Cardiac Monitor Berbasis Personal Computer (PC) Parameter Electrocardiograph (ECG)

Transkripsi

1 Cardiac Monitor Berbasis Personal Computer (PC) Parameter Electrocardiograph (ECG) Rohadatul Aisy, Dr. I Dewa Gede Hari W.,ST., MT, Muhammad Ridha Mak ruf, ST.,M.,Si. Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA ABSTRAK Cardiac Monitor merupakan alat untuk memonitor pasien yang terindentifikasi memiliki kelainan jantung dengan memanfaatkan sinyal ECG dan PCG untuk mendapatkan informasi suara jantung pertama (S) terhadap sinyal jantung. Alat yang ada saat ini hanya menampilkan salah satu sinyal, sedangkan untuk mendapatkan diagnose suara jantung normal dan abnormal membutuhkan informasi dari kedua sinyal. Harapan penulis seorang ahli mampu mengklasifikasikan dan menjelaskan aktivitas mekanik jantung dengan menampilkan kedua sinyal secara simultan. Sinyal ECG didapatkan dari aktivitas elektrik jantung yang disadap menggunakan elektroda. Sinyal hasil sadapan dari elektroda akan diproses pada rangkaian mikrokontroller. Dalam pengolahan data untuk dapat ditampilkan pada PC penulis menggunakan IC Atmega sebagai pemroses mikrokontroller. Proses pemantauan alat ini dilakukan dengan menampilkan sinyal ECG pada Delphi. Berdasarkan hasil pengujian dan pengukuran pada orang pasien dengan pengukuran sebanyak kali menggunakan pembanding alat BPM pada phantom ECG dan Patient Monitor, didapatkan nilai rata-rata yang tidak jauh berbeda dengan nilai pembanding, yaitu sebesar bpm pada patient monitor dengan presentase error maksimal -,%. Setelah melakukan proses perencanaan, percobaan, pembuatan modul, dan pengujian serta pendataan dapat disimpulkan bahwa alat Cardiac Monitor berbasis Personal Computer parameter (ECG) dapat digunakan dan sesuai perencanaan. Kata Kunci : PCG, Delphi, Monitoring PENDAHULUAN Cardiac Monitor merupakan alat untuk memonitor pasien yang terindentifikasi memiliki kelainan jantung. Salah satu metode untuk mendeteksi awal dari penyakit jantung yang berkaitan dengan ketidaknormalan katup jantung yang dapat dilakukan dengan teknik auskultasi. Auskultasi merupakan teknik mendengarkan suara jantung menggunakan Stetoscope Electric. Posisi perekaman pada pasien yaitu dengan cara stethoscope mic condenser diletakkan di Pulmonary Artery untuk sensor Phonocardiograph. Sedangkan untuk Electrocardiograph posisi perekaman sinyal menggunakan lead II yaitu elektroda diletakkan pada tubuh pasien bagian tangan kiri, kaki kanan dan kaki kiri. Cara kerja dari alat Cardiac Monitor ini yaitu dengan menggunakan sensor Mic Condensor pada parameter PCG (phonocardiograph), dan pada parameter ECG (Electrocardiograph) menggunakan electrode lead II. Kemudian hasil rekaman sinyal ECG dan hasil rekaman suara PCG ditampilkan ke PC (Personal Computer).

2 Kerusakan pada jantung yang menyebabkan terjadinya murmur (membuka dan menutupnya katup jantung) tidak bisa diklasifikasikan secara spesifik dari sinyal jantung saja. Murmur tersebut menimbulkan getaran yang menyebabkan terjadinya suara jantung, sehingga dibutuhkan klasifikasi suara jantung dan sinyal jantung untuk mengidentifikasi kelainan jantung Pentingnya klasfikasi suara jantung dan sinyal jantung didukung oleh penelitian yang sudah dilakukan. Salah satunya penelitian kelainan suara jantung dengan auskultasi menggunakan stetoskop, tetapi dalam mendapatkan suara jantung normal dan tidak normal yang akurat membutuhkan kepekaan telinga dan tingkat pengalaman seorang ahli untuk membedakan satu kelainan dengan kelainan yang lain. (Eko Agus S.,0). Sinyal ECG juga dapat memberikan informasi terkait aktivitas mekanik jantung, tetapi tidak sepenuhnya bisa menggambarkan kelainan jantung yang sebelumnya dialami, sehingga kelainan jantung tersebut tidak bisa dideteksi dari sinyal jantung. (Eko Agus S.,0). Electrocardiography (ECG) berbasis Personal Computer pernah dibuat oleh (Agnia Nerlika, 00), tetapi hanya menampilkan grafik sinyal ECG Dan Phonocardiography (PCG) berbasis Personal Computer oleh (Dian Hera Natalina, 0) hanya menampilkan grafik sinyal PCG. Dari latar belakang masalah diatas, Penulis menggabungkan kedua alat tersebut untuk menampilkan kedua sinyal secara simultan, serta untuk mendapatkan informasi tentang suara jantung pertama (S) terhadap sinyal jantung melalui alat Cardiac Monitor. BATASAN MASALAH. Posisi perekaman sinyal jantung hanya pada lead. Perekaman sinyal jantung menggunakan elektroda. Grafik ECG (P,Q,R,S, dan T) akan ditampilkan pada PC. Tampilan sinyal jantung berupa grafik. Menggunakan IC Mikrokontroller Atmega. Menggunakan Delphi sebagai software monitoring ECG. Setelah di SAVE tampilan terdapat garis batas sejajar pada pulsa R sinyal ECG RUMUSAN MASALAH Dapatkah dibuat alat Cardiac Monitor dengan sinyal ECG dan sinyal PCG berbasis Personal Computer (PC)? TUJUAN PENELITIAN ) TujuanUmum Dibuat alat Cardiac Monitor dengan sinyal ECG dan sinyal PCG berbasis Personal Computer (PC)? ) Tujuan Khusus. Merancang rangkaian penyadap sinyal jantung.. Merancang rangkaian pengolah sinyal jantung.. Merancang software untuk menampilkan bentuk sinyal pada monitor.. Merancang rangkaian minimum system microcontroller Atmega.

3 . Merancang software pada pemrograman Delphi untuk tampilan hasil grafik sinyal ECG. MANFAAT PENELITIAN ) Manfaat Teoritis Untuk menambah ilmu pengetahuan di bidang teknik elektromedik khususnya tentang dua variabel dalam dinamika jantung yaitu suara jantung menggunakan Phonocardiography dan sinyal jantung menggunakan Electrocardiography. ) Manfaat Praktis Diharapkan dengan menggunakan alat ini dapat membantu mengklasifikasikan dan menjelaskan kelainan jantung yang sebelumnya terjadi kerusakan pada jantung yang menyebabkan terjadinya murmur (membuka dan menutupnya katup jantung) melalui sinyal suara jantung dan sinyal jantung. TELAAH PUSTAKA ) Jantung Jantung ( dalam bahasa Yunani disebut cardia ) adalah sebuah rongga, organ berotot yang memompa darah lewat pembuluh darah oleh kontraksi berirama yang berulang. Jantung adalah salah satu organ yang berperan dalam sistem peredaran darah. Secara internal, jantung dipisahkan oleh sebuah lapisan otot menjadi dua belah bagian, dari atas ke bawah, menjadi dua pompa. Kedua pompa ini sejak lahir tidak pernah tersambung. Belahan ini terdiri dari dua rongga yang dipisahkan oleh dinding jantung. Maka dapat disimpulkan bahwa jantung terdiri dari empat rongga, yaitu serambi kanan dan serambi kiri, serta bilik kanan dan bilik kiri ) Sinyal Jantung Jantung amerupakan otot yang bekerja terus menerus seperti pompa. Setiap denyut jantung dibentuk oleh gerakan impuls listrik dari dalam otot jantung. Sel-sel pacemaker merupakan sumber bioelektrik jantung. Ada tiga sumber utama pacemaker, yaitu SA Node, AV Node dan serabut punkinje / otot ventrikel. Electrocardiograph (ECG) merupakan metoda yang umum dipakai untuk mengukur kinerja jantung manusia melalui aktivitas elektrik jantung. Sinyal jantung (ECG) merupakan sinyal biomedik yang bersifat nonstationer, dimana sinyal ini mempunyai frekuensi yang berubah terhadap waktu sesuai dengan kejadian fisiologi jantung. Informasi seputar kerja jantung dapat diperoleh melalui prinsip kelistrikan pada jantung. ECG memiliki peran penting dalam proses pemantauan dan mencegah serangan jantung. (Eko Agus S.,0). Gambar Jantung Manusia Gambar Sinyal ECG

4 Sinyal ECG terdiri dari tiga gelombang dasar P (depolarisasi atrium), kompleks QRS (depolarisasi ventrikel) dan gelombang T (repolarisasi ventrikel). Gelombang P pada umumnya berukuran kecil dan merupakan hasil depolarisasi otot atrium. Gelombang kompleks QRS ialah suatu kelompok gelombang yang merupakan hasil depolarisasi otot ventrikel, dan Gelombang T menggambarkan repolarisasi otot ventrikel. ) Cardiac Monitor Cardiac Monitor merupakan alat monitoring yang menggabungan Phonokardiograf dengan Elektrokardiograf, bertujuan untuk mengetahui periode sistol dan diastol dari siklus jantung sehingga jika ada mumur jantung dapat diketahui katup mana yang mengalami kelainan. Data yang dihasilkan dari kedua alat tersebut lebih akurat dibandingkan stetoskop akustik. Dengan phonocardiograph selain suara, dapat dilihat seeara visual pola dari aktifitas jantung pada layar monitor. Penggabungan dengan elektrokardiogram (ECG) dapat mendeteksi kelainan kebocoran katup jantung bagian mana,sehingga diagnosa dapat lebih akurat. Suara-suara yang kecil sekalipun dapat direkam dan dapat divisualisasikan pada layar. Dari hasil visualisasi dapat diidentifikasi adanya kelainan jantung. ) Mikrokontroller ATmega R 0 K PB RESET U pc SW pd0 pc (rst) pc (ADC/SCL) pc pd pd0 (RxD) pc (ADC/SDA) pc pd (TxD) pc (ADC) + C pd pc pd pd (INT0) pc (ADC) pc 0 uf pd pd (INT) pc (ADC) pc0 pd (XCK/T0) pc0 (ADC0) AGND AREF J pb GND AREFF 9 0 A C pb 0 pb (XT) A 9 pb pd pb (XT) pb (SCK) pb pd pd (T) pb (MISO) pb pd pd (AIN0) pb (OC/MOSI) pb 0 pf pb0 pd (AIN) pb (SS/OCB) pb Y pb0 (ICP) pb (OCA) ke Prog MHZ ATmega-DIL C 0 pf Gambar ATmega Mikrokontroler AVR ATmega memiliki fitur yang cukup lengkap. Mikrokontroler AVR ATmega telah dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM, analog comparator, dll. ) PL 0 Ini merupakan komunikasi serial yang simpel. Modul ini dibantu dengan output tegangan,v dan V. Led merah sebagai indikator power supply dan yang hijau sebagai RX dan TX. Juga terdapat STC MCU dan STMF0 seri MCU. Gambar PL0 ) Delphi Gambar hasil visualisasi sinyal ECG dan PCG Gambar Delphi

5 METODOLOGI PENELITIAN Diagram Mekanis Sistem ) Diagram Alir Reciver Diagram Blok Sistem PEMBUATAN, PENGUJIAN dan PEMBAHASAN Pembuatan ) Rangkaian Instrument Amplifier R 0M R 0M C 0pF J TP Diagram Alir Sistem ) Diagram Alir Transmitter J E J E C 0.uF C 0.uF R 0M R 0M C uf R K - + +v + - UD TL0 UA TL0 to Filter J -v EG Rangkaian Instrumen amplifier yang digunakan untuk menyadap sinyal EKG dari tubuh pasien. Berikut ini hasil keluaran instrument amplifier pada osiloskop :

6 Amplitudo = tinggi x volt/div =0. x = 0. v Vout = [(Xcl / ( Xcl + R)).Vin]. Ar =[(,/(,+00000)).0,9V].9 ) Rangkaian Filter = [(,/,).0,9 V].9 f rom Instrument J TP C 0uF R K 0 UC TL0 J TP R0 0K R 0K R C - + C 0.uF 0.uF 0K UB TL0 R 0K C 0.uF R 0K J9 TP C 0.uF to Adder = 0,9. 9 = V Hasil output pada osiloskop : R 00K C uf R K R9 0K Rangkaian Filter terdiri dari High Pass Filter 0dB dan Low Pass Filter 0dB (aktif dan pasif). Menentukan frekuensi cut-off berdasarkan frekuensi ECG. Berikut perhitungan masing-masing rangkaian: Perhitungan untuk penentuan nilai Fc dan penguatan High Pass Filter 0dB (EN) : Fch = / ( π R C) = / (., ) = / (, ) = 0 / 0, = 0, Hz Xch = / π F C = /.,. 0, = 0 / =, Vout h = (R /( R + Xc)).Vin = (000 / (000+,)). 0, V = (000 /,).0, V= 0,9 V Fcl = / ( π R C) = / ( ) =0 /, =,9 Hz Ar = R / (R9 + R) = / ( ) = 9 kali Xcl = / π F C = /.,. 0,..0 - = 0 / =, A = Tinggi x Volt/Div =, x V =, V Perhitungan untuk penentuan nilai Fc dan penguatan Low Pass Filter 0dB (EN) : Fc = / ( π R C) = / (., ,.0 - ) = / (,. 0. 0,.0 - ) = / (,9. 0 ) = 0 /,9 =, Hz ω / ωc = fin / fc ω = 0 /,. ωc = 0,9. ωc ω =, ,/R C Acl = / + ω R C = / +., ,/ R C. R C = / +,.0 - = / = Acl = Vout / Vin = Vout / V Vout = Berikut pengukuran EN sebagai output low pass filter 0dB pada osiloskop :

7 A = Tinggi x Volt/Div =, x V =, V ) Rangkaian Adder from Filter +v D.V R K R 0K C0 00uF R K C9 0uF + - +v UA LM J Out ECG Untuk menaikkan referensi agar tidak terpotong oleh ADC. C0 = 00μF dan R = K merupakan HPF pasif dengan frekuensi Fc = / π RC ω / ωc ω = /., = / 0, = 0,0 Hz = fin / fc ω = /R C = 0,0 / 0,0. ωc =. ωc Acl = / + (/ω R C ) Acl = / + [/ (/R C ). R C ] = / = 0,0 = Vout / Vin 0,0 = Vout /,V Vout = 0,9 Hasil output pada osiloskop: Ref Gnd = V A = Tinggi x Volt/Div =, x V=, V ) Mikrokontroller ATmega SW reset J RESET SCK MISO MOSI PROG_ISP Listing Program Codevision AVR :. Untuk pembacaan ADC dan inisialisasi #include <mega.h> #include <delay.h> // Standard Input/Output functions #include <stdio.h> #define ADC_VRF_TYPE 0x0 unsigned intread_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(0); ADCSRA =0x0; while ((ADCSRA & 0x0)==0); ADCSRA =0x0; return ADCW; }. Listing program pengiriman data melalui PL0 GND R 0K RESET C 0uF/V J PB J PD COUNTER0 COUNTER MOSI MISO SCK RESET 9 0 GND unsigned intecg=0; unsigned intpcg=0; 9 0 U PB0(XCK/T0) PA0 (ADC0) PB(T) PA (ADC) PB(INT/AIN0) PA (ADC) PB(OC0/AIN) PA (ADC) PB(SS) PA (ADC) PB(M0SI) PA (ADC) PB(MIS0) PA (ADC) PB(SCK) PA(ADC) RST AREF AGND GND XTAL XTAL PD0(RXD) PD(TXD) PD(INT0) PD(INT) PD(OCB) PD(OCA) PD(ICP) ATMEGA A PC(TOSC) PC(TOSC) PC PC PC PC PC(SDA) PCO(SCL) PD(OC) ADC D D D D D D AREF PC PC PC PC PC PC PC PC0 J PA R 0 R R 0 R R R 0 R AREF R R POT R D.9V J To 's

8 // USART initialization // Communication Parameters: Data, Stop, No Parity // USART Receiver: Off // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 900 UCSRA=0x00; UCSRB=0x0; UCSRC=0x; UBRRH=0x00; UBRRL=0x; while () { pcg=read_adc(0); ecg=read_adc(); printf("i%dj",pcg); delay_ms(00); printf("e%df",ecg); delay_ms(00);} }. Listing Program Delphi : a. Pembukan Comport dan Menerima Data dari CV AVR. procedure TForm.ButtonClick(Sender: comport.showsetupdialog; procedure TForm.ButtonClick(Sender: comport.open; procedure TForm.ButtonClick(Sender: comport.close; procedure TForm.ButtonClick(Sender: close; b. Pengolahan data ADC procedure TForm.terimaecg(Sender: TObject; conststr: String); var y,z:extended; val(str,dataadc,e); if e=0 then tegangan:=dataadc*0.00; y:=strtofloat(edit.text); tegangan:=tegangan*y; tegangan:=tegangan+.; z:=strtofloat(edit.text); tegangan:=tegangan-z; chart.series[].addxy(chart.series[].cou nt,tegangan); inc(tecg); if tecg=0 then chart.series[].clear; tecg:=0; // data ecg yang sudah terpisah akan ditampilkan pada chart dan akan berjalan secara real time.

9 c. Penyimpanan procedure TForm.ButtonClick(Sender: varpilih : integer; SaveDialog.FileName:='Pengukuran'; //namagambar SaveDialog.Execute; //memilih folder penyimpanan pilih:=messagedlg('simpanfile',mtconfirma tion,[mbok,mbcancel],0); if pilih = mrok then if cbb.text='' then CreateDir(edit.Text+'('+cbb.text+')');//mem buat folder SetCurrentDir(edit.Text+'('+cbb.text+')');// aturdirectory endelse CreateDir(edit.Text+' ('+cbb.text+''+cbb.text+' Tahun)'); /buat folder SetCurrentDir(edit.Text+'('+cbb.text+''+cb b.text+' Tahun)'); //set folder edit.text:=getcurrentdir; //dlgpntset.execute; //set printer end else //ShowMessage(''); if SavePictureDialog.execute then // data yang disimpan berupa bitmap d. Proses Hasil Perekaman Sinyal procedure TForm.LANJUTClick(Sender: if openpicturedialog.execute then Image.Picture.LoadFromFile(openpicturedi alog.filename); procedure TForm.ButtonClick(Sender: //olah bitmap vari,x:integer; x:=strtoint(edit.text); for i:=0 to 0 doimage.canvas.pixels[x,i]:=clred; procedure TForm.ImageClick(Sender: //aktif mouse vari,x:integer; x:=strtoint(edit.text); for i:=0 to 0 do image.canvas.pixels[x,i]:=clred; procedure TForm.ButtonClick(Sender: vargambar:tbitmap; if SavePictureDialog.execute then; image.picture.savetofile(savepicturedialo g.filename+'.bmp'); procedure TForm.ButtonClick(Sender: image.picture:=nil; chart.savetobitmapfile(savepicturedialog.filename+'.bmp'); 9

10 ) Pengukuran dan Pengujian Hasil Pengukuran Tabel..Hasil pengukuran BPM menggunakan phantom ECG Hasil Pengujian Responden Gambar. Sinyal ECG dan PCG Gambar. Sinyal pada Responden PENUTUP Kesimpulan. Telah dapat dibuat Modul monitoring ECG lead (lead ) dengan display grafik sinyal ECG dan nilai HR pada PC menggunakan software Delphi.. Dilakukan penyadapan di lead karena posisi lead searah dengan arah kelistrikan jantung normal. Arus kelistrikan jantung dimulai dari SA node, AV node, Bundle His dan serabut purkinje.. Pengiriman data antara modul dan PC menggunakan PL0HX.. Menggunakan ATmega sebagai pengolah data ADC (pembacaan data ADC dan konversi HR), Timer dan proses komunikasi serial.. Menggunakan Delphi untuk menggrafikkan sinyal ECG yang dikirimkan melalui mikrokontroller untuk selanjutnya ditampilkan pada monitor.. Berdasarkan hasil pengukuran ditemukan selisih <% antara setting media (phantom) dengan pembacaan modul.. Saat pasien dalam kondisi tenang sinyal ECG yang ditampilkan di PC bisa stabil, akan tetapi saat pasien bergerak ditemukan sinyal ECG yang naik turun dari titik referensi awal.. Sinyal yang naik turun disebabkan oleh pergerakan pada subyek atau elektroda yang kurang kontak dengan kulit. 9. Sinyal yang naik turun menyebabkan mikro tidak bisa meakukan pengolahan data untuk menampilkan nilai HR. Saran. Pengolahan sinyal pada PC untuk menstabilkan sinyal yang naik turun titik referensinya.. Dilengkapi hasil analisa terhadap sinyal ECG yang ditampilkan di monitor.. Melakukan penambahan garis sistol secara otomatis. 0

11 . Melakukan penambahan parameter sinyal carotid pulse.. Melakukan penambahan penyimpanan keseluruhan data.. Melakukan penyadapan lead untuk dimonitor oleh modul. Saat ini peneliti hanya memonitor lead saja, tepatnya pada lead. DAFTAR PUSTAKA Delphi Tutor, Tutorial Delphi untuk Pemula Menggambar Titik dan Garis Dengan Delphi (diakses tanggal April 0) E.A. Suprayitno, A.Arifin, 0. Sistem Instrumentasi Sinyal Electrocardiography untuk Analisa Dinamika Jantung Seminar Nasional Fisika terapaniii(isbn), FST Universitas Airlangga, Surabaya Sepuluh Nopember. Kampus ITS Sukolilo. Surabaya (diakses tanggal Juni 0) 00.Kumpulan Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler. mminimum-mikrokontroleratmega/ (diakses tanggal November 0). BIODATA PENULIS Nama NIM : Rohadatul Aisy : P009 TTL : Gresik, 9 Mei 99 Alamat Pendidikan : Lamongan : SMAN Sidayu Gresik Nerlika, Agnia. 00.Electrocardiography (ECG) berbasis Personal Computer. Jurusan Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes, Surabaya No name. 00. Sistem Kelistrikan Jantung. GU9gJ: m%fid%d+arus+listrik+ekg&hl=id&ct= clnk&cd=9&gl=id diakses pada tanggal (diakses pada tanggal Januari 0) No Name. Filter Frekuensi. f diakses pada tanggal Maret 0, jam 0. WIB Rizal, Achmad. 0. Wireless Lan Electrocardiograph(ECG).pdf. /fungsi-dan-cara-kerja-jantung manusia/ diakses pada tanggal Maret 0, jam 0. WIB Yoyok Cahyono, Endang Susilo R, dan Yossy Novitaningtyas. 0. Rekayasa Biomedik Terpadu untuk Mendeteksi Kelainan Jantung. Jurusan Fisika-FMIPA. Institut Teknologi

12