Sistem Tomografi

Secara umum tomografi memiliki tiga sistem yang saling berkaitan satu sama lain, yaitu (1) sistem sensor, (2) sistem data akusisi, dan (3) komputer untuk proses rekonstruksi yang ditunjukkan pada Gambar 1

Gambar 1. Sistem dalam tomografi (Warsito, 2005)

Principle of some NDT methods

"Conventional methods of Non-Destructive Test"

•Eddy current testing (ET)

“Localized electrical fields are induced into a conductive test specimen by electromagnetic induction”

•Thermal infrared testing (TIR)

“Temperature variations at the test surface measured/detected using thermal sensors/detectors instruments/cameras”

•Penetrant testing (PT)

“A liquid containing visible or fluorescence dye is applied to surface and enters discontinuities by capillary action”

•Visual testing (VT)

“Uses reflected or transmitted light from test object that is imaged with the human eye or other light-sensing device”

•Ultrasonic testing (UT)

“High-frequency sound pulses from a transducer propagate through the test material, reflecting at interfaces”

•Magnetic particle testing (MT)

“Test part is magnetized and fine ferromagnetic particles applied to surface, aligning at discontinuity”

•Radiographic testing (RT)

“Radiographic film is exposed when radiation passes through the test object. Discontinuities affect exposure”

•Acoustic emission testing (AE)

“As discontinuities propagate, energy is released and travels as stress waves through material. These are detected by means of sensors”

What’s next???

ECVT ???

Electrical Capacitance Volume Tomography (ECVT)

“ Based on permittivity distribution measurement”

MIT ???

Magnetic Inductance Tomography (MIT)

“Based on electrical conductivity measurement”

^{Reference :}

^{Hellier, Charles. Handbook of Nondestructive Evaluation. McGraw-Hill Companies, Inc : United States of America. 2003.}

Sejarah Column Engineer

Column Engineer, berangkat dari kata tersebut, column engineer adalah suatu wadah bagi kami (engineer muda) yang antusias menyelami dunia penelitian. Researcher dan Engineer bagaikan dua sisi mata uang yang terkadang bertolak belakang pemikiran dan pandangannya, namun tidak jarang selaras untuk menemukan suatu ilmu baru yang absurd dan passionable.

Berlatar berlakang engineer yang berani menjawab tantangan di dunia researcher yang kompleks, disini kami membagi informasi mengenai riset, perkembangan dunia teknik, dan teknologi penjangkau dunia (tomografi).

Tomografi menjadi pegangan kami, dialah penuntun jalan kami hingga kami bisa seperti sekarang, terjebak dijalan yang benar. Tomografi dan segala perkembangannya yang berkaitan dengan riset dan engineering selalu menarik untuk diamati dan menggugah minat dan keingintahuan tentang dunia baru yang lebih berteknologi.

Mengenal Tomografi Komputer (Computed Tomography)

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.


Sumber : http://physicsnext.wordpress.com

Prinsip Dasar Tomografi

Gambar 1. Prinsip dasar tomografi (Warsito, 2005)

Secara sederhana pencitraan tomografi komputasi didasarkan pada formulasi matematis yang menyatakan bahwa apabila sebuah obyek dilihat dari berbagai arah, gambar (citra) penampang dalam obyek tersebut bisa dihitung (direkonstruksi). Dengan demikian metode tomografi komputasi bisa dipisahkan menjadi dua proses (Warsito, 2005) :

1.    Pengambilan data proyeksi melalui penyinaran dan pendeteksian sinyal pengukuran dari berbagai penjuru.

2.    Proses rekonstruksi untuk memperoleh citra penampang obyek dari data proyeksi, skematik pada Gambar 1.

          Citra yang dihasilkan oleh CT (Computed Tomography) Sinar-x pada dasarnya adalah merupakan peta atenuasi (pelemahan) energi Sinar-x oleh jaringan. Struktur tulang mempunyai tingkat penyerapan energi yang lebih tinggi dibanding dengan struktur jaringan lain seperti daging atau otot, sehingga hasil CT sangat menonjolkan struktur tulang dibanding dengan struktur organ tubuh yang lain (Warsito, 2005).

Tabel I. Mode teknologi tomografi berdasarkan fenomena fisika    (Warsito, 2005).

Mode	Resolusi (mm)	Keterangan
CT-Scan (Sinar-x)	0.4	Pengukuran 1/2 piksel
Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)	7	Resolusi memburuk ditengah penampang
Positron Emission Tomography (PET)	5	Mempunyai resolusi yang lebih baik dibanding dengan mode radiasi nuklir lainnya
Magnetic Resonance Imaging (MRI)	1.0	Resolusi bisa ditingkatkan dengan medan magnet yang lebih tinggi
Ultasonik (5 MHz)	0.3	Terbatas oleh panjang gelombang suara

          Hampir bersamaan dengan ditemukannya CT-Scan, berbagai teknologi pencitraan menggunakan mode lain juga dikembangkan untuk aplikasinya dibidang kedokteran seperti magnetic resonance imaging (MRI), radiasi partikel nuklir (PET), dan juga pencitraan dengan gelombang akustik dan ultrasonik seperti yang terlihat pada Tabel 1. Berbeda dengan CT-scan, pencitraan dengan MRI dilakukan dengan penerapan medan magnet yang sangat kuat (hingga 1.5 tesla, sekitar 30.000 kali kekuatan medan magnet bumi) terhadap tubuh pasien. Dengan medan magnet dari luar tersebut berbagai inti atom yang mempunyai sifat ”magnetic moment” yang terdapat dalam tubuh pasien akan memancarkan signal frekuensi radio (rf). Sinyal inilah yang akan direkonstruksi dan akan memberikan respon berbeda antara jaringan normal dengan jaringan kanker untuk keperluan diagnosa pasien. Sementara Positron emission tomography (PET) juga dikembangkan dalam waktu yang hampir bersamaan pula dengan CT dan MRI. Prinsip PET adalah dengan melakukan pendeteksian terhadap foton yang dipancarkan pada peristiwa anihilasi antara positron dan elektron dari radionuklida yang diinjeksikan ke dalam tubuh pasien. Rekonstruksi terhadap data yang diperoleh dengan detektor sinar alpha akan menghasilkan peta tiga dimensi. Aktifitas anihilasi tersebut bisa dimanfaatkan untuk membedakan aktifitas fisiologi antara jaringan yang normal dan yang mengalami perubahan menjadi kanker (Warsito, 2005).

Referensi : Warsito. 2005. Review: Komputasi Tomografi dan Aplikasinya dalam Proses Industri. Prosiding Semiloka Teknologi Simulasi dan Komputasi serta Aplikasi 2005. USA : Ohio State University.