Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14 November 2013 PERANCANGAN PERANGKA T MEKANIK RENOGRAF DAN THYROID UPTAKE TERPADU Sanda PRPN - BAT AN , Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310 ABSTRAK PERANCANGAN PERANGKA T MEKANIK RENOGRAF DAN THYROID UPTAKE TERPADU. Perangkat renograf dan thyroid uptake adalah dua perangkat medis yang digunakan untuk diagnosa pada pasien dengan jenis penyakit yang berbeda, namun mempunyai perangkat instrumentasi dan detektor yang hampir sama. Renograf dengan sumber 99mTcuntuk mendeteksi fungsi ginjal secara cepat dan akurat, thyroid uptake dengan radioisotop 1311 untuk mendiagnosa penyakit kelenjar pada leher. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh sistem mekanik dari dua perangkat kedokteran nuklir yang berbeda menjadi satu sistem yang bisa digunakan untuk diagnosa penyakit ginjal dan kelenjar pada leher. Proses diagnosa renograf pada pasien dengan cara menempatkan dua dektektor pada bagian ginjal dan satu detektor pada bagian bahu pasien. Begitu juga halnya dengan proses diagnosa thyroid uptake pada pasien dengan cara menempatkan satu dektektor pada kelenjar leher dan satu detektor pada bahu pasien, sehingga radiasi latar belakang dapat tercacah, dengan demikian data pencacahan terhadap penyakit dapat diketahui secara akurat, setelah hasil pencacahan pada kelenjar tiroid atau ginjal dikurangi hasil pencacahan latar belakang. Adapun metodologi perhitungan ini meliputi atas perhitungan mekanika teknik dan elemen mesin terhadap komponen utama renograf dan thyroid uptake dan hasil yang diharapkan adalah desain mekanik yang terpadu antara perangkat renograf dan thyroid uptake, sehingga satu perangkat tersebut bisa digunakan untuk dua fungsi, baik untuk diagnosa ginjal maupun kelenjar tiroid. Sebagai kesimpulan adalah dihasilkannya satu sistem mekanik dengan dua fungsi diagnosa dengan konstruksi yang lebih ringan dan keseimbangannya lebih baik. Kata kunci : Desain/perancangan, Perangkat, Renograf, Thyroid Uptake dan Perhitungan ABSTRACT THE DESIGN OF MECHANICAL DEVICE FOR THE INTEGRA TED RENOGRAF AND THYROID UPTAKE. Thyroid uptake renograf devices are two medical devices used for diagnosing patients with different types of diseases, but the instrumentation and detectors have nearly the same. Renograf with 99mTcsource to detect renal function quickly and accurately, thyroid uptake with 1311 radioisotopes is to diagnose disease in the neck node. The purpose of this study is to obtain the mechanical system of two different nuclear medicine devices into a single system that can be used for kidney disease and glands in the neck. Renograf diagnostic process in patients is by placing two dektector on the kidneys and the detector on the shoulders of the patient, as well as with the process of diagnosing thyroid uptake in patients with dektektor how to put one on the neck glands and a detector on the patient's shoulder, so that the background radiation can enumerate, so that the data can be known enumeration of the disease accurately, after the enumeration results in neck glands or reduced kidney enumeration background. The - 246 -
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
PERANCANGAN PERANGKA T MEKANIKRENOGRAF DAN THYROID UPTAKE TERPADU
Sanda
PRPN - BAT AN , Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
PERANCANGAN PERANGKA T MEKANIK RENOGRAF DAN THYROIDUPTAKE TERPADU. Perangkat renograf dan thyroid uptake adalah dua perangkat medisyang digunakan untuk diagnosa pada pasien dengan jenis penyakit yang berbeda, namunmempunyai perangkat instrumentasi dan detektor yang hampir sama. Renograf dengansumber 99mTcuntuk mendeteksi fungsi ginjal secara cepat dan akurat, thyroid uptakedengan radioisotop 1311 untuk mendiagnosa penyakit kelenjar pada leher. Tujuanpenelitian ini adalah untuk memperoleh sistem mekanik dari dua perangkat kedokterannuklir yang berbeda menjadi satu sistem yang bisa digunakan untuk diagnosa penyakitginjal dan kelenjar pada leher. Proses diagnosa renograf pada pasien dengan caramenempatkan dua dektektor pada bagian ginjal dan satu detektor pada bagian bahupasien. Begitu juga halnya dengan proses diagnosa thyroid uptake pada pasien dengancara menempatkan satu dektektor pada kelenjar leher dan satu detektor pada bahupasien, sehingga radiasi latar belakang dapat tercacah, dengan demikian datapencacahan terhadap penyakit dapat diketahui secara akurat, setelah hasil pencacahanpada kelenjar tiroid atau ginjal dikurangi hasil pencacahan latar belakang. Adapunmetodologi perhitungan ini meliputi atas perhitungan mekanika teknik dan elemen mesinterhadap komponen utama renograf dan thyroid uptake dan hasil yang diharapkan adalahdesain mekanik yang terpadu antara perangkat renograf dan thyroid uptake, sehinggasatu perangkat tersebut bisa digunakan untuk dua fungsi, baik untuk diagnosa ginjalmaupun kelenjar tiroid. Sebagai kesimpulan adalah dihasilkannya satu sistem mekanikdengan dua fungsi diagnosa dengan konstruksi yang lebih ringan dan keseimbangannyalebih baik.
Kata kunci : Desain/perancangan, Perangkat, Renograf, Thyroid Uptake dan Perhitungan
ABSTRACT
THE DESIGN OF MECHANICAL DEVICE FOR THE INTEGRA TED RENOGRAF
AND THYROID UPTAKE. Thyroid uptake renograf devices are two medical devices usedfor diagnosing patients with different types of diseases, but the instrumentation anddetectors have nearly the same. Renograf with 99mTcsource to detect renal functionquickly and accurately, thyroid uptake with 1311 radioisotopes is to diagnose disease in theneck node. The purpose of this study is to obtain the mechanical system of two differentnuclear medicine devices into a single system that can be used for kidney disease andglands in the neck. Renograf diagnostic process in patients is by placing two dektector onthe kidneys and the detector on the shoulders of the patient, as well as with the process ofdiagnosing thyroid uptake in patients with dektektor how to put one on the neck glandsand a detector on the patient's shoulder, so that the background radiation can enumerate,so that the data can be known enumeration of the disease accurately, after theenumeration results in neck glands or reduced kidney enumeration background. The
- 246 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
evaluation methodology includes the calculation of engineering mechanics and machineelements of the main components renograf and thyroid uptake and the expected result isan integrated mechanical design between the devices renograf and thyroid uptake, sothat the device can be used for two functions, both for the diagnosis of kidney or glandsneck . As a conclusion of the one system is produced with two functions diagnose,construction lighter and balance better.
Keywords: The design, Devices, Renograf, Thyroid uptake and Calculation,
1. PENDAHULUAN
Tidak terjangkaunya biaya pengobatan untuk melakukan pemeriksaan penyakit
sedini mungkin menyebabkan pengobatan penyakit menjadi terlambat dan bertambah
parah[1]. Renograf merupakan alat diagnostik di bidang kedokteran yang digunakan untuk
mengetahui fungsi ginjal pasien baik kiri maupun kanan secara individual. Dengan
menggunakan perangkat thyroid uptake diagnosa atau pengobatan terhadap kelenjar
leher pasien dapat dilakukan. Disamping hal tersebut diatas, ketika dilakukan proses
diagnosa pad a kedua perangkat tersebut seringkali tidak diperolehnya data latar (cacah
background), kondisi tersebut terjadi secara umum, sehingga akurasi pencacahan baik
pada renograf maupun thyroid uptake menjadi kurang akurat. Gambar 1 menunjukkan
perangkat renograf tipe lama buatan PRPN dengan dua buah detektor Nal(TI) dengan
ketinggian 640 mm, tanpa dilengkapi sistem mekanik yang menunjang pada
kesempurnaan sistem diagnosa.
Jarak sumbuantara detektor
Tinggi 640
Gambar 1. Perangkat renograf (lama) pada stat if dengan dua buah detektor
- 247 -
*
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir .•PRPN-BATAN, 14 November 2013 ~
Sedangkan posisi pasien dud uk di kursi yang sudah ada dan relatif berat dengan
ketinggian 600 mm ditunjukkan pad a Gambar 2.
Tinggi jok kursi 600 mm
Gambar 2. Kursi pasien renograf (lama)
Begitu juga halnya pad a perangkat thyroid uptake yang sudah ada dengan ketinggian
1720 mm, ditunjukkan pada Gambar 3.
Tinggi = 1720
Gambar 3. Perangkat thyroid uptake (lama) dengan satu buah detektor
Gambar 3. menunjukkan bahwa perangkat tersebut hanya melakukan diagnosa atau
terapi pada kelenjar leher tanpa dilengkapi sistem mekanik lainnya, sehingga tindakan
dokter dirasakan masih ada kekurangan, karena perangkat terse but masing-masing
berdiri sendiri sesuai fungsinya. Untuk itu perlu diraneang sistem mekanik perangkat
renograf dan thyroid uptake terpadu yang dapat digunakan untuk diagnosa ginjal dan
diagnosa kelenjar tiroid pada satu sistem yang terpadu dengan ukuran lebih keeil dan
lebih ringan. Pesawat renograf dan thyiroid uptake adalah dua pesawat medis yang
digunakan untuk diagnosa pad a pasien dengan jenis penyakit yang berbeda, namun
mempunyai perangkat instrumentasi yang hampir sama.
Renograf untuk mendeteksi fungsi ginjal seeara eepat dan akurat. Cairan
radioisotop 99mTe disuntikan ke dalam aliran darah dan dipantau dari luar tubuh
menggunakan alat renograf Laju Te di ginjal kemudian ditampilkan dalam bentuk kurva
renogram yang menunjukkan kemampuan masing-masing ginjal.
- 248 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Pad a thyroid uptake, radioisotop 1131yang memancarkan sinar gamma digunakan
untuk mendiagnosa atau terapi penyakit kelenjar pada Ieher. lodium radionuklida
cenderung berkonsentrasi di berbagai organ atau jaringan, kelenjar tiroid yang paling aktif
membuat hormon dalam tubuh dan akan mengambil lodium radioaktif, sehingga bagian
yang aktif tersebut akan memancarkan sinar gamma, sinar gamma yang dipancarkan
oleh tubuh akan terdeteksi oleh perangkat thyroid uptake. Proses diagnosa renograf pada
pasien dengan cara menempatkan dua dektektor pad a bagian ginjal dan satu detektor
pada bagian bahu pasien, begitu juga halnya dengan proses diagnosa atau terapi thyroid
uptake pada pasien dengan cara menempatkan satu dektektor pad a kelenjar leher dan
satu detektor pad a bahu pasien, sehingga proses pencacahan terhadap radiasi latar
dapat diketahui, dengan demikian hasil pencacahan terhadap penyakit dapat diketahui
dengan pasti setelah hasil pencacahan pada kelenjar tiroid atau ginjal dikurangi hasil
pencacahan latar.
Adapun hasil yang diharapkan adalah berupa rancangan perangkat konstruksi mekanik
renograf dan thyroid uptake dengan pertimbangan kekurangan dari perangkat renograf
dan thyroid uptake yang lama, diantara kekurangan tersebut adalah kolom perangkat
thyroid uptake yang cukup tinggi, penggerak detektor dengan sistem keseimbangan
beban yang menyebabkan konstruksi mekanik menjadi berat dengan solusi konstruksi
mekanik dibuat lebih pendek dan penggerak lengan detektor menggunakan sistem pegas
tekan, pada lengan detektor yang mempunyai ketebalan yang relatif besar sekitar 5 mm
dibuat menjadi lebih tipis agar konstruksi perangkat mekaniknya lebih ringan, selanjutnya
agar didapatkan rancangan satu sistem mekanik renograf thyroid uptake terpadu yang
dapat digunakan untuk diagnosa dua jenis penyakit, yaitu diagnosa fungsi ginjal dan
kelenjar tiroid. Oleh karenanya dalam rancangan ini akan dihitung dimensi lengan
detektor dan pegas tekan, karena lengan ini cukup panjang yang dapat menyebabkan
perangkat terbalik ke depan, disamping memang konstruksi mekanik thyroid uptake yang
cukup tinggi.
2. DASAR TEORI
Renograf thyroid uptake merupakan dua sistem perangkat kedokteran nuklir yang
berbeda fungsi dan perlakuan diagnosanya. Renograf mempunyai dua perangkat
mekanik untuk memegang detektor, sedangkan thyroid uptake hanya mempunyai satu
detektor yang digunakan untuk scaning kelenjar Ieher. Begitu juga perlakuan untuk
renograf, cairan radioisotop 99mTcdisuntikan pada pasien. Setelah itu perangkat renograf
- 249 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
dan instrumentasinya dapat scanning data pad a pasien. Sedangkan pad a thyroid uptake
cairan radioisotop 1131dimasukan melalui mulut bersamaan dengan air minum, setelah itu
perangkat thytoid uptake dan instrumentasinya dapat scanning data pada pasien, yang
sama diantaranya adalah detektor Nal(TI) yang digunakan untuk mendeteksi aktivitas
penyakit yang telah menyerap sumber radiasi. Sistem mekanik renograf thyroid uptake
terdiri atas beberapa komponen, diantaranya pelat landasan, rada perangkat mekanik,
tiang penyangga dan lengan putar perangkat detektor Nal(TI) dan pegas tekan. Pada
perangkat sistem mekanik renograf maupun thyroid uptake gerakan akibat berat beban
perangkat itu sendiri yang harus diperhitungkan agar geraknya bisa fleksibel dan mudah
digerakkan. Ada dua komponen utama yang yang merupakan fungsi utama, diantaranya
lengan detektor dan pegas tekan. Lengan detektor merupakan komponen utama renograf
thyroid uptake yang berfungsi sebagai tempat kedudukan detektor, sehingga detektor
dapat digerakkan pad a posisi horisontal ke depan atau vertikal ke bawah, bisa juga
detektor maju mundur pada lengannya dan lengan detektor berputar 360°. Sedangkan
pegas tekan juga merupakan salah satu komponen utama, karena pegas tekan dapat
mengatur posisi lengan detektor naik atau turun yang disesuaikan posisinya dengan
posisi pasien atau posisi keberadan penyakitnya.
2.1. Lengan detektor
Lengan detektor merupakan perangkat mekanik yang kedudukannya dipegang
oleh poras mekanik vertikal dan bisa bergerak berputar 360°, sehingga konstruksinya
seperti kantilever. Pad a tiang penyangga terdapat lengan perangkat mekanik yang
membebani konstruksi tiang penyangga itu sendiri, sehingga konstruksi tiang penyangga
mengalami beberapa pengaruh, diantaranya adalah momen lengkung yang terjadi akibat
beban lengan detektor, keseimbangan lengan detektor dengan konstruksi tiang
penyangga konstruksi ditunjukkan pada Gambar 4.
Fy +--Beban711
Gaya penahan
A
Fy
M \Lengan
B
Gambar 4. Beban Fy yang mempengaruhi lengan detektor
- 250 -
Prosiding Pertemuan /lmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Pada Gambar 4. beban Fy(-) ke bawah bekerja pad a titik putar kolimator (B),
kemudian beban terse but ditahan oleh Fy(+) ke atas titik A, sehingga terjadi momen pada
gambar diatas dengan persamaan berikut :
(1)
dengan :
<Jb = tegangan bengkok, kg/mm2
(<Jb =0, 7SCJ'/)
crt = tegangan tarik bahan, kg/mm2
Mb = momen bengkok, kgmm
(Mb = F.I)
Wb = Momen tahanan bengkok, mm3
Adapun konstruksi detaillengan detektor ditunjukkan pada Gambar 5.
o
d
Gambar 5. Penampang lintang lengan detektor
Oari penampang lengan detektor di atas diperoleh persamaan momen tahanan(2)sebagai
berikut :
(2)
2.2. Pegas tekan.
Peg as digolongkan atas dasar beban yang diterimanya, bila beban tekan, tarik
atau puntir, maka pegas tersebut menjadi pegas tekan,tarik dan puntir. Pegas tekan
merupakan komponen yang menggerakan naik turun lengan putar dan juga lengan putar
dapat berputar 360°. Oalam perancangannya pegas ini harus mampu mengangkat lengan
putar, sehingga lengan putar mudah digerakan menyesuaikan kebutuhan untuk mengikuti
- 251 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
posisi pasien. Dalam perhitungan pegas tekan ditentukan lebih dulu beban peg as yang
bekerja (W, kg), lendutan peg as (0, mm), faktor tegangan Wahl (K), sehingga indeks
pegas (e) bisa diperoleh dengan persamaan berikut(3) :
Dc=_r (3)
dk
dengan :
Dr = diameter rata-rata pegas, mm
dk = diameter kawat pegas, mm
selanjutnya tegangan geser yang terjadi pada peges (T) dapat dihitung dengan
persamaan :
(4)
dengan :
T = Tegangan geser, kg/mm2
WI = beban pada pegas, kg
d = diameter kawat pegas, mm
Konstanta pegas (k) diperoleh dengan eara menghitung :
Wk=-'
g
Untuk jumlah lilitan yang bekerja dapat dihitung dengan persamaan :
38.n.Dr WI8-
d 4Gk
(5)
(6)
dengan :
o = lendutan pegas, mm
n = jumlah lilitan pegas
G = modulus geser, kg/mm2
Tinggi mampat pegas (He)
He = dk(n+1,5) (7)
Untuk kelonggaran kawat awal terpasang (Cs) dan pad a lendutan maksimum (CI), yaitu :
Cs = (Hs - Hc)/(n+1,5) (8)
Cs = (HI - Hc)/(n+1,5) (9)
dengan :
Hs= panjang pegas terpasang, mm
- 252 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
He= panjang padat peg as, mm
HI= tinggi peg as pada lendutan maksimum, mm
Sebagai gambaran tentang pegas tekan dalam kondisi terpasang
kondisi panjang padat, ditunjukkan pad a Gambar 6 a, dan c.
dan pegas dalam
D ,'I I
~~I I II I II 1 1
:~~
• D
{~jI .'•...........' ' "'9
~ I I iII IIi
I !~~.. {Gambar 6. a. Pegas dalam keadaan terpasang
b. tinggi pegas pada lendutan maksimumc. Pegas dengan panjang padat
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perancangan sistem mekanik renograf thyroid uptake ditampilkan pada Gambar 7.
11 Penutup poros10 bontatan poros9 Mur pengikat8 Bout jepit7 KolotTl n-.ekonik6 Poros gerak5 Pegas tekan4 Landasan kolorn3 Kaki kolom2 Rode kastor1 Roda karet
22 0 ring21 Pengunci langkah poros detektor20 Kolimator renograp19 Pengunci bodi detektor1B Langan kedudukan detektor17 Pemegang detektor16 Poros pemegong de-tektor15 Lengan rTleka nik14 Pemegang pot"'"os detektor13 Stopper12 Ring jepit
Gambar 7. Perancangan sistem mekanik renograf thyroid uptake
Pada Gambar 7. ditunjukkan bahwa perangkat sistem mekanik renograf thyroid uptake
mempunyai dua kolimator yang berbeda, satu kolimator untuk diagnosa kelenjar leher dan
kolimator lainnya untuk diagnosa ginjal, sehingga satu unit perangkat tersebut bisa
digunakan untuk dua fungsi diagnosa. Pada gambar tersebut juga menunjukkan bahwa
- 253 -
Prosiding Pertemuan I/miah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
lengan detektor dapat berputar 3600 dan lengan detektor bisa dinaikturunkan sesuai
kebutuhan dengan cara mengendurkan mur pengikat, sehingga lengan detektor dapat
didorong oleh pegas tekan ke atas.
Sedangkan untuk tata letak proses scanning disain perangkat sistem mekanik renograf
untuk diagnosa ditunjukkan pad a Gambar 8.
SCANNING BAHU
PASIEN
SCAN~JlNG GI~JJAL
Gambar 8. Tata letak sistem mekanik scanning ginjal
Pada Gambar 8. menunjukkan bahwa perangkat scanning renograf dimanfaatkan untuk
diagnosa ginjal dengan indikasi dua kolimatornya persegi panjang, sedangkan bila
digunakan untuk scanning thyroid uptake satu kolimatornya diganti dengan kolimator
bentuk lingkaran, sedangkan kolimator renograf permukaannya diputar kebawah,
disainnya ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Tata letak sistem mekanik scanning kelenjar leher
Pada perancangan perangkat renograf thyroid uptake terpadu ini mengalami beberapa
perubahan diantaranya adalah : ketinggian perangkat, lengan memegang detektor 2 unit,
roda gerak perangkat dan pegas tekan.
Untuk ketinggian perangkat renograp dan thyroid uptake berubah dari 1720 mm
menjadi 950 mm (Iebih pendek 770 mm). Sedangkan untuk tiang penyangga mengalami
penambahan beban dari satu menjadi dua detector. Penambahan dua detektor ini
menyebabkan perangkat menjadi lebih berat dari 24 kg menjadi 39,2 kg. Namun hal
- 254 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
tersebut diatasi dengan menghilangkan beban pemberat yang dig anti dengan pegas
tekan, sehingga beratnya menjadi sekitar 40+39,2 kg = 79,2 kg, untuk memudahkan
gerakan, perangkat dibantu oleh roda gerak perangkat yang terbuat dari bahan karet
dengan diameter 250 mm x tebal 45 mm. sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7.
Adapun untuk perhitungan yang dihasilkan dalam perancangan ini adalah:untuk perhitungan ketebalan lengan detektor, sebagaimana diperlihatkan pad a Gambar 4
diatas, yaitu: beban yang bekerja pada lengan detektor sebesar 79,2 kg agar dapat
terjamin keamanan terhadap lengan, maka beban terse but dapat ditingkatkan menjadi
237,6 kg (sebagai beban teoritis), sedangkan besar tegangan aman 50% dari O'b= 36
kg/mm2 menjadi = 18 kg/mm2, bila diameter luar (D) lengan 80 mm, diperoleh :
Mbwb=-
°b
237,6.7] ]w =---b ]8
W =~(D4 _d4)b 16 0
d = 78 mm
Lubang lengan detektor berdasarkan hasil perhitungan sebesar d = 78 mm,
ukuran diameter tersebut untuk lebih menjamin kekuatan lengan detektor dapat ditambah
ketebalannya dengan cara mengurangi ukuran diameter dalam lengan detektor, menjadi
75mm.
Untuk pegas tekan perancangan yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 10.
Fo = <:080
II=
"f!'.<m:
I
1
II
I
I
~i I
I 1
! 1
II
I 1
~
II
Gambar 10. Pegas tekan kondisi bebas.
- 255 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuk/irPRPN - BA TAN, 14 November 2013