## STUDI AWAL PENGELOMPOKAN BATU GINJAL MENGGUNAKAN DUAL ENERGY MICRO CT SCAN
Fadhila Ulfa Jhora 1)
1) Jurusan Fisika Universitas Negeri Padang
1) Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang fadhila.jhora@fmipa.unp.ac.id

## ABSTRACT
Batu ginjal merupakan padatan yang terbentuk di dalam saluran kemih akibat adanya penggumpalan zat-zat  organik  dan  non  organik  yang  seharusnya  larut  di  dalam  urin.  Batu  ginjal  harus  dikeluarkan  baik melalui  urin  maupun  melalui  terapi  dan  pembedahan.  Sebelum  dilakukan  terapi  atau  pembedahan,  perlu diketahui komposisi dan jenis batu ginjal yang diperlukan dalam penentuan diagnosis dan tindakan pengobatan yang tepat. Micro CT merupakan modality pencitraan yang dapat menunjukkan struktur anatomi dan morfologi batu  ginjal  berdasarkan  nilai  atenuasinya  dengan  ketelitian  dalam  orde  mikro  dibandingkan  dengan  CT konvensional  biasa.  Namun,  terdapat  kelemahan  jika  menggunakan  single  energy  micro  CT  dalam pengelompokan  batu  ginjal.  hasil  citra  pada  energi  tinggi  tidak  dapat  membedakan  dengan  baik  antara  batu dengan  densitas  yang  rendah  dan  tinggi  namun  dosis  yang  diterima  pasien  cukup  rendah  sehingga  tidak membahayakan, dan sebaliknya untuk citra energi rendah. Dalam hal ini diperlukan metode dual energi untuk membedakan batu ginjal dengan tepat. Sebelum menggunakan metode dual  energi diperlukan data perbedaan atenuasi  batu  untuk  penyinaran  berbeda.  Oleh  karena  itu  dalam  penelitian  ini  dilakukan  perhitungan  untuk menentukan nilai atenuasi batu. Metode penelitian dilakukan secara komputasi menggunakan software  PEGS4. Sebagai input data adalah komponen penyusun batu dan densitas batu. Hasil yang didapatkan adalah, pertama, dengan  tingkat  penyinaran  berbeda,  beberapa  batu  tidak  dapat  dikarakterisasi  dengan  menggunakan  single energi saja. Atenuasi brushite dan struvite hampir sama, sehingga sulit untuk dibedakan. Kedua, single energi micro CT perlu dikoreksi menggunakan dual energi micro CT untuk mengelompokkan batu ginjal dengan tepat
Keywords : Batu ginjal, dual energi, micro ct scan

## PENDAHULUAN
Batu  ginjal  merupakan  padatan  yang terbentuk  di  dalam  saluran  kemih  akibat  adanya penggumpalan zat-zat organik dan non organik yang seharusnya  larut  di  dalam  urin [1] . Batu  ginjal  harus dikeluarkan baik melalui urin maupun melalui terapi dan  pembedahan.  Sebelum  dilakukan  terapi  atau pembedahan,  perlu  diketahui  komposisi  dan  jenis batu  ginjal  yang  diperlukan  dalam  penentuan diagnosis dan tindakan pengobatan yang tepat.
Salah  satu  modalitas  untuk  mengetahui komposisi  dan  jenis  batu  ginjal  adalah micro CT scan . Micro CT merupakan modality pencitraan yang dapat  menunjukkan  struktur  anatomi  dan  morfologi batu  ginjal  dengan  ketelitian  dalam  orde  mikro dibandingkan  dengan  CT  konvensional  biasa.  Selain menunjukkan  struktur  morfologi, micro CT  juga dapat  menunjukkan  informasi  mengenai  atenuasi batu  ginjal  yang  di scanning .  Nilai  atenuasi  dapat
diperoleh  dari  citra  proyeksi  dan  digunakan  untuk merekonstruksi  citra.  Nilai  atenuasi  yang  diperoleh kemudian dapat digunakan dalam analisis menentukan densitas dan karakteristik batu ginjal.
Keunggulan  yang  dimiliki micro CT  yang telah  dijelaskan  belum  berhasil  secara  maksimal dalam  menentukan  jenis  batu  ginjal. Single energi sinar  X  yang  digunakan  pada micro CT  belum  bisa membedakan antara batu struvite dan cystine . Hal ini ditunjukkan dengan nilai atenuasi kedua batu tersebut yang  saling  tumpang  tindih  pada  energi  tertentu. Kelemahan  lainnya  adalah  hasil  citra  pada  energi tinggi  tidak  dapat  membedakan  dengan  baik  antara batu  dengan  densitas  yang rendah  dan tinggi namun dosis  yang  diterima  pasien  cukup  rendah  sehingga tidak membahayakan. Berbeda halnya dengan energi rendah,  hasil  citra  dapat  membedakan  dengan  baik antara  batu  yang  memiliki  densitas  rendah  dengan batu yang memiliki densitas tinggi.
Micro CT scan pada  prinsip  nya  sama dengan CT scan . Ketika suatu objek dilewati sinar X, maka ada sebagian sinar akan diserap atau diatenuasi oleh  objek  berdasarkan  ketebalannya.  Prinsip atenuasi  sinar  X  ini  digunakan  dalam  menentukan densitas dan karakteristik suatu objek [2] .
Perbedaan  mendasar  antara modality CT scan dengan micro CT adalah pada posisi objek yang di scan .  Objek  yang  di scan tetap  dalam  keadaan diam,  sementara  sumber  radiasi  dan  detektor  yang akan  berputar  selama scanning menggunakan  CT scan .  Sedangkan  objek  yang  di scan dapat  berputar 360° selama scanning menggunakan micro CT untuk mendapatkan  banyak  data  tentang  mikrostruktur objek.
Micro CT  menghasilkan  citra  proyeksi berdasarkan  perbedaan  atenuasi  objek  yang  di scanning . Secara umum, atenuasi jaringan ditunjukkan  dengan  nilai  CT number nya.  CT number dipengaruhi  oleh  efek  fotolistrik  dan  efek Compton  dimana  keduanya  juga  bergantung  pada energi  dan  jenis  material  yang  di scanning [3] .
Mekanisme  efek  fotolistrik  dan  efek  Compton  pada suatu  jaringan  dapat  dikenali  dengan  lebih  baik dengan  memanfaatkan  perkembangan  teknologi  CT scan yakni  dual  energi  CT.  Dual  energi  CT merupakan  pencitraan  dengan  menggunakan  dua spektrum sinar X yang berbeda.
Proses  penyerapan  sinar  X  dapat  dijelaskan sebagai  berikut.  Banyaknya  intensitas  berkas  yang berkurang  setelah  melewati  objek  dengan  ketebalan dx dapat  ditentukan,  yakni  sebanding  dengan banyaknya intensitas berkas sebelum melewati objek sesuai dengan Persamaan (1) berikut [4] :
I dx dI   
atau dapat dituliskan menjadi Persamaan (II) berikut:
Idx dI   
 merupakan  koefisien  atenuasi  liner  objek.  Tanda minus  menunjukkan  bahwa  jumlah  intensitas  berkas berkurang  dengan  bertambahnya  ketebalan  objek. Persamaan  dapat  ditulis  dalam  bentuk  eksponensial sebagai berikut:
  x I I    exp 0 Persamaan (3) berlaku dengan asumsi sumber energi  sinar  X  adalah pencil  beam , monoenergetic dan  berlangsung  pada  satu  medium.  Berdasarkan Persamaan  (3)  dapat  dijelaskan  bawa  nilai  koefisien atenuasi  objek  akan  meningkat  atau  berkurang  jika intensitas sinar X ditingkatkan atau dikurangi.
Pada  batu  ginjal,  lebih  dari  80%  batu  terdiri dari  kalsium  yang  berikatan  dengan  oksalat  dan fosfat  membentuk  batu  kalsium  oksalat  dan  kalsium fosfat,  dan  sisanya  merupakan  batu  urid  acid  (UA), cystine , brushite ,  dan struvite .  Jenis  batu  ginjal beserta  komponen  penyusun  kimia  nya [5] dapat dijelaskan pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Jenis dan Komponen Penyusun Batu Ginjal
No Jenis Batu Ginjal Komponen Penyusun Kimia Batu Ginjal Batu Urid Acid (UA) 1 Urid acid C 5 H 4 N 4 O 3
2
Urid acid dihydrate
C 5 H 4 N 4 O 3 .2H 2
O 3 Ammonium urate C 5 H 3 N 4 O 3 NH 4
Batu non UA 4 Calcium oxalate monohydrate CaC 2 O 4 .H 2 O 5 Calcium oxalate dihydrate CaC 2 O 4 .2H 2 O 6 Calcium hydroxyapatite Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 7 Carbonate apatite Ca 10 (PO 4 ,CO 3 ) 6 (OH,CO 3 ) 2 8
Calcium phospate
Ca 3 (PO 4 ) 2
9 Brushite CaHPO 4 .2H 2 O
10 Struvite MgNH 4 PO 4 .6H 2 O
11 Cystine C 6 H 12 N 2 O 4 S 2
12 2,8-dihydroxyadenine C 5 H 5 N 5 O 2 (1)
(2)
(3)
Berdasarkan Tabel 1, dapat dilihat bahwa batu jenis  UA  terdiri  dari  atom  ringan  (H,C,N,O) dibandingkan dengan batu jenis non UA yang terdiri dari atom berat (P,Ca,S), sehingga Z eff batu UA akan cenderung  lebih  kecil  dibandingkan  batu  non  UA. Nilai Z yang bervariasi di antara masing-masing jenis batu  ginjal  mempengaruhi  besarnya  atenuasi  atau serapan batu ketika disinari oleh sinar X. Dual energi merupakan  suatu  metode  yang  digunakan  untuk menentukan bone  mineral  density organ  tertentu menggunakan sinar X dual energi.
Sinar  X  dual  energi  digunakan  untuk mengoptimalkan  penentuan bone  mineral  density antara  jaringan  lunak  dan  jaringan  tulang  di  sekitar organ  yang  memiliki  perbedaan  densitas [6] .  Pada prinsipnya  sinar  X  dual  energi  yang  digunakan adalah  sinar  X  energi  rendah  dan  energi  tinggi dimana sumber energi tersebut diperoleh bergantung dari  mekanisme modality yang  digunakan.  Pada beberapa  perangkat  digunakan  generator  dengan energi  rendah  (70-100  kVp)  dan  energi  tinggi  (140 kVp)  secara  bergantian  selama  proses  penyinaran, dan  pada  beberapa  perangkat  lain  menggunakan generator  dengan beam yang  konstan  namun menggunakan  filter  tertentu  untuk  memisahkan energi  tinggi  dan  energi  rendah [7] . Penelitian  ini fokus  pada  penentuan  atenuasi  batu  ginjal  pada beberapa  tingkat  energi  sebagai  data  awal  dalam pengelompokan  batu  ginjal.  Tujuan  penelitian  ini adalah untuk mengkarakterisasi dan mengelompokkan bahwa pada batu ginjal diperlukan dual energi dalam penyinaran untuk bisa menentukan jenis dan komposisi batu lebih akurat.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  dengan  mengambil  data secara  komputasi  untuk  menghitung  atenuasi  batu. menggunakan software PEGS4.    Sebagai  input  data adalah komponen penyusun batu dan densitas batu.
PEGS4 merupakan perangkat yang digunakan untuk menghasilkan material dataset yang menggunakan  EGSnrc.  Beberapa  operasi  yang digunakan  untuk  meghasilkan  dataset  tersebut adalah,  memilih  material  yang  akan  digunakan, memilih energi cut off, dan menghasilkan output data menggunakan EGSnrc. Dalam menggunakan PEGS4 terdapat beberapa pilihan, yaitu ELEM yang merujuk pada element , COMP yang merujuk pada compound , dan  MIXT  yang  merujuk  pada mixture .  Tujuan  dari ketiga  pilihan  tersebut  adalah  untuk  menentukan jenis  material  berbeda  baik  yang  terdiri  dari  unsur, senyawa, maupun campuran.
Parameter yang dibutuhkan untuk menentukan jenis  material  adalah  densitas,  nomor  atom  masing- masing  unsur  dalam  komponen  penyusunnya,  berat atom dan proporsinya dalam senyawa atau campuran. Selanjutnya  PEGS4  akan  mendigitasi  parameter tersebut  untuk  menghasilkan  sejumlah  output  data meliputi  pengaruh  efek  fotolistrik,  hamburan Compton,  dan  total  atenuasi  dari  material.  Terakhir data  tersebut  dapat  diplot  dalam  bentuk  grafik hubungan antara jenis material dan total atenuasi nya pada  rentang  energi  tertentu.  Hal  yang  serupa digunakan  untuk  menghasilkan  data  grafik  antara jenis batu dengan pengaruh atenuasinya.

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Penelitian
Setelah  dilakukan  perhitungan  komputasi menggunakan  PEGS4,  didapatkan  pengelompokan batu  ginjal  berdasarkan  atenuasinya  sebagai  berikut. B atu  non  UA  yaitu brushite , calcium  oksalat ,  dan struvite memiliki koefisien atenuasi yang lebih besar dibandingkan  batu  UA  pada  energi  yang  sama.  Hal ini  dikarenakan  batu  non  UA  terdiri  dari  komponen atom  berat  seperti  Ca,  P  dan  S  sehingga nilai  Z nya lebih  besar  dan  densitasnya  juga  akan  lebih  tinggi. Hasil komputasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik total atenuasi untuk beberapa jenis batu  terhadap  energi  hasil  komputasi  menggunakan PEGS4.  Selisih  atenuasi  batu  UA,  kalsium  oksalat, brushite , dan struvite berurutan pada energi 90 keV ditunjukkan dengan Δμ masing-masing batu
2. Pembahasan
Beberapa informasi dapat dijelaskan berdasarkan  data  yang  didapatkan.  Pertama,  untuk salah  satu  tingkat  energi  yang  sama  (90  keV)  batu non UA  yaitu brushite , kalsium oksalat, dan struvite memiliki  koefisien  atenuasi  yang  lebih  besar dibandingkan batu UA. Hal ini dikarenakan batu non UA  terdiri  dari  komponen  atom  berat  seperti  Ca,  P dan  S  sehingga  nilai  Z  nya  lebih  besar  dan densitasnya juga akan lebih tinggi dibandingkan batu UA.
Kedua, pada salah satu tingkat energi saja (90 keV)  atenuasi brushite dan struvite hampir  sama, sehingga  sulit  untuk  dibedakan.  Perbedaan  atenuasi batu pada rentang energi yang sama dapat dilihat dari perbedaan  Δ μ . Brushite dan struvite memiliki  Δ μ yang  kecil,  menunjukkan  bahwa  atenuasi  keduanya hampir  berdekatan  dibandingkan  dengan  Δ μ antara batu yang lainnya. Adanya perbedaan selisih atenuasi pada  rentang  energi  yang  sama  dipengaruhi  oleh pengaruh  efek  fotolistrik  dan  efek  Compton.  Oleh karena  itu  karakterisasi  batu  ginjal  lebih  tepat menggunakan dual energi sinar X yang berbeda.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan  dapat disimpulkan  beberapa  hal.  Pertama,  dengan  tingkat penyinaran  berbeda,  beberapa  batu  tidak  dapat dikarakterisasi  dengan  menggunakan  single  energi saja.  Atenuasi brushite dan struvite hampir  sama, sehingga sulit untuk dibedakan. Kedua, single energi micro  CT  perlu  dikoreksi  menggunakan  dual  energi micro CT untuk mengelompokkan batu ginjal dengan tepat.  Ketiga,  diperlukan  studi  lanjutan  untuk melakukan  pengelompokan  batu  lebih  lanjut  dengan menggunakan data atenuasi yang telah didapatkan.

## DAFTAR PUSTAKA
(1) Purnomo,  Basuki  B.  (2003):  Dasar-Dasar Urologi, Infomedika, Jakarta, 75-78.
(2) Hostens,  Jeroen.  (2010):  High  Resolution Micro‐CT  in  Biological  and  Biomedical  in Applications. Skyscan Academy, 1-9.
(3) D.T. Boll, Tobias  Heye, Rendon C. Nelson, Lisa M.  Ho,  dan  Daniele  Marin  .  (2012)  :  Dual- Energy  CT  Applications  in  the  Abdomen. American  Journal  of  Roentgenology , 199 , S64-S70.
(4) Khan, Faiz. M. (1984) : The Physics of Radiation Theraphy, USA: Lippincott Williams.
(5) Primak,  N  Andrew,  Terri  J.  Vrtiska,  Mingliang Qu,  dan  Cynthia  H.  McCollough.  (2011)  : Kidney  Stone,  Springer-Verlag  Berlin, Jerman, 178-182.
(6) Judith  E.  Adams.  (2008)  :  Dual-Energy  X-Ray Absorptiometry.  University  of  Manchester, Oxford Road, Manchester, 106-120.
(7) Ramos,  R.M.    Lorente,  dkk.    (2011)  :  Dual
Energy X-ray Absorptimetry:
Fundamentals,    Methodology,  and    Clinical Applications. Journal  of  Radiologia , 54 , 410-423.