karakterisasi sinyal akustik untuk mendeteksi ......2020/11/03 · gambar 3.1. pembagian rentang...

UNIVERSITAS INDONESIA

KARAKTERISASI SINYAL AKUSTIK UNTUK MENDETEKSI KEABNORMALAN JARINGAN TUBUH MENGGUNAKAN

ULTRASONIK

SKRIPSI

NENI WAHYUNI YATARIF 0304020523

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI FISIKA

DEPOK DESEMBER 2008

Karakterisasi sinyal..., Neni Wahyuni Yatarif, FMIPA UI, 2008

UNIVERSITAS INDONESIA

KARAKTERISASI SINYAL AKUSTIK UNTUK MENDETEKSI KEABNORMALAN JARINGAN TUBUH MENGGUNAKAN

ULTRASONIK

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana

NENI WAHYUNI YATARIF 0304020523

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI FISIKA

PEMINATAN FISIKA MEDIS DEPOK

DESEMBER 2008


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Neni Wahyuni Yatarif

NPM : 0304020523

Tanda Tangan :

Tanggal : 4 Desember 2008


HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh : Nama : Neni Wahyuni Yatarif NPM : 0304020523 Program Studi : Fisika Medis Judul Skripsi : Karakterisasi Sinyal Akustik Untuk Mendeteksi

Keabnormalan Jaringan Tubuh Menggunakan Ultrasonik

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Science pada Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr. Warsito ( )

Pembimbing : Dwi seno Kuncoro, M.Si ( )

Penguji : Prof. Dr. Djarwani S. S. ( )

Penguji : : Dr. Prawito ( )

Penguji : Dr. Eng. Supriyanto Suparno ( )

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 4 Desember 2008


”Maha suci Engkau, tidak ada yang kami ketahui selain dari apa yang telah

Engkau ajarkan kepada kami ; Sesungguhnya Engkaulah yang Maha mengetahui

lagi Maha Bijaksana.”

[ Al Baqoroh : 32 ]

”Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis, kamu sekali-kali tidak

melihat pada ciptaan Tuhan yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang.

Maka lihatlah berulang-ulang. Adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang?”

[ Al Mulk : 3 ]


KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Puji syukur kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan segala

kenikmatan dan anugrah terutama nikmat keimanan dan waktu untuk terus

memperbaiki diri, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sesuai

rencana. Shalawat dan salam penulis sampaikan kepada teladan sepanjang zaman

Rasululah saw beserta para keluarga dan sahabatnya. Skripsi ini diajukan sebagai

salah satu syarat mencapai gelar sarjana S1 di Departemen Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia.

Telah banyak tenaga dan pikiran yang penulis curahkan untuk

menyelesaikan skripsi ini. Banyak kesulitan teknis maupun non teknis yang

ditemui selama pengerjaan, namun berkat jasa orang-orang di sekitar penulis

maka skripsi ini dapat diselesaikan. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

menyampaikan terimakasih yang setulus-tulusnya kepada :

1. Dr. Warsito Purwotaruno selaku dosen pembimbing I dan direktur CTECH

Centre for Tomography Research (tempat dilaksanakannya penelitian ini)

yang telah memberi ilmu dan bantuan dengan penuh kesabaran di kala

waktunya yang begitu padat serta mengajarkan kepada penulis tentang arti

ketekunan.

2. Dwi Seno Kuncoro, M.Si selaku dosen pembimbing II atas ilmu,

semangat, dan arahannya kepada penulis.

3. Prof. Dr. Djarwani S. S. selaku penguji I dan ketua Peminatan Fisika

Medis yang telah mengenalkan penulis kepada dunia fisika medis dan atas

semangat beliau untuk menjadi mahasiswa yang berkarya. Dr. Prawito

selaku penguji II dan Dr. Eng. Supriyanto Suparno selaku penguji III atas

saran dan kritiknya sebelum penulis melaksanakan sidang.

4. Seluruh dosen dan staf Fisika UI yang telah memberi ilmu yang

bermanfaat selama penulis menjadi mahasiswa Fisika UI.


5. Pihak Edwar Technology terutama Dr. Edi S. selaku Dirut yang telah

banyak membantu dalam memperoleh data yang penulis butuhkan.

6. Kedua orang tuaku, mama dan bapak yang telah menanamkan cinta sejati

dan memberi bekal abadi pada buah hati mereka.

7. Kedua adikku, Nina dan Ridwan yang sangat istimewa karena tumbuh

dalam kecerdasan spiritual.

8. Kakakku Teti Suhaeti atas persaudaraan yang sangat indah selama ini.

9. Saudara-saudaraku, Ayu FT UI 2004, Retno FKM UI 2002, Nur Sejarah

UNJ 2002, Lusi FIK 2004, Habibah, Candra, dan Atikah MIPA 2004, Lia,

Dian, Rahmah, dan Sri Fisika UI 2005 yang memberi ruh semangat bagi

penulis.

10. Keluarga Ustadz Budi Azhari, Lc dan mba Alfi Zulhidayati yang tak

pernah bosan memberi ilmu berharganya bagi perubahan hidup penulis.

11. Keluarga Ibu Iyus Rusnani yang telah memberikan tempat tinggal dan

pelajaran hidup selama penulis menyusun skripsi.

12. Sahabat seperjuanganku yang sholeh dan sholehah, Elfira Wirza, Syamsul

Ma’arif, Ahmad Novian Rahman Hakim, Marlin Ramadhan Baidillah, dan

Sugiharto. Mereka para pejuang di Edwar Technology yang telah memberi

sejuk dalam gersang selama penulisan skripsi.

13. Teman-teman Fisika Medis 2004, Ira, Elly, Saad, Dewi, Syamsul, Vian,

Maulana, Aris, Wahyu, Wamid, Iim, dan Andes yang telah memberi warna

dalam kuliah-kuliah kita yang menyenangkan.

14. Seluruh rekan-rekan Fisika 2004 atas pelajaran berharga dan

kebersamaannya selama di masa perkuliahan.

Penulis hanya dapat berdoa semoga semua kebaikan yang telah diberikan

kepada penulis mendapat pahala berlipat dari Allah S.W.T. Dan dengan

kerendahan hati, penulis mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat.

Terimakasih.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Tangerang, November 2008

Penulis


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini :


NPM : 0304020523

Program Studi : Fisika Medis

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Jenis Karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty

Free-Free Right) atas skripsi saya yang berjudul :

Karakterisasi Sinyal Akustik Untuk Mendeteksi Keabnormalan Jaringan Tubuh

Menggunakan Ultrasonik

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama

saya sebagaipenulis/pencipta dan sebagai pemiliki Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal : 4 Desember 2008

Yang menyatakan

(Neni Wahyuni Yatarif)


ABSTRAK


Program Studi : Fisika Medis

Judul : Karakterisasi Sinyal Akustik Untuk Mendeteksi Keabnormalan Jaringan Tubuh Menggunakan Ultrasonik

Munculnya keabnormalan pada tubuh manusia perlu diketahui sedini mungkin untuk mempercepat proses terapi dan mempertinggi kesempatan sembuh. Informasi penting tentang anatomik fungsional jaringan tubuh, sebagai hadirnya kanker atau jaringan abnormal pada tubuh dapat diperoleh menggunakan karakterisasi parameter fisika pancaran ultrasonik pada jaringan tubuh seperti intensitas. Karakter sinyal akustik untuk mendeteksi jaringan abnormal diukur menggunakan metode pulsa. Pada penelitian ini, karakterisasi sinyal akustik diperoleh dengan simulasi menggunakan software Comsol Multiphysics 3.4 dan eksperimen menggunakan ultrasonik. Uji kasus secara simulasi dilakukan untuk mencari parameter optimal dalam diagnosis dengan impedansi akustik dan ukuran jaringan abnormal yang berbeda. Hasilnya menunjukkan ada perbedaan echo antara jaringan normal dan jaringan abnormal. Hubungan intensitas echo berbanding lurus dengan impedansi akustik jaringan abnormal dan ukuran jaringan abnormal. Noise yang terdapat pada sinyal dapat direduksi menggunakan wavelet.

Kata kunci :

Sinyal akustik, ultrasonik, ultrasonik untuk diagnostik, COMSOL Multiphysics


ABSTRACT

Name : Neni Wahyuni Yatarif

Study Program: Medical Physics

Title : Characterization Acoustic Signal for Detection Abnormal Tissue Using Ultrasonic

The appearances of abnormality in human body need to be known as early as possible to accelerate the process of therapy and enhance the opportunity to recover from illness. Important information about anatomic functionality of tissues as indication of cancer presence or abnormal tissue can be obtained using physical parameters characterization of ultrasound propagation in tissues such as intensity. Acoustic signal character for detection of abnormalities can be measured by pulse method. In this work, acoustic signal characterization is obtained by using simulation from software Comsol Multiphysics 3.4 and by experiment of ultrasonic. Simulation had been done to find optimum parameter for diagnosis on different acoustic impedancse and sizes of abnormal tissue. The results showed the differences in echos of normal tissue from abnormal tissue. This concludes that intensity echo is proportional with acoustic impedance and size of the abnormal tissue. Noise from the signal can be reduced by wavelet.

Key word :

Acoustic signal, ultrasonic, ultrasonic for diagnostic, COMSOL Multiphysics


DAFTAR ISI

halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... v HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................. vii ABSTRAK ........................................................................................................... viii DAFTAR ISI .......................................................................................................... x DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR GRAFIK ............................................................................................. xvii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xviii BAB I : PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah .............................................................................. 3 1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................. 3 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................ 4 1.5 Batasan Penelitian ................................................................................. 4 1.6 Metode Penelitian................................................................................... 5 1.7 Sistematika Penulisan ............................................................................ 5

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sejarah Teknologi Ultrasonik untuk Diagnosis ...................................... 7 2.2 Perkembangan Penelitian Interaksi Ultrasonik dengan Jaringan Tubuh 10

BAB 3 : LANDASAN TEORI 3.1 Pendahuluan Gelombang Ultrasonik ................................................... 13 3.1.1 Pengertian Gelombang Akustik dan Ultrasonik ................... 13 3.1.2 Perambatan Gelombang Ultrasonik ..................................... 14

3.2 Karakteristik Gelombang Ultrasonik .................................................. 17 3.2.1 Panjang Gelombang, Frekuensi, dan Kecepatan .................. 17

3.2.2 Energi dan Intensitas ............................................................ 19 3.3 Interaksi Gelombang Ultrasonik dengan Materi ................................. 21

3.3.1 Impedansi Akustik ............................................................... 22 3.3.2 Atenuasi ............................................................................... 22 3.3.3 Refraksi................................................................................ 23 3.3.4 Hamburan ............................................................................ 24 3.3.5 Refleksi ................................................................................ 25

3.4 Prinsip Ultrasonik ................................................................................ 27 3.4.1 Transduser ............................................................................ 27 3.4.2 Prinsip Kerja Ultrasonik ....................................................... 30 3.4.3 A-Mode ................................................................................. 31

BAB 4 : SIMULASI DAN EKSPERIMEN


4.1 Simulasi Ultrasonik 2 Dimensi ............................................................ 32 4.1.1 Preprocessing ......................................................................... 33 4.1.2 Processing .............................................................................. 37 4.1.3 Postprocessing ....................................................................... 37 4.1.4 Deskripsi Kasus ..................................................................... 37

4.2 Denoising dengan Wavelet ................................................................... 38 4.3 Eksperimen ........................................................................................... 39

4.3.1 Deskripsi Alat dan Bahan ...................................................... 39 4.3.2 Metode Pengukuran ............................................................... 41 4.3.3 Prinsip Kerja .......................................................................... 41

BAB 5 : HASIL DAN ANALISIS 5.1 Hasil dan Analisis Simulasi .................................................................. 44

5.1.1 Simulasi 1 ............................................................................. 44 5.1.2 Simulasi 2 ............................................................................. 45 5.1.3 Simulasi 3 ............................................................................. 46 5.1.4 Simulasi 4 ............................................................................. 50 5.1.5 Simulasi 5 ............................................................................. 53 5.1.6 Simulasi 6 ............................................................................. 57 5.1.7 Simulasi 7 ............................................................................. 59

5.2 Hasil dan Analisis Eksperimen ........................................................... 63 5.2.1 Pengaruh Jaringan Abnormal ............................................... 63 5.2.2 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Simulasi ............... 64

BAB 6 : PENUTUP 6.1 Kesimpulan .......................................................................................... 66 6.2 Saran .................................................................................................... 66 DAFTAR REFERENSI ...................................................................................... 67 LAMPIRAN .......................................................................................................... 71


DAFTAR TABEL

halaman

Tabel 2.1 Perkembangan teknologi ultrasonik ...................................................... 10

Tabel 3.1 Densitas dan kecepatan suara dalam berbagai medium ........................ 18


DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 1.1. Prevalensi jenis kanker di Indonesia ................................................. 1

Gambar 3.1. Pembagian rentang frekuensi gelombang akustik ............................ 13

Gambar 3.2 Gelombang longitudinal .................................................................... 14

Gambar 3.3 Gaya yang terjadi ketika gelombang suara merambat ...................... 15

Gambar 3.4 Pemindahan elemen selama gelombang suara merambat ................. 15

Gambar 3.5 Interaksi ultrasonik dalam medium dengan impedansi akustik yang berbeda .................................................................................................................. 22

Gambar 3.6 Interaksi dengan medium yang menyababkan atenuasi .................... 23

Gambar 3.7 Refraksi ............................................................................................. 24

Gambar 3.8.a Hamburan pada batas dua medium................................................. 25

Gambar 3.8.a Hamburan pada medium heterogen ................................................ 25

Gambar 3.9 Transmisi dan refleksi ....................................................................... 26

Gambar 3.10 Transduser ....................................................................................... 27

Gambar 3.11 Efek piezoelektrik ........................................................................... 28

Gambar 3.12 Bandwidth ....................................................................................... 30

Gambar 3.12 Sistem pulsa echo ultrasonik ........................................................... 30

Gambar 3.13 A-mode ............................................................................................ 31

Gambar 4.1 Langkah simulasi menggunakan COMSOL Multiphysics................ 33

Gambar 4.2 Geometri jaringan normal ................................................................. 34

Gambar 4.3 Geometri jaringan abnormal.............................................................. 34

Gambar 4.4 Label nomor subdomain .................................................................... 35

Gambar 4.5 Kondisi batas ..................................................................................... 36


Gambar 4.6 Tampilan finite element mesh ........................................................... 37

Gambar 4.7 Pulser generator ................................................................................ 39

Gambar 4.8 Osiloskop ........................................................................................... 40

Gambar 4.9 Transduser ........................................................................................ 40 Gambar 4.10 Medium I : agar-agar dan hati sapi.................................................. 40

Gambar 4.11 Contact scanning ............................................................................. 41

Gambar 4.12.a Perambatan gelombang ultrasonik pada medium I ...................... 42

Gambar 4.12.b Perambatan gelombang ultrasonik pada medium II ..................... 42

Gambar 5.1.a Snapshoot COMSOL jaringan normal ........................................... 44

Gambar 5.1.b Snapshoot COMSOL jaringan abnormal ....................................... 44

Gambar 5.2.a Sinyal jaringan normal ................................................................... 45

Gambar 5.2.b Sinyal jaringan abnormal ............................................................... 45

Gambar 5.3.a Sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 1 MHz ....................... 47

Gambar 5.3.b Sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 2 MHz ....................... 47

Gambar 5.3.c Sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 3 MHz ....................... 47

Gambar 5.3.d Sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 4 MHz ....................... 47

Gambar 5.3.e Sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 5 MHz ....................... 47

Gambar 5.3.f Sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 6 MHz ....................... 47

Gambar 5.4.a Sinyal dengan bandwidth 1 MHz ................................................... 49

Gambar 5.4.b Sinyal dengan bandwidth 1,4 MHz ................................................ 49

Gambar 5.4.c Sinyal dengan bandwidth 1,8 MHz ................................................ 49

Gambar 5.4.d Sinyal dengan bandwidth 2,2 MHz ................................................ 49

Gambar 5.4.e Sinyal dengan bandwidth 2,6 MHz ................................................ 49

Gambar 5.4.f Sinyal dengan bandwidth 3 MHz .................................................... 49


Gambar 5.5.a Pulsa ultrasonik bandwidth 1,4 MHz ............................................. 50

Gambar 5.5.b Pulsa ultrasonik bandwidth 1,8 MHz ............................................. 50

Gambar 5.6.a Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 1700 m/s . 51

Gambar 5.6.b Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 1900 m/s . 51

Gambar 5.6.c Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2000 m/s . 51

Gambar 5.6.d Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2100 m/s . 52

Gambar 5.6.e Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2200 m/s . 52

Gambar 5.6.f Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2300 m/s .. 52

Gambar 5.6.g Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2400 m/s . 52

Gambar 5.6.h Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2500 m/s . 52

Gambar 5.6.i Sinyal dengan kecepatan ultrasonik jaringan abnormal 2600 m/s .. 52

Gambar 5.7.a Sinyal dengan ukuran jaringan abnormal 1 cm .............................. 54

Gambar 5.7.b Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 1,4 cm ......................... 54

Gambar 5.7.c Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 1,8 cm .......................... 54

Gambar 5.7.d Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 2,2 cm ......................... 54

Gambar 5.7.e Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 2,6 cm .......................... 54

Gambar 5.7.f Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 3 cm ............................ 54

Gambar 5.7.g Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 3,4 cm ......................... 55

Gambar 5.7.h Sinyal dengan panjang jaringan abnormal 3,8 cm ......................... 55

Gambar 5.8 Sinyal dengan sinyal jaringan abnormal dengan ukuran lebih kecil dari λ/2π ................................................................................................................ 56

Gambar 5.9.a Spektrum jaringan normal .............................................................. 57

Gambar 5.9.b Spektrum jaringan abnormal .......................................................... 58

Gambar 5.9.c Spektrum jaringan abnormal dengan ukuran lebih kecil λ/2π ........ 58

Gambar 5.10.a Sinyal jaringan normal noise ........................................................ 59


Gambar 5.10.b Sinyal jaringan normal dengan noise ........................................... 59

Gambar 5.11.a Sinyal jaringan abnormal tanpa noise........................................... 60

Gambar 5.11.b Sinyal jaringan abnormal dengan noise ....................................... 60

Gambar 5.12 Proses dekomposisi tingkat 2 .......................................................... 60

Gambar 5.13.a Sinyal jaringan normal dengan noise ........................................... 61

Gambar 5.13.b Dekomposisi sinyal jaringan normal ............................................ 61

Gambar 5.13.c Sinyal jaringan normal hasil denoising ........................................ 61

Gambar 5.14.a Sinyal jaringan abnormal dengan noise ........................................ 62

Gambar 5.14.b Dekomposisi sinyal jaringan abnormal ........................................ 62

Gambar 5.14.c Sinyal jaringan abnormal hasil denoising .................................... 62

Gambar 5.15 Sinyal transmisi ............................................................................... 63

Gambar 5.16.a Sinyal jaringan normal ................................................................. 63

Gambar 5.16.b Sinyal jaringan abnormal ............................................................. 63

Gambar 5.17.a Sinyal jaringan normal hasil eksperimen ..................................... 65

Gambar 5.17.b Sinyal jaringan normal hasil simulasi .......................................... 65

Gambar 5.18.a Sinyal jaringan abnormal hasil eksperimen .................................. 65

Gambar 5.18.b Sinyal jaringan abnormal hasil simulasi....................................... 65


DAFTAR GRAFIK

Grafik 5.1 Hubungan kecepatan ultrasonik dalam jaringan abnormal dengan intensitas relatif echo............................................................................................. 53

Grafik 5.2 Hubungan ukuran jaringan abnormal dengan intensitas relatif echo... 55

Grafik 5.3 Hubungan jumlah jaringan abnormal berukuran lebih kecil dari λ/2π dengan intensitas relatif echo ................................................................................ 56


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A COMSOL Multiphysics 3.4 .............................................................. 71

Lampiran B Karakteristik Transduser PTS5 ......................................................... 74

Lampiran C Karakteristik osiloskop Tektronix TDS2024 ....................................... 75


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Hati (liver) merupakan organ terbesar dalam tubuh manusia. Di dalam hati

terjadi proses-proses penting bagi kehidupan, yaitu proses penyimpanan energi,

pembentukan protein dan asam empedu, pengaturan metabolisme kolesterol, dan

penetralan racun yang masuk dalam tubuh. Sehingga timbulnya kerusakan pada

hati akan mengganggu proses penting dalam kehidupan tersebut.

Di dunia, diperkirakan 7,6 juta orang meninggal akibat kanker pada tahun

2005 (WHO, 2005) dan 84 juta orang akan meninggal hingga 10 tahun ke depan.

Data WHO menunjukkan bahwa kanker hati adalah jenis kanker tersering nomor

enam di dunia dan penyebab kematian urutan ketiga terbesar.

Di Indonesia, penyakit kanker juga menjadi salah satu masalah kesehatan

yang cukup penting karena angka kejadian dan jumlah kematian akibat kanker

terus meningkat setiap tahunnya. Kanker merupakan penyebab kematian nomor 6

di Indonesia (depkes, 2003) dan diperkirakan terdapat 100 penderita kanker baru

untuk setiap 100.000 penduduk per tahunnya. Pada 2005, kanker telah membunuh

lebih dari 206 ribu jiwa orang Indonesia, di mana 12,5% diantaranya pengidap

kanker hati. Dilaporkan pula ada 70-120 kasus baru tiap tahun dan kebanyakan

pasien datang pada stadium lanjut. Angka ''survival'' dari pasien kurang lebih 105

hari setelah diagnosis ditegakkan.

Gambar 1.1 Prevalensi jenis kanker di Indonesia


Menurut Dr. Mellissa S Luwia, MHA, ketua panitia hari kanker sedunia

2006 di Indonesia, persoalan penyakit kanker di Indonesia karena kurangnya

pemahaman masyarakat bahwa sebenarnya kanker bisa disembuhkan bila

diketahui sejak dini dan segera diobati. Ini terbukti dari banyaknya penderita

kanker yang berhasil sembuh, karena penyakitnya terdeteksi sejak dini dan

disiplin menjalani pengobatan.

Sebelum melakukan tindakan terapi, maka diperlukan data diagnosis yang

mendukungnya. Diagnosis kanker dilakukan berdasarkan gejala yang dirasakan

pasien, temuan pada pemeriksaan fisik, pemeriksaan laboratorium, dan

pemeriksaan radiologi. Salah satu pemeriksaan radiologi menggunakan ultrasonik.

Beberapa keuntungan diagnosis menggunakan ultrasonik adalah :

1. Sensitif mendeteksi permukaan yang tidak homogen.

2. Jangkauan kedalaman yang cukup.

3. Hanya satu sisi tubuh sebagai akses yang dibutuhkan.

4. Memiliki akurasi tinggi dalam menetapkan posisi refleksi dan

memperkirakan ukuran ketidakhomogenan.

5. Memberikan hasil dalam waktu singkat.

6. Tanpa menggunakan radiasi pengion sehingga aman bagi tubuh manusia.

7. Lebih murah dibandingkan dengan modalitas lain.

Saat ini pemanfaatan gelombang ultrasonik sudah sangat berkembang dan

memiliki implikasi yang luas hampir di semua organ tubuh. Perkembangan

penggunaan ultasonik dalam bidang kesehatan saat ini, berawal dari

ditemukannya cara mengukur jarak di dalam air menggunakan gelombang suara.

Pada awal tahun 1940, gelombang ultrasonik digunakan sebagai alat

mendiagnosis suatu penyakit. Penggunaan ultrasonik mulai merambah bidang

obstetri ginekologi. Penelitian yang dilakukan Ian Donald pada tahun 1955

terhadap kista ovarium dengan menggunakan alat Metal Flaw Detector mulai

membuka peluang dilakukannya berbagai penelitian lanjutan. Pada tahun 1990-an

teknologi transduser digital berkembang.

Pemanfaatan gelombang ultrasonik dalam diagnosis suatu penyakit

berkaitan erat dengan kemampuannya mendeteksi sinyal. Sinyal yang


dimanfaatkan sebagai informasi adalah hasil hamburan balik gelombang

ultrasonik yang berasal dari jaringan tubuh. Interaksi antara gelombang ultrasonik

dengan jaringan tubuh yang berbeda jelas akan memberikan sinyal echo yang

berbeda pula. Inilah yang menjadi dasar informasi untuk mengetahui

keabnormalan suatu jaringan tubuh. Dengan mengetahui keabnormalan jaringan

tubuh dari sinyal A-mode yang diperoleh, maka permasalahan diagnosis

menggunakan ultrasonik yaitu kualitas citra yang rendah dapat diatasi.

Saat ini aplikasi ultrasonik untuk kepentingan diagnosis berhubungan erat

dengan citra yang dihasilkan. Kemampuan citra dalam diagnosis terbatas pada

mendeteksi jaringan abnormal dengan beberapa parameter yang harus dipenuhi

seperti ukuran jaringan abnormal. Ukuran jaringan abnormal akan mempengaruhi

intensitas refleksi yang menjadi informasi pada pencitraan. Untuk ukuran jaringan

abnormal kecil, refleksi pada batas tidak dapat dideteksi sehingga menjadi

kelemahan pada citra ultrasonik.

Perlu ada langkah identifikasi terhadap sinyal yang dihasilkan agar

informasi tentang jaringan abnormal dapat diketahui lebih awal. Oleh karena itu,

skripsi ini mengangkat tema tentang karakterisasi sinyal yang dihasilkan dari

gelombang ultrasonik untuk mendeteksi keabnormalan pada jaringan tubuh

sehingga diperoleh informasi yang bermanfaat tentang keabnormalan jaringan

tubuh untuk kepentingan diagnosis.

1.2 Perumusan Masalah

Dengan kelebihan yang dimiliki ultrasonik, saat ini aplikasinya berkaitan

erat dengan citra yang dihasilkan. Permasalahan ini kemudian diangkat untuk

memperluas aplikasi ultrasonik dalam bidang kesehatan dalma hal

mengidentifikasi jaringan abnormal. Sehingga pendeteksian keabnormalan

jaringan tubuh dapat dilakukan tanpa menggunakan radiasi pengion, aman bagi

tubuh manusia, nontraumatik (Wells, 1977; McDicken, 1991) dengan sistem

akuisisi data yang lebih sederhana dan akurat.

1.3 Tujuan Penelitian


Atas dasar masalah yang telah dikemukakan maka diajukan suatu

penelitian yang memiliki tujuan sebagai berikut :

1. Memahami prinsip dasar karakteristik gelombang ultrasonik dan

interaksinya dengan jaringan tubuh yang memiliki karakteristik berbeda.

2. Mempelajari data akuisisi yang berhubungan dengan adanya

keabnormalan pada jaringan tubuh manusia (misal : kanker hati).

3. Mendapatkan karakteristik sinyal pada jaringan tubuh yang mengalami

ketidaknormalan dengan variasi impedansi akustik dan ukuran.

1.4 Manfaat Penelitian

Jika tujuan penelitian ini tercapai, maka hasil dari penelitian ini akan

membawa beberapa manfaat :

1. Bermanfaat untuk mengetahui keabnormalan jaringan tubuh dengan sistem

akuisisi data yang lebih sederhana.

2. Bermanfaat mengetahui hubungan intensitas echo dengan variasi

impedansi akustik dan ukuran jaringan abnormal.

1.5 Batasan Penelitian

Dalam penelitian ini, masalah yang akan diteliti dibatasi sesuai judul yang

diajukan, yaitu ”Karakterisasi Sinyal Akustik untuk Mendeteksi Keabnormalan

Jaringan Tubuh Menggunakan Ultrasonik”. Penelitian ini difokuskan pada analisis

interaksi gelombang ultrasonik dengan jaringan tubuh normal dan abnormal

sehingga diperoleh karakteristik sinyal jaringan tubuh yang abnormal.

Yang dimaksud dengan karakterisasi di sini adalah proses mencari

karakter sinyal jaringan abnormal dibandingkan dengan jaringan normal dan

karakter sinyal jaringan abnormal dengan jenis yang berbeda. Keabnormalan

jaringan tubuh dibatasi pada timbulnya jaringan lain (kumpulan sel-sel kanker)

pada organ hati yang berbeda densitas dan kecepatan ultrasonik di dalamnya.

Jaringan abnormal ini merupakan kanker hati primer artinya yang berasal dari hati

itu sendiri, bukan sebaran dari kanker di tempat lainnya.


Metode karakterisasi yang digunakan adalah simulasi ultrasonik

menggunakan perangkat lunak Comsol Multiphysics 2 dimensi (versi 3.4) dan

eksperimen menggunakan ultrasonik. Karakterisasi dengan simulasi diawali

dengan mencari frekuensi yang paling optimal. Jaringan abnormal yang

digunakan dalam simulasi memiliki variasi ukuran 1 cm sampai 3,8 cm dan

variasi kecepatan 1900 m/s sampai 2600 m/s.

1.6 Metode Penelitian

Metode penelitian yang akan dilakukan terdiri dari beberapa tahap antara

lain :

a. Studi Kepustakaan

Studi kepustakaan digunakan penulis untuk melakukan kajian terhadap

perkembangan teknologi ultrasonik dalam bidang kesehatan, interaksinya

dengan jaringan tubuh serta memformulasikannya dalam bentuk tinjauan

pustaka dan landasan teori.

b. Simulasi Ultrasonik

Simulasi ultrasonik menggunakan model jaringan pada software Comsol

untuk memperoleh gambaran sinyal yang akan mendukung hasil

eksperimen.

c. Eksperimen

Eksperimen dilakukan dengan pengukuran sinyal ultrasonik dengan

menggunakan model jaringan untuk mengetahui sinyal jaringan tubuh

normal dan abnormal dengan jenis berbeda.

1.7 Sistematika Penulisan

Sistematika pada penulisan ini dibagi menjadi 6 bab, yang masing-masing

terdiri dari beberapa sub-bab untuk mempermudah penjelasan. Penulisan bab-bab

dilakukan sebagai berikut :

BAB 1. PENDAHULUAN

Pada bab ini merupakan penjelasan secara umum yang menjelaskan latar

belakang permasalahan, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat


penelitian, pembatasan masalah yang ingin diselesaikan, metode penelitian, serta

sistematika penulisan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini penulis menguraikan sejarah dari perkembangan teknologi

ultrasonik untuk melakukan kajian terhadap perkembangan teknologi ultrasonik

dalam bidang kesehatan terutama diagnosis.

BAB 3. LANDASAN TEORI

Pada bab ini penulis menguraikan teori-teori dasar yang mendukung

simulasi dan analisis hasil pada skripsi ini.

BAB 4. SIMULASI DAN EKSPERIMEN

Bab ini menjelaskan proses mencari karakter sinyal akustik jaringan tubuh

yang normal dan abnormal dengan perangkat lunak COMSOL Multiphysics dan

sistem ultrasonik serta ha-hal yang dibutuhkan dalam proses tersebut seperti

model jaringan tubuh, kondisi batas, peralatan, dan metode pengukuran yang

digunakan.

BAB 5. HASIL DAN ANALISIS

Penelitian yang telah dilakukan memberikan hasil dan dijelaskan dalam

bab ini, serta penjelasan mengenai hasil yang telah dicapai BAB 4.

BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN

Setelah merancang dan menganalisis. Maka pada bab ini penulis menarik

kesimpulan terhadap penelitian yang telah dilakukan dan ditambah saran-saran

yang berguna untuk pengembangan sistem lebih lanjut.


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sejarah Teknologi Ultrasonik untuk Diagnosis

Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik longitudinal dengan

frekuensi di atas 20 kHz. Gelombang ini dapat merambat dalam medium padat,

cair dan gas, hal ini disebabkan karena gelombang ultrasonik merupakan rambatan

energi sebagai interaksi dengan medium yang dilaluinya (Bueche, 1986).

Karakteristik gelombang ultrasonik yang melalui medium mengakibatkan

getaran partikel dengan medium amplitudo sejajar dengan arah rambat secara

longitudinal sehingga menyebabkan partikel medium membentuk rapatan (strain)

dan tegangan (stress). Proses kontinu yang menyebabkan terjadinya rapatan dan

regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodik

selama gelombang ultrasonik melaluinya (Resnick dan Halliday, 1978).

Gelombang ultrasonik ini sering dipergunakan untuk pemeriksaan kualitas

produksi di dalam industri. Di bidang kedokteran, frekuensi yang tinggi dari

gelombang ultrasonik ini mempunyai daya tembus jaringan yang sangat kuat,

sehingga sering digunakan untuk diagnosis, penghancuran/destruktif, dan

pengobatan (Cameron and Skofronick, 1978).

Perkembangan penggunaan ultrasonik dalam berbagai bidang ilmu

kedokteran saat ini berawal dari ditemukannya cara mengukur jarak di dalam air

menggunakan gelombang suara. Pada saat itu dikenal istilah “sonar” atau Sound

Navigation and Ranging. Lazzaro Spallanzani, seorang ahli biologi Italia, sekitar

tahun 1794 ia mendemonstrasikan kemampuan seekor kelelawar menentukan arah

terbang dan mencari mangsa dalam gelap dengan menggunakan gelombang suara

berfrekuensi tinggi (ultrasonik).

Tahun 1826, Jean Daniel Colladon, seorang ahli fisika dari Swiss berhasil

menggunakan sebuah alat yang dinamakan “underwater bell” untuk

mendeterminasi kecepatan suara dalam air di Danau Geneva. Penemuan ini

memacu para ahli fisika lainnya untuk meneliti dasar ilmu fisika mengenai

getaran, transmisi, dan refraksi gelombang suara. Tahun 1877 Lord Rayleigh asal

Inggris mengemukakan the Theory of Sound.


Sistem deteksi suara dalam air kemudian dikembangkan dan dimanfaatkan

untuk kepentingan navigasi kapal selam selama perang dunia pertama berlangsung

yang berawal dari penemuan alat hydrophone oleh seorang ahli fisika Perancis,

Paul Langevin. Alat ini digunakan terutama setelah kejadian tenggelamnya kapal

Titanic pada tahun 1912.

Penemuan radar (radio detection and ranging) pada tahun 1953 oleh

Robert Watson-Watt juga menerapkan sistem kerja gelombang ultrasonik. Alat ini

menjadi inspirasi digunakannya ultrasonik dalam bidang obstetri ginekologi

kelak. Perkembangan pemakaian ultrasonik di bidang obstetri ginekologi

berikutnya juga tak lepas dari peranan penemuan alat detektor logam (Ultrasonic

Metal Flaw Detector) pada tahun 1928 oleh Sergei Y. Sokolov, seorang ilmuwan

Rusia. Alat ini juga digunakan untuk mengecek integritas lambung kapal laut dan

lempeng baja pelindung tank.

Sekitar tahun 1920-an, prinsip kerja gelombang ultrasonik mulai

diterapkan dalam bidang kedokteran. Penggunaan ultrasonik dalam bidang

kedokteran ini pertama kali diaplikasikan untuk kepentingan terapi. Hasil

penelitian William Fry, dari Universitas Illinois dan Russel Meyers, dari

Universitas Iowa membuktikan bahwa gelombang ultrasonik dapat digunakan

untuk menghancurkan sel-sel basal ganglia pada penderita penyakit Parkinsons.

Kemampuan gelombang ultrasonik dalam menghancurkan sel-sel atau jaringan

“berbahaya” ini kemudian secara luas diterapkan pula untuk penyembuhan

penyakit-penyakit lainnya. Misalnya, terapi untuk penderita arthritis,

haemorrhoids, asma, thyrotoxicosis, ulcus pepticum (tukak lambung),

elephanthiasis (kaki gajah), dan bahkan terapi untuk penderita angina pectoris

(nyeri dada).

Pada tahun 1929 dan 1935, Solokov mempelajari penggunaan gelombang

ultrasonik untuk mendeteksi objek logam. Mulhauser, pada tahun 1931, mendapat

paten menggunakan gelombang ultrasonik dengan dua transduser untuk

mendeteksi kecacatan pada logam.

Baru pada awal tahun 1940, gelombang ultrasonik dinilai memungkinkan

untuk digunakan sebagai alat mendiagnosis suatu penyakit. Hal tersebut


disimpulkan berkat hasil eksperimen Karl Theodore Dussik, seorang dokter ahli

saraf dari Universitas Vienna, Austria. bersama dengan Freiderich, seorang ahli

fisika, berhasil menemukan lokasi sebuah tumor otak dan pembuluh darah pada

otak besar dengan mengukur transmisi pantulan gelombang ultrasonik melalui

tulang tengkorak. Dengan menggunakan transduser (kombinasi alat pengirim dan

penerima data), hasil pemindaian masih berupa gambar dua dimensi yang terdiri

dari barisan titik-titik berintensitas rendah.

George Ludwig, ahli fisika Amerika, menyempurnakan alat temuan

Dussik. Pemindaian terhadap lokasi batu ginjal pada suatu jaringan tubuh dapat ia

lakukan. Gelombang ultrasonik yang menumbuk pada jaringan tubuh akan

dipantulkan dan hasilnya kemudian dapat dilihat pada layar osiloskop.

Selanjutnya diketahui bahwa gelombang ultrasonik tersebut memerlukan panjang

gelombang tertentu agar suatu objek jaringan tubuh yang densitasnya beraneka

ragam dapat teridentifikasi.

Tahun 1949, John Julian Wild, ahli bedah Inggris yang bekerja di Medico

Technological Research Institute of Minnesota, berkolaborasi dengan John Reid,

seorang teknisi dari National Cancer Institute. Mereka melakukan investigasi

terhadap sel-sel kanker dengan alat ultrasonik. Beberapa jenis alat yang dibuat

untuk kepentingan investigasi tersebut antara lain B-mode ultrasound,

transduser/alat pemindai jenis A-mode transvaginal, dan transrectal. Prinsip alat-

alat tersebut mengacu pada sistem radar. Oleh sebab itu, mereka kemudian

menyebutnya sebagai Tissue Radar Machine (mesin radar untuk deteksi jaringan).

Tidak kurang dari 5 tahun setelah gebrakan yang dilakukan oleh Dussik

barulah dunia kedokteran dan teknik mulai menampakkan ketertarikan mereka.

Wild menjadi salah satu pelopor yang memperkenalkan prospek pengukuran

jaringan dengan ultrasonik di tahun 1950. Ia bersama French dan Neal, berhasil

mengadakan riset dalam hal deteksi tumor-tumor otak. Di tahun yang sama

Ludwig dan Struthers juga mengumumkan keberhasilan riset mereka dalam

deteksi kandung kemih ultrasonik. Beberapa waktu berikutnya, tahun 1952,

Howry dan Bliss mengeluarkan isu hasil penelitian mereka dalam visualisasi


ultrasonik untuk jaringan kulit dan otot. Momen-momen tersebut menguatkan

perkembangan teknologi ultrasonik dalam bidang kedokteran yang sangat pesat.

Waktu Perkembangan Ultrasonik

Sebelum Perang Dunia II Mengukur jarak dengan Echo

Tahun 1940an Dussik mencitrakan otak

Tahun 1950an Ultrasonik Doppler

M-Mode

Tahun 1960an Contact B-scanner

Pengamatan mekanik real-time

Echoencephalography

Tahun 1970an Pencitraan real-time

Scan-conversion

Gray-scale

Linear and phased arrays

Tahun 1980an Commercial array system

Puked wave Doppler

Pencitraan aliran berwarna

Wideband and spesialized transducer

Tahun 1990an Sistem digital

Pencitraan harmonik

Pencitraan 3 D

Tahun 2000an Handheld 2 D array for 3 D imaging Tabel 2.1 Perkembangan teknologi ultrasonik (Thomas L. Szabo, 2004)

2.2 Perkembangan Penelitian Interaksi Ultrasonik dengan Jaringan Tubuh

Penelitian tentang hamburan balik gelombang ultrasonik dari hati yang

normal dan abnormal sudah dimulai pada tahun 1981. Dari analisis amplitudo,

diperoleh bahwa sirosis hati memiliki karakter rata-rata amplitudo dan distribusi

amplitudo yang lebih besar dibandingkan hati yang normal. Finite element

methode untuk simulasi ultrasonik pada jaringan tubuh diaplikasikan untuk


mengetahui interaksi ultrasonik yang difokuskan dengan jaringan tubuh pada

tahun 2002. Penelitian ini dimotivasi oleh kemungkinan aplikasi medis focused

ultrasound dalam perlakuan invasiv yang minimal untuk berbagai jenis penyakit.

Efek mekanik dan termal disebabkan oleh penyebaran ultrasonik dalam medium

yang berbeda dihitung menggunakan finite element method.

Pada tahun 2005 dikembangkan finite element method pancaran

gelombang akustik pada medium berbentuk bulat untuk mencari solusi

permasalahan hamburan akustik frekuensi tinggi 20 MHz – 60 MHz. Paket

software FEMLAB (COMSOLAB, Stockholm) digunakan untuk mencari solusi

model komputasi dan MATLAB® (Mathworks, Inc.,Natick, MA) digunakan

untuk menghitung solusi analitis. Model hamburan elastis dapat digunakan untuk

memprediksi hamburan gelombang akustik frekuensi tinggi dari sel. Percobaan

pertama membangun model berdasarkan formulasi Faran dengan asumsi bahwa

sel homogen dan bulat. Modelnya tidak terlalu akurat dalm memprediksi

hamburan balik dari sel. Finite element method dapat memberikan model baru.

Ketika menggunakan solusi analitis rata-rata eror ~12% (Teori Faran atau

Anderson) dan ketika menggunakan finite element rata-rata eror menjadi ~5%.

Tahun 2006 dijelaskan fenomena khusus pancaran dan atenuasi

gelombang suara dalam tubuh. Mekanisme pancaran gelombang suara

menunjukkan bahwa energi gelombang suara mengalami pelemahan karena

hilang akibat proses absorbsi, hamburan, refleksi, dan refraksi. Atenuasi

gelombang suara pada tubuh meningkat dengan meningkatnya frekuensi pada

komposisi torax yang heterogen. Hasilnya menunjukkan bahwa struktur torax

heterogen dan frekuensi gelombang suara mempengaruhi kekuatan pancaran dan

karakteristik gelombang suara. Tempat pancaran gelombang suara dipengaruhi

oleh frekuensi. Perbedaan tempat memiliki pengaruh yang besar terhadap hasil

kecepatan dan panjang gelombang suara.

Pada tahun yang sama, dilakukan penelitian tentang pengaplikasian

COMSOL Multiphysics untuk memprediksi hamburan balik ultrasonik dari sel

untuk karakterisasi dan hamburan dari microbubble. Pada penelitian ini dihasilkan

peningkatan model menggunakan kondisi batas Bayliss-Gunzburger-Turkel


(BGT) tingkat dua. Ketika dibandingkan dengan model analitik hamburan

gelombang dari struktur bulat elastis (oleh Faran), akurasi model meningkat dari 2

% menjadi 8 % ketika menggunakan kondisi batas tingkat 1. Aplikasi model

ultrasonik dihamburkan oleh inti sel yang dikelilingi oleh sitoplasma. Sitoplasma

memiliki sifat elastis dengan kekakuan lebih kecil dari inti sel.


BAB 3 LANDASAN TEORI

3.1 Pendahuluan Gelombang Ultrasonik

3.1.1 Pengertian Gelombang Akustik dan Ultrasonik

Gelombang akustik atau gelombang bunyi adalah gelombang yang

dirambatkan sebagai gelombang mekanik yang dapat menjalar dalam medium

padat, cair, dan gas (Sutrisno, 1988). Gelombang bunyi ini merupakan getaran

molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat

tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi

bahkan tanpa terjadi perpindahan partikel (Resnick dan Halliday, 1978). Apabila

gelombang bunyi merambat mencapai batas permukaan maka gelombang bunyi

tersebut akan mengalami transmisi dan refleksi.

Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik dengan frekuensi

di atas 20 kHz. Gelombang ini dapat merambat dalam medium padat, cair dan gas,

hal disebabkan karena gelombang ultrasonik merupakan rambatan energi sebagai

interaksi dengan medium yang dilaluinya (Bueche, 1986).

Gambar 3.1 Pembagian rentang frekuensi gelombang akustik


Gelombang ultrasonik ini sering dipergunakan untuk pemeriksaan kualitas

produksi di dalam industri. Di bidang kedokteran, gelombang ultrasonik frekuensi

tinggi digunakan untuk diagnosis, dan pengobatan, karena mempunyai daya

tembus jaringan yang sangat kuat (Cameron and Skofronick, 1978).

3.1.2 Perambatan Gelombang Ultrasonik

Ada dua jenis perambatan gelombang akustik, yaitu gelombang

longitudinal dan gelombang transversal. Pada gelombang longitudinal, getaran

partikel dalam medium sejajar dengan arah rambat. Pada gelombang transversal,

arah getar partikel tegak lurus arah rambatnya. Perambatan gelombang ultrasonik

dalam medium gas, cair, dan tubuh manusia disebabkan oleh getaran bolak-balik

partikel melewati titik keseimbangan searah dengan arah rambat gelombangnya.

Maka, gelombang bunyi lebih dikenal dengan gelombang longitudinal seperti

yang ditunjukkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Gelombang longitudinal

Karakteristik gelombang ultrasonik yang melalui medium mengakibatkan

getaran partikel dengan medium amplitudo sejajar dengan arah rambat secara

longitudinal sehingga menyebabkan partikel medium membentuk rapatan (strain)

dan tegangan (stress). Proses kontinu yang menyebabkan terjadinya rapatan dan


regangan di dalam medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodik

selama gelombang ultrasonik melaluinya (Resnick dan Halliday, 1992).

Dalam kasus ini, masing-masing partikel medium dengan panjang dx

mengalami gaya yang bekerja pada permukaannya seperti yang ditunjukkan pada

gambar 3.3.

dx

Fx

x x+dx

Gambar 3.3 Gaya yang terjadi ketika gelombang suara merambat

Gelombang yang merambat dalam medium mematuhi hukum Newton II,

xF ma∑ = (3.1)

dimana : m = massa dan a = percepatan.

x xx x x

F FdF F dx F dxx x

∂ ∂ = + − = ∂ ∂ (3.2)

Selama gelombang suara merambat, elemen akan berpindah seperti digambarkan pada gambar 3.4.

ξ ξ+dξ

x x+dx

Gambar 3.4 Pemindahan elemen selama gelombang suara merambat


Perubahan panjang elemen karena perambatan gelombang suara dapat dirumuskan sebagai :

( )dl d dxxξξ ξ ξ ∂

= + − =∂

(3.3)

dimana rapatan elemen ε adalah

dldx x

ξε ∂= =

∂ (3.4)

Untuk menghubungkan rapatan dan gaya pada medium elastis, digunakan hukum Hooke sebagai berikut :

E σε

= (3.5)

dimana : E = modulus elastis dan tekanan σ dapat ditulis sebagai

FA

σ = (3.6)

dimana : F = gaya dan A = luas permukaan.

Kombinasi persamaan (3.4), (3.5), dan (3.6) menghasilkan

F AExξ

=∂ ∂

(3.7)

Persamaan (3.7) dapat ditulis

xF AExξ∂

=∂

(3.8)

2

2xdF AE dxxξ∂

=∂

(3.9)

Massa dan percepatan elemen dapat ditulis

( )m Adxρ= (3.10)

dan


2

2atξ∂

=∂

(3.11)

dimana : ρ = densitas medium dan t = waktu.

Persamaan (3.1) menjadi

2

2xdF Atξρ ∂

=∂

(3.12)

Menyamakan persamaan (3.9) dan (3.12) menghasilkan persamaan transmisi gelombang suara

2 2

22 2c

t xξ ξ∂ ∂=

∂ ∂ (3.13)

Dimana

Ecρ

= (3.14)

dengan c adalah cepat rambat gelombang suara dalam medium

Perambatan ultrasonik dalam medium sebagai gerak harmonik sederhana. Maka pemindahan partikel dalam medium adalah sebagai berikut :

( )j t kxAe ωξ −= (3.15)

dimana : ω = frekuensi angular, /k cω= , dan A = amplitudo.

Gelombang suara merambat dalam medium dengan panjang gelombang λ, yang dapat ditulis

/ (2 ) /c f cλ π ω= = (3.16)

dimana f adalah frekuensi.

3.2 Karakteristik Gelombang Ultrasonik

3.2.1 Panjang Gelombang, Frekuensi, dan Kecepatan


Panjang gelombang (λ) adalah jarak yang ditempuh gelombang suara

dalam periode satu getaran. Frekuensi (f) adalah banyaknya gelombang yang

bergetar dalam waktu satu detik yang diberi satuan Hertz. Manusia dapat

mendengar gelombang suara antara 20 Hz sampai 20 kHz. Gelombang ultrasonik

merupakan gelombang suara dengan frekuensi di atas 20 kHz. Frekuensi

ultrasonik yang digunakan untuk diagnosis berkisar 1 sampai 10 MHz (Pauly and

Schwan, 1971; Parker, 1983).

Periode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang menempuh satu

panjang gelombang dan sebanding dengan 1/f. Kecepatan ultrasonik (v) adalah

jarak yang dilalui oleh gelombang per satuan waktu dan sebanding dengan

panjang gelombang dibagi dengan periode. Karena periode dan frekuensi

berbanding terbalik, maka hubungan antara kecepatan, panjang gelombang, dan

frekuensi untuk gelombang ultrasonik adalah

c = λ f (3.17)

dimana c (m/s) adalah kecepatan gelombang ultrasonik dalam medium, λ (m)

adalah panjang gelombang, dan f (Hertz) adalah frekuensi.

Kecepatan gelombang ultrasonik di dalam jaringan tubuh manusia

diberikan dalam tabel 3.1.

Medium Densitas (kg/m3) Kecepatan (m/s)

Paru-paru 300 600

Lemak 924 1450

Air 1000 1480

Jaringan lunak 1050 1540

Ginjal 1041 1565

Darah 1058 1560

Hati 1061 1555

Otot 1068 1600

Tulang 1912 4080 Tabel 3.1 Densitas dan kecepatan suara dalam berbagai medium


Pada tabel 3.1 memperlihatkan kecepatan bunyi melalui beberapa medium,

dimana kecepatan bunyi bergantung kepada kerapatan medium.

3.2.2 Energi dan Intensitas

Daya adalah energi yang ditransfer dan dikespresikan dalam satuan watt.

Intensitas adalah daya yang melewati suatu area tertentu. Intensitas adalah daya

per unit area dan diekspresikan dalam satuan watt per meter kuadrat. Intensitas

menunjukkan kuantitas energi ultrasonik yang diaplikasikan pada permukaan

tertentu dalam tubuh pasien.

Jika gelombang ultrasonik merambat dalam suatu medium, maka partikel

medium mengalami perpindahan energi (Giancoli, 1998). Besarnya energi

gelombang ultrasonik yang dimiliki partikel medium adalah :

E = Ep + Ek (3.18)

dimana Ep adalah energi potensial (Joule) dan Ek adalah energi kinetik (Joule).

Untuk menghitung intensitas gelombang ultrasonik perlu mengetahui

energi yang dibawa oleh gelombang ultrasonik. Intensitas gelombang ultrasonik

(I) adalah energi yang melewati luas permukaan medium 1 m/s atau watt/m

(Cameron and Skofronick, 1978). Untuk sebuah permukaan, intensitas gelombang

ultrasonik ( I ) diberikan dalam bentuk persamaan :

2 21 1(2 ) ( )2 2I VA f Z Aρ π ω= = (3.19)

dimana : ρ adalah massa jenis medium/jaringan (Kg/ m3 ), f adalah frekuensi (Hz),

v adalah kecepatan gelombang ultrasonik (m/s ), V adalah volume (m3 ), A adalah

amplitudo maksimum (m), Z adalah impedansi akustik (kg/m.s), dan ω adalah

frekuensi sudut (rad/s).

Gelombang ultrasonik merambat membawa energi dari satu medium ke

medium lainnya. Energi yang dipindahkan sebagai energi getaran dari partikel ke

partikel pada medium tersebut. Besarnya energi yang dibawa partikel tersebut

adalah :

12E kA= (3.20)


dimana :

k = konstanta = 4 π2 m/T2 = 4 π2 m f2

T = periode (s)

A = amplitudo geraknya (m)

m = massa partikel pada medium (kg)

Kemudian :

2 2 22E mf Aπ= (3.21)

jika :

m = ρ V = ρ S l = ρ S v t = massa (kg),

V = volume = luas . tebal = S l (m3 ),

S = luas permukaan penampang lintang yang dilalui gelombang (m ),

l = v t = jarak yang ditempuh gelombang dalam waktu t (m),

v = laju gelombang (m/s),

t = waktu (s),

maka :

2 2 22E rSvtf Aπ= (3.22)

Dari persamaan di atas diperoleh hasil bahwa energi yang dibawa oleh

gelombang ultrasonik sebanding dengan kuadrat amplitudo. Besarnya daya yang

dibawa gelombang ultrasonik (P) menjadi :

2 2 22P rSvf Aπ= (3.23)

Intensitas gelombang ultrasonik adalah daya yang dibawa melalui luas

permukaan yang tegak lurus terhadap aliran energi, maka :

2 2 22P rvf Aπ= (3.24)

Persamaan di atas menyatakan hubungan secara eksplisit bahwa intensitas

gelombang ultrasonik sebanding dengan kuadrat amplitudo (A) dan dengan

kuadrat frekuensi (f).

Gelombang ultrasonik yang keluar dari sumber transduser mengalir ke

semua arah. Gelombang ultrasonik merambat keluar, energi yang dibawanya

tersebar ke permukaan yang makin lama semakin luas. Karena merambat dalam


arah tiga dimensi, maka luas permukaan merupakan luasan permukaan bola

dengan radius r adalah 4 π r2.

Berarti intensitas gelombang ultrasonik menjadi :

PI Daya Luas A= = (3.25)

Jika keluaran daya P dari sumber konstan, maka intensitas berkurang sebagai

kebalikan dari kuadrat jarak dari sumber, sehingga :

2

1Ir

= (3.26)

Jika kita ambil dua titik dengan jarak r1 dan r2 dari sumber, maka

I1 = P/4 π r12 dan I2= P/4 π r2

2, sehingga : 2

2 12

1 2

I rI r= (3.27)

Jika amplitudo gelombang ultrasonik berkurang terhadap jarak, maka

amplitudo gelombang ultrasonik menjadi mengecil sebesar 1/r (Giancoli,

1998) karena intensitas sebanding dengan amplitudo maka akan sebanding dengan

kebalikan dari kuadrat jarak, sehingga :

1A r= (3.28)

Jika kita ambil dua jarak yang berbeda dari sumber trasduser, r1 dan r2 maka :

2 1

1 2

A rA r

= (3.29)

Ketika gelombang ultrasonik dua kali lipat lebih jauh dari sumber transduser,

maka amplitudo akan menjadi setengahnya (Giancoli, 1998).

Intensitas relatif digambarkan dalam satuan decibel (dB) sebagai

2

1

Re 10log IIntensitas latifI

= (3.30)

3.3 Interaksi Gelombang Ultrasonik dengan Materi


Gelombang ultrasonik mempunyai sifat memantul, diteruskan dan diserap

oleh suatu medium. Interaksi gelombang ultrasonik dengan jaringan

mempengaruhi sinyal yang diterima oleh receiver.

3.3.1 Impedansi akustik

Impedansi akustik suatu materi didefinisikan sebagai perkalian antara

rapat jenis (ρ) dan kecepatan gelombang akustik (V)

Z Vρ= × (3.31)

dimana : Z adalah impedansi akustik (kg/ m2s), ρ adalah masa jenis (kg/ m3 ) dan

V adalah laju gelombang (m/s).

Ketika medium yang berdekatan memiliki impedansi akustik yang hampir

sama, hanya sedikit energi yang direfleksikan. Impedansi akustik memiliki peran

menetapkan transmisi dan refleksi gelombang di batas antara medium yang

memiliki impedansi akustik yang berbeda seperti yang pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Interaksi ultrasonik dalam dua medium dengan impedansi akustik yang berbeda

3.3.2 Atenuasi

Ketika gelombang suara melewati suatu medium, intensitasnya semakin

berkurang dengan bertambah kedalaman. Hal yang menyebabkan pelemahan

gelombang adalah proses refraksi, hamburan, dan absorbsi. Absorbsi adalah

penyerapan energi suara oleh medium dan diubahnya menjadi energi bentuk lain.

Hal ini menyebabkan pulsa ultrasonik yang bergerak melewati suatu zat akan

mengalami kehilangan energi.


Besarnya energi yang diabsorbsi sebanding dengan koefisien pelemahan

dan tebalnya medium yang dilalui. Setiap medium memiliki koefisien pelemahan

yang berbeda-beda. Semakin kecil koefisien pelemahan maka semakin baik

medium itu sebagai media penghantar. Penyerapan energi gelombang ultrasonik

akan mengakibatkan berkurangnya amplitudo gelombang ultrasonik.

Atenuasi berguna untuk menjelaskan fenomena berkurangnya intensitas

gelombang ultrasonik. Besar amplitudo setelah mengalami atenuasi adalah :

0zA A e α−= (3.32)

dimana A0 adalah amplitudo awal. Amplitudo (A) adalah amplitudo yang terrduksi

setelah gelombang berjalan dengan jarak sejauh z. α adalah koefisien atenuasi.

Secara umum, atenuasi sebanding dengan kuadrat frekuensi gelombang.

Gambar 3.6 Interaksi ultrasonik dengan medium yang menyebabkan atenuasi

3.3.3 Refraksi

Ketika gelombang ultrasonik melalui dua medium yang berbeda dengan

sudut tertentu maka gelombang ultrasonik mengalami refraksi. Refraksi adalah

perubahan arah gelombang ultrasonik yang ditransmisikan pada batas antara

medium yang berbeda ketika berkas gelombang tidak datang tegak lurus terhadap

batas jaringan. Refraksi terjadi pada dua medium yang memiliki perbedaan

impedansi akustik.


Hukum Snell menggambarkan hubungan antara sudut (sudut datang dan

sudut bias) dan kecepatan gelombang. Persamaan hukum Snell menggambarkan

perbandingan antara kecepatan gelombang di medium pertama (VL1) dan

kecepatan gelombang di medium 2 (VL2) dengan sinus sudut datang (θ) dan sinus

sudut bias (θ 2).

Gambar 3.7 Refraksi

Untuk sudut yang datang dan transmisi, maka:

1 2

1 2

sin sin

L LV Vθ θ

= (3.33)

Ketika VL2 > VL1, sudut transmisi lebih besar dari pada sudut datang dan

sebaliknya jika VL2 < VL1, tidak ada refraksi yang terjadi ketika kecepatan suara

sama dalam dua medium atau dengan gelombang datang yang tegak lurus. Ketika

refraksi terjadi, dapat menyebabkan artifak.

3.3.4 Hamburan

Peristiwa hamburan yang terjadi ketika gelombang ultrasonik berinteraksi

dengan batas antara dua medium. Jika batas dua medium relatif rata, maka pulsa

ultrasonik dapat disebut dengan specular reflection (seperti pemantulan pada

cermin) dimana semua pulsa ultrasonik akan dipantulkan ke arah yang sama.

Permukaan yang tidak rata menyebabkan gelombang echo dihamburkan ke segala

arah seperti pada gambar 3.8 (a). Hamburan juga terjadi dalam medium yang

heterogen seperti pada gambar 3.8 (b). Hamburan ke segala arah ini menyebabkan


hanya sedikit gelombang echo yang ditangkap kembali oleh tranduser dan akan

berperan dalam menampilkan citra.

(a) (b)

Gambar 3.8 Hamburan : (a) pada batas dua medium ; (b) pada medium heterogen

3.3.5 Refleksi

Apabila gelombang ultrasonik mengenai permukaan antara dua jaringan

yang memiliki perbedaan impedansi akustik (Z), maka sebagian dari gelombang

ultrasonik ini akan direflesikan/dipantulkan dan sebagian lagi akan

ditransmisikan/diteruskan.

Pulsa yang mengenai organ akan direfleksikan dan ditangkap oleh receiver

untuk diolah menjadi citra. Refleksi yang sangat kuat terjadi pada batas organ dan

dapat digunakan untuk mengetahui keabnormalan pada organ. Energi ultrasonik

yang direfleksikan pada perbatasan antara dua jaringan terjadi karena perbedaan

dari impedansi akustik dari kedua.


Gambar 3.9 Transmisi dan refleksi (Cameron and Skofronicck, 1978) :

A0 adalah amplitudo gelombang ultrasonik mula-mula, R adalah amplitudo gelombang ultrasonik

yang dipantulkan, dan T adalah amplitudo gelombang ultrasonik yang ditransmisikan.

Proses perjalanan gelombang ultrasonik adalah sebagai berikut, mula-mula

gelombang ultrasonik dengan amplitudo tertentu mengenai medium, kemudian

gelombang ultrasonik tersebut akan dipantulkan permukaan jaringan.

Perbandingan amplitudo pantulan (R) terhadap amplitudo datang (Ao) bergantung

pada impedansi akustik (Z) dari dua medium itu. Hubungan pernyataan itu adalah

:

2 1

0 1 2

Z ZRA Z Z

−=

+ (3.34)

dengan Z1 dan Z2 adalah impedansi akustik dari kedua medium (kg/m2s).

Telah dikemukakan di atas bahwa gelombang ultrasonik sebagian akan

ditransmisikan. Perbandingan antara amplitudo transmisi (T) dan amplitudo

gelombang datang (Ao) adalah :

1

0 1 2

2ZTA Z Z

=+ (3.35)

Koefisien intensitas pantulan, RI, didefinisikan sebagai perbandingan dari

intensitas pantulan dan intensitas yang datang :

22 1

2 1

rI

i

I Z ZRI Z Z

− = = + (3.36)


dan koefisien intensitas transmisi adalah :

1 22

1 2

4( )I

t

i

I Z ZTI Z Z

= =+ (3.37)

Pada bagian tubuh yang lunak, hanya sebagian kecil pulsa yang

direfleksikan. Untuk medium yang keras seperti tulang, energi yang direfleksikan

sangat besar. Amplitudo pulsa dilemahkan oleh adanya absorbsi medium dan

energi yang direfleksikan. Hal ini menyebabkan gelombang echo yang dikirimkan

kembali ke transduser sangat kecil dibandingkan dengan pulsa awal yang

dihasilkan transduser.

3.4 Prinsip Ultrasonik

3.4.1 Transduser

Transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di

dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk

yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya

(William D.C, 1993). Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia,

optik (radiasi), atau thermal (panas). Ultrasonik dihasilkan dan dideteksi oleh

transduser.

Gambar 3.10 Transduser


Transduser ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip piezoelektrik yang

ditemukan pada tahun 1880. Sifat bahan piezoelektrik adalah menghasilkan

muatan listrik jika diberi perlakuan mekanik. Sebaliknya, jika bahan ini diberi

tegangan listrik maka akan terjadi perubahan ketebalan (mengembang dan

mengkerut). Material yang biasa digunakan sebagai elemen transduser adalah

zirconate titanate (PZT). Elemen piezoelektrik mengubah energi listrik menjadi

energi mekanik untuk menghasilkan ultrasonik dan energi mekanik menjadi

energi listrik untuk mendeteksi ultrasonik. Transduser memiliki dua fungsi yaitu :

a. Menghasilkan pulsa ultrasonik

b. Menerima atau mendeteksi echo yang kembalI

Elemen aktif

Elemen aktif atau dikenal dengan elemen piezoelektrik adalah komponen

fungsional transduser. Piezoelektrik mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik ketika mengirim gelombang ultrasonik dan mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik ketika menerima gelombang ultrasonik. Energi ultrasonik

dihasilkan melalui transduser yang melibatkan efek atau fenomena piezoelektrik.

Efek piezoelektrik adalah sifat dari kristal tertentu jika diberikan tekanan akan

menghasilkan muatan-muatan elektrik positif dan negatif pada kedua belah

permukaan.

Gambar 3.11 Efek piezoelektrik


Ketika tekanan luar memberikan efek tegangan mekanik pada permukaan

piezoelektrik, dipole-dipole akan terganggu dari posisi keseimbangannya. Hal ini

mengakibatkan adanya ketidakseimbangan distribusi muatan. Kemudian akan

mengakibatkan perbedaan potensial dimana satu sisi akan bermuatan positif dan

yang lainnya bermuatan negatif. Elektrode yang berada di permukaan akan segera

mengukur besarnya tegangan tersebut, dimana nilainya akan proporsional dengan

amplitudo mekanik yang timbul.

Begitupun sebaliknya, pemberian tegangan pada permukaan piezoelektrik

akan menyebabkan ekspansi dan kontraksi mekanik dari elemen transduser. Efek

satu dengan yang lainnya (mutually effect) dari kristal akan terjadi jika diberikan

beda potensial pada permukaan kristal maka kristal tersebut akan mengalami

pengecutan atau pengembangan mekanik. Keadaan ini akan menghasilkan tekanan

dalam bentuk energi ultrasonik. Andaikan beda potensial bolak-balik (alternative

voltage) yang diberikan, maka kristal piezoelektrik tersebut akan mengembang

dan mengecut mengikuti besarnya beda potensial yang diberikan, dan proses ini

akan menghasilkan gelombang ultrasonik (Kutruff. 1991) seperti pada gambar

3.11.

Damping Block

Damping block adalah lapisan di belakang elemen piezoelektrik yang akan

menyerap energi ultrasonik yang datang dan melemahkan sinyal ultrasonik yang

merambat pada casing transduser. Komponen ini juga berfungsi mengurangi

vibrasi transduser untuk menghasilkan pulsa ultrasonik dengan lebar pulsa yang

pendek.

Wear Plate

Penggunaan wear plate bertujuan untuk melindungi transduser.

Bandwidth

Bandwidth adalah lebar distribusi frekuensi yang dilibatkan pulsa.


Gambar 3.12 Bandwidth

3.4.2 Prinsip Kerja Ultrasonik

Prinsip kerja ultrasonik memanfaatkan hasil pantulan (echo) dari

gelombang ultrasonik apabila ditransmisikan pada jaringan tertentu. Gelombang

suara frekuensi tinggi dikirimkan ke dalam medium dan akan dipantulkan kembali

ketika sampai pada batas medium yang berbeda. Echo dari gelombang tersebut

kemudian dideteksi dengan transduser yang mengubah gelombang akustik ke

sinyal elektronik untuk diolah dan ditampilkan. Ultrasonik bekerja dengan cara

memancarkan gelombang suara frekuensi tinggi ke tubuh pasien melalui

transduser. Gelombang suara ini menembus tubuh dan mengenai batas-batas antar

jaringan, misal antara cairan dan otot, antara otot dan tulang. Sebagian gelombang

suara ini dipantulkan kembali ke transduser, sebagian lain terus menembus bagian

tubuh lainnya sampai kemudian juga dipantulkan seperti pada gambar 3.13.

Gambar 3.13 Sistem pulsa echo ultrasonik


Gelombang-gelombang suara pantulan ini ditangkap kembali oleh

transduser dan diteruskan ke mesin ultrasonik, yang akan menghitung berapa jarak

jaringan pemantul dengan probe berdasarkan kecepatan suara di dalam jaringan.

Lalu mesin ultrasonik menampilkan pantulan gelombang suara itu di layar dalam

bentuk sinyal.

3.4.3 A-Mode

Gambar 3.14 A-mode

A-mode display digunakan untuk menggambarkan hubungan amplitudo

pulsa echo dengan kedalaman jaringan tubuh. Posisi sinyal echo di kedalaman

jaringan dipengaruhi oleh interval waktu pulsa yang dikirim dan diterima. Gambar

3.14 menjelaskan proses terbentuknya A-mode, pantulan pertama terjadi sebagai

pulsa yang dikirim oleh transmitter. Pulsa ultrasonik merambat ke dalam jaringan

tubuh sampai pada batas A jaringan yang memiliki impedansi akustik berbeda.

Hal ini menyebabkan sebagian pulsa ultrasonik dipantulkan dan diterima oleh

receiver sehingga menghasilkan echo A. Sebagian pulsa ultrasonik yang telah

melewati batas A akan diteruskan sampai pada batas B sehingga dihasilkan echo

B. Proses yang sama berlanjut hingga dihasilkan echo C.


BAB 4 SIMULASI DAN EKSPERIMEN

4.1 Simulasi Ultrasonik 2 Dimensi

Simulasi adalah teknik penyusunan dari kondisi nyata (sistem) kemudian

melakukan percobaan pada model yang dibuat dari sistem. Simulasi merupakan

alat yang fleksibel dari model. Simulasi cocok diterapkan untuk menganalisa

interaksi masalah yang rumit dari sistem. Simulasi bertujuan untuk

memprediksikan hasil eksperimen (Avissar, et.all., 1982).

Salah satu teknik untuk memodelkan perambatan ultrasonik dalam

medium adalah Finite Element Method yang ditemukan oleh Clough pada tahun

1960. Finite Element Method adalah metode numerik untuk mendapat solusi

permasalahan fisika menggunakan persamaan diferensial. Metode numerik ini

merupakan sistem yang mapan dalam komputasi untuk medium kompleks dan

heterogen serta dapat digunakan oleh banyak kasus fisika dan salah satunya

adalah akustik. Dengan metode ini, medan dari gelombang akan direpresentasikan

berupa serangkaian persamaan diferensial parsial (Partial Differensial Equation).

Konsep dasar yang melandasi finite element method adalah prinsip

diskritisasi. Secara umum, diskritisasi dapat diartikan sebagai upaya untuk

membagi sistem dari problem yang akan diselesaikan (objek) menjadi bagian-

bagian yang lebih kecil sehingga pemodelan menjadi lebih sederhana.

Penggunaan software pada simulasi memberi kemudahan dalam perubahan

berbagai parameter yang akan mempengaruhi hasil sesuai dengan yang

diinginkan. Software yang digunakan untuk memodelkan pancaran gelombang

dalam simulasi ini adalah COMSOL (Computer Solution) Multiphysics 2 dimensi

versi 3.4 untuk mencari solusi permasalahan hamburan ultrasonik dari jaringan

tubuh. Model ini akan digunakan untuk memprediksi hamburan balik ultasonik

dari jaringan untuk karakterisasi sinyal.

Langkah dasar yang dilakukan dalam simulasi dijelaskan pada gambar 4.1

berikut :


Gambar 4.1 Langkah simulasi menggunakan COMSOL Multiphysics

4.1.1 Preprocessing

Preprocessing adalah tahap mendefinisikan model simulasi yang akan

dilakukan. Tahap ini meliputi menentukan geometri domain, parameter

subdomain, parameter boundary condition atau kondisi batas, dan parameter

mesh.

1. Geometri Domain

Pada sistem ini dimodelkan sebuah perambatan gelombang ultrasonik

yang ditransmisikan oleh sebuah transmitter transduser linier dalam 2 dimensi.

Model jaringan terdiri dari transduser, jaringan tubuh berukuran yang di dalamnya

terdapat organ hati dan jaringan abnormal. Transduser yang dimodelkan tidak

sesuai dengan bentuk aslinya, namun yang diutamakan adalah posisinya sehingga

sesuai dengan prediksi perambatan gelombang ultrasonik di dalam medium.

Dalam kasus gelombang pulsa, transduser yang digunakan terdiri dari transmitter

(pengirim) dan receiver (penerima) dalam satu lokasi. Gelombang ultrasonik

dikirim, ditunggu selama interval waktu tertentu, kemudian sinyal echo diterima.


Dalam simulasi ini frekuensi transduser yang digunakan adalah 1 MHz sampai 6

MHz.

Geometri jaringan tubuh normal ditunjukkan pada gambar 4.2 dan

geometri jaringan tubuh abnormal ditunjukkan pada gambar 4.3. Dari gambar

tersebut terlihat perbedaan antara jaringan normal dan abnormal. Pada jaringan

abnormal terdapat tambahan geometri yang memiliki impedansi akustik berbeda

dengan organ hati.

Gambar 4.2 Geometri jaringan normal

Gambar 4.3 Geometri jaringan abnormal

transduser

jaringan lunak

transduser

jaringan abnormal

jaringan lunak

hati

hati


2. Parameter Subdomain

Parameter subdomain menjelaskan mengenai karakteristik fisika pada

domain utama. Domain utama model dibagi ke dalam beberapa subdomain. Pada

subdomain diatur nilai yang menunjukkan karakter tiap jaringan.

Persamaan subdomain pada medium adalah :

(4.1)

Dengan ea adalah koefisien masa yang bernilai 1 dan f adalah source term

yang bernilai 0. Nilai c pada persamaan di atas jika dibandingkan dengan

persamaan perambatan gelombang merupakan kuadrat dari kecepatan gelombang

di medium.

1

2

3

Gambar 4.4 Label nomor subdomain

Subdomain medium jaringan lunak berada pada subdomain selection 1

dengan kecepatan gelombang ultrasonik 1540 m/s, subdomain medium hati

berada pada subdomain selection 2 dengan kecepatan gelombang ultrasonik 1555

m/s, dan subdomain jaringan abnormal berada pada subdomain selection 3 dengan

kecepatan gelombang ultrasonik bervariasi dari 1900 m/s sampai 2600 m/s.

3. Parameter Kondisi Batas


Kondisi batas yang ditentukan saat pemodelan akan menentukan kondisi

yang menghubungkan geometri model dengan sekelilingnya. Kondisi batas

dimodelkan sebagai karakteristik setiap batas dalam memantulkan dan menyerap

gelombang ultrasonik. Semua batas dimodelkan sebagai kondisi batas Dirichlet

dan kondisi batas Neumann. Kondisi batas Dirichlet adalah kondisi yang

diberikan dalam bentuk nilai fungsi di perbatasan. Jika yang diberi pada suatu

batas adalah turunan fungsinya, maka kondisi batasnya Neumann.

Pemodelan transduser hanya dimodelkan sebuah boundary tambahan

seperti (angka 1) yang berjenis Dirichlet. Kondisi batas lain yang berjenis

Dirichlet (angka 2 dan 5) memiliki karakter memantulkan gelombang ultrasonik.

Dan kondisi batas lain yang berjenis Neumann (angka 3 dan 4) merupakan

potongan sebagai bentuk penyederhanaan geometri tubuh manusia.

1 2

3 4

5 Gambar 4.5 Kondisi batas

Sumber gelombang akustik dihasilkan transduser dengan persamaan

sebagai berikut :

2 2

0( ) cos(2 )exp( 1 4 ( ) )u t fc A t tπ= − − (4.2)

dengan :

ln 2Abwπ

=×


bw = transducer bandwidth, fc = frekuensi (Hz), dan t0 = waktu munculnya

puncak pulsa awal (s).

4. Parameter Mesh

Dalam upaya mendapat solusi permasalahan fisika, objek dibagi menjadi

bagian-bagian yang lebih kecil sehingga pemodelan menjadi lebih sederhana.

Proses ini dinamakan diskritisasi. Bagian-bagian kecil hasil diskritisasi dinamakan

mesh. Agar kondisi simulasi cukup stabil, maka ukuran mesh h diatur hingga lebih

kecil dari ukuran panjang gelombang yang merambat pada medium. Ukuran

elemen maksimum mesh = 1/6 x λ = 0,855x 10-5 m dengan jumlah mesh 39.393.

Geometri jaringan setelah dimesh ditampilkan pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Tampilan finite element mesh

4.1.2 Processing

Pada tahap ini, parameter solusi yang digunakan dalam simulasi ini adalah

solusi bergantung waktu (time dependent). Time stepping adalah waktu yang

dibutuhkan gelombang ultrasonik merambat dari dan kembali ke transduser.

Waktu yang digunakan dalam eksperimen ini adalah 110 μs dengan Δt 0.1 μs.

4.1.3 Postprocessing

Postprocessing merupakan tahap analisis dari solusi. pada tahap ini dapat

diketahui distribusi tekanan pada medium.


4.1.4 Deskripsi Kasus

Permasalahan yang diangkat pada penelitian metode simulasi ini adalah

mengetahui efek dari adanya jaringan abnormal dengan nilai intensitas yang

diterima oleh receiver. Jaringan abnormal yang biasa disebut kanker adalah suatu

kondisi dimana sel telah kehilangan pengendalian dan mekanisme normalnya,

sehingga mengalami pertumbuhan yang tidak normal, cepat dan tidak terkendali.

Sel-sel kanker akan terus membelah diri. Sejalan dengan pertumbuhan dan

perkembangbiakannya, sel-sel kanker membentuk jaringan ganas yang semakin

lama ukurannya semakin membesar. Sel kanker terlalu banyak memproduksi

protein. Kian tinggi jumlah protein itu, massa jenis kanker semakin bertambah.

Untuk itu ada beberapa hal yang akan dimodelkan dengan ketentuan

sebagai berikut :

1. Organ tubuh lain di sekitar hati disederhanakan menjadi jaringan lunak

homogen.

2. Dimensi keabnormalan jaringan disederhanakan berupa elips. Dengan

impedansi akustik dan panjang yang bervariasi.

3. Efek penggunaan couplant ditiadakan untuk mengurangi

kekompleksan analisis.

4. Perambatan ultrasonik divariasikan dengan perubahan frekuensi dan

bandwidth transduser.

4.2 Denoising dengan Wavelet

Dalam sistem ultrasonik yang sebenarnya, tidak seluruh echo yang

diperoleh dari jaringan tubuh diterima dengan baik seluruhnya oleh transduser.

Adanya noise mengakibatkan sinyal yang diterima mengalami kecacatan atau

bahkan menghilangkan informasi yang dibawa. Noise dapat diartikan sebagai

sinyal yang tidak diinginkan yang menyertai sinyal informasi dan merusaknya.

Untuk mengurangi noise dapat digunakan berbagai metode pemrosesan sinyal.

Proses untuk mengurangi noise disebut denoising.


Salah satu metode pemrosesan sinyal yang dapat digunakan untuk

denoising adalah wavelet. Wavelet memiliki prinsip dasar membagi data menjadi

komponen-komponen frekuensi yang berbeda. Proses ini dinamakan dekomposisi.

Transformasi sinyal menjadi koefisien-koefisien wavelet diperoleh dengan

menapis sinyal menggunakan high pass filter dan low pass filter.

4.3 Eksperimen

4.3.1 Deskripsi Alat dan Bahan

Sistem yang digunakan terdiri dari pulse generator, osiloskop, dan

transduser. Pulse generator adalah rangkaian alat uji elektronik yang digunakan

untuk menghasilkan pulsa (gambar 4.7). Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik

yang dapat memetakan sinyal listrik. Osiloskop yang digunakan berjenis

Tektronix TDS 2024 (gambar 4.8). Skala horizontal sebesar 500 mV/div dan

skala vertikal sebesar 10 μs/div.

Transduser yang digunakan memiliki frekuensi 5 MHz, berdiameter 1 cm,

dan terdiri atas dua elemen (dual element) (gambar 4.9). Transduser dual element

terdiri dari elemen pemancar (transmitter) dan elemen penerima (receiver)

dioperasikan secara mandiri dalam satu rumah dan dipisahkan oleh penghalang.

Ketika diberikan tegangan, elemen pemancar transduser mengirim ultrasonik ke

dalam objek. Pada batas akhir objek, ultrasonik dipantulkan kembali ke transduser

dan diterima oleh elemen penerima.

Gambar alat-alat yang digunakan dalam eksperimen ditunjukkan pada

gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 berikut.

Gambar 4.7 Pulser generator


Gambar 4.8 Osiloskop

Gambar 4.9 Transduser

Ada dua jenis medium yang digunakan dalam eksperimen ini. Medium I

terdiri dari agar-agar dan hati sapi. Medium II terdiri dari agar-agar, hati sapi, dan

karet. Agar-agar dimodelkan sebagai jaringan lunak, hati sapi dimodelkan sebagai

organ hati, dan karet diibaratkan sebagai jaringan abnormal yang terdapat pada

organ hati. Susunan medium yang digunakan ditampilkan pada gambar 4.10.

Gambar 4.10 Medium I : agar-agar dan hati sapi


Masing-masing bahan penyusun medium memiliki karakteristik sebagai

berikut :

1. Agar-agar yang mewakili jaringan lunak memiliki kecepatan

gelombang ultrasonik sebesar 1500 m/s. Tebal agar-agar pada medium

I adalah 3,8 cm dan pada medium II adalah 2,4 cm.

2. Hati sapi yang mewakili organ hati memiliki kecepatan ultrasonik

sebesar 1550 m/s dan ketebalan 1,1 cm. Hati sapi terletak pada

kedalaman 0,5 cm dari permukaan agar-agar.

3. Karet yang mewakili jaringan abnormal memiliki kecepatan ultrasonik

sebesar 2286 m/s dan ketebalan 0,3 cm. Karet terletak di dalam organ

hati yaitu pada kedalaman 0,9 cm dari permukaan agar-agar.

4.3.2 Metode Pengukuran

Metode pengukuran yang digunakan dalam eksperimen ini adalah metode

Contact scanning. Contact scanning adalah salah satu teknik pulsa echo dimana

transduser menempel langsung dengan objek yang akan diperiksa. Gambar 4.11

menunujukkan teknik contact scanning.

Gambar 4.11 Contact scanning

4.3.3 Prinsip Kerja

Eksperimen yang dilakukan hanya memvariasikan jaringan normal dan

jaringan abnormal dengan variasi impedansi akustiknya. Ultrasonik


ditransmisikan pada medium I (agar-agar dan hati sapi) dan medium II (agar-agar,

hati sapi, dan karet). Ketika eksperimen, transduser menempel pada organ yang

diteliti yang terlebih dahulu diberi bahan couplant yaitu gel. Pemberian gel ini

dimaksudkan untuk menghilangkan ruang udara di antara transduser dan objek.

Transmisi ultrasonik dimodelkan garis hitam dengan ketebalan berbeda

yang mewakili besarnya energi. Pada setiap batas antara jaringan yang memiliki

impedansi akustik berbeda, sebagian ultrasonik ditransmisikan menuju jaringan

berikutnya dan sebagian lagi direfleksikan (dimodelkan oleh garis merah) ke

receiver. Gambaran umum mengenai hubungan kualitatif antara pengaruh

keabnormalan jaringan dengan intensitas yang diterima receiver dapat dijelaskan

melalui gambar berikut :

(a)

(b)

Gambar 4.12 Perambatan gelombang ultrasonik : (a) medium I ; (b) medium II


Pada keadaan normal dimana organ hati tidak memiliki jaringan abnormal,

maka sinyal yang ditransmisikan oleh akan dipantulkan pada batas jaringan lunak

- hati, hati - jaringan lunak, dan batas akhir jaringan. Sedangkan ketika adanya

jaringan abnormal, pemantulan sinyal yang ditransmisikan terjadi pada batas

jaringan lunak - hati, hati - jaringan abnormal, jaringan abnormal - hati, hati -

jaringan lunak, dan batas akhir jaringan sehingga echo yang dihasilkan lebih

banyak dibandingkan dengan keadaan normal.


BAB 5 HASIL DAN ANALISIS

5.1 Hasil dan Analisis Simulasi

(a)

(b) Gambar 5.1 Snapshoot COMSOL : (a) jaringan abnormal ; (b) jaringan normal

5.1.1 Simulasi 1

Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh keabnormalan jaringan

terhadap sinyal. Hasil pengukuran echo jaringan normal dan abnormal dalam

domain waktu ditampilkan pada gambar 5.2.


(a)

(b) Gambar 5.2 Sinyal : (a) jaringan normal ; (b) jaringan abnormal

Gambar 5.2 (a) merupakan sinyal yang tidak memiliki jaringan abnormal

dan gambar 5.2 (b) merupakan sinyal jaringan abnormal yang memiliki dua buah

echo tambahan. Pada awal sinyal masing-masing gambar terdapat pulsa awal yang

dikirim oleh transduser. Pulsa yang dikirim oleh transduser kemudian memasuki

jaringan tubuh hingga bertemu batas antara jaringan lunak dan hati. Pada batas,

pulsa ada yang direfleksikan dan ada yang ditransmisikan.

Jaringan lunak memiliki densitas (ρ) sebesar 1050 kg/m3 dan kecepatan

ultrasonik (v) sebesar 1540 m/s. Hati memiliki densitas (ρ) 1061 kg/m3 dan

Pulsa awal

Pulsa awal

Echo jaringan abnormal

Echo batas akhir tubuh

Echo batas akhir jaringan


kecepatan ultrasonik sebesar (v) 1550 m/s. Dari persamaan (3.31) jaringan lunak

dan hati masing-masing memiliki impedansi akustik 1,61x106 dan 1,65x106.

Impedansi akustik menentukan energi akustik yang direfleksikan dan

ditransmisikan pada batas antara medium.

Mengacu pada persamaan (3.36) koefisien refleksi antara jaringan lunak

dan hati sebesar 0,0015 dan intensitas yang direfleksikan hanya 0,15 %. Hal ini

menyebabkan pada gambar 5.2 (a) echo yang timbul akibat refleksi batas antara

jaringan lunak dan hati hampir tidak terlihat.

Sebagian besar pulsa ditransmisikan menuju batas kedua antara hati dan

jaringan lunak. Proses terjadi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Pada batas

ini sebagian pulsa direfleksikan dengan intensitas sangat kecil dibanding

intensitas pulsa awal sehingga echo hampir tidak terlihat. Pulsa yang

ditransmisikan setelah melewati batas kedua antara jaringan lunak dan hati

menuju batas akhir tubuh. Pada batas akhir tubuh, pulsa direfleksikan dan diterima

oleh transduser.

Pada gambar 5.2 (b) terdapat dua buah echo yang tidak terdapat pada

gambar 5.2 (a). Echo tersebut merupakan pulsa yang direfleksikan pada batas

antara hati dan jaringan abnormal. Jaringan abnormal memiliki impedansi akustik

yang berbeda dengan hati. Mengacu pada persamaan (3.31) impedansi akustik

dipengaruhi oleh kecepatan ultrasonik dalam jaringan.

Intensitas echo hasil refleksi pada batas antara hati dan jaringan abnormal

lebih besar dibandingkan intensitas echo hasil refleksi pada batas antara jaringan

lunak dan hati yang hampir homogen (impedansi akustik hampir sama). Semakin

besar kecepatan ultrasonik, maka semakin besar impedansi akustik medium

tersebut. Hal ini menyebabkan semakin besar pula pulsa yang direfleksikan.

5.1.2 Simulasi 2

Frekuensi gelombang ultrasonik yang digunakan untuk keperluan medis

harus dipilih secara tepat karena akan mempengaruhi informasi diagnosis.

Simulasi ini bertujuan untuk memperoleh frekuensi optimal dalam diagnosis

keabnormalan pada organ hati. Hasil pengukuran echo jaringan abnormal dengan


variasi frekuensi 1 sampai 6 MHz dalam domain waktu ditampilkan pada gambar

5.3.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Gambar 5.3 Sinyal jaringan abnormal dengan variasi frekuensi (a) 1 MHz ; (b) 2 MHz ; (c) 3

MHz ; (d) 4 MHz ; (e) 5 MHz ; (f) 6 MHz


Gambar 5.3 menunjukkan sinyal jaringan abnormal dengan frekuensi 1

sampai 6 MHz. Mulai dari gambar 5.3 (a) sampai 5.3 (f), panjang gelombang

semakin lama semakin pendek dengan frekuensi yang semakin meningkat.

Mengacu pada persamaan (3.17), panjang gelombang dipengaruhi oleh kecepatan

ultrasonik dan frekuensi.

Persamaan (3.17) menunjukkan hubungan antara frekuensi dan panjang

gelombang. Panjang gelombang echo berbanding terbalik dengan frekuensi

transduser. Ketika diberikan frekuensi 1 dan 2 MHz, jumlah echo yang muncul

tidak begitu jelas terlihat karena panjang gelombangnya cukup besar sehingga

jarak antara echo berdekatan. Hal ini menandakan bahwa semakin kecil frekuensi

maka resolusi sinyal juga semakin rendah.

Ketika diberi frekuensi mulai dari 4 sampai 6 MHz, echo batas akhir

jaringan mengalami penurunan intensitas. Intensitas echo batas akhir jaringan

yang sangat kecil (mendekati nol) pada frekuensi 6 MHz menyebabkan echo ini

tidak terlihat pada gambar 5.3 (f). Semakin besar frekuensi menyebabkan

gelombang ultrasonik semakin banyak mengalami pelemahan sehingga jangkauan

kedalamannya berkurang. Tidak munculnya echo batas akhir tubuh disebabkan

karena gelombang suara frekuensi 6 MHz tidak dapat menjangkau hingga batas

akhir tubuh.

5.1.3 Simulasi 3

Bandwidth merupakan salah satu parameter penting yang mempengaruhi

sinyal ultrasonik. Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bandwidth

dalam diagnosis keabnormalan pada organ hati. Hasil pengukuran echo jaringan

abnormal dengan variasi bandwidth 1 hingga 3 MHz dalam domain waktu

ditampilkan pada gambar 5.4.


(a) (b)

(c) (d)

(e) (f) Gambar 5.4 Sinyal dengan variasi bandwidth (a) 1 MHz ; (b) 1,4 MHz ; (c) 1,8 MHz ; (d) 2,2 MHz

; (e) 2,6 MHz ; (f) 3 MHz

1

1


Bandwidth didefinisikan sebagai wilayah kerja transduser pada daerah

frekuensi. Bandwidth menggambarkan kemampuan maksimum transduser untuk

mentransmisikan ultrasonik per satuan waktu. Hasil sinyal pada gambar 5.3

menunjukkan bahwa bandwidth mempengaruhi panjang pulsa echo yang

dihasilkan.

Gambar 5.4 (a) dan (b) merupakan sinyal dengan bandwitdth sempit, yaitu

1 dan 1,4 MHz. Dari gambar tersebut dapat diamati bahwa jarak antara echo 1 dan

echo 2 sangat sedikit sehingga tampak seperti gelombang kontinu. Hal ini

menunjukkan resolusi bandwidth sempit kurang baik. Apabila dibandingkan echo

1 gambar 5.4 (b) yang diperbesar menjadi gambar 5.5 (a) dengan echo 1 gambar

5.4 (c) yang diperbesar menjadi gambar 5.5 (b), maka dapat dilihat pulsa pada

gambar 5.5 (a) lebih panjang dan jumlah gelombang yang lebih banyak dari pada

pulsa pada gambar 5.5 (b). Hal ini menunjukkan bandwidth yang lebih sempit

akan menghasilkan jumlah gelombang yang lebih banyak.

(a) (b)

Gambar 5.5 Pulsa ultrasonik (a) bandwidth 1,4 MHz ; (b) bandwidth 1,8 MHz

Dari sinyal yang diperoleh dan mengacu pada persamaan (4.2) semakin

lebar bandwidth, maka panjang pulsa yang dibangkitkan transduser berbanding

terbalik dengan bandwidth frekuensi transduser tersebut. Panjang pulsa akan

mempengaruhi resolusi sinyal yang dihasilkan. Pulsa yang panjang menyebabkan

jarak antar echo sedikit sehingga sulit untuk dibedakan.

5.1.4 Simulasi 4


Impedansi akustik merupakan parameter penting dalam menetapkan

transmisi dan refleksi gelombang di batas antara jaringan yang memiliki

impedansi akustik yang berbeda. Impedansi akustik suatu medium dipengaruhi

oleh kecepatan ultrasonik merambat dalam medium tersebut. Pada gambar 5.6 (a)

jaringan abnormal yang memiliki kecepatan 1650 m/s sudah dapat dideteksi

dengan adanya echo yang dipantulkan. Untuk mencari hubungan antara impedansi

akustik dengan intensitas ultrasonik yang ditransmisikan oleh transduser, maka

pada simulasi ini dilakukan variasi impedansi akustik jaringan abnormal. Variasi

kecepatan dilakukan dari 1900 hingga 2600 m/s (gambar (b) sampai (i)).

(a)

(b) (c)


(d) (e)

(f) (g)

(h) (i)

Gambar 5.6 Sinyal dengan variasi kecepatan ultrasonik jaringan abnormal :(a) 1650 m/s ; (b) 1900

m/s ; (c) 2000 m/s ; (d) 2100 m/s ; (e) 2200 m/s ; (f) 2300 m/s ; (g) 2400 m/s ; (h) 2500 m/s ; (i)

2600 m/s


Apabila diperhatikan mulai dari gambar 5.6 (b) sampai dengan 5.6 (i)

intensitas echo semakin lama semakin besar seiring dengan bertambahnya

kecepatan ultrasonik dalam jaringan abnormal. Seperti yang telah dibahas pada

5.1, semakin besar kecepatan ultrasonik maka semakin besar impedansi akustik.

Dengan impedansi akustik yang semakin besar, selisih impedansi akustik hati dan

jaringan abnormal juga semakin besar (ketidakhomogenan semakin besar). Hal ini

yang menyebabkan pulsa yang direfleksikan dan intensitas echo semakin besar.

Hubungan antara kecepatan gelombang ultrasonik dalam jaringan abnormal

dengan intensitas relatif echo ditunjukkan pada grafik 5.1.

Grafik 5.1 menunjukkan hubungan antara kecepatan ultrasonik dalam

jaringan abnormal dan intensitas echo berbanding lurus, artinya semakin besar

kecepatan ultrasonik dalam jaringan abnormal maka semakin besar pula intensitas

echo yang dihasilkan.

Grafik 5.1 Hubungan kecepatan ultrasonik dalam jaringan abnormal dengan intensitas relatif echo

5.1.5 Simulasi 5

Salah satu parameter keganasan jaringan abnormal adalah semakin

membesarnya ukuran. Untuk mencari hubungan antara ukuran jaringan abnormal

dengan intensitas ultrasonik yang ditransmisikan oleh transduser, maka pada


simulasi ini dilakukan variasi ukuran jaringan abnormal. Variasi ukuran dilakukan

dengan memvariasikan panjang dari 1 cm hingga 3,8 cm.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)


(g) (h)

Gambar 5.7 Sinyal dengan variasi panjang jaringan abnormal : (a) 1 cm ; (b) 1,4 cm ; (c) 1,8 cm ;

(d) 2,2 cm ; (e) 2,6 cm ; (f) 3 cm ; (g) 3,4 cm ; (h) 3,8 cm

Dapat dilihat mulai dari gambar 5.7 (a) sampai dengan 5.7 (h) intensitas

echo semakin lama semakin besar seiring dengan bertambahnya panjang jaringan

abnormal. Hubungan antara panjang jaringan abnormal dengan intensitas relatif

echo ditunjukkan pada grafik 5.2.

Grafik 5.2 Hubungan panjang jaringan abnormal dengan intensitas relatif echo


Grafik 5.2 menunjukkan semakin besar panjang jaringan abnormal, maka semakin

luas daerah yang menghamburkan ultrasonik sehingga intensitas echo semakin

besar.

Perubahan jaringan diawali dari ukuran yang kecil. Simulasi ini memiliki

tujuan untuk mengetahui pengaruh jaringan abnormal yang memiliki ukuran lebih

kecil dari λ/2π terhadap sinyal yang dihasilkan dengan variasi jumlah yang

menunjukkan konsentrasinya.

Gambar 5.8 Sinyal jaringan abnormal dengan ukuran lebih kecil dari λ/2π

Grafik 5.3 Hubungan jumlah jaringan abnormal berukuran lebih kecil dari λ/2π dan intensitas echo


Pada sinyal gambar 5.8 ukuran jaringan abnormal tidak menghasilkan

echo karena refleksi yang dihasilkan sangat kecil. Namun, jaringan abnormal

tersebut berpengaruh terhadap intensitas echo batas akhir jaringan. Intensitas echo

batas akhir jaringan semakin berkurang dengan bertambahnya jumlah jaringan

abnormal. Hal ini disebabkan pada ukuran jaringan abnormal lebih kecil dari λ/2π

mayoritas interaksi yang terjadi adalah hamburan dan absorbsi sehingga semakin

bertambah jumlah jaringan abnormal maka semakin banyak pula hamburan

absorbsi yang terjadi. Hamburan dan absorbsi menyebabkan gelombang ultrasonik

yang direfleksikan semakin berkurang.

5.1.6 Simulasi 6

Keabnormalan jaringan dapat pula dideteksi dari spektrum yang

dihasilkan. Spektrum dihasilkan dengan mencari Power Spectral Density (PSD)

yang menyatakan intensitas daya pada fungsi frekuensi. PSD menjelaskan

bagaimana kekuatan sinyal atau sebuah rangkaian waktu yang didistribusikan

dengan frekuensi.

(a)


(b)

(c)

Gambar 5.9 (a) Spektrum jaringan normal ; (b) Spektrum jaringan abnormal ; (c) Spektrum

jaringan abnormal ukuran lebih kecil dari λ/2π

Gambar 5.9 menunjukkan bahwa ada perbedaan spektrum jaringan

abnormal memiliki intensitas daya yang lebih besar dan puncak yang lebih

kompleks dibandingkan dengan spektrum jaringan normal. Intensitas daya yang

lebih besar dan puncak yang lebih kompleks menunjukkan adanya refleksi yang

berasal dari jaringan abnormal. Spektrum ini juga dapat mengindentifikasi adanya


jaringan abnormal dengan ukuran yang lebih kecil dari. Pada gambar 5.9 (c)

ditunjukkan bahwa jaringan abnormal memberi pengaruh pada pengurangan

intensitas echo dari batas akhir jaringan akibat interaksi hamburan dan absorbsi.

Hal ini menyebabkan intensitas daya spektrum jaringan abnormal lebih kecil

dibandingkan dengan jaringan normal.

5.1.7 Simulasi 7

Untuk memperoleh sinyal yang mendekati kondisi sebenarnya, maka

gambar 5.10 (a) dan 5.11 (a) yang menunjukkan sinyal jaringan normal dan

abnormal ditambahkan noise sebesar 5 %. Diasumsikan sinyal akustik yang akan

dianalisis adalah :

I = ttk + N (5.1)

Dengan I merupakan sinyal akustik yang memiliki noise, ttk adalah sinyal akustik,

dan N merupakan noise yang ditambahkan.

Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh noise terhadap sinyal.

Hasil sinyal yang sudah ditambahkan noise ditunjukkan pada gambar 5.10 (b) dan

5.11 (b).

(a) (b)

Gambar 5.10 Sinyal jaringan normal (a) tanpa noise ; (b) dengan noise


(a) (b)

Gambar 5.11 Sinyal jaringan abnormal (a) tanpa noise ; (b) dengan noise

Apabila memperhatikan gambar 5.10 (b) dan 5.11 (b), jumlah echo yang

menjadi sumber informasi diagnosis menjadi tidak terlihat lagi. Hal ini

menandakan bahwa noise mengakibatkan sinyal yang diterima mengalami

kecacatan dan menghilangkan informasi yang dibawa. Oleh karena itu, noise perlu

dikurangi menggunakan wavelet.

Sinyal jaringan normal ditambahkan noise yang ditampilkan pada wavelet

(gambar 5.13 (a)) kemudian dilewatkan pada filter, yaitu low pass filter dan high

pass filter. Proses ini disebut dekomposisi tingkat satu. Keluaran low pass filter

disebut approximation (A) dan keluaran high pass filter disebut detail (D).

Keluaran dari low pass filter dijadikan masukan proses dekomposisi tingkat

berikutnya. Sinyal approximation hasil dekomposisi tingkat satu disebut A1

menjadi masukan dekomposisi tingkat dua yang akan menghasilkan

approximation 2 (A) dan detail 2 (D) seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.12.

Gambar 5.12 Proses dekomposisi tingkat 2


Proses dekomposisi ini dilakukan hingga tingkat delapan yang hasilnya

ditampilkan pada gambar 5.13 (b). Gabungan keluaran low pass filter dan high

pass filter (A8 dan D8) inilah yang menjadi sinyal hasil denoising pada gambar

5.13 (c).

(a) (b)

(c)

Gambar 5.13 Denoising pada sinyal jaringan normal dengan wavelet : (a) sinyal jaringan normal

dengan noise ; (b) dekomposisi sinyal ; (c) sinyal hasil denoising

Echo batas akhir jaringan terlihat lagi


Proses denoising jaringan abnormal sama seperti yang telah dijelaskan pada

reduksi derau jaringan normal juga melalui tahapan yang ditunjukkan pada

gambar 5.14.

(a) (b)

(c)

Gambar 5.14 Denoising pada sinyal jaringan abnormal dengan wavelet : (a) sinyal jaringan

abnormal dengan noise ; (b) dekomposisi sinyal ; (c) hasil denoising

Echo batas akhir jaringan terlihat lagi

Echo jaringan abnormal terlihat lagi


Echo yang merupakan informasi diagnosis tidak dapat dilihat karena

pengaruh noise (gambar 5.13 (a) dan 5.14 (a)) menjadi terlihat kembali (gambar

5.13 (c) dan 5.14 (c) setelah denoising menggunakan wavelet.

5.2 Hasil dan Analisis Eksperimen

Gambar 5.15 Sinyal transmisi

Pada osiloskop tampak data dari transduser transmitter pada channel 1

(warna kuning) dan transduser receiver pada channel 2 (warna biru). Eksperimen

yang telah dilakukan adalah perambatan gelombang ultrasonik dalam medium

untuk mengetahui ada atau tidaknya jaringan abnormal.

5.2.1 Pengaruh Jaringan Abnormal

(a) (b)

Gambar 5.16 Sinyal : (a) jaringan normal ; (b) jaringan abnormal


Gambar 5.16 (a) merupakan sinyal dari medium I dimana tidak ada

jaringan abnormal. Hasil menunjukkan bahwa kecepatan ultrasonik dalam agar-

agar dan hati hanya memiliki sedikit perbedaan yang menyebabkan selisih

impedansi akustiknya pun menjadi kecil. Sehingga, intensitas yang direfleksikan

antara batas agar-agar dan hati sangat kecil. Hal ini menyebabkan pada gambar

5.16 (a) echo yang timbul akibat refleksi batas antara agar-agar dan hati hampir

tidak terlihat.

Pulsa yang ditransmisikan setelah melewati batas kedua antara jaringan

lunak dan hati menuju batas akhir tubuh. Pada batas akhir tubuh, pulsa

direfleksikan dan diterima oleh transduser menghasilkan pulsa echo dengan

intensitas peak-to-peak 0,6 volt. Waktu tempuh gelombang ultrasonik yang

diperoleh dari eksperimen pada medium I adalah berkisar 50,8 µs.

Gambar 5.16 (b) merupakan sinyal dari medium I dimana ada jaringan

abnormal. Hasil menunjukkan terdapat dua buah echo yang tidak terdapat pada

gambar 5.16 (a). Echo tersebut merupakan pulsa yang direfleksikan pada batas

antara hati - karet dan karet - hati. Jaringan abnormal memiliki impedansi akustik

yang berbeda dengan hati. Mengacu pada persamaan (3.31) impedansi akustik

dipengaruhi oleh kecepatan ultrasonik dalam medium.

Intensitas peak-to-peak hasil refleksi pada batas antara hati dan jaringan

abnormal pada medium II sebesar 0,4 volt. Intensitas tersebut lebih besar

dibandingkan intensitas echo hasil refleksi pada batas antara jaringan lunak dan

hati yang hampir homogen (impedansi akustik hampir sama). Semakin besar

kecepatan ultrasonik, maka semakin besar impedansi akustik medium tersebut.

Hal ini menyebabkan semakin besar pula pulsa yang direfleksikan.

5.2.2 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Simulasi

Dari segi jumlah echo yang dihasilkan oleh eksperimen dan simulasi tidak

mengalami perbedaan. Sinyal jaringan normal hasil eksperimen maupun simulasi

menunjukkan echo hanya terjadi pada batas akhir objek saja karena jaringan lunak

dan hati hampir homogen. Sinyal jaringan abnormal hasil eksperimen maupun


simulasi menunjukkan echo berasal dari batas hati-jaringan abnormal, jaringan

abnormal-hati, dan batas akhir jaringan lunak.

Sinyal eksperimen mengandung noise yang cukup besar sehingga echo

terlihat kecil. Oleh karena itu, proses denoising (pengurangan noise) yang telah

dilakukan pada simulasi 7 dibutuhkan agar informasi yang dibawa sinyal untuk

kepentingan diagnosis menjadi optimal.

(a) (b)

Gambar 5.17 Sinyal jaringan normal : (a) hasil eksperimen ; (b) hasil simulasi

(a) (b)

Gambar 5.18 Sinyal jaringan abnormal : (a) hasil eksperimen ; (b) hasil simulasi


BAB 6 PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi menggunakan software COMSOL Multiphysics dan

eksperimen menggunakan ultrasonik serta analisisnya maka dapat disimpulkan :

1. Semakin besar frekuensi, maka semakin kecil jangkauan kedalaman dan

semakin baik resolusinya. Untuk diagnosis kanker hati, frekuensi yang

paling optimum adalah 3 sampai 5 MHz.

2. Semakin lebar bandwidth, maka semakin pendek pulsa dan semakin baik

resolusi sinyal, namun sensivitasnya semakin berkurang. Untuk diagnosis

kanker hati, bandwidth yang paling optimum adalah 1,8 MHz.

3. Semakin besar perbedaan impedansi akustik antara dua medium, maka

semakin besar pula intensitas echo yang diterima receiver.

4. Semakin panjang jaringan abnormal, maka semakin besar pula intensitas

echo yang diterima receiver.

5. Sistem ultrasonik dapat digunakan untuk mengidentifikasi keabnormalan

jaringan dengan ukuran lebih kecil dari λ/2π dengan menganalisis

intensitas echo batas akhir jaringan.

6. Jaringan abnormal memiliki karakteristik spektrum yang berbeda dengan

jaringan normal, yaitu memiliki intensitas daya yang lebih besar dan

puncak yang lebih kompleks. Untuk kasus ukuran jaringan abnormal lebih

kecil dari λ/2π, intensitas dayanya lebih kecil dibandingkan dengan

spektrum pada jaringan normal.

7. Noise dapat direduksi menggunakan trnsformasi wavelet.

6.2 Saran

Beberapa saran untuk perbaikan penelitian ini di masa mendatang adalah :

1. Pada simulasi menggunakan COMSOL Muiltiphysics perlu dilakukan

permodelan tiga dimensi dan peningkatan jumlah mesh untuk

meningkatkan keakurasian hasil.

2. Pada penelitian selanjutnya perlu dilakukan penyelidikan efek biologis

ultrasonik terhadap jaringan tubuh manusia.


3. Untuk tahap selanjutnya perlu dilakukan penelitian tentang hubungan

karakteristik sinyal akustik terhadap spesifikasi jenis keabnormalan

jaringan.


DAFTAR REFERENSI

Allyn, Welch. “Physician Office Ultrasonic Imaging.” Thesis, Syracuse

University Coolege of Law Technology Transfer Reseach Center, 2004.

Brown, BH, RH Smallwood, D C Barber, P V Lawford, D R Hose. Medical

Physics and Biomedical Engineering. Medical Science Series. Bristol and

Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 1999.

Burns, Peter N. “Introduction To The Physical Principles of Ultrasound Imaging

and Doppler.” Sunnybrook Health Science Centre 2075 Bayview Avenue

S660. Canada

Bushberg, Jerrold T,J.Anthony Seibert, Edwin M. Leidholdt, and John M.Bhoone.

The Essential Physics of Medical Imaging. Philadelphia: Lippincott

Williams & Wilkins, 2001.

Cotin, S. And D.N Metaxas, eds. “Proceedings of Medical Simulation :

International Symposium – ISMS 2004, Cambridge, MA, June 17-

18,2004, Lecture Notes in Computer Science vol. 3078, Springer-Verlag,

pp. 67-76.

Erikson, Kenneth R., Francis J. Fry, Joie P. Jones. Ultrasound in Medicine – A

Review. IEEE Transaction on Sonic and Ultrasonic, Vol. Su-21, No. 3

July 1974.

Everest, F. Alton. The Master Handbook of Acoustic. USA: The McGraw-Hill

Companies, Inc, 2001.

Falou, Omar, J. Carl Kumaradas, and Michael C. Kolios. “A Study of FEMLAB

for Modeling High Frequency Ultrasound.” COMSOL Multiphysics User's

Conference. Boston, 2005.

----------. “Modeling Acoustic Wave Scattering from Cells and Microbubbles.”

COMSOL Multiphysics User's Conference. Boston, 2006

Giancoli, Douglas C. Physics (Principles With Application). Fifth Edition.

Prentice-Hall International, Inc, 1998. Translated in Indonesian Language

by Yuhilza Hanum. Fisika. Edisi 5. Jakarta : Erlangga, 2001.


Halliday, David and Robert Resnick. Physics. Third Edition. John Wiley &

Sons,Inc, 1978. Translated in Indonesian Language by Pantur silaban.

Fisika. Edisi kelima. Jakarta : Erlangga, 1985.

Hellier, Charles. Handbook of Nondestructive Evaluation. The McGraw-Hill

Companies, Inc, 2003.

Hongxia Yao. “Synthetic Aperture Methods for Medical Ultrasonic Imaging

Thesis.” IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics (1971) Vol. SU-21,

No. 3.

Huisman, Hendrikus Johannes. In Vivo Ultrasonic Tissue Characterization of

Liver Metastases. Rotterdam, 1966.

Hutton, David V. Fundamental of Finite Element Analysis. New York: The

McGraw-Hill Companies, Inc, 2004.

Markelin, René, Prashanth Kumar Chinta. “Numerical Modelling of Ultrasonic

NDT of a Wheel Shaft of an ICE Train.” Fundamentals in Medical

Biophysics MBP1007/1008 (2005). Germany

Mimbs, J.W., R. D. Bowens, R. D. Coben, M. O’Donnel, J. G. Miller, and B. E.

Sobel. “Effects of Myocardial Ischemia on Quantitative Ultrasonic

Backscatter Identification of Responsible Determinants.” Circ. Res. 49,

89-96 (1981).

Seghal, C. M. “Quantitative Relationship Between Tissue Composition and

Scattering of Ultrasound.” Journal Acoustic Soc Am. 94 (4) (1993).

Shung, K. Kirk. Diagnostic Ultrasound Imaging and Blood Flow Measurement.

New York: Taylor and Francis, 2006.

S.S. Yang, and J.K. Lee. FEMLAB and its applications Plasma Application

Modeling Lab. 2005

<http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasoni

cs/Introduction/history.htm>

Sprawls, Perry Jr.. Physical Principles of Medical Imaging. Madison. Wisconsin:

Medical Physics Publishing, 1995.

Szabo, Thomas L. Diagnostic Ultrasound Imaging : Inside Out. United States of

America: Elsevier Academic Press, 2004.


http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Introduction/history.htm�

http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Introduction/history.htm�

Vollmers, Tony Stanley. “Surface Impedance Measurement.” Thesis, College of

Graduate Studies and Research in Partial Fulfillment of the Requirements for the

Degree of Masters of Science in the Department of Mechanical Engineering

University of Saskatchewan, Saskatchewan, 2005.

Walidainy, Hubbul dan Nazlun. “Simulasi Menghapus Derau Pada Sinyal Suara.”

Jurnal Rekayasa Elektrika 1 (2004) Volume 3 No. 2.

<http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasoni

cs/Introduction/history.htm>

Webb, Steve. The Physics of Medical Imaging. Medical Science Series. London:

Institute of Physics Publishing, 2000.

Xiangtao Yin. “The Study of Ultrasound Pulse-Echo Subwavelength Defect

detection Mechanism.” Thesis, Departemen of Electrical and Computer

Engineering University of Illinois at Urbana-Champaign, 2003.

Yi Liul, Amy E. Kerdok, and Robert D. Howel. A Nonlinear Finite Element

Model of Soft Tissue.

<[email protected]>

Z. H. Cho, Joie P. Jones, Manbir Singh. Foundation of Medical Imaging. A Wiley-Interscience Publication, 1993.

Zimmerman, William B. J. Process Modelling and Simulation with Finite Element Methods. World Science Publishing Co. Ptc. Ltd. Singapore, 2004.


mailto:[email protected]�

LAMPIRAN

Lampiran A

COMSOL Multiphysics 3.4

COMSOL Multiphysics is a powerful interactive environment for modeling and solving all kinds of scientific and engineering problems based on partial differential equations (PDEs). With this software you can easily extend conventional models for one type of physics into multiphysics models that solve coupled physics phenomena—and do so simultaneously. Accessing this power does not require an in-depth knowledge of mathematics or numerical analysis. Thanks to the built-

in physics modes it is possible to build models by defining the relevant physical quantities—such as material properties, loads, constraints, sources, and fluxes—rather than by defining the underlying equations. COMSOL Multiphysics then internally compiles a set of PDEs representing the entire model. You access the power of COMSOL Multiphysics as a standalone product through a flexible graphical user interface, or by script programming in the COMSOL Script language or in the MATLAB language.

As noted, the underlying mathematical structure in COMSOL Multiphysics is a system of partial differential equations. We provide three ways of describing PDEs through the following mathematical application modes:

• Coefficient form, suitable for linear or nearly linear models • General form, suitable for nonlinear models • Weak form, for models with PDEs on boundaries, edges, or points, or for

models using terms with mixed space and time derivatives. (The weak form provides many additional benefits, and we review them in the context of specific models in other books in this documentation set.)

Using these application modes, you can perform various types of analysis including:

Gambar A.1 Logo COMSOL Multiphysics


(Lanjutan)

• Stationary and time-dependent analysis • Linear and nonlinear analysis • Eigenfrequency and modal analysis

When solving the PDEs, COMSOL Multiphysics uses the proven finite element method (FEM). The software runs the finite element analysis together with adaptive meshing and error control using a variety of numerical solvers. A more detailed description of this mathematical and numerical foundation appears in the COMSOL Multiphysics User’s Guide and in the COMSOL Multiphysics Modeling Guide.

PDEs form the basis for the laws of science and provide the foundation for modeling a wide range of scientific and engineering phenomena. Therefore you can use COMSOL Multiphysics in many application areas, just a few examples being:

• Acoustics • Bioscience • Chemical reactions • Diffusion • Electromagnetics • Fluid dynamics • Fuel cells and electrochemistry • Geophysics • Heat transfer • Microelectromechanical systems (MEMS) • Microwave engineering • Optics • Photonics • Porous media flow • Quantum mechanics • Radio-frequency components • Semiconductor devices • Structural mechanics • Transport phenomena • Wave propagation

Many real-world applications involve simultaneous couplings in a system of PDEs —multiphysics. For instance, the electrical resistance of a conductor often varies with temperature, and a model of a conductor carrying current should include resistive-heating effects. This book provides an introduction to multiphysics modeling in the section “Thermal Effects in Electronic Conductors” on page 33. In addition, the COMSOL Multiphysics Modeling Guide covers multiphysics modeling techniques in the section “Creating Multiphysics Models” on page 270. The “Multiphysics” chapter in the COMSOL Multiphysics Model Library also contains several examples.


javascript:WWHClickedPopup('multiphysics',%20'quickguide-4.html');�



javascript:WWHClickedPopup('multiphysics',%20'ammultiphysics-2.html');�



(Lanjutan)

Along these lines, one unique feature in COMSOL Multiphysics is something we refer to as extended multiphysics: the use of coupling variables to connect PDE models in different geometries. This represents a step toward system-level modeling.

Another unique feature is the ability of COMSOL Multiphysics to mix domains of different space dimensions in the same problem. This flexibility not only simplifies modeling, it also can decrease execution time.

In its base configuration, COMSOL Multiphysics offers modeling and analysis power for many application areas. For several of the key application areas we also provide optional modules. These application-specific modules use terminology and solution methods specific to the particular discipline, which simplifies creating and analyzing models. The COMSOL 3.2 product family includes the following modules:

• Chemical Engineering Module • Earth Science Module • Electromagnetics Module • Heat Transfer Module • MEMS Module • Structural Mechanics Module

The CAD Import Module provides the possibility to import CAD data using the following formats: IGES, SAT (Acis), Parasolid, and Step. Additional add-ons provide support for CATIA V4, CATIA V5, Pro/ENGINEER, Autodesk Inventor, and VDA-FS.

You can build models of all types in the COMSOL Multiphysics user interface. For additional flexibility, COMSOL also provides its own scripting language, COMSOL Script, where you can access the model as a Model M-file or a data structure. COMSOL Multiphysics also provides a seamless interface to MATLAB. This gives you the freedom to combine PDE-based modeling, simulation, and analysis with other modeling techniques. For instance, it is possible to create a model in COMSOL Multiphysics and then export it to Simulink as part of a control-system design.


Lampiran B

Karakteristik Transduser PTS5

Velocity : 1000 – 9999 m/s

Measurement Range : 1.0 mm to 200.00 mm in carbon steel, this is dependent upon the transducer used and the material measured

Diameter : 1 cm

Length : 8 cm

Weight : 50 g

Temperature Range : -200C - +500C


Lampiran C

Karakteristik osiloskop Tektronix TDS2024

Gambar C. Osiloskop Tektronix TDS2024

Features:

60 MHz, 100 MHz and 200 MHz Bandwidths

Sample Rates up to 2 GS/s

2 or 4 channels

2.5 k Points Record Length

Color or Monochrome LCD Display

Auto-set Menu with Waveform Selection

Probe Check Wizard to Ensure Correct Probe Usage

Context-Sensitive Help

Dual Time Base

Advanced Triggering

11 Automatic Measurements

Multi-language User Interface

Waveform and Setup Memories

FFT Standard on All Models


(Lanjutan)

Optional RS232, GPIB and Centronics Printer Interfaces with TDS2CMAX Module

Optional CompactFlash Memory Storage, RS232 and Centronics Printer Interfaces with TDS2MEM Module

Only 12.75"W x 5.96"H x 4.9"D, 4.4 lbs.

Description

The TDS1000 and TDS2000 Series digital storage oscilloscopes deliver an

unbeatable combination of superior performance, unmatched ease-of-use, and

affordability in an ultra lightweight, portable package. These new products extend

the performance and ease-of-use features in the former TDS200 Series, the

benchmark for low-cost oscilloscopes.

Affordable Digital Performance

With up to 200 MHz bandwidth and 2 GS/s maximum sample rate, no other color

digital storage oscilloscope offers as much bandwidth and sample rate for the

price. The TDS1000 and TDS2000 Series oscilloscopes provide accurate real-time

acquisition up to their full bandwidth. These instruments offer advanced

triggering, such as pulse width triggering and line-selectable video triggering, and

11 standard automatic measurements on all models. The Fast Fourier Transform

(FFT) math function allows the user to analyze, characterize and troubleshoot

circuits by viewing frequency and signal strength (standard).

Ultra-fast Setup and Use

The simple user interface with classic, analog-style controls makes these

instruments easy to use, reducing learning time and increasing efficiency.

Innovative features such as the autoset menu, probe check wizard, context-

sensitive help menu and color LCD display (TDS2000 Series) optimize

instrument setup and operation.

Simple, Speedy Documentation and Analysis


(Lanjutan)

OpenChoice® solutions deliver simple, seamless integration between the

oscilloscope and the personal computer, providing you with multiple choices to

easily document and analyze your measurement results. Choose from optional

communication modules, CompactFlash mass storage capability, OpenChoice

software or integration with third-party software.


karakterisasi sinyal akustik untuk mendeteksi ......2020/11/03 · gambar 3.1. pembagian rentang...

Documents