EKG - Jurnal Unimed

RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI BIO-AMPLIFIER
UNTUK MENDETEKSI ELOKTROKARDIOGRAFI
(EKG) BERBASIS PERSONAL COMPUTER (PC)
Vikar Darma Bakti Mendrofa
e-mail : [email protected]
Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Medan
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil dan karakteristik sinyal EKG dengan
rangkaian penguat instrumentasi, high pass filter, low pass filter, dan notch filter. Perangkat
instrumentasi ini untuk mengolah sinyal EKG dibuat menggunakan elektroda Ag/AgCl
sebagai input dan software Soundcard Scope sebagai output.
Sinyal elektris jantung manusia dideteksi menggunakan elektroda dan sinyal tersebut
diberikan penguatan dengan penguat instrumentasi yang ditambahkan rangkaian high pass
filter, low pass filter dan notch filter. Sinyal tersebut diolah menjadi sinyal digital
menggunakan software Soundcard Scope dan Jack Mic 3.5 mm sebagai konektor.
Pengolahan sinyal EKG menggunakan Soundcard Scope memberikan karakteristik sinyal
berupa pola gelombang dan irama pergerakan gelombang menyerupai alat EKG yang
digunakan medis. Pengujian sistem didapatkan defleksi gelombang R pada sinyal EKG, yaitu
sampel pertama sebesar 3,4 mV, sampel kedua sebesar 2,8 mV dan sampel ketiga bernilai 2,6
mV. Dan % error rancangan EKG terhadap hasil pemeriksaan pada EKG medis sebesar
25,69%. Untuk pola dan irama sinyal gelombang P, Q, S, dan T menyerupai hasil EKG yang
sebenarnya. Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa perangkat instrumentasi EKG
menggunakan system titik sadapan Einthoven memberikan pola dan bentuk sinyal elektris
jantung berdasarkan parameter amplitudo dan interval gelombang EKG yang sebenarnya.
Kata kunci : interface, Bio-amplifier, high pass filter,low pass filter, notch filter , soundcard
scope, sadapan Einthoven.
ABSTRACT
The research aims to determine the results and characteristics of the ECG signal
instrumentation amplifier circuit, high pass filter, low pass filter, and notch filter. The
instrumentation device for ECG signal processing was made using electrodes Ag / AgCl as
input and as output Scope soundcard software. The heart’s electrical signals detected using
electrodes and the signal was given reinforcement with added instrumentation amplifier
circuit high pass filter, low pass filter and a notch filter. The signal is processed into digital
signals with Scope soundcard software and 3.5 mm Jack Mic as a connector. ECG signal
processing using Soundcard Scope gives a signal characteristic wave pattern and rhythm of
movement ECG waveform resembles that used medical equipment. Testing the R wave
deflection system is obtained on ECG signals, ie the first sample of 3.4 mV, a second sample
of 2.8 mV and 2.6 mV valuable third sample. And % error on the design of ECG examination
on medical EKG was 25.69%. For pattern and rhythm P wave signal, Q, S, and T resemble
actual ECG results. Based on the survey results revealed that the ECG instrumentation using
Einthoven leads point system gives the pattern and shape of the heart's electrical signals
based on amplitude parameters and actual ECG waveform interval.
Keywords: interface, Bio-amplifier, high pass filter, low pass filters, notch filters, soundcard
scope, Einthoven.
1
digunakan.
1. Pendahuluan
Salah
satu
tubuh
blok
rangkaian
yang
penelitian kali ini terdiri dari Penguat
mengeluarkan sinyal-sinyal biopetensial
Instrumentasi, High Pass filter (HPF),
adalah jantung. Sinyal biopotensial yang
Low Pass Filter (LPF) dan Notch Filter.
dikeluarkan
2. Metode Penelitian
oleh
organ
Dalam
jantung
ini
dapat
digunakan untuk mengetahui performa dari
Metode
yang
digunakan
dalam
jantung. Jantung sebagai salah satu organ
penelitian ini adalah metode praktikum
vital bagi tubuh dengan fungsi utamanya
yang dilakukan di Laboratorium Listrik
untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh
Fisika.
sangat rentan terserang penyakit. Organ ini
a. Alat dan bahan
dapat menimbulkan gangguan kesehatan
-
IC LM324
pada tubuh manusia tanpa mengenal umur,
-
IC OP07
jenis kelamin, pekerjaan dan status sosial.
-
Resistor
-
Diode
sarana
-
Kapasitor
yang sangat tepat untuk mengerjakan tugas
-
PC/Laptop
tersebut. Gagasan untuk menggunakan
-
Jack Mic
komputer dalam mendeteksi detak jantung
-
Elektroda Ag/AgCl
Dalam perkembangan
dewasa
ini,
komputer
teknologi
adalah
didasarkan pada hal dimana kegiatan ini
membutuhkan
rutinitas
dan
b. Diagram Blok Rangkaian
tingkat
ketelitian yang sangat tinggi serta waktu
antisipasi yang cepat.
Berdasarkan keadaan di atas, maka
dirancang suatu perangkat Bio-Amplifier
untuk mendeteksi elektris Jantung berbasis
Gambar 1. Blok Rancangan
PC menggunakan Software Soundcard
c. Analisis Data
Scope. Dengan kata lain, alat yang diteliti
ini
apabila
dihubungkan
PC
diperoleh dari hasil tampilan Software
menjadi sebuah EKG sederhana yang
Soundcard Scope yang telah di simpan ke
banyak dibutuhkan oleh para medis.
format
Perbedaan
pada
dibandingkan dengan hasil pengukuran
penelitian sebelumnya yaitu pada blok
EKG yang digunakan medis. Range yang
penelitian
ini
dengan
Pengolahan data dari rancangan
dari
rangkaian dan software yang digunakan
merupakan
software
yang
mudah
2
excel.
Kemudian
hasil
terdapat dibuat dalam % error rancangan
terhadap EKG medis.
3. Hasil dan Pembahasan
a. Hasil
Berikut adalah gambar grafik dari
rancangan
EKG
yang
diujikan
menggunakan Soundcard Scope Software:
1. Setyara Eka Putri, 20 Tahun
Gambar 5. Tampilan grafik EKG medis
a. Tampilan grafik EKG rancangan
pada sampel II
3. Firdalius Daely, 22 Tahun
a. Tampilan grafik EKG rancangan
Gambar 2. Tampilan grafik EKG
rancangan pada sampel I
b. Tampilan grafik EKG medis
Gambar 6. Tampilan gafik EKG rancangan
pada sampel III
b. Tampilan grafik EKG medis
Gambar 3. Tampilan grafik EKG medis
pada sampel I
Gambar 7. Tampilan grafik EKG medis
2. Rahmat Jaya Ndruru, 18 Tahun
pada sampel III
a. Tampilan grafik EKG rancangan
b. Pembahasan
Berdasarkan hasil data sampel
diatas, jika dilihat berdasarkan grafik
masih banyak terdapat kesalahan yang
Gambar 4. Tampilan grafik EKG
disebabkan
oleh
rancangan pada Sampel II
rancangan
penguat.
b. Tampilan grafik EKG medis
penguatan
pada
Perbandingan
besarnya amplitudo mendekati dengan
parameter
3
EKG
sebenarnya.
Berikut
merupakan standarisasi rancangan EKG
Tabel
3
diatas
yang dikembangkan seperti berikut :
pemeriksaan
menggunakan
A= div vertikal X 1mV/div (1)
menunjukkan
hasil
setiap
sampel
dengan
EKG
medis.
Dengan
Dari standarisasi diatas maka sinyal
demikian, didapat range antara hasil
elektris
pengukuran EKG rancangan dengan EKG
jantung
sampel
didapatkan
Amplitudo .
medis. Range yang dihasilkan dibuat
Tabel 1. Perbandingan amplitudo
gelombang P – QRS – T
dalam
bentuk
%error
dengan
menggunakan persamaan berikut :
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 rancangan =
ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑟𝑎𝑛𝑐𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛−ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑠
|
ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑠
| 𝑥100%
(3)
Perbandingan
interval
waktu
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 rata − rata sampel =
memiliki perbedaan dengan parameter
EKG
sebenarnya.
Berikut
∑ %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 rancangan
|
merupakan
𝑛 𝑆𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙
|
(4)
perhitungan T rancangan EKG yang
dikembangkan seperti berikut :
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 rancangan EKG =
T = div horizontal X 500ms (2)
∑ %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 rata−rata sampel
|
Tabel 2. Perbandingan interval waktu
𝑛 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑔𝑒𝑙𝑜𝑚𝑏𝑎𝑛𝑔
|
(5)
gelombang P – QRS – T
Hasil
perhitungan
%error
rancangan
ditampilkan dalam tabel 4 :
Tabel 4. Perbandingan hasil rancangan
dengan hasil EKG medis
Tabel 3. dibawah ini merupakan
tampilan hasil pengukuran EKG pada
Puskesmas Bestari Kota Medan :
Tabel 3. Hasil pengukuran EKG medis
Hasil perhitungan dari tabel diatas
bahwa %error rancangan EKG terhadap
hasil EKG medis adalah 25,69%.
4
Dari hasil grafik rancangan diatas
Instrumentasi, high pass filter, low
didapatkan hasil kondisi jantung secara
pass filter dan notch filter
umum yang ditampilkan dalam tabel 4.5.
2.
dibawah ini :
Hasil tampilan grafik dari ketiga
sampel, dihitung dengan membuat
kalibrasi alat yang dirancang peneliti
Tabel 5. Kondisi Jantung dari sampel
agar grafik yang ditampilkan memiliki
nilai
amplitude
gelombang
dan
interval (waktu) memenuhi syaratsyarat atau parameter EKG yang
sebenarnya.
Sinyal
positif
yang
dideteksi mewakili depolarisasi otot
miokardium (kontraksi ventrikel) yang
Dari
penelitian
didapatkan
disebut gelombang R. Pada pengujian
ekonomi,
ketiga sampel juga didapatkan, yaitu
rancangan yang dibuat memiliki biaya ½
sampel pertama sebesar 3,4 mV,
dari harga alat EKG yang sudah ada
sampel kedua sebesar 2,8 mV dan
ataupun EKG yang digunakan para medis.
sampel ketiga bernilai 2,6 mV.
perbandingan
ini
dari
segi
Namun hasil rancangan belum memenuhi
3.
Hasil
perbandingan
grafik
EKG
standard alat EKG sehingga rancangan ini
rancangan terhadap grafik EKG Medis
masih
Walaupun
didapatkan % error rancangan EKG
banyak
demikian,
perbaikan.
rancangan
alat
berhasil
terhadap interval hasil pemeriksaan
grafik
elektris
jantung
pada EKG medis sebesar 25,69%.
menampilkan
menyerupai pola dan irama grafik EKG
b. Saran
sesuai parameter EKG yang digunakan
1.
Perlu
ditambahkan
penguat
para medis.
tambahan, proteksi tegangan lebih
4. Penutup
dan
a. Kesimpulan
notch filter
untuk mengurangi
noise
ditimbulkan
1.
Pengolahan
menggunakan
sinyal
EKG
Soundcard
Scope
pergerakan
yang
rangkaian
oleh
gerakan otot dan jala-jala listrik.
meghasilkan pola gelombang dan
irama
penyempurnaan
2.
Konversi
tegangan
dengan
gelombang
pembacaan biner pada interface
menyerupai alat EKG yang digunakan
lebih disempurnakan agar %error
medis dengan menggunakan Penguat
rancangan khususnya pada interval
gelombang dapat terbaca dengan
5
3.
4.
benar dan tidak terjadi kesalahan
Teknologi
rentang grafik dengan hasil EKG
Volume 7, Nomor 4, Juli 2009 : 193–
yang digunakan medis.
206.
Penggunaan LCD sebagai tampilan
Sepuluh
November.
Bhyri, C., Kalpana, V., Hamde, S.T., dan
output grafik EKG agar lebih
Waghmare, L.M. (2009).Estimation
mudah
of ECG features using LabVIEW.
dan
praktis
untuk
digunakan.
International Journal of Computing
Penggunaan jenis elektroda yang
Science and Communication
lebih sensitif agar input dari tubuh
Technologies, Vol.2 No.1. 320-324.
terbaca dengan baik.
Limchinyoung, (2010), Organ
Jantung.
http://hirudoclinic.com/hi/index.ph
5. Daftar Pustaka
Ahmad,(2011),
Perancangan
dan
p?option=com_content&view=sec
Pembuatan Modul ECG dan EMG
tion&id=9&layout=blog&Itemid=
Dalam Satu Unit PC Sub Judul:
57. Diakses tanggal 30 November
Pembuatan Rangkaian ECG dan
2012.
Software ECG Pada PC. Jurnal
Fajar, A., (2013), Elektroda Medika
Generic, 1-6.
(Catatan Kuliah di Teknik
Ajimedia,(2011), Fungsi dan Cara
Elektro).
Kerja Jantung. Retrieved
http://www.kuliah.andifajar.com/e
November 25, 2011, from
lektroda-medika/. Diakses tanggal
http://ajimedia.com/186/fungsi-
12 Januari 2013.
dan-cara-kerja-jantung-manusia.
Gunadarma,(2011). Pengembangan
Diakses tanggal 04 Desember
Electro-Cardiograph (ECG)
2012. .
Dengan Memanfaatkan
Kemampuan ‘Personal
Anonim,(2014). Sel Elektrokimia.
http://kimia.unnes.ac.id/kasmui/el
Computer’.Retrivied November
ektrokimia/sel-elektrokimia.htm.
25, 2011, from
Diakses pada tanggal 04
http://psik.gunadarma.ac.id/Makal
Desember 2012.
ah%20Pembicara/Paper%20ECG.
Azhar, A., (2009), Studi Identifikasi
Sinyal
Ecg
Irama
pdf. Diakses tanggal 12 Januari
Myocardial
2013.
Ischemia Dengan Pendekatan Fuzzy
Isnaeni, D.,N.,(2010), Pembuatan Alat
Logic (paper). Bandung-Institut
Perekam
6
Denyut
Jantung
Berbasiskan Komputer (Artikel).
from
Depok : FTI Sistem Komputer-
http://www.scribd.com/doc/16651
Universitas Gunadarma.
097/TE10WimaRizal. Diakses
Juntak, I., (2011), Elektrokardiogram
tanggal 15 Januari 2013.
(EKG). Retrievied Desember 15,
Saparudin, dan Edvin R., (2010),
2011, from
Identifikasi Kelainan Jantung
http://ivanjuntak.blog.usu.ac.id/20
Menggunakan Pola Citra Digital
11/05/elektrokardiogram-ekg/.
Electrocardiogram. Jurnal
Diakses tanggal 12 Januari 2013.
Generic , Vol. 5 No.1 ,25-30.
Maisyaroh, S., (2012), Rancang
Setiawan, A., (2011). Osiloskop
Bangun Instrumentasi
Menggunakan Komputer.
Elektrokardiografi Berbasis PC
http://Osiloskop Menggunakan
Menggunakan Sound Card.,
Komputer (PC Osciloscope) @ All
Skripsi,FMIPA,UNIMED, Medan.
About Microcontroller.htm.
Nugroho. W., (2007). Processing.
Diakses tanggal 15 JAnuari 2013.
http://blogs.itb.ac.id/wnugroho/pro
Sika,( 2009), Ecg/Ekg
cessing/. Diakses tanggal 10 Maret
(Elektrokardiogram).
2013.
http://id.shvoong .com / medicine-
Riyana, S., (2010), Jantung.
and-health/pathology/1913505-
http://slaraska2.wordpress.com/jan
ecg-ekg-elektrokardiogram/.
tung/. Diakses tanggal 30
Diakses tanggal 20 Januari 2013.
November 2012.
Somawirata, I., K., (2009),
Rizal, A., dan Suryani, V., (2008).
Pengembangan Electro
Pengenalan Signal EKG
Cardiograph (ECG) yang
Menggunakan Dekomposisi Paket
Terintegrasi Dengan Personal
Wavelet dan K-Means-Clustering.
Computer ., Tugas Akhir, Fakultas
Seminar Nasional Aplikasi
Teknik Industri, ITNM, Malang
Teknologi Informasi 2008 (SNATI
Siwindarto,
2008), 51-54.
P.,
(2010),
Penguat
Biopotensial. Retrivied Desember
Rizal, A., (2011), Desain dan
15,
2011,
from
Realisasi Perangkat
http://biomeng.lecture.ub.ac.id/?p
Elektrokardiografi Berbasis PC
=149. Diakses tanggal 20 Januari
Menggunakan Sound Card.
2013.
Retrivied Desember 15, 2011,
7
Syahputra, M., W., (2012),
www.blogspot.com/2012/03/kardi
Quadcopter. http://medan-
ovaskuler.html/. Diakses tanggal
airsoft.blogspot.com/2012/12/quad
12 Februari 2013.
copter.html.Copyright 2012.
Yudhanegara, R ., A., M., (1997).
Diakses tanggal 05 Maret 2014.
Stetoskop
Thaler, M., S., (2000), Satu-satunya
Digital
Tampilan Grafik EKG pada PC,
Buku EKG yang Anda Perlukan
Tugas
(2nd ed.), penerbit Hipokrates,
Politeknik
Jakarta.
Bandung.
Tube, E., (2012), Kardiovaskuler
(Keperawatan
Dewasa).
Dengan
http://
8
Akhir,
FT
Negeri
Elekto,
Bandung,