Tulang merupakan organ vital yang berperan penting dalam menjalankan berbagai aktivitas sehari-hari. Ketika fungsi tulang terganggu, maka pergerakan manusia akan terhambat. Fraktur adalah suatu keadaan diskontinuitas pada tulang yang dapat disebabkan oleh trauma sebagian atau seluruhnya. Patah tulang bisa disebabkan oleh kecelakaan, osteoporosis, kanker tulang, atau kasus lain yang memberikan tekanan pada tulang. Patah tulang merupakan cedera kedua yang paling umum terjadi di seluruh dunia, mempengaruhi 436 juta orang. Menurut WHO, lebih dari 5,3 juta kecelakaan terjadi pada tahun 2011, 1,3 juta di antaranya mengakibatkan patah tulang. 178 juta kasus patah tulang baru dilaporkan pada tahun 2019 di seluruh dunia. Selain itu, 455 juta kasus patah tulang dengan gejala akut atau jangka panjang juga dilaporkan pada tahun yang sama.
Alat kesehatan yang digunakan untuk mendeteksi dan mendiagnosis patah tulang adalah radiografi atau tomografi sinar-X, Magnetic Resonance Imaging (MRI), dan ultrasonografi (USG). Namun alat tersebut memiliki beberapa kelemahan, seperti biayanya yang mahal dan efek negatifnya bagi tubuh. Alat pencitraan medis yang banyak digunakan untuk mendeteksi patah tulang adalah sinar-X karena merupakan alat yang tercepat dan termudah karena kecepatan dan kemudahan penggunaannya. Namun sinar-X mempunyai beberapa kelemahan, seperti efek radiasi yang dapat merugikan pasien, petugas kesehatan, dan lingkungan rumah sakit. Penggunaan sinar-X secara teratur berbahaya bagi tubuh karena dapat menyebabkan gangguan hematopoietik (kelainan darah) seperti anemia, leukemia, dan leukopenia. Ini juga dapat membunuh sel-sel dalam tubuh dan meningkatkan kemungkinan terjadinya kanker.
Tomografi impedansi Elektrik (EIT) merupakan teknik pencitraan berbasis listrik yang dapat menggambarkan jaringan tubuh dengan memetakan distribusi impedansi listrik pada setiap jaringan. EIT dapat mendeteksi kelainan jaringan akibat perbedaan impedansi jaringan. EIT menilai karakteristik internal tubuh manusia dengan menyuntikkan arus listrik melalui elektroda yang dipasang di permukaannya. Jaringan tulang memiliki variasi bioelektrik yang signifikan karena keragaman morfologinya. Pada patah tulang, jaringan tulang bagian proksimal mengalami peningkatan aliran darah dengan edema lokal akibat reaksi inflamasi dan proses penyembuhan tulang. Peristiwa tersebut menunjukkan adanya difusi material dengan hambatan listrik yang rendah pada bagian yang retak.
Sistem ini terdiri dari perangkat akuisisi data STEMlab Pitaya Merah, Blok DC, rangkaian buffer, Voltage Controlled Current Source (VCCS), demultiplexer, multiplexer, penguat instrumen, dan rangkaian filter. Demultiplexer berfungsi untuk menginjeksikan arus dari VCCS ke phantom dan multiplexer berfungsi untuk mengukur tegangan yang berasal dari phantom. Sistem EIT untuk mendeteksi patah tulang diuji pada bone phantom buatan dalam media berair, yang digunakan sebagai pengganti jaringan lunak. Hantu tersebut dirancang menyerupai tulang paha dan dicetak 3D menggunakan Poly Lactic Acid (PLA). PLA dipilih karena ketersediaan dan kesesuaiannya untuk pencetakan 3D. Dua jenis phantom tulang digunakan dalam percobaan: tulang normal dan patah. Enam belas elektroda kemudian ditempatkan di sekeliling phantom, dengan lebar 15 mm dan tinggi 30 mm. Selama proses analisis data, hasil rekonstruksi gambar tulang femur normal dan tulang femur yang retak dibandingkan dengan gambar aksial objek pencetakan 3D. Perbedaan impedansi dapat diamati dari perbedaan warna pada gambar yang direkonstruksi. Warna yang berbeda mengidentifikasi jenis jaringan yang berbeda dan dapat mendeteksi perubahan fisiologis pada jaringan. Perangkat lunak EIDORS menggunakan skema warna untuk mewakili jenis jaringan yang berbeda, dengan biru tua, biru muda, putih, kuning, merah, dan merah marun mewakili nilai impedansi yang berbeda.
Pencetakan 3D scaffold tulang dan patah tulang yang merupakan hasil rekonstruksi menggunakan EIDORS ditampilkan dalam warna biru, menunjukkan distribusi konduktivitas yang lebih kecil dibandingkan media berair di sekitarnya dengan distribusi konduktivitas lebih tinggi diwakili dalam warna kuning hingga merah. Warna kuning hingga merah merupakan noise dari hasil pengukuran, hal ini dapat disebabkan oleh jarak elektroda yang terlalu kecil dan dapat juga disebabkan oleh kemungkinan adanya zat lain yang tercampur dengan air. Berdasarkan hasil rekonstruksi citra yang dilakukan terlihat bahwa EIT yang dibangun pada penelitian ini mampu mendeteksi perbedaan 3D print tulang normal dan patah tulang dengan menggunakan frekuensi 10 kHz.
Penulis: Alfian Pramudita Putra
Penelitian ini telah dipublikasikan di Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science.
K. Ain, O. N. Rahma, A. P. Putra, N. Syavinas, D. Darmawan, and H. Sohal, 淏one fracture detection using electrical impedance tomography based on STEMlab Red Pitaya, Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, vol. 32, no. 1, p. 150, Oct. 2023, doi: 10.11591/ijeecs.v32.i1.pp150-159.
