APLIKASI THERMOPILE DALAM AKUISISI SUHU PADA TERAPI HIPERTERMIA

Transkripsi

1 APLIKASI THERMOPILE DALAM AKUISISI SUHU PADA TERAPI HIPERTERMIA Wisnu Adi Prasetyanto 1 1 Program Studi Teknik Elektro Universitas Dian Nuswantoro Semarang Jl. Nakula I No 5-11 Semarang wisnu@dosen.dinus.ac.id Abstract Therapy by using heat (Hyperthermia) have old draw attention and have been done in so many form. The controlling of Hyperthermia temperature determines the therapy efficiency with the thermal effect. This matter is needed so that the obtained result of optimal therapy without generating loss destruction of healthy cells. Hipertermia temperature adjustment can t be stand alone and need data acquisition process from non contact infrared temperature sensor thermopile. From this data acquisition we can get regression coefficient for temperature calibration parameter. The aim of this research is proving that building a non contact thermometer device based on infrared Thermopile can give an accurate measurement and give a solution for cancer therapy temperature adjustment at 43 0 C for 45 minutes. Keywords : temperature, hyperthermia, USB 1. PENDAHULUAN Kemajuan teknologi saat ini merangsang pertumbuhan penemuan baru dalam berbagai bidang, tidak terkecuali penemuan baru di bidang medis. Kemajuan di bidang ini terbukti dengan ditemukannya alat untuk terapi hipertermia. Hipertermia berarti penaikan suhu beberapa derajat Celcius di atas suhu fisiologi normal. Untuk manusia hal ini berarti suhu dari 40 0 C sampai 45 0 C. tujuan terapi dengan hipertermia adalah untuk membangkitkan panas yang cukup untuk membunuh sel-sel tumor tanpa merusak sel-sel sehat. Hipertermia dapat digunakan secara tersendiri atau dikombinasikan dengan khemoterapi atau radioterapi. Dalam proses penaikan suhu tersebut tentu saja diperlukan suatu mekanisme atau peralatan untuk mengukur sehingga dicapai suatu variasi suhu yang aman bagi manusia. Peralatan yang biasa digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer. Metode pengukuran suhu dibagi menjadi dua jenis : kontak dan non-kontak. Metode pengukuran suhu kontak yang konvensional meliputi termokopel, resistance temperature detectors (RTDs), dan thermistor. Termometer air raksa juga termasuk dalam katagori ini. Termometer Inframerah adalah suatu metode pengukuran suhu non-kontak, disebut demikian karena alat ukurnya tidak menyentuh obyek yang akan diukur suhunya. Pada pengukuran suhu kontak, sensor suhu kontak harus mengimbangi kalibrasinya dengan suhu pada obyek yang diukur. Sebagai contoh, air raksa di dalam termometer mengambil suhu di udara kemudian meluas ke seluruh permukaan air raksa sehingga air raksa mengembang. Ketika sensor kontak diarahkan ke suhu yang berbeda, termometer tersebut membutuhkan waktu untuk mengimbangi perubahan suhu tadi. Peristiwa ini dikenal sebagai waktu tanggapan terhadap sensor (response time). Dalam beberapa aplikasi, pengukuran suhu dengan metode kontak tidaklah praktis atau tidak memungkinkan untuk menggunakan termometer dengan sensor kontak. Oleh karena itu digunakanlah sensor inframerah yang dapat mengukur suhu pada jarak tertentu dengan waktu tanggapan yang sangat kecil. Sensor non-kontak inframerah sangat cocok digunakan dalam kasus-kasus :

2 1. Obyek-obyek bergerak ( contoh : mesin-mesin bergerak atau rollers ). 2. Suatu kondisi yang beresiko tinggi atau berbahaya terhadap kontaminasi ( contoh : resiko tegsngsn tinggi dan bahaya radiasi dari bahan radioaktif ). 3. Ketika jarak terlalu jauh untuk dijangkau manusia dalam pengukuran secara kontak. ( contoh : pengukuran suhu yang dilakukan di luar angkasa ). 4. Suhu terlalu tinggi untuk menggunakan termokopel atau RTDs ( contoh : pengukuran suhu pada industri peleburan baja ). Dari pernyataan-pernyataan tersebut di atas, maka timbul sebuah ide mengenai mekanisme pengukuran suhu dengan metode non kontak dengan menggunakan sensor suhu thermopile untuk memonitor, mengolah, bahkan mengendalikan data suhu pada proses hipertermia di bidang medis, agar tercapai kondisi suhu yang konstan dan akurat. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sensor Inframerah Thermopile Thermopile adalah sejumlah termokopel yang kecil, terhubung secara seri, dan dibentuk dengan cara mengikuti sambungan panasnya untuk diiluminasi oleh radiasi yang terjadi. Suhu dari sambungan panas meingkat sampai tingkat energi yang terjadi diimbangi oleh kerugian konduksi, konveksi dan radiasi pada lingkungan itu. Keseimbangan suhu dan keluaran termoelektrik dari thermopile akan berhubungan dengan daya yang timbul dan suhu dari target. Sebagian dari thermometr radiasi yang paling awal dibuat dengan cara menggunakan termokopel kawat yang baik, pada umumnya tembaga-constantan atau perak-bismut. Sambungan panas akan dihubungkan dengan suatu penerima yang terbuat dari timah, menghitamkan lembaran emas. Keluaran termoelektris akan diumpankan dari termometer ke suatu alat ukur yang sesuai. Instrumen dari jenis ini adalah kasar dan sederhana tetapi mempunyai suatu kepekaan yang relatif rendah dan tanggapan yang lambat. Teknik modern sudah mengijinkan thermopile untuk disimpan seperti sebuah film tipis di atas substrat, dengan demikian mengijinkan konstruksinya dengan banyak massa yang lebih rendah dibanding versi kawat. Dengan cara ini kecepatan dan sensitivitas tanggapan dapat ditingkatkan. Peningkatan lebih lanjut dalam hal sensitivitas dapat dicapai dengan membungkus thermopile dalam suatu lampiran berisi gas dengan daya konduksi rendah seperti gas xenon. Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah thermopile dengan tipe TPS333 dari Perkin Elmer. Sensor ini terdiri atas sederetan elemen termik yang membentuk daerah sensitif yang dilapis dengan bahan penyerap inframerah. Jendela thermopile TPS333 ini dilengkapi dengan filter infra merah. Sinyal keluaran thermopile sebagian besar berbanding langsung dengan daya radiasi yang datang dan hampir tidak bergantung dengan panjang gelombang. Perilaku frekuensi sesuai dengan sifat low pass filter. Thermopile ini juga dilengkapi dengan sensor referensi temperatur berupa thermistor sehingga dapat digunakan untuk kompensasi hanyutan suhu (drift temperature) pada thermopile Akuisisi Data Suhu Akuisisi adalah suatu kegiatan untuk memperoleh, mengumpulkan, menganalisis sekaligus menyimpan suatu informasi atau data. Akuisisi yang dimaksud di sini adalah suatu proses mendapatkan informasi atau data suhu dari obyek yang dipanaskan sehingga data tersebut dapat dimonitor, diolah, bahkan dikendalikan oleh operator melalui komputer. Cara mendapatkan data suhu tersebut adalah dengan menggunakan sensor suhu nonkontak yang disebut thermopile yang terangkai dalam rangkaian termometer inframerah, yang dihubungkan dengan modul USB sebagai interface dan port I/O. Kinerja rangkaian ini dimulai dari proses masukan analog dari termometer inframerah yang diubah menjadi data-data digital dalam USB yang selanjutnya dapat diolah dan dikendalikan sesuai dengan keinginan Hipertermia Hipertemia adalah suatu proses penaikan temperatur beberapa derajat celcius diatas temperatur fisiologi normal. Untuk manusia hal ini berarti temperatur dari 41 0 C sampai 44 0 C. Tujuan terapi dengan hipertermia adalah membangkitkan panas yang cukup untuk membunuh

3 sel tumor tanpa merusak sel sehat. Hipertermia dapat digunakan secara tersendiri atau bergabung dengan terapi kimia atau terapi radio. 3. METODE PENELITIAN Bahan penelitian utama adalah data suhu yang dihasilkan oleh sensor thermopile yang dihubungkan dengan USB 1208LS yang akan membaca kode 12 bit dengan bantuan pemograman Delphi. Suhu yang terbaca oleh program akan menjadi acuan pada aturan Fuzzy sehingga suhu pengaturan yang dikendaki akan terjaga pada kisaaran waktu yang telah ditentukan untuk terapi hipertermia Perangkat Keras a. Perangkat notebook dengan spesifikasi sebagai berikut : 1. Prosessor AMD Turion64-X2 1.8G 2. RAM 2048 MB 3. Hard-disk 80GB b. Antar Muka 1. Modul USB 1208LS 2. USB Konektor c. Modul sensor thermopile. 1. Thermopile TPS TL074, OP07, OP77, OP177 d. Modul Magnetron 1. Magnetron : 320V/220V, YJ1530SP, National Elektronics. 2. Solid State Relay: MOC3042, TRIAC 4004LT. 3. IC: TL IC Daya 30W: LM Perangkat Lunak a. Sistem Operasi : Windows Vista Home Premium b. Driver Modul USB1208LS, meliputi InstaCal dan cwb32.dll c. Bahasa Pemrograman : Delphi6 d. Database Server MySQL : XAMPP e. Driver konektor MySQL to ODBC Ver Tahapan Penelitian Penelitian dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut : 1. Melakukan pengukuran suhu pada permukaan kulit yang dipanasi 30 o C sampai dengan 50 o C. 2. Melakukan beberapa kali pengukuran 3. Menghitung nilai a0, a1 dan a2 untuk mencari koefisien regresi 4. Menentukan besarnya standar deviasi

4 4.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Termometer yang dibuat Thermopile Baca ADC Nilai X1 Pemanas Thermistor Baca ADC Nilai X2 Termometer kalibrasi Kalibrasi Nilai Y Parameter Kalibrasi a0,a1,a2 Regresi Linear Gambar 1. Diagram Blok Pengujian Software Tabel 1. Hasil Pengukuran suhu 30 o C sampai 50 o C Bit ADC suhu suhu thermopile thermistor terukur terhitung (X1) (X2) Y (x1)y (x2)y (x1)(x2) (x1)^2 (x2)^2 y' kwadrat error , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

5 , , , , , , , , , Untuk menghitung nilai koefisien regresi a0, a1, dan a2 perlu diketahui 3 persamaan dengan 3 anu yang diperoleh dengan metode kuadrat terkecil dari persamaan (1) Sehingga diperoleh persamaan seperti pada persamaan (2), (3), dan (4) di bawah : Dari Tabel 1. dimasukkan nilai-nilainya ke dalam persamaan (2), (3), dan (4) di atas sehingga diperoleh Dengan matriks dapat dihitung nilai koefisien regresi a0, a1, dan a2

6 Besarnya nilai deviasi atau error pada tiap-tiap data dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5) Standard deviasi pada table 1 :

7 Gambar 2. Grafik perubahan suhu terhadap bit adc thermopile standar devisasi Gambar 3. Hubungan Linearitas Suhu Terukur dengan Suhu Terhitung pada tabel KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Pembuatan perangkat termometer non kontak berbasis thermopile infrared dapat memberikan hasil pengukuran suhu yang akurat dengan berbagai variasi dalam batas toleransi. Ini terbukti dari beberapa pengambilan data suhu errornya semakin kecil. 2. Akuisisi data suhu berbasis USB dengan metode dua kanal untuk menghitung kompensasi suhu dapat memberikan solusi untuk mengatur suhu terapi kanker pada 43 o C selama 45 menit.

8 DAFTAR PUSTAKA [1] Budiharto, Widodo,2004, Interfacing Komputer dan Mikrokontroller,Jakarta: Elex Media Komputindo. [2] Carter, R. G., 1990, Electromagnetic waves: microwave components and devices, Penerbit: Chapman and Hall, London, UK. [3] Wijarnarko, Rudi B,1990, Pengaturan Suhu Sistem Tersimulasi Hipertermia dalam Fisiolagi Anti kanker, Fakultas teknik Jurusan Teknik Elektro UGM, Yogyakarta. [4] Wildi, T., 2002, Electrical Machines, Drives, and Power System, Penerbit: Prentice Hell, New York.