PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Iptek...

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

[email protected]

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


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.


SINAR-X


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.


SINAR-X


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.


SINAR-X


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


SINAR-X


No Posisi potongan Slice

1

2

3


SINAR-X


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

http://www.nde-ed.org/EducationResources/%20CommunityCollege/Radiography/AdvancedTechniques/computedtomography.htm,diakses




SINAR-X


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.

PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Iptek...

Documents

Transcript of PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK REKONSTRUKSI CITRA …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Iptek...