MAKALAH APLIKASI

FISIKA MODERN

TENTANG

APLIKASI FOTONIKA PADA PELAYANAN KESEHATAN

OLEH :

RAHMA WATI

(10107034)

DOSEN PEMBIMBING: Venny Haris, M.Si

JURUSAN TARBIYAH PENDIDIKAN FISIKA

SEKOLAH TINGGI AGAMA ISLAM NEGERI BATUSANGKAR

2012

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarokatuh ...

Puji syukur kita ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga makalah ini dapat diselesaikan. Tidak lupa shalawat beserta salam semoga selalu tercurah kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang kita nantikan syafaatnya di hari kiamat nanti.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. “Tiada gading yang tak retak”, begitu juga dalam pembuatan makalah ini.Oleh karena itu saran dan kritik dari dosen pengampu dan teman-teman sangat penulis harapkan guna penyempurnaan makalah ini. Akhirul kalam, Wassalamualaikum Wr.Wb.

Batusangkar, 10 Juni 2012

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

BAB I. PENDAHULUAN 1

A. Latar Belakang Masalah 1

B. Rumusan Masalah 3

C. Tujuan Penulisan Makalah 3

D. Manfaat Makalah 3

BAB II. KAJIAN TEORI 4

BAB III. PEMBAHASAN 7

A. Fotonika dan Kesehatan 10

B. Aplikasi Fotonika dalam Pelayanan Kesehatan 12

C. Kelebihan dan Kekurangan Fotonika 18

BAB III. PENUTUP 20

A. Kesimpulan 20

B. Saran 21

DAFTAR PUSTAKA 22

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Tidak bisa kita pungkiri bahwa pada era sekarang ini tidak ada batasan yang jelas antara teknologi dengan ilmu sains. Keduanya saling berhimpitan satu sama lain. Kemajuan ilmu dan teknologi merupakan perpaduan diantara kedua bidang kajian yang oleh beberapa orang beranggapan bahwa ilmu dan teknologi adalah sesuatu yang berbeda. Namun, fotonika telah membuktikan perpaduan antara ilmu dan teknologi bisa dilakukan. Hasilnya sangat bermanfaat untuk memperbaiki kualitas kehidupan manusia khususnya dalam bidang pelayanan kesehatan.

Fotonika biomedik salah satunya yang kadang kala juga diistilahkan dengan Optika Biomedik, walaupun fotonika dan optika secara prinsip tidak sama adalah bidang keilmuan yang baru lahir pada abad-abad terakhir. Fotonika biomedik merupakan salah satu bidang keilmuwan yang paling diminati dewasa ini. Ini dikarenakan perkembangannya yang pesat mulai dari diagnosa hingga penyembuhan suatu penyakit.

Mungkin tidak banyak yang tahu apa sebenarnya fotonika biomedik itu. Fotonika biomedik adalah sebuah penggabungan dari teknologi dan ilmu sains. Dikatakan demikian karena di dalamnya terdapat ilmu fisika, biologi, dan bahkan kimia. Terdapat penggalan kata “medik” yang artinya ilmu ini berkaitan erat dengan dunia kedokteran “kesehatan”. Dapat disimpulkan bahwa fotonika biomedik adalah perpaduan antara ilmu fisika, biologi, dan kimia untuk mendukung diagnosa dan penyembuhan pada kesehatan. Terdapat juga kata “fotonika” yang merupakan pamanfaatan cahaya untuk keperluan baik diagnosa maupun penyembuhan. Cahaya yang digunakan mulai dari cahaya tampak, infra merah, hingga sinar UV.

Inti dari fotonika biomedik adalah bagaimana menganalisa interaksi antara cahaya dengan materi. Dalam hal ini adalah jaringan tubuh. Pengetahuan mengenai optika banyak digunakan dalam analisa ini. Seperti diketahui ketika cahaya melewati jaringan tubuh akan mengalami beberapa fenomena antara lain pemantulan, pembiasan, transmisi, hamburan, absorbsi, bahkan fluoresensi. Tentunya sinar yang dipancarkan akan berbeda dengan sinar yang dideteksi.

Sebagaimana firman Allah tentang cahaya dalam QS. An-Nur ayat 35 sebagai berikut :

اللَّهُ نُورُ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ مَثَلُ نُورِهِ كَمِشْكَاةٍ فِيهَا مِصْبَاحٌ الْمِصْبَاحُ فِي زُجَاجَةٍ الزُّجَاجَةُ كَأَنَّهَا كَوْكَبٌ دُرِّيٌّ يُوقَدُ مِنْ شَجَرَةٍ مُبَارَكَةٍ زَيْتُونَةٍ لَا شَرْقِيَّةٍ وَلَا غَرْبِيَّةٍ يَكَادُ زَيْتُهَا يُضِيءُ وَلَوْ لَمْ تَمْسَسْهُ نَارٌ نُورٌ عَلَى نُورٍ يَهْدِي اللَّهُ لِنُورِهِ مَنْ يَشَاءُ وَيَضْرِبُ اللَّهُ الْأَمْثَالَ لِلنَّاسِ وَاللَّهُ بِكُلِّ شَيْءٍ عَلِيمٌ

"Allah adalah cahaya bagi langit dan bumi. perumpamaan cahaya Allah, adalah seperti sebuah lubang yang tak tembus, yang di dalamnya ada Pelita besar. Pelita itu di dalam kaca (dan) kaca itu seakan-akan bintang (yang bercahaya) seperti mutiara, yang dinyalakan dengan minyak dari pohon yang berkahnya, (yaitu) pohon zaitun yang tumbuh tidak di sebelah timur (sesuatu) dan tidak pula di sebelah barat(nya), yang minyaknya (saja) hampir-hampir menerangi, walaupun tidak disentuh api. cahaya di atas cahaya (berlapis-lapis), Allah membimbing kepada cahaya-Nya siapa yang dia kehendaki, dan Allah memperbuat perumpamaan-perumpamaan bagi manusia, dan Allah Maha mengetahui segala sesuatu". (QS. An-Nur: 35)

Dari ayat di atas dapat kita simpulkan bahwa cahaya merupakan suatu anugerah dari Allah untuk dimanfaatkan konsekuensinya (sunnatullah) bagi kesejahteraan alam. Pengembangan makro dan mikro kosmos di tingkat fisik adalah cahaya tingkat paling luar, karena paling mudah dan kasat mata.

Oleh karena itu mengingat pentingnya pengetahuan mengenai fotonika, maka penulis menyusun makalah ini yang diberi judul “APLIKASI FOTONIKA PADA PELAYANAN KESEHATAN”.

B. RUMUSAN MASALAH

Dari latar belakang masalah yang tertera di atas tentang sedikit penjelasan penulispun mengkategorikan kedalam beberapa rumusan masalah, diantaranya:

1. Kenapa fotonika sangat berperan penting dalam pelayanan kesehatan?

2. Apa saja aplikasi dari fotonika dalam pelayanan kesehatan tersebut secara umum?

3. Bagaimana mekanisme PDT?

4. Jelaskan teknik laser welding!

5. Apakah kelebihan dan kekurangan dari fotonika?

C. TUJUAN PENULISAN MAKALAH

Penulisan makalah ini bertujuan :

a) Memenuhi tugas akhir semester mata kuliah Fisika Modern.

b) Agar kita mengetahui dan memahami aplikasi fotonika dalam dunia kesehatan.

D. MANFAAT PENULISAN

Hasil dari penulisan ini diharapkan dapat memberikan manfaat kepada semua pihak, khususnya kepada mahasiswa untuk menambah pengetahuan dan wawasan tentang aplikasi fotonika. Manfaat lain dari penulisan makalah ini adalah dengan adanya makalah ini diharapkan dapat dijadikan acuan dalam bereksperimen, khususnya bagi mahasiswa yang melakukan praktikum.

BAB II

KAJIAN TEORI

Sejarah kelahiran fotonika tidak bisa lepas dari perkembangan ilmu fisika. Salah satunya fotonika biomedik adalah ilmu yang terdiri dari beberapa dispilin ilmu dan teknologi. Sehingga perkembangan yang begitu pesat dari fotonika biomedik tidak bisa lepas dari tiga revolusi dari ilmu fisika (khususnya fisika modern), teknologi dan biologi, yaitu :

1. Revolusi teori kuantum (1900-1950 masehi)

2. Revolusi teknologi (1940-1950 masehi)

3. Revolusi genom (1950-2000 masehi)

1. Revolusi Teori Kuantum

Revolusi teori kuantum diawali oleh Albert Einstein dengan penemuan fenomenal yang dikenal dengan efek fotolistrik pada abad ke-20. Fotonika biomedik telah sangat diuntungkan dengan revolusi teori kuantum. Dengan hadirnya teori ini, ruang lingkup ilmiah seperti spektroskopi molekuler dan teknologi fotonika (seperti laser, biopsi optis, penjepit optik atau optical tweezer, dan penyelidikan ruang lingkup lain di sekitarnya) telah memberikan piranti yang sangat kuat untuk mendiagnosa penyakit secara non invasif, menginterogasi sel pada level molekuler, dan memerangi penyakit pada tingkatan gen.

Teori kuantum dari fenomena atom memberikan kerangka fundamental untuk biologi dan genetika molekuler karena keunikannnya dalam memahami elektron, atom, molekul, dan juga cahaya itu sendiri. Kerangka ilmiah baru ini dilahirkan dari penemuan struktur DNA, molekular alami pembentuk sel dan sebab genetis dari penyakit, semua ini membentuk basis dari molekular medis.

2. Revolusi Teknologi

Penemuan mikroskop di atas telah menjelaskan bagaimana revolusi teknologi berpengaruh besar pada kelahiran fotonika biomedik. Penemuan laser, mikrochip dan teknologi nano berpengaruh dalam perkembangannya. Adanya OCT tidak bisa lepas dari perkembangan teknologi komputer yang merupakan sekumpulan mikrochip dengan instruksi tertentu.

3. Revolusi Genom

Publikasi James Watson dan Francis Crick mengenai struktur spiral DNA pada 1953 dapat dianggap sebagai prestasi pertama yang mengawali revolusi genom pada abad ke-21. Hampir 50 tahun setelah penemuan penting ini, kelengkapan dari peruntunan genom manusia menendai penemuan penting kedua dalam arean genetika molekuler.

Penjelasan kuantum mengenai cahaya dalam bentuk foton sangatlah penting untuk memahami pertukaran energi dan momentum antara cahaya dan materi dan menyajikan teori utama untuk spektroskopi molekuler. Bentuk fotonika, bagaimanapun juga merujuk pada semua fenomena gelombang elekttromagnetik, ada atau tidak, sifat-sifat kuantum pada cahaya (foton) adalah komponen penting dalam penjelasan ini. Terdapat pula kesetaraan dengan penggunaan elektronika yang berhubungan dengan fenomena sirkuit, dalam banyak aplikasi aliran arus listrik dalam alat listrik dapat digagaskan sebagai aliran listrik kontinu, dan sifat-sifat kuantum elektron tidak dibutuhkan untuk memahami perilaku sirkuit.

Dalam ranah fisika, fenomena lebih sering dijelaskan dalam pandangan klasik atau pandangan kuantum. Bentuk klasik merujuk pada teori-teori yang tidak menggunakan konsep mekanika kuantum. Dalam teori klasik, cahaya dipandang sebagai medan osilasi elektromagnetik (EM) yang mempunyai jangkauan energi kontinu. Dalam model kuantum, gelombang cahaya terdiri dari peket-paket energi (yaitu kuanta) yang dinamakan dengan foton. Masing-masing foton memiliki energi yang proporsional terhadap frekuensi gelombang EM. Teori kuantum memperkenalkan ide bahwa cahaya dan materi dapat bertukar energi sebagai foton, paket energi pokok, E = hυ = h c/λ , di mana h adalah konstanta Planck.

Transisi dari suatu keadaan ke keadaan lainnya bisa dihalangi, dalam hal ini adalah fotonnya. Dengan kata lain, energi foton h dapat menghalangi transfer elektron dari keadaan 1 ke keadaan 2 menghasilkan foton lainnya dengan energi hf = E₁−E₂. Ini disebut pemancaran terangsang, yaitu proses yang menghasilkan dua foton berenergi hf. Jadi, fotonika yang ideal terbentuk dari suatu kumpulan foton berfrekuensi tepat sama dan semua foton tersebut terfase. Jika elektron secara spontan meluruh, berubah dari suatu keadaan menjadi keadaan lain, elektron tersebut memancarkan foton dengan energi sebesar persamaan diatas. Proses ini disebut emisi spontan[1].

Sifat yang terjadi akibat kesamaan frekuensi adalah monokromatisme dan sifat yang terjadi akibat kesamaan fase adalah koherensi. Jadi syarat terbentuknya fotonika adalah sumber cahaya yang monokromatis dan koheren. Namun kenyataannya fotonika tidaklah monokromatik murni ataupun koheren murni. Meskipun demikian, ketika mengarakterisasikan sistem fotonika yang sebenarnya, secara umum diasumsikan bahwa sinar fotonika pada awalnya adalah terfase, dan inkoherensi fotonika timbul karena sifat monokromatis yang jelek dari sumber. Sebenarnya koherensi dan monokromatisme secara umum digunakan untuk mengukur parameter yang sama.

Prinsip Kerja Fotonika

Fotonika dihasilkan dari proses relaksasi elektron. Pada saat proses ini maka sejumlah foton akan di lepaskan berbeda sengan cahaya senter emisi pada fotonika terjadi dengan teratur sedangkan pada lampu senter emisi terjadi secara acak. Pada fotonika emisi akan menghasilkan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. berbeda dengan lampu senter emisi akan mengasilkan cahaya dengan banyak panjang gelombang.

Proses yang terjadi adalah elektron pada keadaan ground state (pada pita valensi) mendapat energi kemudian statusnya naik menuju pita konduksi ( keadaan eksitasi) kemudian elektron tersebut kembali ke keadaan awal (ground state) diikuti dengan beberapa foton yang terlepas kemudian agar energi yang dibawa cukup besar maka dibutuhkan sebuah resonator resonator ini dapat berupa lensa atau cermin yang sering digunakan adalah lensa dan cermin.

Ketika di dalam resonator maka foton-foton tersebut akan saling memantul terhadap dinding resonator sehingga cukup kuat untuk meninggalkan resonator tersebut. Fotonika cukup kuat digunakan sebagai alat pemotong misalnya adalah laser CO2 laser yang kuat adalah tingkat pelebaranya rendah dan energi fotonnya tinggi.

BAB III

PEMBAHASAN

Dewasa ini aplikasi fotonika pada pelayanan kesehatan sudah demikian luas terutama menyangkut kedokteran estetika dan anti-aging medicine. Aplikasi yang bermakna klinis antara lain pengobatan penyakit/komplikasi vaskular (stroke,jantung koroner) dan kanker (photodynamic diagnosis dan photodynamic therapy).

A. Fotonika dan Kesehatan

Aplikasi fotonika pada pelayanan kesehatan bersumber dari kemampuan absorbsi foton oleh sel dan selanjutnya jaringan biologik. Karena setiap jaringan biologik merupakan kesatuan dari sejumlah sel yang mempunyai struktur dan fungsi yang sama,maka jasad tubuh manusia dapat dianalogikan dengan suatu rakitan yang sempurna dari berbagai organ yang mempunyai struktur dan fungsi yang berbeda.

Perbedaan struktural dan fungsional organ mengakibatkan perbedaan densitas optik diantara jaringan tersebut.

Hal ini menjadi landasan pemikiran apabila kita mempertimbangkan aplikasi fotonika pada pelayanan kesehatan. Apabila kita memahami dasar -dasar interaksi laser (foton) dengan jaringan,maka kemungkinan aplikasi fotonika[2] pada pelbagai jaringan menjadi luas tak terbatas dan tergantung pada imajinasi kita. Pada tingkat aplikasi dipersyaratkan suatu laboratorium ketrampilan (skill lab) untuk melakukan uji coba klinik dimana operator laser dapat memanfaatkan standar peralatan, pengoperasian dan prosedural aplikasi laser.

Dengan cara ini operator dikenalkan dengan prosedur standar aplikasi termasuk keamanan aplikasi laser. Aktivitas dari aplikasi fotonika pada pelayanan kesehatan dapat dikategorikan pada usaha deteksi dini (photodiagnosis) dan pengobatan (phototherapy) yang bersifat diagnosis dan pengobatan klinis yang selanjutnya dapat diperluas menjadi usaha rehabilitasi medik dan pencegahan penyakit (misalnya pada penyakit metabolik diabetes mellitus). Komplikasi penyakit diabetes mellitus pada retina berupa retinopathia diabetica dan pada kaki berupa diabetic ulcer dapat diupayakan penanggulangannya melalui terapi laser.

Gambar 1. Citra sensor neural pada retina dengan menggunakan Optical Coherence Tomography (OCT)

B. Aplikasi Fotonika dalam Pelayanan Kesehatan

Fotonika biomedik terbagi ke dalam dua aplikasi besar, yaitu untuk kebutuhan diagnosa dan terapi. Diagnosa berkaitan erat dengan pemanfaatan cahaya (foton) untuk mendeteksi keberadaan suatu penyakit di dalam tubuh. Kebanyakan digunakan untuk mendiagnosa adanya kanker maupun tumor. Fotonika dalam kaitannya dengan terapi atau penyembuhan adalah penggunaan cahaya yang digunakan untuk penyembuhan.

Berikut penerapan fotonika untuk mendiagnosa kanker maupun tumor dengan teknis :

1) Photodynamics therapy (PDT)

Photodynamic Therapy (PDT) adalah terapi penyembuhan kanker, tumor, ataupun penuaan kulit dengan menggunakan photosensitizer[3]. Langkah pertama yang dilakukan adalah memasukkan photosensitiser ke dalam tubuh, baik secara lokal maupun sistemik sehingga photosensitizer tersebut tepat berada pada sel kanker yang akan dimusnahkan. Photosensitizer ini akan terdistribusi menuju daerah tubuh yang sebelumnya telah didiagnosa terdapat sel kanker. Daerah tubuh tersebut kemudian disinari cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Kemudian terjadi proses kuantum antara cahaya dengan obat tersebut yang mengakibatkan kerusakan sel kanker. Proses ini tidak berbahaya karena efeknya hanya terjadi pada sel kanker saja.

Setelah jeda beberapa waktu (mulai dari menit hingga beberapa hari) sesuai dengan biodistribusi optimum, langkah selanjutnya yang dilakukan adalah menyinari bagian tubuh yang diterapi dengan menggunakan sebuah sumber cahaya (cahaya bisa berupa cahaya tampak, laser, maupun inframerah, yang sesuai dengan panjang gelombang yang tepat yang dapat mengaktivasi photosensitizer). Photosensitizer akan menyerap energi cahaya, kemudian akan terjadi proses fotokimia.

Proses fotokimia dimulai sesaat setelah photosensitizer mengarbsorbsi cahaya. Keadaan dasar photosensitizer (S₀) akan naik pada keadaan tereksitasi (S₁). Elektron Photosensitizer yang berada pada keadaan tereksitasi ini secara alami akan kembali menuju keadaan dasarnya dengan cara emisi fluoresensi maupun dengan “Intersystem crossing” menuju keadaan triplet (T₁). Proses dari keadaan triplet menuju keadaan dasar sepenuhnya merupakan proses mekanika kuantum yang terjadi dalam selang waktu kira-kira mikrodetik. Proses ini disertai dengan pertukaran energi dengan keadaan dasar molekul oksigen (³O₂) yang akhirnya akan menghasilkan oksigen keadaan singlet (¹O₂) bersifat sangat reaktif, molekul inilah yang akan menghancurkan sel kanker yang terjadi dalam proses biologi baik secara apoptosis maupun nekrosis.

http://i271.photobucket.com/albums/jj122/desoft/nrc1894-f1.jpg

Gambar 2: Mekanisme Photodynamic Therapy (PDT)

Mekanisme PDT[4] di dalam tubuh manusia yang meliputi proses fotofisika, fotokimia, dan juga efek biologis yaitu pembunuhan sel kanker (tumor). Studi mengenai mekanisme perambatan cahaya, dimulai dari cahaya yang dihasilkan oleh alat terapi, kemudian merambat pada jaringan tubuh manusia, hingga sampai pada photosensitizer menjadi sesuatu yang sangat penting. Apabila mekanisme ini dapat dijelaskan secara sistematis berdasarkan metode ilmiah, kita dapat menentukan perambatan cahaya yang baik, sehingga cahaya dapat sampai pada photosensitizer secara optimum dengan kehilangan energi yang minimum, mendapatkan efek fotokimia secara optimum, yang akhirnya akan mendapatkan efek bilogis dengan penghancuran sel kanker juga secara optimum pula. Selain itu, kita dapat menentukan penggunaan jenis cahaya yang sesuai, “set up” alat yang baik, sehingga PDT dapat dilakukan dengan hasil yang optimal.

Penelitian yang telah banyak dilakukan adalah berdasarkan eksperimen, sehingga hasil yang diperoleh adalah data-data empiris, yang belum tentu sesuai pada lingkungan laboratorium yang berbeda. Perlakukan “trial and error” ini sangatlah tidak efisien karena tidak memiliki model yang baku, sehingga untuk kasus penyakit kanker yang berbeda pasti ada perlakukan yang berbeda pula, bahkan mungkin dua orang yang memiliki penyakit yang sama akan diberi perlakuan yang berbeda. Oleh karena itu, model mekanisme perambatan cahaya haruslah dibuat.

Model matematis yang sudah ada dalam menjelaskan mekanisme tersebut adalah “Radiation Transport Equation” (RTE) yang berdasarkan pada koefisien interaksi dan sifat-sifat optis jaringan yang terdapat kanker. Namun karena sifat-sifat optis dari jaringan sangat sulit untuk ditentukan secara pasti, walaupun dalam beberapa referensi sudah memberikan data-data tersebut, tetapi karena keakuratan data yang tidak dapat dijamin, sehingga penyelesaian RTE menjadi sulit untuk dilakukan.

Metode lainnya dalam menyelesaikan permasalahan ini adalah dengan menggunakan model monte carlo yang dilakukan dengan simulasi komputer. Metode monte carlo secara luas digunakan dalam dosimetri radiasi ionisasi, metode ini menggunakan sejumah foton yang berinteraksi dengan jaringan yang hasinya di-skorkan ke dalam masing-masing elemen volume (dalam metode ini, cahaya dianggap sebagai paket-paket cahaya yang dinamakan dengan foton) dan keakuratan dari estimasi monte carlo tergantung dari jumlah foton yang digunakan untuk simulasi. Semakin banyak jumlah foton yang digunakan maka semakin akurat pula hasilnya, namun penggunaan foton yang sangat banyak akan berimbas pada konsumsi waktu yanng banyak dan juga perangkat komputer yang canggih. Metode ini sangat berguna untuk menghasilkan solusi eksak yang dapat digunakan untuk memeriksa keakuratan dari perhitungan RTE.

Metode alternatif lainnya adalah dengan menyelesaikan RTE itu sendiri secara numerik. Dalam metode koordinat diskret, variabel arah dan posisinya dibuat diskret dan sistem persamaan dibangkitkan dari RTE yang kemudian diselesaikan secara numerik untuk mengestimasi tingkat radiasi dan fluensi. Dengan harapan bahwa mekanisme perambatan cahaya di dalam jaringan tubuh dapat dibuatkan modelnya secara baku, yang akhirnya penggunaan jenis cahaya, “set up” alat terapi, dosis, dan hal-hal lain yang diperlukan dalam PDT dapat ditentukan secara pasti. Sehingga PDT dapat dilakukan secara optimal dan efisien.

Secara skematis, bagaimana treatment PDT dilakukan dijelaskan dalam gambar berikut:

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEj8PEvzZm3Fg7dxhTaWjssaBUzjSQte6Yd_1tzMolNiK9-cifX-S4wUQa_A6Ckazwpx_19HVd4T04DOFoOlSadd-pOszgF2uCeWfyuEsIlq-Bc2qr5VHn_P6CVkcsnAjFrDuoLeSgQxKr-W/s320/skema+terapi.gif

Gambar 3. Skema Treatment PDT

Pemberian suntikan bahan sensitizer akan terdistribusi keseluruh jaringan, baik jaringan sehat maupun tumor. Akan tetapi, karena sifat target specific dari bahan ini, maka bahan sensitizer akan tertahan dan terakumulasi pada sel tumor target yang dituju. Sementara pada tissue lainnya, akan mengalami clearance, dengan laju yang lebih besar. Akibatnya terjadi distribusi konsentrasi bahan sensitizer yang lebih besar pada target cell.

Beberapa hari setelah pemberian bahan sensitizer, beberapa literatur memberikan angka berkisar 3 hari, dilakukan penyinaran oleh laser, atau sumber cahaya lain yang sesuai. Akibat akumulasi bahan sensitizer pada jaringan tumor target tadi, maka by designed, terjadi penyerapan radiasi laser yang sangat signifikan dibandingkan jaringan sekitar. Dengan jalan ini, maka efek interaksi cahaya dengan sensitized cell yang diharapkan akan terjadi, dan dihasilkan suatu efek nekrosis dari sel. Dengan jalan ini sel tumor / kanker yang dituju dapat dimatikan.

Pada tumor tindakan laser umumnya juga digunakan dalam pengangkatan tumor jinak, seperti untuk menghilangkan bintil-bintil pada kulit. Namun, kasus seperti ini sangat jarang terjadi pada anak. Kalaupun bintil-bintil timbul pada usia belia, tindakan penyinaran tetap akan ditunda, kecuali bila penyakit yang diderita anak sudah begitu membahayakan.

2) Laser tissue welding

Laser tissue welding adalah perbaikan jaringan tubuh menggunakan laser. Prinsipnya mirip dengan peristiwa pengelasan. Laser digunakan untuk menyembuhkan luka. Laser sebagai alat bedah minimal invasif, dan masih banyak lainnya.

a) Bedah Ekstirpasi dengan Bantuan Laser

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjIbW1Yt9GzF8ANpKkarOmBvrjO908mspqrmY5ctYaojsN3aUhd_0HJ7LvDr5eobzWxx5hwUpcSpaiE7w16khUO5X2Z47DAwwxCop6s0BSYhiAaQylhS6e04QxbPMciCQTD4wZjFLIltlQS/s320/250320081247.jpg

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhJDARRURf0vfGYIWAKVOxL2zlxv37b-SCzZGb6EHqrjLRRAx9I3k_ZAP56VL-0I44Q-GIADmh30d-QQXv9fzDFGkyTiyncKyiH5DHxQGTCP3_ua1gXdazvzYBdm4ghmoBRwhy0wanai9QL/s320/260320081251.jpg

Gambar 4. Bedah Ekstirpasi

Gangguan penafasan saat tidur menunjukkan penyempitan dan henti nafas rata-rata 23,7 kali per jam menunjukkan kecenderungan obstructive sleep apnea (OSA)[5] derajat sedang.
Endoskopi saluran pernafasan dan cerna bagian atas menemukan polip hidung kanan.(lihat gambar). Penderita langsung menjalani bedah ekstirpasi polip melalui prosedur endoskopi (lihat gambar 4).
Lebih dari separuh penderita hipertensi berkorelasi dengan gejala OSA(Obstructive Sleep Apnea). Apabila gejala OSA dapat dikoreksi melalui pembedahan atau penggunaan CPAP(Continous Positive Airway Pressure) maka akan terdapat perbaikan kualitas hidup yang bermakna resiko hipertensi, serangan jantung, stroke dan kecelakaan kerja/kendaraan bermotor berkurang. Peran laser dalam bedah ngorok yakni membantu proses pembedahan menjadi minimal invasif misalnya: laser tonsillotomy, laser conchotomy, laser assisted uvuloplasty dan sebagainya.

b) Fotonika untuk Luka Kaki Diabetik

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhzx-SGgz61RNKDd2nMfdERtL0scOte-I2uQMzG_HpI-jychrkUUFztRiLUv5ADKGcZinIJEZ9U6Cw1EfL1NDB7NFNq0y1HJcBF79bgD2F7uwP_zwedxhIyqXJX9GBp4HdHgsSQTBdlrgX9/s320/30012011102%25231.jpg

Gambar 5. diabetic ulcer

Laser telah lebih dari setengah abad memberikan kontribusinya pada dunia kedokteran dan kesehatan. Perannya sudah tidak diragukan lagi,bahkan pada beberapa kondisi merupakan cara terpilih yang tidak ada duanya. Komplikasi penyakit metabolik yang ditandai oleh tingginya kadar gula darah tidak normal ditanggulangi dengan penggunaan laser. Salah satu komplikasi penyakit diabetes yaitu terjadinya luka kaki diabetik yang bisa mendorong tindakan amputasi kaki oleh dokter ahli bedah. Saat ini amputasi bisa dicegah dengan pengobatan menggunakan laser tenaga rendah (low power laser).

c) Sifat-sifat optis jaringan tubuh, sebuah gambaran umum mengenai perambatan cahaya dalam jaringan tubuh

http://i271.photobucket.com/albums/jj122/desoft/Maslov_104_R_geoff-story_sm.jpg

Gambar 6. Jendela Diagnosa[6]

Spektrum elektromagnetik memberikan banyak perangkat fotonika untuk penyelidikan, dan interaksi dengan sistem biologi. Fenomena elektromagnetik sangat banyak digunakan dalam biomedikal untuk mendeteksi dan mengobati penyakit dan juga untuk memajukan ilmu pengetahuan. Fokus kita kali ini adalah pada perambatan “cahaya” di dalam jaringan biologi. Tujuan utamanya adalah memberikan pendahuluan sifat-sifat linier optis jaringan tubuh manusia dari pandangan konseptual, yang menegaskan pada bagaimana sifat-sifat tersebut di gunakan dalam deskripsi perjalanan cahaya.

Istilah cahaya bisa memiliki banyak arti, tetapi yang digunakan di sini adalah merujuk pada salah satu bagian spektrum elektromagnetik dengan panjang gelombang pada ruang hampa λ_hampa dalam jangkauan antara 1 µm hingga 100 nm (atau dalam frekuens, v = c/λ, 3×10¹⁴Hz hingga 3×10¹⁵Hz, di mana c adalah kecepatan cahaya). Jangkauan spektral ini termasuk di dalamnya dekat inframerah (near infrared atau NIR), cahaya tampak, dan ultraungu (UV) A, B, dan C, dan juga meliputi dengan sesuatu yang dinamakan dengan jendela terapetik (diagnosa) dengan fungsi yang sangat penting di dalam fotonika biomedik.

d) Menghapus Hemangioma

Dalam medis, laser digunakan untuk laser koreksi penglihatan dan teknik operasi lain. Laser juga digunakan untuk prosedure dermatologi termasuk menghilangkan tato, tanda lahir, dan rambut. Jenis laser yang biasa digunakan oleh dermatologi termasuk delima (694 nm), ALEXANDRITE (755 nm), denyut dioda tersusun (810 nm), Nd: YAG (1064 nm ), Ho: YAG (2090 nm), dan Er: YAG (2940 nm).

Tanda lahir yang dimaksud antara lain hemangioma[7] atau bercak merah pada kulit yang disebabkan pembesaran pembuluh darah. Hemangioma secara medis biasanya tidak terlalu berbahaya, tapi dari sisi kosmetik, hemangioma terutama yang terjadi di bagian tubuh yang terlihat, seperti wajah dan tangan, akan sangat mengganggu penampilan. Dikhawatirkan anak akan merasa rendah diri karena hemangioma ini.

Namun, sebelum akhirnya dilakukan tindakan laser, akan ada observasi selama beberapa tahun. Alasannya, hemangioma bisa mengecil dengan sendirinya sehingga tidak perlu dilakukan tindakan medis apa pun, termasuk tindakan pelaseran. Namun ada pula yang menetap dan bahkan malah membesar. Observasi diperlukan untuk memastikan perkembangan kelainan tanda lahir tersebut. Bila ternyata menetap atau membesar, tindakan laser akan dilakukan ketika usia anak 7 tahun.

e) Khitan/Sirkumsisi

Saat ini sirkumisi dapat dilakukan dengan sinar laser (tepatnya laser CO2). Kelebihan- nya, proses operasi lebih cepat, perdarahan tidak ada atau sangat sedikit, penyembuhan cepat, rasa sakit setelah operasi minimal, aman, dan hasil secara estetik lebih baik. Proses khitan dengan memanfaatkan sinar laser biasanya hanya membutuhkan waktu 10-15 menit.

f) Mata

Sinar laser bisa digunakan untuk melakukan koreksi pada mata minus, salah satunya dengan cara operasi lasik. Namun sama dengan yang lainnya, tindakan laser untuk koreksi mata minus hanya dilakukan dalam keadaan mendesak. Bila koreksi masih dapat ditunda maka sebaiknya dilakukan saat anak sudah tumbuh remaja bahkan dewasa. Pertimbangannya, penambahan minus selama masa kanak-kanak masih akan terus berlangsung. Dengan begitu, koreksi yang terlalu dini tidak akan menyelesaikan masalah karena kemungkinan anak masih memerlukan penanganan kembali kelak.

g) Mengeringkan Tambalan Gigi.

Agar tambalan gigi lebih kuat dan awet maka tambalan harus cepat kering. Untuk mempercepatnya, dokter biasanya akan menggunakan sinar laser. Aplikasi ini baik bila dilakukan pada anak 8-12 tahun atau ketika gigi tetap harus ditambal. Gigi tetap akan digunakan hingga si anak dewasa. Oleh karena itu, bila berlubang harus ditambal dengan baik karena tidak ada gantinya.

h) Pencitraan Tubuh dengan Menggunakan Cahaya

http://i271.photobucket.com/albums/jj122/desoft/fotonika%20biomedis/imaging.jpg

Gambar 7. Ilustrasi citra tubuh[8]

Ada beberapa peristiwa yang mempengaruhi perambatan cahaya dalam jaringan tubuh, antara lain pemantulan, pembiasan, hamburan, absorbsi, dan bahkan fluoresensi. Namun dalam jaringan tubuh, di mana jaringan tersebut merupakan medium optik keruh mengakibatkan peristiwa hamburan yang paling sering terjadi daripada peristiwa-peristiwa yang lain. Sehingga, setelah cahaya masuk ke dalam telapak tangan, cahaya akan mengalami berkali-kali hamburan sebelum akhirnya cahaya diteruskan di permukaan telapak tangan baliknya.

Cahaya yang diteruskan tersebut tidak seterang cahaya senter yang baru saja keluar dari kepala senter, melainkan hanya cahaya kabur berwarna kemerahan seperti merah darah. Inilah bukti bahwa adanya banyak hamburan yan terjadi dan pelemahan intensitas tersebut mungkin juga disebabkan karena adanya absorpsi, yaitu penyerapan energi cahaya oleh materi di dalam jaringan tubuh seperti yang tampak dalam gambar di bawah.

http://i271.photobucket.com/albums/jj122/desoft/fotonika%20biomedis/ilsutraiperambatancahaya.jpg

Gambar 8. Ilustrasi perambatan cahaya dalam jaringan tubuh.

Hamburan cahaya yang sering terjadi di dalam tubuh tidak lepas dari adanya komposisi jaringan tubuh yang memiliki sifat optik yang sangat bervariasi. Bisa dikatakan bahwa jaringan tubuh adalah media optik yang inhomogen. Dari fakta ini kita bisa mengatahui struktur yang ada di dalam tubuh hanya dengan mempelajari cahaya yang diteruskan oleh jaringan tubuh.

Nah, sekarang timbul pertanyaan baru, “Bagaimanakah hubungan antara cahaya yang terdeteksi di balik telapak tangan tadi dengan perbedaan komposisi di dalam jaringan tubuh?” Di dalam ilmu fisika modern, cahaya selain sebagai gelombang cahaya juga bisa berperan sebagai materi yang dinamakan dengan foton. Foton adalah paket-paket energi cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Maka dari itu, cahaya yang merambat di dalam tubuh ini juga bersifat seperti foton. Masing-masing foton bergerak sesuai dengan sifat optis jaringan tubuh. Sehingga pada daerah tertentu di dalam jaringan foton memiliki intensitas yang tinggi, namun pada daerah lain memiliki intensitas yang rendah. Ini mempengaruhi cahaya yang terdeteksi.

Pertanyaan kedua yang perlu dijawab adalah, “Bagaimana kita bisa menggunakan cahaya untuk mengetahui seluk beluk tubuh kita misalnya untuk mengetahui keberadaan kanker?” Sebuah pertanyaan yang mudah sekali untuk diucapkan namun jawabannya susah bukan? Untuk menjawab pertanyaan ini kita harus mengetahui sifat-sifat optis dari jaringan tubuh yang akan kita deteksi. Peristiwa-peristiwa yang penting yang terjadi di dalam jaringan antara lain: pembiasan, hamburan, absorpsi dan beberapa lagi lainnya seperti yang telah disebutkan di atas. Adanya pembiasan dalam jaringan tubuh disebabkan karena perbedaan indeks bias antar jaringan tubuh. Adanya hamburan disebabkan karena terdapat materi penghambur yang memiliki nilai indeks bias yang berbeda dibandingkan dengan indeks bias di sekelilingnya. Adanya absorpsi disebabkan karena materi pengabsorpsi cahaya yang terdapat di dalam tubuh. Materi-materi yang berperan dalam peristiwa-peristiwa tersebut terletak secara acak dan distribusinya di dalam jaringan tubuh tidak rata. Maka dari itu jaringan tubuh adalah media inhomogen.

Nah untuk mengetahui pengaruh sifat optis jaringan tubuh terhadap sinar yang terdeteksi, kita perlu mengetahui komponen apa saja yang menyusun jaringan tubuh. Seperti kita tahu, jaringan tubuh tersusun atas 90 persen terdiri air, lemak, otot, darah, pembuluh darah, hemoglobin dan lainnya. Masing-masing komponen tersebut berperan penting dalam mekanisme perambatan cahaya. Penelitian yang terkait adalah metode spektroskopi, atau kebanyakan menggunakan Near Infra Red Spectroscopy (NIRS) . NIRS adalah metode spektroskopi menggunakan infra merah sebagai cahaya yang dipancarkan. Inframerah banyak digunakan dalam penelitian ini karena sinar inilah yang dapat menembus jauh ke dalam jaringan tubuh dibandingan cahaya jenis lain.

C. Kelebihan dan Kekurangan Fotonika

a. Kelebihan Fotonika

Beberapa kelebihan teknologi fotonika dalam dunia kedokteran:

1) Lebih Efektif

Laser dapat mengobati kelainan-kelainan yang tidak mungkin dilakukan oleh tindakan operasi, misalnya mengatasi hemangioma yang cukup lebar. Operasi dengan pisau bedah akan merusak jaringan yang cukup luas sehingga menyulitkan dokter untuk menjahitnya kembali. Dengan tindakan laser, hal itu dapat dihindari karena jaringan pembuluh darah yang dirusak hanyalah bagian-bagian yang tidak diinginkan atau tanpa menciutkan dan merusak jaringan serta pembuluh darah lain.

2) Lebih Cepat Normal

Meski tindakan laser memungkinkan terjadinya kerusakan pada jaringan lain, tetapi kerusakan pascafotonika atau bekas lukanya bisa diminimalkan. Sementara tindakan pembedahan umumnya akan mengakibatkan kerusakan lebih luas yang akan memperlambat proses penyembuhan.

b. Kekurangan Fotonika

Meskipun ada kelebihannya, laser pun memiliki kekurangan:

1) Efek samping penggunaan laser yang sering dilaporkan adalah munculnya rasa panas setelah dilakukan penyinaran. Hal ini disebabkan karena paparan sinar laser yang terserap ke jaringan tubuh akan diubah menjadi energi panas sehingga timbul perasaan panas. Namun, hal ini bisa diatasi dengan keakuratan penyinaran. Untuk itulah penyinaran laser harus dilakukan oleh ahli terlatih. Misalnya oleh dokter yang memang sudah mendalami penggunaan teknologi laser.

2) Penggunaan laser harus sesuai dengan jenis kelainan, kekuatan laser, dan lama pajanannya. Bila keliru maka efek samping bisa saja muncul. Tindakan laser membutuhkan syarat tertentu. Misalnya, di ruang penyinaran sebaiknya tidak terdapat alkohol dan produk lain yang mengandung alkohol seperti hair spray, minyak wangi, antiseptik, atau lainnya. Untuk itu baik dokter, pasien, maupun orang tua pasien, sebaiknya bersih dari bahan-bahan tersebut. Bila sinar laser ini memantul, tak mustahil akan membakar benda atau bagian-bagian yang mengandung alkohol.

3) Penyinaran dengan laser biasanya tidak bisa dilakukan hanya sekali melainkan berulang kali. Padahal biaya untuk sekali penyinaran relatif mahal. Penentuan jumlah tindakan ini sifatnya sangat individual tergantung pada jenis penyakit dan tingkat keparahannya. Hal ini baru diketahui setelah dilakukan observasi.

BAB IV

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan dapat disimpulkan bahwa :

1. Aplikasi fotonika sangat berperan dapat pada pelayanan kesehatan yaitu pada`usaha deteksi dini (photodiagnosis) dan pengobatan (phototherapy) yang bersifat diagnosis dan pengobatan klinis yang selanjutnya dapat diperluas menjadi usaha rehabilitasi medik dan pencegahan penyakit (misalnya pada penyakit metabolik diabetes mellitus).

2. Penerapan fotonika dalam kesehatan secara umum terbagi ke dalam dua aplikasi besar, yaitu untuk kebutuhan diagnosa dan terapi.

3. Mekanisme PDT di dalam tubuh manusia yang meliputi proses fotofisika, fotokimia, dan juga efek biologis yaitu pembunuhan sel kanker (tumor). Perambatan cahaya, dimulai dari cahaya yang dihasilkan oleh alat terapi, kemudian merambat pada jaringan tubuh manusia, hingga sampai pada photosensitizer menjadi sesuatu yang sangat penting. Apabila mekanisme ini dapat dijelaskan secara sistematis berdasarkan metode ilmiah, kita dapat menentukan perambatan cahaya yang baik, sehingga cahaya dapat sampai pada photosensitizer secara optimum dengan kehilangan energi yang minimum, mendapatkan efek fotokimia secara optimum, yang akhirnya akan mendapatkan efek bilogis dengan penghancuran sel kanker juga secara optimum pula. Selain itu, kita dapat menentukan penggunaan jenis cahaya yang sesuai, “set up” alat yang baik, sehingga PDT dapat dilakukan dengan hasil yang optimal.

4. Laser tissue welding adalah perbaikan jaringan tubuh menggunakan laser. Prinsipnya mirip dengan peristiwa pengelasan.

5. Keunggulan dari laser antara lain adalah pengobatan pada pasien lebih efisien dan lebih cepat normal. Sedangkan kekurangannya antara lain menimbulkan bebrapa efek samping pada pasien seperti rasa panas setelah melakukan penyinaran, membutuhkan biaya yang mahal, sinar laser juga mudah membakar bahan-bahan yang mengandung alkohol dan sebagainya.

B. Saran

Demikianlah makalah saya, semoga bermanfaat bagi pembaca. Saran dan kritik yang membangun dari dosen pembimbing dan teman-teman sangat saya harapkan demi perbaikan makalah ini selanjutnya.