Simulasi Scaling dan Boot Planing Menggunakan Leap Motion Controller
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Scaling dan Root Planing
Scaling dan root planingadalah proses membuang plak dan karang gigi yang dapat
menyebabkan inflamasi untuk memulihkan kesehatan gusi secara menyeluruh. Scaling
adalah proses dimana plak dan karang gigi dibuang dari permukaan supragingiva
(bagian atas gusi) dan subgingiva (bagian bawah gusi), sementara root planing adalah
proses dimana sisa karang gigi yang berada di sementum dikeluarkan dari akar gigi
untuk menghasilkan permukaan gigi yang halus, keras, dan bersih. Scaling dan root
planing bukan merupakan dua prosedur yang terpisah; keduanya termasuk dalam
perawatan periodontal dasar (Dibart, 2010).
Gambar 2.1 Keadaan gigi dan gusi: A. Sebelum proses scaling, B. Saat
proses scaling dilakukan, C. Setelah proses scaling (Kamath et al, 2013).
Universitas Sumatera Utara
6
Peralatan yang digunakan pada proses scaling dan root planing disebut scaler.
Ada dua tipe scaler, yaitu scaler manual dan scaler ultrasonik. Scaler manual
mengandalkan kekuatan tangan operator dalam pemakaiannya, sedangkan scaler
ultrasonik menggunakan tenaga listrik. Scaler ultrasonik terbagi dua berdasarkan tipe
gerakannya, yaitu magnetostictive (elips) dan piezoelectric(linear). Dewasa ini, pada
umumnya praktisi kesehatan gigi menggunakan scaler ultrasonik karena lebih praktis,
efektif, dan efisien dibandingkan dengan scaler manual (Kamath et al, 2013).
Gambar 2.2Scaler ultrasonik piezoelectric(Kamath et al, 2013).
Untuk melakukan scaling dan root planing, terdapat tahapan prosedur yang
perlu dijalani secara bertahap. Tahapan prosedur tersebut adalah sebagai berikut.
1.
Pemeriksaan kedalaman poket periodontal.
Poket periodontal merupakan celah sempit yang terletak di antara gigi dan gusi.
Mengukur kedalaman poket periodontal penting untuk mengetahui tingkat
inflamasi pada gusi.
Gambar 2.3 Ilustrasi poket periodontal (Wang et al, 2012).
Universitas Sumatera Utara
7
2.
Deteksi karang gigi
Karang gigi, atau dalam istilah kedokteran disebut kalkulus (calculus), yaitu plak
yang mengeras dan mengumpul di permukaan gigi. Karang gigi berwarna
kekuningan dan sulit dihilangkan jika hanya dilakukan dengan menyikat gigi atau
flossing. Ukuran, bentuk, dan lokasi karang gigi merupakan parameter yang perlu
diperhatikan saat pendeteksian karang gigi dilakukan. Ciri khas gigi yang
mengandung karang gigi adalah permukaan gigi terasa kasar dan terdapat
endapan kekuningan pada permukaannya.
3.
Proses scaling dan root planing
Proses ini terdiri dari:
a.
Scaling supragingiva: membersihkan karang gigi yang terdapat di bagian atas
gusi, tepatnya pada mahkota gigi.
Gambar 2.4 Scaling supragingiva (Kamath et al, 2013).
b.
Scaling subgingiva: membersihkan karang gigi yang terdapat di bagian
bawah gusi, tepatnya pada akar gigi.
Gambar 2.5 Scaling subgingiva (Kamath et al, 2013).
c.
Root planing: kelanjutan dari scaling subgingiva; membersihkan sisa karang
gigi pada sementum akar gigi.
Universitas Sumatera Utara
8
2.2. Leap Motion Controller
Leap Motion Controller adalah alat sensor yang dikembangkan oleh Leap Motion Inc.
dan dirilis pertama kali pada bulan Juli 2013. Alat ini didesain khusus untuk
mendeteksi posisi, gerakan, serta gestur dari tangan dan jari dengan akurasi sekitar
200µm.Alat ini memiliki area interaksi berbentuk piramida terbalik yang berpusat
pada bagian tengah dan jarak operasi sekitar 25-600 mm di atas alat tersebut.
Gambar 2.6Leap Motion Controller (Nowicki et al, 2014).
Gambar 2.7Area Interaksi Leap Motion Controller (Leap Motion, 2015).
Perangkat keras ini tersusun atas tiga LED inframerah dan dua buah kamera IR
monokromatik yang terpisah dengan jarak 4 cm untuk menangkap image dengan
Universitas Sumatera Utara
9
framerate hampir 300 fps yang dikirim ke komputer melalui kabel USB (Kerefeyn et
al, 2015).
Gambar 2.8 Tampilan Skematik Leap Motion Controller
(Weichert et al, 2013).
Data yang diperoleh dari pelacakan yang dilakukan oleh Leap Motion
Controller berupa image hitam putih (grayscale). Data ini ditransfer melalui USB
untuk diproses oleh perangkat lunak Leap Motion Service. Rangkaian image tersebut
kemudian dianalisis untuk membentuk representasi tiga dimensi dari apa yang terlihat
oleh Leap Motion Controller. Algoritma tracking Leap Motion menerjemahkan data
tiga dimensi tersebut dan diperolehlah informasi seperti posisi tangan dan jari. Leap
Motion Service memberikan hasil akhir berupa serangkaian frame yang memuat data
dari objek yang terlacak.
Gambar 2.9Data mentah berupa image hitam putih yang diperoleh dari
kamera Leap Motion Controller(Leap Motion, 2015).
Universitas Sumatera Utara
10
Alat ini bekerja dengan sistem koordinat Cartesian. Koordinat dihitung dalam
satuan mm (milimeter) dan titik pusat sistem (titik 0) berada di bagian tengah alat
tersebut. Koordinat-koordinat tersebut dikonversi ke dalam koordinat layar tergantung
pada ukuran layar atau ukuran jendela aplikasi menggunakan persamaan:
screenX = ((leapX * WindowWidth * 2) / WindowWidth) + (WindowWidth / 2);
screenY = WindowHeight – leapY;
(2.1)
Dimana WindowWidth dan WindowHeight merupakan lebar dan tinggi dari
jendela aplikasi; leapX dan leapY merupakan posisi elemen (misal: jari) pada
koordinat X dan Y area interaksi; screenX dan screenY adalah koordinat layar
(Krastev et al, 2015).
Gambar 2.10Sistem Koordinat pada Leap Motion Controller
(Krastev et al, 2015).
Leap Motion Controller diakses dan diprogram melalui Application
Programming Interfaces (API), dengan didukung oleh berbagai jenis bahasa
pemrograman seperti C#, C++ dan Python. Posisi dari objek diperoleh melalui API.
Koordinat Cartesian dan sistem koordinat spherical digunakan untuk menentukan
posisi pada area interaksi Leap Motion Controller (Guna et al, 2014). Leap Motion
API juga memiliki fungsi untuk mengenali gestur-gestur tertentu, antara lain:
Universitas Sumatera Utara
11
• Circle Gesture: gerakan jari membentuk lingkaran
Gambar 2.11Contoh Penggunaan Circle Gesture(Leap Motion, 2015).
• Swipe Gesture: gerakan tangan linear
Gambar 2.12Contoh Penggunaan Swipe Gesture(Leap Motion, 2015).
• Key Tap Gesture: gerakan jari seakan menekan tombol di udara
Gambar 2.13Contoh Penggunaan Key Tap Gesture(Leap Motion, 2015).
Universitas Sumatera Utara
12
• Screen Tap Gesture: gerakan jari seakan menyentuh layar di udara
Gambar 2.14Contoh Penggunaan Screen Tap Gesture(Leap Motion, 2015).
2.3. Penelitian Terdahulu
Wang et al. (2012) membuat iDental, sebuah dental simulator yang terfokus pada
prosedur scaling dan root planing dengan menggunakan haptic device sebagai
perangkat masukan. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa penetrasi antara alat dan gigi
akan sangat mengurangi ketepatan iDental. Oleh karena itu, perlunya memanfaatkan
haptic device jenis 6-DOF yang digunakan pada penelitian ini dengan umpan balik
tenaga dan putaran pada dental simulatoragar simulasi menjadi lebih realistis.
Pada tahun 2014, Vargas & Vivas melakukan penelitian berupa simulasi bedah
laparoskopi menggunakan dua jenis robot virtual yang dikendalikan melalui Leap
Motion Controller. Robot jenis pertama, Lapbot, berjumlah dua, diletakkan di sebelah
kanan dan kiri pasien untuk menangani operasi; sedangkan sebuah robot jenis kedua,
Hibou, berfungsi sebagai pengarah kamera internal.
Penelitian yang dilakukan oleh Rossol et al. (2014) memanfaatkan Leap
Motion Controller sebagai alat pengenal gestur tangan dan alat bantu untuk
mengontrol visualisasi medis seperti USG. Antarmuka yang dikembangkan pada
penelitian ini menggunakan satu set gestur yang didesain agar efektif baik untuk
penggunaan tangan dan jari maupun alat bantu seperti jarum bedah atau stylus
komputer.
Jayakumar et al. (2015) menggunakan Leap Motion Controller sebagai
perangkat pengenal gestur untuk simulasi operasi katarak. Simulasi ini bersifat
interaktif dengan tersedianya instruksi audio pendek yang menjelaskan prosedur
operasi selama menjalankan simulasi dan video tutorial operasi katarak.
Universitas Sumatera Utara
13
Pada tahun 2015, de Castro et all membuat ATreVEE IN, sebuah simulasi
prosedur kelistrikan dengan menggunakan Leap Motion Controller sebagai alat
masukan yang mendeteksi gerakan tangan dan jari pengguna. Dengan menggunakan
ATreVEE IN, pengguna dapat melakukan latihan prosedur kelistrikan tanpa perlu
khawatir dengan risiko kecelakaan tinggi yang disebabkan oleh listrik yang kerap
terjadi dalam kejadian nyata.
Rangkuman dari penelitian terdahulu dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Penelitian Terdahulu
No.
1
2
3
4
5
Judul
Peneliti
Tahun
iDental: A Haptic- Wang, D. et
Based Dental
al.
Simulator and Its
Preliminary User
Evaluation.
Gesture Recognition Vargas, H.
for Surgical Robot’s F. & Vivas,
Manipulation.
O. A.
Touchfree Medical
Rossol, N.
Interfaces
et al
2012
Interactive Gesture
based Cataract
Surgery Simulation.
ATreVEE IN:
Using Natural
Interaction in
Procedure Simulator
forTraining in the
Electricity Sector
Gesture
Recognition
Device
Simulasi scaling
Haptic
dan root
device
planing
Jenis Sistem
2014
Simulasi bedah
laparoskopi
2014
Antarmuka
medis touchfree
Jayakumar,
A. et al.
2015
Simulasi operasi
katarak
de Castro,
R. H. A. Et
al.
2015
Simulasi
prosedur
kelistrikan
Leap
Motion
Controller
Leap
Motion
Controller
Leap
Motion
Controller
Leap
Motion
Controller
Universitas Sumatera Utara
LANDASAN TEORI
2.1. Scaling dan Root Planing
Scaling dan root planingadalah proses membuang plak dan karang gigi yang dapat
menyebabkan inflamasi untuk memulihkan kesehatan gusi secara menyeluruh. Scaling
adalah proses dimana plak dan karang gigi dibuang dari permukaan supragingiva
(bagian atas gusi) dan subgingiva (bagian bawah gusi), sementara root planing adalah
proses dimana sisa karang gigi yang berada di sementum dikeluarkan dari akar gigi
untuk menghasilkan permukaan gigi yang halus, keras, dan bersih. Scaling dan root
planing bukan merupakan dua prosedur yang terpisah; keduanya termasuk dalam
perawatan periodontal dasar (Dibart, 2010).
Gambar 2.1 Keadaan gigi dan gusi: A. Sebelum proses scaling, B. Saat
proses scaling dilakukan, C. Setelah proses scaling (Kamath et al, 2013).
Universitas Sumatera Utara
6
Peralatan yang digunakan pada proses scaling dan root planing disebut scaler.
Ada dua tipe scaler, yaitu scaler manual dan scaler ultrasonik. Scaler manual
mengandalkan kekuatan tangan operator dalam pemakaiannya, sedangkan scaler
ultrasonik menggunakan tenaga listrik. Scaler ultrasonik terbagi dua berdasarkan tipe
gerakannya, yaitu magnetostictive (elips) dan piezoelectric(linear). Dewasa ini, pada
umumnya praktisi kesehatan gigi menggunakan scaler ultrasonik karena lebih praktis,
efektif, dan efisien dibandingkan dengan scaler manual (Kamath et al, 2013).
Gambar 2.2Scaler ultrasonik piezoelectric(Kamath et al, 2013).
Untuk melakukan scaling dan root planing, terdapat tahapan prosedur yang
perlu dijalani secara bertahap. Tahapan prosedur tersebut adalah sebagai berikut.
1.
Pemeriksaan kedalaman poket periodontal.
Poket periodontal merupakan celah sempit yang terletak di antara gigi dan gusi.
Mengukur kedalaman poket periodontal penting untuk mengetahui tingkat
inflamasi pada gusi.
Gambar 2.3 Ilustrasi poket periodontal (Wang et al, 2012).
Universitas Sumatera Utara
7
2.
Deteksi karang gigi
Karang gigi, atau dalam istilah kedokteran disebut kalkulus (calculus), yaitu plak
yang mengeras dan mengumpul di permukaan gigi. Karang gigi berwarna
kekuningan dan sulit dihilangkan jika hanya dilakukan dengan menyikat gigi atau
flossing. Ukuran, bentuk, dan lokasi karang gigi merupakan parameter yang perlu
diperhatikan saat pendeteksian karang gigi dilakukan. Ciri khas gigi yang
mengandung karang gigi adalah permukaan gigi terasa kasar dan terdapat
endapan kekuningan pada permukaannya.
3.
Proses scaling dan root planing
Proses ini terdiri dari:
a.
Scaling supragingiva: membersihkan karang gigi yang terdapat di bagian atas
gusi, tepatnya pada mahkota gigi.
Gambar 2.4 Scaling supragingiva (Kamath et al, 2013).
b.
Scaling subgingiva: membersihkan karang gigi yang terdapat di bagian
bawah gusi, tepatnya pada akar gigi.
Gambar 2.5 Scaling subgingiva (Kamath et al, 2013).
c.
Root planing: kelanjutan dari scaling subgingiva; membersihkan sisa karang
gigi pada sementum akar gigi.
Universitas Sumatera Utara
8
2.2. Leap Motion Controller
Leap Motion Controller adalah alat sensor yang dikembangkan oleh Leap Motion Inc.
dan dirilis pertama kali pada bulan Juli 2013. Alat ini didesain khusus untuk
mendeteksi posisi, gerakan, serta gestur dari tangan dan jari dengan akurasi sekitar
200µm.Alat ini memiliki area interaksi berbentuk piramida terbalik yang berpusat
pada bagian tengah dan jarak operasi sekitar 25-600 mm di atas alat tersebut.
Gambar 2.6Leap Motion Controller (Nowicki et al, 2014).
Gambar 2.7Area Interaksi Leap Motion Controller (Leap Motion, 2015).
Perangkat keras ini tersusun atas tiga LED inframerah dan dua buah kamera IR
monokromatik yang terpisah dengan jarak 4 cm untuk menangkap image dengan
Universitas Sumatera Utara
9
framerate hampir 300 fps yang dikirim ke komputer melalui kabel USB (Kerefeyn et
al, 2015).
Gambar 2.8 Tampilan Skematik Leap Motion Controller
(Weichert et al, 2013).
Data yang diperoleh dari pelacakan yang dilakukan oleh Leap Motion
Controller berupa image hitam putih (grayscale). Data ini ditransfer melalui USB
untuk diproses oleh perangkat lunak Leap Motion Service. Rangkaian image tersebut
kemudian dianalisis untuk membentuk representasi tiga dimensi dari apa yang terlihat
oleh Leap Motion Controller. Algoritma tracking Leap Motion menerjemahkan data
tiga dimensi tersebut dan diperolehlah informasi seperti posisi tangan dan jari. Leap
Motion Service memberikan hasil akhir berupa serangkaian frame yang memuat data
dari objek yang terlacak.
Gambar 2.9Data mentah berupa image hitam putih yang diperoleh dari
kamera Leap Motion Controller(Leap Motion, 2015).
Universitas Sumatera Utara
10
Alat ini bekerja dengan sistem koordinat Cartesian. Koordinat dihitung dalam
satuan mm (milimeter) dan titik pusat sistem (titik 0) berada di bagian tengah alat
tersebut. Koordinat-koordinat tersebut dikonversi ke dalam koordinat layar tergantung
pada ukuran layar atau ukuran jendela aplikasi menggunakan persamaan:
screenX = ((leapX * WindowWidth * 2) / WindowWidth) + (WindowWidth / 2);
screenY = WindowHeight – leapY;
(2.1)
Dimana WindowWidth dan WindowHeight merupakan lebar dan tinggi dari
jendela aplikasi; leapX dan leapY merupakan posisi elemen (misal: jari) pada
koordinat X dan Y area interaksi; screenX dan screenY adalah koordinat layar
(Krastev et al, 2015).
Gambar 2.10Sistem Koordinat pada Leap Motion Controller
(Krastev et al, 2015).
Leap Motion Controller diakses dan diprogram melalui Application
Programming Interfaces (API), dengan didukung oleh berbagai jenis bahasa
pemrograman seperti C#, C++ dan Python. Posisi dari objek diperoleh melalui API.
Koordinat Cartesian dan sistem koordinat spherical digunakan untuk menentukan
posisi pada area interaksi Leap Motion Controller (Guna et al, 2014). Leap Motion
API juga memiliki fungsi untuk mengenali gestur-gestur tertentu, antara lain:
Universitas Sumatera Utara
11
• Circle Gesture: gerakan jari membentuk lingkaran
Gambar 2.11Contoh Penggunaan Circle Gesture(Leap Motion, 2015).
• Swipe Gesture: gerakan tangan linear
Gambar 2.12Contoh Penggunaan Swipe Gesture(Leap Motion, 2015).
• Key Tap Gesture: gerakan jari seakan menekan tombol di udara
Gambar 2.13Contoh Penggunaan Key Tap Gesture(Leap Motion, 2015).
Universitas Sumatera Utara
12
• Screen Tap Gesture: gerakan jari seakan menyentuh layar di udara
Gambar 2.14Contoh Penggunaan Screen Tap Gesture(Leap Motion, 2015).
2.3. Penelitian Terdahulu
Wang et al. (2012) membuat iDental, sebuah dental simulator yang terfokus pada
prosedur scaling dan root planing dengan menggunakan haptic device sebagai
perangkat masukan. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa penetrasi antara alat dan gigi
akan sangat mengurangi ketepatan iDental. Oleh karena itu, perlunya memanfaatkan
haptic device jenis 6-DOF yang digunakan pada penelitian ini dengan umpan balik
tenaga dan putaran pada dental simulatoragar simulasi menjadi lebih realistis.
Pada tahun 2014, Vargas & Vivas melakukan penelitian berupa simulasi bedah
laparoskopi menggunakan dua jenis robot virtual yang dikendalikan melalui Leap
Motion Controller. Robot jenis pertama, Lapbot, berjumlah dua, diletakkan di sebelah
kanan dan kiri pasien untuk menangani operasi; sedangkan sebuah robot jenis kedua,
Hibou, berfungsi sebagai pengarah kamera internal.
Penelitian yang dilakukan oleh Rossol et al. (2014) memanfaatkan Leap
Motion Controller sebagai alat pengenal gestur tangan dan alat bantu untuk
mengontrol visualisasi medis seperti USG. Antarmuka yang dikembangkan pada
penelitian ini menggunakan satu set gestur yang didesain agar efektif baik untuk
penggunaan tangan dan jari maupun alat bantu seperti jarum bedah atau stylus
komputer.
Jayakumar et al. (2015) menggunakan Leap Motion Controller sebagai
perangkat pengenal gestur untuk simulasi operasi katarak. Simulasi ini bersifat
interaktif dengan tersedianya instruksi audio pendek yang menjelaskan prosedur
operasi selama menjalankan simulasi dan video tutorial operasi katarak.
Universitas Sumatera Utara
13
Pada tahun 2015, de Castro et all membuat ATreVEE IN, sebuah simulasi
prosedur kelistrikan dengan menggunakan Leap Motion Controller sebagai alat
masukan yang mendeteksi gerakan tangan dan jari pengguna. Dengan menggunakan
ATreVEE IN, pengguna dapat melakukan latihan prosedur kelistrikan tanpa perlu
khawatir dengan risiko kecelakaan tinggi yang disebabkan oleh listrik yang kerap
terjadi dalam kejadian nyata.
Rangkuman dari penelitian terdahulu dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Penelitian Terdahulu
No.
1
2
3
4
5
Judul
Peneliti
Tahun
iDental: A Haptic- Wang, D. et
Based Dental
al.
Simulator and Its
Preliminary User
Evaluation.
Gesture Recognition Vargas, H.
for Surgical Robot’s F. & Vivas,
Manipulation.
O. A.
Touchfree Medical
Rossol, N.
Interfaces
et al
2012
Interactive Gesture
based Cataract
Surgery Simulation.
ATreVEE IN:
Using Natural
Interaction in
Procedure Simulator
forTraining in the
Electricity Sector
Gesture
Recognition
Device
Simulasi scaling
Haptic
dan root
device
planing
Jenis Sistem
2014
Simulasi bedah
laparoskopi
2014
Antarmuka
medis touchfree
Jayakumar,
A. et al.
2015
Simulasi operasi
katarak
de Castro,
R. H. A. Et
al.
2015
Simulasi
prosedur
kelistrikan
Leap
Motion
Controller
Leap
Motion
Controller
Leap
Motion
Controller
Leap
Motion
Controller
Universitas Sumatera Utara