STUDI PEMANFAATAN FOTOGRAMETRI RENTANG DEKAT DALAM BIDANG KEDOKTERAN GIGI (STUDI KASUS: PERKEMBANGAN GIGI DAN RAHANG)
1.
Pendahuluan
Cabang ilmu yang berkaitan dengan kesehatan dan pengobatan memerlukan ketelitian yang tinggi. Salah satu aplikasi yang menggabungkan bidang medis dan geodesi adalah pemantauan pertumbuhan dan perkembangan rahang dan gigi dengan menggunakan metode Fotogrametri Rentang Dekat. Hal yang diperhatikan dalam pemantauan perkembangan gigi dan rahang ini adalah jumlah gigi, bentuk gigi dan ukuran gigi yang mengganggu fungsi dan estetik. Di sini akan dibandingan hasil pengukuran gigi menggunakan metode konvensional para dokter gigi dengan pengukuran pengukuran menggunakan metode fotogrametri fotogrametri rentang dekat.
2.
Peralatan yang Digunakan
a.
Kamera Kamera yang digunakan digunakan untuk penelitian penelitian ini adalah kamera Nikon D60 dengan
spesifikasi sebagai berikut : Image size
3872 x 2592 (Large, 10.0 MP)
2896 x 1944 (Medium, 5.6 MP)
1936 x 1296 (Small, 2.5 MP)
Sensor
23.6 x 15.8 mm CCD sensor
Sensivity
Auto
ISO 100
ISO 200
ISO 400
ISO 800
ISO 1600
ISO 3200 equiv. (HI 1)
Focal Length
35 mm
Maximum Aperture
f/1.8
Minimun Aperture
f/22
Gambar 2.1. Kamera Nikon D60
b.
Perangkat Lunak a.
Photo Modeller Photo Modeler Scanner adalah perangkat lunak yang dibuat oleh Eos
System Inc. yang tergabung dalam Windows Corporation. Kegunaan utama perangkat lunak ini adalah adanya suatu proses yang dinamakan dengan inverse camera, dalam proses tersebut dapat dilakukan pengukuran yang akurat di origin foto yang belum terdefinisi. Modul PhotoModeler Scanner digunakan untuk membuat sebuah model 3D dari rangkaian foto suatu obyek. Model yang dihasilkan berupa sekumpulan titik-titik tiga dimensi yang mempunyai nilai berupa koordinat kartesian 3D. b.
Australis 7 Australis adalah program fotogrametri yang didesain untuk pengukuran
objek target off-line secara otomatis.Perangkat lunak ini men- scan setiap foto untuk target retroreflektif.Dengan menggunakan fungsi perataan dapat dengan cepat mendapatkan titik koordinat obyek 3 dimensi dari foto pengamatan dimensi.
3.
Pengambilan Data
a.
Kalibrasi Kamera Ketentuan pemotretan adalah sebagai berikut :
2
1)
Pemotretan dilakukan dari 8 exposure (sudut pengambilan) dengan sudut maksimum 90°. Pengambilan gambar dilakukan searah jarum jam sebanyak set yang dibutuhkan.
2)
Pengambilan data dilakukan sebanyak 5 set. Untuk masing-masing set terdiri dari 8 exposure, maka total foto yang dihasilkan adalah sebanyak 40 buah foto. Untuk masing-masing set pengambilan menghasilkan 1 (satu) set parameter kalibrasi.
3)
Pemotretan dilakukan di atas tripod agar posisi kamera tidak berubah pada saat pemotretan dan menghindari terjadinya blur pada gambar.
4)
Data yang diperoleh dari pemotretan ini kemudian diolah di Australis 7 untuk dicari parameter kalibrasinya.
Proses kalibrasi kamera dilakukan dengan pengambilan 5 set foto data. Terdapat 5 buah setparameter kalibrasi yang didapatkan dari pengambilan 5 set data ini. Hasil ini kemudian dirata-ratakan untuk memperoleh nilai parameter kalibrasi yang nantinya akan digunakan dalam proses selanjutnya. Setelah itu, untuk memastikan kestabilan data yang didapatkan, dilakukan uji statistik. Untuk kasus ini uji statistik yang digunakan adalah uji t-student , karena uji t-student menampilkan keberadaan data yang salah (tidak diterima). Setelah dilakukan pengujian statistik, kelima set data yang didapat tidak mempunyai perbedaan yang signifikan dan perbedaan tersebut dapat diabaikan b.
Metode Manual Pada metode ini dilakukan pengukuran menggunakan teknik sederhana yaitu
menggunakan jangka biasa untuk mendapatkan ukuran lengkung gigi dan juga lengkung rahang. Lengkung gigi didapatkan dengan mengukur segmen gigi menggunakan jangka untuk kemudian bukaan jangka tersebut diukur menggunakan penggaris biasa
Gambar 3.1 Pengukuran manual
Sedangkan untuk mendapatkan ukuran lengkung rahang, digunakan benang biasa yang dibentangkan sepanjang rahang mulai dari gigi molar 2 sebelah kiri ke gigi molar 2 sebelah kanan. Hal ini menyesuaikan ukuran 30 segmen gigi yang telah dilakukan mencapai gigi molar kedua untuk mendapatkan ukuran lengkung gigi.
Gambar 3.2 Lengkung gigi per segmen
c.
Gambar 3.3 Lengkung rahang
Metode 2D Metode ini dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Photomodeler
Scanner.Sebelum dilakukan pengukuran dimensi pada perangkat lunak, dilakukan
terlebih dahulu pengecekan jarak (pengecekan constraints) antara jar ak yang didapatkan pada perangkat lunak Photomodeler Scanner dan jarak yang didapat dari pengukuran di lapangan d.
Metode 3D Pada metodi ini, setelah dilakukan processing dan pengecekan constraints pada
perangkat lunak Photomodeler Scanner, Berikut penempatan kamera dan Coded Target yang didapatkan dari pengolahan menggunakan Photomodeler Scanner :
Gambar 3.4 Camera Stations
Posisi kamera mempunyai aproksimasi sudut 60° < x < 90°. Untuk foto yang diambil dari atas dilakukan pengambilan secara landscape dan portrait. Gambar penempatan kamera di atas digunakan untuk proses orientasi relative yang dalam kasus ini menggunakan 8 buah foto dengan 8 exposure sesuai arah mata angin. Sedangkan untuk pembuatan Dense Surface ditambahkan foto-foto lain di bagian-bagian penting yang akan dimodelkan. Foto yang dihasilkan memiliki ukuran pixel 3872x2592. Untuk mendapatkan orientasi luar yang baik maka dibutuhkan setidaknya 6 titik kontrol yang overlap dari tiap foto. Titik kontrol yang dipakai adalah Coded Target 12-bit. Penyebaran Coded Target juga menambahkan faktor elevasi. Hal ini dilakukan agar detail yang dihasilkan nantinya bisa lebih baik dari segi kontur. Kemudian dilanjutkan dengan pembentukan dense surface. Hasil pemodelan 3D pada perangkat lunak Photomodeler Scanner kemudian di-eksport ke Rapidform Proses Export dilakukan setelah mengkonversi semua point mesh yang dihasilkan dari
Photomodeler menjadi surface. Data tersebut kemudian di eksport dari Photomodeler ke dalam format Wavefront (*.obj). Data DSM dalam format ini kemudian dapat diolah lebih lanjut dalam Rapidform. Pengukuran dimensi pada Rapidform dilakukan dengan membuat curve yang menghubungkan antar titik-titik penting pada objek. Panjang curve tersebut kemudian didefinisikan di Rapidform. Hasil ukuran ini kemudian menentukan lengkung rahang dan lengkung gigi menurut metode pengukurkan 3D Model. Hasil representasi permukaan Dental Cast pada Rapidform tersebut diukur dan diperoleh kembali Lengkung gigi dan Lengkung rahang hasil pengukuran metode 3D Model.
4.
Model Matematis
Proses pengambilan data kalibrasi menghasilkan 5 set data yang kemudian diolah menggunakan perangkat lunak Australis untuk mendapatkan nilai parameter kalibrasi kamera.
Tabel 4.1 Parameter kalibrasi pada perangkat lunak Australis 7 Nilai
σ
f
36.53232
0.014
Xp
0.02124
0.0038
Yp
0.1957
0.014
K1
1.24 x 10 -
2.03 x 10 -
K2
1.51 x 10 -
2.4 x 10-
K3
‐6.41 x 10 -10
9.56 x 10 -
P1
‐2.90 x 10 -6
1.05 x 10 -
P2
2.45 x 10 -
2.56 x 10 -
Hasil parameter orientasi dalam (kalibrasi) yang didapat di atas kemudian digunakan pada Photomodeler. Sistem koordinat citra dari Australis perlu dikonversi agar bisa digunakan pada Photomodeler, karena sumbu koordinat citra di kedua perangkat lunak ini berbeda.
( ) ( )
Tabel 4.2 Nilai parameter kalibrasi Xp dan Yp pada Australis dan Photomodeller Australis
Photomodeller
Xp
0.02124 mm
11.82124
Yp
0.1957 mm
8.0957
5.
Hasil
a.
Manual Tabel 5.1 Hasil Ukuran Metode Manual Lengkung Gigi Segmen
Ukuran (mm)
S1
22.5
S2
16
S3
14
S4
14
S5
16
S6
18
Total
101.5
Tabel 5.2 Hasil Ukuran Metode Manual Lengkung Rahang Ukuran (mm) Lengkung rahang
100
Pada pengukuran dengan metode manual ini, bisa dilihat bahwa hasil Lengkung gigi dan Lengkung rahang yang didapatkan memiliki se lisih 1,5 mm. Angka 1,5 mm ini belum merupakan submilimeter. Kesalahan bisa terjadi pada saat pengukuran bukaan jangka atau pada saat pengukuran segmen gigi dengan menggunakan jangka. Hal yang sangat diperlukan dalam pengukuran ini adalah kekonsistenan posisi pengukuran. b.
2D foto Tabel 5.3 Hasil Ukuran 2D Foto Lengkung Gigi Segmen
Ukuran (mm)
S1
22.44
S2
15
S3
14.8
S4
14.78
S5
15.90
S6
18.86
Total
101.5
Tabel 5.4 Hasil Ukuran 2D Foto Lengkung Rahang Ukuran (mm) Lengkung rahang
101.06
Selisih antara Lengkung gigi dan Lengkung rahang pada metode pengukuran pada 2D foto ini adalah 0.72 mm. Ukuran ini sudah termasuk submilimeter dan sudah sangat teliti. Hal ini bisa disebabkan karena pada waktu pengecekan jarak di perangkat lunak dan di Dental Cast tidak menunjukkan perbedaan yang besar dan bisa diterima untuk diproses lebih lanjut
c.
3D model
Gambar 5.1 Pemodelan 3D Dental Cast
Gambar 5.2 Hasil Export ke RapidForm
Tabel 5.5 Hasil Pengukuran 3D Model Lengkung gigi Segmen
Ukuran (mm)
S1
21.824
S2
14.773
S3
9.456
S4
10.577
S5
15.626
S6
17.523
Total
89.78
Tabel 5.6 Hasil Pengukuran 3D Model Lengkung rahang Ukuran (mm)
Lengkung rahang
106.987
Perbedaan antara hasil ukuran Lengkung gigi dan Lengkung rahang yang didapat memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Terdapat perbedaan 17.207 mm antara dua hasil ukuran ini.
Pada tabel ini, akurasi diperoleh dengan perbandingan RMS presisi dengan jarak terjauh yang diukur pada model. Untuk kasus ini, jarak antara ujung kiri bawah coded target ke ujung kana atas coded target adalah 12.236 cm. Pada hasil tabel menunjukkan bahwa tidak terjadi perbedaan yang cukup signifikan antara ketiga sumbu X, Y dan Z. Hal ini disebabkan karena pada saat pengambilan foto objek Dental Cast, sudut pemotretan berubah-ubah dan orientasi letak sumbu X, Y dan Z juga menjadi bervariasi. Hal ini menyebabkan persebaran ketelitian masing-masing sumbu merata.
5.7 Tabel Presisi Dan Akurasi RMS Presisi (mm)
Akurasi
X
0.025
1 : 4966.47
Y
0.033
1 : 3606.47
Z
0.035
1 : 4978.13
Dari tiga metode yang digunakan diatas, yang menunjukkan perbedaan yang tidak signifikan adalah metode 2D foto. Hal ini mendasari kegiatan selanjutnya dalam pengukuran kembali lengkung gigi dan rahang untuk Dental Cast kondisi sebelum mendapatkan treatment. Metode 2D dinilai paling efektif dimana tidak memerlukan waktu yang lama dan dapat menghasilkan ketelitian yang baik.
Tabel 5.8 Selisih lengkung gigi dan rahang Lengkung Gigi
Lengkung Rahang
Selisih
Manual
101.5 mm
100 mm
1.5 mm
2D Foto
101.78 mm
101.06 mm
0.72 mm
3D Model
89.78 mm
54.07 mm
17.207 mm
Sumber Referensi
Sheryandani,Anggita.2011. Studi Pemanfaatan Fotogrametri Rentang Dekat Dalam Bidang Kedokteran Gigi (Studi Kasus: Perkembangan Gigi Dan Rahang).Tugas Akhir Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika,Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian.ITB.Bandung
