Kelompok 3 - Proses Pembentukan Citra CT Scan [PDF]

Citation preview

SKRIPSI MINI PROSES PEMBENTUKAN CITRA PADA CT SCAN Dosen Pengampu : Guntur Winarno, S.Si, M.Si



Disusun Oleh : Kelompok 3 D-IV Teknik Radiologi Pencitraan CT Scan Ahmad Rifardi Maulana



1130220230014



Nur Endah Palupi



1130220230014



PROGRAM STUDI TEKNOLOGI RADIOLOGI PENCITRAAN POLITEKNIK KESEHATAN BHAKTI PERTIWI HUSADA CIREBON PROGRAM ALIH JENJANG TAHUN 2023



1. KAJIAN TEORI CT (Computed Tomography) Scan merupakan modalitas imejing kesehatan yang cepat dan akurat dalam memperlihatkan abnormalitas jaringan atau detail organ dalam tubuh manusia yang diperiksa. Istilah "computed" dalam CT (computed tomography) diartikan sebagai dihitung atau direkonstruksi, dan istilah "tomography" adalah kata majemuk Bahasa Yunani yang terdiri dari istilah "tomos" yang berarti memotong dalam dan “graphy” yang berarti menggambarkan (1) .Pengoperasian pemindai CT didasarkan pada sinar – x. CT Scan merupakan pesawat sinar-X yang menggunakan metode pencitraan tomografi dengan proses digital untuk membuat citra tiga dimensi organ internal tubuh dari akuisisi sejumlah citra dua dimensi. Sejak dikan oleh Hounsfield dan Cormack pada tahun 1972 (2). CT Scan mengalami perkembangan yang cukup pesat dimulai dari CT Scan generasi I EMI Mark I pada tahun 1973 hingga saat ini sudah mencapai generasi ke 10 dengan teknologi Photon Counting, perkembangan tersebut mengalami kemajuan dalam akuisisi geometri, teknologi detektor dan desain tabung sinar-X. Perkembangan tersebut memungkinkan scanning dapat dilakukan dalam waktu yang sangat singkat dengan kualitas hasil citra yang luar biasa (3) (4). Kemajuan teknologi dibidang komputer juga memberikan daya dukung komputasi yang memungkinkan rekonstruksi data citra secara real time . CT Scan sekarang diakui secara luas sebagai alat pencitraan klinis penting yang digunakan dalam diagnosis banyak kondisi klinis pasien dan juga dapat membantu dalam pengelolaan dan pengobatan banyak kondisi medis (5). CT Scan adalah pencitraan diagnostik cross-sectional, tiga dimensi dan beresolusi tinggi, yang umumnya menggunakan sinar-X polychromatic energi tunggal. CT Scan energi tunggal memiliki keterbatasan pada diferensiasi jaringan lunak, nilai piksel atau nomor CT sepenuhnya tergantung pada koefisien atenuasi linier yang memiliki banyak tumpang tindih antara karakteristik jaringan organ yang berbeda (6). Pencitraan organ tubuh diperlukan untuk menegakkan diagnosis suatu penyakit yang mengalami suatu kelainan fisiologis maupun patologis secara akurat (4) . Prinsip kerja CT Scan menggunakan sinar-X yang berasal dari tabung yang terletak berhadapan dengan sejumlah detektor, dimana keduanya bergerak secara sinkron memutari pasien sebagai objek yang ditempatkan diantaranya . Pada prinsipnya, CT menciptakan citra penampang dengan mengkontruksi proyeksi objek dengan foton yang dipancarkan melewati salah



1



satu bidang objek. Foton yang dipancarkan akan melewati objek tersebut, beberapa akan diserap dan beberapa ditransmisikan, sehingga terjadi penurunan atenuasi. Foton yang ditransmisikan melewati sebuah benda, diterima oleh detektor dan divisualisasikan dengan program komputer, kemudian direkonstruksi dari objek yang dipindai maka akan tampak pada komputer (5).



2. TUJUAN KHUSUS 1.



Mendeskripsikan tentang akusisi data pada proses pembentukan citra CT Scan.



2.



Mendeskripsikan rekontruksi citra pada proses pembentukan citra CT Scan.



3.



Mendeskripsikan parameter rekontruksi citra CT Scan.



4.



Mendeskripsikan parameter pencitraan CT Scan.



2



3. ANALISA PEMBAHASAN Proses Pembentukan Citra pada CT Scan Pembentukan citra oleh CT Scan meliputi proses akuisisi data dan rekonstruksi citra, selanjutnya setelah melalui tahap tersebut hasil citra yang berupa raw data nantinya dapat disimpan dalam memori komputer atau dikirim ke PACS sehingga dikemudian hari dapat dianalisis ulang (7). Hasil citra yang di arsipkan menggunakan format dengan standar Internasional berbasis DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) yang memungkinkan tindakan mengirimkan, menyimpan, mengambil, mencetak, memproses, dan menampilkan informasi pencitraan medis antar modalitas dengan perbedaan jenis pabrikan, misalnya data citra dari CT Scan merk Philips bisa dikirimkan ke Workstation merk Siemens dan ditransfer ke PACS merk GE (7) (8).



A. Akuisisi Data Akuisisi data merupakan proses dimana teknologi secara sistematis memindai pasien. Tahap pertama pada akuisisi data adalah kumpulan hasil penghitungan transmisi sinar-X setelah menembus tubuh pasien. Selama scanning, tabung sinar-X dan detektor berputar secara sinkron mengelilingi pasien untuk menghasilkan data atenuasi. Detektor menangkap radiasi yang diteruskan melewati pasien dari beberapa lokasi dan dari beberapa sudut (1) (7). Perbedaan utama dalam pembentukan citra pada CT Scan dengan radiografi konvensional adalah teori atenuasi, saat struktur anatomi objek yang diperiksa berinteraksi terhadap sinar-X yang melewatinya, akan terjadi penyerapan oleh objek dan penghamburan oleh objek. Proses fisik pencitraan sinar-x ini secara akurat dijelaskan oleh persamaan integral nonlinier bergantung energi berdasarkan hukum Beer-Lambert (5) (7) (9) , sebelum akhirnya ditangkap oleh serangkaian detektor. Setiap elemen detektor akan mengatur intensitas sinar-X yang teratenuasi yang melewati suatu objek, supaya bisa dihasilkan citra yang berkualitas maka data proyeksi yang sangat banyak harus diperoleh dari objek yang diperiksa. Intensitas sinar-X yang diterima oleh detektor akan berubah sesuai dengan kepadatan tubuh sebagai objek, di dalam detektor Sodium Iodide Crystal



akan merubah berkas sinar-X yang diterima menjadi cahaya tampak dan diterima oleh PMT (Photo Multi Tube) dan diubah menjadi signal listrik (data analog), kemudian diteruskan ke komputer yang berlanjut ke ADC (Analog-Digital Converter) untuk



3



dirubah menjadi data digital. Data digital tersebut kemudian diakuisisi oleh system DAS (Digital-Analog System) untuk dikirimkan ke CPU(Central Processing Unit), selanjutnya data digital akan diproses menjadi data analog dalam bentuk algoritma supaya bisa dibaca oleh sistem komputer. Pada proses selanjutnya, image processor pada komputer akan mengkodekan algoritma menjadi hasil citra CT Scan yang ditampilkan pada layar monitor berupa informasi anatomis dalam bentuk irisan tubuh (1) (5) (10).



Metode akuisisi data CT Scan ada dua (1) (10), yaitu: a. Metode slice by slice atau metode axial. Prinsipnya, tabung sinar-X dan detektor bergerak mengelilingi pasien dan mengumpulkan data proyeksi pasien. Saat pengambilan data proyeksi, posisi meja berhenti. Kemudian meja pasien bergerak untuk menuju posisi kedua dan dilakukan proses scaning berikutnya begitu seterusnya (10). b. Metode spiral atau helical, pada metode ini tabung sinar-X dan detektor bergerak mengelilingi pasien diatas meja yang juga bergerak secara simultan dengan kecepatan tertentu dan pergerakan ini tanpa jeda, secara terus menerus. Pada metode ini, berkas sinar-X membentuk pola spiral atau helical, dan dimungkinkan karena prinsip slip ring yang dipergunakan pada perputaran gantry (7). Data untuk rekonstruksi citra pada setiap slice diperoleh dengan interpolasi. Teknik ini memiliki kelebihan dalam waktu yang relatif cepat (10). B. Rekonstruksi Citra Hasil akuisisi seluruh proyeksi dari suatu objek disebut sebagai raw data, yang bila ditampilkan akan membentuk pola Sinogram yang merupakan transformasi Radon dari objek. Supaya raw data dapat ditampilkan sebagai citra objek, maka harus dikirim ke komputer untuk proses rekonstruksi balik, melibatkan beberapa jenis algoritma yang mengolah data nilai koefisien atenuasi dari jaringan tubuh pasien (11). Beberapa algoritma pengolahan citra pada proses rekonstruksi balik yang kita kenal, ART (Algebraic Reconstruction Technique), FBP (Filtered Back Projection), FBP dengan konvolusi, IR (Iterative Reconstruction) dan yang terbaru adalah DLIR (Deep Learning Image Reconstruction) yang berbasis AI (Artificial Inteeligence) (11) (12). Citra CT Scan yang berasal dari CRT (Cathode Ray Tube) dibuat oleh ribuan pixel (Picture Element) yang direkonstruksi komputer dengan memberi nilai bilangan CT



4



(Computed Tomography) spesifik untuk setiap piksel dari CRT (Cathode Ray Tube), yang dapat diubah untuk melihat skala yang ditampilkan (1). C. Parameter Rekontruksi Citra Beberapa parameter yang digunakan untuk merekontruksi citra yaitu: a. Pixel Setiap pixel sebenarnya mewakili elemen volume kecil, atau voxel (area pixel x ketebalan irisan). Ukuran voxel ini bergantung pada ukuran matrix, FOV (Field of View) yang dipilih, dan ketebalan bagian. Nilai pixel ini adalah koefisien atenuasi linier rata-rata dari jaringan interior yang sesuai dengan lokasi spasial pixel ini, dan matrix pixel numeric yang sesuai dengan lokasi spasial dalam citra diubah menjadi citra berdasarkan transformasi nilai pixel ke nilai skala abu-abu yang sesuai matrix (1). Elemen citra dalam bidang 2 dimensi disebut pixel. Satu bagian volume dari citra yang direkonstruksi, voxel, diwakili oleh ukuran pixel di bidang sumbu X dan sumbu Y dan ketebalan irisan dalam sumbu Z. Teknik rekonstruksi citra CT kemudian dapat dilakukan dengan membagi - bagi irisan jaringan yang disinari menjadi beberapa pixel dimana masing-masing pixel mewakili CT number - nya masing-masing (13). b. Voxel Voxel atau volume element yaitu elemen dasar untuk menetapkan volume jaringan dimana setiap pixel memiliki bagian untuk merekonstruksi bayangan. Pada citra 3 dimensi, satuan atau bagian terkecilnya bukan lagi sebuah pixel melainkan sebuah voxel. Posisi dalam voxel ditentukan dalam tiga buah variabel yaitu k yang menyatakan kedalaman (depth), m menyatakan posisi baris, dan n yang menyatakan posisi kolom (5). Penggambarannya dapat dilakukan dengan sumbu kartesian.. Masing-masing voxel memiliki suatu nilai tertentu yang menyatakan atenuasi rata-rata sinar-X oleh objek pada posisi tersebut yang merepresentasikan bidang 3 dimensi (1) (14). c. CT number Atau biasa disebut sebagai HU (Hounsfield Unit), merupakan bilangan angka yang digunakan untuk menetapkan nilai atenuasi pada setiap pixel jaringan



5



dibandingkan dengan koefisien penyerapan air (5) (15). Menurut definisi, nilai HU dari udara adalah -1000 dan nilai HU dari air adalah 0 (1). d. Matrix Citra CT Scan dibentuk dari pixel yang memiiki nilai yang sama pada baris dan kolom dan terbentuk sebagai sebuah matrix. Ukuran matrix dapat berukuran 256 x 256 atau 512 x 512 atau 1024 x 1024. Volume parsial akan meningkat dengan pemakain ukuran matrix yang semakin kecil, disisi lain koefisien atenuasi akan kehilangan banyak data dengan semakin besarnya ukuran matrix (16). D. Parameter Pencitraan CT Scan Kualitas citra pada CT Scan dipengaruhi oleh faktor contrast resolution, spatial resolution, noise dan artefact. Noise mempengaruhi contrast resolution tergantung pada mAs, kVp, filter rekonstruksi, slice thickness, ukuran pasien, mode operasi, tampilan citra, dll (7). Filter rekonstruksi citra bergantung pada tingkat noise hasil citra, semisal Edge Enhancing (HighRes) menghasilkan detail yang baik, tetapi memiliki noise yang tinggi dan sebaliknya (1). Noise pada pencitraan CT Scan sangat bergantung pada pemilihan parameter pemeriksaan CT Scan. Sehubungan dengan hal itu, maka dalam CT Scan dikenal beberapa parameter untuk pengontrolan eksposi dan output citra yang optimal, sebagai berikut : a. Slice thickness Slice thickness merupakan ukuran potongan citra suatu objek yang diperiksa, dimana semakin tipis slice thickness maka akan meningkatkan noise citra tetapi akan meningkatkan detail kontras citra dan sebaliknya semakin tebal ukuran slice thickness maka akan mengurangi noise citra tetapi akan mengurangi detail kontras citra . Slice thickness lebih tebal akan menghasilkan lebih sedikit noise dan pendeteksian kontras yang lebih baik untuk jaringan lunak, sedangkan slice thickness lebih tipis menghasilkan spatial resolution yang lebih baik untuk struktur tulang. Oleh karena itu, keseimbangan antara pendeteksian kontras dan spatial resolution untuk tujuan diagnostik harus dianggap sebagai fungsi dari slice thickness. Untuk ukuran tubuh pasien yang lebih besar, noise akan meningkat menjadi dua kali lipat setiap peningkatan 10 cm pada diameter pasien pada pemindaian perut, dan setiap



6



peningkatan 13 cm pada pemindaian paru menurut pedoman yang diterima secara umum (1) . Pemilihan slice thickness pada saat pembuatan citra CT Scan mempunyai pengaruh langsung terhadap spatial resolution yang dihasilkan. Pada pemeriksaan yang membutuhkan rekonstruksi citra dalam potongan sagital dan coronal serta keperluan dalam pembuatan citra 3 dimensi, diperlukan slice thickness yang tipis dengan resolusi isotropic, karena jika menggunakan slice thickness yang tebal, citra akan tampak kabur (4). b. FOV (Field of View) Dikenal ada 2 FOV, yang pertama SFOV (Scanned Field of View) untuk mencover daerah anatomis yang kecil, misalnya pada kepala dan pediatric, SFOV mengacu pada ukuran daerah tertentu dalam citra yang diambil oleh scanner, biasanya untuk tujuan jika kita ingin memfokuskan scanning pada area sempit untuk meningkatkan resolusi pada area tersebut, diatur sebelum scanning pada area citra topogram / surview / scanogram / scout sehingga meningkatkan jumlah pixel pada area tersebut hal ini karena pada area sempit, setiap pixel mewakili bagian lebih kecil dari citra. Yang kedua adalah DFOV (Display Field of View) untuk mencover daerah anatomis yang besar, misalnya dada dan perut, dilakukan proses retrospektif yang akan menghasilkan citra dengan pembesaran yang berakibat citra terlihat lebih besar tetapi ukuran pixel nya tetap sehingga hasil citra tidak sebaik pada SFOV (5). c. Faktor eksposi Faktor eksposi merupakan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap eksposi meliputi tegangan tabung (kV), arus tabung (mA) dan waktu (s). Besarnya tegangan tabung dapat dipilih secara otomatis pada tiap-tiap pemeriksaan. mA dan s berpengaruh terhadap jumlah elektron dan kuantitas sinar-X. Image quality tergantung pada produksi sinar-X yang berarti dipengaruhi pula oleh mili ampere (mA), waktu (s) dan tegangan tabung (kV). Dengan menaikkan KV , detail dari citra akan lebih bagus. Dengan menaikkan mA, dosis radiasi akan meningkat tetapi noise citra akan menurun. Dengan menambah s, waktu scanning akan lebih cepat yang berdampak pada noise yang meningkat (5).



7



d. Window width Window width adalah rentang nilai intensitas pixel dalam citra yang dapat ditampilkan pada suatu waktu dalam skala abu – abu, merupakan jarak intensitas pixel terendah dan tertinggi, dan juga untuk memperjelas detail citra dengan meningkatkan rentang intensitas yang ditampilkan (1) (5). e. Window Level WL (Window level) mengacu pada nilai intensitas pixel tengah dalam rentang intensitas yang ditampilkan pada suatu waktu. WL adalah posisi yang menggambarkan pusat skala, yang menentukan kecerahan. Window level menentukan densitas citra yang dihasilkan. ada pengaturan WL (WW tetap) pada saat WL naik +50 menjadi +200, perubahan gambar dari putih menjadi hitam. Nilai WL dengan CT number tinggi semakin tinggi nilai CT number mengakibatkan citra telihat hitam menurun (1).



8



4. KESIMPULAN Pembentukan citra oleh CT-scan meliputi proses akuisisi data dan rekonstruksi citra. Setelah melalui tahap tersebut hasil citra nantinya dapat disimpan untuk dapat dianalisis ulang 1. Tahap pertama pada akuisisi data adalah kumpulan hasil penghitungan transmisi sinar-X setelah melalui tubuh pasien. Selama scanning tabung sinar-X dan detektor berputar mengelilingi pasien untuk mendapatkan data atenuasi pasien. Detektor menangkap radiasi yang diteruskan melalui pasien dari beberapa lokasi dan dari beberapa sudut 2. Setelah detektor mendapatkan perhitungan transmisi yang cukup, data dikirim ke komputer untuk proses selanjutnya. Proses rekonstruksi citra pada CT Scan adalah proses dimana melibatkan beberapa jenis algoritma yang mengolah data nilai koefisien attenuasi dari jaringan tubuh pasien . Citra CT Scan yaitu citra yang berasal dari CRT yang dibuat oleh ribuan pixel kecil. 3. Ada beberapa parameter rekontruksi citra yang digunakan seperti pixel, matrix, voxel dan HU. Sedangkan untuk parameter pencitraan CT Scan dapat terjadi sebagai hasil dari berkas - berkas sinar-X yang mengalami pelemahan setelah menembus objek, ditangkap detektor, dan dilakukan pengolahan dalam komputer, beberapa parameter untuk pengontrolan eksposi dan output citra yang optimal. adapun beberapa parameter dalam CT-Scan, sebagai berikut : slice thickness, field of view, faktor eksposi, window widht dan window level.



9



DAFTAR PUSTAKA 1.



Jung H. Basic Physical Principles and Clinical Applications of Computed Tomography. Prog Med Phys. 2021;32(1):1–17.



2.



Eric C. Meyers, Bleyda R. Solorzano, Justin James, Patrick D. Ganzer, Elaine S., Robert L. Rennaker, Michael P. Kilgard and Seth Hays. 乳鼠心肌提取 HHS Public Access. Physiol Behav. 2018;176(1):100–106.



3.



Wahyuni S, Amalia L. Perkembangan Dan Prinsip Kerja Computed Tomography (CT Scan). Galen J Kedokt dan Kesehat Mhs Malikussaleh. 2022;1(2):88.



4.



Tsukagoshi S, Shindo Y, Tachizaki H. Japanese CT Technology Active in the World: History and Future. 2021;41(3):96–102.



5.



Davidson R. Physics and Principles of Computed Tomography. Computed Tomography: A Primer for Radiographers. 2022. 7–44 p.



6.



Goo HW, Goo JM. Dual-energy CT: New horizon in medical imaging. Korean J Radiol. 2017;18(4):555–69.



7.



Seerman E. Computed Tomography: A Technical Review. Radiol Technol. 2018;89(3):279–305.



8.



Selim M, Zhang J, Fei B, Zhang GQ, Chen J. STAN-CT: Standardizing CT Image using Generative Adversarial Networks. AMIA . Annu Symp proceedings AMIA Symp. 2020;2020:1100–9.



9.



Oshina I, Spigulis J. Beer–Lambert law for optical tissue diagnostics: current state of the art and the main limitations. J Biomed Opt. 2021;26(10):1–17.



10.



Lubis AJ. Pemanfaatan CT-Scan (Computer Tomography) Dalam Dunia Medis. Snastikom [Internet]. 2020;393–8. Available from: www.snastikom.com



11.



Arndt C, Güttler F, Heinrich A, Bürckenmeyer F, Diamantis I, Teichgräber U. Deep Learning CT Image Reconstruction in Clinical Practice. RoFo Fortschritte auf dem Gebiet der Rontgenstrahlen und der Bildgeb Verfahren. 2021;193(3):252–61.



12.



AGOSTINI A, BORGHERESI A, GRANATA V, BRUNO F, PALUMBO P, DE MUZIO F, et al. Technological advances in body CT: a primer for beginners. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2022;26(21):7918–37.



13.



Ari Anwar Guci, Muhammad Syahrizal PBS. Analisa Dan Implementasi Kompresi Citra Ct Scan Menggunakan Metode Delta Modulation. Pelita Inform. 10



2018;17(vol.17 no.2):3. 14.



Rambe R. Perbaikan Kualitas Citra Digital Menggunakan Metode Kervel Konvolusi. TIN Terap Inform Nusant. 2021;1(11):557–61.



15.



Seeram E. Computed Tomography Image Reconstruction. Radiol Technol. 2020;92(2):155CT-171CT.



16.



Malyala SK, Kumar YR. (2017). Optimization of Computer Tomography Reconstruction Parameters using Additive Manufacturing. BiolMed(Aligarh) 9:377. doi:10.4172/0974-8369.1000377



11