BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penemuan sinar-x oleh fisikawan Jerman, bernama Wilhelm C. Roentgen pada tahun 1895, memungkinkan manusia untuk pertama kalinya dapat melihat struktur internal suatu obyek tanpa merusak obyek tersebut. Teknik pencitraan ini kemudian dikenal dengan teknik radiografi. Walaupun teknik ini sudah dapat menggambarkan struktur internal obyek, pada beberapa kasus radiografi memiliki keterbatasan, yakni gambar yang dihasilkan mengalami tumpang tindih. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, maka dikembangkan teknik pencitraan tomografi sebagai suatu alternatif pemecahan. Tomografi dapat didefinisikan sebagai teknik pemetaan besaran fisis tampang lintang suatu obyek, tanpa melakukan pembelahan maupun merusak obyek tersebut (Kusminarto, 1991). Tampang lintang obyek diperoleh melalui serangkaian proses rekonstruksi data proyeksi dengan menggunakan formulasi matematika yang tepat. Formulasi matematika rekonstruksi obyek, pertama kali dirumuskan oleh matematikawan Austria bernama J. Radon pada tahun 1917 (Hsieh, 2009). Formulasi matematika tersebut dikenal dengan transformasi Radon. Pada tahun 1958-an, barulah diketahui bahwa rekonstruksi tomografi merupakan invers transformasi Radon. Tomografi komputer atau Computed Tomgraphy Scanner (CT scan) sendiri, pertama kali ditemukan pada tahun 1963, oleh ilmuwan yang bernama Allan M. Cormack. Pada tahun 1967 oleh Godfrey N. Hounsfield CT scan dilakukan pengembangan secara klinis untuk pertama kalinya. Atas jasanya tersebut Cormack dan Hounsfield dianugrahi Nobel dalam bidang Fisiologi dan Kedokteran pada tahun Pada perkembangannya, sistem tomografi komputer tidak hanya diaplikasikan pada bidang kedokteran (Kak dan Slaney, 1998) melainkan juga pada bidang industri (Tam dkk., 1990). Pada bidang kedokteran tomografi komputer digunakan sebagai perangkat diagnosa penyakit atau diagnose radiologi 1

2 2 dan juga untuk mengetahui kelainan pada tubuh manusia. Pada bidang industri, tomografi komputer digunakan untuk deteksi dan identifikasi obyek (Coplley dkk., 1994) yang sering disebut dengan uji tak rusak (Non Destructive Testing). Karena banyaknya manfaat dari tomografi komputer, maka mulai saat itu dan hingga sekarang, tomografi komputer banyak dipelajari dan dikembangkan di seluruh dunia tak terkecuali di Indonesia. Salah satu Universitas di Indonesia yang mengembangkan tomografi adalah Universitas Gadjah Mada (UGM), tepatnya di Laboratorium Fisika Atom dan Inti, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, (FMIPA, UGM). Grup Riset Fisika Citra (GRFC) berhasil merancang bangun dan mengembangkan sistem tomografi komputer generasi pertama (Suparta dkk., 2000). Sistem tomografi ini digunakan untuk menguji pengaruh media kontras terhadap serapan radiasi (Sukisno, 2002) dan pemetaan kerapatan bahan cair (Yulianti, 2002). Pada penelitiannya, Sukisno (2002) dan Yulianti (2002) memperoleh hasil yang baik, namun memerlukan waktu scanning mencapai 35,5 jam untuk memperoleh satu set data sinogram dengan ukuran 127 x 180 piksel 2. Ukuran sinogram 127 x 180 piksel 2 memiliki arti bahwa sinogram tersebut memiliki 180 piksel proyeksi dan 127 piksel ray-sum per proyeksi. Lamanya waktu scanning ini berdampak pada jumlah dosis radiasi yang diterima obyek menjadi sangat tinggi serta menjadi tidak efisien. Pada tomografi medis, tingginya dosis radiasi yang diterima oleh pasien akan menyebabkan kerusakan jaringan pada tubuh pasien. Sistem tomografi komputer yang telah dikembangkan oleh Grup Riset Fisika Citra berpotensi untuk diaplikasikan pada bidang kedokteran dan industri, namun agar menjadi efisien perlu dilakukan peningkatan terhadap kinerja dari sistem tomografi ini. Peningkatan kinerja sistem meliputi metode sampling pengambilan data. Perbaikan pada metode sampling atau pengambilan data dapat mereduksi waktu pengambilan data. Hal ini juga akan mereduksi jumlah radiasi yang diterima oleh obyek serta proses scanning menjadi efisien. Untuk meminimalkan waktu scanning dan meminimalkan jumlah radiasi yang diterima obyek, metode sampling dapat dilakukan dengan cara memperbesar

3 3 interval sudut scanning. Misalkan dalam sebuah sinogram lengkap terdapat 180 proyeksi (sudut scanning adalah 1 ), maka dengan membuat sudut scanning menjadi 10, jumlah data proyeksi yang diperoleh menjadi 18 data proyeksi. Hal ini akan mengurangi waktu scanning sebesar 90% dari waktu semula. Menurunnya waktu scanning akan diikuti dengan menurunnya jumlah radiasi yang diterima oleh obyek. Semakin menurunnya jumlah data proyeksi maka citra rekonstruksi yang dihasilkan akan mengalami kerusakan atau cacat (Widodo dkk., 2014). Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penelitian terkait metode interpolasi data sinogram untuk memperoleh data sinogram yang lengkap dari sejumlah data proyeksi yang terbatas. Proses ini dapat mengurangi waktu scanning serta dapat mengurangi jumlah radiasi tanpa mengurangi kualitas citra yang dihasilkan. Pada penelitian ini digunakan metode interpolasi data sinogram berbasis pola sinusoidal. Digunakan pola sinusoidal karean pada transformasi Radon diketahui bahwa setiap titik diwakili oleh satu pola sinusoidal, maka nilai intensitas yang dimiliki oleh setiap titik dalam ruang obyek dimiliki juga oleh pola sinusoidal tersebut pada ruang Radon. Maka secara tidak langsung, jika beberapa titik data proyeksi diketahui, maka titik data proyeksi yang tidak diketahui dapat dicari dengan menerapkan persamaan sinusoidal. Pengujian dilakukan pada sinogram hasil interpolasi dan citra rekonstruksi hasil sinogram interpolasi. Parameter uji yang digunakan pada pengujian sinogram hasil interpolasi adalah koefisien korelasi citra. Pengujian pada citra hasil rekonstruksi sinogram interpolasi terbagi menjadi dua jenis yaitu, pengujian secara statistik dan numerik. Pengujian secara statistik dilakukan dengan cara menghitung nilai koefisien korelasi pada citra hasil rekonstruksi terhadap citra referensi, sedangkan pengujian secara numerik dilakukan dengan cara menghitung nilai root mean square difference (rmsd) dan error maximum (emax). 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang yang dikemukakan diatas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

4 4 1. Bagaimana memperoleh data sinogram lengkap dari sejumlah data proyeksi yang terbatas? 2. Apakah citra tomografi yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram interpolasi menimbulkan cacat? 3. Bagaimana hubungan citra yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram interpolasi dengan obyek simulasi (citra referensi)? 4. Bagaimana tingkat kesamaan citra yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram interpolasi dengan obyek simulasi? 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Sistem tomografi komputer yang digunakan adalah sistem tomografi komputer generasi pertama atau tomografi berkas paralel. 2. Obyek yang digunakan adalah data simulasi yang dibuat menggunakan software Microsoft Excel. 3. Interval sudut scanning untuk memperoleh data sinogram dibuat tetap. 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah : 1. Membuat suatu perumusan algoritma interpolasi data untuk memperoleh sinogram lengkap dari sejumlah proyeksi yang terbatas. 2. Memperoleh citra rekonstruksi dari sinogram hasil interpolasi. 3. Mengukur nilai statistik citra yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram interpolasi berupa nilai koefisien korelasi citra. 4. Mengukur nilai numerik citra yang diperoleh dari hasil sinogram interpolasi berupa nilai rmsd dan emax untuk mengetahui tingkat kesamaan citra. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Mempercepat proses scanning pada sistem tomografi komputer. 2. Dapat mengurangi dosis radiasi yang diterima oleh pasien atau obyek.

5 5 3. Mereduksi jumlah data sinogram yang disimpan dalam memori komputer pada sistem tomografi komputer. 4. Menambah sarana penelitian dan pengembangan sistem tomografi komputer di Jurusan Fisika FMIPA UGM.