sistem identifikasi keberadaan kanker serviks dari

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
KO-86
SISTEM IDENTIFIKASI KEBERADAAN KANKER SERVIKS DARI CITRA
EPITEL KANKER SERVIKS DENGAN MIKROSKOP TERMODIFIKASI
DIGITAL DAN CITRA KANKER SERVIKS CT-SCAN
Amar Vijai Nasrulloh∗ , Ika Kustiyah Oktaviyanti, Arfan Eko Fahrudin, Eko Suhartono,
Marjuni, dan Galih Nur Iman
Lembaga Penelitian Universitas Lambung Mangkurat
Jl. Brigjend H. Hasan Basry, Kayu Tangi, Banjarmasin 70123
Tel. (0511) 3302789
∗
e-Mail: [email protected]
Disajikan 29-30 Nop 2012
ABSTRAK
Kanker serviks atau kanker leher rahim adalah salah satu penyebab kematian nomor satu yang sering terjadi pada perempuan di Indonesia. Diantara metode untuk mendeteksi keberadaan atau jenis kanker serviks adalah dengan metode pap smear
dan pembacaan citra scanning CT-Scan (Computer Tomography Scanning). Pap smear adalah pemeriksaan sel yang diambil
dari serviks secara mikroskopik. Mengingat pentingnya penggunaan mikroskop dalam prosedur Pap smear sehingga diperlukan inovasi integrasi untuk mengembangkan mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah
dengan sumber cahaya bervariasi yang terintegrasi dengan modul perangkat lunak pengolahan citra digital. Berdasarkan hasil
yang diperoleh dalam perancangan dan pembuatan Pengembangan mikroskop optik menjadi mikroskop termodifikasi digital dan
mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat menangkap citra sel epitel pada prosedur pap smear. Mikroskop termodifikasi
digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah telah melalui proses kalibrasi ukuran citra digital dari dimensi piksel
menjadi micrometer (µm) dalam bentuk modul perangkat lunak pengukur dalam dimensi micrometer. Modul perangkat lunak
pengolah data dari mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat mengidentifikasi luas
inti sel epithel serviks dalam kisaran kategori normal, atypia (atipik) dan SIL (displasia) guna membantu dokter dalam meminimalisasi negatif palsu pada pemeriksaan papsmear. Data citra CT-Scan pasien kanker serviks dilakukan proses segmentasi.
Hasil proses segmentasi dapat ditunjukkan oleh bagian serviks yang terinfeksi oleh kanker yang dilabeli atau ditandai dengan
garis warna putih sehingga proses diagnosa lebih optimal dan memudahkan penentuan stadium kanker serviks. Kumpulan data
citra kanker serviks dari CT-Scan dalam 2D menjadi file stack (tumpukan citra dalam satu file) dapat ditampilkan secara berurutan. Proses selanjutnya dilakukan transformasi tumpukan citra dalam 3D yang dapat menampilkan tumpukan citra dalam
koordinat 3D.
Kata Kunci: Kanker serviks, pap smear, citra CT-Scan, mikroskop termodifikasi digital, segmentasi
I.
PENDAHULUAN
Kanker serviks atau kanker leher rahim adalah
penyebab kematian nomor satu yang sering terjadi
pada perempuan di Indonesia. Namun informasi mengenai hal ini belum banyak diketahui karena kanker
serviks sering tidak menimbulkan gejala atau keluhan
sehingga perempuan datang ke dokter dalam kondisi yang sudah terlambat.[1] Tingginya angka kematian itu merupakan akibat terlambatnya penanganan,
karena sebagian besar atau sekitar 70% pasien yang berobat ke dokter sudah dalam kondisi stadium lanjut.[2]
Salah dua dari beberapa macam cara untuk mendeteksi keberadaan atau jenis kanker serviks adalah dengan metode pap smear dan pembacaan citra scanning
CT-Scan (Computer Tomography Scanning). Kanker
serviks adalah kanker yang berasal dari epitel servik
uterus (leher rahim). Epitel ini sebelum menjadi kanker,
berubah dulu menjadi sel displasia (squamous intra
epitelial lesion (SIL) low grade dan High grade), baru
menjadi kanker serviks. Sel epitel baik yang normal,
maupun yang mengalami perubahan (SIL), sel atipik
dan sel kanker dapat terlihat pada preparat papsmear
sehingga papsmear dapat digunakan sebagai alat untuk mendeteksi apabila ada sel serviks yang sudah
mulai berubah, maupun sel yang ganas. Pap smear
adalah pemeriksaan sel yang diambil dari serviks secara mikroskopik. Secara sitologi, sel intermediate epitel skuamous serviks yang normal, besar intinya 35Prosiding InSINas 2012
0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
50 µm2 , sementara yang atipik 100 µm2 , dan yang SIL
lebih dari 125 µm2 . Ratio inti/sitoplasma sel epitel
normal +, pada yang atipik ++, pada yang SIL ++++
. Pada pemeriksaan papsmear, sering mengalami kesulitan untuk menentukan apakah sel tersebut atipik
atau kah SIL terutama yang Low grade karena pada
mikroskop biasa tidak bisa mengukur besarnya inti secara tepat. Banyak hasil papsmear yang diagnosa hanya
normal atau atipik. Sangat sedikit yang terdiagnosa
SIL.[3] Mikroskop digital secara umum terdiri dari tiga
bagian yaitu, mikroskop optik, module akuisisi data
(berupa CCD camera atau webcam) dan perangkat lunak pemroses citra digital. Hasil akuisisi citra digital yang diperoleh dari mikroskop digital dapat disimpan dalam bentuk file image (gambar) dan selanjutnya dapat dilakukan proses pengolahan citra. Pengolahan citra merupakan proses pengolahan dan analisis
citra yang banyak melibatkan persepsi visual. Proses ini
mempunyai ciri data masukan dan informasi keluaran
yang berbentuk citra.[4]
ImageJ merupakan suatu perangkat lunak bersifat
open source untuk aplikasi pengolahan citra dan dapat
membaca hampir semua format citra medis.[5] Mengingat pentingnya penggunaan mikroskop dalam prosedur Pap smear sehingga diperlukan inovasi integrasi
mikroskop optik dengan komputer untuk menjadikannya mikroskop digital dengan sumber cahaya bervariasi yang terintegrasi dengan modul perangkat lunak pengolahan citra digital. Diharapkan dengan mikroskop
yang punya alat kalibrasi ukuran sel, dapat meminimalisasi negatif palsu pada pemeriksaan papsmear. Selain itu dengan teknik pengolahan citra dengan ImageJ,
maka dapat melakukan proses segmentasi area kanker
serviks dari citra CT-Scan. Selain itu untuk meningkatkan informasi medis pada citra CT-Scan area kanker
serviks, dapat dilakukan rekonstruksi dala 3 Dimensi
(3D).
Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah mengembangkan dua jenis mikroskop optik menjadi mikroskop
digital dengan variasi warna sumber cahaya dan
mikroskop digital berbasis kamera inframerah untuk
menangkap citra pada prosedur pap smear, adanya
modul perangkat lunak pengolah data dari mikroskop
digital hasil modifikasi untuk mikroskop digital variasi warna sumber cahaya dan mikroskop digital inframerah yang dapat mengidentifikasi perubahan bentuk dan ukuran epithel serviks guna membantu dokter
dalam melakukan analisa pada prosedur pap smear sehingga hasil analisa lebih optimal, adanya modul perangkat lunak pengolah data citra kanker serviks dari
CT-Scan untuk melakukan segmentasi/lokalisasi keberadaan kanker serviks sehingga identifikasi bentuk
kanker serviks lebih optimal dan memudahkan penentuan stadium kanker serviks, adanya modul perangkat
lunak pengolah data citra hasil segmentasi/lokalisasi
KO-87
keberadaan kanker serviks dalam 2D (2 Dimensi) tersebut menjadi stack (tumpukan) data CT-Scan 2D untuk
selanjutnya ditransformasikan dalam bentuk 3D (3 Dimensi).
Pendekatan pemecahan masalah ini adalah dengan
mengembangkan prototype mikroskop termodifikasi
digital terkalibrasi dalam dimensi micrometer untuk
membantu prosedur papsmear dan modul perangkat
lunak untuk melokalisir area kanker serviks pada citra
CT-Scan pasien kanker serviks.
II.
METODOLOGI
Penelitian ini terdiri atas empat tahap kegiatan
utama. Tahap pertama yakni perancangan mikroskop
termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah berserta kalibrasinya. Tahap ketiga
yaitu pengembangan modul perangkat lunak untuk
melokalisir area kanker serviks pada citra CT-Scan
pasien kanker serviks dengan proses segmentasi. Tahap
terakhir adalah rekonstruksi 3D pada citra CT-Scan
pasien kanker serviks hasil proses segmentasi.
Proses pertama yang dilakukan pada perancangan
mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah adalah pembuatan power
supply sebagai sumber energi listrik bagi sumber cahaya lampu LED (Light Emitting Diode) dan LED inframerah bagi mikroskop termodifikasi digital inframerah beserta penempatannya. Proses berikutnya adalah
melakukan modifikasi sumber cahaya asal dengan LED
dan LED inframerah. Proses selanjutnya yaitu pemasangan webcam pada komponen penangkap citra
berukuran mikro yang dalam hal ini mikroskop yang
selanjutnya dihubungkan dengan Unit Pemroses Citra
Digital dan untuk selanjutnya menjadi Mikroskop Termodifikasi Digital dan Mikroskop Termodifikasi Digital Inframerah. Kedua prototype ini dapat terlihat dengan jelas pada G AMBAR 1 untuk mikroskop termodifikasi digital dan G AMBAR 2 untuk mikroskop termodifikasi digital inframerah.
Sebelum dilakukan pemakaian pada sampel
papsmear, maka dilakukan kalibrasi ukuran specimen menggunakan micrometer eyepiece dengan
resolusi antar garis mencapai 100 µm (mikrometer)
yang diterapkan pada mikroskop termodifikasi digital
berbasis perangkat lunak ImageJ. Micrometer eyepiece
sebagai kalibrator ini dapat terlihat pada G AMBAR 3.
Setelah proses kalibrasi dilakukan, maka didapatkan
nilai perbandingan antara skala piksel pada citra digital
dengan skala micrometer sehingga dapat dilakukan
operasi transformasi dimensi micrometer pada citra
digital hasil penggunaan mikroskop termodifikasi
digital. Proses selanjutnya adalah pengukuran luas
inti sel epitel serviks pada prosedur pap smear melalui
pengukuran diameter inti sel epitel. Bentuk inti sel
sendiri dapat berupa lingkaran atau elips.
Prosiding InSINas 2012
0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
KO-88
G AMBAR 1: Mikroskop Termodifikasi Digital
Proses segmentasi untuk melokalisir area kanker
serviks pada data citra CT-Scan pasien kanker serviks
terdiri atas beberapa tahapan. Tahap pertama adalah
duplikasi citra input untuk diproses lebih lanjut tanpa
mengubah citra asal. Tahap kedua yaitu mengubah
citra berwarna (RGB) dari citra hasil duplikasi menjadi
citra keabuan (grayscale). Tahap ketiga adalah menentukan daerah Region Of Interest (ROI) untuk meminimalisir langkah pengolahan citra digital hanya pada
area serviks saja sehingga meningkatkan ketepatan pengolahan yang dilakukan. Untuk tahap keempat dilakukan proses pengambangan atau thresholding, sedangkan pada tahap kelima dilakukan operasi morfologi terhadap citra biner hasil pengambangan, dengan
operasi erosi, fill holes dan dilasi. Adapun tahap akhir
adalah penggabungan/penumpukan citra hasil operasi
morfologi yang diambil outline-nya saja dengan citra
asal.
Proses selanjutnya yaitu proses pengolahan data
citra 2D menjadi stack (tumpukan) data CT-Scan 2D
dan untuk selanjutnya ditransformasikan kedalam bentuk 3D. Pada pengolahan data citra 2D menjadi stack
terdiri atas tahapan pemilihan citra-citra yang akan dijadikan stack, kemudian ditempatkan pada satu lokasi
file lalu pengurutan citra-citra untuk selanjutnya dijadikan satu file stack. Pada transformasi 3D dari file
stack adalah dengan melakukan pengaturan jarak antar
citra, kemudian transformasi 3D file Stack dengan Library Java 3D. Library pendukung ini dapat terintegrasi
dengan ImageJ dan bersifat open source serta dalam
bentuk paket modul pendukung pengolahan citra. Library pendukung ini mempunyai kemampuan berinteraksi dalam lingkungan dan visualisasi 3D. Library pendukung ini dapat mempermudah pengembangan perangkat lunak pengolahan citra medis terbangun dalam
bentuk 3D[20].
G AMBAR 2: Mikroskop Termodifikasi Digital Inframerah
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan citra kalibrator pada setiap perbesaran
didapatkan perbandingan jarak antar garis 100 µm
dalam piksel. Dengan demikian didapatkan nilai kesetaraan piksel dam mikrometer pada citra masingmasing perbesaran.
TABEL 1 dan TABEL 2 masingmasing menunjukan perbandingan panjang garis kalibrator pada mikroskop termodifikasi digital dan
mikroskop termodifikasi digital inframerah.
Perancangan dan pembuatan pada mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital
inframerah seperti terlihat pada G AMBAR 1 dan G AM BAR 2 mempunyai kelebihan dalam penggunaan sumber cahaya LED. Variasi warna LED dapat dilakukan
dengan memasang dan mencabut LED tersebut seProsiding InSINas 2012
0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
KO-89
G AMBAR 5: Citra kalibrator menggunakan mikroskop termodifikasi digital inframerah pada perbesaran 1000×
G AMBAR 3: Micro eye piece dengan ketelitian 100 µm antar garisnya sebagai kalibrator.
dilakukan juga pada perbesaran 40×, 64×, 100×, 160×,
640×, 1000× dan 1600×. Pada G AMBAR 5 menunjukkan
citra dari kalibrator dengan menggunakan mikroskop
digital inframerah dengan perbesaran 1000×, proses ini
dilakukan juga pada perbesaran 40×, 100×, dan 400×.
TABEL 1: Hasil kalibrasi 20 data mikroskop termodifikasi digital
terhadap jarak 100 µm dalam satuan piksel
Perbesar- Rata- Deviasi
an
Rata Standar
G AMBAR 4: Citra kalibrator menggunakan mikroskop termodifikasi digital pada perbesaran 400×
cara langsung sesuai dengan warna yang diinginkan.
Berdasarkan hasil akuisisi citra digital terhadap sel epitel serviks terlihat bahwa warna putih memiliki visual
pengamatan yang paling bagus diantara warna yang
lain dan terlihat lebih alami. Untuk mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat menggunakan LED inframerah dan LED putih. Penggunaan LED inframerah tidak menghasilkan citra sel epitel yang bagus,
hal ini dikarenakan sel epitel serviks pada prosedur
papsmear sudah merupakan sel mati sehingga kurang
dapat menyerap/memantulkan gelombang inframerah
sehingga tetap menggunakan LED putih.
Pengambilan data proses kalibrasi pada mikroskop
termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dilakukan sebanyak 20 lapang pandang
yang berbeda untuk setiap perbesaran. G AMBAR 4 menunjukkan citra dari kalibrator dengan menggunakan
mikroskop digital dengan perbesaran 400×, proses ini
40×
100×
400×
1000×
64×
160×
640×
1600×
21
52
210
537
33
86
345
860
0,9
1,1
5,1
6,0
0,6
2,3
4,6
5,7
Deviasi
Standar
Rerata
0,2
0,4
1,2
1,4
0,1
0,5
1,1
1,3
Hasil
Pengukuran
21±0,2
52±0,4
210±1,2
537±1,4
33±0,1
86±0,5
345±1,1
860±1,3
TABEL 2: Hasil kalibrasi 20 data mikroskop termodifikasi digital
inframerah terhadap jarak 100 µm dalam satuan piksel
Perbesar- Rata- Deviasi
an
Rata Standar
40×
100×
400×
1000×
10
27
108
260
0,1
0,1
0,2
0,4
Deviasi
Standar
Rerata
0,2
0,4
0,2
0,4
Hasil
Pengukuran
10±0,1
27±0,1
108±0,2
260±0,4
Nilai rata-rata pengukuran kalibrasi dijadikan sebagai nilai kesebandingan skala micrometer terhadap pikProsiding InSINas 2012
0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
KO-90
sel untuk selanjutnya dimasukkan dalam modul perangkat lunak sehingga area citra digital dapat ditansformasikan dalam satuan micrometer. G AMBAR 6 menunjukkan citra digital hasil penggunaan mikroskop
termodifikasi digital yang sudah dalam dimensi micrometer sehingga dapat dilakukan perhitungan luas
inti sel. Terdapat setidaknya 5 inti sel yang ditandai untuk selanjutnya dilakukan pengukuran.
G AMBAR 7: Pemilihan terhadap lima inti sel epitel serviks menggunakan mikroskop termodifikasi digital inframerah
G AMBAR 6: Pemilihan terhadap lima inti sel epitel serviks menggunakan mikroskop termodifikasi digital
Terdapat 5 inti sel yang dipilih untuk diukur diameternya dan selanjutnya dilakukan perhitungan luasnya.
TABEL 3 menunjukkan perhitungan luas inti sel.
TABEL 3: Ukuran inti sel epitel serviks menggunakan perangkat
lunak mikroskop termodifikasi digital
No.
1
2
3
4
5
Besar
(µm)
Diameter
Luas (µm2 )
7,03
7,24
7,68
7,31
7,40
38.80
41.15
46,30
41.95
42.99
Kategori
(Asumsi)
Normal
Normal
Normal
Normal
Normal
G AMBAR 7 menunjukkan citra digital hasil penggunaan mikroskop termodifikasi digital inframerah yang
sudah dalam dimensi micrometer.
Seperti pada proses sebelumnya, terdapat 5 inti sel
yang dipilih untuk diukur diameternya dan selanjutnya
dilakukan perhitungan luasnya. TABEL 4 menunjukkan
perhitungan luas inti sel.
Hasil pengukuran inti sel ini tentu sangat membantu dokter dalam melakukan diagnosa terhadap jenis inti sel pada prosedur papsmear kasus kanker
serviks. Penggunaan mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah ini
tentunya diharapkan dapat memberikan kepastian secara kuantitatif mengenai ukuran inti sel sehingga da-
TABEL 4: Ukuran inti sel epitel serviks menggunakan perangkat
lunak mikroskop termodifikasi digital inframerah
Spesimen
Inti sel 1
Inti sel 2
Inti sel 3
Inti sel 4
Inti sel 5
Luas (µm2 )
62.56
50.08
149.67
131.16
63.26
Kategori (asumsi)
Normal +
Normal
SIL
SIL
Normal +
pat membantu dokter dalam mengambil keputusan
dan meminimalisir negative palsu pada pemeriksaan
papsmear.
Pada segmentasi Citra CT-Scan pasien Kanker
Serviks, sebelum dilakukan segmentasi terhadap citra
CT-scan harus diketahui lebih dahulu ciri-ciri bagian organ yang terindikasi kanker berdasarkan petunjuk dari
dokter spesialis yang berkompeten. Berdasarkan informasi yang diperoleh dari dokter tersebut menjadi dasar
untuk penentuan Region Of Interest (ROI) bagian citra
yang terindikasi terinfeksi kanker. G AMBAR 8 menunjukan citra CT-Scan pasien kanker serviks sebelum dilakukan proses segmentasi.
Hasil proses segmentasi dengan langkah-langkah
yang telah dijelaskan sebelumnya dapat ditunjukkan
bagian serviks yang terinfeksi oleh kanker yang dilabeli atau ditandai dengan garis warna putih. Dari
G AMBAR 9 dapat dilihat bahwa garis putih yang menjadi penanda bagian organ yang terinfeksi kanker,
dilokalisir dengan bagian organ yang tidak terinfeksi berdasarkan intensitas warna keabuan yang dimilikinya.
Prosiding InSINas 2012
0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
KO-91
BAR 10 menunjukkan dengan jelas posisi urutan citra
yang ditumpuk dan jumlah total tumpukan citra. Selain itu pada file stack ini tumpukan citra dapat ditampilkan/dijalankan secara berurutan. Jumlah citra
yang dijadikan file stack ini 10 buah citra mengingat hanya beberapa citra saja yang mengandung area
kanker serviks dari keseluruhan citra CT-Scan yang
ada.
G AMBAR 8: Citra CT-Scan pasien kanker serviks
G AMBAR 10: Citra Stack (tumpukan citra)
Pada proses transformasi tumpukan citra ke dalam
bentuk 3D pada G AMBAR 11 menunjukkan tumpukan
citra dalam koordinat 3D dengan sumbu koordinat x,y
dan z terlihat pula pada tampilan 3D dari G AMBAR 11
tersebut. Adapun kekurangan dari tampilan 3D ini
adalah terlihat kurang jelasnya area kanker serviks hasil
proses segmentasi mengingat batas area yang kurang
jelas.
IV.
G AMBAR 9: Citra CT-Scan pasien kanker serviks hasil prose segmentasi
Pada proses penumpukan (Stack) Citra-Citra CTScan Tersegmentasi, hasil penumpukan citra-citra yang
telah diurutkan dan diletakkan dalam satu folder dalam
bentuk file stack dapat terlihat pada G AMBAR 10. G AM -
KESIMPULAN
Berdasarkan metode dan hasil yang diperoleh dalam
penelitian ini, maka dapat diambil kesimpulan berikut:
1. Pengembangan mikroskop termodifikasi digital dengan variasi warna sumber cahaya dan
mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat
menangkap citra sel epitel pada prosedur pap
smear.
2. Modul perangkat lunak pengolah data dari
Prosiding InSINas 2012
0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.
KO-92
[2] http://www.mediaindonesia.com/
read/2011/03/03/211011/71/14/Tiap-JamSatu-Penderita-Kanker-Serviks-di-IndonesiaMeninggal diakses pada tanggal 28 November
2011.
[3] Thomas AB dan Yener SE, ”Gynecologic Cytopathology.” Lippincott Philadelphia, New York.
1997.
[4] Jain, A. K. ”Fundamentals of Digital Image Processing.” Prentice Hall. 1995.
[5] Abramoff MD, Magalhaes PJ and Ram SJ. ”Image Processing with ImageJ”, Biophotonics International, 11(7):36-42, 2004.
G AMBAR 11: Citra dalam bentuk 3D
mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop
termodifikasi digital inframerah dapat mengidentifikasi luas inti sel epithel serviks dalam kisaran
kategori normal, atypia (atipik) dan SIL (displasia)
guna membantu dokter dalam meminimalisasi
negatif palsu pada pemeriksaan papsmear.
3. Modul perangkat lunak dengan tahapan-tahapan
pengolahan data citra kanker serviks dari CTScan untuk melakukan segmentasi/lokalisasi keberadaan kanker serviks dapat mengidentifikasi
bentuk dan batas kanker serviks sehingga proses
diagnosa lebih optimal dan memudahkan penentuan stadium kanker serviks.
4. Pengolahan kumpulan data citra kanker
serviks dari CT-Scan dalam 2D menjadi file
stack (tumpukan citra dalam satu file) dapat
menampilkan citra-citra secara berurutan dan
mentransformasikan tumpukan citra dalam 3D dapat menampilkan tumpukan citra dalam koordinat
3D.
DAFTAR PUSTAKA
[1] http://kesehatan.kompas.com/read/
2008/12/19/05444715/Kanker.Serviks.
bab.Kematian.Nomor.Satu.di.Indonesia
pada tanggal 28 November 2011
Penyediakses
Prosiding InSINas 2012