MODUL 3

KUALITAS CITRA CT-SCAN Nataadriya Hasanudin Sidik, Dani Budi Rayoga, Bryan Andi Putra PS, Panji Tofani,

Hannan P, Adhy Satya D. 10211060, 10211029, 10211058, 10211069, 10211089, 10211092

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia E-mail: Nataadriya_fi@yahoo.co.id

Asisten : Kiagus Aufa Ibrahim / 10210024

Tanggal Praktikum: (27 03 -2014)

Abstrak

Pada praktikum modul kualitas citra mikro CT-Scan yang dilakukan pada 27 Maret 2014 dilakukan pengujian

kualitas citra yang dihasilkan dari phantom uji yang dimasukan kedalam skyscan dengan variasi perubahan nilai

tegangan (kV) dan Arus (mAs), data hasil scan kemudian di rekonstruksi dan dilakukan pengolahan menggunakan

software CTan, diperoleh hasil yang ditunjukan pada gambar.3 serta table 1-13. Pengaruh perubahan nilai

tegangan dan arus terhadap parameter kualitas citra , serta interaksi yang terjadi ketika elektron mengenai materi

dan hubungannya dengan kualitas citra akan dibahas lebih lanjut pada bagian pembahasan, secara umum

perubahan nilai kV dan mAs berpengaruh terhadap kualitas citra dimana nilainya akan berbanding lurus dengan

kontras dan SNR dari Citra. Kata Kunci: Citra, Kontras, MikroCT-Scan, Phantom, Resolusi Spasial, SNR.

I. Pendahuluan Pada percobaan modul Kualitas Citra CT-SCAN bertujuan untuk dapat menganalisa parameter - parameter serta pengaruh perubahan

kV dan mAs terhadap parameter tersebut yang

mempengaruhi kualitas Citra yang diperoleh

dengan memanfaatkan Uji CT-Phantom untuk

beberapa variasi phantom yang digunakan.

Computered Tomography - SCAN (CT-

SCAN) merupakan suatu metode diagnostic

imaging yang digunakan pada bidang medis,

seiring dengan waktu lahir perkembangan dari

CT-SCAN berupa CT-SCAN yang mampu menentukan penampang dari objek dengan

resolusi berkisar skala micrometer.

Gambar 1. Diagram blok Mikro CT

Sinar-X yang diproduksi oleh sumber (Tabung

rontgent)melalui tahapan proses sebagai

berikut[1]:

- Filamen Anoda dan Katoda dialiri arus

listrik (mA) maka filament akan

berpijar sehingga akan timbul awan

elektron

- Elektron yang dihasilkan kemudian

ditembakan menuju anoda, dengan

membutuhkan energy yang cukup besar

(KV)

- Interaksi elektron dengan atom inti

target menghasilkan 2 sinar-x, dimana

terdapat pembelokan yang disertai

pemancaran energy foton (berupa sinar-

X breamstrahlung) sedangkan interaksi

elektron dengan inti akan dihasilkan

sinar-X karakteristik.

Hasil dari Pencitraan dipengaruhi oleh

beberapa hal diantara lain:

1. Paparan (Exposure)

Paparan ini terkait dengan Intensitas yang

bergantung kepada koefisien attenuasi

bahan serta waktu dan jarak, dimana akan

berlaku hubungan seperti pada persamaan

berikut:[2]

I = 0 (1)

2. Pengaruh Arus (mA)

Perubahan nilai mA hanya mempengaruhi

kualitas image dari segi kuantitas, dimana

nilai besarnya arus (mA) menentukan

banyaknya elektron yang timbul, sehingga

berpengaruh terhadap intensitas seperti

pada persamaan berikut: 12

= 12

(2)

3. Pengaruh Tegangan (KV)

Perubahan nilai tegangan yang diberikan

akan mempengaruhi kualitas image baik

secara kuantitas maupun kualitas, dimana

tegangan yang diberikan menentukan dari

kemampuan elektron menembus bahan,

sehingga terkait dengan intensitas serta

kualitas dari sinar-x berdasarkan banyak

interaksinya, berlaku persamaan: 12

= [ 12

]2 (3)

Terkait dengan percobaan kali ini

dimana objek yang memungkinkan untuk di

scan adalah objek yang berukuran kecil sesuai

dengan kemampuan detector, selain itu untuk

dapat meminimalisir resiko terhadap manusia

maka digunakan suatu phantom. Phantom

merupakan material/gabungan material yang

dapat memiliki karakteristik menyerupai

manusia, dimana memiliki koefisien attenuasi

bahan linear terhadap air lebih kecil dari

Plexiglas.[1]

Computered Tomography - SCAN (CT-

SCAN) memiliki proses rekonstruksi seperti

diagram blok berikut ini:

Gambar 2. Diagram blok rekonstruksi CT-Scan

Filtered Backprojection pada dasarnya sama

dengan backprojection namun filtered ini

cenderung digunakan untuk komputerisasi

dimana hasil scan berdasarkan koefisien

attenuasi kemudian di backprojection untuk

segala arah sehingga diperoleh gambaran utuh

dengan noise yang kecil dan kualitas image yang

lebih baik karena factor koreksi image dapat kit

ubah-ubah sesuai kebutuhannya.

Faktor yang menentukan kualitas suatu image

adalah sebagai berikut: [2]

1. Kontras

Tingkat perbandingan warna serta titik

gradasinya antar hitam dan putih yang

ditangkap oleh detector sesuai koefisien

attenuasinya.

2. Blur

Tingkat keburaman dari image

3. Noise

Ketidakjelasan pada bagian image yang

muncul akibat adanya gangguan, noise

terkait dengan Signal to Noise Ratio

(SNR) yang merupakan ratio antara

sinyal rata-rata dengan standar deviasi

yang dapat dituliskan:

SNR =

(4)

4. Artefak

Kesalahan yang muncul akibat factor

koreksi lainnya

Selain keempat factor diatas, terdapat factor

koreksi lainnya seperti distortion dan densitas,

namun yang menjadi tinjauan pada percobaan

kali ini hanya kepada keempat factor tersebut.

II. Metode Percobaan

Pada percobaan modul Kualitas citra CT-Scan dilakukan percobaan meninjau kualitas yang dapat dihasilkan dengan

memperhatikan pengaruh parameter-parameter

terhadap kualitasnya, dimana percobaan

dilakukan dengan mengamti hasil dari phantom

uji, dengan jenis phantom uji yang digunakan:

1. Phantom uji yang disediakan Lab. Terdiri dari 3 bahan didalamnya: bagian

bernomor, Grid metallic dan lapisan

homogen (urutan sesuai dari yang

paling atas hingga bawah)

2. Phantom uji yang dibawa Praktikan Praktikan dalam hal ini Kelompok 14

memilih Jam tangan sebagai phantom

Uji.

Operasikan mesin Skyscan yang akan

digunakan sesuai dengan SOP , dimana terlebih

dahulu mesin dipanaskan sekitar 5-10 menit,

kemudian masukan phantom uji ke dalam mesin

skyscan dengan menempelkan terlebih dahulu

pada dudukan yang telah disediakan, lalu set

nilai KV dan mAs pada computer, Ambil/scan

data dimana mesin skyscan meradiasi phantom

untuk ditangkap hasil scan data pada detector,

Pada saat lampu indicator dari radiasi mati,

keluarkan phantom dari dalam mesin skyscan.

Lalu matikan mesin skyscan tersebut.

Hasil scan data yang telah diperoleh,

kemudian diolah menggunakan software CTan,

dimana data di rekonstruksi untuk dimana

karakteristik dari kualitas image berdasarkan

kontras, resolusi spasial dan SNR image yang

diperoleh.

Berdasarkan analisis sementara dan

studi literature maka dapat ditarik hipotesa

bahwa perubahan nilai KV dan mAs akan

berpengaruh terhadap kualitas image yang

diperoleh baik dari segi kuantitas maupun

kualitas, dimana dapat teramati pada pengolahan

data karakteristik yang kita amati: Kontras,

resolusi spasial dan SNR. Secara umum

intensitas sinar-x yang berpengaruh besar akibat

perubahan nilai tersebut.

*) keterangan: untuk phantom pertama (yang

disediakan lab) data tidak diambil secara

langsung tetapi menggunakan data yang telah

diambil sebelumnya.

III. Data dan Pengolahan

- Kontras 1. Phantom pertama (Phantom uji dari Lab).

a. Keadaan 30kV 100A Tabel 1. Data kontras phantom Lab keadaan 30 KV

100A

b. Keadaan 30kV 125A

Tabel 2. Data kontras phantom Lab keadaan 30 KV

125A

c. Keadaan 60kV 100A

Tabel 3 Data kontras phantom Lab keadaan 60 KV

100A

2. Phantom kedua (Jam Tangan )

Tabel 4. Data kontras phantom kedua (jam tangan)

keadaan 100KV 29A

- Resolusi Spasial

1. Phantom pertama (Phantom uji dari Lab). a. Keadaan 30kV 100A

Tabel 5. Data Pixel phantom Lab keadaan 30 KV

100A

Tabel 6. Data resolusi phantom Lab keadaan 30 KV

100A

b. Keadaan 30kV 125A Tabel 7. Data Pixel phantom Lab keadaan 30 KV 125A

Tabel 8 Data Pixel phantom Lab keadaan 30 KV 125A

c. Keadaan 60kV 100A

Tabel 9. Data Pixel phantom Lab keadaan 60 KV 100A

Tabel 10. Data Resolusi phantom Lab keadaan 60 KV

100A

- Signal to Noise Ratio (SNR)

a. Keadaan 30kV 100A Tabel 11. Data SNR phantom Lab keadaan 30 KV

100A

b. Keadaan 30kV 125A

Tabel 12. Data SNR phantom Lab keadaan 30 KV

125A

c. Keadaan 60kV 100A

Tabel 13. Data SNR phantom Lab keadaan 60 KV

100A

- Image Hasil Rekonstruksi CT-Scan

untuk Phantom kedua (Jam Tangan)

Gambar 3. Image Hasil Rekonstruksi Phantom kedua

IV. Pembahasan

Berdasarkan hasil data yang ditunjukan

oleh table 1-13, dapat kita amati pengaruh

perubahan nilai KV dan mAs terhadap factor

kualitas citra yang diamati. Kontras yang

ditunjukan oleh image yang dihasilkan dengan

melakukan variasi nilai KV dan mAS teramati

bahwa pengaruh perubahan nilai tegangan (kV)

berbanding lurus dengan kontras citra yang

dihasilkan, begitupula dengan perubahan mAs

yang berbanding lurus kontras citra, namun

dapat teramati seperti pada table 1-4, bahwa

pengaruh perubahan tegangan > pengaruh

perubahan mAs, sesuai dengan persamaan 1-3

sehingga dapat kita tuliskan :

12

= 12

= = [ 12

]2 = 1

(4)

Dari persamaan diatas ditunjukan bahwa

pengaruh perubahan tegangan (kV) terhadap

intensitas merupakan kuadratnya sedangkan

terhadap mAs bersifat linear, selain itu teramati

bahwa KV dan mAs terkait dengan koefisien

attenuasi bahan uji yang merupakan fungsi dari

Energi dimana image yang ditangkap oleh

detector sangat bergantung pada koefisien

attenuasi yang menentukan besar dosis serap

sehingga berlaku persamaan :

=

() (5)

Keterangan :

Ea = Enegi serap

= koefisien absorbsi = Koefisien attenuasi

Serta berdasarkan data dapat diamati pada nilai

mean dan standar deviasi yang ditunjukan.

Meninjau kepada data hasil resolusi

spasial dari image yang diperoleh, dimana pada

table 5-10 teramati bahwa perubahan nilai KV

dan mAs tidak berpengaruh dengan cukup

signifikan terhadap resolusi spasial terhadap

image, namun secara umum perubahan nilai KV

berbanding terbalik dengan resolusi spasial,

ketika resolusi kecil maka image akan tampak

lebih jelas. Hal yang diperhatikan adalah ketika

energy yang digunakan berskala kecil maka

resolusi akan menurun akibat adanya coherent

Scatter.

Perubahan nilai kV dan mAs akan

berbanding lurus terhadap nilai SNR, serta

dapat kita nyatakan bahwa ketika nilai SNR

yang semakin besar akan menurunkan noise

yang terukur.

Setiap factor yang mempengaruhi dari

kualitas citra memiliki keterkaitan antara satu

sama lainnya, dimana berdasarkan penjelasan

diatas, dapat kita tarik kesimpulan bahwa

kontras sangat berhubungan dengan nilai SNR,

dimana SNR dipengaruhi oleh resolusi dalam

hal ini, selain itu yang perlu ditekankan adalah

factor factor lainnya seperti densitas, distorsi

yang turut berpengaruh terhadap kualitas citra

namun tidak kita amati secara khusus.

Sinar-X merupakan radiasi ionisasi

langsung, maka ketika suatu radiasi mengenai

materi maka akan terjadi interaksi didalamnya,

interaksi antara elektron dengan materi antara

lain: efek Compton, efek fotolistrik, produksi

pasangan dsb. Namun yang perlu kita tinjau

adalah lebih kepada efek fotolistrik dan efek

Compton, dimana Efek Compton akan dominan

ketika energy radiasi yang dipancarkan lebih

besar, sedangkan untuk energy yang lebih kecil

maka efek fotolistrik akan lebih besar, terkait

dengan noise nilainya akan lebih besar

ditimbulkan oleh interaksi pada efek fotolistrik

dibandingkan dengan efek Compton, karena

pada dasarnya densitas pada efek Compton

antara daerah berbeda (seperti tulang dan

jaringan lunak) menyebabkan kehilangan

kontras dengan penurunan energy dari incident

photons. Oleh karena itu, pada diagnostic

radiology digunakan energy rendah untuk

memproduksi gambar.

Untuk phantom uji kedua , dalam kasus

ini phantom yang digunakan adalah jam tangan

dimana hasil rekonstruksi ditunjukan pada

gambar.3 dengan data kontras pada table.4 dapat

teramati bahwa pada keadaan 100KV 29A citra

yang dihasilkan masih kurang jelas, dimana

diperlukan peningkatan tegangan (kV) dan mAs

sehingga dapat meningkatkan kualitas citra dan

menurunkan noise, mengingat densitas dari

materi penyusun jam tangan yang cukup berbeda

antara elemen luar dan dalamnya, selain itu perlu

diperhatikan kembali proses rekontruksi pada

CT-Scan yang pada dasarnya menggunakan

prinsip Filtered Backprojection.

Distribusi energy yang dipancarkan

melakukan penetrasi terhadap attenuasi medium,

dimana terjadi filtrasi ketika memiliki energy

rata-rata yang cukup besar dan kekuatan

penetrasi, sehingga untuk mendapatkan hasil

kualitas image maksimum maka nilai koefisien

attenuasi yang dihitung harus efektik:

= 2

(6)

V. Simpulan

- Kualitas citra yang akan dihasilkan dipengaruhi oleh beberapa factor

diantara lain kontras, resolusi spasial,

SNR, artefak (factor yang diamati)

selain itu terdapat factor densitas,

distorsi dsb.

- Perubahan nilai kV dan mAs berpengaruh terhadap kuantitas dan

kualitas dari image, terkait dengan

intensitas dan Energi sehingga

diperoleh hubungan bahwa perubahan

nilai kV dan mAs akan berbanding

lurus dengan kontras dan SNR

- Pada factor resolusi spasial perubahan kV dan mAs tidak berpengaruh cukup

signifikan.

- Berdasarkan interaksi elektron dengan materi maka dapat ditarik kesimpulan

bahwa untuk memproduksi gambar

haruslah menggunakan energy yang

rendah.

- Pada dunia image sesungguhnya, factor-faktor koreksi tersebut telah di-

set pada look up table (LUT)

- Terjadi proses filtrasi pada rekonstruksi image yang dihasilkan dimana akan

optimum untuk koefisien attenuasi

efektif.

VI. Pustaka

[1] R.Hendee & Russel. Medical Imaging

Physics. Canada. WILEY-LISS. 2002

[2] Slide Fisika Radiodiagnostik ( publikasi

by Rena Widita)