Sistem Evaluasi Non-invasive Menggunakan Analisa Image Pada Proses Penyembuhan Luka Kulit Marmut Dengan Stimulasi Elektrik Anas Abdul Nasir1) Achmad Arifin
2)
, Djoko Legowo 3)
Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email:
[email protected] Abstrak – Penilaian penyembuhan luka adalah suatu kebutuhan yang penting dalam medis. Penilaian penyembuhan luka secara konfensional biasanya dilakukan dengan pemeriksaan laboratorium dan pembacaannya oleh dokter spisialis patologi. Proses pemeriksaan di laboratorium dilakukan secara invasive, yaitu dengan pencuplikan luka. Pencuplikan luka ini dapat menimbulkan masalah baru, yaitu akan terjadi luka baru dan memperparah luka tersebut. Sebagai alternatif solusi permasalahan di atas, penelitian ini mengusulkan metode baru, yaitu untuk mendesain sistem evaluasi non-invasive menggunakan analisa image makroskopis, sehingga dapat menghasilkan penilaian atau analisa terhadap penyembuhan luka tanpa harus melukai kembali. Selain itu untuk penelitian ini juga bertujuan membandingkan proses penyembuhan luka yang diberi terapi stimulasi elektrik dan tanpa pemberian stimulasi elektrik dengan mengunakan analisa image makroskopis. Data sampling penelitian terdiri dari 12 luka, dimana 6 luka diberi stimulasi elektrik dan luka yang lain dibiarkan sembuh secara alami. Hasil analisa menunjukkan bahwa luka kulit yang diberi stimulasi elektrik memiliki proses penyembuhan yang lebih baik dibandingkan dengan yang tanpa pemberian stimulasi elektrik dengan selisih healing rate untuk unsur kolagen sebesar 1,34 kali, granulasi sebesar 1,09 kali, nikrotik sebesar 1,05 kali dan luas luka sebesar 1,66 kali pada periode awal luka sampai hari ke 28. Dengan demikian metode analisa image ini bisa dikembangkan untuk penilaian penyembuhan luka secara non-invasive. Kata Kunci: Penilaian non-invasiv, Analisa Image, proses penyembuhan luka, stimulasi elektrik. 1. PENDAHULUAN Penelitian dibidang evaluasi luka telah banyak bermunculan seiring dengan banyaknya penelitian tentang usaha untuk mempercepat proses penyembuhan luka. Penggunaan image processing dalam penelitian mengenai luka juga mulai banyak dilakukan. Pada penetian sebelumnya penggunaan analisa luka dilakukan dengan cara invasive, yaitu dengan melakukan pencuplikan luka dan memeriksakan ke laboratorium patologi untuk mendapatkan analisa gambaran histopatologi dari luka tersebut.
Dalam bidang teknik elektro dan ilmu komputer, pengolahan citra adalah bentuk pemrosesan sinyal dimana input adalah gambar, seperti foto atau video frame dan outputnya dapat berupa gambar atau kumpulan karakteristik atau parameter yang terkait dengan gambar tesebut. Perkembangan dari pengolahan citra kini telah mulai banyak digunakan dalam bidang medika. Salah satunya adalah pengolahan citra pada penilaian atau analisa luka. Luka adalah sebagai suatu kerusakan integritas epithel dari kulit [4]. Definisi lain menyatakan bahwa luka adalah terputusnya kesatuan struktur anatomi normal dari suatu jaringan akibat suatu trauma atau rusaknya sebagian jaringan tubuh [5]. Perawatan luka biasanya dimulai dengan pengobatan yang standar seperti debridement (pembersihan luka), pemberian anti radang dan antibiotik. Jika perawatan yang standar gagal, maka dilakukan pembedahan seperti pencangkokan (bypass grafting), bedah plastik dan amputasi. Sebagai tambahan untuk terapi yang standar, dapat ditambahkan terapi stimulasi elektrik (Electrical Stimulation) yang bertujuan untuk mempercepat proses penyembuhan. Pada proses pemberian stimulasi elektrik ini tentunya dibutuhkan suatu analisa terhadap penyembuhan luka yang diterapi. Penilaian atau analisa luka secara konfensional biasanya dilakukan dengan pemeriksaan laboratorium dan pembacaannya oleh dokter spisialis patologi. Proses pemeriksaan dilaboratorium biasanya dilakukan secara invasive, yaitu dengan pengambilan atau pencuplikan luka. Proses pengambilan atau pencuplikan luka tentunya kadang menimbulkan masalah baru, yaitu terjadinya luka baru. Contohnya; bagi penderita diabetes terjadinya luka baru merupakan masalah yang serius.
Gambar 2: Diagram Blok Perancangan dan Implementasi Analisa Image. Gambar 1: Diagram blok sistem Stimulasi Elektrik loop tertutup dengan umpan balik dari Analisa Image.
Sebagai anternatif solusi permasalahan di atas adalah dengan desain sistem pengolahan citra (image), sehingga dapat menghasilkan penilaian atau analisa terhadap luka tanpa harus melukai luka kembali. Lebih jauh dari itu output dari pengolahan citra tersebut dapat dijadikan sebagai umpan balik dari suatu sistem kontrol dengan loop tertutup dalam suatu proses percepatan penyembuhan luka dengan bantuan stimulasi elektrik. Pada tinjauan medis penilaian luka salah satunya didasarkan dari jumlah jaringan ikat dan pembuluh darah pada luka tersebut. Pada penilaian medis ini bersifat melukai (invasive), yaitu dengan mencuplik luka dan diperiksa di laboratorium patologi. Pada penelitian ini mendesain sistem penilaian secara non-invasive menggunakan analisia image berupa software yang menghasilakan analisa image terhadap luka kulit. Hasil dari analisa image merupakan prosentase luas luka, prosentase jaringan ikat (kolagen) dan prosentase nikrotik sebagai alternatife pengganti hasil dari laboratorium patologi. Dan pada perkembangan berikutnya diharapkan hasil dari penelitian ini dapat digunakan untuk merancang suatu Stimulasi Eleketrik loop tertutup dengan umpan balik hasil nalisa image seperti pada Gambar 1.1. Dari uraian diatas, maka penelitian ini mempunyai tujuan: 1. Perancangan dan implementasi analisa image untuk mendeteksi komponen yang mempengaruhi penyembuhan luka kulit makroskopis. 2. Menguji hasil desain analisa image untuk membandingkan proses penyembuhan luka pada kulit dengan bantuan stimulasi elektrik dan tanpa stimulasi elektrik. 2. METODE Untuk merealisasikan tujuan yang pertama, yaitu perancangan dan implementasi analisa image, maka metode analisa image yang digunakan dalam penelitian ini adalah thresholding. Thresholding dilakukan dengan menentukan batas-batas dari nilai pixel dari image luka, sehingga bisa diidentifikasi dan dihitung nilai dati masing-masing komponen penyembuhan luka. Adapun diagram blok untuk analisa image ini adalah seperti Gambar 2.1.
2.1. image acquisition Pada image acquisition dilakukan proses cropping terhadap luka kulit marmut. Proses cropping dilakukan dalam rangka untuk menghilangkan pengaruh area di luar luka, sehingga pada penelitian ini fokus terhadap mengexplore apa yang ada dalam area luka. Pada penelitian ini metoda image cropping dilakukan dengan pembuatan suatu program menggunakan Matlab dan hasilnya disimpan dalam file berekstensi BMP. Adapun Algoritma dari proses cropping ini adalah sebagai berikut; 1. Melakukan perintah pembacaan Image dari file Image Luka Kulit Marmut 2. Melakukan perintah konversi ke Gray Image (Langkah merubah ke Gray Image ini dilakukan sekaligus dilengkapi dengan perintah menampilkan info pixelnya, sehingga nanti dapat dijadikan pedoman untuk membuat batas-batas untuk menentukan Thresholding). 3. Melakukan perintah untuk cropping secara manual. 4. Melakukan perintah untuk menyimpan file image hasil cropping. 2.2. Image Processing Pada tahab Image Processing penelitian ini dilakukan untuk memisahkan bagian image yang mewakili daerah tertentu dengan mudah, cepat dan akurat. Salah satu metode yang digunakan pada penelitian ini adalah Thresholding. Image Thresholding adalah pembagian citra menjadi beberapa daerah, berdasarkan warna-warna tertentu dari citra yang dapat dijadikan pembeda. Salah satu aplikasi sederhana dari Thresholding adalah dengan mengkonversi menjadi image abu-abu kemudian membagi nilai pixelnya dari 0 – 255 menjadi beberapa kelompok warna dengan batas-batas tertentu. Metode Thresholding melihat pada nilai pixel daerah citra dan kemudian membagi citra ini berdasarkan batas-batas yang ditentukan. Untuk mendapatkan nilai threshold tertentu, sehingga diperoleh image yang sesuai dengan yang dikehendaki sesuai dengan komponen penyembuhan luka. Adapun Algoritma dalam melakukan identifikasi dan perhitungan pixel warna luka kulit berdasarkan komponen penyembuhan luka ini adalah sebagai berikut; 1. Pembuatan Prosedur Pembacaan File Gambar 2. Pembuatan Prosedur Konversi Image RGB ke Gray scale
3. 4. 5. 6.
7.
8. 9.
Pembuatan Prosedur untuk menentukan Batasbatas Threshold Pembuatan Prosedur untuk melakukan Threshold Pembuatan Prosedur untuk Tombol Pengatur Threshold Pembuatan Prosedur menghitung jumlah pixel dari Threshold yang sudah sesuai dengan ketentuan. Pembuatan Posedur mengitung nilai prosentase dari komponen-komponen yang dihasilkan dalam proses Threshold. Prosedur pembuatan Histogram dari prosentase komponen yang diperoleh. Prosedur analisa penyembuahn luka dari hasil perhitungan prosentase nilai pixel.
2.3. Analisa Penyembuhan Luka Pada tahap analisa penyembuhan luka dilakukan dengan dasar dari analisa yang diperoleh dengan menggali informasi dari ahli patologis. Hal ini dilakukan karena belum adanya dasar yang baku tentang pedoman analisa image yang berasal dari Image makroskopis. Dengan demikian diharapkan hasil dari penelitian ini dapat menjadi sumbangan yang berarti dalam merumuskan pedoman analisa image dari luka secara makroskopis. Hasil akhir yang diinginkan dari analisa image adalah diperolehnya prosentase luas luka, prosentase adanya serum pada awal luka, prosentase bekuan darah, prosentase kondisi jaringan ikat kolagen dan prosentase granulasi dan prosentase jaringan nikrotik.
2.
Proses penyembuhan dikatakan Normal bila jumlah bekuan darah pada hari pertama lebih besar dari hari ke 7 dan 21. 3. Proses penyembuhan dikatakan Normal bila jumlah Sisa jaringan ikat kolagen pada hari pertama lebih besar dibanding hari 7 dan 21. 4. Proses penyembuhan dikatakan Normal bila jumlah granulasi pada hari ke 7 lebih besar dibanding hari ke 21. 5. Proses penyembuhan dikatakan Normal bila jumlah nikrotik pada hari 7 lebih besar dibandingkan hari ke 21. 6. Proses penyembuhan dikatakan Normal bila jumlah luas luka hari pertama lebih besar hari ke 7 dan hari ke 21. Dalam merealisasi Algoitma untuk mengasilkan analisa image berdasarkan warna luka kulit pada marmut ini dilakukan dengan pemgrograman Delphi 7. Pada tahap ini dibuat 3 subprogram untuk 3 kondisi tahap penyembuhan yang berbeda, yaitu untuk hari pertama (Fase Imflamasi), hari ke 2 – 20 ( Fase Proliferasi) dan hari ke 21-28 (Fase Remodeling). Adapun flowchart untuk program analisa image dalam penelitian ini seperti Gambar 3.
Untuk mengevaluasi image luka, dilakukan pengukuran prosentase dari elemen-elemen yang mempengaruhi penyembuhan luka dengan berdasarkan degradasi warna luka. Perubahan pengukuran prosentase yang dihasilkan adalah berupa; 1) Prosentase Jumlah Cairan Serum 2) Prosentase Jumlah Sisa Jaringan Ikat Kolagen 3) Prosentase Jumlah Bekuan Darah 4) Prosentase Jumlah Nikrotik ( Kolagen yang mongering / menghitam / mati ) 5) Prosentase Jumlah Granulasi 6) Prosentase Luas daerah luka Setelah masing-masing prosentase tersebut sudah diperoleh dalam program analisa image, maka langkah selanjutnya adalah membandingkan hasil yang diiperoleh pada hari ke 21 dengan hari pertama atau ke 7. Perbandingan dilakukan dengan menghitung selisih dari posentasenya. Dengan menggunakan kriteria status penyembuhan luka yang diperoleh dari hasil konsultasi dengan ahlinya, maka dapat dirumuskan ketentuan atau kriteria penyembuhan luka sebagai berikut; 1. Proses penyembuhan dikatakan Normal bila cairan serum hanya tampak pada hari pertama saja pada hari ke 7 dan 21 sudah tidak tampak lagi.
Gambar 3: Flowchart Program Analasa Image
Langkah selanjutnya adalah melakukan uji perbandingan antara hasil analisa image penyembuhan luka yang diberi stimulasi elektrik dan tidak diberi stimulasi elektrik. Tahap ini dilakukan dengan cara perbandingan analisa image antara luka perlakuan dan luka kontrol. Perbandingan ini dilakukan dengan mengacu pada waktu dan program yang sama, yaitu analisa image sama-sama dilakukan pada hari ke 1, 7, 14, 21 dan 28.
Tabel 1. Rata-Rata Unsur Kolagen NO
1 2
3
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Dalam penelitian ini telah dilakukan desain sebuah Analisi Image Luka Makroskopis yang dibuat dalam program Borlan Delphi 7. Program terdiri dari satu program utama dan didalamnya terdapat 3 subprogram. Adapun 3 subprogram tersebut adalah program untuk analisa hari pertama, program analisa hari ke 2 sampai 20 dan program analisa hari ke 21 sampai 28.
5
Nilai-nilai hasil program analisa image untuk setiap obyek luka marmut direkap dalam tabel rekap hasil analisa image obyek perlakuan dan kontrol. Untuk lebih memperlihatkan perbandingan nilai tersebut dibuat dalam bentuk grafik. Hasil dari rancangan program analisa image luka kulit makroskopis ini adalah sebagai berikut;
7
14
21
2 8
Avrg±SD 35,18 ± 42,48
95,97
31,25
13,35
0,165
Kontrol (mm2)
89,88
24,605
16,17
0,32
16,03
12,15
62,76
18,51
6,00
56,04
0,87
2,03
1,12
32,74 ± 39,4
Healing rate Perlakuan (%) Healing Rate Kontrol (%)
0,3 ± 0,28
0,27 ± 0,26
1,34 ± 0,61
Perbandin gan
Grafik Healing Rate Kolagen 120 100 80 60 40 20 0
PERLAKUAN KONTROL
1
7
14
21
28
Hari Ke Gambar 4. Grafik Tingkat Penyembuhan Untuk Unsur Kolagen
Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa nilai ratarata untuk healing rate unsur kolagen pada luka perlakuan yang mendapat stimulasi elektrik lebih tinggi sebesar 1,34 kali dibanding kontrol atau yang tanpa diberi stimulasi elektrik. Sedangkan healing rate terbesar diketahui pada fase proliferasi terutama pada hari ke 7 sampai 14 menunjukkan kecepatan penyembuhan luka pada perlakuan lebih cepat 2,03 kali dibanding kontrol. Kalau dilihat dari nilai Standar deviasinya terlihat bahwa kedua subyek menunjukkan adanya penyimpangan yang sama-sama relatif besar terhadap rata-ratanya. Hal ini karena adanya perbedaan kecepatan penyembuhan yang jauh berbeda antara hari 1, 7, 14, 21 dan 28. Dengan demikian dapat diambil suatu kesimpulan bahwa stimulasi elektrik mempunyai pengaruh posistif pada unsur kolagen dalam proses penyembuhan luka dengan rata-rata 1,34 kali dibanding tanpa diberi stimulasi elektrik. Tabel 2. Rata-Rata Unsur Granulasi NO 1 2
3
4
5
Gambar 4: Menu utama program analisa image luka makroskopis.
1
Perlakuan (mm2)
Luas Area (mm2)
Pada program ini dilakukan suatu proses perekapan dari sub menunya setelah menu menuju ke submenu diisi, maka hasilnya dapat dikirim menuju ke menu utama ini. Selanjutnya pada menu utama ini dibuat Histogram untuk memperjelas data yang diperoleh. Ketika semua data dari sub menunya sudah selesai, maka dilakukan suatu analisa terhadap penyembuhan luka kulit ini. Bentuk analisa dari program ini adalah pernyataan Penyembuhan Normal atau Penyembuhan tidak normal serta menampilkan nilai yang menggambarkan proses penyembuhan. Nilai inilah yang nantinya dijadikan pedoman dalam menganalisa perbandingan antara Luka kulit marmut yang diberi terapi elektrik stimulasi dan yang sebagai kontrol (tanpa bemberian stimulasi elektrik).
HARI KE
OBYEK PENELITIAN
OBYEK PENELITIAN Perlakuan (mm2) Kontrol (mm2) Healing rate Perlakuan (%) Healing Rate Kontrol (%) Perbandingan
HARI KE Avrg±SD 1
7
14
21
28
0
23,58
1,27
8,08
5,21
7,63 ± 9,48
0
21,08
0,67
4,43
3,89
6,01 ± 8,64
41,73
-26,43
6,28
0,07 ± 0,34
49,27
-26,97
1,84
0,08 ± 0,38
0,85
(0,98)
3,41
1,09 ± 2,21
25
Grafik Healing Rate Luas Luka PERLAKUAN
20
KONTROL
15 10 5 0
1
7
14
21
28
Luas Area (mm2)
Luas Area (mm2)
Grafik Healing Rate Granulasi
140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 -
PERLAKUAN (mm2) KONTROL (mm2)
1
7
14
21
28
Hari Ke
Hari Ke Gambar 5. Grafik Tingkat Penyembuhan Untuk Unsur Granulasi
Gambar 6. Grafik Tingkat Penyembuhan Untuk Unsur Granulasi
Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai ratarata untuk healing rate unsur granulasi pada luka perlakuan yang mendapat stimulasi elektrik lebih tinggi sebesar 1,09 kali dibanding kontrol atau yang tanpa diberi stimulasi elektrik. Sedangkan perbandingan healing rate terbesar diketahui pada fase remodeling yaitu pada hari ke 21 sampai 28 menunjukkan kecepatan penyembuhan luka pada perlakuan lebih cepat 3,41 kali dibanding kontrol. Kalau dilihat dari nilai Standar deviasinya terlihat bahwa kedua subyek menunjukkan adanya penyimpangan yang sama-sama relatif besar terhadap rata-ratanya. Hal ini karena adanya perbedaan kecepatan penyembuhan yang jauh berbeda antara hari 1, 7, 14, 21 dan 28. Dengan demikian dapat diambil suatu kesimpulan bahwa stimulasi elektrik mempunyai pengaruh posistif pada unsur granulasi dalam proses penyembuhan luka dengan rata-rata 1,09 kali dibanding tanpa diberi stimulasi elektrik.
Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa nilai ratarata untuk healing rate unsur luas luka pada luka perlakuan yang mendapat stimulasi elektrik lebih tinggi sebesar 1,66 kali dibanding kontrol atau yang tanpa diberi stimulasi elektrik. Perbandingan healing rate terbesar ada dalam periode remodeling yaitu antara hari ke 21 sampai ke 28. Kalau dilihat dari nilai Standar deviasinya terlihat bahwa kedua subyek menunjukkan adanya penyimpangan yang sama-sama relatif lebih besar terhadap rata-ratanya. Hal ini karena adanya perbedaan kecepatan penyembuhan yang jauh berbeda antara hari 1, 7, 14, 21 dan 28. Dengan demikian dapat diambil suatu kesimpulan bahwa stimulasi elektrik mempunyai pengaruh posistif pada unsur luas luka dalam proses penyembuhan luka dengan rata-rata 1,66 kali dibanding tanpa diberi stimulasi elektrik.
3. KESIMPULAN Tabel 4.7. Rata-Rata Unsur Luas Luka NO
OBYEK PENELITIAN
1
Perlakuan (mm2)
2
Kontrol (mm2)
3
4
5
Healing rate Perlakuan (%) Healing Rate Kontrol (%) Perbandingan
HARI KE Avrg±SD 1
7
14
21
28
124
60
17,4
8,2
5,7
43,15 ± 50,33
112
50
16,8
4,7
4,3
38,61 ± 47,36
1,2
1,03
1,74
1,32
1,32 ± 0,3
10
17,79
10,65
5,23
0,11 ± 0,05
12
15,81
18,09
1,29
0,12 ± 0,07
Dari hasil data dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa metode analisa image ternyata dapat dipergunakan untuk melakukan penilaian luka secara makroskopis yang bersifat non-invasive. Hal ini merupakan suatu metode baru dalam penilaian luka, karena sebelumnya penilaian luka dilakukan secara invasive, yaitu dengan mengambil sampling luka. Pengambilan sampling luka ini tentunya menimbulkan masalah baru, yaitu timbulnya luka baru atau memperparah luka tersebut. Sedangkan ketika program analisa image tersebut dipergunakan menganalisa obyek dalam penelitian ini memperoleh hasil bahwa luka kulit yang diberi stimulasi elektrik lebih menunjukkan proses penyembuhan yang lebih baik dibaik dibandingkan dengan yang tanpa pemberian stimulasi elektrik dengan nilai perbandingan rata-rata healing rate untuk unsur kolagen sebesar 1,34 kali, granulasi sebesar 1,09 kali, dan luas luka sebesar 1,66 kali pada periode awal luka sampai hari ke 28.
DAFTAR REFERENSI [1] Aleksandra J, Renata Karba, "Low Frequency Pulsed Current and Pressure Ulcer Healing", 1994, IEEE transactions on Rehabilitation Engineering, Vol.2 No.4, hal. 225-233. [2] Awcock,G.J.,R. Thomas, Applied Image Processing, 1996, McGrawHill [3] Balza Achmad, “Pemrograman Delphi Untuk aplikasi Mesin Visi Menggunakan Webcam”, 2011, Gava Media. [4] Brown DL. Wound. In: In: Brown DL, Borschel GH, editors. “Michigan Manual of Plastic Surgery. 1st ed.” Philadelphia, USA: Lippincott Williams & Wilkins;2004.p.1-9. [5] Enoch S, Price P. “Cellular, molecular, and biochemical differences in the pathophysiology of healing between acute wounds, chronic wounds and wounds in the aged.” World Web Wound (serial online) 2007 (cited April 8, 2007). Available from. www.worldwebwound.com [6] Fadlisyah, Taufiq, Zulfikar, Fauzan, Pengolahan Citra Menggunakan Delphi, Graha Ilmu, 2008.
[7] Gonzalez Woods & Eddins, Digital Image Processing Using Matlab, 2004, Prentice Hall Upper Saddle River. [8] Herni Kusantati, “Anatomi Fisiologi Kulit” 2009. www.crapyonpedia.org [9] Judd H. “Wound Care made Incredibly Easy”.1sted.Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2003.p.30-34 [10] Rahmawati, (2009) Pengaruh Stimulasi Listrik Terhadap Pembuluh Darah Dan Jaringan Ikat Fibrous Pada Penyebuhan luka, Seminar Nasional Tehnologi Informasi dan Aplikasi Poltek Malang. [11] Renata Karba, at all, “Dc electrical stimulation for chronic wound healing enhancement”, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1997, hal. 265-270. [12] Riyanto Sigit, Achmad Basuki, Nana Ramadijanti, Dadet Pramadihanto, Step by Step Pengolahan Citra Digital, C.V. Andi Offset, 2005.
