Analisis Kelayakan dan Implementasi Sistem Telecytology
Murah Dengan Menggunakan Raspberry Pi, Smart Phone
dan IP Camera Dengan Metode Benchmarking
Magister Teknik Elektro
Dosen: DR. Ir. Iwan Krisnadi, MBA
Makalah ini disusun oleh :
1.
Abstrak
Saat ini minat utama dalam bidang telecytology di seluruh dunia sedang berkembang pesat. Kebutuhan dari cytopathologist untuk menganalisa sampel jaringan atau specimen dari jarak jauh terkendala oleh mahalnya investasi awal dari perangkat pendukungnya baik perangkat keras maupun perangkat kerasnya. Kebutuhan sistem telecytology di Indonesia pun memiliki permasalahan yang sama. Selain biaya awal yang tinggi, jumlah dokter patologi di Indonesia masih relatif sedikit.
Oleh karena itu penulis mencoba untuk melakukan penelitian untuk meneliti kelayakan perangkat keras maupun lunak dari sistem telecytology yang murah dan mudah diaplikasikan dan juga sesuai dengan standar proses diagnosa pada sistem Fine Needle Aspiration (FNA). Penelitian dilakukan dengan melakukan survey dan studi literatur dari jurnal maupun buku yang membahas topik tentang Telemedicine secara umum dan Telecytology secara khusus. Lalu melakukan diskusi dan wawancara dengan dokter ahli patologi. Setelah itu dilanjutkan dengan membuat sistem telecytology baik secara perangkat keras maupun perangkat lunak, dan dilanjutkan dengan pengujian dan pengukuran sistem yang sudah dibuat. Pengukuran dilakukan secara nyata pada 2 (dua) lokasi yang berbeda dengan koneksi Internet dengan bandwidth tertentu. Parameter yang akan diukur meliputi resolusi gambar, frame rate, dan latensi.
Ada 3 sistem telecytology yang akan diukur yaitu pertama, menggunakan Raspberry Pi, kedua menggunakan Smart Phone Android dan ketiga menggunakan IP Camera. Penelitian ini mencoba membuktikan bahwa 3 (tiga) sistem telecytology ini mampu menampilkan citra yang ditangkap oleh mikroskop dan ditampilkan pada lokasi remote dengan resolusi dan bandwidth yang diinginkan. Dengan begitu akan diperoleh hasil penelitian yang memuaskan untuk membuktikan bahwa sistem yang dibuat cukup murah dan layak untuk diaplikasikan secara nyata dalam bidang telecytology di Indonesia.
Keywords : Telecytology, Telepathology, Raspberry Pi
2.
Pendahuluan
Teknologi di bidang kedokteran semakin berkembang, salah satunya adalah telemedicine. Telemedicine adalah suatu proses pengobatan jarak jauh dengan menggunakan jaringan telekomunikasi dan teknologi komputer. Telemedicine bertujuan untuk meningkatkan kualitas hidup manusia dengan meningkatkan kualitas dan efisiensi pelayanan kesehatan. Peralatan yang digunakan dalam telemedicine adalah teknologi komputer dan jaringan data telekomunikasi. Aplikasi telemedicine dalam pelayanan kesehatan antara lain teleradiologi, telepatologi, teledermatologi, telekardiologi, teleoptalmologi, telekonsultasi dan teleedukasi. Keuntungan utama telemedicine yaitu menghemat waktu dan biaya pengobatan serta meningkatkan efisiensi pengobatan.
perkembangan penyakit (sebagian besar untuk penyakit kanker) dengan menganalisia perubahan fungsi atau bagian tubuh seperti darah, urine, sampel jaringan, dll melalui mikroskop dari lokasi yang jauh.
Di dalam system telepatologi melibatkan penggunaan teknologi komputer dan teknologi telekomunikasi dalam melakukan diagnosa pada suatu spesimen penyakit. Penggunaan teknologi video untuk examinasi dan konsultasi penanganan penyakit pada bagian-bagian tubuh yang berukuran mikroskopis untuk telepatologi telah dibuktikan berhasil dilakukan.
Persyaratan minimum yang dibutuhkan untuk system telepatologi adalah : • Mikroskop.
• Kamera atau WebCam
• Personal Computer atau Notebook untuk telepatologis. •Jaringan telekomunikasi data.
Fine Needle Aspiration (FNA) adalah standar perawatan dalam proses diagnosa dalam banyak penyakit. Gabungan FNA dengan panduan radiologis meningkatkan akurasi dan ketepatan sampel, memungkinkan pengambilan sampel tumor yang prosedur yang dijalanin oleh pasien. Dalam pendekatan OSEA, cytotechnologist, dan pasien hadir di lokasi laboratorium pada saat biopsi dan sistem telecytology yang digunakan menyajikan temuan mikroskopis secara langsung melalui live video langsung ke cytopathologist di lokasi lain.
Beberapa peneliti telah menggunakan sistem telecytology untuk beberapa kasus uji klinis termasuk endobronkial ultrasonografi yang dipandu FNA, kelenjar getah bening, kelenjar tiroid yang dipandu FNA, dan USG endoskopi pankreas yang dipandu FNA.
Hasil yang dicapai oleh sistem telecytology sangat menguntungkan, hambatan terbesar untuk implementasi sistem secara luas adalah investasi awal yang sangat besar di awal sistem tersebut dibangun secara komersial, yang harganya berkisar dari USD 5000 sampai USD 25.000. Salah satu upaya untuk mengatasi hambatan ini, maka penulis mencoba untuk mengembangkan dan menguji sistem telecytology yang sederhana namun fungsional yang dapat diperoleh secara murah.
3.
Tujuan dan Sasaran
tersedia dalam hal ini adalah Raspberry Pi, Mobile Phone Android dan IP Camera dengan harga yang murah. Sasaran selanjutnya dari penelitian ini adalah dilakukan pengukuran untuk membandingkan (benchmarking) dan untuk membuktikan bahwa sistem yang dibuat apakah sudah sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian dan pengukuran alat dilakukan secara real dengan menempatkan sistem di 1 lokasi untuk diakses oleh pengamat di lokasi yang lain lewat jaringan Internet.
4.
Ruang Lingkup
Ruang Lingkup penelitian ini dibatasi pada pembuatan sistem telecytology dan pengujian dan pengukuran pada alat untuk mengetahui kelayakan dan keandalan dari sistem ini untuk diterapkan di Indonesia.
5.
Rumusan Permasalahan
1) Jumlah dokter ahli Patologi yang terbatas di Indonesia (± hanya ada 750 orang data tribunnews, separuh dari yang dibutuhkan sekitar 1500 dokter patologi) dan jumlah pasien yang semakin meningkat.
2) Keterbatasan fasilitas medis yang tersedia dan investasi awal alat-alat pathology yang relatif mahal.
3) Penjangkauan layanan patologi terkendala letak geografis yang jauh karena terbatasnya jumlah dokter patologi yang ada.
4) Kebutuhan diagnosa yang cepat dan pelayanan yang efektif serta efisien.
Batasan Masalah
1) Biaya implementasi sistem yang murah.
2) Pengukuran dilakukan pada resolusi gambar dan frame rate tertentu.
3) Sistem yang dibuat dan diuji ada 3 jenis, yaitu : Raspberry Pi dengan Webcam, Mobile Phone Android , dan Xiao Yi Ant IP Camera.
Total biaya investasi awal dari system telecytology yang sudah ada sangat besar. Di Amerika perbandingan harga bisa dilihat pada tabel 1 dan table 2 dibawah ini. Harga ini diambil pada akhir tahun 2013, jika dikurs dengan Dollar pada saat ini, maka investasi awal di Indonesia menjadi jauh lebih mahal lagi. Harga sistem Raspberry Pi yang dibuat berkisar USD : 85.55 USD. Harganya 120x lebih murah dibanding pilihan perangkat keras yang paling mahal. Dan 7x lebih murah dari pada iPhone. Harga yang lebih mahal tidak menjamin kualitas resolusi gambar yang dihasilkan.
Table 1 Itemized list of the Raspberry Pi system including cost.
No. Components Cost (USD)
1 Power source: Vivitar 5 V, 2 A 4.99
2 Cable: USB to mini-USB power cable 4.00
3 Raspberry Pi board 35.00
4 Logitech C300 camera 22.50
5 13/4-in PVC pipe 0.10
6 1/4 -20 1-in thumbscrew type P (8 pieces) 4.00
7 1/4-in hex nuts (8 pieces) 0.48
9 Gorilla Glue super glue 1.00
10 16 GB SD card 12.98
Total amount 85.55
Tabel 1. Harga dari sistem Raspberry Pi dan komponen-komponennya.
Table 2 Costs of currently available telecytology systems.
No. System On-site equipment Itemized cost Total cost
1 Nikon Digital microscope camera system DS-Ri 5500.00 10,200.00
Control unit DS-L3 4700.00
2 Olympus Olympus DP72 camera replaced by DP73 8000.00 10,150.00
CellSens software plus the telepathology 1800.00 module
Windows operating PC 350.00
3 Skype system SPOT Insight wide-field 4-megapixel CCD 4619.30 5568.30
scientific color digital camera
SPOT Advanced software, version 4.7 599.00
Windows operating PC 350.00
4
iPhone with
Fa-ceTime iPhone 4S 549.00 624.00
iPhone adapter 75.00
5 ipCam system iPhone 4S 549.00 626.99
iPhone adapter 75.00
ipCam software 2.99
6 Raspberry Pi See Table 1 See Table 1 85.55
Tabel 2. Perbandingan harga dari sistem Telecytology.
6.
Metodologi
1) Studi Literatur
2) Diskusi dan Wawancara
3) Metode eksperimen dan benchmarking dengan pengujian dan pengukuran sistem telecytology
Pada penelitian ini langkah-langkah sebagai berikut :
Pertama, melakukan studi literature atau studi pustaka. Kedua, dilanjutkan dengan diskusi dan wawancara dengan praktisi medis, dalam hal ini dokter ahli patologi. Ketiga, dilakukan perancangan sistem dan keempat, dilakukan pengujian, pengukuran serta benchmarking untuk mengukur sejauh mana penggunaan sistem Raspberry Pi, Mobile Phone Android dan IP Camera cukup layak untuk memberikan solusi alternatif murah bagi cytopathologist untuk menganalisa spesimen jaringan secara remote dari jarak jauh.
.
Alat yang dibuat merupakan gabungan dari perangkat keras dan perangkat lunak. Oleh karena itu penulis memilih Raspberry Pi, Mobile Phone berbasis Android dan IP Camera (harga dipasaran di Indonesia sudah cukup murah). Raspberry Pi adalah sebuah komputer berukuran sebesar kartu kredit dengan konsumsi daya yang sangat kecil. Pada mulanya diciptakan oleh Eben Upton untuk keperluan pengenalan programming bagi anak-anak usia muda. Namun pada perkembangannya secara luas digunakan dalam berbagai proyek yang sangat berguna sebagai aplikasi untuk memecahkan berbagai masalah sehari-hari. Sedang Mobile Phone berbasis Android dipilih karena relatif mudah diperoleh di pasaran dan harganya yang relatif murah, terutama untuk smart phone segmen low-end. Sedangkan untuk IP Camera dipilih merk Xiao Yi Ant Camera dengan harga yang relatif terjangkau.
Sistem yang dievaluasi akan diukur dengan parameter sebagai berikut : resolusi, frame rate dan latensi. Resolusi gambar adalah banyaknya detail gambar yang tersimpan biasanya dalam pixel, dan ukurannya width x height. Frame rate adalah jumlah bingkai gambar atau frame yang ditunjukkan setiap detik dalam membuat gambar bergerak, diwujudkan dalam satuan fps (frames per second), makin tinggi angka fps-nya, semakin mulus gambar bergeraknya, namun bandwidth yang dibutuhkan juga semakin besar. Latency adalah istilah jaringan untuk menggambarkan total waktu yang dibutuhkan suatu paket data untuk berpindah dari satu node ke node yang lain. Dalam konteks lain, ketika sebuah paket data ditransmisikan dan kembali ke asal paket itu berasal, total waktu untuk satu putaran tersebut dikenal sebagai latency.
Gambar 1. Tabel Resolusi Citra Digital.
Gambar 2. Arsitektur Telecytology Raspberry Pi, Smart Phone dan IP Camera
Pada penelitian ini akan ada 2 sistem telecytology yang digunakan sebagai perbandingan dengan Raspberry Pi. Perangkat yang akan dites adalah :
1) Raspberry Pi type 2 dan Raspberry PI Camera.
2) HP Andorid merk Asus tipe Asus Fone 4 dengan aplikasi Asus Party Link. 3) IP Camera merk Xiao Yi Ant Camera dengan aplikasi Xiao Yi Ants Camera
dan iSpy Camera.
Perangkat Keras
Perangkat keras berupa Raspberry Pi (Single Board Computer) dan kamera Webcam merk Logitech. Selain itu diperlukan Notebook atau PC yang digunakan secara remote untuk melihat citra yang dihasilkan oleh Raspberry Pi maupun iPhone.
Spesifikasi Raspberry Pi :
1) Power micro USB 5V 1.5 A, Konsumsi daya sebesar 3.5W. 2) CPU ARM 11 700 MHz, bisa di overclock menjadi 1 GHz. 3) Storage menggunakan Micro SD (untuk type B+/2). 4) Memory 512 MB (type B+), 1 GB (type 2).
5) Slot USB (4 buah untuk type B+/2). 6) Ethernet Card 10/100 MHz.
7) Video Output RCA Composite dan HDMI. 8) Audio Output .
Spesifikasi Raspberry PI Camera :
Size around 25 x 20 x 9 mm
Weight 3 g
Video modes 1080p30, 720p60 and 640x480p60/90 Linux integration V4L2 driver available
C programming API OpenMAX IL and others availab-le
Sensor OmniVision OV5647
Sensor resolution 2592 x 1944 pixels Sensor image area 3.76 x 2.74 mm Pixel size 1.4 µm x 1.4 µm Optical size 1/4"
Full-frame SLR lens
equiva-lent 35 mm
S/N ratio 36 dB
Dynamic range 67 dB @ 8x gain Densitivity 680 mV/lux-sec Dark current 16 mV/sec @ 60 C Well capacity 4.3
Ke-Fixed Focus 1 m to infinity Focal length 3.60 mm +/- 0.01 Horizontal field of view 53.50 +/- 0.13 degrees Vertical field of view 41.41 +/- 0.11 degress Focal ratio (F-Stop) 2.9
Spesifikasi Mobile Phone merk Asus Zenfone 4 berbasis Android :
1) Android 4.3 (Jelly Bean)
2) Dimensi Phone: 124.42 x 61.44 x 11.2 ~ cm (LxWxH) 3) Berat : 115 g (dengan baterai)
4) CPU : 2X2:Intel® Atom™ Multi-Core Z2520 Processor 1.2 GHz with Intel Hyper-Threading Technology
5) Memori : 1 GB
6) Storage : 8GB eMMC Flash
7) Slot Memori : Micro-SD card (hingga 64 GB) 8) Teknologi Konektivitas : WLAN 802.11 b/g/n 9) Bluetooth V4.0+A2DP
10)Dual Micro SIM card
11)Network Standard UMTS/WCDMA
12)Display : 4.0inci, WVGA 800x480, TFT dengan Capacitive touch panel 13)Wireless :
• 802.11 b/g/n,Bluetooh 4.0 dengan A2DP • Wi-Fi Direct, Hotspot capability
14)Konektivitas :
• MicroUSB, 3.5mm earjack
• MicroSD card support up to 64GB 15)Audio :
• ASUS SonicMaster untuk suara lebih jernih dan bass lebih dalam • FM Receiver (Radio)
16)Video
• Playback MPEG-4 up to 1080p
• Video recording MPEG-4 1080p at 30fps • DivX, H.264, MPEG4, H.263, Xvid, 3gP 17)Baterai Phone : 1600 mAh Lithium
18)Kamera :
Front 0.3 Mega-Pixel
Rear 5 Mega-Pixel, Auto Focus
Spesifikasi IP Camera merk Xiao Yi Ant Camera :
1) Camera : 20fps (1280 x 720) 2) Lens Horizontal Viewing Angle : 92.7 degree
3) Vertical Viewing Angle : 48.7 degree 4) Diagonal viewing angle : 111.2 degree
5) Networking : IEEE802.11b, 802.11g, 802.11n Draft IPV4, UDP, TCP, HTTP, RTP/RTSP, DHCP, P2P
6) Storage : Micro SD 32GB 7) Dimension : 114.4 x 80 mm
Spesifikasi lengkap Hardware :
Raspberry Pi yang dipilih adalah Raspberry Pi type 2 dilengkapi dengan adaptor micro USB power supply 5 V dan 2 A, dan media penyimpanan microSD Card dengan besar 16 GB merk Sandisk. Raspberry Pi terkoneksi dengan internet dengan menggunakan kabel Ethernet.
Gambar 3. Sistem Raspberry Pi, Asus Zenfone 4 dan Ant IP Camera.
Perangkat Lunak
Pada saat awal setup sistem Raspberry Pi kita memerlukan keyboard, mouse dan monitor. Kita harus mendownload Raspbian Wheezy Linux for Raspberry Pi yang akan kita gunakan sebagai Operating System. Image yang didownload lalu diburn dengan menggunakan software Image Writer di Linux atau Win32DiskImager di Windows. Setelah itu, Raspberry Pi dikonfigurasi IP Addressnya agar bisa diakses lewat jaringan LAN atau Wifi. Selain itu kita perlu menginstall software Motion yang akan digunakan untuk mengakses Live Video yang dicapture dari Mikroskop. Cara mengakses software ini dilakukan lewat Web browser, maka diperlukan IP Address Publik (bisa IP Address dinamis ataupun fix) dan port 8081 harus dibuka pada firewall jika terletak di dalam firewall atau juga bisa diletakkan di DMZ. Selain itu bisa menggunakan layananan Weaved sehingga tidak diperlukan setup pada router atau firewall jaringan yang ada.
Untuk Mobile Phone Asus Zenfone 4 diakses dengan menggunakan software party linkup Asus Smart phone dan untuk Xiao Yi Ant Camera bisa diakses dengan Xiao Yi Camera App di Smart phone dan iSpy Camera di PC.
Cara Pengujian dan Pengukuran
Pengukuran dilakukan untuk mengukur perbedaan waktu antara mikroskop yang sedang memfokuskan objek yang diamati dengan pengamat di sisi lokasi remote yang melihat objek yang sama dengan nilai resolusi dan frame rate yang tetap. Pengukuran dilakukan dengan stopwatch dengan mengukur pada awal citra mulai diamati dan dihentikanp pada saat citra sudah stabil di layar komputer remote.
Ketika mikroskop mulai digerakkan untuk melihat objek, stopwatch mulai di tekan start. pengamat mengamati dari komputer yang berbeda, setelah gambar yang ditampilkan pada layar komputer stabil, stopwatch distop. Citra gambar dicapture dengan menggunakan software snapshot. Proses ini diulang 100 kali untuk setiap sistem telecytology yang diuji..
8.
Hasil Yang Diharapkan
Perbandingan dari sisi biaya
Ditinjau dari sisi biaya diharapkan 3 (tiga) sistem telecytology ini terjangkau dengan investasi awal sistem dibawah 1.5 juta rupiah. Sehingga bisa diaplikasikan secara luas di Indonesia.
Perbandingan dari sisi performance :
Dari sisi performance dari sistem telecytology yang dibuat bergantung pada resolusi kamera dan frame rate yang dipilih. Makin tinggi resolusi kamera, maka latensi bisa semakin jelek. Selain itu tergantung juga pada bandwidth yang tersedia.
Sistem Telecytology yang menggunakan Raspberry Pi, Mobile Phone dan IP Camera diharapkan memiliki keunggulan sebagai berikut :
1) Biaya yang relatif murah sehingga dapat diaplikasikan secara massal di seluruh Indonesia..
3) Mudah diaplikasikan, terutama di Indonesia yang memiliki kendala pada biaya dan ahli patologi yang terbatas.
4) Kemampuan untuk menggunakan bandwidth yang terbatas, sehingga tidak membebani dari sisi biaya sewa jaringan data telekomunikasi.
5) Dapat diakses secara mobile oleh cytopathologist dan timnya
Secara garis besar diharapkan untuk diperoleh manfaat dari 2 (dua) sisi dengan implementasi sistem telecytology murah di Indonesia.
Manfaat sistem Telecytology bagi Pasien
1) Biaya yang lebih murah. Karena pasien tidak perlu harus datang ke pusat laboratorium di kota besar untuk melakukan pemeriksaan sample jaringan. 2) Penanganan yang lebih cepat dan cermat.
Manfaat sistem Telecytology bagi Rumah Sakit
1) Untuk mengoptimalkan pelayanan sehingga penanganan kasus lebih cepat. 2) Penambahan jumlah pasien tanpa perlu menambah investasi, bisa menekan
biaya awal investasi dari sistem ini.
9.
Daftar Pustaka
1. Radu Dudas BS, Christopher Vande Bussche, MD, PhD, Alex Baras, MD, PhD, Syed Z.Ali, MD, FRCpath FIAC, Matthew T. Olson, MD, Inexpensive Telecytology solutions that use the Rapsberry Pi and the iPhone.
2. Research and Development Team, Health Proffesional Education Quality (HPEQ) Project, Dirjen Dikti Kemendikbud 2010, Potret Ketersediaan dan Kebutuhan Tenaga Dokter.
3. Richard Wootton, Nivritti G Patil, Richard E Scott and Kendall Ho, Telehealth in the Developing World.
4. Michael Thrall, Liron Pantanowitz, Walid Khalbuss, Telecytology: Clinical applications, current challenges, and future benefits.
5. Sani Abubakar Malami, Recent Advances in Telepathology in the Developing World
6. E. Kldiashvili, A. Burduli, G. Ghortlishvili, D. Agladze, I. Sheklashvili, The medical information system and its application for quality assurance programs in cytology – Georgian experience
7. Edmund S. Cibas,MD and Barbara S. Ducatman, MD, Cytology, Diagnostic Prin-ciples and Clinical Correlated. Abideen O. Oluwasola, FWACP, David Malaka, MD, Andrey Ilyich Khramtsov, PhD, Offiong Francis Ikpatt, PhD, Abayomi Ode-tunde, MSc, Oyinlolu Olorunsogo Adeyanju, PhD, Walmy Elisabeth Sveen, MSb, Adeyinka Gloria Falusi, PhD, Dezheng Huo, PhD, Olufunmilayo Ibironke Olopa-de, FACP, Use of Web-based training for quality improvement between a field im-munohistochemistry laboratory in Nigeria and its United States–based partner in-stitution.
8. Clovis Klock and Regina de Paula Xavier Gomes, Web conferencing systems: Skype and MSN in telepathology.
