SISTEM IDENTIFIKASI KEBERADAAN KANKER SERVIKS DARI CITRA EPITEL KANKER SERVIKS DENGAN MIKROSKOP TERMODIFIKASI DIGITAL DAN CITRA KANKER SERVIKS CT-SCAN

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.

KO-86

SISTEM IDENTIFIKASI KEBERADAAN KANKER SERVIKS DARI CITRA EPITEL KANKER SERVIKS DENGAN MIKROSKOP TERMODIFIKASI DIGITAL DAN CITRA KANKER SERVIKS CT-SCAN Amar Vijai Nasrulloh∗ , Ika Kustiyah Oktaviyanti, Arfan Eko Fahrudin, Eko Suhartono, Marjuni, dan Galih Nur Iman Lembaga Penelitian Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend H. Hasan Basry, Kayu Tangi, Banjarmasin 70123 Tel. (0511) 3302789 ∗

e-Mail: [email protected]

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK Kanker serviks atau kanker leher rahim adalah salah satu penyebab kematian nomor satu yang sering terjadi pada perempuan di Indonesia. Diantara metode untuk mendeteksi keberadaan atau jenis kanker serviks adalah dengan metode pap smear dan pembacaan citra scanning CT-Scan (Computer Tomography Scanning). Pap smear adalah pemeriksaan sel yang diambil dari serviks secara mikroskopik. Mengingat pentingnya penggunaan mikroskop dalam prosedur Pap smear sehingga diperlukan inovasi integrasi untuk mengembangkan mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dengan sumber cahaya bervariasi yang terintegrasi dengan modul perangkat lunak pengolahan citra digital. Berdasarkan hasil yang diperoleh dalam perancangan dan pembuatan Pengembangan mikroskop optik menjadi mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat menangkap citra sel epitel pada prosedur pap smear. Mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah telah melalui proses kalibrasi ukuran citra digital dari dimensi piksel menjadi micrometer (µm) dalam bentuk modul perangkat lunak pengukur dalam dimensi micrometer. Modul perangkat lunak pengolah data dari mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat mengidentifikasi luas inti sel epithel serviks dalam kisaran kategori normal, atypia (atipik) dan SIL (displasia) guna membantu dokter dalam meminimalisasi negatif palsu pada pemeriksaan papsmear. Data citra CT-Scan pasien kanker serviks dilakukan proses segmentasi. Hasil proses segmentasi dapat ditunjukkan oleh bagian serviks yang terinfeksi oleh kanker yang dilabeli atau ditandai dengan garis warna putih sehingga proses diagnosa lebih optimal dan memudahkan penentuan stadium kanker serviks. Kumpulan data citra kanker serviks dari CT-Scan dalam 2D menjadi file stack (tumpukan citra dalam satu file) dapat ditampilkan secara berurutan. Proses selanjutnya dilakukan transformasi tumpukan citra dalam 3D yang dapat menampilkan tumpukan citra dalam koordinat 3D. Kata Kunci: Kanker serviks, pap smear, citra CT-Scan, mikroskop termodifikasi digital, segmentasi

I.

PENDAHULUAN

Kanker serviks atau kanker leher rahim adalah penyebab kematian nomor satu yang sering terjadi pada perempuan di Indonesia. Namun informasi mengenai hal ini belum banyak diketahui karena kanker serviks sering tidak menimbulkan gejala atau keluhan sehingga perempuan datang ke dokter dalam kondisi yang sudah terlambat.[1] Tingginya angka kematian itu merupakan akibat terlambatnya penanganan, karena sebagian besar atau sekitar 70% pasien yang berobat ke dokter sudah dalam kondisi stadium lanjut.[2] Salah dua dari beberapa macam cara untuk mendeteksi keberadaan atau jenis kanker serviks adalah dengan metode pap smear dan pembacaan citra scanning

CT-Scan (Computer Tomography Scanning). Kanker serviks adalah kanker yang berasal dari epitel servik uterus (leher rahim). Epitel ini sebelum menjadi kanker, berubah dulu menjadi sel displasia (squamous intra epitelial lesion (SIL) low grade dan High grade), baru menjadi kanker serviks. Sel epitel baik yang normal, maupun yang mengalami perubahan (SIL), sel atipik dan sel kanker dapat terlihat pada preparat papsmear sehingga papsmear dapat digunakan sebagai alat untuk mendeteksi apabila ada sel serviks yang sudah mulai berubah, maupun sel yang ganas. Pap smear adalah pemeriksaan sel yang diambil dari serviks secara mikroskopik. Secara sitologi, sel intermediate epitel skuamous serviks yang normal, besar intinya 35Prosiding InSINas 2012

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk. 50 µm2 , sementara yang atipik 100 µm2 , dan yang SIL lebih dari 125 µm2 . Ratio inti/sitoplasma sel epitel normal +, pada yang atipik ++, pada yang SIL ++++ . Pada pemeriksaan papsmear, sering mengalami kesulitan untuk menentukan apakah sel tersebut atipik atau kah SIL terutama yang Low grade karena pada mikroskop biasa tidak bisa mengukur besarnya inti secara tepat. Banyak hasil papsmear yang diagnosa hanya normal atau atipik. Sangat sedikit yang terdiagnosa SIL.[3] Mikroskop digital secara umum terdiri dari tiga bagian yaitu, mikroskop optik, module akuisisi data (berupa CCD camera atau webcam) dan perangkat lunak pemroses citra digital. Hasil akuisisi citra digital yang diperoleh dari mikroskop digital dapat disimpan dalam bentuk file image (gambar) dan selanjutnya dapat dilakukan proses pengolahan citra. 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.[4] ImageJ merupakan suatu perangkat lunak bersifat open source untuk aplikasi pengolahan citra dan dapat membaca hampir semua format citra medis.[5] Mengingat pentingnya penggunaan mikroskop dalam prosedur Pap smear sehingga diperlukan inovasi integrasi mikroskop optik dengan komputer untuk menjadikannya mikroskop digital dengan sumber cahaya bervariasi yang terintegrasi dengan modul perangkat lunak pengolahan citra digital. Diharapkan dengan mikroskop yang punya alat kalibrasi ukuran sel, dapat meminimalisasi negatif palsu pada pemeriksaan papsmear. Selain itu dengan teknik pengolahan citra dengan ImageJ, maka dapat melakukan proses segmentasi area kanker serviks dari citra CT-Scan. Selain itu untuk meningkatkan informasi medis pada citra CT-Scan area kanker serviks, dapat dilakukan rekonstruksi dala 3 Dimensi (3D). Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah mengembangkan dua jenis mikroskop optik menjadi mikroskop digital dengan variasi warna sumber cahaya dan mikroskop digital berbasis kamera inframerah untuk menangkap citra pada prosedur pap smear, adanya modul perangkat lunak pengolah data dari mikroskop digital hasil modifikasi untuk mikroskop digital variasi warna sumber cahaya dan mikroskop digital inframerah yang dapat mengidentifikasi perubahan bentuk dan ukuran epithel serviks guna membantu dokter dalam melakukan analisa pada prosedur pap smear sehingga hasil analisa lebih optimal, adanya modul perangkat lunak pengolah data citra kanker serviks dari CT-Scan untuk melakukan segmentasi/lokalisasi keberadaan kanker serviks sehingga identifikasi bentuk kanker serviks lebih optimal dan memudahkan penentuan stadium kanker serviks, adanya modul perangkat lunak pengolah data citra hasil segmentasi/lokalisasi

KO-87 keberadaan kanker serviks dalam 2D (2 Dimensi) tersebut menjadi stack (tumpukan) data CT-Scan 2D untuk selanjutnya ditransformasikan dalam bentuk 3D (3 Dimensi). Pendekatan pemecahan masalah ini adalah dengan mengembangkan prototype mikroskop termodifikasi digital terkalibrasi dalam dimensi micrometer untuk membantu prosedur papsmear dan modul perangkat lunak untuk melokalisir area kanker serviks pada citra CT-Scan pasien kanker serviks.

II.

METODOLOGI

Penelitian ini terdiri atas empat tahap kegiatan utama. Tahap pertama yakni perancangan mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah berserta kalibrasinya. Tahap ketiga yaitu pengembangan modul perangkat lunak untuk melokalisir area kanker serviks pada citra CT-Scan pasien kanker serviks dengan proses segmentasi. Tahap terakhir adalah rekonstruksi 3D pada citra CT-Scan pasien kanker serviks hasil proses segmentasi. Proses pertama yang dilakukan pada perancangan mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah adalah pembuatan power supply sebagai sumber energi listrik bagi sumber cahaya lampu LED (Light Emitting Diode) dan LED inframerah bagi mikroskop termodifikasi digital inframerah beserta penempatannya. Proses berikutnya adalah melakukan modifikasi sumber cahaya asal dengan LED dan LED inframerah. Proses selanjutnya yaitu pemasangan webcam pada komponen penangkap citra berukuran mikro yang dalam hal ini mikroskop yang selanjutnya dihubungkan dengan Unit Pemroses Citra Digital dan untuk selanjutnya menjadi Mikroskop Termodifikasi Digital dan Mikroskop Termodifikasi Digital Inframerah. Kedua prototype ini dapat terlihat dengan jelas pada G AMBAR 1 untuk mikroskop termodifikasi digital dan G AMBAR 2 untuk mikroskop termodifikasi digital inframerah. Sebelum dilakukan pemakaian pada sampel papsmear, maka dilakukan kalibrasi ukuran specimen menggunakan micrometer eyepiece dengan resolusi antar garis mencapai 100 µm (mikrometer) yang diterapkan pada mikroskop termodifikasi digital berbasis perangkat lunak ImageJ. Micrometer eyepiece sebagai kalibrator ini dapat terlihat pada G AMBAR 3. Setelah proses kalibrasi dilakukan, maka didapatkan nilai perbandingan antara skala piksel pada citra digital dengan skala micrometer sehingga dapat dilakukan operasi transformasi dimensi micrometer pada citra digital hasil penggunaan mikroskop termodifikasi digital. Proses selanjutnya adalah pengukuran luas inti sel epitel serviks pada prosedur pap smear melalui pengukuran diameter inti sel epitel. Bentuk inti sel sendiri dapat berupa lingkaran atau elips. Prosiding InSINas 2012

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.

KO-88

G AMBAR 1: Mikroskop Termodifikasi Digital

Proses segmentasi untuk melokalisir area kanker serviks pada data citra CT-Scan pasien kanker serviks terdiri atas beberapa tahapan. Tahap pertama adalah duplikasi citra input untuk diproses lebih lanjut tanpa mengubah citra asal. Tahap kedua yaitu mengubah citra berwarna (RGB) dari citra hasil duplikasi menjadi citra keabuan (grayscale). Tahap ketiga adalah menentukan daerah Region Of Interest (ROI) untuk meminimalisir langkah pengolahan citra digital hanya pada area serviks saja sehingga meningkatkan ketepatan pengolahan yang dilakukan. Untuk tahap keempat dilakukan proses pengambangan atau thresholding, sedangkan pada tahap kelima dilakukan operasi morfologi terhadap citra biner hasil pengambangan, dengan operasi erosi, fill holes dan dilasi. Adapun tahap akhir adalah penggabungan/penumpukan citra hasil operasi morfologi yang diambil outline-nya saja dengan citra asal. Proses selanjutnya yaitu proses pengolahan data citra 2D menjadi stack (tumpukan) data CT-Scan 2D dan untuk selanjutnya ditransformasikan kedalam bentuk 3D. Pada pengolahan data citra 2D menjadi stack terdiri atas tahapan pemilihan citra-citra yang akan dijadikan stack, kemudian ditempatkan pada satu lokasi file lalu pengurutan citra-citra untuk selanjutnya dijadikan satu file stack. Pada transformasi 3D dari file stack adalah dengan melakukan pengaturan jarak antar citra, kemudian transformasi 3D file Stack dengan Library Java 3D. Library pendukung ini dapat terintegrasi dengan ImageJ dan bersifat open source serta dalam bentuk paket modul pendukung pengolahan citra. Library pendukung ini mempunyai kemampuan berinteraksi dalam lingkungan dan visualisasi 3D. Library pendukung ini dapat mempermudah pengembangan perangkat lunak pengolahan citra medis terbangun dalam bentuk 3D[20].

G AMBAR 2: Mikroskop Termodifikasi Digital Inframerah

III.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan citra kalibrator pada setiap perbesaran didapatkan perbandingan jarak antar garis 100 µm dalam piksel. Dengan demikian didapatkan nilai kesetaraan piksel dam mikrometer pada citra masingmasing perbesaran. TABEL 1 dan TABEL 2 masingmasing menunjukan perbandingan panjang garis kalibrator pada mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah. Perancangan dan pembuatan pada mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah seperti terlihat pada G AMBAR 1 dan G AM BAR 2 mempunyai kelebihan dalam penggunaan sumber cahaya LED. Variasi warna LED dapat dilakukan dengan memasang dan mencabut LED tersebut seProsiding InSINas 2012

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.

KO-89

G AMBAR 5: Citra kalibrator menggunakan mikroskop termodifikasi digital inframerah pada perbesaran 1000× G AMBAR 3: Micro eye piece dengan ketelitian 100 µm antar garisnya sebagai kalibrator.

dilakukan juga pada perbesaran 40×, 64×, 100×, 160×, 640×, 1000× dan 1600×. Pada G AMBAR 5 menunjukkan citra dari kalibrator dengan menggunakan mikroskop digital inframerah dengan perbesaran 1000×, proses ini dilakukan juga pada perbesaran 40×, 100×, dan 400×. TABEL 1: Hasil kalibrasi 20 data mikroskop termodifikasi digital terhadap jarak 100 µm dalam satuan piksel

Perbesar- Rata- Deviasi an Rata Standar

G AMBAR 4: Citra kalibrator menggunakan mikroskop termodifikasi digital pada perbesaran 400×

cara langsung sesuai dengan warna yang diinginkan. Berdasarkan hasil akuisisi citra digital terhadap sel epitel serviks terlihat bahwa warna putih memiliki visual pengamatan yang paling bagus diantara warna yang lain dan terlihat lebih alami. Untuk mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat menggunakan LED inframerah dan LED putih. Penggunaan LED inframerah tidak menghasilkan citra sel epitel yang bagus, hal ini dikarenakan sel epitel serviks pada prosedur papsmear sudah merupakan sel mati sehingga kurang dapat menyerap/memantulkan gelombang inframerah sehingga tetap menggunakan LED putih. Pengambilan data proses kalibrasi pada mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dilakukan sebanyak 20 lapang pandang yang berbeda untuk setiap perbesaran. G AMBAR 4 menunjukkan citra dari kalibrator dengan menggunakan mikroskop digital dengan perbesaran 400×, proses ini

40× 100× 400× 1000× 64× 160× 640× 1600×

21 52 210 537 33 86 345 860

0,9 1,1 5,1 6,0 0,6 2,3 4,6 5,7

Deviasi Standar Rerata 0,2 0,4 1,2 1,4 0,1 0,5 1,1 1,3

Hasil Pengukuran 21±0,2 52±0,4 210±1,2 537±1,4 33±0,1 86±0,5 345±1,1 860±1,3

TABEL 2: Hasil kalibrasi 20 data mikroskop termodifikasi digital inframerah terhadap jarak 100 µm dalam satuan piksel

Perbesar- Rata- Deviasi an Rata Standar 40× 100× 400× 1000×

10 27 108 260

0,1 0,1 0,2 0,4

Deviasi Standar Rerata 0,2 0,4 0,2 0,4

Hasil Pengukuran 10±0,1 27±0,1 108±0,2 260±0,4

Nilai rata-rata pengukuran kalibrasi dijadikan sebagai nilai kesebandingan skala micrometer terhadap pikProsiding InSINas 2012

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.

KO-90 sel untuk selanjutnya dimasukkan dalam modul perangkat lunak sehingga area citra digital dapat ditansformasikan dalam satuan micrometer. G AMBAR 6 menunjukkan citra digital hasil penggunaan mikroskop termodifikasi digital yang sudah dalam dimensi micrometer sehingga dapat dilakukan perhitungan luas inti sel. Terdapat setidaknya 5 inti sel yang ditandai untuk selanjutnya dilakukan pengukuran.

G AMBAR 7: Pemilihan terhadap lima inti sel epitel serviks menggunakan mikroskop termodifikasi digital inframerah G AMBAR 6: Pemilihan terhadap lima inti sel epitel serviks menggunakan mikroskop termodifikasi digital

Terdapat 5 inti sel yang dipilih untuk diukur diameternya dan selanjutnya dilakukan perhitungan luasnya. TABEL 3 menunjukkan perhitungan luas inti sel. TABEL 3: Ukuran inti sel epitel serviks menggunakan perangkat lunak mikroskop termodifikasi digital

No. 1 2 3 4 5

Besar (µm)

Diameter

Luas (µm2 )

7,03 7,24 7,68 7,31 7,40

38.80 41.15 46,30 41.95 42.99

Kategori (Asumsi) Normal Normal Normal Normal Normal

G AMBAR 7 menunjukkan citra digital hasil penggunaan mikroskop termodifikasi digital inframerah yang sudah dalam dimensi micrometer. Seperti pada proses sebelumnya, terdapat 5 inti sel yang dipilih untuk diukur diameternya dan selanjutnya dilakukan perhitungan luasnya. TABEL 4 menunjukkan perhitungan luas inti sel. Hasil pengukuran inti sel ini tentu sangat membantu dokter dalam melakukan diagnosa terhadap jenis inti sel pada prosedur papsmear kasus kanker serviks. Penggunaan mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah ini tentunya diharapkan dapat memberikan kepastian secara kuantitatif mengenai ukuran inti sel sehingga da-

TABEL 4: Ukuran inti sel epitel serviks menggunakan perangkat lunak mikroskop termodifikasi digital inframerah

Spesimen Inti sel 1 Inti sel 2 Inti sel 3 Inti sel 4 Inti sel 5

Luas (µm2 ) 62.56 50.08 149.67 131.16 63.26

Kategori (asumsi) Normal + Normal SIL SIL Normal +

pat membantu dokter dalam mengambil keputusan dan meminimalisir negative palsu pada pemeriksaan papsmear. Pada segmentasi Citra CT-Scan pasien Kanker Serviks, sebelum dilakukan segmentasi terhadap citra CT-scan harus diketahui lebih dahulu ciri-ciri bagian organ yang terindikasi kanker berdasarkan petunjuk dari dokter spesialis yang berkompeten. Berdasarkan informasi yang diperoleh dari dokter tersebut menjadi dasar untuk penentuan Region Of Interest (ROI) bagian citra yang terindikasi terinfeksi kanker. G AMBAR 8 menunjukan citra CT-Scan pasien kanker serviks sebelum dilakukan proses segmentasi. Hasil proses segmentasi dengan langkah-langkah yang telah dijelaskan sebelumnya dapat ditunjukkan bagian serviks yang terinfeksi oleh kanker yang dilabeli atau ditandai dengan garis warna putih. Dari G AMBAR 9 dapat dilihat bahwa garis putih yang menjadi penanda bagian organ yang terinfeksi kanker, dilokalisir dengan bagian organ yang tidak terinfeksi berdasarkan intensitas warna keabuan yang dimilikinya. Prosiding InSINas 2012

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.

KO-91 BAR 10 menunjukkan dengan jelas posisi urutan citra yang ditumpuk dan jumlah total tumpukan citra. Selain itu pada file stack ini tumpukan citra dapat ditampilkan/dijalankan secara berurutan. Jumlah citra yang dijadikan file stack ini 10 buah citra mengingat hanya beberapa citra saja yang mengandung area kanker serviks dari keseluruhan citra CT-Scan yang ada.

G AMBAR 8: Citra CT-Scan pasien kanker serviks

G AMBAR 10: Citra Stack (tumpukan citra)

Pada proses transformasi tumpukan citra ke dalam bentuk 3D pada G AMBAR 11 menunjukkan tumpukan citra dalam koordinat 3D dengan sumbu koordinat x,y dan z terlihat pula pada tampilan 3D dari G AMBAR 11 tersebut. Adapun kekurangan dari tampilan 3D ini adalah terlihat kurang jelasnya area kanker serviks hasil proses segmentasi mengingat batas area yang kurang jelas.

IV. G AMBAR 9: Citra CT-Scan pasien kanker serviks hasil prose segmentasi

Pada proses penumpukan (Stack) Citra-Citra CTScan Tersegmentasi, hasil penumpukan citra-citra yang telah diurutkan dan diletakkan dalam satu folder dalam bentuk file stack dapat terlihat pada G AMBAR 10. G AM -

KESIMPULAN

Berdasarkan metode dan hasil yang diperoleh dalam penelitian ini, maka dapat diambil kesimpulan berikut: 1. Pengembangan mikroskop termodifikasi digital dengan variasi warna sumber cahaya dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat menangkap citra sel epitel pada prosedur pap smear. 2. Modul perangkat lunak pengolah data dari Prosiding InSINas 2012

0873: Amar Vijai Nasrulloh dkk.

KO-92

[2] http://www.mediaindonesia.com/ read/2011/03/03/211011/71/14/Tiap-JamSatu-Penderita-Kanker-Serviks-di-IndonesiaMeninggal diakses pada tanggal 28 November 2011. [3] Thomas AB dan Yener SE, ”Gynecologic Cytopathology.” Lippincott Philadelphia, New York. 1997. [4] Jain, A. K. ”Fundamentals of Digital Image Processing.” Prentice Hall. 1995. [5] Abramoff MD, Magalhaes PJ and Ram SJ. ”Image Processing with ImageJ”, Biophotonics International, 11(7):36-42, 2004.

G AMBAR 11: Citra dalam bentuk 3D

mikroskop termodifikasi digital dan mikroskop termodifikasi digital inframerah dapat mengidentifikasi luas inti sel epithel serviks dalam kisaran kategori normal, atypia (atipik) dan SIL (displasia) guna membantu dokter dalam meminimalisasi negatif palsu pada pemeriksaan papsmear. 3. Modul perangkat lunak dengan tahapan-tahapan pengolahan data citra kanker serviks dari CTScan untuk melakukan segmentasi/lokalisasi keberadaan kanker serviks dapat mengidentifikasi bentuk dan batas kanker serviks sehingga proses diagnosa lebih optimal dan memudahkan penentuan stadium kanker serviks. 4. Pengolahan kumpulan data citra kanker serviks dari CT-Scan dalam 2D menjadi file stack (tumpukan citra dalam satu file) dapat menampilkan citra-citra secara berurutan dan mentransformasikan tumpukan citra dalam 3D dapat menampilkan tumpukan citra dalam koordinat 3D.

DAFTAR PUSTAKA [1] http://kesehatan.kompas.com/read/ 2008/12/19/05444715/Kanker.Serviks. bab.Kematian.Nomor.Satu.di.Indonesia pada tanggal 28 November 2011

Penyediakses

Prosiding InSINas 2012