Pembuatan Alat Perekam Denyut Jantung Berbasiskan Komputer (Elektrodacardiografi)

Transkripsi

1 Pembuatan Alat Perekam Denyut Jantung Berbasiskan Komputer (Elektrodacardiografi) Dany Noor Isnaeni Jurusan Sistem Komputer Universitas Gunadarma Komp. RTM Kelapadua Cimanggis, Depok dany_y4@yahoo.com Abstrak Kesehatan merupakan bagian yang penting bagi manusia karena dengan sehat kita dapat melakukan berbagai kegiatan dan berpikir dengan baik. Jantung yang mengontrol peredaran darah. Untuk mengetahui keadaan jantung diperlukan alat yang melihat bentuk denyutan jantung kita. Alat perekam denyut jantung dengan berbasis komputer menggunakan sensor elektroda yang mampu menangkap sinyal denyut jantung. Dengan menggunakan pengantarmukaan parallel pada komunikasinya, ADC mengubah masukan analog menjadi keluaran digital yang akan diteruskan ke komputer dan perangkat lunak. Bahasa pemograman Delphi, digunakan untuk menampilkan grafik dari denyut jantung yang nantinya dapat dihitung besarnya frekuensi dari denyutan jantung tersebut.. Pendahuluan Kesehatan merupakan bagian yang penting bagi manusia karena dengan sehat kita dapat melakukan berbagai kegiatan dan berpikir dengan baik. Penyakit jantung menjadi jenis penyakit yang mematikan dan menjadi penyebab kematian tertinggi di berbagai negara berkembang bahkan di negara maju sekalipun. Dengan detak jantung pula dapat diketahui jenis penyakit yang diderita oleh pasien. Penggunaan suatu sensor elektroda dalam menangkap sinyal detak jantung telah banyak digunakan. Namun dalam hal pengoperasiannya maupun pengawasannya masih banyak yang memakai sistem konvensional dan menggunakan teknologi terbaru. Dalam perkembangan teknologi dewasa ini, komputer adalah sarana yang sangat tepat untuk mengerjakan tugas tersebut. Gagasan untuk menggunakan komputer dalam mendeteksi detak jantung didasarkan pada hal dimana kegiatan ini membutuhkan rutinitas dan tingkat ketelitian yang sangat tinggi serta waktu antisipasi yang cepat. Alat tersebut dapat merekam sinyal detak jantung dalam waktu tertentu dan memberikan informasi berapa detak jantung yang terjadi dalam satu menit dan tinggi rendahnya sinyal detak jantung tersebut. Tujuan dari pada penulisan ini adalah membuat rangkaian Pembuatan Alat Perekam Detak Jantung dengan Berbasis Komputer (Elektrodacardiograph) diantaranya adalah memahami kerja dari sensor elektroda yang mengkap sinyal-sinyal listrik yang ada pada manusia dan memahami kondisi pada jantung kita.

2 Manfaat dari penelitian ini menitik beratkan pada bidang kedokteran yaitu dapat memantau detak jantung pada manusia. Dari hasil tersebut dapat digunakan oleh mahasiswa / mahasiswi lain untuk mengembangkannya. 2. Dasar Teori 2.. ADC 0809 Proses mengubah sinyal analog menjadi sinyal yang bisa dimengerti komputer dalam bentuk sinyal digital disebut pengubahan analog ke digital (ADC). Metode ADC yang paling banyak digunakan adalah metode pendekatan berulang (successive-approximation) karena waktu konversinya yang singkat dan konstan. ADC jenis tersebut terdiri atas pembanding tegangan, pengubah digital ke analog (DAC), register pendekatan berulang SAR (successive-approximation register), dan detak (clock). Gambar 2. Konfigurasi kaki ADC 0809 [] ADC0809 adalah IC pengubah tegangan analog menjadi digital dengan masukan berupa 8 kanal yang dapat dipilih. IC ADC0809 dapat melakukan proses konversi secara terkontrol ataupun prosed bebas. ADC ini mempunyai ketelitian sebesar bit LSB, untuk ketelitian yang lebih akurat ½ bit LSB, IC ini dapat digantikan dengan ADC0808 yang mempunyai konfigurasi pin sama persis dengan ADC0809. ADC0809 melakukan konversi tegangan analog ke digital dengan menggunakan metode SAR (successive approximation register) dengan resolusi 8 bit dan waktu konversi 00 us.

3 2.2. Sensor Di dalam pengukuran dan perekaman data dari suatu benda (potensial) di tubuh misalnya dibutuhkan suatu hubungan antara tubuh dengan alat pengukuran elektronik. Hubungan atau antarmuka ini dipengaruhi oleh elektoda biopotensial. Elektroda tersebut harus mampu mengalirkan arus ke suatu alat uku elektronik yang idealnya keluaran arus tersebut sangat kecil. Gambar 2.2. Penempatan sensor pada lengan [3] Dari elektroda tersebut ada beberapa di buat pengukuran ke bagian tubuh terutama untuk bagian denyut jantung dapat menggunakan ECG (elektroda cardiograph). ECG digunakan untuk mengukur besarnya denyutan jantung. Berbahan dasar dari Ag/AgCl yang bila bersentuhan dengan bagian tubuh tertentu dapat menimbulkan arus sebesar 00 sampai 500 ma/cm 2. frekuensi yang dapat dihasilkan sebesar 0 Hz/cm 2 dan mempunyai hambatan sebesar 0 Ω(Ohm). Untuk menggunakannya dari sensor tersebut dianjurkan menggunakan suatu gel yaitu signa. Gel signa tersebut dapat meningkatkan konduktifitas dari dari tubuh sehingga sensor tersebut akan lebih menerima signal elektrik dari tubuh. Untuk mengukur besarnya denyutan jantung di suatu bagian tubuh diperlukan setidaknya 2 titik penentu. Misalnya untuk mengukur di lengan setidaknya dibutuhkan dua sensor yang ditempatkan dibagian lengan kanan dan lengan kiri. Selain lengan ada juga bagian-bagian tertentu di bagian tubuh manusia yang dapat dibuat suatu pengukuran. Untuk mengetahui detakan jantung permenti dapat dihitung menggunakan rumus

4 DJ R-R (bpm) (2.) 2.3. Penguat Penguat adalah suatu solid state / integrated circuit yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal masukan AC maupun DC. Penguat memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi Penguatan Diferensial Fungsi dari penguatan diferensial pada umumnya adalah untuk memperkuat selisih antara dua sinyal Penguatan Differensial Berlapis Untuk memperkuat masukan yang sangat kecil (tegangan) maka diperlukan pengutan yang berlapis sehingga keluaran tegangan dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan. Gambar 2.3. Penguat Differensial [5] Penguatannya terbagi menjadi dua, yaitu penguat dan penguat 2. Untuk menghitung atau mencari tegangan keluaran dari masing-masing penguatan dapat dilihat dari rumus pengalian antara penguat satu dikali dengan penguat dua. Dimana penguat ini dijelaskan menjadi dua. Untuk mendapat keluarannya dapat menggunakan rumus berikut :

5 2R (V V 2) ( + V (V V ) ( 2 (V V ) R R 2 4 R 3 2R R 2 4 K 2 + R (2.2) R Penyaring / Tapis Keluaran penguat memiliki derau (noise). Derau ini adalah gangguan dari pemakian sekitar 50 Hz dan dari frekuensi sensor yang sangat kecil. Cara mengatasinya adalah dengan menggunakan penyaring atau tapis. Rangkaian ini akan melewatkan frekuensi dalam jangkauan tertentu dan menahan atau meredam sinyal-sinyal frekuensi di luar jangkauan frekuensi yang diinginkan. ( ) H jω Gambar 2.4. Penyaring pelewat frekuensi rendah [6] ( jω) ( jω) Vk V +j ω RC H( jω) 2 + ( ωrc) 2 frc Vk H( jω) V f f r 2π RC + ( π ) ( f) ( ) 2 (2.3) Gambar 2.5. Tapis pelewat frekuensi tinggi [6]

6 ( jω) ( jω) Vk H( jω) V jωrc +j ω RC H( jω) 2 + ( ωrc) 2π frc 2 frc Vk H( jω) V f f t 2π RC + ( π ) ( f) ( ) 2 (2.4) Gambar 2.6. Penyaring pelewat frekuensi antara [6] Frerkuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi rendah: Fr 2π R C 2 2 Frerkuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi tinggi : F t 2π R C (2.5) (2.6)

7 2.5. Komunikasi Data Parallel LPT pada komputer memiliki konektor DB-25 betina dengan jumlah pin sebanyak 25 buah. Hanya 7 buah saja yang digunakan untuk saluran pembawa informasi dan yang berfungsi sebagai ground 8 buah Dari berbagai jenis parallel port ada kesamaan dan ada perbedaan. Kesamaannya adalah karena semua mengacu kepada standar paralle port (SPP) sebagai standar karena alasan kompatibilitas. Perbedaan yang sangat nyata, mode EPP dan ECP sudah menerapkan IEEE 284. Dalam EPP dan ECP, jabat tangan (baik sebelum, selama dan sesudah) data dikirim dilakukan oleh perangkat keras dan tanpa perlu campur tangan perangkat lunak. Gambar Jabat tangan pada ECP [7] Dalam ECP, siklus mengirim data ada dua jenis, yaitu siklus data dan siklus perintah. Hal ini meningkatkan kinerja rata-rata. Namun perubahan arah kinerja data pada ECP harus di negosiasikan antara sinyal nreverserequest dan nackreverse. Ini tidak terjadi pada EPP, dimana perangkat lunak dapat melakukan sembarang operasi baca dan tulis tanpa proses jabat tangan. 3. RANCANGAN SISTEM Rangkaian pendeteksi detak jantung ini menggunakan elektroda sebagai sensor pendeteksi detak jantung. Penguat digunakan untuk menguatkan sinyal tegangan yang dihasilkan oleh sensor. Adapun proses pengendaliannya dapat dilihat pada diagram dibawah ini :

8 Sensor Penguat dan Penguat 2 Penyaring ADC PC Gambar 3. Diagram blok perancangan secara umum 3.. Rancangan Perangkat Keras 3... Penguat Bagian ini berfungsi untuk menguatkan sinyal keluaran dari sensor agar bisa terbaca oleh ADC. Rangkaian menggunakan LF35 sebagai penguatannya sendiri. Karena keluaran dari sensor elektroda hanya berkisar 200 µv sampai 500 µv maka diperlukan penguatan yang besar Gambar 3.2. Penguat Diferensial [5]

9 Sesuai dengan rumus 2.2. maka pengutan yang didapat yaitu : 2R R V (V V ) + k 2 V (V V) + k 2 (V V ) 0 2 (V V ) ( R R 3 ( 2(5k) ) ( ) ( 00) 0k Penyaring Tapis yang digunakan adalah tapis pelewat frekuensi antara, dimana tapis tersebut mempunyai tapis pelewat frekuensi tinggi yang meloloskan frekuensi diatasnya dan tapis pelewat frekuensi rendah yang hanya meloloskan frekuensi di bawahnya. Gambar 3.3. Penyaring pelewat frekuensi antara [5] Frekuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi rendah sesuai dengan rumus 2.5:

10 Fr 2π R2 C2 Fr 2π 3,3.0 0 F r Hz 20, F r 0, Hz F 0,05 Hz r Frekuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi tinggi sesuai dengan rumus 2.6 : Ft 2π R C F 2π F t Hz 0,02956 t 6 F t 33,8799 Hz F 34 Hz t ADC 0809 Untuk aplikasi ini menggunakan ADC0809 yang menggunakan 2 dari input tersebut untuk sensor yang satu dan sensor kedua secara bergantian akan diproses oleh pengubah dan dikirim ke paralel port melalui S7 sampai S4 dan K3 sampai K0. Gambar 3.4. Kaki ADC masukan dan keluaran data

11 3..4. Komunikasi Paralel Jika paralel port pada komputer yang kita gunakan ternyata tidak menyediakan fasilitas dua arah. Parallel port masih dapat digunakan untuk media masukan bahkan sampai 8 bit. Dengan menggunakan 4 masukkan dari status port dan 4 masukan dari kontrol port. Gambar 3.5. Modifikasi paralel untuk masukan 4 register status difungsikan sebagai 4 bit MSB pertama. Dan register kontrol 4 bit LSB terakhir. Kaki busy adalah MSB dari semuanya dan LSB 4 bit pertama adalah select. MSB 4 bit berikutnya, dimulai oleh Select Printer, dan LSB keseluruhan 8 bit adalah strobe Rancangan Perangkat Lunak Mengakses Parallel Port Menggunakan Io.dll Pertama harus memasukkan function dan procedure untuk memanggil io.dll terlebih dahulu sebelum anda memakai komponen ini. Pemanggilan itu dapat dituliskan seperti berikut: function PortIn(Port:Word):Byte;stdcall; external 'io.dll'; procedure PortOut(Port:Word;Data:Byte); stdcall; external 'io.dll';

12

13 Gambar 3.6. Diagram alur program perangkat lunak secara umum 4. PERCOBAAN Percobaan ini, dapat diambil beberapa faktor yang mencadi acuan kehandalan sistem yaitu ketepatan penangkapan data. Pengambilan data menggunakan perangkat lunak untuk merekam tampilannya dalam suatu file yang dapat disimpan, agar file tersebut dapat dilihat lain waktu

14 Gambar 4.. Tampilan perangkat lunak Pengujian ini dijalankan kurang lebih selama lima menit dengan pengambilan data selama lima menit pula untuk masing-masing contoh. Dimana sensor diletakkan pada kedua lengan Gambar 4.2. Grafik denyut jantung

15

16 Gambar 4.3. Grafik denyut jantung ketika tidak melakukan aktifitas

17

18 Gambar 4.4. Grafik denyut jantung ketika melakukan aktifitas 5. PEMBAHASAN Pengujian dilakukan unutk menguku besarnya frekuensi jantung dan besarnya denyutan nadi permenit. Dengan mengukur jarak antara dua amplitude tertinggi dengan satuan milidetik (ms). Sesuai dengan rumus 2. DJ R-R (bpm) Dengan menggunakan rumus 2. untuk menghitung denyut nadi permenit maka dapat hasil pengujian pada table berikut :

19 Tabel 5.. Hasil pengujian ketika melakukan aktifitas No. Periode Frekuensi Denyut nadi 260 3,85 x ,3 x ,25 x ,75 x ,00 x ,00 x ,00 x ,00 x ,00 x ,00 x 0+02 Tabel 5.2. Hasil pengujian ketika tidak melakukan aktifitas No. Periode Frekuensi Denyut nadi 900, x , ,39 x , ,00 x ,22 x , ,38 x ,86 Ada beberapa simpulan dari hasil pengujian. Denyut jantung setiap manusia pasti berbeda tergantung dari keadaan fisik (kesehatan) dan aktifitas yang dilakukan 2. Keadaan yang tidak stabil bisa diakibatkan seseorang sedang melakukan suatu aktifitas atau keadaan emosional yang tidak menentu yang mengakibatkan jantung berdetak sangat cepat. Pengaruh dari aktifitas tersebut membuat periode pada grafik cenderung kecil dan rapat 3. Seseorang yang tidak melakuan aktifitas, denyut jantungnya berdetak stabil membuat periode pada grafik cenderung besar dan agak lebar. Dan jarak antara detak yang satu dengan yang lain mempunyai jarak yang sama. 4. Ada kecenderungan nilai salah karena penempatan sensor yang tidak benar lepas atau kurang lekat yang mengakibatkan perhitungan yang salah pula

20 6. PENUTUP 6.. Simpulan Setelah melalui pembahasan teoritis sampai dengan pengujian alat, disimpulkan tujuan penelitian telah tercapai dengan baik. Sistem secara keseluruhan, baik kedua modul dan program perangkat lunak yang dibuat menunjukkan kinerja yang baik. Cara perancangan sistem memperjelas masalah pembahasan yang merupakan penerapan langsung dari sistem. penulis dapat menarik kesimpulan bahwa :. Alat ini mempunyai 4 masukan, berarti terdapat 4 buah sensor analog yang dapat direkam 2. Alat berfungsi dengan baik, karena dapat mencatat dengan cukup akurat dengan tingkat kesalahan yang kecil. 3. Pengambilan data tidak akan terbuang dan dapat diatasi dengan menghitung besarnya frekuensi denyut jantung dikalibrasikan dengan pengambilan data pada pengubahnya Saran Tidak ada kesempurnaan di dunia ini, begitu pun sistem ini. Ada beberapa hal yang menjadi titik lemah alat ini, kiranya dapat menjadi referensi untuk pengembangan lebih jauh nantinya ke depan :. Masukan analog untuk ADC masih menggunakan data sebanyak 4 buah. Untuk pengembangannya dapat dikembangkan menjadi 8 buah masukan. 2. Untuk penguatnya masih menggunakan satu IC untuk setiap satu penguat. Kedepannya dapat menggunakan IC yang memiliki 4 buah penguat. 3. Sistem ini masih menggunakan bantuan komputer sebagai media penampil dan media penyimpanan data. Untuk ke depannya kiranya komputer dapat diganti dengan mikrokontroller yang memiliki EPROM untuk media penyimpanan datanya. Untuk media penampilnya dapat diganti dengan LCD yang dapat menampilkan grafik. 4. Untuk lebih aman dalam penggunaannya dapat ditambahkan rankaian untuk mengurangi kelebihan tegangan pada sensor, yaitu penambahan ground. 5. Untuk pengembangan kedepan, alat ini dapat digunakan untuk pengontrolan dan pengawasan denyut jantung seseorang dari jarak jauh. Yaitu alat ini dijadikan dasar pengumpulan data dan diteruskan pengiriman data tersebut melalui . Sehingga data yang dibutuhkan oleh dokter yang bersangkutan dapat diterima langsung dari jarak yang cukup jauh bila dokter yang menanganinya tidak berada di tempat. Selain menggunakan jasa internet ( ), data dapat dikirim dengan menggunakan telepon seluler

21 yang memiliki fasilitas pengiriman data melalui GPRS yang diteruskan ke telepon seluler lainnya. Demikian simpulan dan saran penulis, semoga dengan adanya tugas akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi penulis pada khususnya, dan bagi kita semua pada umumnya.

22 DAFTAR PUSTAKA [] Sudono Agus, Memanfaatkan Port Printer Komputer Menggunakan Delphi, Semarang: Smart Book, [2] Millman dan Halkias, Elektronika Terpadu Rangkaian dan Sistem Analog dan Digital, Jakarta : Erlangga, 993. [3] John G. Webster, Medical Instrumentation Aplication and Design,Newyork:John Wiley and Sons Inc., 998. [4] F. Suryatmo, Teknik Digital, Jakarta : Bumi Aksara, 994. [5] KF. Ibrahim, Teknik Digital, Yogyakarta : Andi, 996. [6] Eko Putera Agfianto, Teknik Antarmuka Komputer : Konsep dan Aplikasi, Yogyakarta : Graha Ilmu, [7] Sunarto B. Rumono, Membangun Sistem Akuisi Data Berbasis Database dengan Delphi, Jakarta : PT. Elex Media Komputindo, 2004.