pembuatan perangkat lunak rekonstruksi citra …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file prosiding/iptek...
TRANSCRIPT
PROSIDING
PERTEMUAN DAN PRESENTASI ILMIAH PENELITIAN DASAR
ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI NUKLIR
Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Yogyakarta, 24 Juli 2018
Andeka Tris Susanto, dkk ISSN 0216-3128 73
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK
KOMPUTASI TOMOGRAFI SINAR-X
Andeka Tris Susanto, Kristedjo Kurnianto, Demon Handoyo, Fitri Suryaningsih Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir-BATAN
Kawasan Puspiptek, Gedung 71 Lantai 2, Serpong, Tangerang Selatan, Banten
ABSTRAK
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X. Sejalan dengan perkembangan teknologi radiografi digital, saat ini telah dikembangkan evaluasi tak merusak dengan teknik komputasi tomografi. Komputasi tomografi (CT) adalah teknik untuk menghasilkan
gambar penampang lintang 2-D dan 3-D sebuah objek dari citra radiografi. Karakteristik struktur internal
suatu objek seperti dimensi, bentuk, cacat internal, dan kepadatan dapat diketahui dengan menggunakan CT
tanpa merusak objek tersebut. Saat ini BATAN sedang melakukan penelitian dan pengembangan metode komputasi tomografi dengan menggunakan pesawat sinar-X yang dilengkapi dengan modul prototipe
perangkat radioskopi dan meja putar. Prototipe ini mampu menghasilkan citra radiografi dengan berbagai
proyeksi sudut. Selanjutnya untuk memperoleh citra penampang objek (slice), perlu dilakukan rekonstruksi
citra dimana telah dikembangkan perangkat lunak rekonstruksi citra oleh BATAN. Perangkat lunak ini mempunyai beberapa fitur untuk pengolahan citra dan pengaturan rekonstruksi lebih lanjut seperti tipe noise,
tipe filter, tipe interpolation, dan standar deviasi. Telah dilakukan pengujian rekonstruksi citra terhadap objek
stepwedge silinder aluminium dengan proyeksi citra sebanyak 181. Hasil rekonstruksi citra dengan berbagai
posisi potongan (slice) cukup memuaskan.
Kata Kunci : (evaluasi tak merusak, komputasi tomografi, rekonstruksi citra, perangkat lunak)
ABSTRACT
A SOFTWARE DEVELOPMENT FOR IMAGE RECONSTRUCTION OF COMPUTED TOMOGRAPHY X-RAY. In line with the development of digital radiography technology, currently it has been developed a
Non-Destructive Evaluation (NDE) with computed tomography techniques. Computed tomography (CT) is
such technique for generating 2-D and 3-D cross-sectional images of an object from a radiography image.
Characteristics of the internal structure of an object such as dimensions, shapes, internal defects, and density can be investigated by using CT without damaging the object. At the moment The National Nuclear Energy
Agency (BATAN) is conducting research and development on CT method using X-ray equipment with
prototype module of radioscopies and turntable. This prototype is able to produce radiography images with
various angle projections. Furthermore, to obtain the slice image of an object, an image reconstruction is required in which such image reconstruction software has been developed by BATAN. The software has several
features for image processing and further reconstruction settings such as noise type, filter type, interpolation
type, and deviation standard. An image reconstruction has been performed on an aluminum cylinder step
wedge object with 181 image projections. The result of this image reconstruction with various slice position is satisfactory.
Keywords : (non-destructive evauation, computed tomography, image reconstruction, software)
PENDAHULUAN
Computed Tomography (CT) atau komputasi
tomografi adalah teknik Non-Destructive Evaluation
(NDE) yang sudah teruji untuk menghasilkan gambar
penampang lintang 2-D dan 3-D suatu objek.
Karakteristik struktur internal suatu objek seperti
dimensi, bentuk, cacat internal, dan kepadatan dapat
diketahui dengan menggunakan teknik CT tanpa
merusak objek tersebut.
Kebutuhan untuk mengetahui karakteristik
internal suatu objek tanpa merusak maupun tanpa
memasukkan alat ke dalam objek yang diperiksa,
merupakan kebutuhan yang sangat penting baik itu di
bidang kedokteran, sistem keamanan, geologi
ataupun industri. Berbagai teknologi tomografi telah
dikembangkan di dunia antara lain CT Scan, MRI
(medan magnet ultra tinggi), PET (radiasi partikel
nuklir), ultrasonography (ultrasonik). Teknologi
tomografi ini harganya relatif mahal, sehingga perlu
dikembangkan perangkat komputasi tomografi yang
sederhana dengan harga relatif murah.
Berangkat dari permasalahan ini, PRFN-
BATAN melakukan kegiatan penelitian dan
pengembangan prototipe perangkat CT sinar-X dan
sinar gamma untuk industri manufaktur. Salah satu
kegiatan ini yaitu pembuatan modul perangkat lunak
rekonstruksi citra yang digunakan untuk memperoleh
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
74 ISSN 0216-3128 Andeka Tris Susanto, dkk
citra penampang objek. Citra radiografi yang
dihasilkan dari proyeksi berbagai sudut dilakukan
rekonstruksi dengan menggunakan perangkat lunak
ini, selanjutnya dapat dilakukan analisis karakteristik
internal objek yang diperiksa.
TEORI
Computed tomography merupakan teknik
pencitraan yang memungkinkan untuk memeriksa
citra penampang lintang suatu objek tanpa
merusaknya. Objek yang akan diperiksa dilakukan
akuisisi citra dari beberapa sudut, menghasilkan
serangkaian proyeksi citra. Selanjutnya citra tersebut
dilakukan pembuatan sinogram dan rekonstruksi
citra. Sinogram merupakan susunan proyeksi objek
pada seluruh sudut untuk satu irisan. Sinogram
menjadi masukan proses berikutnya yaitu proses
rekonstruksi citra. Kemudian langkah berikutnya
adalah melakukan rekonstruksi dengan filter back
projection. Metode rekonstruksi ini yaitu menyaring
setiap kolom sinogram dengan filter ramp sebelum
dilakukan back projection untuk mendapatkan irisan
penampang lintang atau tomografi dua dimensi
objek. Gambar 1 menunjukan proses rekonstruksi
filter back projection [1-3].
Gambar 1. Rekonstruksi citra menggunakan filter
back projection (FBP)
PRFN-BATAN telah mengembangkan
prototipe perangkat CT sinar-X dan sinar gamma
untuk industri manufaktur. Fluorescence screen
(layar pendar) digunakan sebagai detektor
pengangkap citra radiografi. Kamera CCD (Charge
Coupled Device) dihubungkan dengan sebuah
komputer untuk membaca dan menampilkan data
yang ditangkap oleh kamera CCD tersebut. Untuk
melindungi kamera dari radiasi sinar-X, kamera
dipasang pelindung radiasi dari timbal (Pb). Kamera
CCD yang digunakan adalah kamera yang memiliki
resolusi tinggi. Apabila sinar-X mengenai layar
pendar, cahaya akan keluar dari layar tersebut yang
intensitasnya tergantung dari banyaknya sinar-X
yang mengenainya. Dengan kata lain, layar pendar
ini dapat mengubah sinar-X menjadi cahaya tampak.
Cahaya tampak tersebut yang akan ditangkap oleh
kamera CCD. Data tersebut selanjutnya diolah dan
ditampilkan oleh komputer yang kemudian disebut
dengan citra digital. Skema prototipe perangkat CT
ditunjukan pada Gambar 2 [4] .
Gambar 2. Skema perangkat radioskopi untuk
industri manufaktur
Metode teknik tomografi dibagi menjadi dua
langkah, yaitu proses pengambilan data proyeksi
melalui sensor yang dipasang di sekeliling obyek
(akuisisi citra) dan proses rekonstruksi citra untuk
mendapatkan citra penampang lintang dari objek
yang diuji [5]. Proses pengambilan data proyeksi
dapat dilakukan dengan dua cara yaitu meletakkan
beberapa detektor (penangkap citra) di sekeliling
objek atau meletakan objek di meja putar kemudian
pengambilan data proyeksi dengan berbagai sudut.
Pada penelitian ini digunakan cara yang kedua, yaitu
menggunakan meja putar URS75BCC dan kontroler
SMC100 CC untuk meletakkan objek, yang
kemudian dilakukan akuisisi citra.
Untuk mengoperasikan perangkat
radioskopi ini telah dikembangkan modul perangkat
lunak akuisisi citra dan kendali meja putar. Perangkat
lunak ini mempunyai beberapa keunggulan
diantaranya yaitu tersedianya fitur integration frame
yang digunakan untuk mengurangi noise dalam
proses akuisisi citra. Selain itu tersedia fitur temporal
median fiter yang berguna untuk memperhalus
kontur citra pada salah satu sisi citra. Perangkat lunak
ini juga tersedia fitur kendali meja putar yang mampu
melakukan akuisisi citra secara otomatis dengan
proyeksi berbagai sudut. Hasil akuisisi citra tersebut
disimpan secara otomatis dan kemudian digunakan
untuk rekonstruksi tomografi [6]. Gambar 3
menunjukkan perangkat radioskopi yang digunakan
untuk CT sinar-X.
Gambar 3. Perangkat radioskopi untuk CT sinar-X
Untuk melakukan rekonstruksi citra,
diperlukan data sebagai berikut, citra proyeksi dari
berbagai sudut, open beam image dan dark image.
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
Andeka Tris Susanto, dkk ISSN 0216-3128 75
Semua file tersebut harus tersimpan dalam format
yang sama dalam sebuah folder.
Geometri paralel beam memerlukan citra
proyeksi antara sudut 0 sampai dengan 180o. Citra
terakhir yaitu pada sudut 180o tidak digunakan untuk
rekonstruksi namun digunakan untuk perhitungan
pusat rotasi. Pada geometri fan beam dan cone beam
memerlukan proyeksi diatas 360o atau 180o sudut
pembuka fan atau cone. Ketika melakukan akuisisi
citra pada setiap sudut, agar citra yang dihasilkan
mempunyai kualitas yang baik, melakukan integrasi
atau merata rata citra tersebut (integrasi frame).
Pendekatan ini mampu meningkatkan kualitas
rekonstruksi citra secara signifikan. Proyeksi citra
yang lebih banyak dapat meningkatkan statistik dan
kualitas rekonstruksi citra, namun juga meningkatkan
waktu akuisisi citra dan waktu rekonstruksi citra.
Open beam image digunakan untuk
memperbaiki beam profil, scintillator, taper atau
ketidaksempurnaan detektor. Untuk mendapatkan
open beam image, lakukan akuisisi citra tanpa
menggunakan sampel. Karena setiap proyeksi
dikoreksi dengan open beam image yang sama, setiap
kesalahan pada beam profile image maka citra
tersebut akan dinormalisasikan.
Offset image atau yang biasa disebut dengan
dark image diperlukan untuk memperbaiki ketidak
sempurnaan detektor diantaranya dark current, noise
pembacaan, dan offset ADC. Umumnya citra
proyeksi, open beam image dan dark image diakuisisi
dengan waktu integrasi yang sama [7,8].
TAHAP KERJA
Tahap pelaksanaan kegiatan dimulai dengan
mempelajari deskripsi proses komputasi tomografi
sinar-X dan mempelajari proses akuisisi citra dan
pengolahan citra. Tahap selanjutnya adalah
pembuatan desain awal dan desain rinci perangkat
lunak rekonstruksi citra untuk komputasi tomografi,
serta dilanjutkan dengan pembuatan program
tersebut. Tahap akhir dari kegiatan ini adalah
pengujian perangkat lunak.
Modul perangkat lunak rekonstruksi citra
untuk komputasi tomografi dikembangkan dengan
menggunakan bahasa pemprograman LabVIEW
profesional Development System 2011 yang
dilengkapi dengan opsi image acquisition dan vision.
LabView 2011 ini sangat fleksibel dan memiliki
fungsi yang cukup memadai dalam akuisisi,
pengolahan dan tomografi citra. Flow chart
perangkat lunak untuk tomografi sinar-X ditunjukkan
pada Gambar 4.
Gambar 4. Flow chart perangkat lunak rekonstruksi
citra untuk komputasi tomografi
HASIL DAN PEMBAHASAN
Modul perangkat lunak rekonstruksi citra
untuk komputasi tomografi sinar-X dikembangkan
dengan menggunakan bahasa pemprograman
LabView 2011. Pelaksanaan kegiatan pembuatan
modul perangkat lunak rekonstruksi citra
menghasilkan diagram blok, seperti ditunjukan pada
Gambar 5.
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
76 ISSN 0216-3128 Andeka Tris Susanto, dkk
Gambar 5. Diagram blok perangkat lunak rekonstruksi citra untuk komputasi tomografi
Gambar 6. Tampilan utama perangkat lunak rekonstruksi citra untuk komputasi tomografi
Perangkat lunak rekonstruksi citra yang telah dibuat
diberi nama VIRec-2017. Perangkat lunak ini
mempunyai fitur-fitur sebagai berikut :
File path : untuk inisiasi file atau folder citra
yang akan direkonstruksi.
Fungsi Manipulasi citra : menu untuk melakukan
manipulasi atau pengolahan citra terhadap citra
asli (origin).
Origin & Manipulated image : menampilkan
citra asli dan citra hasil pengolahan citra.
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
Andeka Tris Susanto, dkk ISSN 0216-3128 77
Sinogram : menampilkan sinogram.
Menu projection : menu projection terdiri dari
beberapa fungsi antara lain :
Projection info : menampilkan piksel detektor,
mengatur jumlah proyeksi, region,
Image info : menampilkan ukuran citra,
Noise type : fungsi untuk mengatur noise ketika
rekonstruksi.
Filter type : fungsi untuk mengatur filter yang
digunakan untuk rekonstruksi citra.
Interpolation type : fungsi untuk mengatur
interpolasi yang digunakan untuk rekonstruksi
citra.
Standar deviasi ; fungsi untuk mengatur standar
deviasi.
Recontruction : Menu untuk menampilkan citra
hasil rekonstruksi, pada menu ini terdapat menu
lokasi potongan yang digunakan untuk
menggeser atau menampilkan lokasi slice.
Tahapan rekonstruksi citra diawali dengan
memilih folder citra (format .tiff), perangkat lunak
kemudian menampilkan semua citra yang akan
direkonstruksi komputasi tomografi. Sebelum
dilakukan rekonstruksi harus dilakukan pengolahan
terhadap citra tersebut. Proses ini dilakukan
terhadap sebuah citra dimana outputnya adalah
sebuah citra juga. Pengolahan citra diawali dengan
mengaktifkan atau tidak fungsi invers citra.
Selanjutnya citra tersebut diolah dengan
menggunakan fungsi Transformasi Lookup Table
(LUT). Fungsi ini merupakan transformasi dasar
dalam pengolahan citra yang memperjelas detail
dalam suatu area yang mengandung informasi
tertentu dengan mengabaikan area lainnya. Fungsi
tersebut digunakan untuk memperbaiki kontras dan
kecerahan suatu citra dengan memodifikasi
intensitas pada daerah yang kontrasnya buruk.
Fungsi LUT diantaranya linear, logarithmic, power
1/Y, square root, exponential, power Y, dan square.
Setelah itu pilih lokasi potongan (slice) yang akan
dilakukan rekonstruksi. Menu projection digunakan
untuk pengaturan rekonstruksi lebih lanjut seperti
noise, filter, interpolation, dan standar deviasi.
Program dijalankan untuk mendapatkan citra
rekonstruksi. Untuk melihat bagian slice yang lain
dengan cara mengubah menu lokasi potongan
(slice). Gambar 6 menunjukkan tampilan utama
perangkat lunak rekonstruksi citra untuk komputasi
tomografi.
Rekonstruksi citra yang benar dapat dicapai
dengan pengaturan yang benar dalam tahapan
akuisisi citra. Walaupun beberapa koreksi kecil
dapat dilakukan pada perangkat lunak. Penyelarasan
yang benar untuk geometri cone beam, dimana
penyelarasan gerakan vertikal, sumbu rotasi dan
detektor dapat mempengaruhi kualitas citra.
Telah dilakukan pembuatan perangkat
lunak rekonstruksi citra untuk komputasi tomografi.
Perangkat lunak tersebut selanjutnya diuji untuk
mengetahui kinerjanya. Pengujian dilakukan
terhadap citra radiografi menggunakan objek
stepwedge aluminium dan special phanthom
resoution disc. Akuisisi citra sebanyak 181 proyeksi
dengan sudut proyeksi 0 s/d 180o. Gambar 7
menunjukkan objek pengujian ini. Sebelum
dilakukan rekonstruksi terlebih dahulu diakukan
pengolahan citra menggunakan fungsi log, tipe noise
mengunakan gaussian, tipe filter menggunakan
ramp dan tipe interpolasi menggunakan linear.
Keterangan citra radiografi yang digunakan untuk
rekonstruksi citra sebagai berikut :
Objek stepwedge silinder aluminium dan special
phanthom resoution disc
Tegangan pesawat sinar-X 160 kV,
Arus pesawat sinar-X 5 mA
Jarak sumber ke objek 125 cm
Jarak sumber ke detektor (boks radioskopi) 135
cm
Jumlah proyeksi 181
Sudut proyeksi 0 s/d 180o
Hasil rekonstruksi citra dengan berbagai
posisi potongan (slice) cukup memuaskan. Sehingga
perangkat lunak ini dapat digunakan sebagai
alternatif untuk rekonstruksi citra untuk komputasi
tomografi. Pengembangan kedepan perangkat lunak
ini yaitu dengan menambahkan fitur kalibrasi.
Kalibrasi citra dilakukan untuk memperbaiki cacat
kecil pada citra yang disebabkan oleh sensor kamera
dan sistem optik sehingga menghasilkan citra
berkualitas baik citra yaitu dengan mengkompensasi
citra proyeksi dengan open beam image dan dark
image. Selain itu perlu penambahan fitur untuk
mengurangi ring artefact yang disebabkan ketidak
linier piksel detektor.
Hasil rekonstruksi citra dari objek
radiografi stepwedge silinder aluminium dengan
berbagai posisi potongan (slice) ditunjukkan pada
Gambar 8
Gambar 7. Objek stepwedge dan phantom disc
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
78 ISSN 0216-3128 Andeka Tris Susanto, dkk
No Posisi potongan Slice
1
2
3
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
Andeka Tris Susanto, dkk ISSN 0216-3128 79
No Posisi potongan Slice
4
5
Gambar 8. Hasil rekonstruksi citra dari objek stepwedge silinder dengan berbagai posisi potongan
(slice)
KESIMPULAN
Telah dilakukan pembuatan modul
perangkat lunak rekonstruksi citra untuk komputasi
tomografi sinar-X yang diberi nama VIRec 2017.
Perangkat lunak ini mampu melakukan komputasi
tomografi dengan menggunakan metode filter
backprojection. Keunggulan perangkat lunak ini
antara lain yaitu tersedianya fitur pengolahan citra
untuk memperjelas detail dalam suatu area yang
mengandung informasi tertentu dengan
mengabaikan area lainnya. Selain itu tersedia menu
projection antara lain tipe noise, tipe filter, tipe
interpolation, dan standar deviasi untuk
mendapatkan hasil rekonstruksi sesuai dengan
kebutuhan. Telah dilakukan pengujian rekonstruksi
citra terhadap objek stepwedge silinder aluminium
dengan proyeksi citra sebanyak 181. Hasil
rekonstruksi citra dengan berbagai posisi potongan
(slice) cukup memuaskan. Sehingga perangkat
lunak ini dapat digunakan sebagai alternatif
melakukan rekontruksi citra untuk komputasi
tomografi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Kami ucapkan terima kasih kepada Tim
BATAN – IAEA Collaborating Center atas bantuan
dan kerja sama dalam pengujian perangkat
radioskopi, terutama PAIR yang telah memfasilitasi
penelitian dan pengujian perangkat radioskopi.
DAFTAR PUSTAKA
1. MILAN ZVOLSKY, Tomography Image
Reconstruction, Universitas Hamburg, Jerman,
2013.
2. http://www.nde-ed.org/EducationResources/
CommunityCollege/Radiography/AdvancedTec
hniques/computedtomography.htm,diakses 28
Mei 2018.
3. SUMIRIYAH, Rekonstruksi Citra Tomografi
Sinar-X Flouresens 2D Berbasis Teknik
Radiografi Digital Menggunakan Bahasa
PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA UNTUK KOMPUTASI TOMOGRAFI
SINAR-X
80 ISSN 0216-3128 Andeka Tris Susanto, dkk
Pemprograman Matlab 7.1, Berkala Fisika
volume 13 ISSN 1410-9662, UNDIP, 2010
4. WIRANTO BUDI SANTOSO, Perangkat
Penangkap Citra Berbasis Layar Pendar, Pusat
Rekayasa Perangkat Nuklir – BATAN, Jurnal
Perangkat Nuklir Volume 5 No 2 (2011) 84 – 91
5. WARSITO, Review : Komputasi Tomografi dan
Apikasinya dalam Proses Industri, Ohio State
University, Prosiding Semiloka Teknologi
Simulasi Komputasi serta Apikasi, 2005
6. ANDEKA TRIS SUSANTO, Modul Perangkat
Lunak Akuisisi Citra dan Kendali Meja Putar
Prototipe Perangkat Radioskopi untuk Industri
Manufaktur, Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir-
BATAN, Jurnal PRIMA Volume 14 No 1
(2017), ISSN : 1411-0296
7. FITRI SURYANINGSIH, Pengujian Hasil
Rekonstruksi Citra Radiografi Digital
Menggunakan Program Labview, Pusat
Rekayasa Fasilitas Nuklir- BATAN, Jurnal JPN
Volume 9 No 1 (2015), ISSN : 1978-3515
8. GUSTI NGURAH SUTAPA, Uji Kecepatan
Rekonstruksi Citra pada CT-Scan Metode Back
Projection (BP) dan Metode Fiter Back
Projection (FBP) dengan Pemfiteran pada Doain
Spasial, Berkala Fisika volume 14 ISSN 1410-
9662, UNDIP, 2011
TANYA JAWAB
Fajar
Perangkat lunak dibuat menggunakan bahasa
pemrograman apa? Dan bagaimana cara kerja alat
tersebut, kegunaan (aplikasi)
Jawab
Perangkat lunak ini dibuat dengan bahasa
pemrograman Labview. Prototype ini akan
melakukan rekonstruksi citra. Aplikasi perangkat
lunak ini untuk mengetahui gambar penampang
lintang (slice) suatu objek. Kemudian dilakukan
analisis dimensi, cacat, kepadatan objek tersebut.