Pengaruh Perentangan Kontras pada Ekstraksi Ciri Jaringan Normal dan Jaringan Bermikrokalsifikasi pada Citra Mamografi Digital

Transkripsi

1 Pengarh Perentangan Kontras pada Ekstraks Cr Jarngan Normal dan Jarngan Bermkrokalsfkas pada Ctra Mamograf Dgtal Indah Sslawat Program Std Teknk Elektro Unverstas Merc Bana Yogayakarta Jl. Wates Km. Yogyakarta, emal: Abstrak Secara vsal jarngan normal pada ctra mamograf tampak berbeda dengan jarngan bermkrokalsfkas. Jka dlhat dar nla pkselnya, jarngan normal cenderng mempnya nla pksel yang konstan. Sedangkan pada jarngan bermkrokalsfkas terdapat ttk-ttk kecl yang berwarna lebh terang dar daerah sektarnya. Ttkttk nlah yang dsebt mkrokalsfkas (mcrocalcfcaton). Kenyataan d atas dapat dgnakan ntk mengekstrak cr-cr statstk keda jens jarngan berdasarkan nla pksel ctra. Pada peneltan n dekstrak enam jens cr satstk. Jga akan dlakkan operas transformas perentangan kontras pada ctra ntk menngkatkan kaltas ctra. Pada akhrnya dlakkan analss pengarh operas transformas perentangan kontras terhadap hasl ekstraks cr. Hasl peneltan mennjkkan bahwa ekstraks cr-cr statstk ctra berdasarkan nla pksel ctra dapat dlakkan dengan bak. Pengarh operas transformas perentangan kontras ckp bervaras. Pada cr varans, standar devas, bedaan, dan bedaan, perentangan kontras memperlebar jangkaan nla cr. Pada cr rerata, perentangan kontras mempersempt jangkaan nla cr. Perentangan kontras tdak mengbah jangkaan cr entrop. Kata knc: normal, mkrokalsfkas, cr statstk, perentangan kontras I. PENDAHULUAN. Latar Belakang Ctra mamograf snar X dar mesn mamograf (mammograms machne) dgnakan oleh dokter ata ahl radolog ntk mengetah adanya abnormaltas pada jarngan paydara. Salah sat abnormaltas yang dapat ddeteks adalah keberadaan mkrokalsfkas (mcrocalcfcaton). Mkrokalsfkas merpakan tanda awal perbahan ke arah kanker. Dalam ctra mamograf, mkrokalsfkas tampak sebaga ttk-ttk kecl yang lebh terang darpada daerah sektarnya. Jarngan normal tdak mempnya kenampakan sepert n. Kenyataan n memngknkan ntk melakkan ekstraks cr berdasarkan nla pksel ctra ata dar hstogramnya. Mkrokalsfkas jga serngkal slt ntk ddeteks oleh karena pengarh jarngan d sektarnya, bervarasnya bentk dan orentas, serta kecerahan dan krannya yang kecl (basanya, mm). Berdasarkan kenyataan tersebt, maka dalam peneltan n akan dterapkan operas perentangan kontras pada ctra mamograf sehngga dapat menngkatkan kaltas ctra.. Tjan Peneltan Peneltan n bertjan ntk melakkan ekstraks cr-cr statstk pada ctra mamograf, yat cr-cr yang mewakl jarngan normal dan jarngan bermkrokalsfkas..3 Batasan Masalah Peneltan n dlakkan dengan bantan Matlab 7., menggnakan transformas lnear sebagansebagan (pecewse lnear), dan data ctra mamograf dperoleh dar bass data MIAS (Mammographc Image Analyss Socety). II. LANDASAN TEORI. Mamograf Mamograf adalah penctraan menggnakan snar X ntk pengjan (examnaton) jarngan paydara. Mamograf tertama dgnakan ntk deteks dan dagnosa kanker paydara tetap jga dgnakan ntk keperlan pra-operas, yat ntk menentkan lokas yang dcrga dan ntk mengarahkan bops. Saat n mamograf merpakan cara palng efektf ntk mendeteks kanker paydara stadm dn. Ctra mamograf adalah ctra yang dhaslkan saat snar X dpancarkan menembs jarngan paydara dan snar X yang dtransmskan dterma (recorded) pada sebah reseptor ctra. Snyal yang dhaslkan merpakan snar X yang telah mengalam penystan sepanjang lntasannya melal strktr paydara. Sfat-sfat pentng mengena kaltas ctra mamograf dperlhatkan pada Gambar.. Pada gambar tersebt dperlhatkan profl transms snar X dalam sat dmens dengan pemodelan yang dlstraskan pada Gambar.. Transms yang bersesaan dengan strktr sepert tmor, mkrokalsfkas, ata jarngan fbroglandlar normal dperlhatkan pada gambar. Varas dalam penystan snar X akan menngkatkan kontras. Detektabltas strktr dengan kontras yang samar terpengarh oleh flktas acak dalam profl yang dsebt dera. Pada Gambar.3 dperlhatkan ctra mamograf mdb9.. Hstogram Ctra Informas pentng mengena s ctra dapat dketah dengan membat hstogram ctra. Hstogram ctra adalah grafk yang menggambarkan penyebaran

2 nla-nla ntenstas pksel dar sat ctra ata bagan tertent d dalam ctra. Dar sebah hstogram dapat dketah frekens relatf kemnclan setap nla aras keaban pada ctra. Oleh karena derajat keaban mempnya 6 aras ( ) maka hstogram akan menyatakan jmlah kemnclan setap nla. Hstogram jga member nformas mengena kontras sebah ctra. Hstogram yang terkmpl pada ss kr mennjkkan bahwa ctra memlk kontras rendah dan cenderng gelap, sedangkan hstogram yang terkmpl pada ss kanan memberkan nformas bahwa ctra tersebt mempnya kontras rendah dan cenderng terang (overexposre). Ctra dengan kontras yang bak mempnya hstogram yang merata pada selrh nla aras keaban. Gambar. Profl ctra proyeks snar X yang menglstraskan peranan kontras, resols spasal, dan dera dalam ctra mamograf Gambar.4 Hstogram ntk ctra mdb6 Untk ctra berwarna, hstogramnya dnyatakan ntk setap komponen RGB (Red, Ble, Green) yang membentk setap pksel ctranya. Dengan demkan ntk setap ctra berwarna dapat dbat tga bah hstogram. Pada peneltan akan dlakkan ekstraks cr-cr dar nla-nla pksel ata dar hstogram ctra. Ekstraks cr bertjan ntk mendapatkan cr-cr dar sat objek. Cr-cr tersebt akan dgnakan ntk mengenal sat objek sesa dengan kategornya. Cr-cr yang dapat dekstrak dar ctra antara lan adalah cr spasal (spatal featres), cr alh-ragam (transform featres), cr bentk (shape featres), dan tekstr. Cr-cr hstogram (hstogram featres) dperoleh berdasarkan hstogram ctra. Msalkan adalah varabel acak yang menyatakan aras keaban pada ctra, maka dapat ddefnskan jmlah dengan keaban x p pksel aras (x) Δ prob[ = x] = () jmlah total pksel dalam ctra Gambar. Model proses akss ctra mamograf yang dsederhanakan Gambar.3 Ctra mamograf mdb9 dengan nla x dar hngga L, dan L adalah jmlah aras keaban dalam ctra (6 ntk ctra dengan aras keaban yang dnyatakan dalam delapan bt). Cr-cr yang mm dar p (x) dantaranya adalah momen dan entrop, yang dnyatakan dengan rmsan-rmsan sebaga berkt. L Moments, () m = E[ ] = x p (x) L m = E[ ] = x p (x) Absolte moments, (3) Central moments, Absolte central moments, Entropy, μ L = E{[ E()] } = (x m) p (x) μ = E{ E( ) } = L = L x m p ( x) H = E[ log p ] p (x) log p (x) bt dengan =,, 3,.... (4) () (6)

3 Cr-cr hstogram yang lan dapat dperoleh dar kelma cr d atas, antara lan adalah dspers (= μ), rerata (=m), varans (=μ ), nla kadrat rerata ata energ rerata (= m ), skewness (= μ 3 ), krtoss (= μ 4 3). Da cr lan yang jga bergna adalah medan dan mode. Rerata mengekstrak cr-cr frekens-spasal rendah (low spatal-freqency featres). Varans dapat dgnakan ntk mengkr aktvtas lokal dalam ampltde. Cr standar devas berkatan dengan tebng-tebng tajam (strong edges) pada ctra. Entrop merpakan kran keacakan (randomness) statstk yang dapat dgnakan ntk mengetah karakter tekstr ctra npt (Gonzalez, 3). Entrop sebah smber ddefnskan sebaga nformas rerata yang dbangktkan oleh smber nformas. Smber nformas adalah sebah sstem yang menghaslkan kelaran dar sat set smbol (msalnya M smbol) dalam bentk seqence. Ctra dgtal merpakan smber nformas berpa pkselpksel ndependen, dan entrop dapat destmas dar hstogramnya. Msalnya sebah ctra mempnya aras keaban 6 aras ( ) maka ctra tersebt merpakan smber nformas dengan 6 smbol yang dmngknkan..3 Perentangan Kontras Perentangan kontras (contrast stretchng) termask dalam kategor operas ttk dalam proses penngkatan ctra (mage enhancement). Operas ttk merpakan operas tanpa memor (zero memory operatons) dengan memetakan sat aras keaban tertent yat [, L] ke sat aras keaban lan yat v [, L] menrt transformas v = f () (7) Ctra dengan kontras rendah serngkal dhaslkan karena konds pencahayaan yang brk ata tdak merata (nonnform). Kontras rendah jga dapat dsebabkan oleh sensor penctraan yang nonlnear ata mempnya jangkaan dnams yang sempt. Untk menngkatkan kontras ctra dapat dgnakan transformas dengan menggnakan fngs penskalaan lnear (lnear scalng fncton) ntk tap nla pksel, b c P = (P c) a (8) o + d c dengan P adalah nla pksel npt, P o adalah nla pksel otpt, a adalah nla pksel mnmm yang dngnkan, b adalah nla pksel maksmm yang dngnkan, c adalah nla pksel terendah pada ctra npt, d adalah nla pksel tertngg pada ctra npt. III. JALAN PENELITIAN 3. Bahan Peneltan Ctra mamograf yang dgnakan dalam peneltan n dperoleh dar bass data MIAS. Ctra merpakan ctra aras keaban 8 bt berkran 4 x 4 pksel dengan kran pksel mkron. Bass data MIAS memberkan nformas mengena jens abnormaltas dan possnya pada ctra. Pada peneltan n dgnakan ctra mamograf normal dan ctra mamograf bermkrokalsfkas. 3. Metode Peneltan Langkah-langkah yang dlakkan pada peneltan n dperlhatkan pada Gambar 3.. Gambar 3. Dagram blok langkah peneltan Ctra mamograf yang dperoleh dar bass data MIAS telah d-paddng dengan menambah beberapa pksel d sebelah kanan dan kr ctra. Bagan pksel tambahan n tdak mengandng nformas apapn dan hanya dgnakan ntk menyamakan kran ctra, sehngga dalam peneltan n hars dlakkan croppng ntk menghlangkan bagan tersebt. Croppng jga dlakkan ntk mengambl bagan pada ctra mamograf yang mengandng mkrokalsfkas. Hal n dlakkan dengan menggnakan nformas dar bass data MIAS yang menyatakan koordnat psat poss mkrokalsfkas dan radsnya. Koordnat psat poss mkrokalsfkas = (m, n) (9a) m = 4 y (9b) n = x (9c) dengan x dan y adalah koordnat yang dperoleh dar bass data MIAS. Sebaga contoh ntk ctra mdb9 dperoleh nformas (dar MIAS): x = 46 y = 76 r = 9 pksel Dengan demkan, poss mkrokalsfkas pada ctra mdb9 berada pada daerah berpa lngkaran dengan rads 9 pksel dan berpsat pada koordnat (478, 46). Dar bagan ctra yang mengandng mkrokalsfkas nlah akan dambl sampel ctra berkran 4 x 4 pksel, ntk kemdan dlakkan proses berktnya. Sedangkan sampel ctra mamograf normal dambl secara acak dar ctra mamograf normal (tdak bermkrokalsfkas). Perentangan kontras ctra dlakkan menggnakan transformas yang dnyatakan pada persamaan (8) dengan bantan program Matlab. Nla a dan b masng-masng adalah dan, sedangkan nla c dan d dtentkan sesa ctra npt. Pada peneltan n dlakkan ekstraks cr-cr dar nla-nla pksel ata dar hstogram ctra. Ekstraks cr dlakkan da kal, yat sebelm dan sesdah dkenakan transformas perentangan kontras.

4 Cr-cr yang dperoleh kemdan dbandngkan dan danalss. Ada enam macam cr yang dekstrak, yat rerata, varans, standar devas (selanjtnya dsebt std), entrop, beda nla aras maksmm dan mnmm (selanjtnya dsebt bedaan), serta beda nla aras maksmm dengan nla rerata (selanjtnya dsebt bedaan). Dalam pemograman ntk memperoleh cr-cr tersebt dgnakan rmsan-rmsan sebaga berkt. rerata = (m, n) N () var ans = [(m, n) rerata] N () std = [(m, n) rerata] N () bedaan = max[(m, n)] mn[(m, n)] (3) bedaan = max[(m, n)] rerata (4) dengan (m,n) adalah nla pksel ctra pada bars kem kolom ke-n dan N adalah jmlah pksel dalam jendela ctra. Untk entrop dgnakan persamaan (6). IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4. Hasl Peneltan Hasl croppng ntk menghlangkan paddng pada ctra mamograf normal dan bermkrokalsfkas dperlhatkan pada Gambar 4. dan 4.. Gambar 4. Sampel mamograf normal norm_ Sampel mamograf bermkrokalsfkas calc_ Setap sampel ctra (normal dan bermkrokalsfkas) dkenakan transformas perentangan kontras. Pada gambar 4.3 dperlhatkan hasl perentangan kontras pada sampel norm_ dan pada Gambar 4.4 ntk sampel calc_. Gambar 4.3 Sampel mamograf normal norm_ Sampel norm_ hasl perentangan kontras Gambar 4.4 Sampel mamograf bermkrokalsfkas calc_ Sampel calc_ hasl perentangan kontras Hasl perentangan kontras jga dapat dsajkan dalam bentk hstogram ctra sebelm dan sesdah operas transformas perentangan kontras. Pada Gambar 4. dan 4.6 dperlhatkan perbandngannya ntk sampel norm_ dan calc_. Gambar 4. Ctra mamograf normal mdb6 Ctra mamograf bermkrokalsfkas mdb9 Pada Gambar 4. dperlhatkan hasl croppng ntk sampel-sampel ctra normal dan ctra bermkrokalsfkas. Pada peneltan n dambl 64 sampel ctra mamograf normal dan 34 sampel ctra mamograf bermkrokalsfkas. Jmlah sampel ctra normal dambl kra-kra da kal lpat jmlah sampel ctra bermkrokalsfkas dengan alasan bahwa dalam sat ctra mamograf, jarngan yang normal basanya jah lebh las darpada jarngan bermkrokalsfkas. Dsampng t, ctra normal jga lebh bervaras bergantng pada sfat jarngannya (fatty, dense, glandlar). Gambar 4. Hstogram sampel norm_ Hstogram setelah perentangan kontras Gambar 4.6 Hstogram sampel calc_ Hstogram setelah perentangan kontras

5 Ekstraks cr dlakkan dengan bantan program Matlab dan dlakkan pada setap sampel bak sebelm mapn sesdah operas transformas perentangan kontras. Tabel 4. memperlhatkan hasl ekstraks cr pada sampel sebelm dan sesdah perentangan kontras ntk sampel norm_ dan calc_. Cr Tabel 4. Hasl ekstraks cr norm_ dan calc_ Norm_ Calc_ Sebelm Sesdah Sebelm Sesdah Rerata 8,6 97, 4,4 68,87 Varans 89, 3,3 3,9 93,76 Std 4,3 48,, 3,4 Entrop 6,36 6,36,84,84 Bedaan Bedaan 46,4 9,8 4,6 9, Pada Tabel 4. berkt dperlhatkan hasl ekstraks cr ntk sema sampel dan dsajkan dalam jangkaan masng-masng cr ntk sampel normal dan bermkrokalsfkas sebelm dlakkan operas transformas perentangan kontras. Tabel 4. Jangkaan nla cr sampel normal dan bermkrokalsfkas (sebelm perentangan kontras) Cr Norm Calc Rerata 9,6 96,6 8, Varans 779,8 39,8 39, Std 4, 6,3 9,79 Entrop 7, 4,6 6, Bedaan Bedaan 6,4 63,8 6,4 73, Pada Tabel 4.3 berkt dperlhatkan hasl ekstraks cr ntk sema sampel dan dsajkan dalam jangkaan masng-masng cr ntk sampel normal dan bermkrokalsfkas sesdah dlakkan operas transformas perentangan kontras. Tabel 4.3 Jangkaan nla cr sampel normal dan bermkrokalsfkas (sesdah perentangan kontras) Cr Norm Calc Rerata, 8,9, 8,9 Varans 4, ,4 938,9 Std 6,4 88,,7 44 Entrop 7, 4,6 6, Bedaan 78 4 Bedaan 9, 4,8,9 46, 4. Pembahasan Pengarh operas transformas perentangan kontras secara vsal dperlhatkan pada Gambar 4.3 dan 4.4. Pada keda gambar tersebt dapat dbandngkan sampel ctra normal dan ctra bermkrokalsfkas sebelm dan sesdah transformas. Tampak jelas dalam gambar bahwa setelah operas transformas perentangan kontras maka ctra yang dhaslkan mennjkkan kaltas kontras yang lebh bak darpada sebelmnya. Hal n jga dtnjkkan oleh Gambar 4. dan 4.6. Setelah operas perentangan kontras maka hstogram ctra menempat wlayah yang lebh lebar yang jga berart penngkatan kontras ctra yang bersangktan. Cr-cr yang dekstrak dar ctra sampel adalah cr statstk. Ctra dgtal dasmskan sebaga smber nformas berpa pksel-pksel ndependen, dan crsr statstknya dapat dperoleh dar hstogram ata dar nla-nla pkselnya secara langsng. Msalnya sebah ctra mempnya aras keaban 6 aras ( ) maka ctra tersebt merpakan smber nformas dengan 6 smbol yang dmngknkan. Tabel 4. memperlhatkan sat contoh hasl ekstraks cr pada da jens sampel, sampel ctra normal dan bermkrokalsfkas. Tampak pada tabel bahwa nla masng-masng cr berbeda ntk keda jens sampel bak sebelm mapn sesdah operas perentangan kontras. Hasl n memberkan petnjk bahwa ntk keda jens sampel dharapkan akan menghaslkan nla cr yang berbeda. Hasl ekstraks cr ntk keselrhan sampel yang ada dperlhatkan pada Tabel 4. dan 4.3. Dar keda tabel dapat dketah bahwa jangkaan nla masng-masng cr berbah setelah sampel dkenakan operas perentangan kontras, kecal ntk cr entrop. Hal n dsebabkan karena entrop ddefnskan sebaga nformas rerata yang dbangktkan oleh smber nformas. Transformas perentangan kontras memetakan sat nla pksel ke sat nla pksel yang lan, sehngga tdak akan mengbah nla entrop ctra yang bersangktan. Dengan demkan jangkaan nla cr entrop setelah operas perentangan kontras jga tdak berbah. Pengarh operas perentangan kontras jga tampak pada semakn lebarnya jangkaan nla pada masng-masng cr kecal pada cr rerata dan cr entrop. Jangkaan cr rerata setelah perentangan kontras menjad semakn sempt. Hal n dsebabkan karena operas perentangan kontras cenderng akan membat pksel berwarna gelap menjad lebh gelap dan pksel berwarna terang menjad semakn terang. Ctra normal basanya berwarna lebh gelap dan nla pkselnya cenderng lebh konstan (frekens rendah), sedangkan ctra bermkrokalsfkas mengandng komponen frekens tngg. V. KESIMPULAN DAN SARAN. Kesmplan Berdasarkan hasl peneltan dan pembahasan d atas dapat dtark beberapa kesmplan sebaga berkt.. Cr-cr statstk dapat dekstrak dar sebah ctra berdasarkan hstogramnya ata berdasarkan nlanla pkselnya secara langsng.

6 . Operas transformas perentangan kontras berpengarh pada pelebaran jangkaan nla cr varans, standar devas, bedaan, dan bedaan. Hal n sejalan dengan transformas t sendr yang bersfat memperlebar jangkaan nla pksel ctra ntk menngkatkan kontras. 3. Pada cr rerata, perentangan kontras jstr mempersempt jangkaan nlanya. Hal n berkatan dengan kecenderngan nla pksel ctra bak ctra normal mapn ctra bermkrokalsfkas. 4. Pada cr entrop, perentangan kontras tdak mengbah jangkaan nlanya. Hal n dsebabkan karena perentangan kontras memetakan sat nla pksel ke sat nla pksel yang lan.. Saran. Cr-cr yang telah dekstrak pada peneltan n dapat dgnakan sebaga cr pembeda antara keda jens jarngan (normal dan bermkrokalsfkas), sehngga dapat dgnakan sebaga maskan pengklasfkas (classfer), msalnya Jarngan Syaraf Tran (JST).. Dapat dlakkan ekstraks cr-cr statstk (berdasarkan nla pksel ctra) yang lan msalnya skewness, krtoss, dan lan-lan. [8] Mnr, R., 4, Pengolahan Ctra Dgtal dengan Pendekatan Algortmk, Informatka Bandng. [9] Sheshadr, H.S. dan Kandaswamy, A., 6, Compter Aded Decson System for Early Detecton of Breast Cancer, Indan J Med Res 4, pp [] Srvastava, V.,, Perfomance of Mcrocalcfcaton Detecton Algorthms, Thess, Department of Elekctrcal and Compter Engneerng, North Carolna State Unversty, Ralegh. [] Tembey, M., 3, Compter Aded Dagnoss for Mammographc Mcrocalcfcaton Clsters, Thess, Department of Compter Scence and Engneerng, College of Engneerng, Unversty of Soth Florda. [] Yaffe, Martn J,. 99, Mammography, Bomedcal Engneerng Handbook, IEEE Press. [3], help/ toolbox/ mages/, download tanggal Desember 7 pkl 4.7 WIB. [4], download tanggal 7 Desember 7 pkl. WIB. [], download tanggal Me 8 pkl 3.4 WIB. VI. DAFTAR PUSTAKA [] Abbaker, A.A., Qahwad, R.S., Aqel, M.J., Al-Osta, H., Saleh, M.H., 6, Effcent Pre-Processng of USF and MIAS Mammograms Images, Jornal of Compter Scence 3 (): 67 7, ISSN [] Candade, N.V., 4, Applcaton of Spport Vector Machnes and Neral Networks n Dgtal Mammography: A Comparatve Stdy, Thess, Bomedcal Engneerng Department of Chemcal Engneerng College of Engneerng, Unversty of Soth Florda. [3] El-Naqa, I., Yang, Y., Wernck, M.N., Galatsanos, N.P., Nshkawa, R.,, Spport Vector Machne Learnng for Detecton of Mcrocalcfcatons n Mammograms, Dept. Of Electrcal and Compter Engneerng, Illnos Insttte of Technology. [4] Iqbal, K., Salam, R.A., Osman, A., Talb, A.Z., 7, Underwater Image Enhancement Usng an Integrated Color Model, IAENG Internatonal Jornal of Compter Scence. [] Jan, A.K., 989, Fndamental of Dgtal Image Processng, Prentce Hall Internatonal, Inc. Sngapore. [6] L, Sheng., Babbs, Charles F., dan Delp, Edward J., Normal Mammogram Analyss and Recognton, Prde Unversty, Indana. [7] Mellol, M., Joskowcz, L.,, Segmentaton of Mcrocalcfcaton n X-ray Mammograms Usng Entropy Thresholdng, CARS.