“Non Invasive Pacemaker (Pacing)” Annasrullah, Dr. I Dewa Gede

“Non Invasive Pacemaker (Pacing)”
Annasrullah, Dr. I Dewa Gede Hari W.,ST., MT, Dr. Endro Yulianto, ST, MT.
Jurusan Teknik Elektromedik
POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA
ABSTRAK
Pacu jantung (pacemaker) adalah sebuah alat pacu yang dipasang pada jantung untuk
menjaga irama detak jantung yang mengalami bradikardia. Pemasangan pacu jantung hanya
dilakukan oleh dokter ahli yang memerlukan waktu satu sampai dua jam serta memerlukan
ketelitian dalam pemasangannya. Pemasangan alat pacu jantung seperti ini tidak bisa dilakukan
pada pasien dalam keadaan emergency, mengingat pasien emergency benar-benar membutuhkan
penanganan cepat berkaitan dengan kelainan ritme jantung sehingga memerlukan pemasangan
pacu jantung cepat secara non invasive.
Pacing dilakukan dengan menempatkan pads pada apex dan sternum. Pulsa pacing
dihasilkan oleh generator pacing dengan pengaturan pemberian arus (mA) dan BPM dikontrol
mikrokontroller menggunakan IC ATmega16.
Berdasarkan hasil pengujian dan pengukuran terhadap phantom defibrillator analyzer, BPM
pacing yang dihasilkan sesuai pengaturan sementara arus pacing (mA) menghasilkan output
dengan nilai error tidak melebihi ±5%. Setelah melakukan proses perencanaan, percobaan,
pembuatan modul, dan pengujian serta pendataan dapat disimpulkan bahwa alat “Non Invasive
Pacemaker (Pacing)” dapat digunakan dan sesuai perencanaan.
Kata Kunci : Pacemaker, Bradikardia, Mikrokontroller
jantung penderita bradikardia berdetak di bawah
PENDAHULUAN
Non-invasive pacemaker adalah alat yang
digunakan
perawatan
bradikardia
Jantung merupakan suatu organ berotot
simtomatik. Arus listrik akan dilewatkan dari
dengan ruang-ruang di dalamnya yang terletak
generator pulsa eksternal melalui kabel yang
di dalam dada. bagian kanan dan kiri jantung
dilakukan dan diterapkan secara eksternal.
masing-masing memiliki ruang di sebelah atas
Elektroda
melalui
(serambi atau atrium) yang berfungsi untuk
dinding dada dan jantung. Istilah lain untuk
menampung darah dan ruang di sebalah bawah
noninvasive pacemaker yaitu transcutaneous,
(bilik atau ventrikel) yang berfungsi untuk
transchest atau transthoracic pacing (Linda Del
memompa darah agar darah hanya mengalir ke
Monte, RN, BSN. 2009).
satu arah, maka ventrikel memiliki katub pada
direkatkan
darurat
60 kali per menit (Alodokter.com. 2016).
pada
pasien
Bradikardia merupakan kondisi di mana
jantung penderita berdetak lebih lambat dari
kondisi normal.
Umumnya,
jalan masuk dan jalan keluar (medicastore.com.
2010).
detak jantung
Sesuai perkembangan teknologi saat ini alat
normal pada orang dewasa saat beristirahat
pacu jantung dapat dipasang melalui operasi
adalah 60 sampai 100 kali per menit. Sedangkan
kecil. Pemasangan pacu jantung seperti ini
1
hanya
dilakukan
oleh
dokter
ahli
yang
memerlukan waktu satu sampai dua jam serta
memerlukan ketelitian dalam pemasangannya
(kardioipdrscm.com.2016).
Pemasangan
Elektromedik Surabaya sebagai bahan penelitian
atau tugas akhir.
Berdasarkan hasil identifikasi masalah di
alat
atas terkait dengan pemasangan pacu jantung
tidak bisa
secara non-invasive, penulis ingin membuat alat
keadaan
yang berhubungan dengan masalah tersebut,
emergency, mengingat pasien emergency benar-
dengan membuat alat Non-Invasive Pacemaker.
pacu jantung secara invasive
dilakukan
pada
pasien
dalam
benar membutuhkan penanganan cepat berkaitan
dengan kelainan ritme jantung. Pasien yang
BATASAN MASALAH
mengalami gangguan ritme jantung khususnya
1. Pengaturan mA meliputi 40, 60, 80, 100,
bradikardia harus segera ditangani karena
bradikardia bisa menjadi penyakit serius, bahkan
bisa
menyebabkan
kematian,
jika
jantung
sampai tidak bisa memompa oksigen yang
cukup ke tubuh.
120 dan 140 mA
2. Pengaturan BPM meliputi 60, 80, dan 100
BPM.
3. Pemberian
pacing
mode
fixed
(Asyncronous).
Berdasarkan pengamatan sesaat peneliti
4. Menggunakan IC ATmega mikrokontroller
pada saat melakukan kegiatan Praktek Kerja
Lapangan di RSUP.Sanglah Denpasar-Bali 28
Juni – 26 Agustus 2016. Penulis menemukann
alat defibrillator/monitor MEDIANA D-500
RUMUSAN MASALAH
Dapatkah dibuat alat Pacu Jantung NonInvasive Pacemaker ?
yang memiliki 4 mode pengoperasian yang
terdiri
dari
defibrillator,
Mode
Monitoring,
AED
(Automatic
Defibrilator), dan Pacing.
Manual
External
Adapun parameter
TUJUAN PENELITIAN
1) TujuanUmum
Dibuatnya alat non-invasive pacemaker.
yang dimonitoring yaitu EKG, SPO2, EtCO2,
NIBP, IBP dan SUHU. Mode Pacing pada alat
ini umumnya digunakan untuk terapi pasien
yang
mengalami
kelainan
irama
jantung
bradikardia. Defibrilator/monitoring ini dapat
memberikan
pulsa
pacing
sesuai
mode
permintaan synchronous dan asynchronous.
Pengaturan mA pada pacing berkisar antara 0140 mA. Sementara pengaturan heart rate
berkisar antara 30-180 (Mediana, 2013). Setelah
2) Tujuan Khusus
1. Membuat rangkaian untuk menghasilkan
pembangit gelombang pacemaker dengan
mA dan BPM sesuai settingan
2. Membuat
rangkaian
minimum
sistem
Atmega
3. Membuat
software
pemrograman
mikrokonroller.
4. Melakukan uji fungsi alat
penulis melakukan penelusuran, alat tersebut
belum
pernah
dibuat
di
Jurusan
Teknik
2
MANFAAT PENELITIAN
pompa ini sejak lahir tidak pernah tersambung.
1)
Belahan ini terdiri dari dua rongga yang
Manfaat Teoritis
Menambah pengetahuan dan mengenal
dipisahkan oleh dinding jantung. Maka dapat
prinsip kerja tentang peralatan medik,
disimpulkan bahwa jantung terdiri dari empat
khususnya
rongga, yaitu serambi kanan dan serambi kiri,
non-invasive
pacemaker
dilengkapi monitoring EKG.
2)
serta bilik kanan dan bilik kiri
2) Sinyal Jantung
Manfaat Praktis
Aktivitas listrik jantung dapat direkam
Dengan dibuatnya alat non-invasive
pacemaker dapat membantu pasien dalam
melakukan
mengalami
terapi
pada
gangguan
jantung
yang
irama
yaitu
bradikardia. Selain itu pemasangan alat yang
secara non-invasive menjadi solusi pasien
dalam keadaan emergency selama masih
menunggu
operasi
untuk
dilakukan
pemasangan alat pacemaker permanen.
TINJAUAN PUSTAKA
1) Jantung
dengan
alat
elektrokardiograf
rekamannya
disebut
dan
hasil
elektrokardiogram.
Sedangkan elektrokardiografi merupakan ilmu
yang
mempelajari
tentang
ECG.
Elektrokardiogram pertama kali diperkenalkan
oleh seorang ilmuwan Belanda yaitu Einthoven
pada
tahun
1903
dengan
menggunakan
Galvanometer. ECG sangat berguna dalam
mendiagnosa kelainan jantung seperti aritmia,
iskemia,
infark
jantung,
fungsi
konduksi
jantung, gangguan elektrolit.
Jantung ( dalam bahasa Yunani disebut
cardia ) adalah sebuah rongga, organ berotot
yang memompa darah lewat pembuluh darah
oleh kontraksi berirama yang berulang. Jantung
adalah salah satu organ yang berperan dalam
sistem peredaran darah.
Gambar Alat monitoring EKG
Arus listrik jantung yang berasal dari SA
node dan menyebar ke atrium, AV node dan
selanjutnya ke ventrikel dapat direkam dengan
Gambar Jantung Manusia
Secara internal, jantung dipisahkan oleh
menggunakan
kertas
khusus
EKG
yang
berkotak. Setiap kotak kecil EKG berukuran
sebuah lapisan otot menjadi dua belah bagian,
1mm2,
dari atas ke bawah, menjadi dua pompa. Kedua
25mm/detik, maka 1 kotak kecil kertas EKG
dengan
kecepatan
mesin
EKG
3
sama dengan 0.04 detik. 1 kotak besar terdiri
karakter 2 x16, dengan 16 pin konektor, yang
dari 5 kotak kecil, sehingga kecepatannya kotak
didifinisikan pada tabel.
besar sama dengan 0.2 detik.
Rekaman
tampak
adanya
impuls
listrik
defleksi
pada
yang
kertas
disebut
gelombang. Gelombang impuls listrik terdiri dari
Gambar LCD Karakter 2x16
5) ATMega 16
gelombang P, gelombang Q, R, S, yang
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur
membentuk kompleks QRS, gelombang T dan
Harvard yang memisahkan memori program dari
gelombang U.
memori data, baik bus alamat maupun bus data,
3)
sehingga pengaksesan program dan data dapat
Pacemaker (Pacu Jantung)
Pacu jantung merupakan generator yang
merangsang dan mengontrol denyut jantung
dengan menggunakan impuls listrik melalui
pemasangan elektroda. Elektroda
merupakan
lead yang berfungsi menghantar impuls listrik
dilakukan
secara
bersamaan
(concurrent),
adapun blog diagram arsitektur ATMega16.
Secara garis besar mikrokontroler ATMega16
terdiri dari :
1) Arsitektur RISC dengan throughput
mencapai 16 MIPS pada frekuensi
yang berasal dari generator yang bersifat
16Mhz.
sementara, dimana generator jantung tidak dapat
2) Memiliki kapasitas Flash memori
memenuhi kebutuhannya..
16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan
SRAM 1Kbyte
3) Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A,
Port B, Port C, dan Port D.
4) CPU yang terdiri dari 32 buah
register.
5) User interupsi internal dan eksternal
Gambar Non Invasive Pacemaker
4) LCD Karakter 2x16
6) Port antarmuka SPI dan Port USART
LCD Karakter adalah sebuah display dot
matrix yang difungsikan untuk menampilkan
sebagai komunikasi serial
7) Fitur Peripheral
tulisan berupa angka atau huruf sesuai dengan
yang diinginkan (sesuai dengan program yang
digunakan untuk mengontrolnya). Modul LCD
karakter dapat dengan mudah dihubungkan
dengan
mikrokontroler.
LCD
yang
akan
6) PADS
Pads adalah konduktor yang dilalui arus
listrik dari satu media ke yang lain, biasanya
dari sumber listrik ke perangkat atau bahan.
digunakan ini mempunyai lebar tampilan 2 baris
16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD
4
Diagram Alir Sistem
Gambar 2.14 Bentuk Pads Pasien
METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Mekanis Sistem
PEMBUATAN, PENGUJIAN dan
PEMBAHASAN
Pembuatan
1) Rangkaian Dimmer
R1
R2
D1
33k
220
DIODE
R3
33k
D2
R4
D3
U1
1
J1
6
5
2
PWM
330ohm
2
4
DIODE
D4
4N35
10V
C1
C2
2.2uF/63V 220n/275V
DIODE
D6
D5
Q1
1n5408
0
DIODE
R5
22k
AC1
AC2
Rangkaian
dimmer
berfungsi
untuk
mengatur arus pacing (mA).Pengaturan arus
pacing oleh dimmer ditentukan oleh input PWM
dari mikrokontroller. Tegangan AC akan diatur
arus
serta
tegangannya
sehingga
1
2
AC 220V
MOSFET N GDS
1
Diagram Blok Sistem
akan
mempengaruhi arus pacing. Input PWM akan
mentriger kaki gate mosfet IRF 840 melalui
driver komponen optocoupler yang memisahkan
5
sirkuit mikrokontroller dengan tegangan tinggi
off.
Sehingga
dan mengalirkan tegangan tinggi dari yang
menghasilkan tegangan AC.
sudah diregulator oleh zener 12V dari kaki
4) Mikrokontroller ATMega 16
D14
J1
1
VI
DIODE
sekunder
+5v
VO
3
C2
10uF
U2
LCD Alphanumeric
PS
2
+5v
lilitan
U3
LM7805
2
1
GND
kolektor menuju emitor.
pada
2) Rangkaian Driver Pacing
DIODE
+5v
SW1
470ohm 5 W
J8
6
SW4
7
D11
1
1
2
R8
68K
SW5
1
D12
D13
C4
10uF/50 12V
U2
1
06
4
PB0/T0/SCK
PB1/T1
PB2/AIN0/INT2
PB3/AIN1/OC0
PB4/SS
PB5/MOSI
PB6/MISO
PB7/SCK
PC0/SCL
PC1/SDA
PC2/TCK
PC3/TMS
PC4/TDO
PC5/TDI
PC6/TOSC1
PC7/TOSC2
PD0/RXD
PD1/TXD
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4/OC1B
PD5/OC1A
PD6/ICP1
PD7/OC2
J7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
14
15
16
17
18
19
20
21
+5v
CON9
AVCC
AREF
AGND
30
32
31
LS2
J4
3
C5
2.2uF/250V
5
8
1
2
6
0
R13
22k
7
BPM
PWM
PA0/ADC0
PA1/ADC1
PA2/ADC2
PA3/ADC3
PA4/ADC4
PA5/ADC5
PA6/ADC6
PA7/ADC7
Downloader
EKG
R12
1500
4N35
+12
1
2
3
4
5
6
7
8
XTAL1
XTAL2
22
23
24
25
26
27
28
29
2
1
4
2
1
CON9 2
3
4
5
6
7
8
RST
RESET
CON8
J3
Q2
IRF 840
L1
5
CON4
J11
5
4
3
2
1
J6
1
LED
R11
330
2
RELAY DPDT
0
BPM
R9
1M
7
6
5
4
3
2
1
AC2
AC1
1n4007
DIODE
2
R16R17R18R19R20R21
R7
1k
2
C3
2200uF/220V
+12
2
40
39
38
37
36
35
34
33
VCC
10
SW3
1
5
8
13
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
GND
R6
4
D10
DIODE
1
2
3
4
POT
9
11
1
2
D8
3
J5
R4
U1
J9
LS1
1n4007
+5v
Reset
C3
10uF
RST
D9
DIODE
+5v +5v
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
RST
J2
TP Vdc
D7
LCD ALPHANUMERIC
D15
GND
VCC
VEE
RS
RW
EN
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
LED+
LED-
R1
1K
+12
SOCKET PADS
1
2
Q3
IRF 840
R14
39
Q4
IRF 840
D14
RELAY DPDT
DIODE
5) Pengukuran dan Pengujian
0
0
Hasil Pengukuran
Rangkaian driver pacing digunakan untuk
mengatur pemberian pulsa pacing dengan
settingan 60,80 dan 100 BPM (Bit Per Menit).
Pengaturan
delay
High-Low
untuk
menghasilkan PPM 60,80 dan 100 hasilkan oleh
mikrokontoller.
3) Rangkaian Inverter
Tabel 5.1 Hasil pengukuran Arus Pacing pada
60 BPM
1
4
1
2
J2
CON2
T1
J1
5
8
6
TRANSFORMER CT
1
2
CON2
R1
Q2
NPN
RES
Rangkaian
inverter
R2
Q1
NPN
RES
digunakan
untuk
menghasilkan tegangan tinggi untuk memenuhi
kebutuhan arus
pacing maksimal 140 mA.
Inverter merubah tegangan DC menjadi AC
dengan menginduksi lilitan primer dengan
gelombang sine yang dihasilkan oleh kedua
Tabel 5.2 Hasil pengukuran Arus Pacing pada
transistor yang saling bergantian saturasi dan cut
80 BPM
6
PENUTUP
Kesimpulan
1. Dapat dibuat alat non invasive pacemaker
yang digunakan untuk pacu jantung bagi
pasien
yang
mengalami
penyakit
bradycardia.
2. Dapat dibuat alat non invasive pacemaker
yang
menghasilkan
pulsa
pacing
menggunakan rangkaian generator yang
terdiri dari rangkaian dimmer dan driver
pacing.
3. Dapat dibuat software untuk mengatur arus
pacing (mA) dan rate PPM.
4. Dapat dibuat rangkaian minimum system
microcontroller Atmega16.
Tabel 5.3 Hasil pengukuran Arus Pacing pada
100 BPM
5. Ditemukannya selisih antara pengukuran
arus
pacing
dengan
arus
setting
menggunakan media panthom (Pacemaker
Analyzer).
Saran
1. Menambahkan pemilihan mode synchronous
pacing.
2. Pengaturan mA berkisar dari 0-140 mA
dengan resolusi 5 mA.
3. Pengaturan rate PPM berkisar dari 0-100
PPM dengan resolusi 2 PPM.
4. Alat dibuat secara potable menggunakan
power supply dari tegangan 220 VAC dan
baterai.
DAFTAR PUSTAKA
Alodokter,
2016.
“Bradikardia”,
(http://www.alodokter.com/bradikardia)
diakses pada tanggal 30 September
2016: 14.15
7
Amri
(2015).“TEMPORARY
Muliadi
PACEMAKER
(TPM)”,
Senin,
23
BIODATA PENULIS
Nama
: Annasrullah
November
NIM
: P27838014014
2015.(http://amrimuliadi180.blogspot.co
TTL
: Bima, 13 Agustus 1997
.id/2015/11/temporary-pacemaker-
Alamat
: Desa Naru, Dusun Nari
Pendidikan
: SMAN 1 SAPE
tpm.html)
diakses
pada
tanggal
1
Oktober 2016-10-02
Ardi Winoto,
2008.
Mikrokontroller AVR
ATmega8/16/32/8535
dan
Pemrogramannya dengan Bahasa C
pada WinAVR, Bandung : Informatika
Linda Del Monte, RN, BSN, 2009. Non Invasive
Pacing, Physio-Control, Inc. All rights
reserved. GDR 3304453_A
Medicastore, 2010. “Anatomi Jantung dan
Pembuluh
Darah”
(http://m.medicastore.com/index.php?m
od=penyakit&id=5)
diakses
pada
tanggal 28 September 2016: 16.09
Kardioipdrscm,2016.”Pemasangan
Alat
Pacu
Jantung”.
(http://kardioipdrscm.com/portfolio/pem
asangan-alat-pacu-jantung/)
Mediana.2013.”Service Manual Mediana D500”.Obelis S.A
Sandro A. P. Haddad1, Richard Houben2 and
Wouter A. Serdijn1, 2005. “Smart
Pacemakers
The
evolution
of
pacemakers: an electronics perspective,
from the hand crank to advanced
wavelet analysis”, Netherlands: DISens
symposium-book
8
9