FISIKA MODERN
Teori Fisika Klasik dipelopori oleh Isaac Newton dengan hukum Newton I, II dan III. Sedangkan teori Fisika Modern dipelopori oleh Albert Einstein dengan teori relativitas khusus (thn 1905) dan teori relativitas umum (thn 1915). Fisika modern merupakan salah satu bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel – partikel subatomik. Teori relativitas memeriksa bagaimana pengukuran kuantitas fisis bergantung pada pengamat seperti juga pada peristiwa yang diamati. Dari teori relativitas muncul mekanika baru yang menyiratkan kaitan yang sangat erat antara ruang dan waktu, serta massa dan energi. Dalam penulisan saya akan banyak dibahas tentang kaitan massa dan energi.
2.1 Teori Efek FotoListrik
Dekat permulaan abad keduapuluh serangkaian eksperimen menyatakan bahwa elektron dipancarkan dari permukaan logam jika cahaya yang frekuensinya cukup tinggi jatuh pada permukaan logam itu (diperlukan cahaya ultraviolet untuk hampir semua logam, kecuali logam alkali). Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik.
Energi fotoelektron tak bergantung pada intensitas cahaya tapi bergantung pada frekuensi cahaya yang dipakai. Berkas cahaya yang kuat menghasilkan fotoelektron lebih banyak daripada berkas yang lemah yang berfrekuensi sama, tetapi energi elektron rata-ratanya sama. Pada frekuensi di bawah frekuensi kritis masing–masing logam, tidak terdapat elektron apapun yang dipancarkan. Di atas frekuensi ambang ini fotoelektron mempunyai energi dari 0 sampai suatu harga maksimum tertentu, dan harga maksimum ini bertambah secara linier terhadap frekuensi.
Kmax = h (v – v0) = hv – hv0
h : tetapan Planck = 6,626 x 10-34 J . s
v : frekuensi
v0 : frekuensi ambang dari masing – masing logam.
Kmax : energi fotoelektron maksimum
2.2 Teori Kuantum Cahaya
Pada tahun 1905 Einstein menemukan bahwa paradoks yang timbul dalam efek fotolistrik dapat dimengerti, hanya dengan memasukkan pengertian radikal yang pernah diusulkan oleh fisikawan teoretis Jerman Max Planck lima tahun sebelumnya. Saat itu Planck mencoba menerangkan karakteristik radiasi yang dipancarkan oleh benda mampat. Kita mengenal pijaran dari sepotong logam yang menimbulkan cahaya tampak, tetapi panjang gelombang lain yang tak terlihat mata juga terdapat. Sebuah benda tidak perlu sangat panas untuk bisa memancarkan gelombang elektromagnetik – semua benda memancarkan energi seperti itu secara malar (kontinyu) tidak perduli berapa temperaturnya. Pada temperatur kamar sebagian besar radiasinya terdapat pada bagian inframerah dari spektrum, sehingga tidak terlihat. Planck dapat menurunkan rumus yang dapat menerangkan radiasi spektrum ini (yaitu kecerahan relatif dari berbagai panjang gelombang) sebagai fungsi temperatur dari benda yang meradiasikannya kalau ia menganggap bahwa radiasi yang dipancarkan terjadi secara tak malar (diskontinyu), dipancarkan dalam catuan kecil, suatu anggapan yang sangat asing dalam teori elektromagnetik. Catuan ini disebut kuanta. Planck mendapatkan bahwa kuanta cahaya yang berfrekuensi tertentu v semuanya harus berenergi sama, dan energi E ini berbanding lurus dengan v. Jadi :
E = hv (Energi Kuantum)
E : Energi Kuantum
v : Frekuensi
Dengan h = tetapan planck
= 6,626 X 10-34 J . s
Dari efek fotolistrik didapat :
hv = Kmax + hv0
hv : energi kuantum cahaya dengan frekuensi v
Kmax : energi fotoelektron maksimum
hv0 : energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron dari permukaan logam yang disinari
Energi kuantum = Energi elektron maksimum + Fungsi kerja permukaan
2.3 Dualitas Partikel – Gelombang
Dalam tahun 1905, Einstein menyatakan bahwa cahaya bergerak melalui ruang dalam bentuk foton. Pandangan bahwa cahaya menjalar sebagai sederetan paket energi ( yang biasanya disebut foton ) berlawanan langsung dengan teori gelombang cahaya. Teori gelombang cahaya menerangkan banyak sekali efek optis ( khususnya difraksi dan interferensi ) sebagai teori fisis yang sudah mapan. Kita dapat meniadakan pertentangan ini dengan menganggap foton mempunyai gelombang yang berpautan dengannya. Pada tiap kejadian yang khusus, cahaya dapat memperlihatkan sifat gelombang atau sifat partikel, tidak pernah terjadi keduanya sekaligus. Jadi cahaya mempunyai sifat dual yaitu sebagai gelombang dan sebagai kuantum sehingga teori gelombang cahaya dan teori kuantum cahaya akan saling melengkapi.
2.4 Sinar – X
Efek fotolistrik merupakan bukti yang meyakinkan bahwa foton cahaya dapat mentransfer energi pada elektron. Apakah proses sebaliknya bisa terjadi ? Dapatkah seluruh atau sebagian energi kinetik elektron yang bergerak diubah menjadi foton ? Kenyataannya, efek fotolistrik-balik bukan saja terjadi, bahkan telah ditemukan (walaupun belum dimengerti dengan baik) sebelum teoritis Planck dan Einstein ada.
Dalam tahun 1895 Wilhelm Roentgen mendapatkan bahwa radiasi yang kemampuan tembusnya besar, yang sifatnya belum diketahui, ditimbulkan jika elektron cepat menumbuk materi. Sinar–x ini menjalar menurut garis lurus walaupun melalui medan listrik dan magnet, dapat menembus bahan dengan mudah, menyebabkan bahan fosforesen berkilau dan menyebabkan perubahan plat fotografik. Bertambah cepat elektron (beda tegangan bertambah) semakin hebat kemampuan tembus sinar–x, dan bertambah banyak jumlah elektron (arus dan waktu bertambah) semakin besar pula intensitas berkas sinar–x.
Sebagian besar elektron yang jatuh pada target ( 99% ), kehilangan energi kinetiknya sedikit demi sedikit melalui berbagai tumbukan dan energinya berubah menjadi panas (alasan inilah yang menyebabkan dipakainya target logam dalam tabung sinar–x mempunyai titik leleh tinggi seperti tungsten atau molybdenum). Sedangkan sebagian kecil elektron (1%) kehilangan energinya dalam suatu tumbukan tunggal dengan atom target. Energi inilah yang berubah menjadi sinar-x. Jadi produksi sinar–x merupakan efek fotolistrik balik.
Efek fotolistrik merupakan energi foton yang ditransformasikan menjadi energi kinetik elektron, sedangkan produksi sinar–x merupakan energi kinetik elektron yang ditransformasikan menjadi energi foton. Produksi sinar–x merupakan kebalikan dari efek fotolistrik.
2.5 Detektor partikel
Foton energetik atau partikel bermuatan mengionisasi materi dalam lintasannya sehingga menghasilkan pasangan elektron (ion negatif) – positron (ion positif) yang dapat dideteksi dengan berbagai instrumen. Beberapa instrumen itu adalah ruang ionisasi, alat cacah sebanding, alat cacah Geiger, alat cacah kelip (sintilasi) dan detektor semi – konduktor.
2.5.1 Ruang Ionisasi
Ruang ionisasi terdiri dari tabung yang diisi gas tertentu (misalnya argon) yang mengandung dua elektrode, bisa berupa dua keping logam sejajar atau tabung logam dan kawat sentral. Kawat sentralnya dijaga pada potensial positif yang cukup tinggi terhadap tabungnya.
Ketika sebuah partikel atau foton mengionisasi gas, elektronnya ditarik ke anode dan ion positif yang berat yang bergerak lebih lambat ditarik ke katode. Jika tegangannya terlalu rendah, beberapa elektron dan ion positif bergabung kembali sebelum mencapai elektrode. Maka beda tegangan pada elektrode harus dijaga supaya berada diatas tegangan ambang sehingga seluruh ion yang terbentuk bisa sampai pada elektrode.
Tinggi pulsa tegangan (tegangan sesaat) yang ditimbulkan DeltaV, yang terdapat di antara ujung resistor, bergantung pada banyaknya pasangan ion n yang dihasilkan dalam ruang itu dan bergantung pada kapasitansi C ruangan pengion.
2.5.2 Alat Cacah Sebanding
Jika beda tegangan pada ruang ionisasi melebihi suatu harga tertentu maka elektron yang bergerak menuju anode akan memiliki cukup energi untuk menciptakan pasangan ion selanjutnya sepanjang perjalanannya. Hasil runtunan elektron sekunder yang mencapai anode dapat merupakan faktor pengali sampai 1000 kali, sehingga pulsa (sesaat) keluarannya akan lebih besar juga. Pada suatu daerah tegangan tertentu, besar pulsa sebanding dengan banyaknya pasangan ion semula, dan alatnya disebut cacah sebanding. Karena waktu naik (response) pulsa dalam cacah sebanding lebih pendek daripada kamar ionisasi maka alat ini lebih mampu mencacah intensitas radiasi yang tinggi.
2.5.3 Alat Cacah Geiger
Jika beda tegangan dinaikkan lebih tinggi lagi maka pada daerah beda tegangan tertentu tinggi pulsanya akan konstan sehingga sumber daya tidak perlu diatur secara cermat seperti pada alat cacah sebanding. Dan juga tinggi pulsanya beberapa volt sehingga tidak perlu memakai penguat tegangan. Alat ini diberi nama alat cacah Geiger-Muller sesuai nama penemunya atau biasanya disebut alat cacah Geiger saja. Kelemahan alat cacah Geiger ialah ketidak-pekaan alat ini dalam selang waktu 200 sampai 400 s setelah setiap pulsa.
2.5.4 Alat Cacah Kelipan
Zat tertentu akan berkelip (berpendar) jika terkena radiasi ionisasi. Zat seperti itu yang disebut fosfor atau sintilator (pengelip) dipakai sebagai lapisan tipis pada tabung gambar televisi yang akan berkilau ketika terkena berkas elektron. Layar pengelip zink sulfide dipakai oleh peneliti mula bersama radioaktivitas untuk mendeteksi partikel alfa terutama dalam pekerjaan Geiger dan Marsden yang menghasilkan model atom Rutherford. Alat cacah kelipan memakai fosfor dalam bentuk padat atau cair yang dapat ditembus oleh cahaya yang ditimbulkannya.
Berikut ini adalah beberapa contoh bahan sintilator yang sering digunakan sebagai detektor radiasi :
Kristal NaI(Tl), Kristal ZnS(Ag), Kristal LiI(Eu), Sintilator Organik
2.5.5 Detektor Semikonduktor
Sifat sambungan p-n membentuk landasan suatu kelompok detektor radiasi zat padat yang banyak dipakai orang. Konduksi dalam semi konduktor tipe – n terjadi melalui gerak elektron dan dalam semi konduktor tipe – p melalui gerak “lubang” ( kedudukan elektron yang kosong) yang berkelakuan seakan-akan bermuatan positif.
Pasangan elektron-lubang yang terjadi karena partikel bermuatan yang lewat atau foton yang lewat melalui semikonduktor, baik tipe-n atau tipe-p, jumlahnya sangat sedikit dibandingkan dengan jumlah elektron atau lubang yang sudah ada disitu, sehingga sukar dideteksi. Namun dalam sambungan p-n, elektron dalam daerah n bermigrasi ke daerah p dan disitu mereka bergabung dengan lubang (hole) meninggalkan lapisan di kedua belahnya yang berkurang pembawa muatan. Lapisan yang timbul karena perbedaan potensial akibat proses itu tipis. Dengan memberi tegangan eksternal untuk menimbulkan bias balik sepanjang kristal ( yaitu pada ujung p dipasang negatif dan pada ujung n positif ) melebarkan daerah kekurangan ini menjadi setebal satu milimeter atau lebih. Pelebaran lebih lanjut mungkin dapat dilakukan dengan melakukan doping pada kristal itu. Daerah kekurangan ini berlaku sebagai ruang ionisasi jika terdapat radiasi yang melaluinya, dengan elektron dan lubang yang ditimbulkannya tertarik pada ujung-ujung kristal sehingga menimbulkan tegangan yang dapat diukur.
Detektor semikonduktor mudah disesuaikan untuk pengukuran energi karena responsenya linear dan karena daya pisahnya (resolusinya) sangat baik hanya 2,8 eV diperlukan untuk menimbulkan pasangan elektron-lubang dalam germanium dan 3,5 eV dalam silikon, sekitar sepersepulah dari energi yang diperlukan untuk menimbulkan pasangan elektron ion dalam alat cacah kelipan berisi gas. Namun, karena daerah kekurangan tebalnya hanya beberapa milimeter, alat ini tidak bisa dipakai sebagai spektrometer partikel yang sangat energik. Detektor semikonduktor kurang peka terhadap sinar gama dari pada alat cacah kelipan.
2.6 Spin Elektron
Teori atom yang telah dikembangkan tidak dapat menerangkan sejumlah hasil pengamatan eksperimental yang terkenal. Salah satu kenyataan ialah banyak garis spektral sebenarnya terdiri dari dua garis terpisah yang letaknya sangat berdekatan. Suatu contoh dari struktur halus ini ialah garis pertama deret Balmer hidrogen yang timbul dari transisi antara tingkat n = 3 dan n = 2 dari atom hidrogen. Dalam hal ini ramalan teoritis ialah garis tunggal yang mempunyai panjang gelombang 6.563 Å sedangkan dalam kenyataannya terdapat dua garis berjarak 1,4 Å – efek yang kecil, tetapi jelas menunjukkan kegagalan teori itu.
Di situ kita lihat bahwa garis spektral sebuah atom dalam medan magnetik masing – masing harus terpisah menjadi tiga komponen seperti yang ditentukan oleh persamaan efek Zeeman normal. Efek Zeeman normal benar – benar teramati dalam spektrum beberapa unsur dalam lingkungan tertentu, tetapi seringkali tidak teramati, melainkan teramati empat, enam atau lebih komponen bisa muncul, dan walaupun tiga komponen yang muncul jarak antaranya tidak cocok dengan persamaan efek Zeeman normal.
Dalam usaha untuk menerangkan struktur halus garis spektral dan efek Zeeman anomalous, S.A. Goudsmit dan G.E. Uhlenbeck dalam tahun 1925 mengusulkan bahwa elektron memiliki momentum sudut intrinsik yang bebas dari momentum sudut orbitalnya dan berkaitan dengan momentum sudut itu terdapat momen magnetik. Karena momentum sudut dikaitkan dengan gerakan melingkar dari sebuah muatan listrik, momentum sudut ini yang menjadi asal usul momen magnetik dari sebuah elektron. Momentum sudut yang berkaitan dengan gerakan melingkar oleh sebuah elektron disebut sebagai spin elektron.
2.7 Magnet
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.
Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet tetap yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.
Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Satuan intensitas magnet menurutsistem metrik pada Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan untuk satuan total fluks magnetik dalam SI adalah Weber.
1 Weber/m2 = 1 Tesla, yang mempengaruhi satu meter persegi.
Jenis magnet :
1. Magnet tetap (permanen)
2. Magnet tidak tetap : tergantung pada medan listrik untuk menghasilkan medan magnet. Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet
2.7.1 Magnet Permanen
Magnet tetap (permanen) tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik). Magnet tetap bisa terjadi karena alam atau buatan. Hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini adalah magnet buatan.
Bentuk magnet buatan antara lain:
Jenis magnet tetap selama ini yang diketahui terdapat pada:
1. Magnet neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet neodymium (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan sejenis magnet tanah jarang, terbuat dari campuran logam neodymium,
2. Magnet Samarium-Cobalt: salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt.
2.7.2 Elektromagnet atau magnet tidak tetap
Elektromagnet atau magnet tidak tetap adalah magnet yang dibangkitkan dengan menggunakan arus listrik, bila listriknya mati maka tidak akan mengandung magnet lagi. Aplikasi praktisnya kita temukan pada motor listrik, speaker, relay dsb. Sebatang kawat yang dialiri listrik searah (DC), maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet melingkar.
Garis gaya magnet yang membentuk selubung berlapis lapis terbentuk sepanjang kawat. Garis gaya magnet ini tidak tampak oleh mata kita, cara melihatnya dengan serbuk halus besi atau kompas yang didekatkan dengan kawat penghantar tsb. Kompas menunjukkan bahwa arah garis gaya sekitar kawat melingkar. Arah medan magnet disekitar penghantar sesuai arah putaran sekrup (James Clerk Maxwell, 1831-1879). arah arus kedepan (meninggalkan kita) maka arah medan magnet searah putaran sekrup kekanan (searah jarum jam). Sedangkan bila arah arus kebelakang (menuju kita) maka arah medan magnet adalah kekiri (berlawanan jarum jam).
Arah aliran arus listrik DC pada kawat penghantar menentukan arah garis gaya elektromagnet. Arah arus listrik DC menuju kita (tanda titik pada penampang kawat), arah garis gaya elektromagnet melingkar berlawanan arah jarum jam. Ketika arah arus listrik DC meninggalkan kita (tanda silang penampang kawat), garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan melingkar searah dengan jarum jam (sesuai dengan model mengencangkan sekrup). Makin besar intensitas arus yang mengalir semakin kuat medan elektro-magnet yang mengelilingi sepanjang kawat tersebut.
2.7.2.1 Elektromagnet Resitive
Elektromagnet Resitive adalah elektromagnet yang kumparan kawatnya dari bahan konduktor biasa. Bahan konduktor biasanya masih mengandung hambatan, jadi sebagian energi listrik akan berubah menjadi energi panas.
2.7.2.2 Elektromagnet Super-Konduktor
Elektromagnet Super-Konduktor adalah elektromagnet yang kumparan kawatnya terbuat dari bahan super konduktor. Super-konduktor adalah sebuah konduktor yang sama sekali tidak mempunyai hambatan. Jadi bahan super-konduktor bila telah dialiri arus listrik sekali maka akan ada arus listrik selamanya di bahan itu.
2.8. Pengali Tegangan
Pengali tegangan bisa berupa transformer yang biasa disebut trafo atau dengan rangkaian Cockcroft Walton yang terdiri dari diode dan kapasitor.
Untuk trafo, tegangan masukan (input) adalah tegangan AC dan tegangan keluaran (output) adalah tegangan AC yang besar pengaliannya akan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitan trafo primer dan sekunder.
V1 : V2 = N1 : N2
V1 : tegangan primer
V2 : tegangan sekunder
N1 : jumlah lilitan kumparan primer
N2 : jumlah lilitan kumparan sekunder
Pada rangkaian Cockcroft Walton, tegangan masukan (input) adalah tegangan AC dan tegangan keluaran (output) adalah tegangan DC yang besar pengaliannya sesuai dengan jumlah kapasitor (C) dan diode (D) seperti gambar diatas. Rangkaian seperti ini sering dipakai pada raket nyamuk.
BAB III.
PEMBAHASAN MASALAH
3.1 Pesawat sinar – X
Salah satu syarat utama pendirian rumah sakit adalah rumah sakit harus memiliki pesawat sinar–x. Boleh yang sederhana maupun yang canggih tidak termasuk pesawat sinar–x khusus. Pesawat sinar–x secara garis besar berfungsi untuk mendeteksi organ bagian dalam tubuh manusia. Jadi bila terjadi kecelakaan atau keadaan darurat maka rumah sakit bisa memeriksa pasien baik kondisi luar maupun bagian dalam tubuh pasien.
Pesawat sinar–x merupakan salah satu bentuk penerapan teori Fisika Modern. Yaitu mengubah energi kinetik elektron menjadi energi foton (sinar–x). Dalam matematika, bilangan–x adalah bilangan yang tidak diketahui, demikian pula sinar–x (saat ditemukan) adalah sinar yang belum diketahui jenisnya. Sinar–x ditemukan tahun 1895 oleh Wilhelm Roentgen, maka sinar–x disebut juga sinar Roentgen sesuai dengan nama penemunya. Teori sinar–x (teori kuantum) baru dikemukakan pada tahun 1905 oleh Albert Einstein.
Pesawat sinar–x terdiri dari kontrol, pembangkit tegangan tinggi dan penghasil sinar–x. Bagian kontrol untuk mengontrol daya tembus sinar–x (dengan mengatur kV), mengontrol intensitas sinar–x (dengan mengatur mA dan s) dan juga mengontrol perputaran anoda. Bagian pembangkit tegangan tinggi biasanya terbuat dari trafo dan bisa ditambah dengan diode dan kapasitor sebagai pengali dan penyearah tegangan. Bagian penghasil sinar–x disebut tabung sinar–x (x–ray tube) yang merupakan tabung hampa udara berisi elektroda. Elektroda negatif atau disebut katoda adalah penghasil elektron sedangkan elektroda positif atau disebut anoda adalah materi target yang mengeluarkan sinar-x bila ditabrak elektron. Pada awal ditemukan sinar–x, materi target (anoda) masih dalam kondisi diam (tetap) tetapi karena cepat rusak/aus maka materi target (anoda) dibuat berputar supaya lebih tahan lama. Pada tabung sinar-x dipasang kolimator yang berfungsi untuk membatasi sinar-x yang menuju obyek/pasien supaya pasien tidak terkena radiasi yang tidak diperlukan. Komponen utama kolimator adalah plat Pb (Plumbum/Timbal/Timah hitam) yang bisa dibuka-tutup. Logam Pb adalah logam yang tidak bisa ditembus sinar-x.
Ruang pemeriksaan untuk pesawat sinar-x dibangun khusus yaitu dinding sekitarnya harus tebal (30 cm) atau terbuat dari beton setebal 15 cm atau dinding dan pintu dilapis Pb setebal 2 mm. Untuk mengecek ada-tidaknya kebocoran sinar-x maka sekitar ruangan dicek dengan alat yang disebut survey-meter yang menggunakan detektor partikel Geiger Muller.
Pesawat sinar–x dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu :
1. Pesawat sinar–x stasioneri
2. Pesawat sinar–x mobile
3. Pesawat sinar–x khusus :
a. Pesawat sinar–x lengan C
b. Pesawat sinar–x gigi dan panoramic
c. Pesawat sinar–x mammografi
d. Pesawat (sinar–x) CT–Scan
Penulis akan membahas masing–masing jenis pesawat sinar–x dibawah ini.
3.1.1 Pesawat sinar–x stasioneri
Pesawat sinar–x stasioneri atau pesawat sinar–x tetap adalah pesawat sinar–x yang tidak dapat dipindah-pindahkan ke ruangan lain. Pemegang tabung sinar–x bisa berbentuk rel (rail type) atau digantung di langit-langit ruangan (ceilling type).
Berdasarkan penggunaannya, pesawat sinar–x stasioneri dibagi menjadi :
1. Pesawat sinar–x untuk umum (ordinary)
2. Flouroskopi
3. Tomographi
3.1.1.1 Pesawat sinar–x untuk umum (ordinary)
Pesawat sinar–x untuk umum (ordinary) biasanya untuk pemeriksaan paru-paru, tulang termasuk persendiannya dan juga organ dalam di abdomen misalnya (batu) ginjal. Posisi pemeriksaan pasien bebas, bisa berdiri, duduk maupun berbaring tergantung obyek yang akan diperiksa dan kondisi pasien. Pemeriksaannya cepat, dari 0,01 s sampai 5 s, dan hasilnya berupa film yang setelah dicuci/diproses bisa langsung diperiksa oleh dokter. Didalam kaset (cassette) film terdapat 2 lembar scrin (screen) fosfor, yang menempel pada kaset depan dan belakang dan mengapit film, yang berfungsi untuk memperjelas gambar sinar-x pada film. Untuk scrin biru (blue screen) maka film yang dipakai harus film yang sensitif cahaya biru (blue sensitive film). Type scrin terbaru scrin hijau (green screen) maka film yang dipakai harus film yang sensitif cahaya hijau (green sensitive film). Dengan memakai film type terbaru ini gambar lebih jelas sehingga arus tabung dan waktu penyinaran sinar-x bisa dikurangi sehingga dosis radiasi pasien semakin kecil.
Kaset type terbaru sekarang tidak memakai film tetapi memakai detektor semikonduktor dan diproses memakai komputer khusus yang bisa disimpan di hard disk. Komputer khusus ini biasa disebut CR kepanjangan dari Computer Radiografi. Dengan memakai kaset jenis ini, dosis radiasi pasien semakin bisa dikurangi, karena hasil gambar bisa dikoreksi terang-gelap dan kontrasnya dengan memakai komputer khusus ini.
3.1.1.2 Flouroskopi
Pemeriksaan sinar-x flouroskopi adalah pemeriksaan organ dalam secara terus menerus sehingga bisa dilihat pergerakannya. Tempat pemeriksaan flouroskopi memakai meja khusus untuk flouroskopi yang bisa bergerak miring sampai tegak lurus (tilting). Pemeriksaan flouroskopi biasanya untuk memeriksa saluran pencernaan atau saluran kencing dan biasanya memakai media kontras yang dimasukkan lewat mulut atau injeksi. Pada flouroskopi memakai detektor sintilator atau fosfor. Jadi hasil sinar–x langsung dilihat pada layar fosfornya. Demi keamanan radiasi, dokter harus memakai apron Pb dan kacamata Pb dan setelah fosfor dipasang kaca Pb.
Pada teknologi lebih baru, setelah obyek dipasang II (Image Intensifier), sejenis fosfor yang berfungsi untuk memperjelas hasil sinar-x, lalu kamera yang dihubungkan dengan monitor televisi. Jadi hasil sinar-x bisa dilihat pada monitor televisi. Pada kameranya terdapat memori yang berfungsi menyimpan hasil sinar-x yang terakhir dilakukan. Jadi walaupun obyek sudah tidak disinari sinar-x hasil gambar terakhir masih ada pada monitor televisi. Untuk pemeriksaan flouroskopi, karena pemeriksaannya lama, maka memakai dosis radiasi arus kecil, sekitar 2 mA saja, supaya pasien tidak kena terlalu banyak radiasi yang membahayakan tubuh. Pada pemeriksaan sinar-x yang biasa, memakai dosis radiasi arus sekitar 100 - 500 mA, tergantung pada obyek yang akan difoto.
3.1.1.3 Tomographi
Tomographi berasal bahasa Yunani dari kata tomē (potong) atau tomos (bagian) dan graphein(gambar). Jadi tomographi adalah gambar potongan tubuh. Tempat pemeriksaan tomographi memakai meja khusus yang ada tiang dan skalanya untuk mengatur jarak tabung sinar-x, pasien dan kaset film. Dengan menembakkan sinar-x beberapa kali dengan sudut berbeda dan jarak tertentu dalam satu filmmaka akan tampak potongan koronal tubuh pasien. Dengan mengatur jarak tabung sinar-x ke pasien maka kita dapat menentukan daerah (ketebalan) potongan koronal pasien. Tapi cara ini jarang digunakan karena hasilnya sering kurang memuaskan. Hal ini disebabkan jarak yang kurang akurat atau kondisi dosis sinar-x yang kurang tepat sehingga gambar terlalu gelap atau terang padahal pasien sudah terkena radiasi cukup besar. Apalagi sekarang sudah ada Computed Tomography (CT-Scan) maka cara ini sudah tidak digunakan lagi.
3.1.2 Pesawat sinar–x mobile
Mobile artinya bergerak. Pesawat sinar-x mobile adalah pesawat sinar-x yang bisa dipindahkan kemana-mana. Karena pesawat sinar-x ini sering berpindah tempat, yang mana listrik di ruangan kecil, maka kondisi dosis sinar-x nya kecil. Untuk pesawat sinar-x yang pembangkit tegangan tingginya hanya menggunakan trafo dan penyearah diode saja maka dosis sinar-x arusnya hanya 30 – 50 mA saja. Sedangkan pesawat sinar-x type kapasitor (capacitor discharge type) yang pembangkit tegangan tingginya menggunakan trafo, diode dan kapasitor ( trafo dan rangkaian Cockcroft Walton) maka dosis sinar-x arusnya bisa 100 – 240 mA. Tetapi pada saat kini, setelah ditemukan sistem inverter maka kondisi dosis sinar-x nya bisa mencapai 250 mA tanpa menggunakan listrik tetapi memakai baterai (accu). Listrik hanya digunakan untuk mengisi baterai saja dan hanya butuh listrik sekitar 1 kVA saja. Pemakaian pesawat sinar-x mobile seperti pemakaian sinar-x untuk umum cuma tidak bisa untuk dosis sinar-x yang terlalu tinggi.
3.1.3 Pesawat sinar–x khusus
Selain pesawat sinar-x seperti diatas, ada pesawat sinar-x yang dipergunakan untuk keperluan tertentu (khusus). Pesawat sinar-x khusus dibagi menjadi :
1. Pesawat sinar–x lengan C
2. Pesawat sinar–x gigi dan panoramik
3. Pesawat sinar–x mammografi
4. Pesawat (sinar–x) CT – Scan
Penulis akan menerangkan fungsi khusus dari masing – masing pesawat sinar–x ini.
3.1.3.1 Pesawat sinar–x lengan C
Pesawat sinar–x lengan C (C–arm) adalah pesawat sinar-x yang biasa dipakai untuk operasi. Prinsip kerja pesawat sinar-x ini berdasarkan flouroskopi. Pasien yang berbaring pada meja operasi diletakkan di tengah–tengah lengan C dan bagian yang dikerjakan diamati terus dengan melihat monitor televisi. Misalnya saat membetulkan tulang yang patah maka kita dapat melihat letak tulang yang patah sudah kembali ke posisinya semula. Atau saat melakukan biopsi (mengambil contoh jaringan) kita dapat melihat jarum sudah pada jaringan yang akan diambil sehingga kita tidak keliru mengambil jaringan lain.
3.1.3.2 Pesawat sinar–x gigi dan panoramik
Pesawat sinar-x gigi bentuknya seperti pesawat sinar-x mobile dengan kolimator berbentuk kerucut (cone) yang mengarah pada 1 atau 2 buah gigi saja. Film yang dipakai adalah film khusus yang digunakan hanya untuk foto gigi saja.
Pesawat sinar-x panoramik adalah pesawat sinar-x yang berfungsi memfoto gigi beserta tulang rahangnya dari kanan sampai kiri secara terus menerus (tidak terputus). Dengan teknik radiografi panoramik kita dapat memperoleh gambaran anatomis yang luas meliputi semua gigi beserta tulang basal dengan hanya sekali pengambilan gambar. Foto panoramik berfungsi untuk mengatur posisi gigi atau melihat gigi yang belum keluar untuk diperbaiki.
3.1.3.3 Pesawat sinar–x mammografi
Pesawat sinar-x mammografi digunakan untuk memeriksa payudara. Dengan melihat hasil gambarnya maka akan terlihat ada–tidaknya tumor atau kanker pada payudara.
Tegangan tabung sinar-x nya sangat rendah yaitu sekitar 30 – 40 kV saja, dibandingkan dengan pemeriksaan tulang yang tegangan tabung sinar-x nya sekitar 56 kV.
3.1.3.4 Pesawat CT–Scan
Pesawat CT-Scan (Computed Tomography) dulu disebut CAT-Scan (Computed Axial Tomography) sebab pada pertama kali ditemukan potongan yang dapat dibuat hanya potongan axial saja, tetapi dengan kemajuan teknologi semua potongan bisa dibuat dalam sekali pemeriksaan. Dengan program MPR (Multi Plane Reconstruction) maka selain potongan axial (transversal) kita dapat membuat segala potongan, baik potongan koronal, potongan sagital bahkan potongan yang berbentuk kurvapun bisa kita buat. Gambar tiga dimensipun (3D) bisa dibuat dengan bagus. Semakin tipis irisan yang dibuat maka semakin baik hasil rekonstruksinya.
Komponen utama pesawat CT-Scan adalah Gantri berikut meja-pasien (Gantry + patient table), pengatur pembangkit sinar-x (x-ray generator control), dan pengatur pusat/CCC (central control console).
Gantri dan meja pasien terletak di ruang pemeriksaan. Gantri terdiri dari tabung sinar-x, kolimator dan detektor.
Tabung
Sinar-x
 |
Kolimator
|
Obyek
|
Detektor
|
Setelah pasien diletakkan pada meja pasien maka meja pasien akan dimajukan sehingga pasien akan masuk pada lubang gantri dan pemeriksaan pasien siap dimulai.
Sinar-x setelah melewati obyek/pasien akan dideteksi oleh detektor dan diubah menjadi sinyal listrik analog. Setelah sinyal analog diubah menjadi sinyal digital, sinyal akan dikirim ke alat pemroses gambar yang disebut IPU (Image Processing Unit), yang berada di pengatur pusat/CCC. Pengatur pusat terletak di ruang operator/kontrol. Setelah sinyal diolah oleh IPU akan menjadi gambar yang akan ditampilkan di layar monitor dan disimpan di hard disk.
Jadi pengatur pusat akan mengontrol pengatur pembangkit sinar-x, sedangkan pengatur pembangkit sinar-x mengatur gantri dan meja pasien. Dan hasil sinar-x di gantri akan dikirim ke pengatur pusat. Pengatur pembangkit sinar-x letaknya bisa di dalam ruang pemeriksaan atau di ruang operator/kontrol tergantung panjang kabel yang tersedia.
3.1.3.4.1 Single Slice
Pada CT-Scan yang lama, detektor yang dipakai detektor ruang ionisasi yang berisi gas Xenon (Xe-ionization chamber) dengan tegangan detektor sekitar 400 – 500 VDC.
Detektor
|
Chanel
|
Dalam detektor terdapat 300 – 1000 chanel. Semakin banyak chanelnya maka akan semakin bagus hasil gambar scannya. Dalam sekali putar/scan hasilnya hanya satu gambar potongan sehingga disebut single slice.
3.1.3.4.2 Multi Slice
Pada CT-Scan terbaru, detektor yang dipakai adalah detektor semi-konduktor. Dengan detektor semi-konduktor maka potongannya bisa semakin tipis.
Tabung X-Ray.
Kolimator
|
Detektor CT Scan 4 slice
Dalam sekali scan/putar maka akan didapat beberapa gambar potongan. Untuk contoh gambar diatas maka dalam sekali putar, maksimum 4 (empat) gambar potongan yang dapat dihasilkan. Karena itu alat ini disebut MSCT-Scan (Multi Slice Computed Tomograph). Dengan potongan gambar yang semakin tipis maka hasil rekonstruksinya (MPR dan 3D) jadi semakin bagus. Waktu pemeriksaan pasien juga semakin cepat sehingga dosis radiasi yang diterima pasienpun semakin sedikit.
3.2 MRI (Magnetic Resonance Imaging)
Pada awal pembuatan diberi nama NMR yang merupakan kependekan dari Nuclear Magnetic Resonance. Nama ini diambil dari kata nukleus (inti atom), tetapi nama nuklir menimbulkan gambaran akan radiasi pengion yang berbahaya bagi tubuh manusia maka berganti nama MRI yang merupakan kependekan dari Magnetic Resonance Imaging. MRI adalah pencitraan tubuh manusia berdasarkan medan magnet atau frekuensi radio yang dihasilkan karena kembalinya spin atom ke keadaan stabil.
Semua materi terbuat dari beberapa atom. Dalam atom terdapat inti atom (nukleus) yang terdiri dari proton dan neutron. Proton bermuatan positip sedangkan neutron tidak bermuatan (netral) yang berarti inti atom bermuatan positip. Inti atom ini berputar (spin) dengan kecepatan tinggi, sehingga keadaan ini seperti arus berputar yang mengalir dan akan menimbulkan medan magnet. Jadi inti atom mempunyai momen magnet sehingga bisa dianggap sebuah magnet kecil.
Tetapi tidak semua inti atom mempunyai karakteristik momen magnet yang mempunyai fenomena MR (Magnetic Resonance). Contoh unsur yang mempunyai karakteristik tersebut adalah 1H, 13C, 19F, 23Na dan 31P. Selanjutnya fenomena MR akan menerangkan mengenai inti atom hidrogen (H), yang mana merupakan unsur terbanyak yang terdapat didalam tubuh manusia dalam bentuk air (H2O) dan mengeluarkan sinyal MR yang kuat yaitu inti atom dengan satu proton.
Komponen utama MRI adalah medan magnet utama, gradient coil, transmitter coil dan receiver coil.
Medan Magnet Utama
|
Receiver Coil
|
Transmitter Coil
|
Gradien Coil
|
Medan magnet utama berfungsi menyelaraskan arah spin inti atom H dalam tubuh, sehingga arah spin inti atom yang semula acak menjadi mengarah ke arah kutub utara atau kutub selatan dari medan magnet utama. Gradien Coil berfungsi untuk mengetahui/menentukan posisi obyek didalam medan magnet. Transmiter Coil berfungsi untuk mengirim pulsa gelombang RF (Radio Frequency). Bila frekuensi pulsa gelombang RF sama dengan frekuensi putaran inti atom maka energi pulsa akan diserap oleh inti atom (fenomena resonansi) sehingga arah spin inti atom berubah. Penyerapan energi pulsa gelombang RF setiap jaringan akan berbeda tergantung jumlah atom H yang terkandung dalam jaringan. Saat pulsa gelombang RF mati maka arah spin inti atom akan kembali lagi ke arah kutub utara atau kutub selatan medan magnet utama. Energi pulsa yang diserap akan dilepaskan lagi (relaksasi). Energi yang dilepaskan ini yang berbentuk RF akan ditangkap oleh receiver coil. Karena jumlah energi pulsa yang diserap berbeda maka jumlah energi pulsa yang dilepaskan juga berbeda, tergantung jaringannya. Selanjutnya sinyal ini dikirim ke sistem pemroses gambar yang hasil gambarnya akan ditampilkan di layar monitor dan disimpan di hard disk. Gambar setelah dipilih dan diedit bisa terus dicetak dan diperiksa oleh dokter.
Macam medan magnet utama :
1. Magnet Permanen
2. Magnet Resitive
3. Magnet Super Konduktor
Macam – macam medan magnet utama akan penulis terangkan dibawah ini.
3.2.1 Magnet Permanen
Magnet tetap (permanen) tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik). Bentuk magnet yang dipakai adalah bentuk batang, maka tempat pemeriksaan bisa berbentuk terbuka, sehingga pasien yang phobia ruang tertutup akan lebih nyaman.
Ciri MRI permanen magnet :
1. Tidak perlu listrik untuk membangkitkan magnet, sehingga biaya operasionalnya sangat rendah.
2. Gantri sangat berat.
3. Medan magnit yang dihasilkan masih rendah (0,2 - 0,5 T)
Biaya operasional yang sangat rendah merupakan pilihan utama sehingga biaya yang dibebankan ke pasien bisa murah.
3.2.2 Magnet Resitive
Magnet resitive merupakan magnet elektromagnet. Medan magnet yang dihasilkan bisa sangat besar (1,5 T) dengan memberi arus yang sangat besar mengalir pada koil yang terbuat dari tembaga, aluminium atau logam yang hambatannya rendah. Karena berbentuk koil maka lubang gantri akan berbentuk lorong. Hal ini untuk pasien yang phobia ruang sempit akan mengalami kesulitan dalam pemeriksaan sebab pemeriksaannya memakan waktu yang lama (sekitar 30 – 60 menit).
Ciri MRI resitive magnet :
1. Relatif murah.
2. Mudah menanganinya.
3. Medan magnet yang dihasilkan bisa sangat besar (1,5 T).
4. Biaya operasionalnya tinggi, sebab :
a. Arus yang mengalir sekitar 200 A
b. Banyak menghasilkan panas sehingga harus ada air pendingin yang mengalir.
3.2.3 Magnet Super-Konduktor
Dari ketiga macam magnet, magnet super-konduktor adalah magnet yang kurang dikenal. Magnet super-konduktor adalah magnet elektromagnet yang menggunakan koil super-konduktor.
Super-konduktor adalah kondisi bahan yang tahanan listriknya akan menjadi nol pada suhu yang sangat rendah. Suhu saat bahan menjadi superkonduktor disebut suhu kritis. Tahanan listrik menjadi nol berarti arus listrik yang besar bisa mengalir dengan tegangan listrik yang kecil.
Ciri MRI super-konduktor :
1. Penggunaan listriknya sangat kecil dibandingkan MRI resitive.
2. Medan magnet yang dihasilkan bisa sangat besar (1,5 – 2 T) dengan arus yang mengalir besar tetapi daya listriknya kecil.
3. Untuk membuat temperatur yang sangat rendah maka koil harus terendam dalam Helium cair (4oK/ - 270o C)
Magnet superkonduktor membutuhkan daya listrik yang sangat rendah dibanding magnet resitive untuk menghasilkan medan magnit yang sama, tetapi mempunyai masalah dengan Helium cair yang dibutuhkan untuk mendinginkan koil.
Kelemahan pemakaian Helium cair adalah :
1. Sulit menanganinya.
2. Harganya sangat mahal.
3. Agak sulit untuk mendapatkannya karena membutuhkan perlakuan khusus saat mengimpornya.
4. Akan menguap sekitar 0,6 – 0,7 liter per jam.
5. Menggunakan kembali gas He yang telah menguap adalah sangat sulit.
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Segala sesuatu, dalam hal ini ilmu pengetahuan, bila digunakan untuk tujuan baik maka akan menjadi sesuatu yang mengagumkan dan menguntungkan. Demikian pula teknologi nuklir (nukleus/inti atom), yang termasuk dalam Fisika Modern, bila digunakan untuk menghancurkan maka akan terjadi seperti bom atom di Hirosima atau Nagasaki tetapi bila digunakan secara baik maka akan sangat bermanfaat misalnya untuk penghasil listrik atau dipakai di dunia medis sebagai alat diagnosa seperti misalnya pesawat sinar-x (mengandung radiasi pengion) maupun MRI (tidak mengandung radiasi pengion).
Sinar–x sangat membantu untuk memeriksa organ dalam tubuh, terutama organ keras (tulang, paru-paru, ginjal, hati, jantung, saluran pencernaan, pendarahan atau tumor dalam otak dll.), dengan hasil pemeriksaan yang cepat diketahui. Cuma sayang sinar–x mempunyai effek samping yaitu mengandung radiasi pengion yang berbahaya bagi tubuh kita.
MRI sangat baik untuk memeriksa organ lunak (soft tissue), misalnya otak atau syaraf tulang belakang, dengan hasil gambar yang sangat baik, tetapi pemeriksaannya butuh waktu yang lama (30 – 60 menit). Sementara ini MRI belum diketahui effek sampingnya, bahkan ada terapi tulang yang menggunakan medan magnit supaya cepat sembuh. MRI tidak dapat menggantikan sinar–x (CT-Scan), tetapi kedua alat ini saling melengkapi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar