EKG PORTABEL DENGAN INTEGRASI ANDROID

Transkripsi

1 EKG PORTABEL DENGAN INTEGRASI ANDROID Stevenlie Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia Victor Hadyanto Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia ABSTRAK Banyak kasus kematian yang disebabkan oleh serangan jantung yang datang secara tiba tiba. Serangan jantung yang datang ditandai dengan rasa sakit pada bagian dada kiri. Kebanyakan manusia masih kurang menyadari bahwa sakit pada dada sebelah kiri salah satu gejala dari serangan jantung. Dengan banyaknya pengguna smartphone yang berbasis android di kalangan masyarakat, maka smartphone ini dapat digunakan untuk membantu mengecek kondisi dari tubuh kita ini. Dengan membuat sebuah alat ECG yang mudah dibawa dan aplikasi di android, diharapkan dapat membantu mencegah atau mengurangi tingkat kematian akibat serangan jantung. Sensor (elektroda) akan menyalurkan listrik dari tubuh ke alat ECG1 untuk memproses listrik yang didapat. Output dari ECG1 akan diubah menjadi digital dan dikirim ke smartphone berbasis android, untuk disimpan dan diunggah ke web database. Pada web database, dokter dan pasien dapat melihat data tersebut dalam bentuk sinyal seperti di layar monitor atau kertas ECG asli. Hasil penelitian menunjukan bahwa ECG1 yang dibuat tidak sesuai dengan ECG asli. Kata kunci : Jantung, ECG, smartphone berbasis android, web database. PENDAHULUAN Mobilitas tinggi yang dimiliki oleh orang sekarang ini membuat kebutuhan terhadap kesehatan mulai dikesampingkan. Kebutuhan akan jasa medis hanya dibutuhkan bila orang tersebut sudah mendapat gejala atau bahkan sudah mendapat penyakit, dan dalam hal medis keterlambatan penanganan akan mengakibatkan penyakit yang lebih parah bahkan sampai menyebabkan kematian. Dalam penanganan jantung, kondisi baik atau buruknya jantung tidak hanya dilakukan berdasarkan detaknya saja, namun juga dengan pengecekan kondisi jantung menggunakan Electrocardiograph (ECG), yang akan memberikan suatu spectrum, untuk kemudian dapat di analisa oleh dokter kesehatan jantung. ECG merupakan representasi elektrik dari aktivitas jantung yang digunakan untuk menganalisa penyakit jantung. Pembacaan dilakukan dengan menggunakan elektroda yang dibuat dari materi yang memiliki resistansi yang rendah.ecg menerima sinyal aktivitas jantung dengan elektroda, menurut polaritasnya, elektroda dibagi menjadi elektroda positif(anode), elektroda negatif(katode), dan netral(ground).

2 Dengan memperhitungkan pentingnya jantung serta mobilitas manusia yang cukup tinggi, maka dibuat ECG yang terintegrasi dengan android. Sehingga pada saat orang tersebut tidak dapat melakukan cek medis ECG di rumah sakit, maka orang tersebut dapat melakukannya di rumah Atau di tempat lain. Sistem memiliki integrasi dengan android yang akan mengirim hasil pengecekan ke web database rumah sakit, yang nantinya akan di cek secara medis dari kesehatan jantung orang tersebut. Sistem ini di bagi menjadi 2 bagian yaitu bagian hardware dan bagian software. Bagian hardware meliputi proses perubahan data dari analog ke digital dengan menggunakan ADC. Bagian software meliputi pembuatan aplikasi di android dan pembuatan web database. Aplikasi android berfungsi untuk menerima, menyimpan data ECG dalam bentuk teks, dan menampilkan data ECG dalam bentuk grafik pada aplikasi tersebut. Dan web database memiliki fungsi untuk menyimpan (unggah) data ECG, dan menampilkan data tersebut dalam bentuk grafik. Tujuan penelitian ini untuk merancang alat ECG portable yang terhubung dengan android, dalam pengambilan dan penyimpanan datanya. Data tersebut selanjutnya akan dikirimkan ke sebuah web yang dapat di akses kapan pun, dimana pun, dan oleh siapapun (dokter atau pasien). Dengan kemudahan mengakses web ini, diharapkan pasien dapat dengan mudah mengirimkan data hasil ECG ke web, dan dokter pun dapat dengan mudah melihat hasil datanya tersebut tanpa perlu melakukan tatap muka dengan pasien. METODE PENELITIAN Secara umum sistem ini akan mengirimkan data dari output ECG ke ADC di arduino yang dilanjutkan ke android menggunakan Bluetooth, data akan di simpan dalam memori android dan dapat dikirim ke web database melalui koneksi internet Gambar 1 Blok Diagram Sinyal output akan di-clamping sebelum masuk ke dalam ADC di arduino, hal ini dikarenakan ADC hanya menerima input 0 sampai 5 V dan sinyal yang berasal dari ECG memiliki input negatif. Sinyal analog akan diubah menjadi digital di dalam arduino dan akan diteruskan ke bluetooth slave yang terhubung dengan android. Di dalam android data di save

3 dan di tampilkan dalam grafik, data yang telah di save dapat di kirimkan ke web database. Didalam database, data yang telah dikirim oleh android akan di simpan kemudian dapat di akses untuk ditampilkan dalam grafik. Pada tabel dibawah ini merupakan komponen dan Modul yang digunakan untuk penelitian Nama Komponen/Modul Tipe Jumlah ECG ECG1 1 Microcontroller Arduino Uno 1 Android Galaxy Nexus 1 Bluetooth Bluetooth slave 1 Clamping Kapasitor Resistor Dioda Tabel 1 Daftar Komponen dan Modul Pada implementasi dari alat, pasien / pengguna menghubungkan probe in dengan connector yang memiliki 3 cabang, 2 cabang (kabel berwarana merah) dihubungkan dengan pergelangan tangan kanan dan kiri dan 1 cabang (kabel berwarna hitam) pada pergelangan kaki. Selanjutnya monitor out pada ECG1 dihubungkan dengan connector pada arduino dengan menggunakan male to male connector. Tegangan yang diberikan pada board arduino akan mengaktifkan modul bluetooth. Menyalanya modul bluetooth ditandai dengan berkedipnya lampu led merah. Bila bluetooth sudah menyala, maka kita dapat melakukan koneksi atau hubungan dengan android. Untuk melakukan hubungan tersebut, tekan tombol connect pada aplikasi android. Pada tampilan aplikasi terdapat tombol on/off yang digunakan untuk mulai menerima data dari arduino. Setelah switch di ECG dinyalakan dan android telah terhubung dengan Bluetooth maka data sinyal jantung dapat ditampilkan pada android. Gambar 2 Tampilan Aplikasi Android Setelah data di tampilkan di android, pasien / pengguna dapat memberhentikan proses penampilan dan penyimpanan data di android dengan menekan kembali tombol on/off. Pasien / pengguna dapat mengakses web database dengan menekan tombol send. Setelah tombol send ditekan, maka aplikasi web browser akan terbukan dan menampilkan halaman utama dan melakukan login ke database dengan username: patient dan

4 password: patient123. Pasien akan melakukan proses unggah data dengan menekan tombol upload kemudian memilih data ECG yang terdapat di android. Data yang telah diunggah oleh pasien, dapat dilihat oleh dokter untuk melakukan pengecekan. Pasien pun dapat melihat daftar data yang sudah diunggah sebelumnya dan melihat hasilnya dalam bentuk grafik di web. Proses dokter melakukan login hampir sama dengan pasien, memasukan username: skripsi dan password: vs123. Pada tampilan web dokter tidak ada tombol upload, hanya terdapat tombol list untuk menampilkan daftar data yang telah di kirim oleh pasien. Pengujian yang dilakukan adalah membandingkan hasil yang didapat dari ECG1 dengan hasil yang didapat oleh ECG yang digunakan untuk tes secara medis / kedokteran. Pengujian yang kedua adalah melakukan pengecekan error yang di dapat di dalam ADC arduino dan pengujian yang ketiga adalah melakukan perbandingan data analog yang didapat dari ECG1 dengan data digital. HASIL DAN BAHASAN Perbandingan ECG1 dengan ECG Pengujian dilakukan dengan cara menjalankan EKG asli dengan ECG1 dalam waktu yang hamper bersamaan pada seorang pasien. Data yang diambil merupakan data untuk lead 1. tegangan waktu Gambar 3 Hasil Tes Menggunakan EKG asli tegangan waktu Gambar 4 Hasil ECG1 Pada Tampilan Web

5 Hasil sinyal yang di dapat dari EKG asli memiliki bentuk sinyal yang berbeda dengan bentuk sinyal yang di dapat dari ECG1. Perbedaan bentuk sinyal ini disebabkan karena proses pengolahan sinyal input-nya berbeda dengan pengolahan sinyal pada ECG asli. Pengecekan Error ADC Input ADC (V) Nilai digital tegangan digital (V) Error (%) Tabel 2 Error ADC Pengujian dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada pin A0 arduino yang merupakan pin ADC arduino. Tegangan DC diberikan berasal dari batterai dengan besar tegangan yang diberikan berkisar antara 0V 5V. Untuk mendapatkan tegangan yang seharusnya, penulis melakukan perhitungan : Vb = V(max) / Resolusi ADC = 5V / 1024 = 0,0049V Vd = nilai digital * Vb = nilai digital * 0,0049V Error (%) = ((Vd - Vi) / Vi)*100% Vb = tegangan untuk 1 bit ADC Vd = tegangan digital Vi = tegangan input ADC Dari data yang didapat di atas, besar error ADC yang di dapat berkisar antara 2,8% sampai 3,9%. Dengan besar error ADC tersebut, bentuk sinyal digital yang diperoleh masih sama dengan bentuk sinyal analognya. Perbandingan Data Analog dan Digital tegangan Waktu Gambar 5 Sinyal sebelum dan sesudah proses ADC

6 = CH1 = CH2 = MATH CH1 = 1,76Vpp (scale 1v) CH2 = 1,54Vpp (scale 1v) MATH = 1,76Vpp (scale 2v) CH1 merupakan channel untuk menampilkan sinyal dari ECG1 (sebelum dilakukan proses ADC). CH2 merupakan channel untuk menampilkan sinyal dari ECG1 yang sudah melewati proses ADC dan dilakukan proses DAC kembali. Pada channel 1 dan 2 memiliki bentuk sinyal yang sama, namun waktu terlihat berbeda, hal ini disebabkan karena pada proses mengubah sinyal dari ADC dan DAC kembali membutuhkan waktu, sehingga terjadi pergeseran waktu pada CH2. Pada CH2 terlihat ada pengurangan tegngan, hal ini dapat disebabkan karena pengaruh pengiriman sinyal dari ECG1 ke ADC dan adanya proses DAC, sehingga tegangannya berkurang. MATH merupakan channel pada oscilloscope dimana hasil pengurangan dari CH1 dan CH2. Dengan scale yang digunakan pada MATH adalah 2V, sehingga hasil dari sinyalnya terlihat lebih kecil. Dari gambar 5 di atas, dapat disimpulkan bahwa sinyal dari ECG1 (sebelum dilakukan proses ADC) dan sinyal setelah dilakukan ADC masih memiliki karakteristik yang sama. Resolusi ADC yang digunakan adalah 10 bit. Magnitude Frequency (Hz) Gambar 6 FFT menggunakan Oscilloscope Data FFT pada tampilan oscilloscope diambil secara langsung dari alat (sebelum proses ADC), sedangkan data FFT pada tampilan Matlab diambil dari data digital (setelah proses ADC). Pada gambar 6, frekuensi cutoff sekitar 14,84Hz. Frekuensi cutoff didapat dari 0,707 atau -3db dari magnitude sinyal yang dilewatkan.

7 Gambar 7 rangkaian low pass filter aktif orde 2 pada ECG1 Besar resistor dan kapasitor yang digunakan dalam proses low pass filter ini adalah : R7 = R8 = 100KΩ C6 = C7 = 100nF fc = fc = Frekuensi cutoff Maka didapat bahwa frekuensi cutoff berada pada Hz. Sesuai dengan teori Nyquist, agar tidak ada informasi sinyal yang hilang, maka frequency sampling yang digunakan harus minimal dua kali frekuensi sinyal aslinya. Dengan demikian, frekuensi sampling yang digunakan oleh arduino sebesar 125KHz, sudah cukup dalam melakukan sampling sinyal ECG1. KESIMPULAN 1. Besar nilai error ADC arduino tidak mempengaruhi bentuk sinyal analog. 2. Perbedaan dari bentuk sinyal antara ECG dengan ECG1 dikarenakan adanya perbedaan pemrosesan sinyal input dari jantung. 3. Masih terdapat noise pada output analog. Noise tersebut berasal dari sensor ECG. 4. Proses ADC untuk ECG dapat dilakukan dengan menggunakan frekuensi sampling 125KHz dan 8bit ADC. 5. Proses pengriman data ke dokter secara jarak jauh sudah dapat dilakukan, walaupun prosesnya masih cukup rumit. REFERENSI 1. Khan, Haroon Mustafa. (2002). Wireless ECG. Australia : The University of Queensland. 2. Karim, Sjukri., Kabo, Peter. (1996). EKG dan Penanggulangan beberapa penyakit jantung untuk dokter umum. Jakarta : Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. 3. Ajay Bharadwaj Technique for Accurate ECG Signal Proccessing. Diperoleh dari 4. Berlian, Nahason., Limbardo, Elvin., Joko. (2010). Perancangan Media Penyampaian Informasi Otomatis dengan LED Matrix Berbasis Arduino. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta.

8 5. Budiardjo, Rudy Wirawan., Adrianto, Yan., Yoseph, Mark. (2006). Analisa dan Perancangan Komunikasi SMS menggunakan J2ME Berbasis Bluetooth. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta. 6. Wellson., Hendruw., Aryton. (2012). Alat Pendukung Persentasi Menggunakan Wifi. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta Activity. Diperoleh dari 8. Huda, Arif Akbarul. (2012). 24 JAM!! Pintar Pemrograman Android. Yogyakarta: Andi. 9. Sudyono, Bertoni., Motto, Cahyadi., Mandagi, W.C. (2009). Analisa dan Perancangan E-CRM pada PT. Sauhbahtera Samudra. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta

9 ECG PORTABLE WITH ANDROID INTEGRATION Stevenlie Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia Victor Hadyanto Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia ABSTRACT Many cases of deaths caused by heart attacks, which came unexpectedly. A heart attack is characterized by pain in the left chest. Most people are still unaware that the pain in left chest is one of the symptoms of a heart attack. With the number of users of android-based smartphones among the public, this smartphone can be used to help check the condition of our body. By creating a tool that is easy to carry and ECG application in android, is expected to help prevent or reduce the rate of death due to heart attack. The sensors (electrodes) will supply power from the body into ECG1 to process the obtainable electricity. The Output of ECG1 is converted into digital and sent to android-based smartphone, to be stored and uploaded to the web database. On web databases, the doctor and patient can see the data in signal form in monitor screen or ECG paper. This research result that ECG1 does not correspond to the original ECG. Key words : Heart, ECG, android-based smartphone, web database. INTRODUCTION People today have a high mobility and making the needs of health start ruled out. The need for medical services is only required when the person is already got the symptoms or even have got the disease, and in case of delay in medical treatment would result a more severe disease and even cause death. In the handling of heart, good condition or bad not only based on the heartbeat, but also with condition check using Electrocardiograph (ECG), which will provide a spectrum and to be analyzed by a doctor. ECG is a representation of the electrical activity of the heart is used to analyze the heart disease. The sensors is using electrodes made from a material that has a low resistance.ecg receive heart activity with electrodes, according to polarity, the electrode is divided into the positive electrode (anode), the negative electrode (cathode), and neutral (ground). To anticipate the importance of the heart and people high mobility, then made an integrated ECG with android would be the answer. So, when the person can't medical check in hospital then the person can do it at home or elsewhere. The system has integration with android which will send the results to the hospital s web database, and will check the heart of the person.

10 The system is divided into 2 parts, those are the hardware and the software. The hardware includes the process of changing from analogue to digital data by using the ADC. The software includes the creation of an application on android and the creation of the web database. The android application serves to receive, store and manage data ECG in forms of text, and display the data in the form of ECG graph on that application. Web database has a function to save (upload) data ECG, and display that data in the form of a graph. The purpose of this research is to design a portable ECG device that connects with android, for taking and storage data. The data will then be sent to a web that can be accessed anytime, anywhere and by anyone (doctors or patients). With the ease of accessing the web, patients can easily transmit data ECG results to the web, and doctors can easily see the results without face-to-face with the patient. METHODS In General, the system will send the data from the output of the ECG to ADC on the arduino which continued to android using Bluetooth, data will be stored in memory and can be sent to android web database through internet connection Picture 1 Block Diagram The signal output will be clamping before entry into the ADC on the arduino, because the ADC only accepts input 0 to 5 V and signal from the ECG has a negative input. Analog signals are converted into digital in the arduino and will be forwarded to android with bluetooth slave. In the android data in save and show in the graph, data which has on save could be delivered to web databases. In the database, data that has been sent by the android would be store then be accessed for display in a graph. In the table below is a component and module that is used for research The components/module Type Amount ECG ECG1 1 Microcontroller Arduino Uno 1 Android Galaxy Nexus 1 Bluetooth Bluetooth slave 1

11 Clamping Kapasitor Resistor Dioda Table 1 list of components and modules On the implementation of the tool, the patient/user connects the probe in the connector which has 3 branches, 2 branch (red wire) is connected with the right wrists and left wrists and 1 branch (black wire) at the ankle. Further the monitor out on ECG1 is connected to the connector on the arduino using a male to male connector. The voltage given on the arduino board will enable the bluetooth module. The active of bluetooth modules are marked with blinking red led lights. When bluetooth is turned on, then we can make a connection with android. To do the connection, press the button connect on android applications. On application display there are buttons on/off used to start receiving data from the arduino. After the switch on ECG is turned on and android has been connected with Bluetooth heart signal can be displayed on android Picture 2 Android Application Display After the data is show on android, the patient/user can dismiss the appearance and data storage process in android by pressing button on/off again. Patients/users can access web database by pressing the button send. After send button pressed, then a web browser will open and display the home page, login to the database with the username: patient123 and password: patient. Patients will do the data upload process by pressing the button upload then select ECG data contained in android. Data that has been uploaded by the patient, can be seen by a doctor to check. Patients can view the list of data that have been previously uploaded and see the results in the form of graphics on the web. Doctor login process is almost identical to the patient, enter username: vs123 and password: skripsi. On the doctor s web view there no upload button, there are only list button to display a list of data that has been submitted by the patient. The test is by comparing the results obtained from ECG1 with the results obtained from ECG used in medically test. The second test is to do the error checking in the arduino s ADC and the third is comparison analogue data obtained from ECG1 with the digital data.

12 RESULT Comparison ECG1 With ECG The testing is running the original ECG with ECG1 in about the same time on a patient. The Data collected is the data for lead 1. voltage time Picture 3 Results Using the original ECG voltage Time Picture 4 Result Using ECG1 The result from original ECG signal has different signals form from ECG1. The difference signal is caused by the process of signal processing input different with the original ECG signal processing. Error ADC Checking Input ADC (V) Digital Value Digital voltage (V) Error (%)

13 Table 2 Error ADC The test is providing a voltage DC on pin A0 in arduino which is the ADC pin. DC voltage is supplied with a battery and give voltage ranging between 0V - 5V. To get the voltage, author doing the calculations: Vb = V(max) / Resolusion ADC = 5V / 1024 = 0,0049V Vd = digital value * Vb = digital value * 0,0049V Error (%) = ((Vd - Vi) / Vi)*100% Vb = voltage for 1 bit ADC Vd = digital voltage Vi = input voltage ADC From obtained data above, error in adc range between 2.8 % to 3.9 %. With range like that, a form of digital signals still equal to the form of signals analognya. Comparison between analog and digital data voltage time Picture 5 Signals before and after the ADC process = CH1 = CH2 = MATH CH1 = 1,76Vpp (scale 1v) CH2 = 1,54Vpp (scale 1v) MATH = 1,76Vpp (scale 2v) CH1 is a channel to display a signal from ECG1 (prior to the ADC). CH2 is a channel to display a ECG1 signal which already through the process ADC and DAC. On channel 1 and 2 form the same signal, but look different, this is because the process of convert the signal from the ADC and DAC takes time, so the time shifted on CH2. There is a reduction in CH2 voltage,

14 this is because the delivery of signals from ECG1 to the ADC and DAC process, so the voltage is reduced. MATH is a channel on an oscilloscope which results in a reduction of CH1 and CH2. The scale used in MATH is 2V, so as a result the signal look smaller. From Picture 5 above, can be inferred that the signal from ECG1 (prior to the ADC) ADC and after a signal still has the same characteristics. ADC resolution is 10 bits. Magnitude Frequency (Hz) Picture 6 FFT Using Oscilloscope FFT display on oscillospe taken directly from the tool (before the ADC process), whereas the data on the display Matlab FFT is taken from digital data (after the process ADC). In Picture 6, frequency cutoff about 14, 84Hz. Cutoff frequencies obtained from or-3db 0,707 of the magnitude of the signal is passed. Picture 7 Active low pass filter orde 2 on ECG1 Large resistors and capacitors used in low pass filter in this process is: R7 = R8 = 100KΩ C6 = C7 = 100nF fc = fc = Frekuensi cutoff

15 Then the cutoff frequency is at Hz. In accordance with Nyquist's theory, to have no lost signal information, then the signal frequency sampling used should be at least twice the frequency of the original signal. Thus, the sampling frequency used by arduino by 125KHz, is enough in doing sampling signal ECG1. CONCLUSION 1. Value for error ADC arduino does not affect the shape of the analog signal. 2. The difference of signal shape between ECG with ECG1 due difference signal processing input. 3. There is still noise on the analog output. The Noise comes from the ECG sensor. 4. The process of ADC for ECG can be done using the sampling frequency 125KHz and 8 bit ADC 5. The process of sending data to a doctor remotely can already do, although the process still quite complicated. REFERENCE 1. Khan, Haroon Mustafa. (2002). Wireless ECG. Australia : The University of Queensland. 2. Karim, Sjukri., Kabo, Peter. (1996). EKG dan Penanggulangan beberapa penyakit jantung untuk dokter umum. Jakarta : Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. 3. Ajay Bharadwaj Technique for Accurate ECG Signal Proccessing. Diperoleh dari 4. Berlian, Nahason., Limbardo, Elvin., Joko. (2010). Perancangan Media Penyampaian Informasi Otomatis dengan LED Matrix Berbasis Arduino. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta. 5. Budiardjo, Rudy Wirawan., Adrianto, Yan., Yoseph, Mark. (2006). Analisa dan Perancangan Komunikasi SMS menggunakan J2ME Berbasis Bluetooth. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta. 6. Wellson., Hendruw., Aryton. (2012). Alat Pendukung Persentasi Menggunakan Wifi. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta Activity. Diperoleh dari 8. Huda, Arif Akbarul. (2012). 24 JAM!! Pintar Pemrograman Android. Yogyakarta: Andi. 9. Sudyono, Bertoni., Motto, Cahyadi., Mandagi, W.C. (2009). Analisa dan Perancangan E-CRM pada PT. Sauhbahtera Samudra. Skripsi S1. Universitas Bina Nusantara, Jakarta

16