Identifikasi Osteoporosis melalui Bone Radiograph Menggunakan Evolving Multilayer Perceptron

IDENTIFIKASI OSTEOPOROSIS MELALUI BONE RADIOGRAPH
MENGGUNAKAN EVOLVING MULTILAYER PERCEPTRON

SKRIPSI

SINDI ABUL KHAIRI
101402084

PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

IDENTIFIKASI OSTEOPOROSIS MELALUI BONE RADIOGRAPH
MENGGUNAKAN EVOLVING MULTILAYER PERCEPTRON

SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah Sarjana

Teknologi Informasi

SINDI ABUL KHAIRI
101402084

PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

ii

PERSETUJUAN
Judul

: IDENTIFIKASI OSTEOPOROSIS MELALUI BONE
RADIOGRAPH


MENGGUNAKAN

EVOLVING

MULTILAYER PERCEPTRON
Kategori

: SKRIPSI

Nama

: SINDI ABUL KHAIRI

Nomor Induk Mahasiswa

: 101402084

Program Studi


: SARJANA (S1) TEKNOLOGI INFORMASI

Fakultas

: ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Komisi Pembimbing

:

Pembimbing 2

Pembimbing 1

M. Fadly Syahputra, B.Sc., M.Sc, IT

Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc.,M.Sc

NIP. 198301292009121003


NIP. 198603032010121004

Diketahui/Disetujui oleh
Program Studi S1 Teknologi Informasi
Ketua,

Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc
NIP. 198603032010121004

Universitas Sumatera Utara

iii

PERNYATAAN

IDENTIFIKASI OSTEOPOROSIS MELALUI BONE RADIOGRAPH
MENGGUNAKAN EVOLVING MULTILAYER PERCEPTRON

SKRIPSI


Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.

Medan, 28 April 2017

Sindi Abul Khairi
101402084

Universitas Sumatera Utara

iv

UCAPAN TERIMA KASIH
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat, karunia,
taufik dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulis
mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc, selaku ketua program studi
Teknologi Informasi dan pembimbing 1 dan bapak Muhammad Fadly
Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT, selaku wakil dekan 2 dan pembimbing 2 yang

telah banyak memberikan bimbingan, motivasi dan dukungannya selama
penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Tim penguji, Bapak Indra Aulia, S.TI., M.Kom, dan Ibu Ulfi Andayani,
S.Kom., M.Kom, selaku penguji 1 dan penguji 2 yang telah memberikan kritik
dan saran dalam penyempurnaan skripsi ini.
3. Dekan Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi, Prof. Dr. Drs. Opim Salim
Sitompul, M.Sc, serta seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah memberikan
ilmu yang bermanfaat bagi penulis.
4. Seluruh staf TU (Tata Usaha) program studi Teknologi Informasi yang telah
banyak membantu dan mengurusi segala kegiatan administrasi penulis.
5. Ayahanda Anwar Iska dan Ibunda Zarlina yang selalu mendoakan, mendukung
dan senantiasa memberikan kasih sayang sepanjang masa.
6. Abang-abang, kakak-kakak, adik-adik, dan teman-teman program studi
teknologi informasi khususnya angkatan 2010 yang namanya tidak dapat
penulis cantumkan satu per satu atas segala dukungannya sehingga
menghadirkan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Akhirnya, penulis berharap agar skripsi ini berguna dan memberikan manfaat
kepada seluruh pembaca.


Universitas Sumatera Utara

v

ABSTRAK

Osteoporosis merupakan penyakit yang ditandai dengan penurunan kepadatan mineral
tulang. Osteoporosis merupakan penyebab umum patah tulang untuk orang yang
lanjut usia. Saat ini identifikasi osteoporosis masih dilakukan secara manual oleh
pakar Rheumatologi melalui citra hasil X-Ray, sehingga hasil identifikasi tergantung
dari keahlian dan pengalaman pakar Rheumatologi mengenai osteoporosis. Oleh
karena itu diperlukan suatu pengolahan citra pada citra bone radiograph untuk
membantu dokter atau ahli rheumatologi dalam mendiagnosis osteoporosis. Tujuan
dari penelitian ini adalah untuk membangun suatu sistem Computer Aided Diagnosis
(CAD) menggunakan Simple Evolving Connectionist Systems (SECoS) atau disebut
juga Evolving Multilayer Perceptrons (eMLP) untuk membantu ahli rheumatologi
dalam menganalisis citra bone radiograph, membantu mencegah peningkatan jumlah
kesalahan klasifikasi yang mungkin terjadi. Evolving multi layer perceptron
merupakan algoritma multi layer perceptron pada jaringan syaraf tiruan yang telah
mengimplementasikan konsep dari Evolving Connectionist System (ECOS). Algoritma

ini dapat mengembangkan struktur jaringannya sendiri sesuai dengan input yang
diterima. Teknik pengolahan citra digital akan diterapkan untuk meningkatkan
kualitas citra. Ekstraksi fitur tekstur dari citra dilakukan dengan menggunakan Gray
Level Co-occurrence matrix (GLCM) yang dibangun dengan empat arah yang berbeda
untuk setiap citra. Hal ini akan digunakan untuk mengklasifikasi setiap citra dan
kemudian akan dikelompokkan ke dalam kategori normal atau osteoporosis. Tiga
lapisan jaringan dari Simple Evolving Connectionist Systems (SECoS) dengan 16 fitur
diusulkan untuk mengklasifikasikan daerah yang ditandai ke dalam normal atau
osteoporosis. Berdasarkan pengujian dataset bone radiograph diperoleh sensitivitas
84.61% dan spesifisitas 90.90%.

Kata kunci: osteoporosis, identifikasi, bone radiograph, evolving connectionist
systems,evolving multilayer perceptrons.

Universitas Sumatera Utara

vi

OSTEOPOROSIS IDENTIFICATION ON BONE RADIOGRAPH USING
EVOLVING CONNECTIONIST SYSTEMS


ABSTRACT

Osteoporosis is a disease characterized by decreased bone mineral density.
Osteoporosis identification from radiograph image can be done by various methods,
one of them is the measurement of Bone Mineral Densitometry (BMD). However, this
method requires comprehensive and expensive equipment and therefore, a cheaper
and easier approach is needed. The purpose of this study is to build an Evolving
Multilayer Perceptron (eMLP) system to help rheumatologists in analysing bone
radiograph images and help preventing classification errors that may occur. Digital
image processing techniques will be applied to improve the image quality. Each bone
radiograph images is adjusted for intensity transformation, then median filtering to
remove noise and Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE) is
applied to each bone radiograph images to enhance image contrast. Texture feature
extraction of bone radiograph images is done using Grey Level Co-occurrence matrix
(GLCM) built with four different directions for each bone radiograph images. This
will be used to classify each bone radiograph images either normal category or
osteoporosis. Three network layers from Simple Evolving Connectionist Systems
(SECoS) with 16 features proposed to classify the area marked into normal or
osteoporosis. Based on the bone radiograph dataset testing, the results show 84.61%

of sensitivity and 90.90% of specificity.
Keyword:

osteoporosis,

bone

radiograph,

evolving

connectionist

systems,

identification, evolving multilayer perceptrons.

Universitas Sumatera Utara

vii


DAFTAR ISI

Hal.
PERSETUJUAN

ii

PERNYATAAN

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

iv

ABSTRAK

v

ABSTRACT

vi

DAFTAR ISI

vii

DAFTAR TABEL

x

DAFTAR GAMBAR

xi

BAB 1

PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Rumusan Masalah

2

1.3 Batasan Masalah

3

1.4 Tujuan Penelitian

3

1.5 Manfaat Penelitian

3

1.6 Metode Penelitian

3

1.7 Sistematika Penulisan

4

LANDASAN TEORI

6

2.1 Osteoporosis

6

BAB 2

Universitas Sumatera Utara

viii

2.1.1 Patofisiologi

6

2.1.2 Jenis-jenis osteoporosis

6

2.1.3 Faktor resiko

10

2.1.4 Tanda dan gejala

11

2.1.5 Pencegahan dan pengobatan

11

2.2 Image Processing

13

2.2.1 File Format

14

2.3 Perbaikan Citra (Image Enhancement)

BAB 3

15

2.3.1 Ekualisasi Histogram (Histogram Equalization)

15

2.3.2 Adaptif Histogram Equalization

15

2.4 Ekstraksi Fitur (Feature Extraction)

16

2.5 Pattern Recognition

19

2.5.1 Struktur dan sistem pengenalan pola

19

2.5.2 Fitur dan vektor fitur

20

2.5.3 Supervised dan Unsupervised

20

2.6 Evolving Connectionist Systems (ECoS)

20

2.7 Penelitian terdahulu

25

ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM

27

3.1 Identifikasi Masalah

27

3.2 Dataset

27

3.3 Metode Penelitian

27

3.4 Analisis Sistem

30

Universitas Sumatera Utara

ix

BAB 4

3.5 Perancangan Sistem

36

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM

41

4.1 Implementasi Sistem

41

4.1.1 Spesifikasi software dan hardware yang digunakan

41

4.1.2 Implementasi perancangan antarmuka

42

4.1.3 Implementasi data

47

4.2 Prosedur Operasional

48

4.2.1 Menu file

49

4.2.2 Menu classification

50

4.2.3 Menu help

53

4.3 Evaluasi Pengujian Sistem
4.3.1 Pelatihan dan pengujian dataset
BAB 5

54
55

KESIMPULAN DAN SARAN

61

5.1 Kesimpulan

61

5.2 Saran

61

DAFTAR PUSTAKA

62

Universitas Sumatera Utara

x

DAFTAR TABEL

Hal.
Tabel 2.1 Penelitian Terdahulu

26

Tabel 4.1 Ukuran Kinerja Hasil Diagnosis

41

Tabel 4.2 Rangkuman Bone Radiograph Dataset

47

Tabel 4.3 Citra Bone Radiograph Sebagai Data Training

55

Tabel 4.4 Citra Bone Radiograph Sebagai Data Testing

56

Tabel 4.5 Parameter dan hasil pelatihan pada bone radiograph suatu dataset

56

Tabel 4.6 Data hasil testing (detection dan diagnosis) pada dataset

58

Tabel 4.7 Detail hasil testing data sample pada dataset

59

Universitas Sumatera Utara

xi

DAFTAR GAMBAR

Hal.
Gambar 2.1. Struktur regional citra (Pertiwi, 2011)

16

Gambar 2.2 Contoh penentuan awal matriks GLCM (Kadir & Susanto 2013)

17

Gambar 2.3 Matriks framework menjadi matriks simetris (Kadir & Susanto 2013)

17

Gambar 2.4 Normalisasi matriks GLCM (Kadir & Susanto 2013)

18

Gambar 2.5 Struktur sistem pengenalan pola (Putra, 2010)

19

Gambar 2.6 Arsitektur ECoS (Kasabov, 2008)

21

Gambar 2.7 Proses Interaksi ECoS (Kasabov, 2007)

22

Gambar 2.8 PseudoCode SeCOS

24

Gambar 3.1 Arsitektur umum proses pelatihan dan pengujian

28

Gambar 3.2 General ECoS architecture (Watts, 2009)

30

Gambar 3.3 Arsitektur umum SECoS (Kasabov, 2007)

31

Gambar 3.4 Algoritma eMLP pada sistem

35

Gambar 3.5 Rancangan tampilan awal aplikasi CAD

36

Gambar 3.6 Rancangan tampilan menu Create Dataset

38

Gambar 3.7 Rancangan tampilan menu evolving Multilayer Perceptron (eMLP)

39

Gambar 3.8 Rancangan tampilan results

40

Gambar 3.9 Rancangan tampilan pemilihan show sample

40

Gambar 4.1 Tampilan awal aplikasi CAD

43

Gambar 4.2 Tampilan menu Create Dataset

44

Universitas Sumatera Utara

xii

Gambar 4.3 Tampilan menu evolving Multilayer Perceptron (eMLP)

45

Gambar 4.4 Tampilan hasil klasifikasi

46

Gambar 4.5 Tampilan pemilihan citra secara manual

47

Gambar 4.6 Tampilan awal aplikasi

48

Gambar 4.7 Tampilan sub-menu Open

49

Gambar 4.8 Tampilan awal aplikasi setelah memilih citra input baru

50

Gambar 4.9 Tampilan sub-menu New

51

Gambar 4.10 Tampilan sub-menu evolving Multilayer Perceptron (eMLP)

52

Gambar 4.11 Tampilan train dan recall suatu dataset

53

Gambar 4.12 Contoh hasil klasifikasi suatu dataset

54

Gambar 4.13 Tampilan About

54

Gambar 4.14 Grafik hasil pelatihan (waktu eksekusi) pada dataset

57

Gambar 4.15 Grafik hasil pelatihan (total node) pada dataset

57

Gambar 4.16 Grafik hasil pelatihan (akurasi pengujian) pada dataset

58

Universitas Sumatera Utara