i

DESAIN MAGNIFIKASI RADIOGRAF PADA

PERANGKAT RADIOGRAFI DIGITAL (RD) DI

LABORATORIUM FISIKA MEDIK UNNES

Skripsi

disusun sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Progam Studi Fisika

oleh

Esti Melintang

4211412019

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2016

ii

iii

iv

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto:

“Barangsiapa menempuh suatu jalan dalam rangka mencari ilmu maka

Allah akan tunjukkan baginya salah satu jalan dari jalan-jalan menuju ke

surga. Sesungguhnya malaikat meletakan sayap-sayap mereka sebagai

bentuk keridhaan terhadap penuntut ilmu”.

(HR. Abu Dawud)

Allah memberikan ujian hebat hanya kepada orang-orang hebat pula.

Percayalah Allah akan menjadikanmu lebih hebat dari saat ini.

Atas anugerah Allah SWT, skripsi ini saya persembahkan

untuk

1. Bapak dan ibu yang telah menyayangi,

memotivasi, dan mendo’akan saya.

2. Keluarga besar Mbah Yodo dan Mbah

Sumardi Sorok.

3. Bapak-Ibu dosen.

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena atas limpahan

rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini guna memperoleh

gelar Sarjana Sains pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Univesitas Negeri Semarang yang berjudul “Desain Magnifikasi Radiograf

pada Perangkat Radiografi Digital (RD) di Laboratorium Fisika Medik

UNNES”. Saya menyadari bahwa skripsi ini tidak akan terselesaikan tanpa adanya

partisipasi dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini

penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum., Rektor Universitas Negeri Semarang.

2. Prof. Dr. Zaenuri, S.E., M.Si., Akt., Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.

3. Dr. Suharto Linuwih, M.Si., Ketua Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.

4. Prof. Dr. Susilo, M.S., selaku pembimbing I yang telah membimbing

dengan penuh kesabaran dan memberikan masukan, saran, serta memotivasi

penulis dalam penyusunan skripsi.

5. Sugiyanto, S.Pd., M.Si., selaku pembimbing II yang telah membimbing

dengan penuh kesabaran dan memberikan masukan, saran, serta memotivasi

penulis dalam penyusunan skripsi.

6. Dr. Khumaedi, M.Si., selaku dosen wali yang senantiasa membimbing dan

memberikan motivasi selama masa perkuliahan.

vii

7. Seluruh Teknisi Laboratorium Fisika, khususnya Bapak R. Muttaqin, S.Si.

yang banyak memberikan saran dan bantuannya dalam melaksanakan

penelitian.

8. Bapak Marjan dan Ibu Juminah terkasih yang merawat, membesarkan, dan

mendidik dengan penuh kasih sayang.

9. Adikku Erlan Tata Prasetya yang selalu menemaniku.

10. Om Mizwaruddin dan Bu Lek Trisni yang telah membantu penulis dalam

bentuk moril dan material.

11. Rudy Setiawan yang telah membantu dalam penelitian.

12. Teman tersayang Afif, Itsna, dan Yuii yang selalu memberikan semangat,

pertolongan, dan kasih sayang ke penulis.

13. Dwi Apriyani sebagai teman diskusi yang selalu memberi motivasi kepada

penulis.

14. Teman-teman KBK ELINS dan Fisika Medik yang selalu memberi

semangat, bantuan, dan keceriaan selama penyusunan skripsi.

15. Teman-teman Fisika angkatan 2012 yang selalu menjadi teman diskusi.

16. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari keterbatasan kemampuan yang dimiliki sehingga skripsi ini jauh

dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran sangat diharapkan untuk

kesempurnaan penulisan selanjutnya. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.

Amin.

Semarang, 26 Oktober 2016

Penulis

viii

ABSTRAK

Melintang, Esti. 2016. Desain Magnifikasi Radiograf pada Perangkat Radiografi

Digital (RD) di Laboratorium Fisika Medik UNNES. Skripsi, Jurusan Fisika,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.

Pembimbing Utama Prof. Dr. Susilo, M.S. dan Pembimbing Pendamping

Sugiyanto, S.Pd., M. Si.

Kata kunci: Radiografi Digital, Timbal, Faktor Kalibrasi Spasial, Magnifikasi.

Perkembangan sistem radiografi diawali dari radiografi konvensional (RK)

berbasis film, hingga radiografi digital (RD). Teknik pemeriksaan RD telah

dikembangkan di Laboratorium Fisika Medik UNNES dengan hasil diagnosis

berupa file foto dalam format .JPG untuk ditampilkan pada PC. Dalam pemeriksaan

radiografi banyak dijumpai radiograf yang mengalami magnifikasi (perbesaran)

yang disebabkan jarak antara objek terhadap image receptor (𝑂𝐼𝐷). Citra radiografi

harus mampu memberikan informasi secara akurat demi penegakan diagnosis, salah

satunya yaitu dalam prediksi ukuran objek uji. Dibutuhkan suatu acuan berupa

lempeng Pb yang telah diketahui ukurannya sebagai bahan dalam penentuan nilai

faktor kalibrasi spasial. Algoritma seleksi otomatis acuan menggunakan global

thresholding digunakan untuk mendapatkan gambaran acuan. Ukuran citra

pembentuk Pb dapat diketahui dari menjumlahkan nilai intensitas data pixel,

selanjutnya dipilih nilai maksimumnya yang mewakili ukuran acuan Pb

sebenarnya. Nilai faktor kalibrasi spasial dihitung dengan membandingkan ukuran

sebenarnya terhadap ukuran citra acuan. Fungsi dari threshold adalah untuk

memisahkan antara objek terhadap background yang didasarkan pada nilai

intensitas keabuannya. Faktor kalibrasi spasial yang diperoleh dari beberapa acuan

yaitu 𝑘 = (8,785 ± 0,021) × 10-2 mm/pixel. Sedangkan faktor kalibrasi spasial

optimal diperoleh pada acuan 60,200 mm yaitu 0,087373 mm/pixel dengan rata –

rata ketelitian sebesar 98,64%. Citra radiografi yang telah mendapatkan pengaruh

𝑂𝐼𝐷 dapat diprediksi ukuran objek sebenarnya dari mengalikan panjang pixel objek

dengan faktor kalibrasinya dan membaginya terhadap nilai magnifikasi yang

dialami. Bertambahnya ketinggian 𝑂𝐼𝐷, nilai magnifikasi yang dialami semakin

besar pula dengan nilai koefesien determinasi sebesar 0,9972.

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ............................................................................... i

PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................................ ii

PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ................................................. iii

PENGESAHAN ........................................................................................ iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................. v

KATA PENGANTAR ............................................................................. vi

ABSTRAK .............................................................................................. viii

DAFTAR ISI ........................................................................................... ix

BAB

1. PENDAHULUAN ............................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1

1.2 Perumusan Masalah ..................................................................... 4

1.3 Pematasan Masalah ..................................................................... 5

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................ 5

1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................... 5

1.6 Sistematika Penulisan .................................................................. 6

2. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 7

2.1 Prinsip Dasar Sinar-X .................................................................. 7

2.2 Radiografi Digital (RD) ............................................................... 14

2.3 Timbal (Pb) sebagai Perisai Radiasi Sinar-X ............................... 17

2.4 Magnifikasi Radiograf ................................................................. 19

x

2.5 Pembacaan Citra Digital oleh MATLAB ..................................... 24

2.6 Kalibrasi Spasial ......................................................................... 30

3. METODE PENELITIAN ................................................................ 32

3.1 Waktu dan Tempat Penelitan ....................................................... 32

3.2 Alat dan Bahan ............................................................................ 32

3.3 Pelaksanaan Penelitian ................................................................ 33

3.4 Pembuatan Perangkat Lunak ....................................................... 42

3.5 Teknik Analisis Data ................................................................... 44

4. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 45

4.1 Hasil Penelitian ........................................................................... 45

4.2 Pembahasan ................................................................................ 61

5. PENUTUP ....................................................................................... 69

5.1 Simpulan ..................................................................................... 69

5.2 Saran ........................................................................................... 70

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 71

LAMPIRAN ........................................................................................... 75

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Tabung Sinar–X ................................................................................. 7

2.2 Hasil pemotretan Sinar–X pertama kali oleh Roentgen ....................... 8

2.3 Sinar-X Bremsstrahlung dihasilakan dari interaksi elektron dengan inti atom

target ................................................................................................. 10

2.4 Efek fotolistrik ................................................................................... 12

2.5 Hukum Kuadrat Terbalik .................................................................... 13

2.6 Pengurangan intensitas radiasi sinar-x ................................................ 14

2.7 (a) Teknik RD secara direct ................................................................ 15

(b) Teknik RD secara indirect ............................................................ 15

2.8 Diagram alir sistem RD modifikasi dari sistem RK ............................ 16

2.9 Faktor pelemahan untuk penahan radiasi timbal ................................. 18

2.10 Skema dari pembuatan bayangan dan bagiannya .............................. 20

2.11 (a) Pembentukan citra radiografi dari point source ......................... 21

(b) Pembentukan citra radiografi dari focal spot menunjukkan ada

penumbra ................................................................................. 21

2.12 Sinar-X memancar secara divergen .................................................. 22

3.1 (a) Rancang penelitian verifikasi Pb sebagai alat bantu kalibrasi ........ 35

(b) Tampilan citra hasil eksposi sinar-X .............................................. 35

3.2 Rancang penelitian magnifikasi radiografi terhadap besarnya OID ..... 38

3.3 Flowchart umum penelitian ............................................................... 40

3.4 Flowchart dalam menentukan ukuran pembentuk acuan Pb ................ 41

xii

3.5 Tampian desain magnifikasi radiograf pada perangkat RD modifikasi 42

4.1 Flowchart umum penelitian penentuan ukuran objek uji ..................... 48

4.2 Flowchart dalam menentukan ukuran pembentuk acuan Pb ................ 49

4.3 Citra radiografi dengan acuan lempeng Pb ukuran 60,200 mm dan objek uji

............................................................................................................ 50

4.4 Cropping area Pb ............................................................................... 50

4.5 Histogram cropping ........................................................................... 51

4.6 (a) Keluaran citra hasil threshold ....................................................... 52

(b) Invers citra threshold .................................................................... 52

4.7 Hasil seleksi otomatis gambaran acuan lempeng Pb ........................... 53

4.8 Tampilan fungsi imdistline pada citra RD ........................................... 56

4.9 Desain aplikasi magnifikasi radiograf dengan bantuan MATLAB ...... 58

4.10 Hubungan 𝑂𝐼𝐷 terhadap besarnya magnifikasi radiograf pada objek uji

ukuran 85 mm ................................................................................... 66

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Transmisi efektif (%) dari timbal murni ............................................. 19

4.1 Hasil perhitungan nilai faktor kalibrasi spasial ................................... 54

4.2 Perhitungan nilai error terhadap acuan lempeng Pb yang digunakan .. 57

4.3 Prediksi ukuran objek uji dengan pengaruh OID pada objek (𝑝) 85 mm 60

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Verifikasi alat bantu kalibrasi spasial ................................................... 76

2. Prediksi ukuran objek ketika mendapat pengaruh magnifikasi radiograf 79

3. Hasil eksposi sinar-X pada sistem radiografi digital ............................. 85

4. List program MATLAB ....................................................................... 95

5. Dokumentasi ........................................................................................ 96

6. SK skripsi ............................................................................................ 99

7. Surat ijin penelitian .............................................................................. 100

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejalan dengan perkembangan sains dan teknologi bidang kesehatan,

teknologi dibidang radiologi pun terus mengalami perubahan. Diawali dengan

perkenalan manusia dengan sinar-X pada saat ditemukannya oleh Wilhelm Conrad

Roentgen, seorang ahli fisika bangsa Jerman pada tahun 1895 (Akhadi, 1996),

hingga pemanfaatan sinar-X yang semakin luas dan berkembang.

Era teknologi komputer dan data digital yang terus berkembang menjadikan

teknik pemeriksaan radiografi mengalami perkembangan pula. Teknologi yang

telah dikembangkan yaitu teknik radiografi berbasis komputer dengan tujuan

menghasilkan radiograf yang lebih berkualitas. Teknologi Computed Radiography

(CR) diperkenalkan oleh Fujifilm Medical system pada tahun 1980. CR merupakan

teknik pemeriksaan Radiografi Digital (RD) yang tidak langsung. Diperlukan

sebuah imaging plate untuk menangkap berkas sinar-X yang telah melewati tubuh

pasien sebelum ditransfer ke suatu komputer (Sartinah et al., 2008).

Teknik pemeriksaan radiografi berbasis digital telah dikembangkan di

Laboratorium Fisika Medik Universitas Negeri Semarang. Menurut Susilo et al.,

(2014) prinsip kerja sistem RD memanfaatkan sinar-X yang bisa menembus objek

dan kemudian menerjang intensifying screen (IS) yang peka terhadap terpaan sinar-

X. Pendaran pada IS tersebut merupakan sinar tampak atau visual light yang

kemudian dipotret oleh kamera DSLR Canon EOS 6D. Pendaran yang telah

2

diprotret tersebut akan ditampilkan pada komputer personal (PC) berupa file

radiograf digital yang bisa disimpan dan dipanggil kembali.

Menurut Foley, sebagaimana dikutip oleh Kurniawati (2013), citra digital

didapatkan dengan pengambilan citra menggunakan suatu alat digitizer dan

dihubungkan dengan monitor atau komputer yang telah dilengkapi perangkat lunak

penganalisis dan pengolahan citra digital. Pengolahan citra dilakukan dengan cara

mentransformasikan citra menjadi citra lain. Masukan yang akan diolah adalah

sebuah citra dan keluarannya juga berupa citra, namun citra keluaran mempunyai

kualitas lebih baik daripada citra masukan (Gonzales et al., 2008: 3).

Upaya yang telah dilakukan untuk mengolah citra digital di Laboratorium

Fisika Medik UNNES yaitu menggunakan perangkat lunak Matrix Laboratory

(MATLAB). Melalui perangkat lunak tersebut dapat dikembangkan berbagai teknik

pengolahan citra digital seperti tampilkan histogram, pixel info, invert citra, convert

gray dan sebagainya. Layout penampil dari hasil pengolahan citra digital tersebut

dapat berupa tool Grafical User Interface (GUI) yang terdapat dalam MATLAB

(Susilo et al., 2013).

Radiograf digital sendiri dipengaruhi oleh faktor geometri, salah satunya

yaitu perbesaran (magnification). Dalam dunia kedokteran hip templating adalah

suatu proses dalam memperkirakan ukuran dan posisi implant sebelum operasi.

Dokter yang bertugas untuk mengoperasi pasien harus dapat memperkirakan

ukuran implant yang tepat, minimal mendekati ukuran yang sebenarnya sehingga

dapat mempermudah proses operasi (Ginting, 2014).

3

Resolusi spasial memiliki pengaruh yang cukup penting dalam pendeteksian

penyakit tulang. Resolusi ini merupakan ukuran terkecil dari suatu objek pada citra

yang masih dapat disajikan, dibedakan, dan dikenali. Hal tersebut mengacu pada

jumlah pixel yang digunakan dalam pembangunan citra digital. Jumlah pixel yang

terdapat dalam citra digital dan jarak antara setiap pixel merupakan fungsi dari

akurasi perangkat digitalisasi (Kurniawati, 2013).

Pengambilan radiograf sering kali dipengaruhi oleh faktor magnifikasi dari

objek, sehingga citra yang dihasilkan mengalami pembesaran dibandingkan ukuran

objek sesungguhnya. Diperlukan keahlian khusus untuk menghindarkan kesalahan

informasi saat menginterpretasikan citra radiografi (Watanabe, 2008). Oleh karena

itu citra radiograf harus mampu memberikan informasi kepada dokter spesialis

radiologi atau dokter yang bersangkutan akan besarnya objek (pasien) yang telah di

eksposi sinar-X.

Kalibrasi spasial berkaitan dengan proses menghubungkan pixel dari suatu

citra dengan fitur nyata objek. Proses ini dapat digunakan untuk menghasilkan suatu

pengukuran yang lebih akurat pada satuan objek sebenarnya. Kalibrasi spasial ini

dapat digunakan untuk melihat bagaimana perubahan ukuran pada citra radiograf

dan cara menganalisisnya (Kurniawati, 2013).

Kalibrasi spasial dilakukan dengan memanfaatkan bahan perisai radiasi

seperti timbal (Pb) atau setaranya yang telah diketahui panjang ataupun lebarnya.

Pb tersebut digunakan sebagai penanda atau acuan dalam menentukan besarnya

panjang objek yang akan dieksposi sinar-X. Sinar-X tidak akan menembus bahan

Pb karena mempunyai nomor atom yang besar sehingga koefesien absorbsinya

4

tinggi (McCaffrey et al., 2007). Oleh karena itu gambaran Pb yang terbentuk pada

film akan ditunjukkan dengan warna putih sepenuhnya dan dapat membedakan

antara objek dan penanda Pb itu sendiri, jika dalam sistem RD Pb digambarkan

dengan warna hitam (Sudarmo, 2008). Kalibrasi spasial digunakan untuk melihat

bagaimana perubahan ukuran objek dari pengaruh magnifikasi yang disebabkan

karena jarak antara objek dan detektor atau disebut sebagai Object Image Distance

(OID) pada citra radiografi. Setelah dilakukan kalibrasi ukuran Pb secara otomatis

akan diketahui ukuran objek atau bagiannya secara tepat.

1.2 Perumusan Masalah

Sesuai uraian latar belakang masalah di atas, dapat dirumuskan

permasalahan sebagai berikut:

(1) Bagaimanakah algoritma dalam menentukan ukuran citra radiografi pada

sistem RD dengan acuan logam Pb?

(2) Berapakah nilai perhitungan faktor kalibrasi spasial pada masing – masing

acuan logam Pb?

(3) Bagaimana pengaruh 𝑂𝐼𝐷 terhadap magnifikasi radiograf, dan prediksi ukuran

objek sebenarnya?

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penelitian ini akan dibuat batasan masalah sebagai berikut:

(1) Desain aplikasi penampil magnifikasi citra radiografi digital dengan penanda

Pb menggunakan perangkat lunak MATLAB.

5

(2) Menggunakan Pb dengan ketebalan minimal 1 mm sebagai acuan dalam

pembuatan algoritma penentuan ukuran citra.

(3) Menggunakan lempeng penggaris besi sebagai objek uji yang akan di eksposi

sinar-X.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

(1) Mengetahui algoritma penentuan ukuran citra radiografi pada sistem RD

dengan acuan logam Pb.

(2) Mengetahui nilai faktor kalibrasi spasial paling optimal dari beberapa acuan

logam Pb.

(3) Mengetahui pengaruh 𝑂𝐼𝐷 terhadap magnifikasi radiograf pada sistem RD.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

(1) Memberikan informasi tentang nilai faktor kalibrasi spasial pada citra RD.

(2) Memberikan informasi ukuran objek yang sebenarnya pada citra, sehingga

penentuan diagnosis dapat lebih akurat.

(3) Dapat digunakan sebagai bahan kajian dalam penelitian selanjutnya.

1.6 Sistematika Penulisan Skripsi

Sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:

Bagian pendahuluan, terdiri dari halaman judul, persetujuan pembimbing,

penyataan, pengesahan, motto dan persembahan, kata pengantar, abstrak, daftar isi,

daftar gambar, daftar tabel, dan daftar lampiran.

6

Bagian isi skripsi, terdiri dari lima bab yang meliputi:

Bab 1 Pendahuluan, berisi latar belakang, rumusan permasalahan, batasan

permasalahan, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika

skripsi.

Bab 2 Landasan teori, berisi teori-teori pendukung penelitian.

Bab 3 Metode Penelitian, berisi tempat dan waktu pelaksanaan penelitian, alat

dan bahan yang digunakan, langkah kerja, serta teknik analisi data yang

dilakukan dalam penelitian.

Bab 4 Hasil Penelitian dan Pembahasan, dalam bab ini dibahas tentang hasil -

hasil penelitian yang telah dilakukan.

Bab 5 Penutup, bab ini berisi tentang kesimpulan hasil penelitian yang telah

dilakukan serta saran-saran yang berkaitan dengan hasil penelitian.

Bagian akhir skripsi memuat tentang daftar pustaka yang digunakan sebagai

acuan dari penulisan skripsi dan lampiran-lampiran.

7

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Prinsip Dasar Sinar-X

Sinar-X pertama kali ditemukan oleh fisikawan Jerman bernama Wilhelm

Conrad Roentgen pada tahun 1895. Sinar-X berasal dari elektron berkecepatan

tinggi yang menumbuk suatu logam target (copper, tungsten) hingga terbetuk

gambar baru. Produksi sinar-X dilakukan dalam tabung sinar-X hampa udara yang

ditunjukkan dalam Gambar 2.1 (Serway et al., 2005: 86-87). Roentgen menemukan

bahwa sinar dari tabung dapat menembus bahan yang tak tembus cahaya tampak

dan dapat mengaktifkan intensifying screen (layar pendar). Sinar ini berasal dari

titik di mana elektron dalam tabung mengenai sasaran di dalam tabung tersebut atau

tabung kacanya sendiri.

Gambar 2.1 Tabung Sinar-X (Serway et al., 2005: 87).

8

Pemanfaatan sinar-X pada dunia kesehatan berawal ketika Roentgen

berhasil menembakkan sinar-X pada tangan istrinya hingga terbentuk bayangan

seperti yang terlihat pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Hasil pemotretan sinar-x pertama kali oleh Roentgen

(Serway et al., 2005: 87).

Sinar X dapat menembus bahan dengan daya tembus sangat besar, sehingga

digunakan dalam radiografi. Semakin tinggi tegangan yang diberikan, semakin

besar daya tembusnya. Sinar-X dengan energi rendah umumnya digunakan sebagai

radiodiagnosis, sedangkan sinar-X dengan energi tinggi umumnya dimanfaatkan

untuk radioterapi (Yulianti & Dwijananti, 2005: 58 – 59).

2.1.1 Produksi Sinar-X

Sinar–X dihasilkan dari tabung sinar–X hampa udara (Gambar 2.1) yang

merupakan suatu alat untuk menghasilkan elektron bebas, mempercepat dan

akhirnya menumbuk suatu target. Di dalam tabung sinar-X yang terbuat dari bahan

gelas terdapat filamen yang bertindak sebagai kutub katoda, dan sasaran (tungsten)

yang bertindak sebagai kutub anoda. Tabung sinar-X dibuat hampa udara agar

elektron yang berasal dari filamen tidak terhalang oleh molekul udara ketika

menuju ke anoda (Beiser, 1999: 59).

9

Filamen dalam tabung sinar-X dipanaskan menggunakan arus listrik hingga

suhu 20000 C sehingga terjadi awan – awan elektron di sekitarnya yang disertai

emisi termionik. Bila antara anoda dan katoda diberi beda potensial yang tinggi,

maka elektron – elektron itu akan bergerak dengan kecepatan tinggi dari katoda

menuju anoda. Elektron bergerak menumbuk target sehingga energi gerak elektron

akan berubah menjadi sinar-X (± 1%) dan selebihnya menjadi panas. Persamaan

(2.1) menunjukkan energi yang dihasilkan dari gerak elektron. Bertambahnya

kecepatan elektron, bertambah kuat kemampuan tembus sinar-X dan bertambah

besar pula jumlah elektron dan intensitas sinar-X yang dihasilkan (Beiser, 1999: 59

– 60).

𝐸 = 𝑒𝑉 (2.1)

di mana,

𝐸 = energi elektron (eV)

𝑒 = muatan elektron (coulomb)

𝑉 = beda potensial (volt).

Sinar-X yang terpancar ke permukaan logam dikenal sebagai sinar-X

Bremsstrahlung. Sinar-X yang terbentuk melalui proses ini mempunyai energi

maksimal sama dengan energi kinetik elektron pada saat terjadinya perlambatan.

Sinar-X Bremsstrahlung mempunyai spektrum kontinu seperti yang terlihat pada

Gambar 2.3. (Serway, 2005: 88 – 89)

10

Gambar 2.3 Sinar-X Bremsstrahlung dihasilkan dari interaksi elektron dengan inti

atom target (Bushberg et al., 2012: 172).

Karakteristik gelombang elektromagnetik ditentukan oleh panjang

gelombang, frekuensi, dan cepat rambat. Sinar-X merupakan gelombang

elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang antara 10-9 - 10-16 m. Sinar-

X mempunyai panjang gelombang sangat pendek dengan besar kecepatannya

sebanding dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yakni 3 x 108 m/s.

Sedangkan persamaannya ditunjukkan pada persamaan (2.2), jika frekuensi sangat

kecil maka panjang gelombangnya akan menjadi semakin besar dan sebaliknya.

(Fosbinder & Orth, 2001: 17 – 18).

𝑐 = 𝜆 𝑓 (2.2)

di mana,

c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa (m/s)

𝜆 = panjang gelombang (m)

𝑓 = frekuensi gelombang (Hz).

11

Radiasi elektromagnetik dapat juga dipandang sebagai partikel, yaitu berupa

foton atau kuanta. Foton atau berkas energi digunakan sebagai penghasil energi

radiasi sinar-X. Pemancaran energi radiasi elektromagnetik oleh sumbernya tidak

berlangsung secara kontinyu melainkan secara terputus-putus (diskrit). Energi

tersebut mempunyai hubungan dengan frekuensi dan suatu tetapan Planck (ℎ =

6,627 ×10-34 Js), yang ditunjukkan pada persamaan (2.3) (Fosbinder & Orth, 2011:

19). Pada produksi sinar-X, sebagian besar elektron yang jatuh pada target

kehilangan energi kinetiknya melalui berbagai tumbukan dan energinya menjadi

panas (𝑄) (Beiser, 1999: 54 – 64).

𝐸 = ℎ 𝑓 − 𝑄 = ℎ𝑐

𝜆− 𝑄 (2.3)

𝑒 𝑉 = ℎ 𝑐

𝜆− 𝑄 (2.4)

𝑒𝑉 + 𝑄 = ℎ𝑐

𝜆 (2.5)

𝜆 = ℎ 𝑐

𝑒𝑉+𝑄 (2.6)

Jika 𝑄 = 0 maka panjang gelombangnya adalah merupakan nilai terkecil

𝜆𝑚𝑖𝑛 =ℎ𝑐

𝑒𝑉 . (2.7)

Foton berinteraksi dengan media merupakan peristiwa efek fotolistrik.

Foton dengan energi sebesar ℎ𝑓 menumbuk suatu elektron yang mempunyai fungsi

kerja media 𝜙. Fungsi kerja merupakan energi minimum yang diperlukan untuk

melepaskan elektron (Beiser, 1999: 54). Gambar 2.4 merupakan konsep peristiwa

efek fotolistrik. Sebagian besar energi foton akan diserap oleh elektron, dan

sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dari kulit atom (Yulianti

& Dwijananti, 2005: 16).

12

Gambar 2.4 Efek Fotolistrik.

2.1.2 Penggambaran Sinar-X

Radiasi elektromagnetik menjalar dengan kecepatan cahaya dan bersifat

divergen dari titik di mana sinar-X dipancarkan. Intensitas adalah aliran energi per

sekon atau dapat diartikan dengan satuan watt/cm2. Intensitas radiasi akan

berkurang seiring dengan bertambahnya jarak antara sumber dan objek, yang

menyebabkan luas penyinaran dari sinar-X semakin besar (Gambar 2.5). Hal

tersebut dikenal dengan Hukum Kuadrat Terbalik, secara matematis dapat

dituliskan dalam persamaan (2.8) (Fosbinder & Orth., 2011: 20)

𝐼2 = 𝐼1 (𝑑1

𝑑2)

2

(2.8)

di mana,

𝐼2 = intensitas pada daerah ke 2 (watt/cm2)

𝐼1 = intensitas pada daerah ke 1 (watt/cm2)

𝑑1 = jarak titik sumber ke daerah 1 (cm)

𝑑2 = jarak titik sumber ke daerah 2 (cm)

ℎ 𝑓

13

Gambar 2.5 Hukum Kuadrat Terbalik (Fosbinder & Orth., 2011: 20).

Pada sistem Radiografi Konvensional (RK) sistem pencitraan sinar-X

dimulai dari penembakan berkas sinar-X kepada objek. Bayangan dari objek

tersebut akan terpendar pada Intensifying Screen (IS) selanjutnya terbentuk

bayangan objek tersebut dalam imaging plate berupa film rontgen. Film tersebut

kemudian diproses secara kimiawi melalui pencucian film hingga akhirnya dapat

dibaca (Susilo et al., 2013)

Citra radiografi yang dihasilkan oleh sistem radiografi pada dasarnya adalah

pemetaan dari berkas sinar-X. Suatu berkas foton datang sebesar 𝐼𝑜 ketika melewati

sebuah materi dengan ketebalan 𝑥, maka berkas yang terpancar yakni senilai 𝐼𝑥.

Gambar 2.6 menunjukkan intensitas radiasi akan berkurang setelah melewati

materi, sedangkan hubungan antara 𝐼𝑜 dan 𝐼𝑥 dapat dilihat pada persamaan (2.9)

(Gabriel, 1996: 282):

Sumber Sinar-X

Daerah 1

Daerah 2

14

Gambar 2.6 Pengurangan Intensitas Radiasi Sinar-X

𝐼𝑥 = 𝐼0𝑒−𝜇𝑥 (2.9)

di mana,

𝐼𝑥 = Intensitas sinar-X yang menembus media (watt/cm2)

𝐼0 = Intensitas Sinar-X mula-mula yang datang ke media (watt/cm2)

𝜇 = koefesien absorbs linier

𝑥 = tebal media (cm).

2.2 Radiografi Digital (RD)

Teknik RD merupakan perkembangan dari teknik RK. Jika dalam RK

menggunakan film sebagai pembentuk bayangan objek yang dikenai berkas sinar-

X, maka pada teknik RD telah bergeser pada filmness (tanpa film) (Susilo et al.,

2013).

Teknologi Digital Radiography berdasarkan konversinya dibedakan

menjadi direct (langsung) dan indirect (tak langsung). Direct Radiography

merupakan teknik pengubahan sinar-X menjadi muatan listrik melalui proses

readout. Detektor konversi direct terdiri dari suatu fotokonduktor sinar-X (berupa

amorphous selenium (a-Se)) yang dapat mengubah secara langsung pada satu

tingkat foton energi sinar-X menjadi muatan listrik, sedang sistem konversi indirect

menggunakan dua langkah teknik untuk konversi. Sistem indirect ini mempunyai

scintillator (berupa Cesium Iodide (CsI)) yang mengubah sinar-X menjadi cahaya

𝐼𝑜 𝐼𝑥 = 𝐼𝑜𝑒−𝜇𝑥

𝑥

15

tampak. Cahaya tampak tersebut kemudian diubah menjadi muatan listrik oleh

larikan amorphous silicon photodiode. Gambar 2.7 menunjukkan perbedaan sistem

RD secara direct dan indirect (Whitley et al., 2005: 23).

Gambar 2.7 Sistem pencitraan RD secara (a) direct (b) indirect (Whitley et al.,

2005: 23).

Pada sistem direcct radiography, sinar-X yang keluar dari tabung ditangkap

menggunakan detektor sehingga tidak perlu diperlukan imaging plate seperti pada

sistem Computed Radiography (CR). Bayangan objek langsung dikirim ke

komputer dalam bentuk file digital (Kharfi et al., 2011). Terdapat beberapa manfaat

apabila menggunakan sistem RD dalam keperluan medis. Salah satunya adalah

bayangan objek yang terbentuk berupa citra digital, sehingga akan dengan mudah

dilakukan pengolahan dan penegakan diagnosis (Paech et al., 2007).

Citra digital didapatkan dengan pengambilan citra menggunakan digitizer

dan dihubungkan dengan monitor/PC yang telah dilengkapi perangkat lunak

penganalisis dan pengolahan citra digital (Foley, 2011). Dalam penelitian Fan et al

(2010), rancang bangun RD didasarkan pada penggunaan sensor optik sebagai

penangkap bayangan yang terbentuk pada layar pendar. Sensor optik yang

(a) (b)

16

digunakan berupa kamera Digital Single Lens Reflex cameras (DSLRs) yang dapat

menangkap gambar dalam keadaan minim cahaya.

Rancang bangun sistem RD oleh Susilo et al (2012) yang telah

dikembangkan di Laboratorium Fisika Medik Universitas Negeri Semarang

merupakan pengembangan dari sistem RK dengan menambahkan dan

menghilangkan unit tertentu. Upaya modifikasi yang dilakukan dapat ditunjukkan

pada diagram alir Gambar 2.8. Suatu citra sinar-X diagnosis diperoleh ketika objek

(pasien) mendapat paparan sinar-X yang dihasilkan dari tabung sinar-X kemudian

menerjang Intensifying Screen (IS) pada tabung kedap cahaya (light tight tube) dan

dipotret oleh kamera DSLR untuk ditampilkan pada layar monitor/PC sebagai citra

radiografi. Tabung kedap cahaya dilengkapi dengan detektor Complementary Metal

Oxide Semiconductor (CMOS) yang terdapat dalam kamera DSLR, yaitu suatu

detektor yang mampu menangkap gambar secara lebih detail walau diberikan

eksposi sinar-X yang tinggi (Samei, 2003). Tabung tersebut juga dilengkapi Pb

sebagai pelindung lensa kamera dari terpaan sinar-X (Susilo et al., 2014).

Gambar 2.8 Diagram alir sistem RD modifikasi dari sistem RK (Susilo

et al., 2014).

17

2.3 Timbal (Pb) sebagai Perisai Radiasi Sinar-X

Timbal merupakan logam berat dengan tingkat kerapatan tinggi yang

memiliki nomor atom dan nomor massa tinggi. Dengan tingkat kerapatan yang

tinggi tersebut, jangkauan elektron dalam timbal akan sangat pendek (Akhadi,

1996: 75). Ketika Pb berinteraksi dengan radiasi, baik pengion maupun non pengion

tidak dapat meluruh menjadi unsur lain, namun radiasi tersebut akan diserap oleh

timbal dikarenakan kerapatannya tinggi (Kristiyanti & Atmojo: 2005).

Dalam upaya penegakan radiodiagnosis logam Pb kerap digunakan sebagai

penanda dalam menggambarkan posisi pasien yaitu berupa Right (R) atau Left (L).

Karena sifat timbal yang dapat menyerap radiasi, maka dalam pencitraan radiografi

Pb digambarkan dengan warna putih (pada film) dan hitam (pada RD). Dalam

sistem RD jika citra diperbesar maka gambaran Pb akan tetap berwarna hitam,

sehingga skala keabuan (grayscale) antara Pb dan objek sangat berbeda (Sudarmo

& Irdan. 2008).

Lempeng Pb juga digunakan sebagai proteksi sinar-X, sehingga ketika Pb

mendapat terpaan sinar-X maka dosis radiasi akan mengalami pelemahan secara

signifikan setelah melewatinya. Kurva faktor pelemahan berkas sinar-X terhadap

Pb dapat dilihat pada Gambar 2.9

18

Gambar 2.9 Faktor Pelemahan untuk Penahan Radiasi Timbal (Astin, 1961).

Pada Tabel 2.1 berikut merupakan transmisi efektif dari timbal alam dengan

ketebalan yang bervariasi. Dari Tabel 2.1 berikut dapat diketahui dengan

menggunakan Pb ketebalan 1 mm dapat menahan radiasi sinar-X sebesar 60 kV

19

dengan transmisi efektif 0,01%, sehingga jika diberi tegangan kurang dari 60 kV,

Pb sudah dapat menyerap radiasi sepenuhnya.

Tabel 2.1 Transmisi efektif (%) dari timbal murni

Tebal Pb

(mm)

Tegangan yang digunakan (kVp)

60 80 100 120

0,25 4,28 11,95 16,73 20,16

0,5 0,42 2,55 4,96 6,31

1,0 0,01 0,27 0,86 1,09

2,0 0,00 0,01 0,05 0,06

Sumber: McCaffrey et al., 2007.

2.4 Magnifikasi Radiograf

Detail radiograf menggambarkan ketajaman suatu citra dengan struktur-

struktur terkecil radiograf. Pengaturan kolimator berpengaruh terhaddap detail

radiograf itu sendiri. Kolimator adalah bagian dari pesawat sinar-X yang berada

pada bawah tabung sinar-X. Fungsi kolimator yaitu untuk memfokuskan

penyinaran kepada objek dengan cara mengatur ukuran, luasan, dan jarak

penyinaran sinar-X (Bushberg et al., 2012: 187).

Distorsi adalah kesalahan penggambaran objek atau ukuran sebagai

proyeksi dari objek nyata yang disebabkan karena pengaturan kolimator (Bontrager

& Lampignano, 2014: 44). Adapun faktor tersebut antara lain focal spot, Focus

Image Distance (𝐹𝐼𝐷), dan Object Image Distance (𝑂𝐼𝐷) (Sartinah et al., 2008).

Gambar 2.10 merupakan skema dari bagian – bagian jarak antara kolimator dan

objek.

20

Gambar 2.10 Skema dari pembentukan bayangan dan bagiannya.

Focal Spot adalah ukuran bintik fokus yang merupakan sumber produksi

sinar-X dari tabung. Ukuran focal spot dapat mempengaruhi bentuk bayangan objek

pada citra, sehingga diperlukan kolimator untuk memfokuskan berkas sinar-X.

Ukuran bayangan sebanding dengan jarak antara objek terhadap detektor (𝑂𝐼𝐷),

semakin besar 𝑂𝐼𝐷 maka ukuran bayangan semakin besar pula. 𝑂𝐼𝐷 juga bisa

diartikan sebagai selisih dari jarak antara kolimator ke imaging plate (𝐹𝐼𝐷)

terhadap jarak antara kolimator ke objek (𝐹𝑂𝐷). Besarnya 𝐹𝐼𝐷 berpengaruh

terhadap besarnya intensitas seperti yang sudah dijelaskan pada hukum kuadrat

terbalik.

Distorsi tediri dari dua jenis yaitu distorsi ukuran (magnifikasi) dan distorsi

bentuk (Bontrager & Lapignano, 2014: 44). Magnifikasi adalah proses membuat

sesuatu sehingga nampak lebih besar serta dengan menggunakan perbandingan atau

rasio antara ukuran bayangan yang nampak dengan ukuran objek yang sebenarnya.

Sebagian besar dari pencitraan diagnosis menghindari magnifikasi karena

selain terjadinya perbesaran pada penggambaran objek pada film, juga ketajaman

Focal spot

Objek

Detektor

FOD

FID

OID

Kolimator

21

citra berkurang. Ketika magnifikasi memang terjadi, citra radiografi harus mampu

menujukkan ukuran atau besar objek sesuai dengan yang sebenarnya sehingga

dokter yang membaca hasil citra radiografi mampu menegakkan diagnosis secara

akurat.

Sinar-X yang berasal dari sumber (point source) bergerak lurus ke objek dan

penangkap bayangan, maka citra yang terbentuk akan sempurna (tidak ada

penumbra) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11. Ketika diberikan kolimator

dengan pengaturan luasan penyinaran sinar-X maka citra yang terbentuk akan

menunjukkan penumbra (bayangan sebagian) pada tepi objek atau bisa dikenal

dengan istilah ketidaktajaman geometri (Whitley et al., 2005:18).

(a) (b)

Gambar.2.11 Pembentukan citra radiografi dari (a) point source (b) focal spot

menunjukkan terdapat penumbra (Whitley et al., 2005).

Point source Focal spot

Image

Object Object

Image

22

Ketidaktajaman geometri dapat bertambah karena penambahan ukuran focal

spot pada kolimator dan jarak objek ke film (𝑂𝐼𝐷) bertambah pula. Sesuai pada

persamaan (2.10) (Whitley et al., 2005: 18).

𝑈𝑔 =𝐹𝐼𝐷

𝐹𝑂𝐷× 𝑓𝑜𝑐𝑎𝑙 𝑠𝑝𝑜𝑡 𝑠𝑖𝑧𝑒 (2.10)

di mana,

𝑈𝑔 = ketidaktajaman geometri

𝐹𝐼𝐷 = Focus Image Distance (m)

𝐹𝑂𝐷 = Focus Object Distance (m)

Gambar 2.12 menunjukkan terdapat tiga titik bagian (A, B, dan C) sebagai

proyeksi objek pada Image reader. Magnifikasi yang paling sesuai dengan objek

ditunjukkan oleh titik A ke B sedangkan titik C menunjukkan titik pusat dari luasan

kolimator tabung sinar-X. Magnifikasi akan bertambah besar disebabkan oleh sifat

sinar-X yang memancar secara divergen dan 𝑂𝐼𝐷 yang bertambah pula (Bontrager

& Lampignano, 2014: 44). Oleh karena itu diperlukan suatu teknik untuk

mengontrolnya karena mengetahui besarnya magnifikasi objek dapat dijadikan

alternatif lain untuk tetap dapat menegakkan diagnosis yang akurat.

Gambar 2.12 Sinar-X memancar secara divergen (Bontrager & Lampignano, 2014:

44).

23

Magnifikasi atau perbesaran merupakan rasio ukuran citra terhadap ukuran

objek, jika objek sejajar dengan film maka bentuk citra tetap dan ukurannya

diperbesar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 (a). Besarnya 𝐹𝐼𝐷 akan

berpengaruh terhadap bertambahnya luasan penyinaan, tetapi besarnya 𝐹𝑂𝐷 dan

𝑂𝐼𝐷 memberikan perbandingan magnifikasi (Conn et al., 2002). Secara matematis

besarnya magnifikasi yang dialami oleh objek dapat dituliskan pada persamaan

(2.11).

𝑀 =𝐹𝐼𝐷

𝐹𝑂𝐷 atau 𝑀 =

𝐹𝐼𝐷

𝐹𝐼𝐷−𝑂𝐼𝐷 (2.11)

di mana,

𝑀 = Faktor magnifikasi

𝐹𝐼𝐷 = Focus Image Distance (m)

𝐹𝑂𝐷 = Focus Object Distance (m)

𝑂𝐼𝐷 = Object Image Distance (m).

Faktor magnifikasi dapat digunakan untuk memperkirakan ukuran

sebenarnya dari sebuah benda yang diproyeksikan sinar-X menggunakan

persamaan (2.12) berikut (Bushong, 2013: 174)

𝑀 =𝐼

𝑂 (2.12)

di mana,

𝐼 = ukuran objek pada citra (m)

𝑂 = ukuran objek (m)

24

2.5 Pembacaan Citra Digital oleh MATLAB

Citra (image) adalah istilah lain untuk gambar sebagai salah satu komponen

multimedia yang memegang peranan penting sebagai bentuk informasi visual

(Murinto & Syazali, 2007). Citra digital dapat didefinisikan sebagai fungsi 𝑓(𝑥, 𝑦)

dengan dua variabel di mana 𝑥 dan 𝑦 adalah koordinat spasial dan nilai 𝑓(𝑥, 𝑦)

adalah intensitas citra pada koordinat tersebut. Pengolahan citra merupakan proses

pengolahan dan analisis citra yang banyak melibatkan persepsi visual. Proses ini

mempunyai ciri data masukan dan informasi keluaran yang berbentuk citra. Istilah

pengolahan citra digital secara umum didefinisikan sebagai pemrosesan citra dua

dimensi dengan komputer. Dalam definisi yang lebih luas, pengolahan citra digital

juga mencakup semua data dua dimensi. Citra digital adalah barisan bilangan nyata

maupun kompleks yang diwakili oleh bit-bit tertentu (Kurniawan et al., 2013).

Suatu citra 𝑋 dapat dipandang sebagai suatu susunan matriks 𝑋𝑥×𝑦

𝑋 = [

𝑥11 … 𝑥1𝑦

⋮ ⋱ ⋮𝑥𝑥1 … 𝑥𝑥𝑦

] (2.14)

Indeks baris serta kolom matriks menyatakan letak sebuah titik (𝑥, 𝑦) pada

citra, sedangkan harga elemen matriks yang bersesuaian 𝑋𝑥𝑦 = 𝑓(𝑥, 𝑦)

menyatakan tingkat keabuan titik tersebut dan berkorespondensi dengan sebuah

pixel pada citra. (Akhlis & Sugiyanto, 2011; Sela & Harjoko, 2011).

Struktur data yang merepresentasikan suatu citra berupa array, yaitu sususan

koordinat atau himpunan berurutan berupa data dengan elemen bertipe real atau

kompleks. Data citra dapat menggambarkan tentang intensitas warna citra. Dalam

citra digital biasanya tersimpan dalam bentuk array 2 dimensi (matriks). Setiap

25

elemen matriks berkorespondensi dengan sebuah pixel pada citra (Sela & Harjoko,

2011).

2.5.1 Mendeteksi Objek Citra

Dalam memperbaiki citra radiograf digital dapat digunakan berbagai

perangkat lunak sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi keadaan internal

benda uji secara visual (Kurniasari et al., 2012). Perangkat lunak pengolah citra

dapat digunakan untuk mengubah data kualitatif menjadi data kuantitatif, yaitu

menjadi angka-angka tingkat keabuan (grayscale) dari angka 0 – 255 atau dari

warna intensitas gelap sampai terang (Susilo et al., 2012).

Salah satu teknik dalam mendeteksi suatu objek yaitu dengan metode

morfologi. Deteksi objek didasarkan pada operasi tepi dengan memilih struktur

elemen yang cocok untuk memproses citra, sehingga dapat menghasilkan struktur

elemen yang sesuai dengan citra yang dideteksi (Yu-Qian et al., 2005).

2.5.1.1 Segmentasi

Segmentasi merupakan operasi pemisahan citra berdasarkan komponen-

komponennya atau pemisahan bagian-bagian objek dari citra (McAndrew, 2004:

137). Salah satu metode segmentasi adalah watershed, yaitu metode segmentasi

yang memproses citra berdasarkan tingkat warna abu – abunnya. Citra yang

terbentuk akan lebih mudah diidentifikasi atau diberi tanda (Sela & Harjoko, 2011).

Segmentasi membagi suatu citra menjadi bagian – bagian atau segmen yang

lebih sederhana dan bermakna sehingga dapat dilakukan analisis lebih lanjut

(Putranto et al., 2010). Algoritma segmentasi umumnya didasarkan pada beberapa

detail objek berdasarkan nilai intensitas, diskontinuitas, dan kesamaan. Suatu

26

gambaran dengan perubahan intensitas tajam disebut sebagai tepi citra (Gonzales

et al., 2008: 378).

2.5.1.2 Thresholding

Thresholding merupakan salah satu teknik segmentasi yang baik digunakan

untuk citra dengan perbedaan nilai intensitas yang signifikan antara latar belakang

dan objek utama. Sedangkan suatu nilai yang menunjukkan pembatas antar objek

dikenal sebagai threshold. Thresholding adalah metode yang sederhana tetapi

memberikan hasil yang efektif dalam memisahkan objek terhadap background.

(Singh et al., 2011).

Pada dasarnya thresholding adalah teknik pemisahan objek dan

background, umumnya pixel suatu objek akan digambarkan dengan warna hitam

dan background berwarna putih. Suatu citra grayscale jika ditransformasi dalam

citra biner akan bernilai hitam (0) dan putih (1). Pada thresholding pertama kali

yang perlu dilakukan adalah memilih nilai batas keabuan (𝑇) pada citra grayscale.

Nilai intensitas pixel yang kurang dari nilai 𝑇 akan diubah menjadi pixel berwarna

hitam. Sedangkan intensitas pixel yang bernilai lebih dari nilai 𝑇 akan diubah

menjadi pixel berwarna putih (McAndrew, 2004: 137). Jika dituliskan dalam

persamaan thresholding citra 𝑔(𝑥, 𝑦) didefinisikan:

𝑔(𝑥, 𝑦) = {1, 𝑖𝑓 𝑓(𝑥, 𝑦) ≥ 𝑇

0, 𝑖𝑓 𝑓(𝑥, 𝑦) < 𝑇

(Gonzales, 2008: 404)

Untuk memilih nilai 𝑇 yang sesuai dapat menggunakan bantuan grafik

histogram, karena akan lebih mudah melihat bagaimana sebaran intensitas yang

terkandung dalam citra tersebut. Metode lain yang bisa digunakan yaitu

27

menggunakan trial and error hingga didapat nilai 𝑇 yang diinginkan. Pemilihan

nilai 𝑇 harus mampu bekerja secara efektif. Dalam berbagai keadaan penentuan

nilai 𝑇 dapat ditentukan secara seketika atau otomatis. Untuk memilih nilai 𝑇 dalam

proses automatically threshold meliputi beberapa prosedur sebagai berikut:

(1) Menentukan nilai 𝑇 awal dengan melihat sebaran intensitas citra.

(2) Segmentasi terhadap citra menggunakan batasan nilai 𝑇 awal, sehingga

diperoleh dua kelompok (R1 dan R2) nilai intensitas pixel.

(3) Menghitung rata – rata dari nilai intensitas untuk tiap kelompok R1 dan R2,

misak 𝜇1 dan 𝜇2.

(4) Menghitung nilai threshold baru, dengan perumusan:

𝑇𝑖 =1

2(𝜇1 + 𝜇2) (2.15)

(5) Mengulangi langkah ke 2 hingga 4 sampai diperoleh nilai 𝑇𝑖 hingga tidak ada

perubahan nilai threshold yang baru.

Prosedur automatically threshold akan diproses secara otomatis oleh

program. Dalam perangkat lunak MATLAB, fungsi graythresh dapat memproses

citra, menghitung intensitas melaui histogram, dan menentukan nilai threshold

berdasarkan sebaran intensitasnya. Hasil automatically threshold merupakan nilai

normalisasi yakni 0,0 – 0,1 (Gonzales et al., 2008: 405-406).

2.5.1.3 Deteksi Tepi

Tepi suatu citra objek dapat digunakan sebagai informasi untuk menentukan

ukuran objek pada suatu citra, memisahkan objek dari background, dan klasifikasi

objek (McAndrew, 2004: 145). Edge Detection atau deteksi tepi secara umum dapat

digunakan untuk mengetahui sebaran atau diskontinuitas dari nilai intensitas. Nilai

28

diskontinuitas dapat dideteksi dari turunan pertama dan kedua dari koordinat pixel.

Turunan pertama dari proses pengolahan citra disebut sebagai gradien (G). Nilai

gradien didefinisikan sebagai suatu vektor (∇𝑓) yang ditunjukkan pada persamaan

(2.16) dari fungsi 𝑓(𝑥, 𝑦)

∇𝑓 = [𝐺𝑥

𝐺𝑦] = [

𝜕𝑓

𝜕𝑥𝜕𝑓

𝜕𝑦

] (2.16)

Gradien digunakan untuk mengetahui sebaran tepi sehingga tepian objek

akan lebih tegas. Besarnya gradien atau kuatnya tepi dapat diketahui dari persamaan

(2.17) (Utami et al., 2015). Terdapat beberapa metode dalam penentuan tepi citra,

antara lain:

|𝐺| = |𝐺𝑥| + |𝐺𝑦| (2.17)

1. Sobel

𝐺𝑥 = [−1 −2 −10 0 01 2 1

] 𝐺𝑦 = [−1 0 1−2 0 2−1 0 1

]

2. Prewitt

𝐺𝑥 = [−1 −1 −10 0 01 1 1

] 𝐺𝑦 = [−1 0 1−1 0 1−1 0 1

]

3. Roberts

𝐺𝑥 = [−1 00 1

] 𝐺𝑦 = [0 −11 1

]

4. Canny

Tepi objek dilihat dari nilai maksimal dari gradien 𝑓(𝑥, 𝑦). Persamaan

(2.18) merupakan local gradient untuk mendeteksi tepian citra melalui metode

Canny. Nilai 𝐺𝑥 dan 𝐺𝑦 diperoleh dari operasi Sobel, Prewitt, atau Robert.

29

𝑔(𝑥, 𝑦) = √𝐺𝑥2 + 𝐺𝑦

2 (2.18)

Deteksi tepi metode canny menggunakan nilai threshold untuk memilih

garis yang kuat atau lemah. Nilai yang membentuk garis kuat selanjutnya saling

terhubung dan membentuk tepian objek (Gonzales et al., 2008: 385 – 389).

2.5.2 MATLAB

Nama MATLAB merupakan singkatan dari Matrix Laboratory. MATLAB

pada awalnya ditulis untuk memudahkan akses perangkat lunak matrik yang telah

dibentuk oleh LINPACK dan EISPACK. MATLAB merupakan bahasa

pemrograman level tinggi yang dikhususkan untuk kebutuhan komputasi teknis,

visualisasi, dan pemrograman seperti komputasi matematik, analisis data,

pengembangan dan algoritma, simulasi pemodelan, dan grafik-grafik perhitungan

(Hueque, 2005).

MATLAB merupakan perangkat lunak yang cocok dipakai sebagai alat

komputasi yang melibatkan penggunaan matriks dan vektor. Fungsi – fungsi dalam

toolbox MATLAB dibuat untuk memudahkan perhitungan tersebut. Perangkat

lunak tersebut dapat dipakai untuk menyelesaikan permasalahan sistem persamaan

linier, program linier dengan simpleks, hingga sistem kompleks seperti pengolahan

citra (Siang, 2005: 151).

2.5.2.1 Algoritma

Algoritma merupakan suatu pondasi yang harus dikuasai ketika ingin

menyelesaikan suatu masalah secara terstruktur, efektif, dan efisien dalam

menyusun program komputer. Suatu algoritma dapat dituliskan dalam bahasa

30

keseharian, selanjutnya diterjemahkan dalam bahasa pemrograman sesuai dengan

perangkat lunak yang digunakan (Suarga, 2006: 1-4).

Agar algoritma dapat ditulis lebih teratur maka sebaiknya dibagi dalam

beberapa bagian. Struktur yang sering digunakan dalam membuatnya yaitu sebagai

berikut:

1. Bagian Kepala (Header) : memuat nama algoritma serta informasi atau

keterangan tentang algoritma yang ditulis

2. Bagian Deklarasi/ Definisi Variabel : memuat definisi tentang nama variabel,

nama tetapan, nama prosedur, nama fungsi, dan tipe data yang akan digunakan.

3. Bagian Deskripsi/Rincian Langkah : memuat langkah-langkah penyelesaian

masalah, termasuk beberapa perintah seperti baca data, tampilkan, dan ulangi.

2.5.2.2 Graphical User Interface (GUI)

GUI merupakan tampilan grafis yang memudahkan user berinteraksi

dengan perintah yang interaktif. User tidak perlu membuat script atau coding

program dalam menjalankan suatu perintah (Matworks, 2015). Melalui GUI,

program yang dibuat menjadi lebih user friendly (dipahami), sehingga user lebih

mudah menjalankan suatu aplikasi program (Paulus & Nataliani, 2007: 17).

2.6 Kalibrasi Spasial

Kalibrasi umumnya dilakukan pada alat baru dan perawatan alat dengan

tujuan untuk meminimalkan angka kesalahan relatif suatu alat dalam membaca nilai

yang sesungguhnya. Nilai yang terukur pada suatu alat harus bisa menunjukkan

nilai benda atau objek terukur dengan tepat. Suatu citra radiografi harus mampu

menunjukkan informasi secara detail dan akurat kepada dokter spesialis radiologi

31

atau dokter yang bersangkutan. Di mana ukuran objek (pasien) merupakan salah

satu faktor vital dalam diagnosis oleh dokter.

Keluaran dari sistem RD merupakan suatu file gambar, sehingga kalibrasi

spasial perlu dilakukan untuk mengetahui detail dari pixel gambar tersebut.

Kalibrasi spasial dilakukan untuk menghitung matrik transformasi antara bidang

citra dan posisi sensor (kamera DSLR) yang dipasang pada perangkat RD (Busono

et al., 2006). Pada umumnya sensor kamera DSLR dalam luasan penuh terdapat

resolusi 12 atau 24 megapixel (MP). Kamera 12 MP (misal, canon 5D atau Nikon

D700) kira-kira mempunyai ukuran 2800x4300 sebanding dengan 8.5 µm × 8.5 µm

pixel. Kamera 24 MP (misal, Canon 5D Mark II atau Nikon D3X) kira-kira

mempunyai ukuran 4000 x 6000 sebanding dengan 72 µm × 72 µm pixel (Fan et

al., 2010).

Menurut Kurniawati (2013), kalibrasi spasial dilakukan dengan mencari

persamaan antara ukuran objek sebenarnya dan yang tercitrakan. Persamaan yang

didapat berupa persamaan regresi linear dengan faktor kalibrasi yang berbeda –

beda pada masing – masing posisi. Faktor kalibrasi spasial adalah perbandingan

antara ukuran nyata terukur dari objek terhadap ukuran pixel objek pada citra, jika

dituliskan dalam persamaan dapat dilihat pada persamaan (2.19). Ukuran objek

sebenarnya dapat diketahui dari ukuran pixel dikalikan dengan hasil perhitungan

faktor kalibrasi, jika ditulis dalam persamaan terlihat pada persamaan (2.20)

(Image-Analyst, 2012)

𝑘𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑠𝑝𝑎𝑠𝑖𝑎𝑙 =𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘

𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 (2.19)

𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 = 𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 × 𝑘𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑠𝑝𝑎𝑠𝑖𝑎𝑙 (2.20).

69

BAB 5

PENUTUP

5. 1 Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang dilakukan dapat ditarik

kesimpulan sebagai berikut:

(1) Telah dibuat algoritma penentuan ukuran citra radiograf melalui seleksi

otomatis acuan Pb menggunakan fungsi global thresholding. Ukuran citra

pembentuk Pb didasarkan pada penjumlahan pixel setiap elemen baris.

Panjang pixel maksimum adalah ukuran pixel dari citra yang mewakili

ukuran Pb sebenarnya.

(2) Nilai faktor kalibrasi spasial pada perangkat RD di Laboratorium Fisika

Medik UNNES optimal diperoleh pada penggunaan Pb ukuran 60,200 mm

yaitu 0,08737 mm/pixel dengan ketelitian rata–rata sebesar 98,64 %.

(3) Semakin besar jarak 𝑂𝐼𝐷 maka semakin besar pula nilai magnifikasi

radiograf dengan nilai koefesien determinasi (R2) sebesar 0,9972.

5. 2 Saran

(1) Penggunaan algoritma dengan menjumlahkan nilai intensitas pixel acuan

pada masing-masing baris, hendaknya acuan Pb dibentuk lebih presisi

terhadap ukurannya, dan memposisikan acuan tepat dalam garis lurus dalam

pengambilan gambarnya, sehingga dalam pembacaannya diperoleh bentuk

yang sesuai dengan sebenarnya.

70

(2) Diperlukan kajian lebih lanjut mengenai deteksi tepi acuan lempeng Pb,

sehingga ketika acuan diposisikan tidak pada garis lurus atau tidak beraturan

dapat ditentukan ukurannya.

71

DAFTAR PUSTAKA

Akhadi, M. 1996. Dasar-Dasar Proteksi Radiasi. (1st ed.). Jakarta: Rineka Cipta.

Akhlis, I. & S. Sugiyanto. 2011. Implementasi Metode Histogram Equalization

untuk Meningkatkan Kualitas Citra Digital. Jurnal Fisika, 1(2): 70-74.

Al-amri, S. S., N. V. Kalyankar, & S. D. Khamitkar. 2010. Image Segmentation by

Using Threshold Techniques. Journal of Computing. Vol. 2: 83-86.

Astin, A. V. 1961. Researh Highlights of the National Bureau of Standards. USA:

Miscellaneous Publication.

Beiser, A. 1999. Konsep Fisika Modern. (4th ed.). Jakarta: Erlangga

Bontrager, K. L. & J. P. Lampignano. 2014. Textbook of Radiographic Positioning

and Related Anatomy (8ed ed). China: Elsevier.

Bushberg, J. T., J. A. Seibert, E. M. Leidholdt JR, dan J. M. Boone. 2012. The

Essential Physics of Medical Imaging (3rd ed). Philadelphia: Lippicot

Williams & Wilkins.

Bushong, S. C. 2013. Radiologic Science for Technologists Physics, Biology, and

Protection (10th ed). Houston: Elsevier Inc.

Busono, P., R. Hariadi, & M. Jamal. 2006. Pengembangan Sistem Berbasis

Komputer untuk Kalibrasi, Akusisi, dan Rekonstruksi dan Visualisasi Data

USG 3-Dimensi. Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi: D-27 -

D-31.

Conn, K. S., M. T. Clarke, & J. P. Hallet. 2002. A Simple Guide to Determine The

Magnification of Radiographs And to Improve The Accuracy of

Preoperative Templating. The Journal of Bone & Joint Surgery (Br),

Vol.84-B (2): 269 – 272.

Fan, H., H. L. Durko, S. K. Moore, J. Moore, B. W. Miller, L. R. Furenlid, S.

Pradhan, & H. H. Barret. 2010. DR with a DSLR: Radiography Digital

with a Digital Single-Lens Reflex camera. National Institute of Health.

Fosbinder, R. & D. Orth. 2011. Essential of Radiologic Science. (1st ed.). USA:

C&C offset.

Gabriel, J.F. 1996. Fisika Kedokteran, Jakarta: Buku Kedokteran.

Ginting, I. 2014. Metode Praktis dan Sederhana dalam Menentukan Besar

Magnifikasi Rontgen Preoperatif pada Hip Hemiarthroplasty di RS

Ortopedi Prof Dr R Suharso Surakarta. Tesis. Surakarta: FK UNS.

72

Gonzales, R. C., R. E. Woods, & S. L. Eddins. 2008. Digital Image Processing

Using Matlab (3rd ed). USA: Gatesmark Publishing.

Hueque, D. 2005. Introduction to Matlab for Engineering Students. Northwestern

University.

Image-Analyst, 2012. Matlab Answers. USA: Mathwork. Tersedia di

https://www.mathworks.com/matlabcentral/answers/56087-how-can-i-

find-the-spatial-calibration-factor.html [diakses 1-09-2016].

Kharfi, F., O. Denden, A. Bourenane, T. Bitam, & A. Ali. 2011. Spatial Resolution

limit study of a CCD Camera and Scintillator based Neutron Imaging

System According to MTF Determination and analysis. Applied Radiation

and Isotopes 70: 162 – 166.

Kristiyanti, & S. M. Atmojo. 2005. Penentuan Daya Serap Apron Dari Komposit

Karet Alam Timbal Oksida Terhadap Radiasi Sinar-X. Prosiding PPI-

PDIPTN Puslitbang Teknologi Maju-BATAN. ISSN 0216-3128.

Kurniasari, H. B., Susilo, & I. Akhlis. 2012. Penerapan Pengolahan Citra Digital

dengan Matlab 7.1 pada Citra Radiografi. Unnes Phisics Journal 1(1): 25-

28.

Kurniawan, A. N., T. S. Widodo, & I. Soesanti. 2013. Penapisan Artifak Logam

pada Citra CT-scan dengan Spatial Filter. JNTETI 2(4): 52-61.

Kurniawati, L. 2013. Kalibrasi Spasial Citra Radiografi dan Kalibrasi Dosis Mesin

Sinar X Panoramik Gigi. Tesis. Yogyakarta: FMIPA Universitas Gajah

Mada.

Matworks, 2015. MATLAB Creating Graphical User Interface. US: The

MathWorks Inc.

McAndrew, A. 2004. An Introduction to Digital Image Processing with Matlab.

Victoria University of Technology.

McCaffrey, J. P., H. Shen, B. Downton, & E. Mainegra-Hing. 2007. Radiation

Attenuation By Lead And Nonlead Materials Used In Radiation Shielding

Garments. Canada: Ionizing Radiation Standards, National Research

Council of Canada.

Murinto, E. A. & R. Syazali. 2007. Analisis Perbandingan Metode Intensify

Filtering dengan Metode Frequency Filtering. Seminar Nasional Aplikasi

Teknologi Informasi. ISSN: 1907-5022.

Njogu, K, D. Maina, & E. Mwangi. 2016. Automation of Defect Detection in

Digital Radiographic Images. International Journal of Computer

Applications Vol. 142 (6): 1-7.

Paulus, E & Y. Nataliani. 2007. Cepat Mahir GuiI MATLAB. Yogyakarta: Andi.

73

Paech, A., A. P. Schulz, B. Hahlbrauck, J. Kiene, M. E. Wenzi, Ch. Jurgens. 2007.

Physical evaluation of a new technique for X-ray dose reduction:

Measurement of signal-to-noise ratio and modulation transfer function in

a anima model. Physica Medica 23: 33 – 40.

Putranto, B. Y., W. Hapsari, & K. Wijana. 2010. Segmentasi Warna Citra dengan

Deteksi Warna HSV untuk Mendeteksi Objek. Jurnal Informatika Vol. 6

(2).

Samei, E. 2003. Performance of Digital Radiographic Detectors: Quantification and

Assesment Methods. RSNA Categorical Course in Diagnostics Radiology

Physics pp 37 – 47.

Sartinah, Sumariyah, & N. Ayu, K. Umiati. 2008. Variasi Nilai Eksposi Aturan 15

Persen pada Radiografi Menggunakan Imaging Plate untuk Mendapatkan

Kontras Tertiggi. Jurnal Berkala Fisika 11(2): 45-52.

Savitri, R. E., Susilo, & Sunarno. Optimasi Faktor Eksposi Pada Sistem Radiografi

Digital Menggunakan Analisis CNR (Contrast to Noise Ratio). Unnes

Physics Journal. Vol 3 (1).

Sela, E. I, & A. Harjoko. 2011. Deteksi dan Identifikasi Ukuran Obyek Abnormal

(Studi Kasus: Citra Otak Manusia). Seminar Nasional Informatika. UPN

Veteran Yogyakarta. ISSN: 1979-2328.

Serway R. A., C. J. Moses, C. A. Moyer. 2005. Modern Physics. (3rd ed.) USA:

Thomson.

Siang, J. J. 2005. Jaringan Syaraf Tiruan dan Pemrogramannya Menggunakan

Matlab. Yogyakarta: Andi

Suarga. 2006. Algoritma Pemrograman. Andi: Yogyakarta.

Sudarmo, P. & A. I. Irdan. 2008. Pemeriksaan Radiografi Polos Abdomen pada

Kasus Gawat Darurat. Maj Kedok Indon Vol. 58 (12): 537 – 541.

Susilo, Sunarno, E. Setiowati, & L. Lestari. 2012. Aplikasi Alat Radiografi Digital

dalam Pengembangan Layanan Foto Rontgen. Jurnal MIPA 35(2).

Susilo, Supriyadi, Sutikno, Sunarno, & R. Setiawan. 2014. Rancang Bangun Sistem

Penangkap Gambar Radiograf Digital Berbasis Kamera DSLR, Jurnal

Pendididikan Fisika Indonesia, 10 (2014) :66-74.

Susilo, W. S. Budi, Kusminarto, & G. B. Suparta. 2013. Kajian Radiografi Digital

Tulang Tangan. Jurnal Berkala Fisika 16(1):15-20.

Utami, R. Z., I. M. B. Suksmadana, & B. Kanata. 2015. Menentukan Luas Objek

Cira dengan Teknik Dteksi Tepi. Vol. 2 (1): 11 – 17.

Watanabe, P., A. Farmer, M. Watanabe, & J. Issa. 2008. Radiographys Signal

detection of Systemic Disease: Orthopantomographic. Int J. Morphol,

26(4): 915-926.

74

Whitley, A. S., C. Sloane, G. Hooadley, A. D. Moore, & C. W. Alsop. 2005.

Clark’s: Positioning in Radiography. (12th ed.). London: Hodder Arnold.

Yulianti, D. & P. Dwijananti. 2005. Diklat Kuliah Fisika Radiasi. Semarang:

FMIPA Universitas Negeri Semarang.

Yu-Qian Z., G. C. Wei-hua, T. Zhen-cheng, Jing-tian, & L. Ling-yun. 2005.

Medical Image Edge Detection Based on Mathematical Morphology.

Engineering In Medicine and Biology 27th Annual Conference: 6492-6495