Mutu dan Karakteristik Citra Medik

MUTU DAN KARAKTERISTIK CITRA MEDIK
Arif Jauhari

Kita sadari bahwa saat ini citra medik telah diakui sebagai cara untuk dapat mengetahui bagian dalam dari tubuh manusia. Citra tersebut bisa dihasilkan dengan berbagai cara dan modalitas pencitraan medik. Baik menggunakan radiasi pengion atau non pengion. Cita-cita orang terdahulu untuk dapat mengamati organ tubuh manusia bagian dalam tanpa harus membedahnya dapat terkabul dan sekarang terus berkembang. Namun yang harus diperhatikan dalam pembuatan citra medik adalah mutu dan detil, sehingga ia memang benar-benar berguna untuk penegakan diagnosis.


Mutu citra (image quality) yang dihasilkan mencakup semua factor yang mampu memperlihatkan struktur tubuh bagian dalam manuasia secara jelas dan tepat. Karena, tujuan umum dari kebanyakan prosedur pencitraan adalah hal tersebut ditambah lagi bila terdapat kelainan anatomi.

Untuk itu perlu diperhatikan lima factor yang menjadi penentu dalam jaminan mutu citra radiografi. Sehingga mutu citra dan kenampakan struktur anatomi bagian dalam dapat di perlihatkan dengan jelas. Factor tersebut adalah:

• Sensitifitas kontras (contrast sensitivity).
• Kekaburan (blurring).
  
• Kejernihan tampak (visual noise).
  
• Bercak (artefak).
  
• Detil bagian (spatial/geometric) characteristic.

Umumnya factor yang berpengaruh terhadap mutu citra pada berbagai macam metode akan mempunyai pengaruh langsung terhadap kepada satu atau lebih dari factor di atas. Diperlukan pemahaman tambahan untuk dapat menjadikan pengaturan dan penjagaan mutu citra radiografi dapat tercapai. Pemahaman tersebut adalahSelanjutnya marilah kita bahas satu diantara pemahaman tersebut.

• Batasan dari kenampakan citra radiografi.
  
• Evaluasi dari mutu citra radiografi.
  
• Pengaturan dan penatalaksanaan pada teknik radiografi dengan tujuan khusus.

Batasan dari kenampakan citra radiografi. Hal pertama yang menentukan karakteristik dan mutu citra radiografi adalah metode pencitraan dan teknologi yang dipakai untuk menghasilkan citra radiografi. Untuk pencitraan medik terdapat banyak pilihan:

• Radiografi (termasuk Mamografi).
• Fluoroskopi.
• CT-Scanning.
• US-Imaging.
• MR-Imaging.
• Kedokteran Nuklir (Planar scan, SPECT, PET).

Masing-masing dari modalitas tersebut akan mempengaruhi bagaimana citra radiografi dihasilkan. Oleh sebab itu menjadi amat penting bagi radiographer dalam memilih modalitas radiografi yang dipakai untuk mendapatkan citra radiografi. Sebagai contoh modalitas CT-Scanning, ketika dipakai untuk mendapatkan citra radiografi. Untuk mendapatkan citra yang optimal maka diperlukan pengaturan banyak factor. Oleh sebab itu timbul pertanyaan, bila citra radiografi yang dihasilkan dapat optimal lalu mengapa kita harus mengatur-atur parameter yang kita buat? Hal itu disebabkan dalam bidang medis untuk menghasilkan citra radiografi yang optimal ada banyak factor yang harus ditukartempatkan dan diperhatikan. Dan masing-masing keluhan suatu penyakit mempunyai karakteristik citra radiografi yang berbeda. Disinilah peran ilmu radiografi dari para radiographer diuji dan diaktualisasikan. Selamat datang teknologi yang menjadi dasar bagi perkembangan ilmu radiografi.

Teknologi citra medik sebenarnya merupakan perpanjangan daya penglihatan mata kita. Sama seperti kalau kita ingin melihat jasad renik melalui bantuan mikroskop, mengamati benda yang jauh melalui teleskop atau mentrasformasikan benda dilain tempat melalui televise. Begitu pula citra medik dan peralatannya menjadi alat Bantu kita dalam mengamati benda an organ bagian dalam tubuh manusia yang tidak terlihat dengan mata telanjang.

Sebagai upaya untuk mengecek kemampuan dan daya penglihatan kita (karena hal ini bisa disamakan dengan kemampuan untuk mengevaluasi mutu citra medik), coba perhatikan gambar di bawah ini. Gambar ini berisi beberapa huruf yang letaknya acak. Pertanyaannya, apakah anda dapat melihat huruf G, H, I? coba perhatikan baik-baik. Ketika kita mengamati huruf itu satu persatu, maka kita dapati beda huruf akan beda tingakt kejelasannya. Itulah yang disebut dengan kontras. Bila kontrasnya tinggi maka huruf tersebut akan dapat kita lihat dengan jelas, tetapi bila sebaliknya maka akan semakin sulit kita lihat. Nah derajat kemampuan kita untuk melihat suatu huruf dengan jelas itu disebut dengan sensitifitas kontras.

Inilah salah satu cara yang paling efektif untuk menilai kemampuan kita dalam melihat sesuatu. Di dalam citra medik sangat diperlukan kemampuan untuk dapat melihat struktur terkecil dan tersamar dari bagian tubuh manusia. Sekarang perhatikan lagi gambar yang sama tetapi telah diubah nilai kontrasnya, dapatkah anda membedakannya?

Factor lain yang harus kita perhatikan adalah bagaimana suatu gambar radiografi dihasilkan. Sesungguhnya bila kita perhatikan terdapat dua fungsi yang terjadi, yaitu:

• Konversi dari kontras fisik (organ) menjadi kontras mata (gambar).
  
• Transfer dari kontras yang terdapat di dalam tubuh menjadi kontras yang terdapat pada citra medik (gambar).

Hubungan yang pertama ditentukan oleh proses sensitifitas kontras. Sensitifitas kontras adalah istilah yang dipakai untuk menyatakan kontras fisik terendah yang mampu menghasilkan kontras gambar yang dibutuhkan untuk dapat diamati. Sedangkan resolusi kontras adalah peristilahan yang biasa digunakan menyatakan ciri umum dari proses penggambaran citra medik.

Kontras fisik dari citra medik sinar-x
Obyek dan struktur di dalam tubuh memiliki berbagai kontras fisik sehingga keadaan ini akan tergambar dalam kontras tampak dari citra medik. Kontras fisik berbeda pada setiap tempat di jaringan atau organ tubuh. Ciri fisik untuk menghasilkan kontras mata/tampak dari citra medik akan berbeda pada setiap modalitas imajing yang digunakan. Untuk citra medik sinar-x termasuk pemindai CT terdapat dua sumber kontras fisik, yaitu:

• Perbedaan tingkat kerapatan obyek (densitas).
• Perbedaan nomor atom unsure (Z).
  

Radiograf sinar-x dan pemindai CT biasanya memperlihatkan perbedaan densitas unsur di dalam tubuh. Karena banyak terdapat udara di dalam paru maka akan terdapat banyak perbedaan densitas di dalam gambar sinar-x rongga dada. Pada citra CT juga terdapat perbedaan densitas dari organ yang ditampilkan, tetapi ia memiliki sensitifitas kontras yang sangat tinggi bila dibandingkan dengan citra medik radiografi konvensional dan dapat ditampilkan sebagai perbedaan densitas jaringan yang lebih kecil (sebagai contoh pada gambaran kepala).

Ketika tidak terdapat perbedaan densitas yang memadai dari struktur tubuh pasien untuk menghasilkan kontras tampak yang baik (antara cairan dan jaringan lunak) maka dapat ditambahkan unsur barium atau yodium agar terjad kenaikan nilai kontras fisik dan pada akhirnya menyebabkan kenaikan kontras tampak/gambar. Unsur barium dan yodium merupakan unsur penyerap sinar-x yang baik. Hal ini disebabkan oleh karena nomor atom dari unsur tersebut, bukan oleh karena densitasnya (kerapatan).

Memadukan antara sensitifitas kontras dengan kontras fisik
Sensitifitas kontras dari prosedur pencitraan medik harus diatur berdasarkan nilai kontras fisik dari bagian anatomi/organ tertentu. Teknik radiografi yang mempunyai sensitifitas kontras rendah diterapkan pada pencitraan rongga dada (thorax) karena ia mempunyai tingkat kontras fisik yang tinggi (perbedaan densitas).

Teknik mammografi membutuhkan sensitifitas kontras yang tinggi karena kontras fisiknya sangat rendah (jaringan lunak dada). Terdapat beberapa faktor yang menentukan sensitifitas kontras dari teknik radiografi atau mamografi. Factor utamanya adalah pengaturan nilai kV.

Kontras Fisik pada Modalitas Ultrasound
Terdapat dua sumber utama kontras fisik yang dapat digambarkan, yaitu:

• Gema (Echo) yang dihasilkan oleh perbedaan impedansi akustik jaringan tubuh.
• Gerakan (Motion) biasanya dihasilkan karena gerakan dari sel darah merah.

Diperlukan metode penggambaran yang berbeda terhadap dua tipe kontras fisik tersebut, yaitu:

• Model B (Brightness) menggambarkan intensitas pantulan(refleksi) atau gema (echoes) sebagai derajat terang dari gmbar. Bagian yang terang mengindikasikan permukaan struktur atau batas yang menghasilkan gema (echo) yang kuat (karena perbedaan impedansi akusik yang besar).
• Model Doppler menampilkan aliran darah.

Sensitifitas Kontras pada Modalitas Kedokteran Nuklir
Kontras fisik pada semua jenis radionuklida yang digunakan untuk pencitraan medik (termasuk SPECT dan PET) adalah merupakan variasi radionuklida yang masuk ke dalam tubuh. Kontras fisik tergantung dari perbedaan uptake (tangkapan) dan sebaran (distributions) yang berhubungan dengan variasi fungsi fisiologi dan kondisi patologi. Peralatan pencitraan medik harus diarahkan untuk memaksimalkan sensitifitas kontras pada radionuklida tertentu yang dipakai. Pengaturan yang penting adalah tenaga celah (energy window) didalam Pulse Height Analyzer (PHA) dari pesawat kamera sinar gamma (gamma camera). Karena hal tersebut akan menentukan radiasi dan radionuklida yang ditampilkan.

Physical Contrast in Magnetic Resonance Imaging
MRI dapat menghasilkan citra medik tampak dari berbagai struktur jaringan tubuh manusia. Kebanyakan citra medik didasarkan pada tiga cirri jaringan di dalam medal magnet (physical):

• Proton Density.
• T1.
• T2
  

Sensitifitas kontras pada cirri jaringan tertentu diatur melalui nilai factor pengatur tertentu. Tiga bentuk gerakan cairan adalah cirri fisik yang lain yang dapat dijadikan sumber kontras di dalam MRI. Penggambaran ketiganya memerlukan teknik tertentu.

Kekaburan (Blurring) dan Ketampakan (Visibility) dari detil citra medik
Bandingkan dua gambar yang terdapat disebelah kanan atas. Apa yang nampak beda pada kedua gambar otak tersebut? Apakah anda sepakat bahwa gambar yang sebelah kiri lebih kabur? Oleh sebab itu marilah kita bahas pengaruh kekaburan terhadap kenampakan citra medik. Gambar sebelah kanan yang mengandung kaburan yang lebih rendah. Sehingga kita dapat melihat kenampakan struktur anatomi yang lebih banyak. Selebihnya adalah kondisi ketika citra medik tersebut mengalami pengurangan kemampuan untuk menampakkan struktur detil dari kontras fisik obyek. Selalu terdapat sejumlah kekaburan di dalam citra medik. Pengetahuan mengenai pengaruh dan bagaimana mengontrol tingkat kekaburan menjadi penting agar kenampakan citra medik yang dihasilkan sesuai dngan standard yang berlaku.

Uji Kenampakan Detail
Cara di bawah ini dapat dijadikan upaya untuk menguji kenampakan detil dari suatu citra medik. Huruf dan angka pada gambar di samping, bila kita lihat dari atas ke bawah akan tampak semakin kecil. Maka gambar ini dikatakan semakin detil. Kebanyakan dari kita yang berpenglihatan normal atau dengan kaca mata akan dapat membaca disetiap barisnya. Tetapi apa yang akan terjadi (dapat dilihat atau tidak) bila gambar tersebut kita jadikan kabur (tidak jelas), seperti gambar pada sebelah kanannya?

Pengaruh dari penglihatan yang kabur
Bila anda tidak dapat melihat dengan jelas gambar disebelah kanan atas, itu bukan karena kesalahan mata anda. Tetapi karena gambar tersebut memang telah dikaburkan (agar kita paham betul bila keadaan tersebut terjadi pada citra medik). Kekaburan menurunkan kenampakan struktur kecil dari kontras obyek. Dan hal ini sering terjadi pada citra medik.

Bila kekaburan kecil maka obyek yang besar masih dapat kita lihat. Tetapi apabila kekaburan semakin besar maka bukan hanya obyek kecil yang tidak bisa kita lihat, obyek yang besar juga akan sulit kita amati. Gambar model di samping akan dapat menjelaskan kepada kita bagaimana besarnya efek kekaburan terhadap kenampakan detil dari suatu organ.

Detil dan Ukuran Obyek
Obyek di dalam tubuh terdiri dari berbagai macam ukuran. Semakin kecil ukuran obyek maka semakin detil gambar anatomi yang harus didapatkan. Coba kita perhatikan gambar di samping, pada lingkaran yang kearah kanan akan semakin kecil. Lalu kaitkan kondisi ini dengan ukuran obyek dan detil yang dihasilkan. Sebagai contoh, bila ukuran obyek besar maka detil yang dihasilkan dapat diamati (tidak mengalami kekaburan), begitu pula bila ukuran obyek diperkecil, maka detil yang dihasilkan juga dapat diamati (tidak mengalami kekaburan). Jadi ketika tidak terjadi kekaburan maka baik obyek yang besar maupun yang kecil dapat kita amati. Sekarang bagaimana kalau obyek tersebut kita kaburkan?

Efek Kekaburan pada Deil Citra Medik
Gambar-gambar di samping kanan bawah memperlihatkan pengaruh dari kekaburan. Perhatikan bahwa pada gambar yang besar walaupun kabur tetapi tetap terlihat. Kekaburan mempunyai batas untuk mampu dilihat pada bayangan yang kecil. Sehingga kekaburan itu mengakibatkan keterbatasan penglihatan detil gambar.

Tiga Pengaruh dari Kekaburan
Ada tiga pengaruh dari kekaburan, yaitu:

• Sebagaimana yang telah kita amati, kekaburan mengakibatkan penurunan kemampuan untuk memperlihatkan detil anatomi obyek. Padahal hal tersebut sangat penting dalam penggambaran citra medik.
• Kekaburan menurunkan nilai ketajaman (sharpness) struktur dan obyek citra medik. Sehingga ketidaktajaman (unsharpness) sering digunakan sebagai pengganti istilah kekaburan (blurring).
• Kekaburan menurunkan karakteristik citra medik yang disebut resolusi bagian (spatial resolution). Resolusi adalah pengaruh dari kekaburan yang dapat diukur dengan mudah dan digunakan untuk mengevaluasi dan menentukan karakteristik kekaburan dari system dan komponen citra medik. Resolusi digambarkan sebagai banyaknya jumlah pasang garis (LP) yang tampak dalam setiap satuan mm. Menaikkan nilai LP/mm biasanya berhubungan dengan menaikkan detil citra medik. Oleh sebab itu resolusi bagian yang tinggi (baik) menandakan kenampakan (visibility) detil anatomi yang akurat.
  

Signifikasi Klinis dari Kekaburan
Signifikansi klinis dari kekaburan yang muncul pada semua penatalaksanaan citra medik adalah kemampuannya untuk dapat menempatkan batas kenampakan organ terkecil (tanda anatomi, detil obyek) agar dapat terlihat. Banyaknya kekaburan (dan juga visibilitas detil) pada penatalaksanaan citra medik khusus ditentukan oleh kombinasi dua factor, yaitu:

• Karakteritik kekaburan pada masing-masing spesifikasi dari modalitas citra medik.
• Pemilihan factor teknik dan protocol dari masing-masing modalitas citra medik tersebut.
  

Membandingkan Detil dari setiap Modalitas Citra Medik
Terdapat rentang nilai kekaburan dari setiap modalitas citra medik sebagaimana yang digambarkan pada gambar di samping. Setiap rentang kekaburan dari modalitas citra medik tersebut ditentukan oleh pemilihan faktor teknik dan protocol.

Perbedaan tingkat/besar dari satu modalitas dengan yang lainnya disebabkan oleh karena perbedaan prinsip dan metode dari formasi pencitraan dan karaktristik disain dari modalitas tersebut.

Gambar di samping menunjukkan ukuran kekaburan dan resolusi spasial yang dihubungkan dengan visibilitas dari detil. Perhatikanlah bahwa dibandingkan dengan semua modalitas pencitraan medik, prosedur pencitraan medik radiografi mempunyai tingkat kekaburan yang paling rendah. Oleh sebab itu ia mempunyai visibilitas detil yang paling baik. Mammography merupakan prosedur radiografi yang mempunyai nilai kekaburan paling rendah (mendekati 0.12 mm) dan mampu menampilkan citra kalsifikasi dengan rentang detil antara 0.1-0.2 mm).

Blur Summary
Ada tiga pengaruh yang spesifik dari kekaburan pada pencitraan medik, yaitu:

• Menurunkan visibilitas detil.
• Menghasilkan ketidaktajaman citra medik.
• Menurunkan resolusi spasial.
  

Jumlah (ukuran) dari kekaburan pada prosedur pencitraan medik tertentu ditentukan oleh:

• Ciri rancangan (design characteristics) dari peralatan citra medik.
• Teknik dan factor pengoperasian protocol.
  

Sehingga kita ketahui bahwa kekaburan itu mempunyai bentuk yang berbeda tergantung dari sumber kekaburannya.

Noise Citra
Bandingkanlah dua citra medik di samping, perbedaan apa yang dapat anda lihat? Esungguhnya setiap citra medik memiliki sejumlah noise tampak (visual noise). Noise adalah suatu ciri citra medik yang tidak diinginkan tampil (undesirable image characteristic) dan menurunkan visibilitas obyek dan struktur tertentu.

Citra medik pada gambar samping yang sebelah kiri mempunyai jumlah noise yang relative rendah dan yang masih dapat diterima sebagai hasil citra medik untuk diagnosis klinis. Sedangkan citra medik sebelah kanannya memiliki noise yang tinggi dan semestinya tidak dapat diterima (ditolak) untuk diagnosis klinis.

Efek dari Noise Tampak
Setiap kolom pada gambar di samping mempunyai seri rentang kontras dari mulai yang tinggi (bagian bawah) sampai yang mempunyai kontras rendah (bagian atas). Terdapat tiga tingkatan (rendah, medium dan tinggi) noise pada ketiga kolom gambar disamping. Ingat! Efek dari noise adalah untuk menurunkan visibilitas dari obyek yang memiliki dengan kontras rendah.

Membandingkan Efek dari Noise dan Kekaburan (Blur)
Baik blur maupun noise sebenarnya merupakan ciri umum unsur yang tidak diinginkan pada citra medik karena bisa menurunkan visibilitas obyek tertentu. Ilustrasi gambar disamping menunjukkan Diagram Kontras-Detil. Ingat! Obyek dirancang menurut penurunan ukuran (detil) dari kiri ke kanan, dan menurut penurunan kontras dari bawah ke atas.

Bagian yang besar dan tinggi nilai kontras obyek di dalam wilayah kiri bawah harus terlihat sebagai gambaran umum kondisi citra medik yang semestinya. Anggaplah noise dan kekaburan (blur) adalah dua hal yang secara bersama menghasilkan “tabir ketidaktampakan (curtain of invisibility)". Noise menurunkan visibilitas obyek dengan kontras rendah. Sedangkan blur menurunkan visibilitas obyek yang ukurannya kecil. Biasanya, kebanyakan obyek dengan ukuran anatomi yang kecil akan mempunyai nilai kontras yang relative rendah dan visibilitasnya menurun karena factor noise dan blur.

Noise pada Citra Medik CT
Sumber noise yang paling utama pada radiografi dengan sinar-x (termasuk CT) dan radiografi kedokteran nuklir (termasuk SPECT dan PET) adalah foton energi yang bergerak atau keluar secara acak.

Noise menurunkan citra medik melalui konsentrasi foton yang besar yang biasanya dibarengi dengan dosis radiasi yang tinggi terhadap pasien. Tingkat noise juga dipengaruhi oleh pemilihan nilai tertentu dari factor protocol pencitraan (di sini dicontohkan pada CT).

Prosedur penataan pencitraan yang mampu menurunkan nilai noise biasanya selalu disertai dengan kenaikan nilai paparan pasien atau kebalikannya berpengaruh terhadap salah satu dari karakteristik gambar, seperti blur.

Tampilan Citra Medik
Kebanyakan citra medik menampilkan salah satu dari ketiga kemungkinan tampilam yang tampak dari tubuh manusia, yaitu:

• Proyeksi (Projection).
• Tomografi (Tomographic).
• 3 Dimensi
  

Masing-masing dari ketiganya memiliki kelebihan dan kekurangan.

Karakteristik Spasial pada Pencitraan Tomografi
Kebanyakan, modalitas citra medik dengan metode tomografi (CT, SPECT, PET, and MRI mempunyai beberapa karakteristik spasial yang umum. Biasanya, bagian atanomi digambarkan dalam satuan irisan (slice). Setiap slice dibagi ke dalam matriks (array) dari voxels jaringan (volume elements).

Citra digital dari slice dibentuk sebagai matriks piksel (picture elements). Kecerahan atau warna yang ditampilkan pada setiap piksel mewakili beberapa karakteristik fisik dari jaringan dalam suatu voksel.

Distorsi Citra & Distorsi pada Radiografi
Citra yang dihasilkan tidak selalu menampakkan karakteristik geometric dan spasial yang sebenarnya dari bagian tubuh. Karakteristik struktur anatomi dan obyek yang dapat diubah bentuknya meliputi:

• Ukuran (relative).
• Bentuk.
• Letak di dalam tubuh.
  

Pada radiografi, kebanyakan distorsi dihasilkan dari variasi magnifikasi obyek yang berlainan tempat dan arah dari obyek tersebut terhadap berkas sinar-x.

Posisi Distorsi pada Radiografi

Ukuran relative dan posisi dari obyek mengalami distorsi oleh karena metode proyeksi pencitraan medik yang biasa digunakan pada prosedur radiografi dan floroskopi.

Magnifikasi Geometri pada Radiografi
Magnifikasi obyek ditentukan oleh perbandingan jarak sebagaimana digambarkan pada gambar kanan atas. Jarak dari focal spot ke reseptor yang sepanjang 150 cm biasanya digunakan untuk pemeriksaan thorax agar menghasilkan magnifikasi yang sedikit dan juga untuk menghindari terjadinnya distorsi.

Kesimpulan

• Kualitas citra medik secara umum ditentukan oleh kombinasi dari lima karakteristik utama pencitraan.
• Setiap karakteristik akan mempunyai pengaruh terhadap visibilitas struktur dan obyek yang terdapat di dalam tubuh. W