PENERAPAN METODE JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROPAGATION DALAM MENGUKUR TINGKAT KEPARAHAN PENYAKIT OSTEOARTHRITIS RESEARCH DIAN PRATIWI (1012400496) Program Pascasarjana Ilmu Komputer PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA JENJANG S2 UNIVERSITAS BINA NUSANTARA JAKARTA 2011 i
PENERAPAN METODE JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROPAGATION DALAM MENGUKUR TINGKAT KEPARAHAN PENYAKIT OSTEOARTHRITIS RESEARCH DIAN PRATIWI (1012400496) Pembimbing 1 : Pembimbing 2 : Diaz D. Santika, Ir., M.Sc., Dr Tanggal : 31-05-2011 Bens Pardamean, B.Sc. M.Sc. Ph.D Tanggal : 31-05-2011 iii
HALAMAN PERNYATAAN Saya, Dian Pratiwi, NIM 1012400496 menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa tesis saya berjudul Penerapan Metode Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation Dalam Mengukur Tingkat Keparahan Penyakit Osteoarthritis adalah merupakan gagasan dan hasil penelitian/proyek saya sendiri dengan bimbingan Dosen Pembimbing. Saya juga menyatakan dengan sebenarnya bahwa isi tesis ini tidak merupakan jiplakan dan bukan pula dari karya orang lain, kecuali kutipan dari literatur dan atau hasil wawancara tertulis yang saya acu dan telah saya sebutkan di Daftar Acuan dan Daftar Pustaka. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan saya bersedia menerima sanksi apabila ternyata pernyataan saya ini tidak benar. Jakarta, 31 Mei 2011 Yang menyatakan Dian Pratiwi 1012400496 ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya kepada penulis sehingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan tesis penelitian ini tepat pada waktunya. Thesis yang berjudul Penerapan Metode Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation dalam Mengukur Tingkat Keparahan Penyakit Osteoarthritis ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar master di Universitas Bina Nusantara di Jakarta. Pada kesempatan ini, penulis juga ingin menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang dengan tulus ikhlas telah memberikan bantuan serta dorongan kepada penulis dalam menyelesaikan thesis ini, terutama kepada : 1. Prof. Dr. Ir. Harjanto Prabowo MM, selaku Rektor Universitas Bina Nusantara 2. Ir. Sablin Yusuf M.Sc, M.Comp.Sc, selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer Universitas Bina Nusantara 3. Dr. Diaz D. Santika, selaku Dosen Pembimbing Pertama Thesis Penulis di Universitas Bina Nusantara 4. Bens Pardamean M.Sc, Ph.D, selaku Dosen Pembimbing Kedua Thesis Penulis di Universitas Bina Nusantara 5. Dr. Rosiana AS. Sp.Rad, selaku Ahli Radiologi di RSUD Cengkareng yang telah memberikan bantuan kepada penulis dalam pengumpulan datadata riset. 6. Dr. Sumaryono Sp.PD, selaku Ahli Rheumatologi di RS. Usada Insani Tangerang yang telah memberikan bantuan kepada penulis dalam mempelajari kasus osteoarthritis. 7. Keluarga, terutama Ayah dan Ibu yang telah memberikan semangat dan dukungan yang besar kepada penulis dalam menyelesaikan studi S2 ini. 8. Keluarga Besar Teknik Informatika Universitas Trisakti 9. Orang-orang yang penulis kasihi, Rudy, serta para sahabat penulis, Rifky, Maya, Akbar, Rio, Rojib, Jun, dan semua pihak yang tidak bisa penulis vii
sebutkan satu per satu, yang telah memberikan doa dan semangat bagi penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Penulis menyadari bahwa thesis ini masih jauh dari sempurna, baik isi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, kritikan yang sifatnya membangun dari berbagai pihak sangat penulis harapkan. Semoga thesis ini dapat bermanfaat bagi Universitas Bina Nusantara. Jakarta, 31 Mei 2011 Penulis (Dian Pratiwi) viii
DAFTAR ISI Halaman Judul.i Halaman Pernyataan...ii Persetujuan Pembimbing iii Motto...iv Pernyataan Dewan Penguji...v Pernyataan Pemberian Hak Cipta Non Ekslusif...vi Kata Pengantar...vii Abstract...ix Abstrak...x Daftar Isi...xi Daftar Gambar...xiii Daftar Tabel...xiv BAB I PENDAHULUAN...1 I.1 Latar Belakang...1 I.2 Rumusan Permasalahan...3 I.3 Tujuan...4 I.4 Manfaat...4 I.5 Ruang Lingkup...4 BAB II LANDASAN TEORI...6 II.1 Pengolahan Citra (Image Processing)...6 II.1.1 Konversi Warna RGB ke Greyscale...8 II.1.2 Thresholding...8 II.2 Ekstraksi Fitur (Feature Extraction)...9 II.2.1 Ekstraksi Fitur Berdasarkan Intensitas Warna...10 II.2.1.1 Histogram Citra...11 II.2.1.2 Kuantisasi Citra...12 II.2.2 Ekstraksi Fitur Berdasarkan Tekstur...13 II.3 Normalisasi Data...14 xi
II.4 Osteoarthritis...15 II.4.1 Faktor dan Gejala Osteoarthritis...16 II.4.2 Diagnosa X-ray Osteoarthritis...16 II.5 Jaringan Syaraf Tiruan...20 II.5.1 Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation...23 II.5.2 Arsitektur Backpropagation...25 II.5.3 Pemilihan Bobot dan Bias Awal...25 II.5.4 Fungsi Aktivasi...26 II.5.5 Pelatihan Standar Backpropagation...28 II.5.6 Parameter Pelatihan...33 II.5.7 Proses Pelatihan JST (Training)...35 II.5.8 Proses Pengujian JST (Testing atau Mapping) 35 II.5.9 Evaluasi 36 BAB III PROSEDUR DAN METODOLOGI...37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...48 IV. 1 Tahap Pengolahan Citra (Pre-Processing)...49 IV. 2 Ekstraksi Fitur...51 IV. 3 Tahap Pelatihan Jaringan (Training)...54 IV. 4 Tahap Validasi...56 IV. 5 Tahap Pengujian Akhir (Testing)...59 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...62 V. 1 Kesimpulan...62 V. 2 Saran...63 Daftar Acuan Daftar Pustaka Lampiran Riwayat Hidup xii
DAFTAR TABEL Tabel 1. Nilai Output dan Target...46 Tabel 2. Hasil Pengukuran Derajat atau Grade Penyakit Osteoarthritis...47 Tabel 3. Pembagian Data Sampel...49 Tabel 4. Uji Coba Nilai Threshold...50 Tabel 5. Nilai 4 Fitur Tekstur dan Grade dari X-ray Osteoarthritis Full Region...52 Tabel 6. Nilai 4 Fitur Tekstur dan Grade dari ROI X-ray Osteoarthritis...53 Tabel 7. Hasil Training pada X-ray Osteoarthritis Manus denga Persentase Pengenalan 100%...55 Tabel 8. Hasil Diagnosa Grade pada Validasi Citra X-ray Full Region 132 Fitur...57 Tabel 9. Hasil Diagnosa Grade pada Validasi Citra X-ray Full Region 4 Fitur...57 Tabel 10. Hasil Diagnosa Grade pada Validasi Citra ROI X-ray 132 Fitur...57 Tabel 11. Hasil Diagnosa Grade pada Validasi Citra ROI X-ray 4 Fitur...58 Tabel 12. Hasil Diagnosa Grade pada Testing Citra X-ray Full Region 132 Fitur...59 Tabel 13. Hasil Diagnosa Grade pada Testing Citra X-ray Full Region 4 Fitur...59 Tabel 14. Hasil Diagnosa Grade pada Testing Citra ROI X-ray 132 Fitur...60 Tabel 15. Hasil Diagnosa Grade pada Testing Citra ROI X-ray 4 Fitur...60 xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. (a) Citra X-ray 24 bit hasil scan; (b) Citra X-ray8 bit hasil konversi...8 Gambar 2. (a) Citra X-ray Greyscale; (b) Citra X-ray Greyscale setelah Thresholding...9 Gambar 3. Histogram dengan tingkat keabuan 0 255...11 Gambar 4. Struktur Rangka Tangan Manusia...17 Gambar 5. (a)citra X-ray normal atau non osteoarthritis; (b)citra X-ray osteoarthritis...19 Gambar 6. Citra X-ray osteoarthritis dalam berbagai derajat pada Distal Interphalangeal joints : (a) grade 1; (b) grade 2; (c) grade 3; (d) grade 4...19 Gambar 7. Citra X-ray osteoarthritis dalam berbagai derajat pada Proximal Interphalangeal joints : (a) grade 1; (b) grade 2; (c) grade 3; (d) grade 4...19 Gambar 8. Citra X-ray osteoarthritis dalam berbagai derajat pada First Carpometacarpal joint : (a) grade 1; (b) grade 2; (c) grade 3; (d) grade 4...20 Gambar 9. Struktur Neuron Jaringan Syaraf Tiruan...20 Gambar 10. Arsitektur Jaringan Syaraf Tiruan Multilayer...25 Gambar 11. Fungsi Sigmoid Biner, Range [0, 1]...27 Gambar 12. Fungsi Sigmoid Bipolar, Range [-1, 1]...28 Gambar 13. Diagram Kerangka Pikir...38 Gambar 14. Model Jaringan Syaraf Tiruan Sistem...45 Gambar 15. Full Region Manus X-ray dan Ketiga ROI-nya Hasil Pre-Processing...48 Gambar 16. Menu Pre-Processing dan Ekstraksi Fitur...52 Gambar 17. Proses Training 156 Citra ROI dengan 4 Vektor Fitur...54 Gambar 18. Tampilan Proses Validasi 28 Citra X-ray Full Region dengan 132 Fitur...56 xiii