Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi

Transkripsi

1 118 Ayu Fitri Amalia /Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi Ayu Fitri Amalia 1, Gede Bayu Suparta 2 1 Prodi Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa, Tuntungan, Jl. Batikan UH.III/1043, Yogyakarta ayufitriamalia@ustjogja.ac.id 2 Prodi Ilmu Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Sekip Utara, Yogyakarta gbsuparta@gmail.com Abstrak Suatu aplikasi yang dapat mentransformasikan suatu kumpulan data citra ultrasonografi dua dimensi(2d) ke dalam visualisasi tiga dimensi (3D) yang mendekati bentuk aslinya sangat diperlukan sehingga para pengguna dapat terbantu untuk mengintepretasikan informasi yang ada. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kualitas citra yang diperoleh melalui metode yang sederhana teknik visualisasi dan rekonstruksi citra USG 2D menjadi 3D dengan menggunakan aplikasi pengolahan citra melalui penangkapan citra 2D secara jamak.berdasarkan hasil kajiannya, pada teknik volume rendering, volume view yang ditampilkan melalui koordinat xy, yz, dan xz belum mempermudah pengamatan struktur fisiologi dari objek berupa rahim secara 3D.Pada koordinat xy, area rahim dapat terlihat lebih jelas dan dapat terbedakan dengan area organ lain disekitarnya. Sedangkan melalui teknik surface rendering, citra USG 3D memperlihatkan permukaan terdepan yang menutupi permukaan dan sisi-sisi bagian belakangnya. Kata kunci:ultrasonografi, rekonstruksi citra, volume rendering, surface rendering. I. PENDAHULUAN Gelombang ultrasonik adalah suara atau getaran dengan frekuensi yang terlalu tinggi untuk dapat didengar oleh manusia, yaitu kira-kira di atas 20 kilohertz. Frekuensi ini dalam bidang kedokteran dipergunakan dalam 3 hal yaitu pengobatan, destruktif atau penghancuran, dan diagnosis. Hal ini dapat terjadi karena frekuensi yang tinggi memiliki daya tembus jaringan cukup besar [1]. Fan-beam ultrasonik dipancarkan dan gemanya direkam oleh susunan (array) mikrofon melalui transduser (kombinasi alat pengirim dan penerima data). Data-data pantulannya (echo) dikumpulkan, sehingga citra 2D dapat dibentuk, sedangkan citra 3D diperoleh dari pandangan stereoskopik dan rendering dengan teknik Computer Graphics. Hasil yang diperoleh dapat memberikan gambaran yang lebih jelas dan hidup dibandingkan dengan citra 2D. Pada citra 3D ada tambahan satu bidang gambar lagi yang disebut koronal. Gambar yang tampil mirip seperti aslinya. Permukaan suatu benda dapat dilihat dengan jelas. Begitupun keadaan objek dari posisi yang berbeda, sehingga gambarnya dapat diputar tanpa perlu objeknya yang diputar. Meskipun USG 2D memberikan keuntungan dalam beberapa hal, akan tetapi banyak pula dijumpai keterbatasan dalam penggunannya mengingat anatomi obyek yang di-scan dengan alat tersebut adalah berdimensi tiga. Keterbatasan tersebut adalah dalam hal pengukuran volume yang tidak dapat dilakukan secara akurat dan beberapa scan view yang tidak dapat diperoleh secara konvensional [2]. Suatu aplikasi yang dapat mentransformasikan suatu kumpulan data citra 2D ke dalam visualisasi 3D yang mendekati bentuk aslinya sangat diperlukan sehingga para pengguna dapat terbantu untuk mengintepretasikan informasi yang ada. Yulia dkk telah mengembangkan suatu perangkat lunak yang dapat mentransformasikan kumpulan gambar medikal berupa CT-Scan dan MRI dua dimensi ke dalam suatu visualisasi tiga dimensi. Perangkat lunak tersebut juga diintegrasikan dengan suatu sistem informasi yang dapat memberikan detil citra maupun informasi-informasi lain yang berkaitan dengan pasien [3]. Resmi dan Thomas juga telah melakukan pemodelan objek berupa Tumor Glioma secara 3D melalui segmentasi irisan-irisan 2D MRI dengan bantuan aplikasi 3D-DOCTOR. Hasilnya menunjukkan kesesuaian dengan model sebenarnya dan tervalidasi oleh radiolog [4]. Pada penelitian ini, upaya menghasilkan citra USG 3D diperoleh dengan teknik penangkapan citra USG 2D secara timelapsed yaitu setiap frame akan di-capture dengan kecepatan yang lebih rendah daripada kecepatan ketika frame dimainkan, sehingga pergerakan obyek dari posisi awal transduser hingga posisi akhir transduser dapat direkam. Kemudian citra-citra yang diperoleh digunakan untuk merekonstruksi dengan menggunakan aplikasi 3D-DOCTOR menjadi bentuk citra USG 3D dan menganalisisnya menggunakan aplikasi Image-J. II. METODE PENELITIAN A. Desain Penelitian Tata laksana penelitian dilakukan mengikuti diagram alir seperti Gambar 1. Proses pencitraan USG dilakukan dengan menyusun peralatan pencitraan USG seperti Gambar 2. B. Pengolahan dan Rekonstruksi Citra

2 Ayu Fitri Amalia / Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi 119 Proses pengolahan citra diawali dengan proses cropping dengan menggunakan fasilitas aplikasi 3D- DOCTOR. Dalam penggunaan aplikasi 3D-DOCTOR, diawali dengan me-load satu set citra 2D yang telah dinormalisasi yang ingin divisualisasikan menjadi citra 3D. Kemudian dilakukan proses cropping dengan terlebih dahulu menentukan area citra 2D yang dilakukan dengan cara memilih perintah Region of Interest (ROI). dahulu menentukan area citra 2D yang dilakukan dengan cara memilih perintah Region of Interest (ROI). Tahapan selanjutnya dengan menentukan area citra yang akan di-crop yang diwakilkan oleh satu buah citra 2D dengan menarik garis polygon dari satu titik ke titik yang lain sehingga membatasi area yang akan di-crop. Tampilan Crop 3D Image Volume dapat dilihat pada Gambar 3. Satu Persiapan alat dan Bahan Pengaturan posisi transduser,obyek dan frame grabber USG capture Gambar 1. Diagram alir penelitian. TV Pengolahan Citra (.bmp), Rekonstruksi Citra (3D-DOCTOR), & Analisis Citra (Image-J) Video output Video capture Selesai Gambar 2. Peralatan pencitraan USG. Transduser C. Pengolahan dan Rekonstruksi Citra Proses pengolahan citra diawali dengan proses cropping dengan menggunakan fasilitas aplikasi 3D- DOCTOR. Dalam penggunaan aplikasi 3D-DOCTOR, diawali dengan me-load satu set citra 2D yang telah dinormalisasi yang ingin divisualisasikan menjadi citra 3D. Kemudian dilakukan proses cropping dengan terlebih Gambar 3. Tampilan Crop 3D Image By ROI. set data citra 2D yang telah di-crop, secara otomatis telah disimpan oleh 3D-DOCTOR dalam format.tif. Satu set citra tersebut tersimpan sudah dalam keadaan ditumpuk (stacked) sesuai urutannya. Setelah proses cropping, kemudian dilakukan normalisasi citra. Aplikasi ImageJ dapat melakukan proses normalisasi untuk satu set data citra 2D. Selanjutnya tahapan rekonstruksi dilakukan melalui volume rendering dan surface rendering. Pada tahapan ini, satu set citra USG 2D akan direkonstruksi menjadi Gambar 3D. Sebelum direkonstruksi, citra cropping dan stack tersebut dilakukan pemrosesan citra berupa enhance contrast pada aplikasi ImageJ. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengolahan Citra USG Proses pengolahan dan rekosntruksi citra USG dilakukan berasal dari beberapa irisan (slice) citra USG 2D. Pengamatan dilakukan menggunakan teknik perekaman citra secara timelapsed dengan interval perekaman antar-citra 50 ms selama 5 detik yang menghasilkan 100 citra USG 2D. Sehingga citra rahim berdasarkan pergerakan transduser selama 5 menit dapat diperoleh secara keseluruhan. Penggunaan sistem aplikasi perangkat lunak 3D- DOCTOR digunakan untuk meng-crop dan menumpuk satu set citra 2D yang hendak divisualisasikan menjadi gambar 3D. Cropping citra dilakukan agar diperoleh citra yang tertuju langsung ke area obyek yang akan direkonstruksi, sehingga area-area di luar obyek tidak ikut terekonstruksi. Citra-citra yang ter-crop serempak tersebut secara otomatis oleh aplikasi ditumpuk (stack) dan tersimpan dalam format.tif. Hasil proses cropping citra melalui aplikasi 3D-DOCTOR ditunjukkan pada Gambar 4.

3 120 Ayu Fitri Amalia /Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi Gambar 4. Hasil proses cropping citra melalui aplikasi 3D- DOCTOR. Gambar 5. Histogram citra USG 2D setelah di-crop dan di-stack. Kontras citra USG 2D yang telah di-crop dan ditumpuk ditunjukkan melalui gambar histogram melalui aplikasi ImageJ Gambar 5. Dari histogram tersebut, citra USG 2D ini memiliki kurva histogram yang sempit. Sebaran intensitas terang maupun intensitas gelap tidak merata. Pada histogram tersebut titik tergelap berintensitas 0 dan titik paling terang berintensitas 226. Ini berarti titik paling terang tidak mencapai bewarna putih cemerlang yaitu pada intensitas 255. Oleh karena itu, perlu dilakukan peningkatan kontras citra (Enhance Contrast). Citra USG 2D yang telah di-crop dan di-stack dibuka kembali melalui aplikasi ImageJ. Hasil citra stack USG 2D yang telah dilakukan enhance contrast ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 7. Histogram citra stack USG 2D setelah dilakukan enhance contrast. Dari histogram Gambar 7, citra USG 2D tersebut mengalami perataan histogram (histogram equalization). Nilai-nilai intensitas pada citra tersebut diubah sehingga penyebarannya seragam (uniform). Setiap derajat keabuan memiliki jumlah piksel yang relatif sama sehingga histogramnya tersebar merata di seluruh tingkat keabuan. Di sini, citra USG 2D ini memiliki tingkat keabuan dari 0 sampai 255. B. Visualisasi Ultrasonografi Tiga Dimensi Visualisasi obyek USG 3D dalam format.tif menggunakan aplikasi ImageJ. Visualisasi USG 3D yang dilakukan melaui metode volume rendering dan surface rendering. C.Volume Rendering Pada model volume rendering, satu set citra USG rahim 2D akan direkonstruksi menjadi citra USG uterus 3D. Satu set citra 2D tersebut ditumpuk sesuai dengan urutannya setelah sebelumnya dilakukan pengolahan citra. Tumpukan citra-citra inilah yang menjadikan citra volume USG 3D dari citra USG 2D. Pada aplikasi ImageJ, tahapan ini dilakukan melalui 3D Volume Viewer. Hasilnya berupa tampilan citra volume 3D yang dapat ditampilkan melalui koordinat xy (Gambar 8a), koordinat yz (Gambar 8b), dan koordinat xz (Gambar 8c). Gambar 8a. Volume view citra USG uterus 3D melalui koordinat xy. Gambar 6. Citra stack USG 2D setelah dilakukan enhance contrast. Setelah dilakukan enhance contrast, perbedaan antar area terlihat lebih jelas. Histogram citra USG 2D yang telah dilakukan enhance contrast dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 8b. Volume view Citra USG uterus 3D melalui koordinat yz.

4 Ayu Fitri Amalia / Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi 121 permu-kaan dan sisi-sisi bagian belakangnya. Meskipun model surface ini dapat menampilkan bentuk obyek dengan baik, namun tidak memberikan karakteristik lain yang berguna bagi pengamat dalam hal ini dokter. Gambar 8c. Volume view citra USG uterus 3D melalui koordinat. xz. Volume view yang ditampilkan melalui koordinat xy, yz, dan xz belum mempermudah pengamatan struktur fisiologi dari rahim 3D. Meskipun pada koordinat xy, area rahim dapat terlihat lebih jelas dan dapat terbedakan dengan area organ lain disekitarnya. Terutama pada area badan rahim, secara visual terlihat memiliki kedalaman. Jika dilihat dari koordinat yz dan xz, hanya didapatkan slice citra dari satu set citra USG 2D. Citra rahim 3D yang dilihat pada koordinat yz dan xz tersebut tidak menunjukkan kedalaman ataupun ketebalan dari rahim tersebut. Namun, jika citra rahim 3D tersebut pada koordinat xy yang dilihat secara visual, akan terlihat seperti citra rahim 3D permukaan yaitu citra rahim seperti muncul ke permukaan dari area di sekitarnya. Hal ini karena citra rahim 3D tersebut memiliki intensitas yang lebih terang daripada citra di luar area rahim. D.Surface Rendering Model surface rendering ini menampilkan obyek dengan cara pendefinisian permukaan-permukaannya. Surface rendering ini hanyalah sebuah model kosong yang hanya mempresentasikan sisi luar dari obyek karena surface dari obyek tidak memiliki sifat-sifat benda bermassa ataupun informasi tentang inersia.pada aplikasi ImageJ, model surface rendering ini ditampilkan melalui Interactive 3D Surface.Topologi dari citra USG 3D yang menunjukkan kontur-kontur setiap irisan citra 2D yang disusun membentuk obyek. Visualisasi garis kontur setiap irisan ditampilkan secara 3-D pada Gambar 9. Gambar 9. Visualisasi kontur USG 2D. Hasil rekonstruksi model 3D surface rendering ditunjukkan pada Gambar 10. Area yang intensitas keabuannya tinggi (terang) ditarik untuk timbul dari permukaan dengan ketinggian koordinat z yang berbedabeda sesuai dengan tingkat keabuan masing-masing area. Citra rahim USG 3D model surface rendering tersebut menampakkan permukaan terdepan yang menutupi Gambar 10. Citra rahim USG 3D model surface rendering. IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil kajian dan hasil pembahasan tentang upaya visualisasi 3D dari citra USG 2D jamak, dapat ditarik kesimpulan bahwa pada model volume rendering, volume view yang ditampilkan melalui koordinat xy, yz, dan xz belum mempermudah pengamatan struktur fisiologi dari rahim 3D. Meskipun pada koordinat xy, area rahim dapat terlihat lebih jelas dan dapat terbedakan dengan area organ lain disekitarnya. Citra rahim USG 3D model surface rendering menampakkan permukaan terdepan yang menutupi permukaan dan sisi-sisi bagian belakangnya. Meskipun model surface ini dapat menampilkan bentuk obyek dengan baik, namun tidak memberikan karakteristik lain yang berguna bagi pengamat dalam hal ini dokter. UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada rekan-rekan Grup Riset Fisika Citra Program Studi Ilmu Fisika FMIPA UGM dan Unit Radiologi Rumah Sakit JIH Yogyakarta atas kerjasamanya baik dalam diskusi maupun bantuan secara teknis. PUSTAKA [1] Gabriel, J.F, Fisika Kedokteran, Penerbit Buku Kedokteran EGC, Jakarta, 1996 [2] N Thomas, Ji Eun, Lee Jong H., H.P. Dolores, and Bailey Michael J.,Stereoscopic Evaluation of Fetal Bony Structures, Journal of Ultrasound in Medicine, Vo. 27 Issue 1 Januari 2008, pp [3] Yulia, Silvia Rostianingsih, dan Arif Wiratama, Visualisasi Gambar Biomedis Tiga Dimensi Disertai Aplikasi Sistem Informasi Yang Interaktif.Jurnal Informatika Vol. 8 No.2, Surabaya, 2007, hal [4] Resmi S.A & Tessamma Thomas. A semi-automatic method for segmentation and 3D modeling of glioma tumors from brain MRI.Journal Biomedical Science and Engineering, Published Online: journal/jbise/, July 2012, pp

5 122 Ayu Fitri Amalia /Analisis Kualitas Citra Hasil Rekonstruksi Citra Ultrasonografi Dua Dimensi ke Tiga Dimensi TANYA JAWAB Ari Setiawan Jika dari 50 gambar tidak ada yang diinginkan, apa yang akan dilakukan? Dapat dilakukan analisis deteksi tepi ataupun filtering. Jika belum juga diperoleh hasil yang diinginkan lakukan penambahan jumlah citra. Imam Santoso, UGM Bagaimana rekonstruksi yang dilakukan? Apakah tidak berpengaruh dari objek sesungguhnya? Rekonstruksi citra yang dilakukan tidak mempengaruhi bentuk objek tersebut karena histogram hanya memberikan informasi kontras. Purwito, UISA (Universitas Islam Sultan Agung) Apakah efek Doppler dipertimbangkan? Apakah kecepatan geser dapat berpengaruh? Efek Doppler sangat dipertimbangkan sehingga kecepatan transduser mempengaruhi hasil tangkapan citra. Muhtadan, STTN-BATAN Ketika diubah menuju 3D, apakah kontras yang telah diubah tidak memengaruhi informasi selanjutnya? Analisis citra 3D-nya? Belum dianalisis lebih lanjut apakah enhanced contrast mengubah informasi dari objek.