Perpustakaan Digital ITB

Dalam dunia medis, penusukan jarum dapat dikategorikan ke dalam prosedur intervensional invasif minimal (minimally invasive interventional procedure) yang menekankan kepada upaya meminimalkan luka. Untuk menjamin keberhasilan prosedur penusukan jarum, informasi citra sebagai umpan balik visual sangat diperlukan. Ultrasonografi dipilih sebagai modalitas pencitraan karena tidak ada risiko radiasi, resolusi temporal tinggi, ukuran perangkat dan transduser yang relatif kecil serta kemudahan dalam menentukan orientasi bidang pencitraan (imaging plane). Dalam pencitraan ultrasonografi untuk aplikasi penusukan jarum, salah satu masalah krusial adalah inkonsistensi visibilitas jarum. Konsistensi visibilitas jarum yang optimal memiliki berbagai keuntungan, antara lain menghindari risiko kesalahan penusukan, mempercepat waktu pelaksanaan prosedur, sekaligus mengurangi rasa sakit dan tidak nyaman pada pasien. Eksperimen awal pencitraan jarum modus-B (B-mode/brightness modulation) melalui pengembangan metode kuantifikasi visibilitas jarum menunjukkan bahwa visibilitas jarum dipengaruhi oleh beberapa parameter fisis antara lain, sudut penusukan, frekuensi gelombang ultrasonik, serta karakteristik jarum. Namun, tidak ditemukan adanya linieritas dari hubungan antara visibilitas jarum dengan parameter-parameter fisis tersebut. Metode kuantifikasi dan peta visibilitas jarum yang dikembangkan dalam penelitian ini dapat merepresentasikan visibilitas jarum secara aktual, sehingga dapat digunakan untuk memprediksi pola visibilitas jarum dalam rentang sudut dan frekuensi operasional penusukan. Secara fisis, visibilitas jarum dipengaruhi oleh mekanisme perambatan gelombang ultrasonik melewati medium perantara dan jarum hingga dipantulkan kembali sebagai propagasi balik (back propagation) yang diterima transduser. Inkonsistensi visibilitas jarum pada citra modus-B (B-mode image) berhubungan erat dengan amplitudo tekanan hamburan akustik (acoustic scattering) dari propagasi balik total jarum yang diterima oleh transduser. Dalam penelitian ini dikembangkan suatu metode evaluasi untuk memahami fenomena fisis fundamental yang melatarbelakangi inkonsistensi visibilitas jarum pada citra modus-B ultrasonografi melalui pendekatan pemodelan dan simulasi yaitu berupa pengembangan model analitik dan simulasi numerik, serta pendekatan eksperimental menggunakan simulator. Pola inkonsistensi visibilitas jarum mula-mula diamati melalui penurunan model analitik berdasarkan teori hamburan resonansi (resonance scattering) dan simulasi numerik perambatan gelombang ultrasonik melewati jarum dengan memvariasikan parameter fisis berupa frekuensi, sudut penusukan, dan karakteristik jarum. Melalui pendekatan ini diperoleh spektrum medan tekanan (pressure field) propagasi balik dari jarum. Model analitik perambatan gelombang ultrasonik berdasarkan teori hamburan resonansi dapat merepresentasikan pola hamburan akustik pada jarum spinal yang berhubungan dengan modus-modus gelombang resonansi di sekitar sudut-sudut kritis ???????? = 17,4°, ???????? = 27,8°, dan ???????? = 30,5° dalam rentang frekuensi dan sudut penusukan. Parameter frekuensi, sudut datang berkas gelombang, serta parameter karakteristik jarum mempengaruhi secara simultan pola spektrum amplitudo tekanan hamburan akustik pada jarum spinal dengan pola yang tidak linier. Kombinasi seluruh parameter fisis ini mempengaruhi tekanan hamburan akustik total yang menjadi dasar pola inkonsistensi visibilitas jarum spinal pada citra modus-B ultrasonografi. Selanjutnya, melalui pendekatan eksperimen spektroskopi ultrasonik modus-A, parameter sinyal hamburan balik (back scattering) dari jarum spinal ukuran 18G, 20G, dan 22G dalam fantom air yang bersifat homogen dan anechoic, dibandingkan dengan model analitik sebagai referensi standar. Sinyal mentah (raw signal) Frekuensi Radio (FR) (Radio Frequency/RF) yang terekam pada setiap elemen transduser diolah menjadi parameter-parameter sinyal yang menjadi parameter rekonstruksi citra modus-B yang dapat merepresentasikan informasi unik propagasi balik total jarum yang diterima oleh transduser. Karakteristik hamburan akustik jarum spinal dengan sudut penusukan presisi pada rentang 0°–45° (resolusi 5°) dan frekuensi optimal transduser 1,87 MHz dapat direpresentasikan oleh rancangan sistem evaluator visibilitas jarum dengan metode spektroskopi ultrasonik modus-A. Parameter sinyal dalam domain frekuensi berupa Densitas Spektral Daya (DSD) (Power Spectral Density/PSD) maksimum dan Densitas Spektral Energi (DSE) (Energy Spectral Density/ESD) lebih merepresentasikan karakteristik hamburan akustik jarum spinal dengan pola dominan peningkatan visibilitas pada rentang sekitar sudut-sudut kritis 15°–30°, dibandingkan parameter rekonstruksi standar citra modus-B dalam domain waktu berupa sinyal deteksi selubung (envelope detected signal). Oleh karena itu, kedua parameter ini dapat digunakan dalam rekontruksi citra modus-B untuk meningkatkan kontras jarum sehingga lebih optimal. Perbedaan antara nilai amplitudo hamburan akustik hasil simulasi numerik dan parameter sinyal modus-A hasil eksperimen dapat disebabkan oleh ketidakidealan sistem pengukuran dengan nilai dan asumsi ideal dalam pemodelan dan simulasi, antara lain pada sumber gelombang ultrasonik, karakteristik akustik medium, dan pemosisian jarum. Spektrum amplitudo tekanan hamburan akustik dan parameter sinyal hamburan akustik modus-A mengonfirmasi bahwa inkonsistensi visibilitas jarum merupakan pengaruh simultan dari parameter-parameter fisis berupa frekuensi gelombang ultrasonik, sudut penusukan, dan karakteristik jarum, yang berhubungan dengan kemunculan modus-modus gelombang resonansi di sekitar sudut-sudut kritis. Rekonstruksi citra jarum pada citra modus-B ultrasonografi dari sinyal modus-A dapat ditingkatkan kualitasnya dengan mengekstraksi parameter sinyal dalam domain frekuensi berupa Densitas Spektral Daya dan Densitas Spektral Energi.