BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tomography merujuk pada pencitraan irisan melintang suatu obyek dari data transmisi ataupun data pantulan yang dikumpulkan dengan mengiluminasi obyek dari berbagai arah [1]. Tomography merupakan suatu aplikasi untuk melihat suatu penampang melintang suatu benda tanpa perlu melakukan pembelahan pada benda tersebut [2]. Berkembangnya tomography memberikan efek yang revolusioner dalam diagnosa kedokteran. Dengan tomography, citra melintang tubuh dapat diperoleh tanpa harus melukai tubuh (pembedahan). Citra melintang tubuh mengandung informasi organ-organ dalam tubuh secara detail yang dapat membantu dokter dalam menentukan tindakan yang perlu dilakukan terhadap pasien [3]. Secara sederhana, pencitraan tomography didasarkan pada formulasi matematis yang menyatakan bahwa apabila sebuah obyek dilihat dari berbagai arah, gambar (citra) penampang dalam objek tersebut bisa dihitung (atau direkonstruksi ). Dengan demikian metode tomography bisa dipisahkan menjadi dua proses: (1) pengambilan data proyeksi melalui penyinaran dan pendeteksian dari berbagai penjuru, (2) proses rekonstruksi untuk memperoleh citra penampang obyek [4]. Dengan kata lain, proyeksi ini menunjukkan interaksi antara gelombang dengan substansi yang dilalui oleh sepanjang lintasan tersebut. Proyeksi mengandung informasi yang didapat dari energi yang ditransmisikan [5]. Perjalanan tomography dimulai dari penemuan G.N Hounsfield (Inggris) pada tahun Penemuan ini didasarkan pada logaritma matematika untuk melakukan rekonstruksi citra penampang dalam sebuah objek yang disinari dari berbagai arah, yang dikembangkan oleh A.M. Cormack satu dekade sebelumnya. Berkat usaha mereka Hounsfield dan Cormack dihargai hadiah Nobel untuk bidang kedokteran pada tahun 1979 [6]. Alat yang digunakan dalam tomography biasa disebut Computed Tomograph (CT), sedangkan citra keluaran CT ini biasa disebut dengan tomogram. - I-1 -

2 (a) (b) Gambar 1.1 (a) Proses pengambilan set data proyeksi (pemindaian) obyek pada empat arah (b) Rekonstruksi data proses dari empat arah menjadi citra tiga dimensi obyek [7] Tomography kemudian berkembang berdasarkan teknik pemindaiannya. Diawali dengan tomography berkas parallel, kemudian disusul dengan munculnya tomography berkas kipas. Generasi CT terbaru adalah Multislice CT. Sumber pada CT jenis ini adalah single x-ray tube yang membentuk berkas kerucut atau cone beam. Detektornya berupa array dua dimensi yang berbentuk datar atau berbentuk busur. Keuntungan penggunaan Cone Beam CT (CBCT) ini adalah pemindaian yang cepat. Dengan satu kali putaran keseluruhan data proyeksi objek bisa didapatkan. Dari sudut pandang ekonomi, metode cone beam ini lebih murah karena hanya memerlukan satu buah sumber x-ray [8]. Disamping itu, cepatnya proses pemindaian dapat mengurangi intensitas sinar-x yang meradiasi tubuh pasien. Salah satu aplikasi klinis dari CBCT adalah pencitraan dentolaxillofacial. Dengan dukungan perangkat lunak tertentu, CBCT dapat membantu diagnosa dan perencanaan operasi, misalnya: dental implant planning [9]. Pada saat ini aplikasi klinis untuk pencitraan paru-paru telah dikembangkan [10]. Saat ini CBCT tidak - I-2 -

3 haya diaplikasikan di dunia kedokteran. CBCT juga diaplikasikan di dunia industri untuk non-destructive evaluation. Penelitian tentang CBCT ini perlu dimulai dengan sumber daya yang ada. Untuk itu diinisiasi sebuah sistem CBCT sederhana yang disebut sebagai Simulated Computed Tomography (Sim CT). Penelitian Sim CT ini didukung oleh Teknologi Kementerian Riset dan Teknologi RI yang telah memberikan pendanaan untuk pelaksanaan penelitian ini untuk tahun Pada tahun pertama penelitian telah dilakukan percobaan pemindaian dan rekonstruksi citra obyek balok aluminium sederhana dengan sistem Sim CT. Dari percobaan ini didapat beberapa kesimpulan diantaranya : Bentuk citra hasil rekonstruksi tidak sepenuhnya balok. Ini disebabkan karena teknik rekonstruksi citra yang digunakan adalah teknik untuk proyeksi parallel beam (invers Radon), sedangkan akuisisi data dilakukan dengan teknik proyeksi berkas cone beam. Rekomendasi dari hasil penelitian ini salah satunya adalah penggunaan teknik rekonstruksi cone beam melalui metode FDK (Feldkamp, Davis, Kress). 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, masalah yang akan diselesaikan dalam tesis ini dapat diidentifikasikan sebagai berikut : Dapatkah algoritma FDK digunakan untuk merekonstruksi tomogram tiga dimensi dari foto roentgen? Bagaimana kinerja algoritma FDK dikaitkan dengan pengaruh resolusi angularnya pemindaian? Bagaimana kinerja algoritma FDK dikaitkan dengan pengaruh elevasi bidang rekonstruksi? 1.3 Hipotesis Penelitian tesis ini dikung oleh hipotesis sebagai berikut : Penggunaan algortima FDK pada rekonstruksi citra Cone Beam Simulated CT akan didapatkan tomogram dengan kualitas yang lebih baik - I-3 -

4 1.4 Tujuan Penelitian Untuk menyelesaikan masalah yang dihadapi dilakukan Implementasi algoritma rekonstruksi dengan geometri cone beam melalui metoda FDK Uji coba algoritma dengan menggunakan obyek simulasi Uji coba algoritma dengan menggunakan obyek nyata 1.5 Pembatasan Masalah Untuk menyelesaikan tujuan tersebut, dalam pelaksanaan tesis ini diberikan batasan-batasan sebagai berikut: 1. Pelaksanaan tesis menghasilkan sistem perangkat lunak simulasi pemindaian dan sistem rekonstruksi citra dengan algoritma FDK yang dituangkan ke dalam kode Matlab 7.0. Konsekuensinya, sistem ini memiliki keterbatasan-keterbatasan yang dimiliki oleh Matlab. 2. Citra pengamatan yang digunakan adalah obyek simulasi tiga dimensi dengan bentuk yang sederhana. Nilai masing-masing voksel berada pada kisaran 0.1 sampai 1. Ukuran obyek simulasi ini relatif kecil untuk mempersingkat waktu komputasi. 3. Obyek pengamatan yang digunakan adalah obyek homogen dengan bentuk yang asimetris serta memiliki dimensi relatif kecil. 4. Proses pemindaian dilakukan dengan metode berkas kerucut. 5. Proses pengambilan data proyeksi dilakukan dua cara : a. Untuk obyek simulasi pemindaian dilakukan dengan simulasi. b. Untuk obyek phantom pemindaian dilakukan dengan eksperimen laboratorium 6. Sumber sinar-x yang digunakan diasumsikan berbentuk titik 7. Detektor sinar-x yang digunakan berupa film sinar-x berbentuk datar 8. Perangkat keras pemindai dikembangkan oleh rekan mahasiswa yang lain (Heri Setiawan) - I-4 -

5 1.6 Diagram Blok Sistem Sumber Obyek teredam Film Tomogram tiga dimensi Sistem Rekonstruksi Citra Foto roentgen digital scanner Gambar 1.2 Diagram Blok Sim CT yang dikembangkan dalam penelitian ini Sistem Sim CT terdiri atas dua bagian besar yaitu : perangkat keras pemindai dan perangkat lunak rekonstruksi citra. Perangkat keras menjalankan fungsi untuk mengambil proyeksi obyek. Perangkat keras ini berupa sebuah sumber sinar-x, meja pemutar obyek, dan sejumlah film sinar-x sebagai detektor. Meja pemutar obyek berfungsi untuk memutar obyek dari sudut 0 0 hinga dengan kenaikan sudut tertentu. Pengambilan foto roentgen dilakukan untuk masing-masing sudut. Perancangan dan implementasi sitem pemindai ini dikerjakan oleh rekan mahasiswa yang lain. Bagian ini ditunjukkan pada bagian di luar garis putus-putus dalam diagram blok. Bagian yang berada di dalam garis putus-putus adalah bagian yang dikerjakan dalam tesis ini. Diawali dengan digitasi citra roentgen obyek menggunakan scanner, proses ini kemudian dilanjutkan dengan penurunan resolusi citra untukmengurangi beban komputasi. Terakhir dilakukan rekonstruksi citra tiga dimensi dengan algoritma FDK yang terdiri atas tiga tahap yaitu : 1. Modifikasi citra roentgen dengan faktor pembobot 2. Pem-filter-an citra roentgen terbobot 3. Proyeksi balik citra roentgen terbobot terfilter Proses rekonstruksi ini kemudian disempurnakan dengan proses koreksi untukmenghilangkan kesalahan rekonstruksi akibat derau. Hasil akhir dari sistem ini adalah tomogram tiga dimensi dari obyek. Dalam penelitian ini dibuat juga sistem simulasi pemindaian. Keluaran sistem pemindaian ini adalah citra-citra roentgen artifisial yang akan digunakan untuk mem-verifikasi algoritma rekonstruksi yang kaan diaplikasikan pada citra sinar-x sebenarnya. - I-5 -

6 1.7 Metode Pemecahan Masalah Metode yang digunakan dalam penelitian tesis akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Studi literatur 2. Perancangan sistem : Perancangan sistem meliputi pembuatan obyek simulasi, pemodelan algoritma simulasi pemindaian dan algoritma FDK secara diagram blok dan penentuan pseudocode proses FDK. 3. Implementasi sistem : Hasil perancangan diimplementasikan dalam perangkat lunak berupa kode program yang dituangkan dalam Matlab Pengambilan data : a. Data film sinar-x obyek nyata diambil dengan menggunakan perangkat pemindaian yang telah dirancang dan diimplementasikan oleh mahasiswa yang lain. b. Data film sinar-x dari obyek simulasi diambil dengan memanfaatkan simulasi pemindaian yang dibuat dalam penelitian ini 5. Pengujian sistem : a. Pengujian algortima rekonstruksi dengan data proyeksi simulasi b. Pengujian algortima rekonstruksi dengan data proyeksi nyata 6. Analisis Setelah dilakukan pengujian, selanjutnya dilakukan analisis terhadap hasil pengujian untuk menjawab pertanyaan pada rumusan masalah. 7. Penarikan kesimpulan 1.8 Sistematika Penulisan Laporan tesis akan ditulis dengan sistematika sebagai berikut: 1. BAB 1 : PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, diagram blok, spesifikasi teknik system, tahapan pelaksanaan dan sistematika penulisan. - I-6 -

7 2. BAB 2 : STUDI LITERATUR Bab ini berisikan teori-teori yang digunakan dalam pelaksanaan tesis ini yaitu : parallel beam tomography, fan-beam tomography, cone beam tomography 3. BAB 3 : PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI Bab ini menjelaskan mengenai perancangan dan implementasi sistem. Dalam bab ini dituliskan rincian mengenai pembuatan obyek artificial, perancangan dan implementasi algoritma simulasi pemindaian berkas kerucut serta perancangan dna implementasi system rekonstruksi citra tiga dimensi dengan algoritma FDK 4. BAB 4 : PENGUJIAN DAN ANALISIS Bab ini berisi pengujian system yang telah dirancang serta dijelaskan pada bab 3 dan analisis untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang diajukan dalam perumusan masalah. 5. BAB 5 : PENUTUP Bab ini berisikan simpulan dari keseluruhan pekerjaan tesis dan saran untuk pengembangan lebih lanjut di masa yang akan datang. - I-7 -