FLOROUSCOPY

1. Pengertian

Fluoroskopi adalah cara pemeriksaan yang menggunakan sifat tembus sinar rontgen dan suatu tabir yang bersifat luminisensi bila terkena sinar tersebut. Fluoroskopi adalah aplikasi khusus pencitraan sinar-X, di mana layar fluoresen dan tabung penegas gambar dihubungkan ke sistem televisi sirkuit tertutup. Hal ini memungkinkan pencitraan real-time dari gerakan dalam struktur atau pengumpulan agen radiokontras (Kamus Kesehatan). Fluoroskopi adalah alat yang dilengkapi dengan sebuah layar yang dapat berfluoresensi (Kamus Bahasa Indonesia).

Pesawat Flourouscopy

2. Sejarah

Awal fluoroskopi dapat ditelusuri kembali ke 8 November 1895 ketika Wilhelm Röntgen melihat barium platinosianida layar fluorescing akibat terkena apa yang ia kemudian akan memanggil x-ray . Dalam beberapa bulan dari penemuan ini, para fluoroscopes pertama diciptakan. Fluoroscopy awalnyal hanyalah saluran karton, terbuka pada ujung sempit untuk mata pengamat, sedangkan ujung lebar ditutup dengan sepotong karton tipis yang telah dilapisi di dalam dengan lapisan garam logam neon. Gambar fluoroscopic diperoleh dengan cara ini agak samar. Thomas Edison dengan cepat menemukan bahwa kalsium tungsten layar menghasilkan gambar lebih terang dan dikreditkan dengan merancang dan memproduksi fluoroskop komersial pertama yang tersedia. Dalam masa pertumbuhan, banyak salah memperkirakan bahwa gambar bergerak dari fluoroskopi sepenuhnya akan menggantikan masih x-ray radiografi , tetapi kualitas diagnostik unggul dari radiografi sebelumnya dicegah ini terjadi. Ketidaktahuan dari efek berbahaya dari x-rays mengakibatkan tidak adanya prosedur keselamatan radiasi standar yang digunakan saat ini. Para ilmuwan dan dokter seringkali akan menempatkan tangan mereka langsung di sinar x-ray yang mengakibatkan luka bakar radiasi . Edison asisten Clarence Dally Madison (1865-1904) meninggal sebagai akibat dari paparan radiasi dari fluoroscopes, dan pada tahun 1903, Edison meninggalkan karyanya pada fluoroscopes, mengatakan "Jangan bicara dengan saya tentang X-ray, saya takut mereka menggunakan Trivial untuk teknologi juga mengakibatkan, termasuk fluoroskop sepatu pas digunakan oleh toko sepatu di tahun 1930-1950-an.

Karena cahaya yang terbatas yang dihasilkan dari layar neon, awal ahli radiologi yang diperlukan untuk duduk di sebuah ruangan yang gelap, di mana prosedur itu harus dilakukan, accustomizing mata mereka ke gelap dan dengan demikian meningkatkan sensitivitas mereka terhadap cahaya. Penempatan ahli radiologi di belakang layar mengakibatkan signifikan dosis radiasi untuk ahli radiologi. kacamata adaptasi Red dikembangkan oleh Wilhelm Trendelenburg pada tahun 1916 untuk mengatasi masalah adaptasi gelap pada mata, yang sebelumnya dipelajari oleh Antoine Beclere . Lampu merah yang dihasilkan dari penyaringan kacamata 'mata dokter benar peka sebelum prosedur sementara masih memungkinkan dia untuk menerima cahaya yang cukup untuk berfungsi secara normal.

Perkembangan intensifier gambar X-ray oleh Westinghouse pada tahun 1940-an dalam kombinasi dengan sirkuit tertutup kamera TV pada 1950-an merevolusi fluoroskopi. Para kacamata adaptasi merah menjadi usang sebagai penguat citra memungkinkan cahaya yang dihasilkan oleh layar neon yang akan diperkuat, yang memungkinkan untuk dilihat bahkan di ruang terang. Penambahan kamera memungkinkan tampilan gambar pada monitor, memungkinkan ahli radiologi untuk melihat gambar dalam ruang yang terpisah jauh dari risiko paparan radiasi .

Perbaikan yang lebih modern di layar fosfor , penguat gambar dan bahkan detektor panel datar telah memungkinkan untuk kualitas gambar meningkat dan meminimalkan dosis radiasi kepada pasien. Fluoroscopes modern menggunakan CsI layar dan menghasilkan noise-terbatas gambar, memastikan bahwa hasil dosis radiasi minimal sementara masih mendapatkan gambar dari kualitas yang dapat diterima.

3. Fungsi

Fluoroskopi terutama diperlukan untuk menyelidiki fungsi serta pergerakan suatu organ atau sistem tubuh seperti dinamika alat peredaran darah, misalnya jantung, dan pembuluh darah besar, serta pernafasan berupa pergerakan diafragma dan aerasi paru-paru.

4. Modalitas Citra Fluoroskopi

Fluoroskopi digunakan untuk observasi obyek dalam tubuh real time, sehingga dapat mengamati gerakan berbagai organ. Untuk fluoroskopi digunakan tabung intensifikasi pencitraan (image intensifyer, II), yang memiliki komponen detector layar fluoresensi. Pada mulanya citra yang dibentuk oleh layar fluoresensi dilihat langsung oleh pengamat (dokter). Dengan kemajuan ilmu dan teknologi, citra yang dihasilkan oleh layar fluoresensi ditangkap oleh system kamera yang langsung dihubungkan dengan TV, dan/atau oleh system video. Selain itu dapat pula hasil citra di ubah menjadi sampel digit yang kemudian diteruskan ke computer. Dengan demikian citra yang ditayangkan TV adalah hasil rekonstruksi computer.

5. Komponen

Ada tiga komponen utama yang merupakan bagian dari unit fluoroskopi yakni, X-ray tube beserta generator, Image Intensifier, dan sistem monitoring video berupa monitor dan kamera. Bagian utama unit fluoroskopi adalah : 

a.          X-ray tube dan generator.

Tube sinar-X fluoroskopi sangat mirip desainnya dengan tube sinar-X diagnostik konvesional kecuali bahwa tube sinar-X fluoroskopi dirancang untuk dapat mengeluarkan sinar-X lebih lama dari pada tube diagnostik konvensional dengan mA yang jauh lebih kecil. Dimana tipe tube diagnostik konvensional memiliki range mA antara 50-1200 mA sedangkan range mA pada tube sinar-X fluoroskopi antara 0,5-5,0 mA. Sebuah Intensification Tube (talang penguat) dirancang untuk menambah kecerahan gambar secara elektronik Pencerah gambar modern sekarang ini mampu mencerahkan gambar hingga 500-8000 kali lipat.

Generator X-ray pada fluoroskopi unit menggunakan tiga phase atau high frequency units, untuk efisiensi maksimum fluoroskopi unit dilengkapi dengan cine fluorography yang memiliki waktu eksposi yang sangat cepat, berkisar antara 5/6 ms untuk pengambilan gambar sebanyak 48 gambar/detik. Maka dari itu generator X-ray tube biasanya merupakan tabung berkapasitas tinggi (paling tidak 500.000 heat unit) dibandingkan dengan tabung X-ray radiografi biasa (300.000 heat units).

b.          Image Intensifier.

Semua sistem fluoroskopi menggunakan Image Intensifier yang menghasilkan gambar selama fluoroskopi dengan mengkonversi low intensity full size image ke high-intensity minified image. Image Intisifier adalah alat yang berupa detektor dan PMT (di dalamnya terdapat photocatoda, focusing electroda, dinode, dan output phospor).

Sehingga memungkinkan untuk melakukan fluoroskopi dalam kamar dengan keadaan terang dan tanpa perlu adaptasi gelap. Image Intisifier terdiri dari:

1. Detektor

Terbuat dari crystals iodide (CsI) yang mempunyai sifat memendarkan cahaya apabila terkena radiasi sinar-X. Absorpsi dari detektor sebesar 60% dari radiasi sinar-X.

2. PMT (Photo Multiplier Tube).

Terdiri Dari :

a)    Photokatoda.

Terletak setelah input phospor. Memiliki fungsi untuk merubah cahaya tampak yang diserap dari input phospor menjadi berkas elektron.

b)   Focusing Electroda.

Elektroda dalam focus Image Intensifier meneruskan elektron-elektron negatif dari photochatode ke output phospor.

c)    Anode dan Output Phospor

    Elektron dari photochatode diakselerasikan secara cepat     ke anoda karena adanya beda tegangan serta merubah           berkas elektron tadi menjadi sinyal listrik.

d) Photomultiplier Tube (PMT).

Cara kerja PMT mirip Phototube, terdiri dari photocathode dan beberapa buah anode (tidak seperti pada phototube yang hanya terdiri dari satu buah anode) yang disusun secara serie (disebut dynode). Sinar UV (photons) yang ditembakan ke cathode akan menyebabkan emisi electron dari cathode ke anode. Anode yang satu dengan yang lainya diberi beda potensial, sehingga apabila emisi electron dari cathode sampai di dynode pertama, akan ada tambahan electron yang diteruskan ke dynode berikutnya, dan seterusnya sehingga secara akumulasi jumlah electron yang emisi di dynode terakhir semakin banyak (arusnya semakin besar), itu sebabnya mengapa PMT lebih sensitif dibandingkan dengan phototube.

1. Sistem Monitoring dan Video.

Beberapa sistem penampil gambar (viewing system) telah mampu mengirim gambar dari output screen menuju alat penampil gambar (Viewer). Dikarenakan output phospor hanya berdiameter 1 inch (2,54 cm), gambar yang dihasilkan relatif kecil, karena itu harus diperbesar dan di monitor oleh sistem tambahan. Termasuk diantaranya Optical Mirror, Video, Cine, dan sistem spot film. Beberapa dari sistem penampil gambar tersebut mampu menampilkan gambar bergerak secara langsung (Real-Time Viewing) dan beberapa yang lainnya untuk gambar diam (Static Image). Waktu melihat gambar, resolusi dan waktu processing bervariasi antar alat-alat tersebut.

Pada saat pemeriksaan fluoroskopi memungkinkan untuk dilakukan proses merekam gambar bergerak maupun gambar yang tidak bergerak (statis).

a. Televisi monitor rangkaian tertutup

Komponen televisi monitor adalah kamera, camera control unit dan monitor. Untuk menghindari kebingungan dalam tata nama, kita menggunakan kata “televisi” dan “video” bergantian. Sistem televisi pada fluoroscopy selalu tertutup yaitu sinyal video ditransmisikan dari satu komponen ke komponen berikutnya melalui kabel bukan melalui kabel seperti siaran televisi biasa. Sistem lensa atau serat optik menampilkan gambar fluoroscopy melalui pemancaran phospor pada image intensifier ke kamera video, yang akan diknversikan menjadi sinyal-sinyal listrik yang biasa disebut video signal. Sinyal ini ditransmisikan melalui kabel ke camera control unit, kemudian diperkuat dan diteruskan ke televisi monitor melalui kabel lainnya. Monitor mengubah sinyal video menjadi gambar untuk dapat dilihat secara langsung pada layar. Sebelum membahas satu per satu komponen pada televisi monitor, kita harus mengetahui dasar-dasarnya untuk mempermudah pembahasan. Gambar televisi tersusun atas ratusan dari ribuan titik-titik kecil dengan tingkat kecerahan yang berbeda-beda, masing-masing berkontribusi dalam penghasilan gambar. Ketika dilihat dari jarak yang jauh titik-titik itu hilang, tetapi ketika kita melihat dari jarak dekat atau dengan magnifikasi mereka akan terlihat jelas. Distribusi titik-titik tersebut tidak terjai secara acak, sebaliknya titik-titik tersebut diatur pada satu pola sepanjang garis horizontal yang biasa disebut baris pemindai horizontal atau “horizontal scan lines”. Jumlah baris bervariasi dari satu televisi ke yang lainnya tetapi di Amerika Serikat sebagian besar fluoroscopy dan televisi komersial lainnya menggunakan 525 baris pemindai. Ketika radiolog berpikir tentang baris biasanya adalah banyak garis per panjangnya. Contohnya jika grid memiliki 80 baris, berarti satuan garis per inci. Pada televisi hanya memiliki baris dan tidak ada panjang. 525 baris pada sebagian televise mewakili jumlah total dari seluruh gambar tanpa memperhatikan ukuran. Baris demi baris jaraknya sangat dekat pada saat gambar kecil dan menyebar pada saat gambar besar tetapi kedua-duanya memiliki jumlah titik yang sama.

b. Kamera Televisi

Vidicon camera adalah salah satu kamera yang biasanya dipakai pada fluoroscopy dan merupakan kamera yang akan dibahas secara detail pada pembahasan ini. Ada beberapa jenis vidicon, salah satunya adalah plumbicon. Kamera vidicon relative murah. Bagian yang paling penting adalah tabung vidicon, sebuah tabung hampa udara elektronik berdiameter 1 inch dan panjang 6 inch (kadang-kadang menggunakan yang lebih besar). Tabung dikelilingi oleh kumparan, kumparan elektromagnetik berfokus dan kumparan elektrostatik berdefleksi. Gambar fluoroscopy dari image intensifier difokuskan ke target yang terdiri dari tiga bagian yaitu glass face plate, signal plate dan target. Fungsi dari glass face plate adalah untuk menjaga tabung agar hampa udara (ingat bahwa electron bergerak dalam ruang hampa). cahaya hanya melewati permukaan kaca ketika menuju target. Signal plate adalah film grafit transparan tipis yang terletak di permukaan dalam face plate. Merupakan konduktor elektrik positif bertegangan 25 volt.

Target vidicon merupakan bagian terpenting pada tabung. Terbuat dari bahan photoconductive, biasanya antimony sulfide (Sb²S³), tersuspensi dalam gelembung-gelembung di mica matrix.

Lag

Lag adalah gambar pada TV yang yang berisi informasi gambar tambahan dari beberapa frame.Lag sewaktu-waktu dapat  memperbagus gambar tetapi terkadang memperburuk.Lag bekerja untuk memperhalus quantum noise pada gambar, tetapi dapat juga menyebabkan motion blurring.

Resolusi Video

    Merupakan spatial resolution pada video secara vertikal (dari atas ke bawah) berupa sejumlah garis. Di Amerika, jumlah garis yang dipakai adalah 525 lines. Jika resolusi lebih tinggi seperti pada Angio, jumlah lines 1024 atau lebih.

- 490 x 0.7 = 343 lines atau 172 pasang lines sebagai usefull resolution

- untuk field 9”, resolusi = 172 lp/229 mm = 0.75 lp/mm

- 17 cm atau 7”, resolusi = 1.0 lp/mm

- 12 cm atau 5”, resolusi = 1.4 lp/mm

    Horizontal resolusi ditentukan dari seberapa cepat video elektronik untuk mengubah intensitas cahaya. Dipengaruhi oleh kamera, kabel, monitor, tetapi resolusi horizontal ditentukan oleh bandwidth system.

c. Image Intensifier

Image Intensifier terdiri dari 4 lapisan, yaitu:

1.  Vacum window

  Lapisan alumunium berukuran 1 mm yang merupakan bagian dari vacum bottle. Fungsinya untuk menjaga agar udara tidak masuk ke dalam II. Lengkung-lengkungnya berfungsi untuk menahan tekanan udara dari luar II.

1.    Suported Layer

  Lapisan yang dapat dilewati oleh phospor dan photocathode, tetapi sedikit kemungkinan dilewati x-ray. Lapisan ini terbuat dari aluminium berukuran 1 mm dengan lengkungan-lengkungan yang berfungsi untuk memfokuskan elektron yang datang.

2.    Input Phospor

  Berfungsi untuk menyerap x-ray dan mengkonversikannya ke dalam bentuk cahaya tampak. Bahan yang dipakai adalah Cesium Iodida (CsI), panjang berbentuk seperti jarum-jarum kristal yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya tam-pak agar bergerak lurus menuju photocatode.

3. Photocathode

  Berupa lapisan tipis logam alkali yang mengemisikan elektron ketika bersentuhan dengan cahaya tampak. Biasanya efisiensinya 10 -20 %.

Elektron Optik

    Elektron dipercepat dengan medan listrik dan difokuskan dengan lensa elektronik sebagai input screen. Electroda G1, G2, G3 berada di sepanjang input screen dan anoda berada di dekat output phospor. Elektron dengan 25-35 KV bergerak dengan kecepatan tinggi ke anoda dengan energi kinetik. Setelah menumbuk anoda elektron melewati output phospor.

Output Phospor

Terbuat dari zinc cadnium sulfida. Dilapisi dengan aluminium yang sangat tipis di bagian hampa udara output phospor. Masing-masing elektron mengemisikan sekitar 1000 foton dari output phospor. Diameter output phospor berukuran 2,5 cm.Perbandingan antara input phospor dan output phospor adalah magnification gain.

Faktor Konversi Image Intensifier

Fungsi dari II adalah mengkonversikan energi foton menjadi energi cahaya.

 

  Faktor konversi = cahaya yang keluar dari II ( cd/mm2)

                    eksposi yang mengenai II (Mr/sec)

  - merupakan ukuran untuk mengetahui gain pada II

  - rasio antara light output dan eksposi

  - nilainya 100-200 untuk II yang baru

Brightness Gain II

BG = minification gain x electronic gain (flux gain)

•      Minification adalah meningkatnya kecerahan gambar karena hasil reduksi ukuran dari input phospor ke ukuran output phospor

MG = (Input Diameter )² / (Output Diameter)²

•           , dI adalah diameter input (bervariasi).d0 adalah output diameter (2,5 cm)

•      30 cm II, minification = 144

•      Electronic gain atau flux gain (percepatan elektron dari photocatod ke output phospor) biasanya bernilai 50

•      Flux Gain (FG): Diproduksi dengan mempercepat elektron di tegangan tinggi (> 20 keV), sehingga memungkinkan setiap elektron untuk menghasilkan foton lebih banyak cahaya dalam output fosfor dari yang dibutuhkan untuk mengeluarkan mereka dari photcathode tersebut.

•      Nilai brightness gain biasanya berkisar antara 2500-7500

•      Jika diameter input phospor dikurangi maka brightness gain pun berkurang

Fluoroscopic Noise (Quantum Mottle)

Noise gambar fluoroscopic hanya dapat dikurangi dengan menggunakan lebih banyak foton sinar x untuk menghasilkan gambar. Mungkin bisa capai dalam 3 cara:

1. Meningkatkan dosis radiasi (buruk untuk dosis pasien)

2. Frame-averaging:

ü  bentuk gambar menggunakan waktu acquis lagi efektif

ü  Dapat menyebabkan lag gambar (tapi metode modern yang baik)

3. Meningkatkan Efisiensi Penyerapan dari input fosfor

Frame Averaging

Fluoroskopi umumnya memiliki noise gambar. Kadang-kadang frame averaging bermanfaat untuk resolusi temporal untuk gambar noise rendah. Gambar fluoroscopic mendigitalkan dan melakukan real-time rata-rata dalam memori komputer untuk display

Automatic Brightness Control (ABC)

Tujuan ABC adalah untuk menjaga kecerahan gambar konstan di monitor. Dicapai dengan mengatur kejadian paparan sinar x tingkat fosfor pada input dari II. Seperti bagian dari II yang tipis ke wilayah tebal pasien, wilayah tebal lebih banyak mengalami atenuasi 

sinar-x. Video sinyal itu sendiri dapat digunakan untuk merasakan output cahaya. ABC dapat mengatur kedua arus tabung dan tegangan generator.

Prinsip pada ABC yaitu Pada tubuh pasien yang lebih tipis akan semakin besar dosis radiasi yang melewati pasien maka semakin tinggi kontras yang di tangkap oleh II. Sedangkan jika dosis radiasi yang melewati tubuh pasien semakin rendah pada pasien yang tebal akan mengakibatkan rendahnya kontras yang ada ditampilkan di layar monitor.

Proses Terjadinya Gambaran Pada Fluoroskopi

Sebelum penemuan intensifier screen, upaya  untuk memunculkan gambar pada fluoroscopy tidak begitu baik. Ukuran yang lebar pada layar fluoroscopy membutuhkan ketajaman indera penglihatan yang baik karena layar tidak menampilkan gambar yang optimal atau kabur. Image intensifier kemudian dikembangkan lagi untuk mengatasi  masalah ini. Dengan bahan phosphor, image intensifier dapat membantu indera penglihatan untuk melihat gambar fluoroscopy lebih jelas.

Pada saat pemeriksaan fluoroskopi berlangsung, berkas cahaya sinar-x primer menembus tubuh pasien menuju input screen yang berada dalam Image Intensifier Tube yaitu sebuah tabung hampa udara  yang terdiri dari sebuah katoda dan anoda. Input screen yang berada pada Image Intensifier adalah layar yang menyerap foton sinar-x dan mengubahnya menjadi berkas cahaya tampak, yang kemudian akan ditangkap oleh PMT (Photo Multiplier Tube). PMT terdiri dari photokatoda, focusing elektroda, dan anoda dan output phospor. Cahaya tampak yang diserap oleh photokatoda pada PMT akan dirubah menjadi elektron, kemudian dengan adanya focusing elektroda elektron-elektron negatif dari photokatoda difokouskan dan dipercepat menuju dinoda pertama. Kemudian elektron akan menumbuk dinoda pertama dan dalam proses tumbukan akan menghasilkan elektron-elektron lain. Elektron-elektron yang telah diperbanyak jumlahnya yang keluar dari dinoda pertama akan dipercepat menuju dinoda kedua sehingga akan menghasilkan elektron yang lebih banyak lagi, demikian seterusnya sampai dinoda yang terakhir. Setelah itu elektron-elektron tersebut diakselerasikan secara cepat ke anoda karena adanya beda potensial yang kemudian nantinya elektron tersebut dirubah menjadi sinyal listrik.

Sinyal listrik akan diteruskan ke amplifier kemudian akan diperkuat dan diperbanyak jumlahnya. Setelah sinyal-sinyal listrik ini diperkuat maka akan diteruskan menuju ke ADC (Analog to Digital Converter). Pada ADC sinyal-sinyal listrik ini akan diubah menjadi data digital yang akan ditampilkan pada tv monitor berupa gambaran hasil fluoroskopi.

Kualitas Gambar

1.          Contras Resolution

     Kontras fluoroscopy lebih rendah jika dibandingkan dengan radiografi karena eksposi yang rendah untuk menghasilkan gambar  dengan singnal to noise ratio yang relatif rendah.Kontras  biasanya dinilai secara subjektif oleh pembaca gambar.

     Kontras  dinaikkan ketika eksposi tinggi tetapi merupakan ketidakuntungan bagi pasien karena dosis radiasi yang lebih.

2.          Temporal Resolution

     Fluoroscopy memiliki temporal resolution yang sangat baik. Blurring pada daerah waktu tertentu  disebut  Lag. Lag merupakan fraksi data gambar dari satu frame ke frame berikutnya. Video camera vidicon biasanya menghasilkan lag

Dosis Radiasi

Dosis radiasi maximum ke pasien yang diizinkan adalah 10 R/mnt.Untuk fluoroscopy tertentu maximum eksposi yang diizinkan adalah 20 R/mnt.

-       1-2 R/mnt untuk pasien dengan tubuh yang tipis yaitu 10 cm.

-       3-5 R/mnt untuk pasien dengan tubuh rata-rata

-       8-10 R/mnt untuk pasien dengan tubuh yang tebal

Semakin jauh jarak radiolog dengan pasien maka semakin rendah nilai dosis serap yang di terima oleh radiolog.

Posisi tabung fluoroskopi yang baik yaitu posisi tabung fluoroskopi di bawah meja pemerikisaan (undercouch), tidak di atas meja pemeriksaan (overcouch). Jumlah terbesar dari radiasi hambur yang dihasilkan dari sinar x-ray memasuki pasien. Keuntungan dari pesawat dengan tube undertable adalah dengan posisi tabung x-ray di bawah pasien, kita dapat  mengurangi jumlah radiasi hambur yang mencapai tubuh bagian atas radiografer atau radiolog, dan menghindari sinar hambur yang mengenai lantai.