Perancangan Sistem Aplikasi Terhadap Penentuan Tulang Osteoporosis Pada Citra X-Ray Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu Muhammad Angga Wiratama 1, M. Reza Faisal 2, Radityo Adi Nugroho 3 1,2,3 Prodi Ilmu Komputer FMIPA UNLAM Jl. A. Yani Km 36 Banjarbaru, Kalimantan selatan 1 Email: ewiratama@rocketmail.com Abstract Femur has a function to support the upper body that causes the femur can be affected by osteoporosis due to its function, it is supported by singh index rating system that has a grade each - each seeing femur bone affected by osteoporosis or normal bone. This study aimed to test the Otsu thresholding method for determining the femur bone osteoporosis and Singh index, the results of the study showed the percentage of correctness of 80 % to determine osteoporotic bone but getting the 31 % to determine the index singh, so the Otsu thresholding method can be concluded successfully to determine the femur bone osteoporosis but did not succeed in determining the index singh. Keywords: Thresholding, Otsu, indeks singh. Abstrak Tulang paha memiliki fungsi untuk menyokong tubuh bagian atas yang menyebabkan tulang paha dapat terkena osteoporosis karena fungsinya, hal ini didukung oleh sistem pemeringkatan indeks singh yang memiliki grade masing - masing melihat tulang paha yang terkena tulang osteoporosis atau tulang normal. Penelitian ini bertujuan untuk menguji thresholding metode otsu untuk menentukan tulang paha yang terkena osteoporosis dan indeks singh, dari hasil penelitian didapatkan hasil presentase kebenaran sebesar 80% untuk menentukan tulang osteoporosis tetapi mendapatkan hasil 31% untuk menentukan indeks singhnya, sehingga thresholding metode otsu dapat disimpulkan berhasil untuk menentukan tulang paha terkena osteoporosis akan tetapi tidak berhasil dalam menentukan indeks singh. Kata kunci : Thresholding, Otsu, indeks singh. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 75
1. PENDAHULUAN Pada penelitian ini, data yang digunakan yaitu tulang fremur/tulang paha yang berfungsi sebagai pemberi dukungan kepada seluruh bagian tubuh, salah satu dari beberapa tulang yang memainkan peran dalam hal berjalan, berlari dan melompat sehingga diasumsikan bahwa dengan fungsi tulang paha ialah maka kemungkinan terjadinya osteoporosis lebih besar. Indeks Singh memiliki grade / tingkatan dimana untuk setiap grade memiliki perubahan kontur tulang yang berbeda, tulang ini memiliki pola tertentu yang menunjukkan apakah seseorang mempunyai arsitektur tulang fremur yang sehat atau sudah menurun kualitasnya sehingga dapat menjadi indikasi terjadinya osteoporosis atau tidak [6]. Analisis dengan memanfaatkan thresholding metode otsu terhadap citra x- ray tulang osteoporosis telah dilakukan oleh beberapa peneliti dimana hasil dari metode otsu mencari nilai ambang yang telah dihitung dengan analisis diskriminan untuk mendapatkan nilai ambang terbaik, setelah itu thresholding mengeksekusi nilai ambang tersebut untuk membagi citra kedalam daerah hitam dan daerah putih dengan tujuan untuk dilakukan perhitungan jumlah piksel [1]. Sehingga diharapkan metode ini dapat digunakan untuk menentukan tulang normal dan tulang osteoporosis dengan indeks singh masing masing. 2. METODE PENELITIAN 2.1 Perencanaan Tahap ini menyangkut studi kebutuhan pengguna baik secara teknis maupun secara teknologi, penjadwalan waktu untuk pengembangan suatu proyek sistem informasi atau perangkat lunak. 2.2 Pengumpulan Data Mempelajari data atau informasi yang sebelumnya sudah dimiliki, jika tidak sesuai dengan yang diharapkan dalam pembuatan sistem maka data tersebut akan dikembangkan lagi sesuai dengan tujuan akhir pembuatan aplikasi. 2.3 Perancangan Pada tahap ini akan dilakukan perancangan sistem berdasarkan dari hasil wawancara dan studi kepustakaan. Perancangan yang dilakukan meliputi desain sistem, desain antarmuka, serta desain database. 2.4 Implementasi Hasil rancangan yang telah dihasilkan akan diimplementasikan menjadi sebuah aplikasi sistem analisis osteoporosis pada citra x-ray tulang paha menggunakan thresholding metode otsu. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 76
DATA BANDING PROSES OTSU PROSES CROPPING PROSES THRESHOLDING PROSES EKUALISIASI PROSES DATA PENGETAHUAN Gambar 1. Proses data pengetahuan [1] DATA UJI PROSES OTSU PROSES CROPPING PROSES THRESHOLDING PROSES EKUALISIASI PROSES PENGECEKAN DENGAN DATA PENGETAHUAN 2.5 Uji Coba Gambar 2. Proses pengecekan citra [1] Hasil implementasi akan di uji coba menjadi sebuah aplikasi sistem analisis osteoporosis pada citra x-ray tulang paha menggunakan thresholding metode otsu. Black box dan hasil output aplikasi yang dihitung presentase kebenarannya. 2.6 Pemeliharaan dan Perawatan Tahap dimana dimulai melakukan pengoperasian sistem, jika diperlukan melakukan perbaikan kecil atas kesalahan yang ada. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 77
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisis Masukan dan Keluaran Kumpulan jurnal Ilmu Komputer (KLIK) Data yang digunakan pada analisis masukan yaitu proses data pengetahuan adalah data citra digital berskala grayscale yang diambil menggunakan x-ray berformat bitmap. Data yang diinput pada proses data pengetahuan adalah nilai untuk menentukan batas tulang osteoporosis dan batas indeks singh tulang. Sedangkan pada analisis keluaran yaitu proses pengecekan citra didapat batas nilai setup dan batas atas indeks singh yang digunakan, Sedangkan hasil keluaran pada proses pengecekan citra adalah berupa hasil analisis citra tulang dengan indikasi terkena osteoporosis atau tidak terkena dengan indeks singh masing masing. 3.2 Analisis Proses Analisis proses bertujuan untuk menganalisis proses apa saja yang bisa dilakukan oleh aktor terhadap sistem. Analisis proses dari sistem ini menggunakan Use Case Diagram yaitu seperti berikut: mengambil <<extends>> user menginput data banding Gambar 3. Use Case Diagram Data Pengetahuan Use Case data pengetahuan menjelaskan interaksi antara user dengan aplikasi dalam hal penginputan data banding dimana user apabila ingin menginput data banding dengan melakukan ambil terlebih dahulu. mengambil <<extends>> user melakukan proses pengecekan citra Gambar 4. Use Case Diagram Proses Pengecekan Citra Use Case proses pengecekan citra menjelaskan interaksi antara user dengan aplikasi untuk melakukan analisa terhadap citra yang diinput dengan mengambil terlebih dahulu. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 78
3.3 Perancangan Proses Kumpulan jurnal Ilmu Komputer (KLIK) Perancangan proses menggunakan Activity Diagram yang bertujuan untuk mengetahui jalur aktivitas pada sistem. Berikut ini merupakan perancangan proses dari sistem dengan menggunakan Activity Diagram seperti pada berikut: User Sistem proses cropping ambil histogram ekilisiasi proses penentuan ROI proses otsu menginput data pengetahuan proses Thresholding menampilkan citra memasukan nilai setup atau batas atas indeks singh yang baru simpan ke tabel tsetup Gambar 5. Activity Diagram Data Pengetahuan user sistem proses cropping ambil histogram ekilisiasi proses penentuan ROI proses otsu proses Thresholding menampilkan citra membandingkan presentase tulang ke dalam setup status tulang Gambar 6. Activity Diagram Proses Pengecekan Citra Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 79
3.4 Perancangan Database Kumpulan jurnal Ilmu Komputer (KLIK) Perancangan database dengan menggunakan ERD (Entitas Relationship Diagram) untuk mengkan hubungan antar entitas. Perancangan basis data terdiri dari beberapa model data, yaitu ERD dan Physical Data Model. a. ERD (Entitas Relationship Diagram) Kode indexsingh pikselhitam totsu presentase pikselputih n threshold klasifikasi idlogin tlogin user pass idsetup menyimpan Memiliki batas4 idsetup batas5 1 tsetup 1 melengkapi Memiliki 1 batas3 nilai setup batas2 Kode1 klasifikasi n ttest indexsingh presentase threshold idsetup b. Physical Data Model Gambar 7. ERD kode idsetup presentase threshold klasifikasi indekssingh pikselputih pikselhitam... totsu char(5) double longblob double char(12) <pk> <fk> idlogin user pass... tlogin varchar(25) varchar(25) <pk> idsetup setup batas2 batas3 batas4 batas5... tsetup double double float float float float <pk> kode1 idsetup indekssingh threshold presentase klasifikasi... Gambar 8. Physical Data Model ttest char(5) double longblob double char(12) <pk> <fk> 3.5 Implementasi Implementasi merupakan tindak lanjut dari perancangan user interface yang telah dibuat pada tahap sebelumnya. Pada penelitian ini, implementasi dilakukan menggunakan bahasa pemrograman delphi 7. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 80
a. Login Gambar 9. Form Login [1] Login digunakan sebagai inisiasi awal untuk memasuki halaman utama aplikasi yang digunakan dengan tujuan untuk membatasi tiap user yang masuk, dengan nama user dan kata sandi tertentu. b. Data Pengetahuan Gambar 10. Form Data Pengetahuan [1] Pada proses data pengetahuan menggunakan data banding yang dilakukan penginputan data untuk dijadikan sebagai nilai acuan dalam menentukan tulang paha yang terkena osteoporosis atau tidak terkena, dengan indeks singh masing masing. Untuk menentukan tulang terkena osteoporosis atau tidak digunakan nilai rata rata dari tulang osteoporosis sebagai nilai acuan [2] sedangkan indeks singh menggunakan batas atas dari range citra tiap indeks singh. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 81
c. Setup Gambar 11. Form setup [1] Form ini digunakan untuk menjadi nilai batas klasifikasi status tulang femur apakah terkena tulang normal atau tulang osteoporosis dan nilai batas indeks singh masing masing. d. Proses Pengecekan Citra Gambar 12. Form Pengecekan Citra [1] Proses pengecekan citra melakukan analisis citra inputan melalui penentuan daerah Region Of Interest agar dapat fokus terhadap daerah yang diinginkan [5] kemudian citra dilakukan proses cropping untuk dilakukan ekualisasi citra, proses ini dapat dilihat pada histogram citra yang memeperlihatkan sebaran derajat keabuan pada citra sebelum sesudah dilakukan ekualisasi sehingga didapat citra ekualisasi, baru setelah itu citra hasil ekualisasi dilakukan perhitungan thresholding metode otsu untuk mendapatkan jumlah piksel hitam dan jumlah piksel putih berdasarkan nilai ambang yang terbaik berdasarkan analisis diskriminan [4]. Output citra hasil yang dihasilkan Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 82
yaitu berupa citra biner yang telah memiliki klasifikasi tulang dan jenis indeks singh masing masing. 3.6 Uji Coba dan Evaluasi Tahap uji coba menggunakan analisis black box yang dilakukan dengan cara memberikan input yang valid dan non valid ke sistem dengan beberapa kondisi tertentu untuk mengetahui apakah sistem dapat tetap berjalan dan apakah output yang dihasilkan sudah sesuai dengan harapan atau tidak [3]. Adapun uji coba yang dilakukan sebagai berikut: a. Uji coba form login b. Uji coba form data pengetahuan c. Uji coba form setup d. Uji coba form pengecekan citra Pada tahap uji coba form pengecekan citra menggunakan data tulang normal sebanyak 10 citra, data tulang osteoporosis sebanyak 15 citra, data tulang indeks singh 2 sebanyak 1 citra, data tulang indeks singh 3 sebanyak 1 citra, data tulang indeks singh 4 sebanyak 4 citra dan tulang indeks singh 5 sebanyak 6 citra. Hasil dari uji coba form tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 1. Hasil Uji Coba Form Pengecekan Citra Klasifikasi Tulang Osteoporosis dan Tulang Normal [1]. Hasil Klasifikasi klasifkasi Kode Hasil Presentase menurut data form Kebenaran banding pengecekan citra B0001 50,07 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0002 51,42 Osteoporosis Normal Salah B0003 49,85 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0004 47,99 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0005 50,85 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0006 53,68 Osteoporosis Normal Salah B0007 50,6 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0008 50,57 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0009 50,34 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0010 49,61 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0011 50,83 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0012 50,12 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0013 55,95 Osteoporosis Normal Salah B0014 47,06 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0015 45,61 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0016 53,12 Osteoporosis Normal Salah B0017 49,71 Osteoporosis Osteoporosis Benar B0018 52,2 Normal Normal Benar B0019 50,82 Normal Osteoporosis Salah B0020 50,74 Normal Osteoporosis Salah B0021 51,5 Normal Normal Benar B0022 51,3 Normal Normal Benar B0023 51,37 Normal Normal Benar Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 83
Kode Presentase Klasifikasi menurut data banding Kumpulan jurnal Ilmu Komputer (KLIK) Hasil klasifkasi form pengecekan citra Hasil Kebenaran B0024 52,35 Normal Normal Benar B0025 51,22 Normal Normal Benar B0026 56,94 Normal Normal Benar B0027 57,13 Normal Normal Benar B0028 58,13 Normal Normal Benar B0029 51,76 Normal Normal Benar B0030 52,67 Normal Normal Benar B0031 51,9 Normal Normal Benar B0032 51,83 Normal Normal Benar B0033 55,75 Normal Normal Benar B0034 51,56 Normal Normal Benar B0035 51,91 Normal Normal Benar B0036 53,12 Normal Normal Benar B0037 53,1 Normal Normal Benar B0038 50,6 Normal Osteoporosis Salah B0039 53,2 Normal Normal Benar B0040 51,38 Normal Normal Benar B0041 46,83 Normal Osteoporosis Salah Dari hasil uji coba yang dimiliki menurut tabel 1, hasil uji benar berjumlah 33 macam sedangkan data yang memiliki status uji tidak benar berjumlah 8 macam dan untuk melakukan perhitungan keakuratan aplikasi menggunakan rumus [2] : Data yang benar Akurasi = Jumlah data uji 33 x 100% = x 100% = 80 % 41 Tabel 2. Hasil Uji Coba Form Pengecekan Citra Klasifikasi Tulang Indeks Singh [1]. Indeks Hasil singh Indeks Kode Hasil uji menurut Presentase singh form coba data pengecekan banding citra B0001 2 50,07 2 Benar B0002 3 51,42 3 Benar B0018 4 52,2 4 Benar B0019 4 50,82 2 Salah B0020 4 50,74 2 Salah B0021 4 51,5 3 Salah B0022 4 51,3 2 Salah B0023 4 51,37 3 Salah B0024 4 52,35 4 Benar B0025 4 51,22 2 Salah B0026 5 56,94 6 Salah B0027 5 57,13 6 Salah Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 84
Kode Indeks singh menurut data banding Presentase Kumpulan jurnal Ilmu Komputer (KLIK) Hasil Indeks singh form pengecekan citra Hasil uji coba B0028 5 58,13 6 Salah B0029 5 51,76 6 Salah B0030 5 52,67 5 Benar B0031 5 51,9 3 Salah Dari hasil uji coba menurut tabel 2, hasil uji benar berjumlah 5 macam sedangkan data yang memiliki status uji tidak benar berjumlah 11 macam dan untuk melakukan perhitungan keakuratan aplikasi menggunakan rumus [2]: Data yang benar Akurasi = Jumlah data uji x 100% = 5 x 100% = 31 % 16 3.7 Pembahasan Tabel dibawah mendeskripsikan range data klasifikasi tulang, batas atas indeks singh berdasarkan data banding yang dimiliki. indeks singh Tabel 3. Tabel range data klasifikasi tulang dan batas atas indeks singh range data batas atas indeks klasifikasi pengetahuan singh jumlah data 2 51,05 51,36 tulang osteoporosis 51,36 2 3 49,25 52,01 tulang osteoporosis 52,01 9 4 50,5 52,48 tulang normal 52,48 20 5 50,68 54,08 tulang normal 54,08 10 Apabila kita melihat pada tabel 3 terdeskripsi bahwa range data tulang osteoporosis yaitu 49,25 52,01 dengan indeks singh 2 hingga indeks singh 3 dan untuk range data tulang normal pada indeks singh 4 hingga indeks 5 dengan range data 50,5 54,08. Sehingga untuk menentukan klasifikasi tulang normal dan tulang osteoporosis menggunakan nilai setup yang dihitung melalui rata - rata dari range tulang osteoporosis sebesar 51,06 seperti pada tabel 3, jadi apabila presentase tulang melebihi nilai setup 51,06 maka tulang normal dan apabila presentase dibawah nilai setup 51,06 maka tulang osteoporosis dari nilai setup tersebut didapat akurasi aplikasi untuk menentukan tulang osteoporosis dan tulang normal sebesar 80%. Kemudian range data minimum dan batas maksimum yang berpotongan antara grade 3 hingga grade 5, diantaranya range nilai indeks 2 49,25 52,01, indeks singh 4 memiliki range nilai 50,5 52,48 dan range nilai indeks singh 5 sebesar 50,68 54,08 hal ini yang menyebabkan sulit untuk menentukan batas tiap tiap indeks singh yang dimiliki dengan otsu thresholding. Akan tetapi pada penelitian ini dicoba menggunakan batas atas tiap indeks singh yang telah didapat Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 85
melalui proses data pengetahuan setelah sebelumnya dilakukan perhitungan yang lain menggunakan nila tengah dan rata rata tiap indeks singh. Sehingga didapat akurasi aplikasi sebesar 31% untuk menentukan tulang indeks singh,dari hasil tersebut bisa disimpulkan bahwa dalam penelitian ini thresholding metode otsu kurang tepat untuk menentukan grade indeks singh tiap citra yang diinput. Hal tersebut mungkin disebabkan oleh kurangnya data citra yang dimiliki seperti data yang dimiliki untuk grade indeks singh tidak merata, semisal untuk data banding grade indeks singh 2 hanya berjumlah 2 data sedangkan data grade indeks singh 4 berjumlah 18 data citra. 4. KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah : a. Thresholding metode otsu dalam pengimplementasiannya untuk menentukan tulang osteoporosis mendapatkan hasil akurasi aplikasi sebesar 80 %. b. Hasil implementasi thresholding metode otsu gagal untuk digunakan terhadap penentuan indeks singh, karena prosentase akurasi aplikasi sebesar 31%, hal ini dikarenakan sebaran data citra yang dimiliki kurang merata. c. Thresholding metode otsu dapat digunakan untuk menentukan klasifikasi citra digital tulang femur akan tetapi thresholding metode otsu kurang tepat digunakan untuk menentukan indeks singh citra digital tulang femur. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 86
DAFTAR PUSTAKA [1] Wiratama, M. Angga, Analisis Osteoporosis Pada Citra X-Ray Tulang Paha Menggunakan Thresholding Metode Otsu,Banjarbaru, Hal 1 67, 2015. [2] Cahyaningsih, S, 2010, Deteksi osteoporosis dengan tresholding Metode otsu pada citra x-ray tulang rahang, Malang: Jurusan Fisikan Fakultas Sains dan Teknologi UIN. [3] Dondeti, Jagruthi dan Nindra, Srinivas, 2012, Black Box And White Box Testing. International Journal of Embedded Systems and Applications, Vol 2. No. 2. [4] Gonzalez, R.C dan Woods, R.E. 2004, Digital Image Processing Second Edition, New Jersey: Prentice Hall. [5] Munir, R, 2004, Pengolahan citra digital dengan pendekatan algoritimik. bandung: Informatika. [6] Salamat, M. R, 2010, Comparison of Singh index accuracy and dual energy X-ray absorptiometry bone mineral density measurement for evaluating osteoporosis, Iran: Departement of Medical Physics and Medical Engineering. Penentuan Osteoporosis Tulang Paha Dengan Thresholding Metode Otsu (M. Angga W) 87