HeartDroid: Rancang Bangun Visualisasi Electrocardiogram (ECG) menggunakan Mikrokontroler Arduino

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 1 HeartDroid: Rancang Bangun Visualisasi Electrocardiogram (ECG) menggunakan Mikrokontroler Arduino Muhammad Faridh Dj., Ary Mazharuddin S., Hudan Studiawan Teknik Informatika, Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia ary.shiddiqi@cs.its.ac.id Abstrak Dengan berkembangnya teknologi pada dunia medis, telah banyak perangkat medis yang dapat diintegrasikan dengan perangkat lain, salah satunya adalah integrasi dengan aplikasi pada perangkat bergerak. Sistem tersebut akan dapat digunakan secara individu dengan mudah oleh pengguna. Pengawasan detak jantung merupakan aspek penting bagi kesehatan. Pengawasan biasanya dilakukan dengan cara melakukan pemeriksaan rutin di rumah sakit menggunakan perangkat yang disebut Electrocardiogram (ECG). ECG tersebut dapat menghasilkan data secara akurat, namun perangkat tersebut sangat mahal dan tidak bisa dibawa kemana-mana karena hanya bisa dilakukan dengan kunjungan rutin ke rumah sakit. Dengan adanya aplikasi visualisasi detak jantung yang diperoleh dari ECG, maka akan dapat membantu penggunanya untuk melakukan pengawasan detak jantung secara rutin dan mandiri karena pengguna dapat mengirimkan data hasil proses visualisasi detak jantung kepada dokter melalui dan pengguna dapat memperoleh informasi hasil diagnosa dari dokter yang bersangkutan. Selain itu, pada aplikasi ini terdapat fitur untuk menunjukkan informasi lokasi rumah sakit dan dokter terdekat. Kata kunci Electrocardiogram, Mikrokontroler, Aplikasi pada Perangkat Bergerak. D I. PENDAHULUAN engan adanya perkembangan medis yang begitu pesat di kalangan masyarakat modern, sistem atau perangkat yang digunakan untuk penanganan di bidang kesehatan menjadi semakin canggih dan profesional. Migrasi teknologi yang digunakan pada klinik atau rumah sakit menjadi suatu sistem atau perangkat yang dapat digunakan secara individu dengan mudah. Untuk mendesentralisasikan beban sistem kesehatan masyarakat saat ini dan mempromosikan popularitas dari pemeriksaan kesehatan secara mandiri dan rutin, banyak cara yang sudah dikembangkan untuk mempermudah dan mempercepat diagnosa suatu penyakit dengan akurat. Dewasa ini, perangkat mobile sudah mulai diintegrasikan dengan berbagai macam perangkat keras pendukung untuk menyediakan fungsi yang lebih banyak untuk pengguna, yang juga mengarah pada integrasi sebuah perangkat pendeteksi detak jantung yang akan memonitor detak jantung dari seorang pengguna. Pengawasan detak jantung merupakan suatu aspek penting bagi manusia. Pengawasan ini biasanya dilakukan dengan cara pemeriksaan kesehatan di rumah sakit. Namun demikian, terdapat berbagai situasi di mana detak jantung tidak dapat dimonitor ketika sedang berada di rumah, di kantor, atau bahkan sedang mengemudi kendaraan ataupun ketika sedang berolahraga secara terus-menerus. Biasanya pengawasan detak jantung dilakukan di rumah sakit dengan menggunakan perangkat yang disebut ECG (Electrocardiogram). Meskipun ECG tersebut dapat menghasilkan data secara akurat, namun perangkat tersebut sangatlah mahal dan tidak bisa dibawa kemana-mana karena hanya bisa dilakukan dengan kunjungan rutin ke rumah sakit. Untuk memecahkan masalah ini, maka pada paper ini dibuat suatu sistem yang dapat memvisualisasikan detak jantung dari alat ECG ke aplikasi mobile dengan memanfaatkan mikrokontroler sebagai sensor. Sistem ini dapat menyimpan data hasil rekam detak jantung. Data tersebut dapat dikirim ke dokter melalui fasilitas pengiriman yang disediakan di dalam aplikasi dan dapat dibuka kembali untuk melihat hasil visualisasinya melalui aplikasi ini. Selain itu, pada aplikasi ini juga terdapat fitur untuk memberikan informasi lokasi rumah sakit dan dokter terdekat dengan tujuan dapat membantu pengguna jika dalam keadaan darurat. A. Electrocardiogram (ECG) II. TINJAUAN PUSTAKA Electrocardiogram (ECG) adalah representasi dari suatu sinyal yang dihasilkan oleh aktifitas listrik otot jantung. EKG ini merupakan rekaman informasi kondisi jantung yang diambil dengan memasang electroda pada badan. Rekaman EKG ini digunakan oleh dokter ahli untuk menentukan kodisi jantung dari pasien. Sinyal EKG direkam menggunakan perangkat elektrokardiograf. Tindakan pemeriksaan elektrokardiogram disebut elektrokardiografi. Tes ECG atau pemeriksaan ECG biasanya dilakukan oleh dokter, hasil ECG dinilai oleh dokter spesialis misalnya spesialis penyakit

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 2 Gambar. 1. STM32F4 Discovery jantung, spesialis penyakit dalam, spesialis elektrofisiologi, spesialis anestesi, atau spesialis bedah. ECG adalah tes kesehatan yang umum yang merupakan bagian dari check-up kesehatan berkala [1]. B. Mikrokontroler ARM STM32F4-series (Cortex-M4) STM32 adalah mikrokontroler buatan STMicroelectronics menggunakan arsitektur 32 Bit RISC berdasarkan ARM core buatan ARM Holdings. STM32 terbagi dalam beberapa jenis core, seperti Cortex-M4F, Cortex-M3, Cortex-M0+ dan Cortex-M0. Tidak seperti AVR dan PIC yang tersedia dalam package DIP dan SMD, semua variant STM32 hanya tersedia dalam package SMD ( TQFP, QFP, FQFP, LQFP). Sehingga cukup menyulitkan bagi pengembang yang ingin membuat rangkaian menggunakan breadboard (protoboard). STM32 terbagi menjadi bererapa varian sebagai berikut: 1. STM32 L1-series (Cortex-M3) 2. STM32 F0-series (Cortex-M0) 3. STM32 F1-series (Cortex-M3) 4. STM32 F2-series (Cortex-M3) 5. STM32 F4-series (Cortex-M4) 6. STM32 F3-series (Cortex-M4) Varian yang sering sekali digunakan didalam proyek opensource dan edukasi adalah STM32 F1, STM32 F3 dan STM32 F4. Beberapa seri mikrokontroler dari keluarga STM32 F4-series ada STM32F407VGT6 dan STM32F405RGT6. STM32 F4-series adalah kelompok pertama dari STM32 mikrokontroler berdasarkan inti ARM Cortex-M4F. F4-series juga merupakan seri STM32 yang pertama yang memiliki DSP dan instruksi floating point. F4 merupakan seri yang kompatibel dengan STM32 F2-seri apabila komunikasi secara pin-to-pin dan memiliki kecepatan clock yang lebih tinggi, 64K CCM RAM statis, full duplex I²S, meningkatkan real-time clock, dan memiliki ADC yang lebih cepat[2]. Pada paper ini, mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler STM32F4 Discovery. STM32F4 Discovery adalah development board dengan mikrokontroler ARM Cortex-M4 yang memiliki tingkat kecepatan clock sampai dengan 168 MHz, mampu mengeksekusi perintah sampai dengan 210 MIPS (Million Instruction per Second). Mikrokontroller ini memiliki 1 MByte Flash PEROM (Flash Gambar. 2. Arsitektur Perangkat Lunak Programmable and Eraseble Read Only Memory), 192 Kbyte SRAM, 100 pin, 5 buah port I/O yang mana setiap pin dalam masing masing port dapat diprogram tersendiri, memiliki dua belas buah timer/counter 16 bit dan dua buah timer/counter 32 bit. Mikrokontroler STM32F4 Discovery dapat dilihat pada Gambar. 1. III. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK A. Arsitektur Perangkat Lunak Pada Gambar 2 di atas merupakan arsitektur sistem yang akan dibangun pada Tugas Akhir ini. Aplikasi ini berjalan pada saat elektroda yang ada pada alat ECG dipasang di bagian tertentu pada tubuh manusia. Kemudian sinyal dari ECG akan diterima dan diterjemahkan dari sinyal analog ke digital oleh mikrokontroler. Proses ini dinamakan signal conditioning. Sinyal tersebut nantinya direkam dan akan dikirim melalui bluetooth ke perangkat mobile secara real-time untuk melihat hasil visualisasi sinyal detak jantung dalam bentuk grafik. Data dari hasil dari visualisasi detak jantung dapat disimpan dan dibuka kembali apabila pengguna membutuhkannya. Setelah selesai maka pengguna dapat mengirim yang isinya data hasil visualisasi detak jantung yang baru saja dilakukan ke alamat dokter yang telah disimpan sebelumnya. Selain itu, aplikasi ini juga menyediakan fitur pendukung, dimana aplikasi ini akan menunjukan lokasi rumah sakit terdekat apabila dalam keadaan darurat. Aplikasi akan memanfaatkan layanan dari Google places API yang dapat digunakan untuk mengetahui lokasi seseorang dengan cara memperoleh posisi longitude dan latitude pengguna tersebut. Begitu pula dengan menentukan lokasi rumah sakit. Layanan tersebut memanfaatkan sistem GPS yang terdapat pada Android dan menggunakan Google Maps sebagai penentu lokasi.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 3 Aktifkan Bluetooth Menampilkan Hasil scan paired Device dan memilih device yang akan disambungkan B. Deskripsi Alur Sistem Pada sistem ini hanya terdapat 1 aktor, yaitu pengguna. Pengguna adalah aktor yang dapat menggunakan semua fitur yang ada pada sistem visualisasi detak jantung. Proses dimulai pada saat elektroda yang ada pada alat ECG dipasang di bagian atau titik-titik tertentu pada tubuh manusia. Kemudian sinyal dari ECG akan diterima dan diterjemahkan dari sinyal analog ke digital oleh mikrokontroler. Proses ini dinamakan signal conditioning. Sinyal tersebut dikirim melalui bluetooth module yang juga telah terpasang pada mikrokontroler ke perangkat bergerak dan akan ditampilkan dalam bentuk grafik secara real-time. Berikut adalah alur diagram sistem pada proses visualisasi detak jantung ditunjukan pada Gambar. 3. C. Fitur Aplikasi NO MULAI Mempersiapkan EKG Menghubungkan dengan Mikrokontroler Melakukan Login pada Aplikasi Mobile HeartDroid Klik Menu Heart Rate Klik Tombol Connect Cek Bluetooth AKtif Melihat Grafik Secara Real- Time Klik Tombol Disconnect SELESAI YES Melakukan Scan Paired Device Memilih device yang akan disambungkan Gambar. 3. Diagram Alir Kasus Penggunaan Melakukan Pencarian Diskon Aplikasi HeartDroid memiliki beberapa fitur sebagai berikut: 1. Menampilkan grafik hasil visualisasi dari ECG. 2. Menyimpan data detak jantung. 3. Melihat kembali grafik hasil visualisasi detak jantung dari ECG dari data detak jantung yang telah disimpan. 4. Mengirim hasil data detak jantung. byte[] readbuf = (byte[]) msg.obj; String strincom = new String(readBuf, 0, 1); String cek = tobinary(strincom.getbytes()); int nilaiy= Integer.parseInt(cek.substring(0,8),2); Series.appendData(new GraphViewData(graph2LastXValue,(double)nilaiy),AutoScrol lx); Gambar. 4. Implementasi Fitur Menampilkan Grafik Hasil Visualisasi ECG File file = Environment.getExternalStorageDirectory(); File filename = new File(file, namafile+".txt"); BufferedWriter writer; writer = new BufferedWriter(new FileWriter(filename, true)); writer.write(integer.tostring(nilaiy)); writer.newline(); writer.close(); Gambar. 5. Implementasi Fitur Menyimpan Data Detak Jantung File file = Environment.getExternalStorageDirectory(); FileReader fin; fin = new FileReader(m_chosen); Scanner src = new Scanner(fin); while (src.hasnext()) { if (src.hasnextint()) { i = src.nextint(); Series.appendData(new GraphViewData(x+=0.01,(double)i),AutoScrollX); } fin.close();} Gambar. 6. Implementasi Fitur Melihat Hasil Visualisasi Detak Jantung dari Data yang Disimpan protected void send () { String[] recipients = {recipient.gettext().tostring()}; Intent = new Intent(Intent.ACTION_SEND, Uri.parse("mailto:")); .settype("message/rfc822"); .putextra(intent.extra_ , recipients); .putextra(intent.extra_subject,subject.gettext().tostr ing()); .putextra(intent.extra_text,body.gettext().tost ring()); try {startactivity(intent.createchooser( , "Choose an client from...")); } catch (android.content.activitynotfoundexception ex) {Toast.makeText(Send .this, "No client installed.",toast.length_long).show();}} Gambar. 7. Implementasi Fitur Pengiriman 5. Menampilkan informasi lokasi rumah sakit dan dokter terdekat. A. Implementasi Aplikasi IV. IMPLEMENTASI Berikut ini akan dijabarkan tentang implementasi fitur yang terdapat pada aplikasi. 1. Impelementasi fitur menampilkan grafik hasil visualisasi terdapat pada Gambar Implementasi fitur menyimpan data detak jantung terdapat pada Gambar Implementasi fitur melihat grafik hasil visualisasi detak jantung dari data yang telah disimpan terdapat pada Gambar Implementasi fitur mengirim hasil data detak jantung terdapat pada Gambar Impelementasi fitur menampilkan informasi lokasi rumah sakit dan dokter terdekat terdapat pada Gambar.8.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 4 String types = "hospital doctor"; try { types = URLEncoder.encode(types, "UTF-8"); } catch (UnsupportedEncodingException e1) { // TODO Auto-generated catch block e1.printstacktrace(); } String placessearchstr = " + "json?location="+lat+","+lng+ "&radius=5000&sensor=true" + "&types=" + types + "&key=aizasyafw15pmmzl2-tsuq8jndbrwqeabqdopqc"; //ADD KEY new GetPlaces().execute(placesSearchStr); locman.requestlocationupdates(locationmanager.network_provi DER, 30000, 100, this); Gambar. 8. Implementasi Fitur Menampilkan Informasi Rumah Sakit dan Dokter Terdekat Gambar. 10. Hasil Pengujian Menampilkan Visualisasi Grafik Detak Jantung dari data yang telah disimpan Gambar. 9. Hasil Pengujian Menampilkan Grafik Detak Jantung secara Realtime B. Implementasi Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan sebuah perangkat berupa chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan umumnya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalamnya. Kelebihan utama dari mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas. Mikrokontroler yang telah diimplementasikan akan menerima data berupa tegangan listrik dari ECG yang sedang dipasangkan pada tubuh manusia dan nantinya setelah melalui proses maka akan memberikan output sebuah data bertipe byte array 8 bit. Data tersebut harus diolah terlebih dahulu agar dapat digunakan pada proses aplikasi. Untuk itu dibutuhkan sebuah fungsi yang digunakan untuk merubah sinyal yang didapat dari ECG dan mentransfer data setelah melalui proses pengkondisian sinyal. Selanjutnya data tersebut akan digunakan untuk diproses agar datanya dapat ditampilkan pada layar smartphone dalam bentuk grafik secara real-time. Tools yang digunakan adalah CoIDE Coocox. Pada CoIDE telah tersedia library untuk mengolah data masukan dari ECG dan mengubahnya dari analog menjadi digital dengan menggunakan ADC (Analog-to- Gambar. 11. Hasil Pengujian Menampilkan Lokasi Rumah Sakit dan Dokter Terdekat Digital Converter). Kemudian data tersebut akan ditransfer melalui Bluetooth module yang juga telah terpasang pada mikrokontroler. V. PENGUJIAN DAN EVALUASI Pengujian dilakukan untuk menguji apakah fungsionalitas sistem sudah berjalan dengan benar. Rincian pengujian adalah sebagai berikut: 1. Pengujian Menampilkan Grafik Detak Jantung Secara Real-Time Hasil pengujian menampilkan grafik detak jantung secara realtime dapat dilihat pada Gambar. 9. Dari pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi menampilkan grafik detak jantung secara realtime dapat berjalan dengan benar. 2. Pengujian Menampilkan Data Visualisasi Grafik Detak Jantung dari data yang telah disimpan Hasil pengujian menampilkan data visualisasi grafik detak jantung dari data yang telah disimpan dapat dilihat pada Gambar. 10. Dari pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi open file grafik detak jantung dapat berjalan dengan benar. 3. Pengujian Menampilkan Lokasi Rumah Sakit dan Dokter Terdekat.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 5 Gambar. 12. Hasil Pengujian Pengiriman Hasil pengujian menampilkan lokasi rumah sakit dan dokter terdekat dapat dilihat pada Gambar. 11. Dari pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi menampilkan lokasi rumah sakit dan dokter terdekat dapat berjalan dengan benar. 4. Pengujian Pengiriman Hasil pengujian pengiriman dapat dilihat pada Gambar. 12. Dari pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi mengirim data detak jantung dapat berjalan dengan benar. VI. KESIMPULAN & SARAN Dari proses perancangan, implementasi, serta pengujian sistem dapat ditarik kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut. 1. Sistem dapat menampilkan visualisasi detak jantung dari ECG dengan mengubah input sinyal data analog menjadi digital dengan menggunakan mikrokontroler dan dapat dibuka kembali untuk menampilkan data dalam bentuk grafik. 2. Sistem dapat menerjemahkan data input sinyal yang dikirim melalui ECG dengan cara mengubah sinyal data analog ke digital oleh mikrokontroler agar dapat dibaca oleh aplikasi perangkat bergerak dan ditampilkan dalam bentuk grafik secara real-time pada layar perangkat bergerak. 3. Penggunaan ECG tanpa dihubungkan dengan aplikasi HeartDroid memerlukan waktu untuk mentransfer data yang kemudian data tersebut akan ditampilkan setiap 2 detik sekali. Sedangkan dengan menggunakan ECG yang dihubungkan dengan aplikasi HeartDroid, waktu yang diperlukan untuk mentransfer data dan menampilkannya pada layar perangkat bergerak hanya memiliki selisih 1 detik (menampilkan data setiap 1 detik sekali). 4. Sistem dapat melakukan pencarian lokasi rumah sakit atau dokter terdekat apabila membutuhkan. Untuk proses penentuan lokasi, penggunaan teknologi GPS, Google Maps dan geolocation terbukti cukup mampu menampilkan lokasi dengan akurat. Selain itu, pada saat aplikasi menampilkan informasi lokasi rumah sakit atau dokter pengguna dapat memilih lokasi terdekat dengan melihat jarak yang ditampilkan setiap pengguna menekan marker pada map. Kemudian, pada saat lokasi pengguna berubah atau sedang berjalan maka aplikasi akan otomatis melakukan update perubahan lokasi baik itu lokasi pengguna maupun lokasi rumah sakit atau dokter selama pengguna tetap bergerak. 5. Sistem menyediakan fitur mengirim pesan pada aplikasi sebagai alat bantu bagi pengguna untuk dapat berkomunikasi dengan pihak dokter. Saran yang dapat digunakan untuk perbaikan adalah sebagai berikut: 1. Aplikasi dapat langsung melakukan diagnosa atas proses visualisasi yang dilakukan oleh pengguna. 2. Tampilan grafik diperhalus dengan menggunakan filter untuk mengurangi noise grafik. 3. Perlu dipercepat kalibrasi untuk penerimaan data. 4. Aplikasi dapat diimplementasikan pada semua platform perangkat bergerak. 5. Dengan sistem ini maka diharapkan membantu dan memudahkan pengguna untuk dapat mengetahui gejala penyakit jantung lebih dini. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis M.F.D. mengucapkan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa, kedua orangtua dan keluarga penulis, dosen pembimbing, seluruh dosen Teknik Informatika ITS, kerabat dekat, serta berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1] Guyton. AC, Hall. JE, Textbook of Medical Physiology, Philadelphia: WB Saunders Company, [2] STM32F407VG: High-performance and DSP with FPU, ARM Cortex-M4 MCU with 1 Mbyte Flash, 168 MHz CPU, Art Accelerator, Ethernet, [Online]. Available: S1577/LN11/PF252140?s_searchtype=partnumber. [Accessed 24 Mei 2014].