Manual Penggunaan Endropoda (Aplikasi Edukasi Perencanaan Radioterapi Eksternal)

ABOUT US

ENDROPODA (Educational Android Apps for Cancer Radiotherapy Planning) merupakan aplikasi edugame android yang dibuat sebagai salah satu sarana edukasi perencanaan radioterapi eksternal, khususnya bagi mahasiswa fisika medis dan kedokteran. Aplikasi ini dibuat oleh mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA Universitas Brawijaya yang bekerja sama dengan Fisikawan Medis di Instalasi Radiologi Malang sebagai bentuk realisasi program kreativitas mahasiswa di bidang karsa cipta (PKM-KC) yang didukung oleh Direktorat Pendidikan Tinggi (Dikti) Indonesia.

ENDROPODA berisi paket pembelajaran radioterapi yang meliputi perencanaan radioterapi berdasarkan hasil visualisasi 2D kurva isodosis, perhitungan dosis serap radiasi secara real time, modul pembelajaran untuk penentuan jenis organ bedasarkan karakteristik serapan radiasi (bilangan CT/ CT Number/ Hounsfield Unit), perkiraan persentase kerusakan organ,  dan efek radiasi bagi organ yang terpapar radiasi. Selain itu, ENDROPODA juga dapat memvisualisasikan tampilan 3D hasil citra CT-Scan pasien untuk memudahkan pengguna aplikasi ENDROPODA dalam memahami anatomi tubuh pasien.

Contact person :

Lovina Wijayanti (lovinaliu@gmail.com)

Ubaidillah (komputasiub@gmail.com)

Aplikasi Endropoda dapat didownload di
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.priantos.endropoda10

Video tentang cara penggunaan aplikasi Endropoda
 https://www.youtube.com/watch?v=rCqIg8NGz3s&feature=youtu.be

Contoh data CT-Scan untuk aplikasi Endropoda

https://www.dropbox.com/l/gocY1J5peRkVlxQOZGK0jq 

DISCLAIMER

·     Dosis dan arah penyinaran radiasi yang ditampilkan oleh aplikasi ENDROPODA didesain untuk keperluan edukasi (pembelajaran), sehingga tidak dapat digunakan untuk keperluan diagnosa dan pengambilan keputusan medis tertentu.

·        Seluruh informasi dan data pasien yang digunakan dalam aplikasi ENDROPODA ini merupakan data yang di generate oleh developer  ENDROPODA untuk keperluan pembelajaran radioterapi

·        ENDROPODA telah melalui prosedur kelaikan etik sebagai aplikasi untuk penunjang pembelajaran radioterapi

DESKRIPSI PANJANG

ENDROPODA berisi paket pembelajaran radioterapi eksternal yang meliputi perencanaan radioterapi berdasarkan hasil visualisasi 2D kurva isodosis, perhitungan dosis serap radiasi secara real time, modul pembelajaran untuk penentuan jenis organ bedasarkan karakteristik serapan radiasi (bilangan CT/ CT Number/ Hounsfield Unit), perkiraan persentase kerusakan organ,  dan efek radiasi bagi organ yang terpapar radiasi. Selain itu, ENDROPODA juga dapat memvisualisasikan tampilan 3D hasil citra CT-Scan pasien untuk memudahkan pengguna aplikasi ENDROPODA dalam memahami anatomi tubuh pasien.

Fitur yang tersedia dalam aplikasi ENDROPODA antara lain adalah :

ü HU mode       : Tampilan kontras citra CT-Scan sesuai dengan pengaturan nilai window width (W) dan window level (L)

ü Planning         : Penentuan area penyinaran radiasi dan area kanker pada sebuah irisan citra CT-Scan oleh pengguna

ü Apply Beam   : Simulasi pengaplikasian berkas radiasi pada area kanker yang telah ditentukan oleh penggguna dengan tujuan untuk mengamati perbedaan bentuk kurva isodose pada suatu lokasi kanker yang spesifik

ü Inspect Organ  :Klasifikasi organ berdasarkan karakteristik serapan radiasi (nilai bilangan CT) oleh jenis sel penyusun organ

ü E-Link             : Link untuk modul pembelajaran radioterapi eksternal yang dilengkapi dengan nilai PDD sumber radiasi Cobalt-60 untuk luas lapang penyinaran (10 10) cm

Versi ENDROPODA yang selanjutnya akan disesuaikan lebih lanjut berdasarkan umpan balik dari pengguna.

MODUL PENGGUNAAN ENDROPODA

A. ENDROPODA

ENDROPODA merupakan aplikasi edukasi perencanaan radioterapi eksternal berbasis OS Android 4.0 atau versi selanjutnya. Perencanaan radioterapi (Treatment planning system, TPS) dengan menggunakan citra CT-Scan pasien merupakan sebuah prosedur wajib yang dilakukan dokter ahli radiologi dan fisikawan medis sebelum tindakan irradiasi dilakukan dengan tujuan untuk mengoptimalkan dosis radiasi pada area kanker.

Data CT-Scan yang digunakan dalam aplikasi ENDROPODA ini diperoleh dari http://www.osirix-viewer.com/datasets/ yang telah diolah oleh developer ENDROPODA agar dapat digunakan sebagai inputan untuk aplikasi ENDROPODA. Data CT-Scan tersebut kemudian dapat digunakan untuk pembelajaran radioterapi yang meliputi pengamatan kurva isodosis, pengklasifikasian organ, dan penentuan arah penyinaran radiasi yang paling efektif dengan mempertimbangkan batas ambang organ. Selain itu, aplikasi ENDROPODA ini juga dilengkapi dengan modul pengenalan awal radioterapi eksternal, khususnya radioterapi dengan sumber Cobalt-60. Modul pembelajaran radioterapi yang disediakan dalam aplikasi ENDROPODA ini meliputi pengertian radioterapi, batas toleransi radiasi  bagi organ-organ vital, dan pengklasifikasian jenis jaringan berdasarkan nilai bilangan CT (CT-Number/Hounsfield Unit) untuk kasus kanker serviks dan astrositoma.

B. TUTORIAL PENGGUNAAN ENDROPODA

 ENDROPODA memiliki 3 menu utama untuk memahami perencanaan radioterapi, yaitu menu HU mode, planning, dan apply beam. Citra CT-Scan untuk aplikasi ENDROPODA dapat diakses pada link berikut ini.

Pada menu open HU (Gambar.1), pengguna diarahkan untuk memilih folder yang memuat file CT-Scan yang dapat didownload dari link https://www.dropbox.com/l/gocY1J5peRkVlxQOZGK0jq. Selanjutnya, ENDROPODA akan merekonstruksi citra CT-Scan agar dapat ditampilkan pada device android pengguna aplikasi ENDROPODA (Gambar 2).

Gambar 2 Rekonstruksi citra CT-Scan. (a) Pemilihan file  CT-Scan yang telah tersimpan di folder pengguna. (b) Proses rekonstruksi citra CT-Scan. (c) Hasil rekosntruksi citra CT-Scan

Prosedur 1. Rekonstruksi citra CT-Scan :

1.  Pilih menu Open HU. Selanjutnya pilih folder yang berisi file CT-Scan yang telah didownload dari link yang disediakan aplikasi ENDROPODA
2.  Pilih file CT-Scan berkestensi .hu
3.  Tunggu proses rekonstruksi (inspecting) hingga 100%

1        Menu HU Mode

Menu HU mode merupakan menu untuk mengatur tampilan kontras citra CT-Scan berdasarkan prinsip windowing dan nilai bilangan CT. Citra hasil CT-Scan merupakan hasil rekonstruksi nilai atenuasi intensitas sinar-X yang berhasil melewati tubuh pasien. Selama melewati medium, sinar-X mengalami pelemahan bergantung pada jenis medium yang dilewatinya (Guy dan Ffytche, 2005). Rekonstruksi citra CT-Scan berdasarkan nilai pelemahan sinar-X disimpan dalam bentuk bilangan CT dengan satuan Hounsfield unit (HU) (Handee dan Ritenour, 2002).

1.1    Bilangan CT/CT-Number/ Hounsfield Unit

Bilangan CT didefinisikan sebagai properti pelemahan (atenuasi) dari material pengabsorbsi yang memiliki nilai bervariasi bergantung pada jenis material dan kualitas berkas radiasi yang digunakan (Nobah dkk., 2011). Pendefinisian nilai bilangan CT dilakukan dengan menggunakan koefisien serap medium dan faktor normalitas berupa koefisien serap air seperti ditunjukkan oleh Persamaan 1. Koefisien serap air digunakan sebagai faktor standar dalam penentuan nilai bilangan CT karena sebagian besar komponen biologis tersusun dari unsur serupa dengan atom penyusun molekul air (Kutz, 2009).

(1)

Definisi standar nilai bilangan CT pada Persamaan 1 menetapkan nilai bilangan CT untuk air adalah 0 HU dan nilai bilangan CT udara adalah -1000 HU (Saw dkk., 2005). Sedangkan nilai HU untuk bahan selain air dan udara bergantung pada tegangan tabung sinar-X (kVp) dan jenis bahan  (nomor atom) yang dilalui sinar-X tersebut (Cropp dkk., 2013).

Tabel 1 Bilangan CT  jaringan biologis (Sookpeng, 2014)

Jaringan	Nilai Bilangan CT (HU)
Udara	-1000
Paru-paru	-200 s.d. -500
Lemak	-50 s.d. -200
Air	0
Otot	+25 s.d. +40
Tulang	+200 s.d +1000

Citra hasil CT-Scan yang direkonstruksi berdasarkan nilai bilangan CT di setiap  pixel dalam citra irisan axial tubuh pasien bergantung kepada energi sinar-X dan jenis jaringan yang dilewati oleh sinar-X. Nilai bilangan CT berhubungan secara langsung dengan energi efektif CT-Scan (E_CT) sesuai dengan Persamaan 2 sebagai berikut ini(Brown dkk., 2008).

                                                                                      

      (2)

Citra CT-Scan yang direkonstruksi berdasarkan nilai bilangan CT ditampilkan sebagai gambar dengan gradasi warna keabu-abuan (gray scale). Citra CT-Scan akan tampak semakin terang seiring dengan besarnya nilai bilangan CT dan tampak semakin gelap seriring dengan semakin rendahnya nilai bilangan CT (Handee dan Ritenour, 2002). Karakteristik tampilan CT-Scan dalam skala gray scale bermanfaat untuk menentukan jenis dan kontras kenampakan jaringan tertentu dengan cara mengatur tampilan citra CT-Scan menggunakan parameter nilai bilangan CT tertentu (Barrett dkk., 2009).

1.2    Windowing

Setiap pixel dalam citra CT-Scan mengandung nilai bilangan CT (CT-number) dalam satuan Hounsfield unit (HU) yang mewakili volume jaringan dalam dua dimensi (Brown dkk., 2008). Pengaturan tampilan organ tertentu dapat diatur menggunakan metode windowing atau gray level mapping (Rumhadi dkk., 2012).  Pengaturan window width (WW) dan window level (WL) dalam hasil CT-Scan dilakukan untuk mengakomodasi pengkonversian nilai HU ke dalam tampilan gray scale sehubungan dengan keterbatasan kemampuan visual manusia dalam membedakan warna (Guy dan Ffytche, 2005). Window width merupakan pengaturan kontras resolusi dan spasial citra yang ditampilkan dalam bentuk gray scale, sedangkan window level  merupakan nilai tengah  dari window width  yang diatur sedemikian rupa agar dapat menampilkan organ tertentu secara jelas dan dapat terbedakan dari organ lainnya (Rahmadani, 2000).

Prosedur 2. Perlakuan windowing pada aplikasi ENDROPODA :

1.  Buka file CT-Scan sesuai prosedur 1( rekonstruksi citra CT-Scan)
2. Pilih menu HU Mode
3.  Atur nilai window width (W) dan window level (L) dengan cara dragging (menahan) pada area citra CT-Scan  hingga lampu indikator berwarna hijau dan kemudian dilakukan gerakan menggeser ke arah horizontal untuk mengubah nilai window width (W) atau ke arah vertikal untuk mengubah nilai window level (L).

Hasil windowing citra CT-Scan bagian thorax ditunjukkan yang secara berurutan ditunjukkan oleh Gambar 4.a, Gambar 4.b, dan Gambar 4.c merupakan hasil pengaplikasian nilai window dan level yang bersesuaian dengan rentang nilai B_CT= -60 HU s.d. +140 HU, B_CT= -164 HU s.d. +244 HU, dan B_CT= -501 HU s.d. -199 HU.

Gambar 4 Hasil windowing citra CT-Scan thorax. (a) Window level (L)= 40, Window width (W)=200. (a) Window level (L)= 40, Window width (W)=407. (c) Window level (L)= -350, Window width (W)=302.

 

Hubungan nilai windowing  dengan nilai  B_{CT min} dan B_{CT max} diperoleh melalui

persamaan 3 dan persamaan 4 sebagai berikut ini.

                      (3)   

     

                               

                        (4)

Perubahan nilai window pada saat nilai level  konstan menghasilkan perubahan kontras citra CT-Scan  yang berguna untuk membedakan suatu jenis organ. Nilai window Gambar 4.a yang relatif lebih kecil menghasilkan kenampakan struktur jantung secara lebih jelas dibandingkan gambar jantung pada citra CT-Scan Gambar 4.b. Sedangkan pengaturan nilai level  bermanfaat untuk mengkarakterisasi suatu jenis organ. Pada L= - 350 dan W= 302 diperoleh kenampakan paru-paru secara jelas. Dengan demikian, penentuan dan pengobeservasian suatu jenis organ dapat dipermudah dengan cara menentukan rentang nilai bilangan CT (B_CT) melalui prosedur  windowing.

2 Menu Planning dan Apply Beam

Menu planning merupakan pembelajaran penentuan arah penyinaran radiasi secara 2D  pada sebuah irisan melintang citra tubuh pasien berdasarkan parameter besaran dosis yang diterima kanker dan organ normal di sekitarnya. Hasil penyinaran akan ditampilkan dalam bentuk spektrum warna kurva isodosis. Kurva isodosis merupakan kurva yang menghubungkan area-area yang menerima dosis dalam suatu rentang nilai tertentu sebagai area dengan warna yang sama. Suatu perencanaan radioterapi bertujuan untuk memperoleh dosis maksimal pada area kanker dan meminimalkan dosis bagi organ normal di sekitarnya dengan pertimbangan dosis toleransi yang masih boleh diterima oleh suatu organ tertentu.

 

Gambar 5 Prosedur setting area terapi radiasi. (a) Citra CT-Scan. (b) Eliminasi background. (c) Set area PTV kanker yang akan diterapi

 
       Prosedur 3. Perencanaan (planning) radioterapi :

1.  Setting area tubuh pasien (eliminasi background) dengan cara memilih menu Planning à Set Area. 
2.   Drag citra CT-Scan  sehingga lampu indikator menujukkan warna hijau
3.  Pilih area ROI (Region of Intersest), yaitu bagian tubuh pasien yang akan disinari (Gambar 5.b)
4. Setting area kanker dengan menu Planning à Set Cancer
5. Lokasi kanker dibuat secara manual oleh pengguna aplikasi ENDROPODA dengan cara dragging dan membentuk pola kanker pada area tubuh pasien (Gambar 5.c)
6.  Berkas radiasi dapat diaplikasikan pada area kanker dengan menggunakan menu Apply Beam à Calculate Beam
7. Secara default, berkas radiasi yang diaplikasikan berjumlah dua buah berkas. Hasil pengaplikasian berkas tersebut dapat diamati dalam bentuk sebaran spektrum warna isodosis yang mewakili besaran dosis yang diterima suatu organ (Gambar 6)
8.  Lebar berkas radiasi disesuaikan dengan ukuran kanker yang telah di setting sebelumnya dengan cara memilih menu Settings à Setting Beam à Beam Width 
9.  Nilai bilangan CT setiap pixel citra CT-Scan dapat diobservasi menggunakan menu Apply beam à Inspect HU

Gambar 6 Hasil pengaplikasian berkas radiasi. (a) satu berkas radiasi dan (b) dua berkas radiasi

 

Arah penyinaran radiasi yang sesuai untuk diaplikasikan pada pasien merupakan arah penyinaran yang menghasilkan dosis paling maksimal pada area kanker (spektrum warna ungu hingga biru). Selain itu, arah penyinaran dipilih agar meminimalkan dosis radiasi bagi organ sehat di sekitar kanker.

Gambar 7 Hasil inspect nilai Hounsfield Unit (BCT) pada area paru-paru dengan koordinat pixel :  HU[x,y]=HU[340,231]= - 645 HU

 

3       Menu Inspect Organ

Menu inspect organ merupakan menu ENDROPODA yang berfungsi untuk mengklasifikasikan organ berdasarkan parameter nilai bilangan CT.

Gambar 8 Hasil inspect organ  pada citra CT-Scan. (a) Pengklasifikasian jenis organ divisualisasikan dengan warna tertentu  dan (b) Pengamatan lintasan berkas radiasi pada organ tubuh pasien