PERBAIKAN CITRA DALAM DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY MELALUI PENGURANGAN MOTION ARTIFACT

Transkripsi

1 KULIT MUKA TUGAS AKHIR CI1599 PERBAIKAN CITRA DALAM DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY MELALUI PENGURANGAN MOTION ARTIFACT SHINTAMI CHUSNUL HIDAYATI NRP Dosen Pembimbing Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc., Ph.D. JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009 i

2 HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR CI1599 PERBAIKAN CITRA DALAM DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY MELALUI PENGURANGAN MOTION ARTIFACT SHINTAMI CHUSNUL HIDAYATI NRP Dosen Pembimbing Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc., Ph.D. JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009 iii

3 FINAL PROJECT CI1599 IMAGE ENHANCEMENT FOR MOTION ARTIFACT REDUCTION IN DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY SHINTAMI CHUSNUL HIDAYATI NRP First Advisor Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc., Ph.D. DEPARTMENT OF INFORMATICS ENGINEERING Faculty of Information Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009 v

4 PERBAIKAN CITRA DALAM DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY MELALUI PENGURANGAN MOTION ARTIFACT TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Komputer pada Bidang Studi Sistem Bisnis Cerdas Program Studi S-1 Jurusan Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : SHINTAMI CHUSNUL HIDAYATI NRP Disetujui oleh Tim Pembimbing Tugas Akhir : 1. Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc., Ph.D....(Pembimbing I) SURABAYA JULI, 2009 vii

5 PERBAIKAN CITRA DALAM DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY MELALUI PENGURANGAN MOTION ARTIFACT Nama Mahasiswa : Shintami Chusnul Hidayati NRP : Jurusan : Teknik Informatika FTIF-ITS Dosen Pembimbing I : Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc., Ph.D. ABSTRAK Digital Subtraction Angiography (DSA) merupakan teknik yang handal untuk visualisasi pembuluh darah pada tubuh manusia. Dengan teknik ini, suatu rangkaian citra proyeksi sinar-x digunakan untuk menunjukkan bagian bolus yang disuntik oleh materi pengontras melalui satu atau lebih pembuluh yang dikehendaki. Sebagian besar struktur latar belakang pada citra kontras ini dihilangkan melalui pengurangan antara citra kontras terhadap citra yang diambil sebelum pemberian media pengontras : citra mask. Teknik pengurangan ini berdasarkan asumsi bahwa ketika mendapatkan citra, tidak terjadi perubahan pada posisi atau densitas jaringan. Evaluasi klinik pada DSA mengungkapkan bahwa asumsi ini tidak valid pada sejumlah besar pemeriksaan. Gerakan pasien yang sering terjadi menyebabkan pada citra subtraksi terdapat artifact yang menghambat ketepatan diagnosis. Tugas Akhir ini mengajukan suatu pendekatan untuk registrasi citra DSA. Ketika diberikan rangkaian citra digital dua dimensi I(x, y, t) yang berukuran, missalignment pada urutan rangkaian citra perlu ditentukan dan diperbaiki untuk mengurangi artifact gerakan pasien; operasi ini sering disebut registrasi dan perbaikan gerakan. Registrasi yang dilakukan mencakup dua operasi : (i) perhitungan kesesuaian antara piksel pada dua citra; (ii) perbaikan berdasarkan kesesuaian tersebut. Kata kunci: Digital Subtraction Angiography (DSA), motion artifact, perbaikan citra ix

6 IMAGE ENHANCEMENT FOR MOTION ARTIFACT REDUCTION IN DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY Student s Name : Shintami Chusnul Hidayati NRP : Major of Department : Informatics Engineering FTIf ITS First Advisor : Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, MS.c., Ph.D. ABSTRACT Digital Subtraction Angiography (DSA) is a powerful technique for the visualization of blood vessels in the human body. With this technique, a sequence of X-ray projection images is taken to show the passage of a bolus of injected contrast material through one or more vessels of interest. The background structures in these contrast images are largely removed by subtracting an image taken prior to the arrival of the contrast medium: the mask image. The subtraction technique is based on the assumption that during exposure, tissues do not change in position or density. Clinical evaluations of DSA revealed that this assumption is not valid for a substantial number of examinations. Patient motion frequently occurs, which causes the subtraction images to show artifacts that may hamper proper diagnosis. This Final Project proposes an approach for the registration of DSA images. When given a two-dimensional digital image sequence I(x, y, t) of size M M, the misalignment of the successive images in the sequence needs to be determined and corrected for reducing motion artifacts. This operations are often referred to as registration and motion correction. The registration involves two operations: (i) the computation of the correspondence between the pixels in the two images; (ii) the correction based on this correspondence. Key words : Digital Subtraction Angiography (DSA), image enhancement, motion artifact xi

7 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa memberikan limpahan berkah dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Perbaikan Citra dalam Digital Subtraction Angiography melalui Pengurangan Motion Artifact. Penulis menyampaikan terima kasih yang terdalam untuk keluarga penulis, Ayahanda Tribowo, Ibunda Siti Munawaroh, dan Kakanda Yeni Anistyasari yang selalu memberikan doa, perhatian, serta kasih sayang kepada penulis. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, yaitu : 1. Prof. Drs. Ec. Ir. Riyanarto Sarno, M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Dekan Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2. Yudhi Purwananto, S.Kom., M.Kom., selaku Ketua Jurusan Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember 3. Prof. Ir. Handayani Tjandrasa, M.Sc., Ph.D., selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan selama pengerjaan Tugas Akhir 4. Karyawan Litbang RSU Dr. Sutomo, atas perizinan untuk melakukan penelitian di RSU Dr. Sutomo Surabaya 5. Dr. Yudi Her Octaviono, Sp.JP., serta karyawan Instalasi Diagnostik dan Intervensi Kardiovaskuler RSU Dr. Sutomo Surabaya yang telah memberikan bantuan berupa data citra angiography yang dimiliki oleh IDIK RSU Dr. Sutomo Surabaya 6. Diana Purwitasari, S.Kom., M.Sc. selaku dosen wali kali pertama dan Sarwosri, S.Kom, M.T. selaku dosen wali kali kedua, yang telah memberikan bimbingan dan masukan selama penulis belajar di Teknik Informatika xiii

8 7. Dosen Teknik Informatika FTIf-ITS yang telah memberikan ilmu kepada penulis 8. Karyawan Teknik Informatika FTIf-ITS yang memberikan kemudahan dalam setiap pelayanan kepada penulis 9. Rekan-rekan di Jurusan Teknik Informatika ITS, khususnya angkatan 2005, yang telah memberikan bantuan dan kebersamaan selama ini 10. Semua pihak yang membantu penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan mengenai materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, segala saran yang bersifat membangun senantiasa penulis harapkan demi sempurnanya Tugas Akhir ini. Semoga penyusunan Tugas Akhir ini bermanfaat. Surabaya, Juli 2009 Penulis xiv

9 DAFTAR ISI KULIT MUKA...i TUGAS AKHIR CI iii FINAL PROJECT CI v ABSTRAK...ix ABSTRACT...xi KATA PENGANTAR...xiii DAFTAR ISI...xv DAFTAR GAMBAR...xvii DAFTAR TABEL...xix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Permasalahan Batasan Masalah Metodologi Sistematika Penulisan Tugas Akhir...6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Motion Artifact Teknik Subtraksi pada Angiography Registrasi Citra Distorsi Citra Deteksi Tepi...12 xv

10 2.6 Pemilihan Titik Kontrol Perhitungan Pemindahan (Displacement) Pendekatan Berdasarkan Optic-Flow Pendekatan Berdasarkan Template-Matching Transformasi Geometri...25 BAB III DESAIN DAN IMPLEMENTASI Perancangan Sistem Perancangan Data Garis Besar Sistem Algoritma dan Diagram Alir Perancangan Antarmuka Pembuatan Sistem Lingkungan Implementasi Implementasi Antarmuka Implementasi Program...58 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Lingkungan Uji Coba Perangkat keras Perangkat lunak Metodologi Pengujian Uji Coba Analisis BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA BIODATA PENULIS xvi

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Citra mask...3 Gambar 1.2. Citra live (citra kontras)...3 Gambar 1.3. Citra DSA yang mengandung motion artifact...3 Gambar 1.4. Citra DSA yang mengandung motion artifact setelah dilakukan peningkatan kontras...4 Gambar 2.1. Model tepi satu matra...13 Gambar 2.2. Jenis-jenis tepi...13 Gambar 2.3. Diagram blok algoritma Canny...14 Gambar 2.4. Ilustrasi proses three-step-search...22 Gambar 2.5. Ilustrasi posisi titik kontrol...24 Gambar 2.6. Ilustrasi pergeseran titik acuan...25 Gambar 2.7. Model rotasi citra...28 Gambar 2.8. Ilustrasi image warping...29 Gambar 2.9. Gambar asal dan gambar tujuan...31 Gambar Perbandingan antara gambar hasil forward warping dengan gambar hasil algoritma invers...31 Gambar 3.1. Garis besar sistem perbaikan citra dalam DSA melalui pengurangan motion artifact...36 Gambar 3.2. Ilustrasi pembagian daerah pada citra mask...38 Gambar 3.3. Ilustrasi peniadaan nilai gradient magnitude pada piksel-piksel di sekitar titik kontrol...39 Gambar 3.4. Diagram alir pemilihan titik kontrol...41 Gambar 3.5. Diagram alir triangulasi titik kontrol...42 Gambar 3.6. Diagram alir perhitungan ukuran kesesuaian (similarity measure)...46 Gambar 3.7. Ilustrasi perbandingan pemindahan titik kontrol secara tidak konsisten dan konsisten terhadap pemindahan natural neighbor-nya...47 Gambar 3.8. Diagram alir deteksi dan perbaikan ketidakkonsistenan...50 Gambar 3.9. Diagram alir mask image warping...52 Gambar Diagram alir subtraksi citra...53 xvii

12 Gambar Diagram alir interaksi pengguna terhadap antarmuka perangkat lunak...54 Gambar Antarmuka pengguna perangkat lunak...57 Gambar 4.1. Grafik perbandingan prosentase akurasi citra subtraksi hasil registrasi xviii

13 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Citra masukan dalam pengujian sistem...34 Tabel 4.1. Jumlah pengujian data...88 Tabel 4.2. Visualisasi citra mask, citra live, citra subtraksi, dan citra subtraksi hasil registrasi...89 Tabel 4.3. Hasil akurasi visualisasi citra subtraksi hasil registrasi Tabel 4.4. Perbandingan prosentase akurasi citra subtraksi hasil registrasi xix