Digital Imaging

PEMBENTUKAN BAYANGAN SINAR-X DAN

COMPUTERIZED AXIAL TOMOGRAPHY (CAT SCAN)

            Untuk foto sinar-X medis (atau dental) yang konvensional, sinar-X yang muncul dari tabung  menembus tubuh dan dideteksi pada film fotografis atau layar flourosence. Berkas cahaya berjalan dalam jalur yang hampir lurus melalui tubuh dengan penyimpangan minimal karena pada panjang gelombang sinar-X hanya ada sedikit difraksi dan pembiasan. Bagaimanapun, ada penyerapan (dan penghamburan); dan perbedaan penyerapan oleh struktur yang berbeda dalam tubuh adalah yang menimbulkan bayangan yang dihasilkan oleh berkas yang ditransmisikan. Makin kecil penyerapan, makin besar transimisi dan makin gelap film. Dalam beberapa hal, bayangan merupakan “bayangan” dari apa yang dilewati berkas (bayangan sinar-X tidak dihasilkan dengan memfokuskan berkas dengan lensa sebagaimana halnya alat-alat lain). Selang beberapa bulan setelah penemuan Roentgen pada tahun 1895, sinar-X telah menjadi alat bantu yang penting untuk diagnose medis, dan tetap demikian sampai saat ini. Walaupun banyak kemajuan teknis yang didapat selama bertahun-tahun, prinsip dasar sinar-X normal tidak berubah secara signifikan. Bagaimanapun pada tahun 1970-an, teknik baru yang revolusioner yang disebut Computerized Tomography (CT) dengan menggunakan sinar-X dikembangkan.

Pada bayangan sinar-X konvensional, seluruh ketebalan tubuh diproyeksikan pada film; struktur-struktur bertumpah tindih dan pada banyak kasus sulit untuk dipisahkan. Bayangan tomografi, dipihak lain, merupakan bayangan dari sebuah potongan melalui tubuh. (kata tomografi berasal dari bahasa Yunani : tomos = potongan, graph =gambar). Struktur dan luka yang sebelumnya tidak mungkin divisualisasikan sekarang terlihat dengan kejelasan yang sangat baik. Berkas sinar-X terkolimasi yang tipis (“kolimasi” berarti “meluruskan”) menembus tubuh terus sampai ke detector yang mengukur intensitas yang ditransmisikan. Pengukuran dilakukan dibanyak titik sementara sumber dan detector digerakan bersama melewati tubuh. Peralatan ini diputar sedikit sekitar sumbu tubuh dan sekali lagi di-scan. Hal ini dilakukan berulang kali dengan interval (mungkin) 1^o untuk 180^o. Intensitas berkas yang ditransmisikan untuk banyak titik pada setiap scan, dan untuk setiap sudut, dikirim ke computer yang merekonstruksi bayangan potongan tersebut. Perhatikan bahwa potongan yang dibuat bayangannya tegak lurus terhadap sumbu panjang tubuh. Dengan alas an ini CT terkadang disebut Computerized Axial Tomography (CAT), juga dapat dibaca sebagai Computerized Assisted Tomography.

            Penggunaan detector tunggal, membutuhkan beberapa menit untuk banyaknya scan yang dibutuhkan agar membentuk bayangan yang sempurna. Scanner yang lebih cepat menggunkan fan beam, dimana berkas yang menembus seluruh penampang lintang tubuh dideteksi secara simultan oleh banyak detector. Sumber dan detector kemudian diputar mengelilingi pasien. Pada masing-masing dari ratusan posisi anguler alat tersebut, beberapa ratus detector dapat mengukur intensitas berkas yang ditransmisikan secara simultan, sehingga satu bayangan hanya membutuhkan beberapa detik. Yang lebih cepat lagi, dan dengan demikian sesuai untuk scan jantung, adalah mesin sumber yang tetap dimana berkas olektron diarahkan (oleh medan listrik) ke target tungsten yang mengelilingi pasien, membentuk sinar-X.

Tetapi bagaimana bayangan dibentuk? Kita dapat membayangkan potongan yang akan dibuat bayangannya terpotong menjadi banyak elemen gambar kecil (piksel), yang bisa merupakan kotak. Untuk CT, lebar setiap piksel dipilih menurut lebar detector dan/atau lebar berkas sinar-X, dan ini menentukan resolusi bayangan, yang biasanya sekitar 2 mm. Sebuah detector sinar-X mengukur intensitas berkas yang ditransmisikan setelah berkas tersebut menembus tubuh. Dengan mengurangi nilai ini dari intensitas berkas di sumbernya, kita dapatkan penyerapan total. Perhatikan bahwa hanya penyerapan total (disebut “proyeksi”) sepanjang setiap jalur berkas yang dapat diukur (penyerapan oleh semua piksel dalam satu jalur). Untuk membentuk bayangan, kita perlu menentukan berapa besar radiasi yang terserap pada setiap piksel. Kita kemudian dapat memberikan “nilai keabuan” untuk setiap piksel berdasarkan berapa besar radiasi yang terserap. Bayangan kemudian terbuat dari bercak-bercak kecil (piksel) dengan berbagai ketebalan abu-abu, seperti pada film televise hitam-putih. Seringkali besarnya penyerapan diberi kode warna. Warna pada bayangan dihasilkan (“Warna Palsu”), bagaimanapun, tidak berhubungan dengan warna sebenarnya dari benda.

Kita harus membahas bagaimana “keabuan” setiap piksel dapat ditentukan walaupun apa yang dapat kita ukur hanyalah penyerapan total sepanjang setiap jalur berkas pada potongan. Hal ini dapat dilakukan hanya dengan menggunakan banyak scan berkas yang dilakukan dengan banyak sudut yang berbeda. Misalkan bayangan akan menjadi array dengan elemen 100 x 100 untuk total 10⁴ piksel. Jika kita memiliki 100 detektor dan mengukur proyeksi penyerapan pada 100 sudut yang berbeda, maka kita dapatkan 10⁴ informasi. Dari informasi ini sebuah bayangan dapat direkonstruksi, tetapi tidak dengan tepat. Jika lebih banyak sudut yang diukur, rekonstruksi bayangan dapat dilakukan dengan lebih akurat.

Ada sejumlah teknik rekonstruksi matematis, semuanya rumit dan membutuhkan bantuan computer, untuk memberikan gambaran bagaimana melakukannya kita bahas sebuah kasus yang sangat sederhana dengan menggunakan apa yang disebut teknik “iterasi” (“iterasi” berasala dari bahasa Latin yang berarti “mengulang”). Walaupun teknik ini tidak begitu banyak lagi digunakan sekarang dibandingkan dengan teknik “Transformasi Fourier” dan “proyeksi mundur” yang lebih langsung, teknik ini merupakan yang paling sederhana untuk dijelaskan. Misalkan potongan sampel kita dibagi menjadi 2 x 2 sederhana.

Angka pada setiap piksel menyatakan besarnya penyerapan oleh materi pada bagian tersebut (katakanlah, dalam persepuluh persen) : yaitu, 4 menyatakan 2 kali lipat penyerapan dari dibandingkan 2. Tetapi kita tidak dapat mengukur nilai-nilai ini dengan langsung, nilai-nilai ini merupakan hal-hal yang tidak diketahui yang ingin dicari. Yang bisa diukur hanyalah proyeksi, penyerapan total sepanjang setiap jalur berkas, dan ini ditunjukan pada diagram sebagai jumlah penyerapan untuk piksel-piksel sepanjang setiap jalur pada empat sudut yang berbeda.