Seminar Tugas Akhir Juni 07 Analisis Sinyal Plethysmograf dengan Metode Transmittan dan Reflektan Roichatun Nashicha, Dr. Ir. Bambang Guruh I, AIM,MM,dan Muhammad Ridha Mak ruf,st,msi ABSTRAK Plethysmografi merupakan suatu teknik non invasive untuk mendeteksi perubahan volume didalam suatu organ. Informasi dari sinyal perubahan volume darah ini dapat digunakan untuk menghitung detak jantung permenit (BPM) karena setiap puncak gelombang yang terjadi berkorelasi dengan satu detak jantung. Terdapat dua tipe PPG, yaitu transmitansi dan reflektansi. Metode transmisi yaitu letak infrared dan fotodiode berhadapan, Sedangkan reflektan letak infrared dan fotodioda sejajar. Data dari finger sensor transmittan dan reflektan masuk ke rangkaian pengkondisian sinyal, kemudian dikirim ke mikrokontroller untuk diolah sehingga menghasilkan presentase nilai BPM yang kemudian ditampilkan pada PC. Sinyal PPG transmittan dan reflektan dibandingkan untuk megetahui perbedaan sinyal tersebut. Pengujian dilakukan dengan membandingkan modul dengan alat ukur standar yang menghasilkan %error terbesar sebesar,08% pada reflektan dan 0,8% pada Transmittan. Dari hasil yang diperoleh, alat layak digunakan karena dalam Pedoman Pengujian dan Kalibrasi Alat Kesehatan DEPKES RI tahun 00, batas maksimal dalam toleransi kesalahan SPO adalah %. Kata kunci : Plethysmograf, Transmittan, Reflektan I. PENDAHULUAN.. Latar Belakang Photoplethysmography adalah teknik optik non-invasive untuk mengukur perubahan pada volume darah berdasarkan variasi intensitas cahaya yang lewat atau dipantulkan oleh jaringan kulit. Photoplethysmography menggunakan sumber cahaya dan photodetector mendeteksi adanya perubahan volume darah dalam pembuluh darah. Cahaya dapat ditransmisikan melalui jaringan kapiler (capillary bed). Saat pulsasi arteri (arterial pulsations) mengisi jaringan kapiler, perubahan volume pembuluh mengubah penyerapan (absorption), pantulan (reflection), dan hamburan (scattering) cahaya. Terdapat dua metode photoplethysmography: ) Metode transmisi, di mana cahaya ditransmisikan melalui jaringan kemudian cahaya yang melalui jaringan dideteksi oleh sensor cahaya. ) Metode pantul, dimana cahaya dipantulkan oleh jaringan, kemudian cahaya yang dipantulkan dideteksi oleh sensor cahaya. (Harsono, 0) Infrared dengan panjang gelombang 940 nm memancarkan cahaya dan melewati jari tangan, kemudian hasil dari perubahan volume darah pantulan cahaya ditangkap oleh photodioda. Hasil photodioda di pengarui oleh kondisi detak jantung. Pada saat terjadi adanya denyutan maka darah akan mengalir keujung jari sehingga tingkat kekeruhan darah menjadi pekat dan menghalangi cahaya infrared ke photodioda dan menyebabkan resistansi pada
Seminar Tugas Akhir Juni 07 photodioda menjadi besar maka terjadi perbedaan tegangan sehingga terdapat pulsa high, tetapi masih sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Pada saat tidak terjadi denyutan maka cahaya infrared sepenuhnya memancar ke potodioda maka menyebabkan resistansi kecil sehingga menghasilkan pulsa low. Pulsa kemudian dihitung oleh mikrokontroler untuk menentukan denyut jantung dan ditampilkan pada PC.(Teguh, 0).. Batasan Masalah. Peletakan Infrared dan Photodiode sebagai sensornya. Membandingkan Output, Input pada Transmittan dan Reflektan dan menganalisa sinyal PPG. Menampilkan Sinyal PPG dan BPM secara kontinyu 4. Mengetahui sensitivitas dan spesifitas dari metode transmittan dan reflektan 5. Pengukuran pada orang dewasa.4. Rumusan Masalah. Dapatkah infrared photodiode digunakan sebagai detektor sinyal PPG?. Dapatkah menampilkan sinyal PPG pada PC secara kontinyu. Dapatkah mengetahui perbedaan sinyal PPG pada Transmittan dan Reflektan?.4. Tujuan Penelitian.4.. Tujuan Umum Membuat alat Photoplethysmogram dengan menggunakan sensor photodiode dan infrared mengunakan metode reflektan dan transmittan kemudian ditampilkan PC.4.. Tujuan Khusus. Membuat rangkaian pengondisi sinyal untuk rangakaian sensor transmittan maupun reflektan. Membuat rangkaian minimum sistem AVR Atmga 8 dan Program CV AVR. Membuat program penampil output alat pada monitor PC menggunakan perangkat lunak Delphi 4. Melakukan Uji fungsi alat dan membandingkan kinerja dari dua metode.5. Manfaat Penelitian.5.. Manfaat Teoritis Hasil penelitian dapat Menambah waawasan dan pengetahuan tantang alatalat kesehatan di bidang peralatan Diagnostik, khususnya perbandingan metode transmittan dan reflektan pada alat PPG.5.. Manfaat Praktis Dapat diketahui karakteristik, spesifitas dan sensitifitas sinyal PPG dengan metode transmittan dan metode reflektan
Seminar Tugas Akhir Juni 07 II. METODE PENELITAIAN.. Blok Diagram Gambar.. Mekanis sistem tampak belakang Gambar.. Diagram blok system Finger sensor transmittan dan juga reflektan di pasang pada jari pasien di telunjuk pasiean untuk mendeteksi denyut jantung. Pada kedua finger sensor dan cahaya infrared yang dipancarkan ditangkap oleh photodiode. Karena adanya pengaruh dari aliran darah maka terjadi perubahan sinyal. Sinyal tersebut sangat kecil, sehingga memerlukan pengondisi sinyal yang terdiri dari rangkaian amplifier untuk memperkuat sinyal output dari masing-masing kemudian diolah pada minimumsistem dan dikirim melalui PL 0 dan hasil akan dibaca PC.. Diagram Mekanis Sistem Gambar. Mekanis sistem tampak depan.. Diagram Alir... Diagram Alir Program Mikrokontroller T Begin Inisialisasi Deteksi Sinyal PPG Sinyal PPG Sending Data Y Tx data ke PC lewat PL0 End Gambar.4. Diagram Alir program Mikrokontroller Saat proses dimulai, maka sensor fingertip akan mendeteksi sinyal pletysmogram. Jika sinyal pletysmogram terdeteksi oleh sensor, maka sinyal tersebut ditransfer ke mikrokontroler kemudian data yang telah ditampung di mikrokontroler akan dikirim Y T
Seminar Tugas Akhir Juni 07 melalui port Tx pada mikrokontroler. Jika sinyal plethysmografi tidak terkirim,maka sensor akan terus mendeteksi sinyal plethysmografi.... Diagram Alir pada Delphi Begin Inisialisasi mikrokontroler akan diterima. Saat ditekan tombol connect, maka data akan masuk pada program. Jika tidak ditekan, maka data hanya diterima tidak ditampilkan. Pada tampilan grafik, program akan menampilkan sinyal PPG yang sudah terdeteksi sebelumnya oleh sensor fingertip. Kemudian jika ditekan start maka program akan menghitung BPM selama 60 detik. Jika sudah mencapai 60 detik program akan menampilkan BPM. Receiving Data III. Pembahasan Connecting data Serial Y Tampil grafik Sinyal PPG T.. Pengukuran Tes Point... Tes Point Transmittan a. Menguji Output Sebelum Kapasitor Hitung BPM Timer 60 Detik =? Tampil BPM Y T Gambar.. output sebelum kapasitor Output yang keluar dari sensor masih belum bisa ditentukan hasil dari pemeriksaan finger sensor b. Menguji Output Sesudah Kapasitor End Gambar.5 Diagram Alir program Mikrokontroller Ketika program dijalankan, maka program langsung menginisialisasi program. Data yang sudah dikirim oleh Gambar.. output sesudah kapasitor
Seminar Tugas Akhir Juni 07 Output sinyal setelah kapasitor sudah berada pada titik ground, karena sinyal sudah melewati rangkaian high pass filter dan melewati kapasitor c. Menguji Penguatan Pertama uf C4 R 6K8 R7 68K J4 TP C 00nF R 680K Gambar.. Filter pertama - + 8 4 UA LM58 J TP Gambar.6. output pengutan Kedua Amplitudo Kotak Vpp = Time Div x Tinggi = V x 4 = 4 V Output sinyal pada penguatan ke- sebesar 4 Vpp.... Tes Point Reflektan a. Menguji Output Sebelum Kapasitor Gambar.4. output pengutan pertama Amplitudo = 500 mv Dengan amplitudo yang masih susah di baca oleh ADC maka sinyal tersebut dikuatkan kembali agar lebih sensitif. Gambar.7. output pengutan pertama Output yang keluar dari sensor masih belum bisa ditentukan hasil dari pemeriksaan finger sensor b. Menguji Output Sesudah Kapasitor d. Mneguji Penguatan Kedua C 00nF R 6K8 R4 680K uf C R8 68K J TP 6 5 + - UB J 7 LM58 Out BPM Gambar.5. Filter kedua Gambar.8. output sesudah kapasitor Output sinyal setelah kapasitor sudah berada pada titik ground, karena sinyal
Seminar Tugas Akhir Juni 07 sudah melewati rangkaian high pass filter dan melewati kapasitor c. Menguji Penguatan Pertama C4 uf R7 68K C 00nF R R 6K8 680K J J4 TP TP Gambar.9. Filter pertama Gambar.0. output pengutan pertama Amplitudo = 00 mv Dengan amplitudo yang masih susah di baca oleh ADC + - 8 4 UA LM58 Amplitudo : x = V Output sinyal pada penguatan ke- sebesar Vpp.... Minimum System C pf J9 xtal Y 05900Hz Supply xtal J C pf R 4 K U PL PC6 (RESET) SWRESET C 4 0uF 5 PB0 (ICP) (RxD) PD0 J8 6 PB (OCA) (TxD) PD 4 7 PB (SS/OCB) (INT0) PD 5 8 PB (OC/MOSI) (INT) PD 6 9 PB4 (MISO) (XCK/T0) PD4 4 xtal 9 PB5 (SCK) (T) PD5 5 xtal 0 PB6 (XT/TOSC) (AIN0) PD6 R6 PB7 (XT/TOSC) (AIN) PD7 K Programmer 7 J 4 PC0 (ADC0) VCC 8 5 PC (ADC) GND 6 PC (ADC) 0 D 7 PC (ADC) AVCC R5.4v bpm 8 PC4 (SDA/ADC4) AREF 0K J PC5 (SCL/ADC5) AGND ATMEGA8 BPM Gambar.. output pengutan pertama Output tegangan yang masuk pada port adc akan di olah pada rangkaian mikro, karena mikrokontroler berfungsi sebagai inisialisasi data adc, dan pengolahan sesunguhnya beradaa pada aplikasi delphi. Pengiriman data adc mengunakan jaringan nirkabel PL 0 dengan kaki Rx dan Ground. d. Menguji Penguatan Kedua C 00nF.. Hasil Pengukuran Modul Dengan Gold Standart R 6K8 R4 680K uf C 6 5 - + UB LM58 7 J Out BPM R8 68K J TP Gambar.. output Filter kedua Gambar.4 Hasil perhitungan Gambar.. output pengutan Kedua Amplitudo : Time Div x Tinggi kotak Berdasarkan hasil pembandingan dengan menggunakan patient monitor
VOLT Seminar Tugas Akhir Juni 07 didapatkan hasil yang berbeda. Nilai presentasi error pada Transmittan mulai dari 0 % sampai 0,%. Sedangkan pada reflektan 0 % sampai,08 %... Analisis Data... Sensitifitas dan Spesifisitas a. Transmittan Sensitifity = TP/(TP+FN) Sensitifity = 4 x 00 % = 96% 5 Spesifisity =TN/(FP+TN) Spesitifity = 4 x 00 % = 96 % 5 b. Reflektan Sensitifity = TP/(TP+FN) Sensitifity = x 00 % = 9 % 5 Spesifisity =TN/(FP+TN) Spesitifity = x 00 % = 9 % 5.4. Pengambilan Data Responden Untuk menentukan perbedaan sinyal plethysmografi pada transmittan dan reflektan yaitu dengan pengambilan data sebanyak 0 responden. Tabel. Data Responden Gender Transmittan Reflektan VOLT BPM VOLT BPM Female.5 V 70 0.5 V 68 Male 5 V 75 V 74 Female 5 V 8 V 8 Male V 88 V 87 Male 5 V 89.9 V 86 Female V 80 0.7 V 78 Male V 87 V 87 Male 5 V 85 4 V 85 Male 4 V 88 V 88 Female 5 V 8.5 V 8 Female 5 V 85 4 V 85 Female 5V 78 4.5 V 78 Female 4V 79 V 79 Female 5 V 87.9 V 87 Female 5 V 9.5 v 9 Female 5 V 9 V 9 Male 5 V 8 4 V 8 Male 4 V 87.5 V 87 Male 4 V 9.5 V 96 Female 5 V 8 4 V 8 Gambar.5 Grafik perbedaan amplitdo transmittan dan reflektan IV. Kelemahan dan Kekuatan Melalui keseluruhan data pengukuran dapat ditarik analisa secara SWOT yaitu Strenght/ Kekuatan, Weakness/Kelemahan, Opportunities/ Peluang dan Threats/ Ancaman. Adpun penjelasan pada masing masing analisa SWOT adalah sebagai berikut :. Strengths : Keunggulan Pada transmittan memiliki keunggulan 6 4 0 Transmittan 5 7 9 5 7 9 dengan SA lebih tinggi sehingga memudahkan untuk pembacaan BPM dan memudahkan pembacaan jika digunakan untuk saturasi oksigen. karena saturasi oksigen membutuhkan sinyal PPG yang SA/ Amplitudo tinggi Transmittan memiliki sensitivitas dan an spesifistas 96% Reflektan
Seminar Tugas Akhir Juni 07. Opportunities: Peluang Dalam melakukan penelitian ini dapat mengetahui hasil SA atau amplitudo untuk memudahkan diagnosa dan hasil pembacaan BPM atau jika digunakan saturasi oksigen. Pada Reflektan memiliki sensitivitas dan spesifisitas 9% 4. Modus transmittan lebih baik digunakan untuk saturasi oksigen atau perhitungan BPM dibandingkan modus Transmittan.. Weaknesses :Kelemahan Pada pengambilan data responden telah didapatkan bahwa modus reflektan SA/amplitudo sangat kecil sehingga untuk pembacaan BPM pada delphi tidak terlihat atau terhitung Pada Reflektan memiliki sensitivitas dan spesifisitas 9% 4. Threats :Ancaman bila tidak dilakukan analisa terhadap modus transmittan dan reflektan, maka sulit untuk mengetahui mana yang lebih sensitif dan spesitif contohnya dalam penggunaan untuk menghitung BPM atau saturasi oksigen dalam darah. V. PENUTUP 5.. Kesimpulan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modus transmittan lebih sensitif terhadap denyut darah dikarenakan amplitudo pada transmittan lebih tinggi dibandingkan modus reflektan.. Transmittan memiliki sensitivitas dan spesifistas 96% 5.. Saran Melakukan penelitian lebih lanjut terhadap sinyal plethysmograf selain berdasarkan amplitudo, sensitifitas dan spesifisitas DAFTAR PUSTAKA Harsono, B., 0. Rancang Bangun Alat Pemantau Detak Jantung Saat Latihan Fisik. Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer, (4), pp.8 46. eguh, 0. Sinyal Plethsymograf. Verma, D. & Bhasin, M., 04. Real Time Optical Heart Rate Monitor. International Journal of Computer Science and Information Technologies, 5(6), pp.765 769. Wachid, 06. Membangun Prototype Alat Biomedik Sederhana. Available at: http://jagopedia.com/blog/biomedik/a lat/membangun-alat-instrumentasibiomedik-serderhana#fnref: