TOMOGRAFI

Tomografi berasal dari bahasa Yunani “tomos” yang berarti memotong atau irisan (slice). Tomografi adalah teknik untuk menghasilkan citra tampang lintang atau struktur internal suatu obyek dengan memanfaatkan foton atau partikel yang dapat menembus obyek dan dianalisa oleh suatu sistem deteksi. Dalam terminologi fisika, citra dapat didefinisikan sebagai representasi distribusi suatu besaran fisis atau kombinasi dari besaran fisis suatu obyek. Konsep yang mendasari teknik tomografi adalah kemampuan untuk merekonstruksi struktur tampang internal obyek dari proyeksi berkas terkolimasi yang melaluinya.

Suatu sistem tomografi terdiri dari beberapa komponen pokok diantaranya sumber radiasi, obyek, detektor dan sistem akuisisi data. Penggunaan komputer dalam proses akuisisi data, proses rekonstruksi citra hingga penayangan dan pengolahan citra sangat dominan pada sistem tomografi modern, sehingga secara umum teknik ini dikenal sebagai teknik tomografi komputer (computed tomography).

Perkembangan tomografi komputer (TK) berawal dari teknologi sistem radiografi ketika pada tahun 1895 Roentgen menemukan sinar-x dan menghasilkan radiograf dari tangan istrinya. Sejak saat itu perkembangan radiografi meningkat pesat. Sistem radiografi menggunakan berkas radiasi sinar-x yang ditransmisikan melalui obyek. Teknik radiografi sinar-x sudah mampu mengungkapkan struktur internal benda, tetapi citra yang dihasilkan masih memperlihatkan efek tumpang tindih antara elemen-elemen obyek pada arah tegak lurus sumber radiasi dengan bidang film sehingga menyulitkan proses analisisnya

Ide dasar dari pencitraan tomografi dimulai ketika J. Radon (1917) memberikan formulasi matematik untuk merekonstruksi sebuah fungsi dua dimensi dari sejumlah integral garis fungsi tersebut dalam bidang dua dimensi yang selanjutnya dikenal sebagai transormasi Radon. Penerapan dari konsep rekonstruksi ini kemudian digunakan beberapa ahli seperti Bracewell (1956) untuk merekonstruksi citra emisi gelombang mikro dari permukaan matahari, Cormack (1963) yang mempelajari rekonstruksi citra menggunakan data pengukuran transmisi sinar gamma melalui sebuah silinder Aluminium, hingga akhirnya Hounsfield (1972) yang sukses mengimplementasikan idenya membentuk apa yang dikenal dengan TK modern. TK saat ini mengharuskan proses akuisisi data yang efisien, interpretasi hasil pemayaran serta citra yang akurat sehingga dapat menampilkan karakteristik bagian obyek secara cermat. Proses tersebut sangat tergantung pada fasilitas pendukungnya seperti sumber radiasi, sistem akuisisi data, sistem komputer dan perangkat lunak pendukungnya.

Berdasarkan letak sumber radiasi dalam pengambilan data, TK secara garis besar terbagi menjadi dua bagian yaitu TK transmisi dan TK emisi. TK transmisi menggunakan sebuah sumber radiasi eksternal dimana citra yang dihasilkan merupakan distribusi koefisien serapan linier obyek. Teknik ini biasa disebut CT Scan (Computed Tomography Scanner). TK emisi menggunakan sumber radiasi di dalam obyek yang diteliti, termasuk dalam katagori ini adalah PET (Positron-Emission Tomography) dan SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography). Dalam perkembangannya, TK tidak hanya menggunakan sinar-x sebagai perunut (probe) melainkan juga telah memanfaatkan sinar γ, neutron, medan magnet dan ultrasonik. Instrumen TK telah berubah secara dramatis dari tahun 1972 hingga sekarang. Karena teknik tomografi menghasilkan citra internal obyek tanpa mengakibatkan kerusakan, maka teknik ini dapat diaplikasikan dalam bidang yang lebih luas. Kegunaan tomografi komputer dalam uji tak rusak( Non-Destructive Evaluation, NDE ) telah dilakukan untuk menentukan distribusi koefisien serapan linier obyek dan pemetaan kerapatan bahan cair. Bentuk karakterisasi material juga telah digunakan untuk mempelajari struktur kayu dan bahan lainnya. Dalam bidang kedokteran, tomografi komputer digunakan untuk mempelajari struktur tampang lintang otak dan dada yang sangat berguna untuk mengetahui keberadaan penyakit seperti tumor dan infeksi. Aplikasi tomografi komputer di bidang industri telah digunakan pada bidang aeronautika dan ruang angkasa untuk menyelidiki motor roket, komponen industri dan serapan paduan logam aluminium.

Sebutan generasi sistem TK digunakan untuk menjelaskan karakterisasi geometri dari gerak sistem pemayar dan susunan sistem detektor. Sistem TK generasi pertama juga disebut TK translasi rotasi, karena untuk mendapatkan data yang lengkap kita harus menggerakkan posisi sumber dan detektor secara translasi dan rotasi.Untuk mempersingkat waktu pemayaran, dilakukan penambahan jumlah detektor dan perubahan pada prinsip pengambilan data dari geometri berkas paralel menjadi geometri berkas kipas (fan beam). Sistem TK generasi kedua menggunakan metode ini namun dengan orientasi sudut berkas yang kecil sehingga berkas tidak meliputi seluruh obyek. Sistem TK generasi ketiga menggunakan berkas kipas sinar-x yang lebih lebar dengan larik detektor tersusun melengkung membentuk kurva. Konfigurasi sistem ini menyebabkan meningkatnya kecepatan akuisisi data. Dibandingkan dengan generasi kedua, geometri berkas kipas dari sumber radiasi mampu meliputi seluruh obyek. Untuk memperoleh data pemayaran yang lengkap konfigurasi sistem generasi ketiga hanya memerlukan gerakan rotasi dari sumber dan detektor terhadap obyek. Seperti generasi ketiga, sistem TK generasi keempat menggunakan radiasi berkas kipas lebar, tetapi larik detektor stasioner membentuk lingkaran (stasionary circular array) sehingga hanya sumber radiasi yang bergerak. TK generasi ketiga dan keempat merupakan bentuk dasar tomografi diagnostik untuk keperluan medis. Sistem TK kelima menggunakan larik detektor stasioner dan sinar-x berkas kipas yang dihasilkan dari target anoda berbentuk ring dengan pembangkit berkas elektron. Perkembangan terakhir dari sistem TK generasi ketiga dan keempat adalah sistem tomografi spiral (helical). Pada sistem ini, gerakan sumber yang berputar kontinyu membentuk spiral (slip ring) sewaktu proses pemayaran dikombinasikan bersama pergerakan meja obyek sehingga data yang diperoleh bukan hanya penampang dua dimensi, tetapi bersifat volumetrik.

Untuk memperoleh gambaran internal obyek, maka sebuah citra tampang lintang direkonstruksi dari sinogram tampang lintang yang bersesuaian. Proses rekonstruksi pada dasarnya adalah sebuah proses inversi dari ruang sinogram (ruang Radon) ke ruang citra (ruang kartesian).Dengan kata lain, dari data sinogram akan diperoleh nilai koefisien atenuasi linier yang terdistribusi dan direpresentasikan s ebagai citra tampang lintang. Namun dalam kenyataannya distribusi koefisien atenuasi linier obyek sesungguhnya tidak diketahui (a priori information ) sehingga hasil rekonstruksi sesungguhnya merupakan perkiraan nilai besaran fisis sesungguhnya. Metode rekonstruksi citra dibedakan oleh pendekatan matematis dan teknik komputasi yang digunakan. Beberapa pendekatan matematis telah digunakan untuk proses rekonstruksi citra. Brooks dan Di Chiro (1976) menyatakan bahwa metode rekonstruksi citra secara garis besar terbagi atas tiga bagian yaitu metode proyeksi balik langsung, metode iterasi dan metode analitik. Proses metode proyeksi balik langsung umumnya dipakai terutama setelah dimodifikasi menjadi metode konvolusi (summation filtered back projection, SFBP) karena prosesnya relatif cepat. Metode iterasi walaupun dianggap mampu menghasilkan hasil rekonstruksi yang akurat, namum prosesnya cenderung lambat. Sedangkan metode analitik sesuai namanya bersifat teori komputasi yang implementasinya jarang digunakan.