Heel Effect

1.      Definisi Heel Effect

Heel effect adalah reduksi intensitas sinar-X terhadap permukaan anoda dari lapangan sinar-X (Bushberg, 2001), Sedangkan menurut Bushong (2001), heel effect adalah konsekuensi akibat prinsip garis fokus bahwa intensitas radiasi sinar-X pada sisi katoda akan lebih besar dibandingkan pada sisi anoda. Intensitas sinar-X yang di emisikan melewati kemiringan “heel” target direduksi karena lebih panjang melewati garis edar target oleh karena itu sebagian emisi sinar-X diserap oleh bahan target. 

Gambar 1. Anoda Heel Effect   (Bushberg, 2001)

Adapun definisi heel effect menurut Carroll (1985), intensitas sinar-X yang menuju kearah anoda lebih sedikit dibandingkan dengan intensitas sinar-X yang menuju kearah katoda karena foton yang mempunyai arah sinar mendekati atau tegak lurus dengan permukaan anoda akan mengalami perlemahan yang lebih sedikit, sedangkan yang mendekati atau sejajar dengan kemiringan permukaan anoda akan mengalami perlemahan yang lebih besar atau terserap oleh atom bahan target seluruhnya.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pengertian heel effect adalah penyebaran intensitas sinar-X yang tidak merata dikarenakan penyerapan sebagian sinar-X oleh permukaan anoda sehingga intensitas sinar-X yang lebih dekat sisi anoda akan mengalami perlemahan.

2.      Proses Terjadinya Heel Effect

Heel effect dikarenakan oleh faktor geometri dari sudut anoda target, intensitas radiasi lebih besar pada sisi katoda dibandingkan sisi anoda. Elektron-elektron membom target, sinar-X diproduksi dan sebagian besar di emisikan pada sudut antara 45 hingga 90 derajat dari perjalanan elektron. Elektron-elektron tersebut diabsorbsi oleh bahan target itu sendiri atau oleh tube housing. Foton diemisikan oleh permukaan target ke segala arah. Intensitas radiasi yang diemisikan akan bertukar-tukar antara foton ke arah sisi katoda dan ke arah sisi anoda. Foton yang diemisikan kearah sisi anoda diserap oleh material  target itu sendiri dibandingkan yang diemisikan pada pemukaan arah sisi katoda.

Gambar 2. Pembentukan Foton pada Target (Carlton, 2001)

Keterangan:

1.    Foton

2.    Arah  gelombang foton

Foton A keluar pada sisi anoda, sedangkan foton B keluar pada sisi katoda. Jarak yang harus ditempuh foton A menembus lebih besar dibandingkan dengan foton B. Foton yang paling banyak mengalami penyerapan adalah foton C. Foton D keluar dan diabsorbsi oleh housing. Foton E keluar menuju sisi anoda tetapi diserap oleh material anoda itu sendiri. Foton F keluar kesisi katoda karena malalui penyerapan yang pendek.

Total variasi kira-kira 45 persen paralel dari anoda ke katoda. Variasi 45 persen ini cukup signifikan karena terlihat berbeda pada saat menggunakan film berukuran besar pada jarak yang dekat (Chalton, 2001)

Gambar 3. Kurva Distribusi Intensitas Sinar-X (Meredith, 1977).

Keterangan:

Titik a       : intensitas pada sisi anoda

Titik b       : intensitas pada pusat sinar

Titik c       : intensitas pada sisi katoda

Sumbu x  : u-v : variasi intensitas

Sumbu y  : intensitas sinar-X

d               : tabung sinar-X

  

Gambar di atas menunjukkan suatu contoh bagaimana sinar-X bervariasi sepanjang garis u-v. Kurva yang terbentuk adalah yang tidak simetris antara sisi kanan dan sisi kiri dari sumbu sinar.

a.      Titik a dan c terjauhkan dari sumbu sinar atau sumbu b. sebagaimana diketahui bahwa penyebaran intensitas dalam hukum kuadrat terbalik yaitu menghasilkan intensitas yang diturunkan bertahap pada titik yang semakin jauh dari titik pusat sinar. Intensitas titik a dan c lebih kecil dibandingkan titik b.

b.      Radiasi dari titik a dan c berjalan secara miring melalui berbagai penyerapan seperti dinding tabung sinar-X. Radiasi di titik a dan c karena berjalan miring maka jarak yang harus ditempuh pada bahan di atas semakin panjang dibandingkan radiasi di titik b yang berjalan tegak lurus terhadap permukaan bahan di atas.

c.      Kemiringan anoda menyebabkan intensitas di sisi katoda lebih besar. Pada gambar ditunjukkan bahwa intensitas di titik c lebih besar dari pada titik a.

d.      Sinar-X yang dipancarkan ke arah tititk antara a dan b banyak diserap bahan anoda jika dibandingkan dengan sinar-X yang dipancarkan ke arah titik b dan c. Jumlah intensitas di titik a lebih berkurang dibandingkan di titik b dan c

3.      Faktor-faktor yang Mempengaruhi Heel Effect

a.      Ukuran Focal Spot.

Pemilihan satu atau Focal Spot yang lain umumnya dibuat dengan mA station selector pada operating console. focal spot kecil digunakan pada kondisi mA kira-kira 300 mA ke bawah, sedangkan Focal Spot besar digunakan pada kondisi mA kira-kira 400 mA ke atas (Bushong, 2001).

Semakin luas ukuran focal Spot menyebabkan heel effect semakin besar, karena perbedaan ketebalan dari permukaan material anoda  dimana sinar-X hilang lebih besar pada titik yang satu terhadap titik lainya (Carroll, 1987).  

                                                                                                      

b.      Sudut Target

Sudut target adalah sudut yang dibentuk oleh permukaan target dengan garis vertikal, sudut yang biasa digunakan dalam tabung sinar-X adalah antara 7-20 derajat. Rata-rata dalam diagnostik adalah 17 derajat dari garis vertikal. Kemiringan target berpengaruh terhadap heel effect, semakin curam kemiringan target menyebabkan heel effect semakin besar (Carroll, 1985).

                  a                                          b

Gambar 4. Pengaruh Kemiringan Target Terhadap Heel Effect (Carroll, 1985).

Gambar a dan gambar b mempunyai sudut kemiringan target yang berbeda, sudut kemiringan target gambar a lebih besar dibandingkan sudut kemiringan target b.

Pada gambar a mempunyai lintasan oz sedangkan gambar b mempunyai lintasan o’z’. lintasan oz lebih pendek dibandingkan lintasan o’z’ yang berarti foton pada c’ akan lebih banyak mengalami penyerapan oleh bahan target dibandingkan titik c. Heel effect pada gambar a lebih kecil dibandingkan heel effect pada gambar b, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa semakin besar sudut kemiringan target maka semakin kecil heel effect yang timbul.

c.      Keausan Permukaan Target

Ditandai dengan berlubangnya permukaan target, terjadi karena umur target dan beban terlalu besar. Hubungan keausan target dengan heel effect adalah seperti pada gambar berikut:

              a                                           b

Gambar 5. Pengaruh Kemiringan Target Terhadap Heel Effect (Meredith, 1977).

Gambar tersebut menunjukan interaksi antara elektron dengan bahan target di kedalaman tertentu tetapi pada gambar b mempunyai titik interaksi lebih dalam dibandingkan gambar a karena adanya lubang pada permukaan anoda gambar b.

Pada gambar a lintasan oz lebih pendek dibandingkan lintasan o’z’ pada gambar b yang berarti foton pada c’ akan lebih banyak mengalami penyerapan oleh bahan target dibandingkan titik c. Heel effect pada gambar a lebih kecil dibandingkan heel effect pada gambar b, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa semakin besar keausan target maka semakin besar heel effect yang timbul.

Distribusi sinar-X yang baik adalah saat tabung masih baru dan bahan target belum aus. Distribusi yang tidak merata akan semakin besar seiring dengan penggunaan tabung, bila pada target terjadi pengkasaran permukaan karena aus. Anoda yang telah aus menyebabkan distribusi sinar-X yang tidak baik karena adanya atenuasi yang tidak sesuai dengan yang diinginkan (Meredith, 1977).

d.      Variasi FFD dan Luas Lapangan Penyinaran.

Semakin ditampakkan ketika menggunakan FFD yang relatif kecil, menggunakan film besar dan bagian tubuh yang memiliki ketebalan seragam atau soft tissue (Carroll, 1987).

Sinar-X dipancarkan divergen, jumlah intensitas sinar-X yang dipancarkan dengan kemiringan tertentu diperoleh dengan kemiringan tertentu diperoleh dengan menggunakan pengukuran densitas film, sedangkan pengukuran intensitas adalah seperti digambarkan pada diagram berikut:

Gambar 6. Kurva Pengaruh Kemiringan Target terhadap Heel Effect (Carroll, 1987).

Pada variasi FFD dan kemiringan sinar-X diagram diatas menunjukan arah sinar-X dari target anoda diam dengan sudut 20 derajat. Garis horisontal merupakan panjang film dan garis vertikal menyatakan jarak fokus ke film (FFD). Intensitas pada masing-masing variasi emisi kemiringan sinar-X dinyatakan dalam prosentase. Titik sumbu sinar dianggap mempunyai intensitas 100% dan kearah sisi anoda sinar-X intensitasnya turun, sedangkan kearah katoda intensitasnya naik kemudian turun, hal ini sesuai dengan gambar dari distribusi sinar-X yang tidak merata sepanjang garis longitudinal tabung (Carroll, 1987).

4.      Pengukuran Heel Effect

Pengukuran adalah kegiatan pengumpulan data, pengumpulan data ini harus diolah dulu supaya dapat tampil secara terintegrasi dan ilmiah. Tampilan hasil pengolahan inilah yang kemudian perlu diinterpretasikan melalui suatu analisa. Pengukuran dibagi menjadi dua yaitu pengukuran secara langsung dan pengukuran secara tidak langsung.

a.     Pengukuran Heel Effect Secara Langsung.

Pengukuran langsung adalah pengukuran yang dilakukan dengan cara membandingkan langsung sesuatu yang akan diukur dengan sebuah standar yang dipakai sebagai alat ukurnya. Misalnya seseorang mengukur panjang seutas tali, ia akan membandingkan panjang tali itu dengan mistar yang dimilikinya (Sugata, 1992), samahalnya yang di kemukakan Mutiara (2004), pengukuran langsung adalah pengukuran yang dilakukan untuk mendapatkan nilai hasil pengukuran secara langsung.

Pengukuran heel effect secara langsung bisa dilakukan menggunakan ionization chamber dan TLD (Thermoluminescent dosemeters). pengukuran menggunakan TLD, mengukur dengan cara menyerab radiasi (Fung, 2000)

Pengukuran radiasi sebaiknya dibuat dengan ionization chamber dibawah sinar secara langsung. Jika pengukuran tidak dapat dibuat dengan cara ini, biasanya dibuat dengan masing-masing pengukuran dengan ionization chamber diposisikan pada sisi yang sama misalnya pada sisi khatoda dan sisi yang lain juga menggunakan ionization chamber yang sama dan jarak yang sama  dari central ray (Grey, 1983).

b.     Pengukuran  Heel Effect Secara Tidak Langsung.

Pengukuran tidak langsung adalah pengukuran yang dilakukan apabila nilai hasil ukuran tidak mungkin didapatkan langsung. Nilai hasil ukuran yang dicari didapatkan berdasarkan hubungan fungsional tertentu dari beberapa hasil pengukuran langsung. Contohnya adalah mengukur tinggi berdasarkan hasil pengukuran sudut dan jarak (Mutiara, 2004).

Pengukuran heel effect  secara tidak langsung dapat dilakukan menggunakan film radiograf dengan cara diekspos dan kemudian diukur densitasnya menggunakan densitometer. Menurut Carroll (1987), pengukuran heel effect dapat dilakukan dengan menggunakan film radiograf dengan cara diekspos. Satu sisi film berada pada sisi anoda dan sisi lainya berada pada sisi katoda.

Kerika pengukuran dilakukan menggunakan film, maka film harus diletakan tegak lurus terhadap sumbu anoda-katoda. Step wedge sebaiknya diletakkan sepanjang sumbu anoda-katoda karena perubahan intensitas yang terlalu kecil dapat terorientasikan (Grey, 1983).