1

PERBAIKAN CITRA MEDIS UNTUK MEMBANTU

DIAGNOSIS PADA PENDERITA BATU EMPEDU

BERBASIS GUI MATLAB Budiani Destyningtias

Jurusan Teknik Elektro, email destyningtias@usm.ac.id

Abstrak

Deteksi Penyakit batu empedu ( koledokolitiasis ) menggunakan sinar x merupakan

upaya memperkenalkan metode deteksi keberadaan batu didalam empedu secara

terkomputerisasi yang lebih baru dibandingkan dengan metode telanjang selama ini.

Penelitian ini bertujuan untuk membuktikan bahwa analisis citra digital dapat

digunakan untuk menganalisa perbandingan antara noise dengan citra asli ( SNR ) dari

suatu citra medis melalui tahapan-tahapan rekonstruksi citra serta perbandingan

histogramnya.

Kata-kata kunci : koledokolitiasis, SNR, Histrogram.

Abstract

Detection of gall stone disease (koledokolitiasis) using x-ray is an attempt to

introduce the method of detection in the presence of gallstones in a new computer than

with bare during this method.

This study aims to prove that the digital image analysis can be used to analyze the

comparison between the noise with the original images (SNR) of a medical image through

the reconstruction phase image and histogram comparisons.

Key words: koledokolitiasis, SNR, Histogram.

2

1. Pendahuluan

Perkembangan teknologi turut mempengaruhi perkembangan dari Medical

Imaging, yang hingga saat ini kian memegang peranan penting pada aplikasi-aplikasi yang

dibuat guna mendukung proses diagnosa, evaluasi obat-obatan, riset medis, pelatihan dan

pengajaran dalam bidang medis.

Deteksi keberadaan batu empedu menggunakan citra USG merupakan upaya

untuk memperkenalkan metode deteksi keberadaan batu dalam empedu secara

terkomputerisasi yang lebih baru dibandingkan dengan metode mata telanjang selama

ini.

Pemeriksaan dengan menggunakan hasil USG masih dijumpai bayangan batu

sehingga bagi dokter masih dirasakan kesulitan dalam menentukan ukuran batu serta jenis

batu yang dipastikannya. Penggunaan peningkatan kontras dan kecerahan serta pelewat

tapis rendah dapat memperjelas keberadaan batu di dalam empedu.

2. Landasan Teori

2.1. Pengolahan Citra Digital

Pengolahan citra merupakan suatu sistem dimana proses dilakukan dengan masukan

berupa citra dan hasilnya juga berupa citra. Pada awalnya pengolahan citra ini dilakukan

untuk memperbaiki kualitas citra, namun dengan berkembangnya dunia komputasi yang

ditandai dengan meningkatnya kapasitas dan kecepatan proses komputer, serta munculnya

ilmu-ilmu komputasi yang memungkinkan manusia dapat mengambil informasi dari suatu

citra ( Basuki, 2005 ).

Citra digital dapat didefinisikan sebagai fungsi dua variabel, f(x,y), dimana x dan y

adalah koordinat spasial dan nilai f(x,y) adalah intensitas citra pada koordinat tersebut, hal

tersebut diilustrasikan pada gambar 1.

3

Gambar 1. Citra Digital

Sebuah citra diubah ke bentuk digital agar dapat disimpan dalam memori komputer

atau media lain. Proses mengubah citra ke bentuk digital bisa dilakukan dengan beberapa

perangkat, misalnya scanner, kamera digital, dan handycam. Ketika sebuah citra sudah

diubah ke dalam bentuk digital (selanjutnya disebut citra digital), bermacam-macam proses

pengolahan citra dapat diperlakukan terhadap citra tersebut.

2.2. Noise Pada Citra

Pada saat proses capture (pengambilan gambar), ada beberapa gangguan yang

mungkin terjadi, seperti kamera tidak fokus atau munculnya bintik-bintik yang bisa jadi

disebabkan oleh proses capture yang tidak sempurna. Setiap gangguan pada citra

dinamakan dengan noise. Noise pada citra tidak hanya terjadi karena ketidak-sempurnaan

dalam proses capture, tetapi bisa juga disebabkan oleh kotoran-kotoran yang terjadi pada

citra. Berdasarkan bentuk dan karakteristiknya, noise pada citra dibedakan menjadi

beberapa macam yaitu: Gaussian, Speckle, dan Salt & Pepper.

Macam-macam noise ini dapat dilihat pada gambar3. berikut ini:

Gambar 2. Macam-macam noise (a) gaussian (b) speckle (c) salt & pepper

4

Noise gaussian merupakan model noise yang mengikuti distribusi normal standard

dengan rata-rata nol dan standard deviasi 1. Efek dari gaussian noise ini, pada gambar

muncul titik-titik berwarna yang jumlahnya sama dengan prosentase noise. Noise speckle

merupakan model noise yang memberikan warna hitam pada titik yang terkena noise.

Sedangkan noise salt & pepper seperti halnya taburan garam, akan memberikan warna

putih pada titik yang terkena noise.

2.3. Membangkitkan Noise Uniform

Noise Uniform seperti halnya noise gausssian dapat dibangkitkan dengan cara

membangkitkan bilangan acak [0,1] dengan distribusi uniform. Kemudian untuk titik-titik

yang terkena noise, nilai fungsi citra ditambahkan dengan nilai noise yang ada, atau

dirumuskan dengan:

y( i , j) = x(i,j) + p.a . ( 1 )

dimana:

a = nilai bilangan acak berdistribusi uniform dari noise

p = prosentase noise

y(i,j) = nilai citra terkena noise.

x(i,j) = nilai citra sebelum terkena noise.

Noise uniform ini merupakan noise sintesis yang sebenarnya dalam penerapannya

jarang digunakan, tetapi secara pemrograman pembangkitan noise uniform ini merupakan

jenis pembangkitan noise yang paling mudah.

2.4. Membangkitkan Noise Gaussian

Noise gaussian dapat dibangkitkan dengan cara membangkitkan bilangan acak [0,1]

dengan distribusi gaussian. Kemudian untuk titik-titik yang terkena noise, nilai fungsi citra

ditambahkan dengan nilai noise yang ada, atau dirumuskan dengan:

y( i , j) = x(i,j) + p.a . ( 2)

dimana:

a = nilai bilangan acak berdistribusi gaussian

p = prosentase noise

y(i,j) = nilai citra terkena noise.

5

x(i,j) = nilai citra sebelum terkena noise.

Untuk membangkitkan bilangan acak berdistribusi gaussian, diperlukan suatu

metode yang digunakan untuk mengubah distribusi bilangan acak ke dalam fungsi f

tertentu. Dalam buku ini digunakan metode rejection untuk memudahkan dalam alur

pembuatan programnya. Metode rejection dikembangkan dengan cara membangkitkan dua

bilangan acak (x,y) dan ditolak bila y > f(x).

2.5. Membangkitkan Noise Salt & Pepper

Noise salt & pepper dapat dibangkitkan dengan cara membangkitkan bilangan 255

(warna putih) pada titik-titik yang secara probabilitas lebih kecil dari nilai probabilitas

noise, dan dirumuskan dengan:

F(x,y)=255 jika p(x,y) < ProbNoise .. ( 3 )

Dimana:

F(x,y) adalah nilai gray-scale pada titik (x,y)

p(x,y) adalah probabilitas acak

2.6. Reduksi Noise Menggunakan Filter Rata-Rata

Ada berbagai macam teknik untuk mengurangi (reduksi) noise, salah satunya

menggunakan filter rata-rata. Dalam pengertian noise sebagai suatu nilai yang berbeda

dengan semua tetangganya maka dapat dikatakan noise merupakan nilai-nilai yang berada

pada frekwensi tinggi, untuk mengurangi noise digunakan Low Pass Filter (LPF). Salah

satu dari bentuk LPF adalah filter rata-rata.

Filter rata-rata merupakan filter H dalam bentuk matrik yang berukuran m x n, dan

nilainya adalah sama untuk setiap elemen, dan karena bersifat LPF maka jumlah seluruh

elemen adalah satu ( Basuki, 2005 ).

6

..........(4)

Filter rata-rata berukuran 3x3 adalah:

..........(5)

Kualitas citra sangat dipengaruhi oleh tingkat keberadaan noise (derau). Citra yang

didapatkan secara optik, elektro optik, atau elektronik sangat dipengaruhi oleh

penginderaan. Hal-hal yang memungkinkan terjadinya penurunan kualitas citra antara lain :

sensor noise, kamera tidak fokus, guncangan. Untuk mengatasi noise, citra yang didapat

biasanya diperhalus dengan tapis citra. Piksel-piksel yang berdekatan dimanipulasi

sedemikian rupa sehingga citra menjadi lebih halus tanpa mengganggu bentuk sudut benda

dalam citra.

Beberapa tapis citra yang digunakan untuk menghilangkan noise antara lain:

- Tapis Wiener untuk mengatasi derau aditif ( Gaussian )

- Tapis Homomorfik untuk mengatasi derau multiplikatif (Speckle)

- Tapis Median untuk mengatasi derau salt and pepper

2.7. Empedu

Empedu adalah cairan bersifat basa yang pahit dan berwarna hijau kekuningan, yang

disekresikan oleh hepatosit hati pada sebagian besar vertebrata. Pada beberapa spesies,

empedu disimpan di kantung empedu dan dilepaskan ke usus dua belas jari untuk

pembantu proses pencernaan. Dimana empedu sendiri menghasilkan zat warna empedu

(bilirubin an biliverdin) dan garam empedu yang berfungsi untuk mengemulsikan atau

memecahkan lemak dan membunuh kuman-kuman dalam saluran pencernaan bagian atas.

7

2.7.1. Batu Empedu

Kelainan utama yang dapat timbul pada kantung empedu adalah terbentuknya

batu. Batu Empedu merupakan timbunan kristal di dalam kantung empedu atau di dalam

saluran empedu. Batu empedu terbentuk dari endapan kolesterol, pigmen bilirubin dan

garam kalsium yang mengeras, namun kebanyakan batu kantung empedu terbentuk dari

kolesterol. Cairan empedu mengandung sejumlah besar kolesterol yang biasanya tetap

berbentuk cairan. Jika cairan empedu menjadi jenuh karena kolesterol, maka kolesterol bisa

menjadi tidak larut dan membentuk endapan diluar empedu. Sebagian besar batu empedu

terbentuk di dalam kantung empedu dan sebagian besar batu di dalam saluran empedu

berasal dari kantung empedu. Batu empedu bisa terbentuk di dalam saluran empedu jika

empedu mengalami aliran balik karena adanya penyempitan saluran atau setelah dilakukan

pengangkatan kantung empedu. Batu yang ditemukan di dalam kantung empedu disebut

kolelitiasis, sedangkan batu di dalam saluran empedu disebut koledokolitiasis.

Gambar 3. Batu Empedu dalam kandung / kantung empedu

Timbulnya batu empedu akan menjadi masalah bila masuk ke salah satu saluran

yang menuju ke usus halus. Kadang-kadang batu dapat terbentuk dalam saluran empedu itu

sendiri, misalnya karena bekas jahitan pada suatu operasi. Pada kandung empedu, batu

dapat menyebabkan peradangan yang disebut kolestitis akut, hal ini karena adanya pecahan

batu empedu di dalam saluran empedu yang menimbulkan rasa sakit. Batu-batu yang

melalui kantong empedu dapat menyangkut di dalam hati dan saluran empedu, sehingga

menghentikan aliran dari empedu ke dalam saluran pencernaan. Di samping itu, terdapat

faktor lainnya yang memulai terjadinya proses pembentukan batu empedu. Unsur ini bisa

8

berupa protein yang terdapat pada cairan lendir yang dibentuk kandung empedu dalam

jumlah kecil.

Hal ini memungkinkan kolesterol, bilirubin, dan garam kalsium membentuk

partikel seperti kristal padat. Bentuk dari batu empedu bermacam-macam, yaitu batu yang

terbentuk dari kolesterol berwarna kuning dan mengkilat seperti minyak, batu yang terdiri

dari pigmen bilirubin bisa berwarna hitam tetapi keras atau berwarna coklat tua tetapi

rapuh. Ukurannya juga bermacam-macam dari yang kecil hingga sebesar batu kerikil,

tetapi rata-rata berdiameter 1 - 2 cm.

3. Metodelogi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut :

a. Pengumpulan data citra penderita batu empedu yang rusak pada hasil pencitraannya

menggunakan USG.

b. Pembuatan aplikasi atau software dengan Matlab 2008b.

c. Dalam program aplikasi dilakukan proses peningkatan citra dengan proses

penghapusan derau sampai dengan diperoleh citra yang siap olah.

Gambar 4. Blok Diagram Proses di GUI Matlab

Citra medis

batu empedu

dari hasil USG

Citra hasil

USG diubah

dalam

bentuk JPEG

Pre image

Processing

Perbaikan

Citra

SNR

9

4. Hasil dan Pembahasan

Sebelum citra didiagnosis , citra yang dihasilkan oleh USG diubah file extensionnya

menjadi JPEG.

Dalam menganalisa citra batu empedu dilakukan dengan menggunakan bantuan Matlab

GUI. Tapis yang diberikan terhadap citra yang terdistorsi menggunakan perbandingan SNR

tapis boost dengan HPF.

Gambar 5. Tampilan menu di GUI Matlab

Berdasarkan percobaan dengan GUI Matlab didapat hasil seperti dalam table 1.

Citra High Boost Filter High Pass Filter

Gain Orde SNR Cutoff SNR

Gbr.1

1 1 Inf 1 50,5523

1 1 Inf 2 47,7461

2 1 47,1239 3 47,572

2 2 47,0939 4 47,4841

3 1 47,0633 5 47,439

3 2 47,0547 6 47,388

3 3 47,0548 7 47,3582

4 1 47,0542 8 47,3477

4 2 47,0529 9 47,3078

4 3 47,054 10 47,2944

4 4 47,0546 15 47,2356

10

Untuk high boost filter apabila nilai gain dan orde semakin tinggi mengakibatkan nilai

SNR mengalami penurunan dan citra yang dihasilkan mempunyai tingkat keabu-abuan

semakin tinggi .

Untuk high pass filter semakin tinggi nilai cut off nya nilai SNR mengalami penurunan dan

menghasilkan intensitas citra yang rendah.

Gbr. 6 Grafik Karakteristik Citra dengan High Pass Filter

Gbr 7. Grafik Karakteristis Citra dengan High Boost Filter

11

5. Kesimpulan.

1. Dengan menggunakan GUI Matlab dapat untuk meningkatkan kualitas suatu

citra medis.

2. Peningkatan penguatan filter boost dan peningkatan orde tapis boost

menyebabkan citra tereduksi mengalami penurunan level dengan nilai 47,05

3. Penurunan nilai cut off pada tapis HPF akan meningkatkan kualitas citra

dengan nilai SNR 50,5

6. Saran

Penelitian ini dapat diaplikasikan untuk menganalisis ciri atau karakteristik suatu

citra khususnya batu empedu, sehingga bisa lebih dimanfaatkan dalam bidang biomedik

dan biometrik.

7. Daftar Pustaka

[1] Indah Soesanti, Bahan Kuliah Pengolahan Citra , Teknik Elektro Instrumentasi

Medis 2008.

[2] Anil K. Jain, Fundamental of Digital Image Processing, Prentice-Hall International,

1989.

[3] Image Processing Toolbox for Use with MATLAB, Users Guide Version 2, The Mathwork, 1993.

[4] Robert J.Schalkoff, Digital Image Processing and Computer Vision, John Wiley &

Sons, 1989.

[5] Marvin Ch.Wijaya & Agus Prijono, Pengolahan Citra Digital Menggunakan Matlab,

Penerbit Informatika, 2007.

[6] Http://medicastore.com/penyakit/67/batu-empedu.html, diakses tagl 22 Mei 2011

[7] WWW.Unhas.ac.id/tahir/bahan kuliah/Bio Medical/.../USG.doc diakses tgl 23 Mei

2011

[8] Young, Ian T, Gerbrands, Jan J, Yan Vlient, LucasJ, Fundamental of Image Processing, http://www.e-dsp.com/free-ebooks diakses 19 November 2006

12