ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA RANCANG BANGUN ALAT UKUR VISKOSITAS DARAH DENGAN SENSOR PPG (PHOTOPLETHYSMOGRAPH) SKRIPSI

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT UKUR VISKOSITAS DARAH DENGAN SENSOR PPG (PHOTOPLETHYSMOGRAPH) SKRIPSI ZENNY NURHANDINIE PUTRI PROGRAM STUDI S-1 TEKNOBIOMEDIK DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2016

2

3

4 PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga. iv

5

6 KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT karena rahmat dan hidayah-nya, penulis mampu menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG (Photoplethysmograph). Perlu kiranya dengan ini penulis menjelaskan bahwa naskah skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat kelulusan dalam menempuh studi S-1 Teknobiomedik, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. Pengukuran viskositas darah yang dilakukan selama ini menggunakan teknik invasif sedangkan alat ukur yang penulis buat menggunakan sensor PPG. PPG merupakan teknik non-invasif yang menggunakan LED merah dan LED inframerah. Viskositas darah merupakan aspek penting untuk deteksi resiko kardiovaskular sejak dini. Dalam penelitian ini menggunakan parameter biologi hipertensi, diabetes, dan kolesterol. Penulis menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk mengembangkan penelitian ini. Penulisan skripsi ini tidak lepas dari bimbingan, dukungan, serta bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, Mama Suryani Yuni Astuti dan Papa Moch Zainudin yang selalu memberikan do a yang tiada henti, dukungan, motivasi selama proses penulisan naskah skripsi. 2. Bapak Dr. Moh. Yasin, M.Si selaku Ketua Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, 3. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku Ketua Program Studi S-1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, 4. Ibu Prof. Dr. Suhariningsih selaku dosen pembimbing I yang selalu memberikan kritik, saran, arahan, motivasi, bimbingan yang membangun vi

7 dan meluangkan waktu bagi penulis untuk berkonsultasi sehingga naskah skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik, 5. Bapak Franky Chandra S.A, S.T., M.T selaku dosen pembimbing II yang selalu memberikan bimbingan, masukan, dan meluangkan waktu bagi penulis untuk berkonsultasi, 6. Ibu Ir. Wellina selaku dosen yang telah menyumbangkan ide dan sarannya 7. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku dosen penguji I atas saran dan perbaikannya dalam penulisan naskah skripsi ini, 8. Ibu Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si selaku dosen penguji II atas saran yang telah diberikan untuk perbaikan naskah sripsi ini, 9. Ibu Dr. Prihartini Widiyanti, drg, M.Kes selaku dosen wali yang telah memberikan arahan dan motivasi baik dalam hal akademik, maupun non akademik, 10. Seluruh dosen dan staf karyawan Departemen Fisika, khususnya Program Studi S-1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga serta semua pihak yang telah senantiasa memberikan ilmunya dan membantu penulis selama proses penyusunan naskah skripsi ini, 11. Novi Angga Sakti, Mas Nuzul yang senantiasa membantu dalam pengerjaan software dan hardware, serta menjadi teman diskusi, member masukan dan saran, 12. Para penghuni Laboratorium Instrumentasi Medis terakhir Niera Putri, Novi Angga Sakti, Robiah Adawwiyah atas dukungan, bantuan, hiburan, kenangan yang tidak akan terlupakan, serta berbagai pendapat dan saran yang sangat bermanfaat, 13. Semester 9 Genks Aditia Nur Pratama, Achmad Dzihan, Madhanayu Putri, Disca Sandyakala, Ludita Woro, Nikki Saksi yang selalu mewarnai harihari hingga semester 9, selalu menemani, mendoakan dan memberikan hiburan, 14. Teman seperjuangan Teknobiomedik 2011, AIRBLAST, yang selalu memberikan do a, semangat, masukan, dan bersama dalam suka dan duka, vii

8 15. Keluarga Cemara Amila Sofiah, Azizah Rosdiani, Hajria Jabbar, Tia Rahayu yang selalu memberikan semangat, doa, hiburan, dan motivasi, 16. Kakak-kakak Teknobiomedik angkatan 2008, 2009, dan 2010, serta adikadik Teknobiomedik angkatan 2012, 2013, 2014, dan 2015 yang tidak bisa disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya, 17. Kost Konichiwa Mas Nuzul, Mas Nidhom, Mas Ibnu, Mas Bayu, Mas Rai, Mas Thick yang telah banyak memberikan bantuan, masukan, dan motivasi, 18. Keluarga Besar Paidin dan Koesnadi yang selalu memberikan doa, hiburan semangat, dan motivasi, 19. Kak Yola dan keluarga, Kak Adhez, Bos Irawan, DC Java Symphony Anoraga, Bapak Rubianto Illa, Intan, Andi, Bagas, Cikal, Mas Yudha, Fitri, Ica, Kalinda yang selalu tidak pernah lelah memberikan doa, semangat, dan motivasi, serta pengalaman yang luar biasa, 20. Pak Samidi, Pak Riski, dan Bu Endang, yang selalu memberikan informasi kepada penulis dan dukungannya di Laboratorium teknobiomedik setiap hari, Semoga Allah SWT memberikan yang terbaik kepada saudara-saudara semua. Kepada pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, penulis mengucapkan terima kasih. Surabaya, 12 Februari 2016 Penulis, Zenny Nurhandinie Putri viii

9 Putri, Zenny Nurhandinie Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG (Photoplethysmograph). Skripsi ini dibawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Suhariningsih, dan Franky Chandra S.A, S.T., M.T., Program Studi S1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG Berbasis Arduino. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah naracoba normal dan naracoba sakit. Dimana parameter yang diambil adalah tekanan darah, kolesterol, dan diabetes. Metode pengukuran dilakukan secara non invasive menggunakan sensor PPG. Sensor PPG ini menggunakan dua panjang gelombang cahaya yang berbeda yaitu led merah, dengan panjang gelombang 650 nm dan inframerah dengan panjang gelombang 950 nm. Mikrokontroller digunakan untuk memproses data sedangkan LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari sensor tersebut. Hasil pengujian yang dilakukan, dapat dilihat secara langsung melalui LCD. Uji coba alat dilakukan dengan cara membandingkan hasil viskositas alat dengan hasil viskositas laboratorium. Diperoleh konstanta k yang dimasukkan dalam persamaan. Diperoleh rata-rata nilai konstanta untuk diabetes 1,61 x 0,0153, hipertensi 1,36 x + 0,0087, kolestrol 1,29 x 0,0017. Rancang bangun viskositas darah dengan sensor PPG dapat digunakan sebagai alat ukur alternatif dengan memasukkan nilai konstanta k. Kata Kunci: Non Invasive, PPG (Photoplethysmograph), Viskositas Darah ix

10 Putri, Zenny Nurhandinie Design of Blood Viscosity Measurement Device with PPG (Photoplethysmograph) Sensor. This thesis was under guidance of Prof. Dr. Ir. Suhariningsih, and Franky Chandra S.A, S.T., M.T., Biomedical Engineering, Physics Departement, Faculty of Science of Technology, Airlangga University. ABSTRACT A research has been conducted to design a blood viscosity measurement device with PPG Sensor based Arduino. The samples that has been used in this research were normal and abnormal subjects. Where, the obtained parameters are blood pressure, cholesterol, and diabetes. Method of measurement was done using PPG sensor non-invasively. This PPG sensor has two different wavelengths of light, Red LED with wavelength of 650 nm and Infrared with wavelength of 950 nm. Microcontroller is used for processing data and LCD is used to display the measurement results from the sensor. Results of test, can be seen in LCD directly. The device test was done with compare the viscosity results from device and laboratory test. In this research, obtained k constant and include to the y=k x +c equation. The results are average value of the of the k constant to diabetes with 1,61 x 0,00153 and hypertension with 1,36 x + 0,0087, cholesterol with 1,29 x 0,0017. Design of blood viscosity measurement device with PPG sensor can be used as alternative measurement device with input a k constant value. Keywords : Non Invasive, Photoplethysmograph, Blood Viscosity x

11 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL i LEMBAR PERNYATAAN ii LEMBAR PENGESAHAN iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI iv KATA PENGANTAR v ABSTRAK viii ABSTRACT ix DAFTAR ISI x DAFTAR TABEL xiii DAFTAR GAMBAR xiv DAFTAR LAMPIRAN xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Viskositas Darah Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Viskositas Darah Hemoglobin (Hb) Hematokrit (Ht) Sensor Photoplethysmograph (PPG) Hukum Lambert Beer Arduino Liquid Crystal Display (LCD) Low Pass Filter (LPF) Rangkaian Penguat 25 BAB III METODE PENELITIAN 28 xi

12 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Alat Penelitian Bahan Penelitian Prosedur Penelitian Tahap Perancangan Perancangan Hardware Perancangan Software Tahap Pembuatan Tahap Pengujian Dan Kalibrasi Pengujian Alat Kalibrasi Alat 39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Rancang Bangun Alat Sensor Photoplethysmograph (PPG) Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Driver Sensor Pulse Oximetry Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Penguat I Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Low Pass Filter I Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Penguat II Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Low Pass Filter II Rancangan Perangkat Lunak (Software) Pengujian dan Analisis Pengukuran Hasil Rancang Bangun Alat Viskositas Darah dengan Sensor PPG Pengujian Nilai SPO 2, Hemoglobin, Hematokrit, dan Viskositas Pengujian Pada 10 Jari dan Analisis Pengujian dan Analisis Dengan Menggunakan 31 0rang Coba Normal 64 xii

13 4.5. Pengujian dan Analisis dengan Menggunakan 6 Orang Naracoba Sakit 64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 68 DAFTAR PUSTAKA 69 LAMPIRAN 73 xiii

14 DAFTAR TABEL Nomor Judul Tabel Halaman 2.1. Kadar Hb Normal Spesifikasi Arduino UNO Hasil Uji Rangkaian Driver Hasil Uji Rangkaian Penguat Hasil Perbandingan Nilai SPO2 dengan SPO2 Terstandardisasi Hasil Pengukuran Rasio dan Hb Invasive Hasil Pengukuran Ht non invasive Hasil Viskositas Darah Non invasive Hasil Uji 10 Jari Hasil Uji Viskositas Non invasive dan Viskositas Laboratorium Hasil Konstanta k 66 xiv

15 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Gambar Halaman 2.1. Efek hematokrit terhadap viskositas Viskositas darah tergantung pada konsentrasi sel darah (hematokrit/- PCV) Pengaruh hematokrit terhadap viskositas darah Penempatan Jari Pada Sensor PPG Grafik Penyerapan Cahaya Hemoglobin Diagram Penyerapan Cahaya Optis ARDUINO UNO Tampilan IDE Arduino LCD dengan Arduino Rangkaian dasar LPF Respon frekuensi rangkaian lowpass filter Penguat Diferensial IC Op-Amp Sinyal output dan input rangkaian penguat non inverting Diagram Alur Prosedur Penelitian Blok Diagram Alat Blok Diagram Hardware Sensor PPG Skematik Rangkaian Driver Skematik Rangkaian penguat pertama Skematik Rangkaian Low Pass Filter Pertama Skematik Rangkaian Penguat Kedua Skematik Rangkaian LPF II Konfigurasi LCD dengan Arduino Flowchart rancangan software Hasil Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG Hasil Sensor Photoplethysmography (PPG) Program Uji Driver Hasil Rancangan Rangkaian Driver Hasil Output Rangkaian Driver Dengan Menggunakan Jari Hasil Rangkaian Penguat Hasil Output Penguat I Saat Ada Jari Hasil Rangkaian LPF I Hasil Uji Rangkaian LPF I Hasil Output Rangkaian LPF Saat Ada Jari Hasil Rancangan Rangkaian Penguat II Hasil Output Penguat II Saat Ada Jari Hasil Perancangan Rangkaian LPF II Hasil Output Rangkaian LPF II Saat Ada Jari 52 xv

16 4.15. Hasil Inisialisasi Pada Arduino IDE Penulisan Nilai Maksimun dan Minimum Array pada Software Arduino IDE Penulisan Rumus pada Arduino IDE Penulisan Software Display LCD pada Arduino IDE Hubungan Nilai Pengukuran Rasio dengan Hb invasive Grafik Perbandingan Alat Ukur Hb Non Invasive dan Invasive Grafik Perbandingan Alat Ukur Hb Non Invasive dan Invasive 61 xvi

17 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Lampiran Halaman 1 Uji VPP Penguat I 73 2 Uji VRMS Penguat I 74 3 Uji VRMS Low Pass Filter I 75 4 Uji VPP Rangkaian Penguat II 77 5 Uji Lowpass Filter II 78 6 Pengujian Rasio Dan Hb Invasive 80 7 Hasil Uji Hb Non Invasive Dan Invasive 81 8 Hasil Uji 31 Orang Naracoba Normal 82 9 Uji Linearitas Hematokrit Uji 10 Jari Grafik VPP Penguat I Grafik VRMS Penguat I Grafik Respon Frekuensi Lowpass Filter I Grafik VPP Penguat II Grafik VRMS Penguat II Grafik Respon Frekuensi Lowpass Filter II Grafik Uji Linearitas Rasio Dan Hb Invasive Grafik Linearitas Hb Invasive Dan Hb Invasive Hasil Sinyal Penguatan Pada Osiloskop Hasil Sinyal Lowpass Filter Pada Osiloskop Listing Program INISIALISASI Pada ARDUINO Listing Program ARRAY Pada ARDUINO Listing Program RUMUS Pada ARDUINO Listing Program Display LCD Pada ARDUINO Hasil Laboratorium Nilai Hematokrit 3xHb Foto Pengambilan Data Naracoba Normal Foto Uji Viskositas Darah Invasive Foto Uji Viskositas Darah Non-Invasive Hasil Laboratorium Naracoba Hasil Laboratorium Naracoba Hasil Laboratorium Naracoba Hasil Laboratorium Naracoba Hasil Laboratorium Naracoba Hasil Laboratorium Naracoba xvii