Jurnal Einstein 3 () (205): 23-29 Jurnal Einstein Available online http://jurnal.unimed.ac.id/202/index.php/einstein RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI PENGOLAHAN SINYALELEKTROKARDIOGRAFI () DENGAN ADDER AMPLIFIERBERBASIS PERSONAL COMPUTER (PC) Nia Annisa Ferani dan Sehat Simatupang* Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan, Indonesia Diterima Oktober 204; Disetujui November 204; Dipublikasikan Februari 205 Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik rancangan instrumentasi pengolahan sinyal elektrokardiograi () dengan perancangan rangkaian penguat instrumentasi, high pass ilter, low pass ilter orde 2 butterworth, dan penambahan rangkaian adder ampliier. Sinyal biopotensial tubuh ditangkap oleh sensor Ag/AgCl dan dikuatkan dengan penguat instrumentasi, kemudian dilanjutkan ke rangkaian high pass ilter, low pass ilter orde 2 butterworth untuk menghilangkan noise pada rekuensi yang telah ditetapkan, dan selanjutnya diteruskan ke rangkaian adder ampliier. Dimana pada rangkaian adder, output sinyal amplitude gelombang dapat diatur. Sinyal tersebut diolah menjadi sinyal digital menggunakan sotware soundcard scope dengan Jack Mic sebagai konektor. Hasil graik rancangan dibandingkan dengan medis dan didapatkan amplitude gelombang P pada pertama 0,09mV, kedua 0,06mV, ketiga 0,09. Pada gelombang QRS, pertama,7mv, kedua,25mv, ketiga,7mv. Pada gelombang T, pertama 0,3mV, kedua 0,2mV, ketiga 0,8 mv, dan didapat persentase error rata-rata sebesar 3,2%. Pada perioda gelombang Q-R-S pertama 80ms, kedua 00ms, ketiga 00ms. Pada interval Q-T pertama 320ms, kedua 280ms, ketiga 350ms. Interval P-R didapat data pertama 20ms, kedua 60ms, ketiga 200ms. Pada interval P pertama 80ms, kedua 80ms, ketiga 00ms. Sehingga didapat persentase error rata-rata interval 0,8%. Pada pengukuran di waktu yang sama, tampak pola gelombang P, gelombang Q, kompleks QRS telah terbentuk, yang menandakan alat rancangan telah bekerja dengan baik.berdasarkan hasil penelitian didapatkan pola graik telah memenuhi parameter Elektrokardiograi. Kata kunci :, high pass ilter, low pass ilter,adder ampliier, dan soundcardscope How to Cite:Nia Annisa Feranidan Sehat Simatupang, (205) Rancang Bangun Instrumentasi Pengolahan SinyalElektrokardiograi (Ekg) Dengan Adder AmpliierBerbasis Personal Computer (Pc),Jurnal Einsten Prodi Fisika FMIPA Unimed, (5): 23-29. *Corresponding author: E-mail: rani_nia92@yahoo.com p-issn : I2338 98 e-issn : 2407-747X 23
Nia Annisa Ferani dan Sehat Simatupang, Rancang Bangun Instrumentasi Pengolahan SinyalElektrokardiograi (Ekg) Dengan Adder AmpliierBerbas is Personal Computer (Pc) PENDAHULUAN Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat pesat di abad ke-20 ini, mem-permudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup. Perkembangannya telah merambah di segala bidang, termasuk dalam bidang kedokteran. Salah satu pemanaatan teknologi dalam bidang kedokteran adalah usaha untuk mengetahui aktivitas yang dilakukan oleh jantung sebagai organ vital dalam tubuh manusia. Mengingat dalam beberapa tahun terakhir, penyakit jantung masih merupakan salah satu penyakit utama yang mengancam kehidupan manusia. Di Provinsi Sumatera Utara sendiri, terdapat beberapa kasus penyakit jantung koroner dan gagal jantung yang menjadi salah satu penyebab angka kematian pada usia 5 tahun. Menurut laporan riset kesehatan dasar Badan Penelitian dan Pengembangan Kesehatan Kementrian Kesehatan di tahun 203, sekitar,% penduduk Sumatera Utara mengalami jantung koroner dan 0,3% mengalami gagal jantung. Menurut survey dan pendataan World Health Orga-nitation (WHO), pada tahun 205 diperkirakan kematian akibat penyakit jantung dan pembuluh darah meningkat menjadi 20 juta jiwa. Sedangkan di negara maju seperti Amerika Serikat, menurut laporan American Heart Association setiap tahunnya kurang lebih 63.000 orang Amerika terkena serangan jantung (Busono,dkk. 200) Elektrokardiograi () merupakan salah satu sarana untuk menganalisa diagnosis penyakit jantung. Alat ini merekam bioelektrik yang keluar dari jantung. Elektrokardiogram yang merupakan hasil rekaman alat ini dapat menunjukkan adanya perubahanperubahan bioelektrik yang dikeluarkan oleh jantung (Fitriani, 200). Sehingga akan lebih memudahkan untuk mengetahui keadaan kesehatan jantung. 24 Akan tetapi pada saat ini elektrokardiograi () hanya dapat ditemui di rumah sakit yang berada di kota-kota besar. Hal ini dikarenakan harga dari elektro-kardiograi () yang sangat mahal, sehingga susah dijangkau oleh instansi-instansi kesehatan tertentu. Kemajuan teknologi di bidang elektronika digital yang begitu cepat, sehingga dimungkinkan untuk merancang instrumentasi berbasis digital. Berdasarkan uraian di atas, maka dirancang suatu instrument pengolahan sinyal elektrokardiograi () sederhana berbasis personal computer (PC) yang dapat membaca keluaran sinyal biopotensial. Blok rangkaian penelitian ini terdiri dari keluaran sinyal biopotensial yang ditangkap oleh sensor Ag/AgCl lalu diteruskan ke penguat instrumentasi, HighPass Filter (HPF), Low Pass Filter (LPF), dan Adder Ampliier. Hasil dari keluaran sinyal akan ditampilkan melalui personal computer (PC) mengunakan sotware soundcard scope. Sinyal biopotensial tubuh akan ditangkap oleh sensor Ag/AgCl dan akan diperkuat oleh rangkaian penguat instrumentasi dikarenakan sinyal keluaran tubuh bernilai sangat kecil berkisar 00µV-5mV. Sinyal biopotensial tubuh yang telah dikuatkan masih memiliki noise, yang berasal dari biopotensial tubuh dan jala-jala listrik, sehingga diperlukan rangkaian ilter untuk meredam noise tersebut. Pada perancangan instrumentasi ini digunakan rangkaian high pass ilter dan low pass ilter. High pass ilter digunakan untuk melewati rekuensi dalam kisaran tertentu dan menolak rekuensi dalam kisaran tertentu, sehingga output keluarannya dapat dibatasi, sedangkan Low pass ilter meredam sinyal-sinyal rekuensi tinggi yang masih mempengaruhi sinyal. Penambahan rangkaian Adder Ampliier digunakan sebagai interacing dan penambah level tegangan sinyal
Jurnal Einstein 3 () (205): 23-29 elektrokardiograi dengan tegangan DC, sehingga nantinya dapat diproses oleh personal computer (PC) kemudian akan diproses oleh sotware soundcard scope sebagai penampil sinyal keluaran biopotensial. 49,4K G R G 49,4K 560 88,2 89,2kali 90 kali METODOLOGI PENELITIAN. Tempat dan Waktu Penelitian Pelaksanaan penelitian meliputi perakitan dan pengujian, akan dilaksanakan di Laboratorium Fisika FMIPA Universitas Negeri Medan pada bulan September-Desember 204. 2. Alat dan Bahan Alat: Multimeter, Elektroda Ag/AgCl, Catu Daya Belah 5Volt, Jack Mic, Sotware Soundcard Scope, Tang potong, Solder, Penyedot timah, Bor DC, Obeng Positi, Pulpent permanent, Capit Buaya, Bahan: IC OP07, AD620, Kapasitor 0,µF/6V; 20 nf/6v: 47nF/6V; 00µF/6V; 000µF/6V, Resistor 560Ω; 0kΩ; 00kΩ; 220kΩ; 3,2MΩ, Potensiometer 0kΩ, Transistor 7805; 7905, Dioda Bridge, Trao CT, Led, Fuse, Sakelar, Steker, PCB polos, Pelarut, Timah, Kabel penghubung, Socket IC 3. Pembuatan Elektrokardiograi Blok rangkaian instrument elektrokardiograi () ini tersusun dari penguat instrumentasi, rangkaian ilter (High Pass Filter dan Filter Lowpass orde 2 butterworth), dan rangkaian adder ampliier. a. Perancancangan Penguat Instrumentasi Penguat Instrumentasi yang akan dirancang menggunakan IC AD 620, dimana IC ini mempunyai tingkat akurasi tinggi dan hanya memerlukan resistor eksternal untuk mengatur penguatan dengan rentang -000 kali.direncanakan penguat ini akan memberikan penguatan sebesar 90 kali. Penguatan yang besar ini didasarkan pada kecilnya amplitude sinyal biomedik jantung yang berkisar antara 00µV 5mV (Hindasyah, 2009). Gambar. Rangkaian Penguat Instrumentasi b. Perancangan Catu Daya Belah 5 Volt Untuk mengaktikan rangkaian penguat instrumentasi, IC AD620 harus akti. Untuk mengaktikan IC AD 620 maka diperlukan tegangan masukan sebesar +5V dan -5V. berikut adalah rancangan rangkaian catu daya belah ±5 Volt. Gambar 2. Catu Daya Belah 5V c. Perancangan Filter Filter adalah rangkaian yang digunakan untuk memisahkan sinyal gelombang pada rekuensi dasarnya. Adapucn ilter yang akan digunakan pada rangkaian ini adalah High Pass Filter dan, Filter Low Pass orde 2 butterworth. 0,03Hz c c 2.. R. C c 2.3,4.(3,2M ).(0, F) Resistor yang digunakan pada rangkaian High Pass Filter adalah 3,2MΩ 25
3 25 37 49 6 73 85 97 09 2 33 45 57 69 8 Nia Annisa Ferani dan Sehat Simatupang, Rancang Bangun Instrumentasi Pengolahan SinyalElektrokardiograi (Ekg) Dengan Adder AmpliierBerbas is Personal Computer (Pc) clp 07Hz clp 2RC 2 (00K)(20F) Berikut adalah skema rangkaian rancangan High Pass Filter dan Filter Low pass orde 2 butterworth : HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Berikut data hasil yang telah di set up menggunakan Soundcard Scope Sotware dan hasil medis Gambar 3.Rangkaian Filter d. Perancangan Rangkaian Adder Ampliier Rangkaian adder berungsi sebagai penambah level tegangan sinyal ECG dengan tegangan DC, system ini akan menaikkan level tegangan sinyal ECG sesuai dengan tegangan dc yang ditambahkan. Penambahan tegangan dc disesuaikan hingga semua level sinyal ECG bernilai positi sehingga nantinya dapat diproses oleh Komputer(Widodo, 2008). Gambar 5. Hasil dan Hasil Medis 0,3 0,2 0, 0 Series -0, -0,2 Gambar 6. Hasil Plot Data Excel Ekg Gambar 4.Rangkaian Adder Ampliier 26
3 25 37 49 6 73 85 97 09 2 33 45 57 69 8 27 53 79 05 3 57 83 209 235 26 287 33 339 Jurnal Einstein 3 () (205): 23-29 2 3 Gambar 7. Hasil dan Hasil Medis 4 3 2 0 - -2 Gambar 8.Hasil Plot Data Excel Gambar 9.Hasil dan Hasil Medis 0,5 0, 0,05 0-0,05-0, -0,5-0,2 Gambar 0. Hasil Plot Data Excel Series 27
Nia Annisa Ferani dan Sehat Simatupang, Rancang Bangun Instrumentasi Pengolahan SinyalElektrokardiograi (Ekg) Dengan Adder AmpliierBerbas is Personal Computer (Pc) Perbandingan Data Penelitian Elektrokardiograi dengan Elektrokardiograi Medis a. Perbandingan Amplitudo Tabel. Perbandingan Amplitudo Ampl itudo Para meter Gelom bang (mv) (mv) Hasil Pengujian medis (mv) I II III I II III P < 0,25 0,09 0,06 0,09 0, 0,08 0, QRS, 3,7,25,7,5,,2 T < 0,5 0,3 0,2 0,8 0,7 0,5 0,2 b. Perbandingan Periode Tabel 2. Perbandingan Periode Jenis Gelomb ang Parameter Durasi Gelombang (ms) HasilPengujian rancangan (ms) medis (ms) I II III I II III Q-R-S 80-20 80 00 00 80 20 20 Q-T 360-440 320 280 350 280 240 320 P-R 20-200 20 60 200 20 36 60 P 80-0 80 80 00 80 88 96 amplitude Amplitud o I II III rata-rata amplitud e P 0% 25% 0%,7% QRS 3,6 2,5 4% % % 0,% T 23,5 % 20% 0% 7,8% Durasi interval gelombang I II III ratarata interval Q-R-S 0% 6,7% 6,7%,% Q-T 4,28% 6,7% 9,4% 3,5% P-R 0% 7,6% 25% 4,2% P 0% 9,% 4,2% 4,4%,% 3,5% 4,2% 4,4% 4 0,8%,7% 0,% 7,8% 3 3,2% 28
Jurnal Einstein 3 () (205): 23-29 KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dari rancang bangun Elektrokardiograi dengan menggunakan Adder ampliier, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :. Pengolahan sinyal menggunakan penguat instrumentasi dengan IC AD620, rangkaian high pass ilter, low pass ilter orde 2 butterworth, serta penambahan rangkaian adder ampliier menghasilkan gelombang output yang memenuhi parameter Elektrokardiograi. 2. Meskipun telah memenuhi parameter, akan tetapi masih terdapat beberapa perbedaan antara hasil medis dengan yang dirancang pada pengukuran di waktu yang berbeda. Hal itu dapat terlihat pada pola gelombang amplitude. Besar persentase kesalahan pada masing-masing gelombang antara lain pada gelombang P persentase rata-rata errornya sebesar 9,3%, gelombang QRS sebesar 0%, gelombang T sebesar 7,8%. Jadi didapat persentase error rata-rata sebesar 5,7%. Sedangkan besar persentase kesalahan pada periode yang didapat pada gelombang QRS adalah 20%, gelombang QT 3,2%, gelombang PR 7,2%, dan gelombang P sebesar 4,3%. Sehingga didapat besar persentase kesalahan ratarata pada interval waktu sebesar 3,67%. 3. Pada pengukuran di waktu yang sama, tampak pola gelombang P, gelombang Q, kompleks QRS telah terbentuk, yang menandakan alat rancangan telah bekerja dengan baik. 29 4. Perancangan alat elektrokardiograi ini menghasilkan data yang lebih baik dibanding penelitian sebelumnya. Hal ini dapat dilihat dari persentase kesalahan yang lebih kecil dari penelitian sebelumnya yakni pada amplitudonya didapat ralat sebesar 5,7% dan pada rekuensinya didapat ralat sebesar 3,67%. DAFTAR PUSTAKA Badan Penelititan dan Pengem-bangan Kesehatan Ke-mentrian Kesehatan RI., (203), Riset Kesehatan Dasar (RisKesDas 203), Menteri Kesehatan RI, Jakarta. Busono, P., dan Sarodja, N., (200), Implementasi Standalone Patient Monitoring System Dilengkapi Dengan Pe-rangkat Lunak Interpretasi Untuk Meningkatkan Kualitas Pelayanan Ke-sehatan di Puskesmas, Laporan Hasil Penelitian, BPPT Serpong, Tangerang Fitriani, L., (200), Evaluasi Kerja Electrocardiograph (ECG) RSUD Zainoel Abidin, Laporan Penelitian, Banda Aceh Hindasyah, A., (2009), Rancang Bangun Sistem Instrumentasi Elektrokardiogram dan Aktiitas Gerak Secara Wireless, Tesis, FMIPA, UI, Depok. Widodo, A., (2008), Sistem Akuisisi ECG Menggunakan USB untuk Deteksi Aritmia, Tugas Akhir, FT,ITS,Surabaya. World Health Organitation, (204), Cardiovascular Diseases, WHO, New York.