bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penemuan sinar-X oleh fisikawan Jerman, bernama Wilhelm C. Roentgen
pada tahun 1895, memungkinkan manusia untuk pertama kalinya dapat melihat
struktur internal suatu obyek tanpa merusak obyek tersebut. Teknik pencitraan ini
kemudian dikenal dengan teknik radiografi. Walaupun teknik ini sudah dapat
menggambarkan struktur internal obyek, pada beberapa kasus radiografi memiliki
keterbatasan, yakni gambar yang dihasilkan mengalami tumpang tindih. Untuk
mengatasi keterbatasan tersebut, maka dikembangkan teknik pencitraan tomografi
sebagai suatu alternatif pemecahan.
Tomografi dapat didefinisikan sebagai teknik pemetaan besaran fisis
tampang lintang suatu obyek, tanpa melakukan pembelahan maupun merusak
obyek tersebut (Kusminarto, 1991). Tampang lintang obyek diperoleh melalui
serangkaian proses rekonstruksi data proyeksi dengan menggunakan formulasi
matematika yang tepat. Formulasi matematika rekonstruksi obyek, pertama kali
dirumuskan oleh matematikawan Austria bernama J. Radon pada tahun 1917
(Hsieh, 2009). Formulasi matematika tersebut dikenal dengan transformasi
Radon. Pada tahun 1958-an, barulah diketahui bahwa rekonstruksi tomografi
merupakan invers transformasi Radon. Tomografi komputer atau Computed
Tomgraphy Scanner (CT scan) sendiri, pertama kali ditemukan pada tahun 1963,
oleh ilmuwan yang bernama Allan M. Cormack. Pada tahun 1967 oleh Godfrey
N. Hounsfield CT scan dilakukan pengembangan secara klinis untuk pertama
kalinya. Atas jasanya tersebut Cormack dan Hounsfield dianugrahi Nobel dalam
bidang Fisiologi dan Kedokteran pada tahun 1979.
Pada
perkembangannya,
sistem
tomografi
komputer
tidak
hanya
diaplikasikan pada bidang kedokteran (Kak dan Slaney, 1998) melainkan juga
pada bidang industri (Tam dkk., 1990). Pada bidang kedokteran tomografi
komputer digunakan sebagai perangkat diagnosa penyakit atau diagnose radiologi
1
2
dan juga untuk mengetahui kelainan pada tubuh manusia. Pada bidang industri,
tomografi komputer digunakan untuk deteksi dan identifikasi obyek (Coplley
dkk., 1994) yang sering disebut dengan uji tak rusak (Non Destructive Testing).
Karena banyaknya manfaat dari tomografi komputer, maka mulai saat itu dan
hingga sekarang, tomografi komputer banyak dipelajari dan dikembangkan di
seluruh dunia tak terkecuali di Indonesia.
Salah satu Universitas di Indonesia yang mengembangkan tomografi adalah
Universitas Gadjah Mada (UGM), tepatnya di Laboratorium Fisika Atom dan Inti,
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, (FMIPA,
UGM). Grup Riset Fisika Citra (GRFC) berhasil merancang bangun dan
mengembangkan sistem tomografi komputer generasi pertama (Suparta dkk.,
2000). Sistem tomografi ini digunakan untuk menguji pengaruh media kontras
terhadap serapan radiasi (Sukisno, 2002) dan pemetaan kerapatan bahan cair
(Yulianti, 2002). Pada penelitiannya, Sukisno (2002) dan Yulianti (2002)
memperoleh hasil yang baik, namun memerlukan waktu scanning mencapai 35,5
jam untuk memperoleh satu set data sinogram dengan ukuran 127 x 180 piksel2.
Ukuran sinogram 127 x 180 piksel2 memiliki arti bahwa sinogram tersebut
memiliki 180 piksel proyeksi dan 127 piksel ray-sum per proyeksi. Lamanya
waktu scanning ini berdampak pada jumlah dosis radiasi yang diterima obyek
menjadi sangat tinggi serta menjadi tidak efisien. Pada tomografi medis, tingginya
dosis radiasi yang diterima oleh pasien akan menyebabkan kerusakan jaringan
pada tubuh pasien.
Sistem tomografi komputer yang telah dikembangkan oleh Grup Riset Fisika
Citra berpotensi untuk diaplikasikan pada bidang kedokteran dan industri, namun
agar menjadi efisien perlu dilakukan peningkatan terhadap kinerja dari sistem
tomografi ini. Peningkatan kinerja sistem meliputi metode sampling pengambilan
data. Perbaikan pada metode sampling atau pengambilan data dapat mereduksi
waktu pengambilan data. Hal ini juga akan mereduksi jumlah radiasi yang
diterima oleh obyek serta proses scanning menjadi efisien.
Untuk meminimalkan waktu scanning dan meminimalkan jumlah radiasi
yang diterima obyek, metode sampling dapat dilakukan dengan cara memperbesar
3
interval sudut scanning. Misalkan dalam sebuah sinogram lengkap terdapat 180
proyeksi (sudut scanning adalah 1 ), maka dengan membuat sudut scanning
menjadi 10 , jumlah data proyeksi yang diperoleh menjadi 18 data proyeksi. Hal
ini akan mengurangi waktu scanning sebesar 90% dari waktu semula.
Menurunnya waktu scanning akan diikuti dengan menurunnya jumlah radiasi
yang diterima oleh obyek. Semakin menurunnya jumlah data proyeksi maka citra
rekonstruksi yang dihasilkan akan mengalami kerusakan atau cacat (Widodo dkk.,
2014). Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penelitian terkait metode interpolasi
data sinogram untuk memperoleh data sinogram yang lengkap dari sejumlah data
proyeksi yang terbatas. Proses ini dapat mengurangi waktu scanning serta dapat
mengurangi jumlah radiasi tanpa mengurangi kualitas citra yang dihasilkan.
Pada penelitian ini digunakan metode interpolasi data sinogram berbasis
pola sinusoidal. Digunakan pola sinusoidal karean pada transformasi Radon
diketahui bahwa setiap titik diwakili oleh satu pola sinusoidal, maka nilai
intensitas yang dimiliki oleh setiap titik dalam ruang obyek dimiliki juga oleh pola
sinusoidal tersebut pada ruang Radon. Maka secara tidak langsung, jika beberapa
titik data proyeksi diketahui, maka titik data proyeksi yang tidak diketahui dapat
dicari dengan menerapkan persamaan sinusoidal.
Pengujian dilakukan pada sinogram hasil interpolasi dan citra rekonstruksi
hasil sinogram interpolasi. Parameter uji yang digunakan pada pengujian
sinogram hasil interpolasi adalah koefisien korelasi citra. Pengujian pada citra
hasil rekonstruksi sinogram interpolasi terbagi menjadi dua jenis yaitu, pengujian
secara statistik dan numerik. Pengujian secara statistik dilakukan dengan cara
menghitung nilai koefisien korelasi pada citra hasil rekonstruksi terhadap citra
referensi, sedangkan pengujian secara numerik dilakukan dengan cara menghitung
nilai root mean square difference (rmsd) dan error maximum (emax).
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang dikemukakan diatas, dapat dirumuskan permasalahan
sebagai berikut :
4
1. Bagaimana memperoleh data sinogram lengkap dari sejumlah data proyeksi
yang terbatas?
2. Apakah citra tomografi yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram
interpolasi menimbulkan cacat?
3. Bagaimana hubungan citra yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram
interpolasi dengan obyek simulasi (citra referensi)?
4. Bagaimana tingkat kesamaan citra yang diperoleh dari hasil rekonstruksi
sinogram interpolasi dengan obyek simulasi?
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Sistem tomografi komputer yang digunakan adalah sistem tomografi komputer
generasi pertama atau tomografi berkas paralel.
2. Obyek yang digunakan adalah data simulasi yang dibuat menggunakan
software Microsoft Excel.
3. Interval sudut scanning untuk memperoleh data sinogram dibuat tetap.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Membuat suatu perumusan algoritma interpolasi data untuk memperoleh
sinogram lengkap dari sejumlah proyeksi yang terbatas.
2. Memperoleh citra rekonstruksi dari sinogram hasil interpolasi.
3. Mengukur nilai statistik citra yang diperoleh dari hasil rekonstruksi sinogram
interpolasi berupa nilai koefisien korelasi citra.
4. Mengukur nilai numerik citra yang diperoleh dari hasil sinogram interpolasi
berupa nilai rmsd dan emax untuk mengetahui tingkat kesamaan citra.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Mempercepat proses scanning pada sistem tomografi komputer.
2. Dapat mengurangi dosis radiasi yang diterima oleh pasien atau obyek.
5
3. Mereduksi jumlah data sinogram yang disimpan dalam memori komputer
pada sistem tomografi komputer.
4. Menambah sarana penelitian dan pengembangan sistem tomografi komputer
di Jurusan Fisika FMIPA UGM.