengan semua TPS. Dalam perencanaan ini semua sumbu utama berkas tidak harus berada dalam satu bidang. Dasar tujuan perencanaan 3D adalah untuk memberikan dosis tumor tidak pada bidang tetapi dalam volume. Data pasien diperoleh dari banyak irisan citra CT yang selanjutnya diperoleh informasi dalam bentuk volume. Geometri berkas dan portal perlakuan ditentukan berdasarkan penyinaran volume target dengan menghindari struktur anatomi kritis yang harus dilindungi. Perencanaan 3D memungkinkan untuk membuat simulasi akurat penyinaran dengan menggunakan berbagai geometri berkas yang dimodifikasi. Distribusi dosis ditampilkan dalam volume, yang tentunya dapat pula ditampilkan dalam bidang yang didasarkan pada distribusi volume pada target maupun struktur normal kritis di sekelilingnya. Selain distribusi dalam bentuk volumetrik, dalam perencanaan 3D juga dapat diperoleh informasi histogram volume dosis kumulatif yang biasa disebut DVH (dose-volume histogram). Informasi DVH ini memberi informasi fraksi volume struktur kritis yang menerima dosis lebih besar dari suatu dosis tertentu. Informasi ini penting untuk mengambil keputusan secara cepat dalam memilih perencanaan yang tepat.

Unit Radioterapi RSPP telah memiliki fasilitas TPS Pinnacle³ (Versi terbaru V7.6c) dengan keunggulan simulasi maya atau virtual simulation, fasilitas ini memungkinkan untuk melakukan perencanaan penyinaran dan akurasi yang lebih tinggi dalam penempatan arah sinar sehingga jaringan sehat sekitarnya dapat dilindungi secara optimal tanpa mengurangi dosis radiasi yang harus diterima oleh tumor. Fasilitas ini juga meningkatkan kenyamanan pasien, setelah pasien di-scanningdi ruang CT scan maka pasien diperbolehkan untuk kembali ke rumah atau ruang tempat pasien dirawat, dan keseluruhan proses perencanaan selanjutnya dilakukan di komputer TPS. Hal tersebut sangat berbeda dengan simulator konvensional. Pada simulator konvensional pasien harus tetap berada di ruangan simulator hingga tercapai hasil optimal perencanaan. Secara umum, pasien yang direncanakan untuk radioterapi menggunakan fasilitas virtual simulator akan berada pada ruangan simulator dengan waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan simulator konvensional.

Selain fasilitas virtual simulation, TPS di Unit Radioterapi RSPP juga memiliki fasilitas Digital Reconstructed Radiograph(DRR), fasilitas ini memungkinkan hasil CT scan biasa direkonstruksi menjadi hasil radiografi biasa, dan juga Digital Composite Radiograph (DCR) yang dapat menampilkan daerah pada tubuh yang menjadi perhatian dokter secara khusus (region of interest) misalnya tulang, paru-paru, jaringan lunak, dan lain sebagainya. Perencanaan juga dapat dioptimalkan dengan menggunakan beberapa percobaan (trial) hingga mencapai hasil yang paling optimal, salah satu indikator optimalisasi perencanaan tersebut menggunakan Dose Volume Histogram (DVH), yaitu grafik perhitungan untuk membandingkan dosis yang diterima oleh volume target tumor/kanker dengan dosis yang diterima oleh volume jaringan sehat sekitarnya. Fasilitas-fasilitas tersebut digunakan dalam proses perencanaan yang dilakukan oleh dokter ahli radiasi onkologi, dosimetris dan fisikawan medis secara komprehensif untuk pencapaian hasil perencanaan optimal, dan jika pasien membutuhkan alat-alat bantu radiasi seperti blok atau alatimmobilisasi maka alat-alat tersebut dapat dibuat di ruanganmould (mould room).

Hasil perencanaan yang telah dilakukan kemudian akan diproses melalui sistem jaringan informasi terpadu ke sebuah sistem penunjang lainnya yaitu sistem pencatatan dan verifikasi (record and verify system / R&V system). Sistem tersebut juga turut mengambil bagian dalam menunjang keseluruhan proses radioterapi di Unit Radioterapi RSPP. LantisR&V system merupakan salah satu sistem pencatatan dan verifikasi yang sudah dikenal oleh masyarakat radioterapi di seluruh dunia, dan sistem ini pula lah yang dimiliki oleh Unit Radioterapi RSPP (Versi 6.1). Sistem ini langsung terhubung dengan beberapa sistem lainnya seperti TPS dan kontrol panel pada mesin radioterapi sehingga sistem ini dapat mengkonfigurasi parameter-parameter mesin secara otomatis sesuai dengan perencanaan dari komputer TPS, hal tersebut dapat mengurangi kesalahan-kesalahan yang mungkin dilakukan oleh penata radioterapi (human error), setelah parameter-parameter tersebut terkonfigurasi secara otomatis maka R&V system akan melakukan verifikasi ulang terhadap parameter-parameter tersebut terhadap perencanaan yang telah dilakukan. Keunggulan lain sistem ini adalah sistem pencatatan yang teratur dan sangat mudah dioperasikan (operator friendly) tetapi tetap memperhatikan tingkat proteksi yang tinggi terhadap keamanan data pasien. Secara keseluruhan, sistem ini memungkinkan penggunanya untuk beralih ke teknologi paperless atau sistem tanpa menggunakan pencatatan manual dengan kertas.

Selain hal-hal di atas, perencanaan 3D juga telah berkembang dengan berbagai teknik baru seperti conformal planning. Beberapa perkembangan revolusioner lainnya adalahIntensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT), Image-Guided Radiation Therapy (IGRT), dan stereotactic surgery.

Peralatan Dosimetri dan QA (Quality Assurance).

Radioterapi dengan linac berkaitan dengan dosis tinggi. Dosis pada target memerlukan ketelitian tinggi, demikian pula distribusi spasial dalam volume target serta struktur lain disekilingnya. Oleh karenanya pengukuran dosis dan penentuan distribusi dosis spasial sangat penting dan menentukan keberhasilan perlakuan radioterapi. Untuk pengukuran keduanya diperlukan dosimeter absolut dan dosimeter relatif. Peralatan dosimeter absolut diperlukan untuk untuk mengukur output pesawat yang sering disebut dengan kalibrasi. Dosimeter relatif digunakan untuk mengukur distribusi dosis spasial dalam medium, terutama dalam air yang dianggap simulasi jaringan lunak. Linac di RSPP dilengkapi dengan dosimeter absolut maupun dosimeter relatif, dan hasil pengukuran dengan dosimeter memenuhi ketelitian yang diperlukan klinis sesuai dengan rekomendasi berbagai badan internasional seperti IAEA (International Atomic Energy Agency) dan AAPM (American Association of Physicists in Medicine).

Quality assurance peralatan radioterapi merupakan salah satu komponen penting dalam QA komprehensif onkologi radiasi. Tujuan utama QA peralatan radioterapi adalah menjamin bahwa kinerja semua peralatan mempunyai kinerja prima, berada dalam batas yang ditentukan. Hasil tes penerimaan dan komisioning digunakan sebagai acuan untuk menentukan batas kinerja suatu peralatan. Setiap peralatan didesain memiliki karakter kinerja fungsional yang berpengaruh pada ketelitian geometri dan dosimetri dalam pemberian dosis pada pasien. Pelaksanaan QA terutama merupakan evaluasi terus menerus karakter kinerja peralatan. Rumah Sakit Pusat Pertamina memiliki berbagai peralatan QA dan beberapa diantaranya buatan sendiri. Ada beberapa rekomendasi protokol pelaksanaan QA yang diberikan oleh berbagai badan international. Salah satu diantaranya yang digunakan oleh RSPP adalah rekomendasi QA oleh AAPM.³

Perkembangan Pencitraan Diagnostik dan Radioterapi

Dalam bidang medis, yang dimaksud dengan radiasi pengion adalah berkas sinar X kilovolt maupun megavolt, berkas elektron, dan berbagai jenis radiasi yang dipancarkan oleh sumber radioaktif seperti radiasi gamma, beta negatif, beta positif yang juga sering disebut positron, proton, neutron, dan ion berat. Dalam kesempatan ini saya akan menyampaikan kiprah “sang primadona radiasi pengion”, dalam 2 subbidang, yakni dalam 

a) pencitraan diagnostik.

b) radioterapi. 

Pada zaman sekarang ini rasanya tidak dapat dibayangkan diagnosis tanpa pencitraan. Semua rumah sakit pasti memiliki bagian radiologi yang memanfaatkan sinar X untuk pencitraan. Saya percaya masih banyak di antara kita semua yang menjadi saksi pertumbuhan pencitraan diagnostik mulai dari hanya menggunakan sinar X, kemudian ditambah dengan modalitas ultrasound, dan resonansi magnetik. Kelompok ini hidup dalam periode yang unik dan menggembirakan, dalam era ilmu dan diagnostik medis mengalami pendewasaan dan bervariasi. Meskipun saat ini sinar X tidak lagi menjadi satu-satunya modalitas untuk pencitraan medis, namun sinar X tetap menjadi primadona dalam pencitraan medis. Citra dengan modalitas yang lain, melengkapi informasi yang diperoleh dari citra sinar X. 

Selain dengan sinar X, radiasi pengion berasal dari sumber radioaktif juga dimanfaatkan untuk pencitraan, yang selanjutnya dikenal dengan kedokteran nuklir. Pencitraan dalam kedokteran nuklir memberikan informasi fungsional fisiologi yang tidak diperoleh dalam citra sinar X. Perkembangan kedokteran nuklir sempat stagnant beberapa saat, namun dengan kemunculan SPECT dan PET, kedokteran nuklir mulai berkibar kembali. Kehadiran PET memberikan angin segar pada dunia kedokteran. Saat ini PET adalah satu-satunya alat pencitraan molekular yang ada di dunia. 

Dalam bidang radioterapi untuk pengobatan kanker, radiasi pengion sejak dahulu sampai saat ini belum mempunyai saingan, yang berarti tetap menjadi primadona. Berdasarkan pengalaman berpuluh-puluh tahun, setiap ada kemajuan fisika dalam pemberian radiasi pada tumor, seperti energi radiasi, karakteristik dan presisi pemberian dosis pada tumor, akan meningkatkan hasil perlakuan terapi. Keberhasilan ditunjukkan tidak hanya peningkatan survival, tetapi juga penurunan efek negatif pada jaringan normal. Usaha peningkatan kualitas radiasi dari sinar X kilovolt menjadi radiasi gamma Co 60 dimulai pada sekitar tahun 1951. Kemudian dilanjutkan dengan era sinar X megavolt yang dimulai pada tahun 1970 an. Saat ini di negara maju sinar X megavolt telah menggusur radiasi gamma Co 60, namun tidak demikian dengan di negara berkembang seperti negeri kita ini. Peningkatan presisi pemberian dosis pada tumor tahun demi tahun terus dilakukan, dan kemajuan sangat pesat terjadi selama 2 dekade terakhir ini. 

Dalam bidang radioterapi, selain radioterapi eksternal dikenal pula brakhiterapi dan radioterapi internal. Keduanya memanfaatkan radiasi pengion yang diproduksi oleh sumber radioaktif. Brakhiterapi menggunakan sumber radioaktif tertutup dengan cara implantasi atau dengan meletakkannya dekat tumor. Peningkatan optimasi terfokus untuk memberikan dosis radiasi tinggi pada tumor dan dosis rendah pada jaringan tetangga sekitar tumor. Di lain pihak, radioterapi internal menggunakan sumber radioaktif terbuka yang dimasukkan ke dalam tubuh melalui injeksi ataupun secara oral, melalui proses metabolisme diarahkan pada organ tertentu. Kemajuan brakhiterapi maupun radioterapi internal seiring dengan peningkatan penemuan berbagai material radioaktif buatan. 

Dalam kesempatan ini, akan kami sampaikan sejarah singkat penemuan radiasi pengion yang dimanfaatkan untuk pencitraan maupun untuk radioterapi sampai dengan tahun 1940 an. Selanjutnya akan kami teruskan dengan perkembangannya sampai saat ini. 

Sejarah singkat

Yang menemukan pertama kali sang primadona sinar X adalah Wilhelm Conrad Roentgen pada tanggal 8 November 1895. Penemuan sinar X dalam sejarah ilmu pengetahuan sangat menakjubkan. Aktivitas ilmiah yang dipicu oleh penemuan ini selama tahun 1896 tercatat menghasilkan lebih dari 1000 makalah ilmiah dan 50 buku [1]. Penggunaan sinar X untuk diagnosa maupun untuk terapi terjadi hanya beberapa bulan setelah ditemukan. Enam tahun kemudian, tepatnya pada tahun 1901, Roentgen menerima hadiah Nobel pertama untuk bidang Fisika sebagai penghargaan pada penemuannya yang spektakuler. Roentgen adalah perintis Fisikawan Medis pertama, yang sangat gigih bekerja untuk kemanusiaan, sesuai dengan pernyataannya: ”I am in the opinion that ......discoveries and inventions belong to humanity......”[1]. 

Satu tahun setelah sinar X ditemukan, pada bulan Maret tahun 1896 uranium ditemukan oleh Bacquerel, namun tidak langsung diketahui kegunaannya. Kemudian pada bulan Desember 1898 Marie Curie dan suaminya, Pierre Curie mengumumkan telah menemukan unsur baru polonium dan radium. Untuk verifikasi penemuannya, Marie Curie bekerja keras meneliti 1 ton residu tambang yang hanya menghasilkan 1/10 gram radium. Bacqurrel and Mme Curie secara bersamaan memperhatikan bahwa radiasi yang dipancarkan oleh radium memberikan efek pada kulit. Selanjutnya Pierre Curie juga meneliti efek biologi radium yang hasilnya dapat menerangkan lebih detail mengenai beberapa fase epidermitis basah serta proses penyembuhannya. Dari hasil ini Pierre menyatakan:” that humanity will obtain more good than evil from the new discoveries” (Kita pada zaman ini menjadi saksi bahwa pernyataan Pierre Curie ternyata memang benar). November 1903 hadiah Nobel Fisika diterima oleh Bacquerrell ”for his discovery of spontaneous radioactivity” dan kepada suami-isteri Curie ”for their work on radiation phenomena” [1]. Pada tahun 1911 Mme Curie menerima hadiah Nobel dalam bidang Kimia “for the discovery of radium”, dan merupakan orang pertama yang menerima hadiah Nobel dua kali. Pada tahun yang sama mimpi Mme Curie terpenuhi dengan berdirinya Institut du Radium di Paris. Dari institusi ini lahir beberapa perintis radiobiologi seperti Antoine M. Lacassagne, Octave Monod, Jean L. Roux Berger, Henri Coutrad, dan lain-lain, yang hasil karyanya berkontribusi besar dalam mendasari radioterapi modern.

Tidak seperti sejarah sinar X, penggunaan sinar radioaktif dalam medis relatif lebih lamban. Sekitar 3 dasawarsa setelah ditemukan, radium yang memancarkan radiasi gamma baru digunakan untuk terapi kanker. Institusi pusat radium untuk terapi kanker pertama kali didirikan di Inggris. Karena perintisan metode terapi radium dilakukan di Perancis, maka terapi demikian tetap disebut terapi Curie. Sampai dengan tahun 1950an, yaitu sampai sinar X megavolt dapat diproduksi, radiasi gamma radium juga mengikuti jejak sinar X menjadi primadona yang sangat berperan dalam terapi kanker. Penggunaan radium dalam terapi kanker memicu lahirnya bidang Fisika Medis. Pada sekitar tahun 1930an dan 1940an pelopor Fisika Medis lainnya, seperti Duane, Paterson, Parker, dan Quimby, ikut serta mengembangkan fisika yang berkaitan dengan penggunaan radium dalam terapi [2]. Meskipun saat ini radium sudah tidak dipakai lagi untuk brakhiterapi, namun sudah banyak di antara kita yang mengetahui peran utama radium dalam terapi kanker di masa silam.

Suami isteri Jean Frederick Joliot dan Irene Curie juga peneliti yang menyumbangkan penelitiannya berkaitan dengan radiasi pengion untuk bidang Medis. Keduanya menemukan material radioaktif buatan. Permulaan Januari 1934 keduanya menunjukkan bahwa aluminium yang ditembaki dengan berkas alpha menghasilkan phosphor yang radioaktif dengan waktu paroh 3 menit 15 detik. Selanjutnya berbagai unsur radioaktif buatan lainnya ditemukan oleh Joliot–Curie. Oleh karenanya dapat dikatakan saat itu merupakan awal dari era transmutasi inti untuk membuat unsur radioaktif baru yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Berbagai isotop selanjutnya digunakan dalam bidang medis, biologi, maupun industri. Dengan penemuan unsur radioaktif buatan ini merupakan awal terbukanya pintu kedokteran nuklir. Pasangan suami isteri Joliot-Curie, yang keduanya Fisikawan) memperoleh hadiah Nobel dalam ilmu Kimia untuk penemuan mereka “sintesis berbagai unsur radioaktif” pada bulan Desember 1935 [1]. 

Modalitas pencitraan radiologi diagnostik

Modalitas pencitraan radiologi diagnostik

1. Radiografi
2. Fluoroskopi
3. Digital radiologi
4. CT (Computed Tomography)
5. Kedokteran Nuklir dan PET (Positron Emission Tomography)
6. MRI (Magnetic Resonance Imaging)
7. USG (ultrasonography)

Radiografi

Secara skematis, proses radiografi dapat dilihat dengan jelas dalam gambar, .
Berkas sinar X setelah melewati obyek akan sampai ke detector film. Citra pada film terbentuk karena adanya perbedaan atenuasi antara obyek satu dengan obyek yang lain. Grid digunakan untuk menyerap radiasi hambur yang akan mengaburkan citra. Film dengan resolusi tinggi dipakai agar mampu untuk menghasilkan citra struktur halus. 

Fluoroskopi

Fluoroskopi digunakan untuk observasi obyek dalam tubuh real time, sehingga dapat mengamati gerakan berbagai organ. Untuk fluoroskopi digunakan tabung intensifikasi pencitraan (image intensifyer, II), yang memiliki komponen detector layar fluoresensi. Pada mulanya citra yang dibentuk oleh layar fluoresensi dilihat langsung oleh pengamat (dokter). Dengan kemajuan ilmu dan teknologi, citra yang dihasilkan oleh layar fluoresensi ditangkap oleh system kamera yang langsung dihubungkan dengan TV, dan/atau oleh system video. Selain itu dapat pula hasil citra di ubah menjadi sampel digit yang kemudian diteruskan ke computer. Dengan demikian citra yang ditayangkan TV adalah hasil rekonstruksi computer. 

Digital radiologi

Komputer berkontribusi besar dalam kemajuan pencitraan radiologi diagnostik. Hampir semua modalitas diagnostik memanfaatkan komputer, diantaranya Kedokteran Nuklir (SPECT, PET), USG, MRI, CT, dan juga saat ini radiografi (CR dan DR). Oleh komputer citra dinyatakan dalam bentuk matriks piksel (citra 2 dimensi, 2D) dan voxel (untuk citra 3 dimensi, 3D). Nilai pada piksel menjadi representasi tingkat keabuan atau warna citra. Untuk radiografi, citra dapat berukuran 1024 x 1024 piksel, sedangkan untuk CT dan MRI dapat sekitar 512 x 512 piksel. Dengan citra digital, memungkinkan dibentuk suatu jaringan yang memudahkan komunikasi data medis, yang dikenal sebagai PACS (picture archiving communication systems).
Angiografi konvensional dilakukan untuk memandu pemasukan kateter percutaneously ke dalam arteri femoral menuju aorta dan ke dalam carotid, sampai dengan daerah yang dimaksud. Untuk kontras media digunakan yodium (iodine). Hasilnya citra fluoroskopi yang sering diikuti pula dengan citra video, ataupun seri film radiografi yang dibuat secara cepat. Subtraksi citra sesudah pasien diberi kontras dengan citra sebelum diberi kontras akan menghasilkan citra subtraksi yang memperjelas detail citra yang dimaksud.

Dalam digital subtraction angiography, pemeriksaan diawali dengan membuat citra fluoroskopi digital pada daerah yang dimaksud, kemudian disimpan dalam komputer. Kontras media kemudian disuntikkan, dan dibuat citra kedua yang selanjutnya melalui program komputer disubstraksi dengan citra pertama. 

CT (computed tomography)

Radiografi konvensional menghasilkan citra 2 dimensi, dan tidak dapat dihindarkan seringkali citra organ satu saling tumpang tindih dengan citra organ lain. Dengan adanya komputer, dapat dibuat citra anatomi irisan tubuh dengan modalitas CT. Pengambilan citra dari berbagai arah, yang hasilnya disimpan dalam komputer (sekitar 1000 citra). Selanjutnya berdasarkan data tersebut direkonstruksi citra penampang lintang tubuh 2 dimensi. Dengan menggabungkan citra irisan yang saling berdekatan, citra tubuh 3 dimensi dapat dibentuk. 

Kedokteran Nuklir

Dalam kedokteran nuklir pemeriksaan menggunakan radiofarmaka yang memiliki 2 karakteristik esensial. Pertama material terkonsentrasi dalam daerah tertentu dalam tubuh, dalam organ ataupun dalam jaringan yang dimaksud. Kedua, material harus pemancar radiasi gamma, agar citra organ ataupun jaringan yang dimaksud dapat dideteksi dari luar tubuh. 

Tujuan radioterapi

Tujuan terapi cancer, menghilangkan atau mematikan sel cancer dan menunda proliferasi lebih lanjut.
Terapi utama :
• bedah, membuang bagian terbesar tumor
• obat, membunuh dan menghalangi proliferasi sel cancer
• immunoterapi, menaikkan pertahanan tubuh
• radiasi pengion, membunuh sel cancer

Semua sel hidup dapat dibunuh oleh radiasi pengion, namun dosis yang diperlukan untuk membunuh sel sangat bervariasi (sel mempunyai radiosensitivitas berbeda-beda). Masalah utama, sel tumor tidak terisolasi dari sel jaringan normal.
• Tumor terletak pada jaringan yang harus masih berfungsi setelah radioterapi
• Tumor dalam jaringan yang harus masih berfungsi setelah radioterapi
• Tumor menyebar dan infiltrasi dalam jaringan lain

Tumor diradiasi, jaringan sehat ikut terradiasi dengan dosis tinggi. Pembunuhan sel oleh radiasi tergantung pada kemungkinan terjadi interaksi sel dengan radiasi (sifat alami, stochastic). Efek radiasi pada sejumlah sel (organ, massa tumor) mempunyai dosis ambang (tidak ada efek klinis untuk dosis di bawah dosis ambang, efek deterministik).
Tanggapan tumor dan jaringan normal terhadap dosis (contoh, kedua kurva terpisah). D0 merupakan dosis perlakuan yang dinginkan. Perhatikan perubahan tanggapan akibat perubahan dosis yang kecil.

Keberhasilan radioterapi bila kedua kurva terpisah lebar.
Optimasi, dosis tinggi pada tumor dan dosis rendah pada jaringan sehat, tidak mungkin dicapai bila tumor sudah infiltrasi ke jaringan sehat. Kurva tanggapan juga tergantung pada waktu keseluruhan penyinaran dan fraksinasi.

Metoda radioterapi

1. Radioterapi eksternal (teleterapi), sumber radiasi di luar tubuh pasien (sinar X, radiasi gamma, elektron, proton, neutron, dan partikel lain)
2. Brakhiterapi, sumber tertutup, sumber radiasi diletakkan dalam volume tumor. Dosis tinggi pada tumor, memperkecil dosis jaringan sehat di sekelilingnya.
3. Radioterapi internal, sumber radiasi terbuka dimasukkan ke dalam tubuh

Dalam 20 th terakhir, komputer sangat berpengaruh dalam praktek radioterapi. Kalkulasi komputer lebih cepat dan teliti dibanding dengan tangan, kemudian berkembang untuk optimasi pemberian dosis

Pesawat terapi eksternal

Kilovoltage units

• Terapi kontak (40 - 50 kV, 2 - 5 mA).
SSD (source skin distance) pendek, sekitar 2 - 5 cm, filtrasi 0.5 - 1.0 mm Al untuk memperoleh kualitas sinar X sekitar 0.6 mm Al.

• Terapi superfisial (50 - 150 kV, 5 - 10 mA). Tambahan filtrasi 1 mm Al, 1 mm Al + 0.25 mm Cu, menghasilkan sinar X dengan kualitas 1.0 - 8.0 mm Al. Pada umumnya perlakuan terapi menggunakan SSD 15 - 20 cm.

• Orthovoltage, deep therapy (150 - 500 kV). Umumnya pesawat orthovoltage beroperasi dengan kondisi 200 - 300 kV, 10 - 20 mA, untuk memperoleh sinar X dengan kualitas 1 - 4 mm Cu (filter tambahan Thoreaus yang merupakan susunan dari Sn, Cu, dan Al dengan Z yang tinggi dekat dengan target sinar X). Penyearah sinar X berbentuk kerucut dengan SSD biasanya 50 cm.

• Teleterapi Co 60
Radiasi gamma dari sumber Co 60 mempunyai energi 1.33 dan 1.17 MeV (rata-rata 1.25 MeV). Pada umumnya isosenter pesawat Co 60 menggunakan SAD 80 cm. Ukuran sumber 1.5 dan 2.0 cm, aktivitas sekitar 6000 - 7000 Ci, memberikan dosis 1.5 sampai 2.0 Gy/menit bila sumber masih baru. Penggunaan lapangan maksimum sekitar 40 x 40 cm2 pada jarak perlakuan 80 cm, d1/2 sekitar 10 cm dalam jaringan.

• Terapi megavoltage, untuk terapi tumor dengan kedalaman tinggi. Pesawat lama, Van de Graaf generator, betatron. Pesawat modern linac (linear accelerator.

Linac (sinar X, elektron) menggunakan frekuensi tinggi gelombang elektromagnet untuk mempercepat elektron. Elektron energi tinggi yang dihasilkan dapat digunakan untuk terapi tumor dekat permukaan, atau dikenakan target untuk menghasilkan sinar X energi tinggi yang digunakan untuk terapi tumor pada kedalaman tinggi.

Elektron yang dihasilkan oleh pemercepat merupakan berkas pensil (2 - 3 cm diameter). Untuk tujuan terapi lapangan radiasi elektron diperluas dengan cara melewatkan berkas elektron pada lapisan penghambur. Untuk memproduksi sinar X energi tinggi, berkas elektron ditumbukkan target. Sinar X yang dihasilkan dilewatkan pada “flattening filter” agar profil sinat X rata.
CT scanner dan CT simulator

CT simulator, gantri dapat berotasi, pada mulanya gambar yang dihasilkan tidak setajam CT diagnostik. CT simulator mutakhir menghasilkan citra hampir seperti hasil untuk diagnostik. Geometri CT simulator lebih leluasa dapat disesuaikan dengan perencanaan terapi, namun kecepatan scan lebih lambat, belum memadai untuk perencanaan 3 dimensi.
CT simulator diintegrasikan dengan CT scanner khusus untuk perencanaan terapi (3 dimensi, volumetrik), rekonstruksi radiografi secara digital dapat dilakukan.