Terbentuknya Sinar-X pada Pesawat Sinar-X

Untuk keperluan diagnostik sendiri, citra (image) sinar-X diperoleh pada permukaan film fotografi. Citra terbentuk karena terjadi perbedaan intensitas sinar-X yang datang (sampai) ke film setelah di’lewat’kan melalui bagian tubuh yang difoto. Bagian tubuh yang lebih rapat dan mengandung unsur kimia tertentu dapat bereaksi dengan sinar-X dan menyebabkan kuantitas sinar-X yang sampai ke film menjadi berkurang. Contoh kasusnya adalah pada pemotretan organ tulang. Tulang mengadung banyak unsur kimia kalsium (Ca) dan unsur kalsium menyerap banyak partikel sinar-X sehingga menyebabkan berkurangnya sinar-X yang tiba di film pada daerah yg terhalangi tulang tersebut. Hasilnya adalah citra berwarna putih sebagai gambaran tulang pada film, sedangkan organ lainnya akan dilewatkan begitu saja dan menghitamkan film.

Sebuah foto sinar-X (radiograf) diambil oleh Rontgen

Pada aplikasinya, penciptaan sinar-X tak lagi mengandalkan mekanisme tabung Crookes, melakinkan dengan menggunakan pesawat sinar-X modern. Pesawat sinar-X modern pada dasarnya membangkitkan sinar-X dengan mem’bombardir’ target logam dengan elektron berkecepatan tinggi. Elektron yang berkecepatan tinggi tentunya memiliki energi yang tinggi, dan karenanya mampu menembus elektron-elektron orbital luar pada materi target hingga menumbuk elektron orbital pada kulit K (terdekat dengan inti). 

Elektron yang tertumbuk akan terpental dari orbitnya, meninggalkan hole pada tempatnya semula. Hole yang ditinggalkannya itu akan diisi oleh elektron dari kulit luar dan proses itu melibatkan pelepasan foton (cahaya elektromagnetik) dari elektron pengisi tersebut. Foton yang keluar itulah yang kemudian disebut sinar-X, dan keseluruhan proses terbentuknya sinar-X melalui mekanisme tersebut disebut mekanisme sinar-X karakteristik. 

Adapun mekanisme lain yang mungkin terjadi adalah emisi foton yang dialami oleh elektron cepat yang dibelokkan oleh inti atom target atas konsekuensi dari interaksi Coulomb antara inti atom target dengan elektron cepat. Proses pembelokkan ini melibatkan perlambatan dan karenanya memerlukan emisi energi berupa foton. Mekanisme ini disebut Bremsstrahlung (bahasa Jerman dari ‘radiasi pengereman’).

Ilustrasi proses terbentuknya sinar-X baik Bremsstrahlung maupun sinar-X karakteristik

Selanjutnya, pesawat sinar-X modern memanfaatkan kedua kemungkinan di atas untuk memungkinkan produksi sinar-X.

Ilustrasi cara kerja pesawat sinar-X

Seperti terlihat pada gambar ilustrasi, beda potensial antara anoda dan katoda dibuat sedemikian rupa sehingga mencapai angka yang cukup untuk membuat elektron melompat dengan kecepatan tinggi setelah katoda diberi energy (biasanya 1000 Volt). Setelah elektron pada katoda melompat dan menghantam filamen pada anoda, terjadilah sinar-X yang terjadi dengan mekanisme sinar-X karakteristik ataupun Bremsstrahlung. 

Karena filamen pada anoda dimiringkan ke bawah, foton sinar-X akan menuju ke bawah, keluar dari pesawat sinar-X lalu melewati jaringan yang dipotret. Bayangan/citra pun terbentuk pada film yang diletakkan di bawahnya.

Gambar Pesawat Sinar-X

Contoh gambar organ dalam ketika difoto dengan sinar-X

Sumber : http://medical-instruments11.blogspot.com/2011/05/pesawat-sinar-x-dan-asal-usulnya.html

Pembentukan Gambar Radiografi

A. Tentang Sinar-X

            Salah satu momen penting dalam pemakain citra untuk membantu diagnosa medis adalah penemuan sinar-X pada tanggal 8 November 1895 oleh Wilhelm Conrad Rontgen. Sinar-X dihasilkan dari tumbukan elektron berenergi tinggi pada inti atom berat. Kemampuan dari sinar-X menembus benda disebabkan oleh dua hal. Yang pertama adalah karena panjang gelombang sinar ini sangat kecil dan yang kedua karena sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang berinteraksi lemah dengan benda pada umumnya.

Kurang lebih satu bulan setelah penemuan sinar-X ini, yaitu pada tanggal 22 Desember 1895. foto sinar-X pertama berhasil diambil. Foto ini, yang merupakan radiograf dari tangan istri Rontgen, diambil dengan waktu penyinaran sekitar 57 menit. Tentu saja waktu itu belum disadari adanya bahaya radiasi. Tahun berikutnya, pada 1896, berhasil diperoleh radiograf dari kepala. Sekitar 6 tahun setelah penemuannya, W.R. Rontgen mendapatkan hadiah Nobel dalam bidang Fisika. 

Gb.2.1. Wilhelm Conrad Rontgen

(Penemu Sinar-X)

Sinar-X tidak hanya dipakai dalam dunia kedokteran. Kemampuan menembus benda dan panjang gelombang yang sesuai, membuat sinar ini dapat dimanfaatkan untuk penelitian di bidang Fisika zat padat untuk melihat susunan atom dalam kirstal atau bahan lain. Dengan ditemukannya kamera CCD (Charged Coupled Device), peralatan sinar-X dijital mulai dikembangkan. Saat ini sudah banyak rumah sakit yang memiliki sinar-X dijital ini.

 

      B.   Cara Kerja X-Ray

Kebanyakan diagram tabung sinar-x memperlihatkan sinar-x sebagai bentukan pola segitiga yang teratur seperti yang dihasilkan pada tititk fokus. Hal ini memberikan tujuan yang baik dalam hal penekanan tentang kerja radiasi sinar-x diluar tabung. Tetapi radiasi sebenarnya tidak seperti itu. Sebenarnya, sinar-x itu seperti cahaya tampak yang dalam penyebarannya dari sumber melalui suatu garis lurus yang menyebar ke segala arah kecuali dihentikan oleh bahan penyerap sinar-x. Karena alasan tersebut maka tabung sinar-x ditutup dalam satu rumah tabung logam yang mampu menghentikan sebagian besar radiasi sinar-x, hanya sinar-x yang berguna yang dibiarkan keluar dari tabung melalui sebuah jendela/window. Sinar-x yang berguna tadi disebut sebagai berkas primer. Berkas sinar yang terletak pada tengah garisnya ini disebut central ray.

Diperlukan pembangkitan tegangan yang tinggi di dalam tabung sinar-x agar dapat dihasilkan berkas sinar-x. Rangkaian listriknya dirancang sedemikian rupa sehingga kV-nya dapat diubah dalam rentang yang besar -biasanya 30 kV sampai 100 kV- atau lebih. Bila kV yang lebih rendah digunakan, maka sinar-x memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dan lebih mudah diserap sehingga disebut sebagai soft x-ray. Harus dipahami bahwa berkas sinar-x itu terdiri dari sinar dengan panjang gelombang yang berbeda. Radiasi yang dihasilkan pada rentang kV yang lebih tinggi akan memiliki energi yang lebih besar dan panjang gelombang yang lebih pendek.

Gb. 2.2. Skema Tabung Sinar-X

          C. Pembentukan Gambar Radiografi

Salah satu dari faktor penting sinar-x adalah bahwa sinar-x dapat menembus bahan. Tetapi hanya yang benar-benar sinar-x saja yang mampu menembus objek yang dikenainya dan sebagian yang lain akan diserap. Sinar-x yang menembus itulah yang mampu membentuk gambaran atau bayangan. Besarnya penyerapan sinar-x oleh suatu bahan tergantung tiga faktor:

1. Panjang gelombang sinar-X.
2. Susunan objek yang terdapat pada alur berkas sinar-X.
3. Ketebalan dan kerapatan objek.

Setelah sinar-x  yang keluar dari tabung mengenai dan menembus obyek yang akan difoto. Bagian yang mudah ditembusi sinar x (seperti otot, lemak, dan jaringan lunak) meneruskan banyak sinar x sehingga film menjadi hitam. Sedangkan bagian yang sulit ditembus sinar x (seperti tulang) dapat menahan seluruh atau sebagian besar sinar x akibatnya tidak ada atau sedikit sinar x yang keluar sehingga pada film berwarna putih. Bagian yang sulit ditembus sinar x mengalami ateonasi yaitu berkurangnya energi yang menembus sinar x, yang tergantung pada nomor atom, jenis obyek, dan ketebalan. Adapun bagian tubuh yang mudah ditembus sinar x disebut Radio-lucen yang menyebabkan warna hitam pada film. Sedangkan bagian yang sulit ditembus sinar x disebut Radio-opaque sehingga film berwarna putih. Telah diketahui bahwa panjang gelombang yang besar yang dihasilkan oleh kV rendah akan mengakibatkan sinar-x nya mudah diserap. Semakin pendek panjang gelombang sinar-x (yang dihasilkan oleh kV yang lebih tinggi) akan membuat sinar-x mudah untuk menembus bahan (lihat pembahasan tentang pengaruh kilovolt).

Bagaimana susunan objek ketika terjadi penyerapan sinar-x? Hal ini tergantung dari nomor atom unsur tersebut. Sebagai contoh satu lempeng aluminium yang mempunyai nomor atom lebih rendah dibanding tembaga, mempunyai jumlah daya serap lebih rendah terhadap sinar-x dibanding satu lempeng tembaga pada berat dan daerah yang sama. Timah hitam (nomor atomnya lebih besar) adalah penyerap terbaik sinar-x. Karena alasan inilah ia digunakan pada wadah tabung yang juga bertujuan untuk proteksi, contoh yang lainnya adalah dinding ruangan sinar-x dan pada sarung tangan khusus serta apron yang digunakan selama proses fluoroskopi.

Hubungan antara penyerapan sinar-x dengan ketebalan adalah sederhana yaitu unsur yang mempunyai lempengan yang tebal dapat menyerap radiasi lebih banyak dibanding lempengan yang tipis pada satu unsur yang sama. Kerapatan/kepadatan suatu unsur yang sama akan juga mempunyai kesamaan efek, contoh 2,5 cm air akan menyerap sinar-x lebih banyak dibanding 2,5 cm es karena berat timbangan es akan berkurang 2,5 cm per kubik disbanding air.

Mengingat pemeriksaan kesehatan yang menggunakan sinar-x, satu hal yang harus dipahami bahwa tubuh manusia mempunyai susunan yang kompleks yang tidak hanya mempunyai perbedaan pada tingkat kepadatan saja tetapi juga mempunyai perbedaan unsur pembentuk. Hal ini menyebabkan terjadinya perbedaan tingkat penyerapan sinar-x. Yaitu, tulang lebih banyak menyerap sinar-x dibanding otot/daging; dan otot/daging lebih banyak menyerap dibanding udara (paru-paru). Lebih jauh lagi pada struktur organ yang sakit akan terjadi perbedaan penyerapan sinar-x dibanding dengan penyerapan oleh daging dan tulang yang normal. Umur pasien juga mempengaruhi penyerapan, contoh pada umur yang lebih tua tulang-tulang sudah kekurangan kalsium dan akan mengurangi penyerapan sinar-x dibanding tulang-tulang di usia yang lebih muda.

Hubungan diantara intensitas sinar-x pada daerah yang berbeda gambarannya didefinisikan sebagai kontras subjek. Kontras subjek tergantung pada sifat subjek, kualitas radiasi yang digunakan, intensitas dan penyebaran radiasi hambur, tetapi tidak tergantung terhadap waktu, mA, jarak dan jenis film yang digunakan. 

Sumber : http://rusminumagapi.blogspot.com/2012/11/tentang-radiologi.html

Kualitas Gambar Radiograf

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KUALITAS GAMBARAN

1. Densitas

Yaitu tingkat derajat kehitaman suatu gambaran radiografi. Kehitaman terjadi karena adanya interaksi antara sinar-x dan emulsi film. Emulsi film akan menghitam jika nilai mAs dinaikkan. densitas yang tinggi didapat pada area yang terpapar langsung oleh sinar-x. Densitas dipengaruhi oleh:

a. Kilovolt (kV)

Menunjukkan kualitas sinar-x karena berhubungan dengan kemampuan sinar-x dalam menembus bahan

b. Mili Amphere (mA)

Menunjukan besarnya arus yang terjadi selama eksposi berlangsung.

c. Second (s)

Waktu eksposi/lamanya sinar-x yang keluar saat pemotretan dalam satuan detik.

d. mAs

kualitas sinar yang dihasilkan

e. FFD (Focus Film Distance)

Jarak pemotretan dari fokus pesawat ke film.

f. Ketebalan objek

Semakin tebal objek yang akan difoto, faktor eksposi semakin meningkat

g. Luas lapangan penyinaran

Intensitas sinar-x yang keluar dari tube sinar-x

2. Kontras

Perbedaan gambaran antara derajat kehitaman dan putih akibat adanya perbedaan daya absorbsi objek terhadap sinar-x. Kontras radiografi dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Kontras subjektif : perbedaan persepsi/penilaian mata , masing-masing orang dalam membedakan kontras radiografi.
2. Kontras objektif : perbedaan gambaran hitam dan putih yang diukur dengan alat densitometer.

Faktor yang mempengaruhi kontras radiografi:

1. Tegangan tabung
2. Perbedaan koefisien atenuasi linear gambar, dipengaruhi oleh kerapatan jenis dan nomor atom objek.
3. Radiasi hambur akan menurunkan nilai kontras
4. Penggunaan grid akan meningkatkan kontras radiografi dengan menyerap radiasi hambur.
5. Processing film : agitasi yang terlalu lama menyebabkan gambaran hitam meningkat (kontras menurun), cairan processing yang lemah menyebabkan kontras menurun.

3. Ketajaman gambar

Ketajaman gambar dipengaruhi oleh:

1. Faktor geometrik

Faktor yang berhubungan dengan pembentukan bayangan. Dipengaruhi oleh:

a. Ukuran fokus

Setiap pesawat rontgen memiliki perbedaan ukuran fokus. Semakin kecil fokus, semakin tajam hasil gambaran

b. Jarak

Semakin jauh FFD atau semakin dekat OFD maka semakin tajam gambaran

2. Faktor pergerakan

Faktor yang berhubungan dengan objek dan pergerakannya. Dua macam pergerakan :

1. Pergerakan subjektif, yaitu pergerakan yang disebabkan oleh organ-organ yang bergerak secara sadar, contoh: denyut jantung, paru-paru, dll yang menyebabkan kekaburan gambaran.
2. Pergerakan objektif, yaitu pergerakan dari objek yang dapat dikendalikan secara sadar, contoh : pada tulang.

Sumber : http://firzandinata.wordpress.com/2011/07/07/kualitas-gambar-radiografi/