Sifat dielektrik dari jaringan 1,2,3,4 Untuk mengerti sifat tersebut pertama kita harus mengerti tentang resistensi (R), konduksi (), permitivitas () dan kapasitansi (C). Resistansi adalah suatu sifat yang menghambat proses mengalirnya suatu arus listrik sedangkan konduksi adalah sifat yang menghantarkan arus listrik. Kapasitansi adalah sifat yang menghambat perubahan tegangan atau potensial listrik melewati suatu objek dan berfungsi menyimpan energi yang dihasilkan. Sebuah kapasitor terdiri atas 2 konduktor yang bermuatan berbeda dan dipisahkan oleh suatu material dielektrik. Permitivitas adalah sifat suatu material dielektrik dan menggambarkan kemampuan muatan listrik yang dikandung material tersebut untuk bergerak akibat adanya medan listrik. Kapasitansi adalah fungsi permitivitas dan geometri fisik dari suatu objek. Formula kapasitansi dari dua plat kapasitor adalah C = A/d, dimana A adalah suatu luas pemukaan plat dan d adalah jarak antara plat. Jaringan biologi yang ada didalam tubuh manusia merupakan suatu material dielektrik yang memiliki suatu nilai permitivitas dan kapasitansi. Hal ini disebabkan jaringan biologi merupakan sekumpulan struktur sel dan ekstraselular yang memiliki ion ion yang bermuatan listrik. Oleh karena itu nilai permitivitas dan kapasitansi suatu jaringan biologi berbeda karena komposisi dari larutan ionik dan struktur penunjang lainnya. Sifat dielektrik dipengaruhi oleh beberapa hal seperti, (1) membrane sel, yang terdiri atas lapisan lemak dan protein. Membrane sel merupakan struktur yang bersifat kapasitatif kecuali pada membrane sel yang permeabilitas selektif , bersifat konduktif; (2) material intraselular terdiri atas larutan ionic dalam susunan mikroskopik dan protein yang memiliki muatan listrik dan bergerak bila berada dalam medan listrik. Berdasarkan penelitian terdahulu banyak material memiliki sifat material yang tidak konstan akibat pemaparan signal frekuensi yang bervariasi. Sifat material yang bervariasi ini disebut dengan dispersi. Jaringan biologi memiliki beberapa sifat dispersi yang berbeda berdasarkan rentang frekuensi tertentu (lihat gambar). Pada frekuensi dibawah 10 KHz terdapat suatu dispersi yang disebabkan polarisasi ion ion berbeda sepanjang membrane sel. Nilai permitivitas yang tinggi pada dispersi ini menggambarkan adanya muatan yang terperangkap dalam intrasel dan tidak berrespon terhadap kutub medan listrik. Dispersi yang terjadi pada frekuensi beberapa MHz disebut dengan dispersi yang disebabkan adanya polarisasi dikedua sisi membrane sel yang berfungsi sebagai pertahanan terhadap proses transport ion pasif antara bagian luar dan dalam sel dan proses polarisasi protein dan makromolekul organik lain di dalam sel.. Pada

dispersi terjadi proses mulai masuknya medan listrik eksternal kedalam sel. Pada rentang frekuensi sekitar GHz (109 Hz), terjadi dispersi yang disebabkan oleh polarisasi dari molekul air. Hal yang terpenting dalam permitivitas dan konduktivitas dalam menentukan sifat elektrik suatu jaringan tidak lepas dengan ratio antara displacement current dan conduction current; Id/Ic = /.

Gambar. 1 Typical frequency dependence of the complex permittivity of a heterogenous material such a biological tissue 2.

Jaringan biologi memiliki sifat elektrik yang bervariasi seperti yang diterangkan diatas juga dipengaruhi oleh kandungan cairan suatu material biologi. Darah dan otak memiliki sifat konduksi arus lebih baik dibandingkan oleh paru-paru, kulit, lemak dan tulang sedangkan hati, ginjal dan otot memiliki sifat konduksi yang sedang. Jaringan mammae merupakan jaringan yang terdiri atas banyak struktur biologis seperti kulit, lemak, dan otot. Sehingga memiliki nilai permitivitas dan konduktivitas yang bervariasi. Dalam beberapa literatur terdahulu, kami menemukan data konduktivitas dan permitivitas relativif yang didapat pada frekuensi diatas 100 Hz. Untuk sebagian besar jaringan, data yang didapat dibawah frekuensi tersebut sulit didapat nilainya. Hal ini disebabkan pengaruh efek elektroda yang digunakan mengalami kesalahan pada rentang frekuensi tersebut. Dari literature hanya sekitar 10 % jaringan didapat nilai permitivitas dan konduktivitasnya pada frekuensi dibawah 100 Hz. Namun pada rentang frekuensi 100 Hz dan 100 KHz digunakan lebih banyak jaringan yang dapat diidentifikasi kecuali jaringan yang bersifat anisotropic. Berikut

adalah data dari nilai konduktivitas dan permitivitas relative dengan menggunakan frekuensi rendah (dibawah 0,1 MHz).Tabel 1. Dielectric properties (Conductivity) of Selected Tissues 3.Skeletal Muscle Perpendicular (Non Oriented)0.076

Frekuensi

Skeletal Muscle parallel

Liver

Lung

Splee n

Kidne y

Brain White Matter

Brain Gray Matter

Bone

Whole Blood

Fat

Conductivity (S/m)0.52 10 Hz 0.52 100 Hz 0.52 1 KHz 0.68 0.55 10 KHz 0.65 100 KHz 0.56 -0.59 0.38 - 0.44 0.4 0.15 0.16 0.27 1 MHz 0.83 - 0.85 0.58 - 0.63 0.86 - 0.87 10 MHz 0.92 - 0.96 0.69 - 0.75 0.95 - 0.99 100 MHz 0.9 0.08 0.75 - 0.82 1.38 - 1.45 1 GHz 1.3 1.5 0.3 0.47 0.46 0.42 0.46 0.72 0.7 0.60 0.71 0.98 1.2 0.95 1.0 2 3 GHz 2.7 0.07 2.8 10 GHz 8.3 2.4 2.8 5.8 6.7 2.7 6.5 2.3 0.05 0.5 1.7 9.1 0.3 - 0.4 0.73 0.80 0.02 1.05 0.53 0.75 0.02 1.2 1.09 1.13 2 2.5 0.03 0.95 0.97 1 0.94 1.05 0.73 0.76 0.48 0.51 0.84 0.55 0.53 0.64 0.68 0.50 0.57 0.21 0.28 0.3 0.29 0.31 0.36 0.48 0.66 0.72 0.52 0.85 0.89 0.94 0.8 0.81 0.82 1.8 - 2.1 1.5 2 0.35 0.38 0.45 0.63 0.69 0.45 0.0574 0.7 0.7 -0.8 0.05 1.1 0.89 1.17 0.16 2.5 - 3.1 1.4 - 1.6 1.3 0.03 0.09 1 0.02 0.07 0.0237 1.11 0.63 0.37 0.39 0.14 0.19 0.21 0.62 0.24 0.25 0.12 0.15 0.17 0.0144 0.085 0.15 0.11 0.0133 0.68 0.55 0.58 0.0173 0.71 0.08 0.13 0.096 0.0129 0.02 0.07 0.076 0.13 0.092 0.0126 0.6 0.12 0.089

7.7 8.8

10 10 4.5 - 7.4 8

10

10.5

Tabel 2. Dielectric properties ( Relative Permitivity) of selected Tissues 3.Skeletal Muscle Perpendicular (Non Oriented)1 x 106

Frekuensi

Skeletal Muscle parallel

Liver

Lung

Splee n

Kidne y

Brain White Matter

Brain Gray Matter

Bone

Whole Blood

Fat

Relative Permitivity (F/m)1 x 10 10 Hz 8.5 x 1057

5 x 10

7

2.5 x 107

1.1 x 106 100 Hz

3.2 x 105

4.5 x 105

3,800

1.5 x 105

2.2 x 105 1 KHz 8 x 104 10 KHz 1.5 x 104 100 KHz 24,800 27,300 14,400 15,800 2,460 2,530 1,900 2,150 170 - 190 10 MHz 187 - 204 162 - 181 67 - 72 100 MHz 68 2 64 - 70 57 - 59 1 GHz 58 48 3 GHz

1.2 x 105

1.3 x 105

8.5 x 104

1,000 2,900

5 x 104

7 x 104

5.5x 104

2.5x 104

640 2,810 2 x 104

3 x 104

9760 1.4 x 104

3,260

10,900 12,500

1,960 3,400

3,800

280

4,000 2,740

1,970 1 MHz 1,970

1,450

2,390 2,690

543 827

1,250

87

2,040 338 300 251 265 77 79 65 - 68 46 55 47 - 49 42 35 35 83 71 - 76 81 3 54 50 - 51 50 520.6 46 42 25 38 30 - 37 40 47.5 1 8 50 - 52 45 3.5 4.0 43 46 89 - 95 56 -62 85 1 321 352 410 431 499 190 204 163 209 200 190 191 57 - 66 65 58 - 64 40 - 44 35 38 - 39 35 - 41 33 44 45 47 - 51 7.5 352 380 237 289 90 90 65 - 80 8 23 67 72 - 74 58 - 62 63 - 67 63 55 - 56 4.0 7.0 4.3 7.5 3.0 6.0 4.5 7.5 37 200

52.5 0.7 46 40 - 42

53 42 - 43 34 - 38 37

10 GHz

37 35

Karakteristik elektrik dari kanker Mammae 1. Sifat elekrik dari tumor mammae berbeda dengan jaringan mammae normal. Menurut Surowiec et al menyimpulkan bahwa konduktivitas jaringan kanker berbeda dengan jaringan sehat pada frekuensi signal 20 KHz sampai 100 MHz. Penelitian Jossinet dengan menggunakan signal frekuensi 488 Hz sampai 1 MHz dapat membedakan 3 tipe jaringan mammae yaitu jaringan sehat, tumor jinak dan karsinoma dan pada penelitian yang kedua Jossinet menyimpulkan bahwa dengan frekuensi diatas 125 KHz dapat membedakan karakteristik dari jaringan karsinoma. Lain halnya dengan Chauveau et al yang menggunakan signal frekuensi antara 10 KHz sampai 10 MHz dapat mengklasifikasi jaringan mammae patologi dengan memperhatikan pengukuran fase elemen dari resistensi ekstrasel, resistensi intrasel dan kapasitan membrane sel.

Daftar Pustaka1. Tyna A Hope et al, Technology review : The Use of electrical Impedance scanning in

the detection of the breast Cancer, Breast Cancer Res, 6:69-74, 2004.2. Damijan Miklavcic et al, Electric Properties of Tissues, Wiley Encyclopedia of

Biomedical Engineering, Copyright 2006 John Wiley & Sons, Inc.3. Foster, K. R. Dielectric Properties of Tissues, The Biomedical Engineering

Handbook : second Edition, Ed. Joseph D. Bronzino, BocaRaton : CRC Press LLC 2000.4. Mark J. Schroeder et al, An Analysis on the Role of Water content and state on

Effective Permitivity Using Mixing Formulas, Journal of Biomechanics, Biomedical and Biophysical Engineering, Vol.2, Issue 1,2008.