Monitoring Laju Pernapasan Berbasis PC (Personal Computer

Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
Monitoring Laju Pernapasan Berbasis PC (Personal Computer)
dilengkapi dengan Volume Pernapasan
(Mikki Fahrizi Maharrahman1, Priyambada Cahya Nugraha2, Endang Dian Setioningsih3)
ABSTRAK
Alat Laju pernapasan adalah alat yang digunakan untuk menghitung jumlah frekuensi
pernapasan dalam kurun waktu 1 menit. Frekuensi pernapasan normal disebut eupnea, sedangkan
jumlah pernapasan yang melebihi rata – rata disebut tachypnea dan lebih rendah dari rata – rata laju
pernapasan biasanya disebut bradypnea, karena itu akurasi jumlah frekuensi pernapasan perlu
diperhatikan mengingat pentingnya dalam mendiagnosa suatu penyakit. Volume pernapasan per
menit merupakan parameter penting dalam mendiagnosa sistem pernapasan karena berhubungan
dengan kadar karbondioksida darah. Oleh karena itu sangat penting untuk memantau tingkat
pernapasan sebagai indikator status pasien. Jenis metode yang digunakan dalam pembuatan modul
ini menggunakan metode pre-eksperimental dengan jenis penelitian one group post test design, penulis
menggunakan alat pengukur volume pernapasan dan laju pernapasan permenit yang hanya
melakukan pengukuran setelah pemberian perlakuan pada alat volume pernapasan dan laju
pernapasan permenit. Berdasarkan hasil pengukuran pada 5 responden didapatkan nilai error pada
volume pernafasan sebesar 1,2% dan pada laju pernafasan sebesar 0,01% sehingga dapat disimpulkan
bahwa alat monitoring laju pernafasan berbasis PC (Personal Computer) dilengkapi dengan Volume
Pernapasan laik pakai karena sudah sesuai dengan fungsinya.
Kata Kunci: laju pernapasan, volume pernapasan, personal computer.
1.
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Alat ukur Laju pernapasan adalah
alat yang digunakan untuk menghitung
jumlah frekuensi pernafasan dalam kurun
waktu 1 menit, pengukuran ini biasa
dilakukan untuk mendiagnosa suatu
penyakit. Dari hasil pengukuran frekuensi
pernafasan ada 3 tingkat pengelompokkan,
untuk frekuensi pernapasan normal
disebut eupnea, sedangkan jumlah
pernapasan yang melebihi rata – rata
disebut tachypnea dan lebih rendah dari
rata – rata laju pernapasan biasanya
disebut bradypnea, karena itu akurasi
jumlah frekuensi pernapasan perlu
diperhatikan mengingat pentingnya dalam
mendiagnosa suatu penyakit.
Tingkat volume pernapasan per
menit yang tidak normal dan perubahan
dalam tingkat volume pernapasan per
menit adalah salah satu indikator ketidak
stabilan kondisi fisik seseorang, dan
dalam banyak kasus, tingkat volume
pernapasan per menit adalah salah satu
indikator awal ketidakstabilan ini. Volume
pernapasan per menit adalah volume
udara yang dihirup (inhalasi) atau
dihembuskan (ekshalasi) oleh seseorang
per menit yang didapatkan dari perkalian
Volume Tidal (VT) dengan Frekuensi
pernapasan (F) dalam kurun waktu 1
menit. Volume pernapasan per menit
merupakan parameter penting dalam
pengobatan sistem pernapasan karena
berhubungan
dengan
kadar
karbondioksida darah. Oleh karena itu
sangat penting untuk memantau tingkat
pernapasan sebagai
indikator status
pasien. Apalagi untuk daerah – daerah
terpencil yang memiliki akses yang
kurang untuk mendapat pelayanan
kesehatan yang layak. Memang sangat
diperlukan adanya suatu alat bantu yang
bisa meminimalisir masalah ataupun
sekaligus mengatasi masalah tersebut.
Untuk itulah, perlu adanya dibuat suatu
alat yang bisa mengukur tingkat
pernapasan dari pasien untuk mencegah
pasien menderita penyakit hipoksemia
1
Seminar Tugas Akhir
yang merupakan suatu kondisi dimana
kadar oksigen dalam hemoglobin sangat
rendah dapat menyebabkan menurun nya
produktifitas seseorang dalam bekerja
serta mengurangi tingkat konsentrasi
seseorang secara tidak langsung. (I Made
Naradhyana, 2013).
Berdasarkan permasalahan diatas,
maka penulis ingin menyempurnakan alat
monitoring
laju
pernapasan
yang
sebelumnya telah dibuat oleh mahasiswa
Universitas Telkom I Made Naradhyana,
dkk (2013) dan mahasiswa Teknik
Eleketromedik Dian Novia Fatmawati
(2015) yaitu dengan menambah parameter
volume pernapasan per menit dan
menggunakan
teknik
seperti
alat
Spirometer portable untuk diagnosis Fev1
dan Fvc1 pada paru – paru yang dibuat
oleh Yudhistira suryanto dkk (2014). Dari
hembusan nafas (ekspirasi) pasien
kemudian hasil ditampilkan grafik berupa
frekuensi pernapasan per menit dan
volume pernapasan per menit pada PC
(Personal Computer).
1.2.
Batasan Masalah
Agar dalam pembahasan alat ini
tidak terjadi pelebaran masalah dalam
penyajiannya, maka penulismembatasi
pokok-pokok batasan permasalahan yang
akan dibahas yaitu :
1. Pengukuran dilakukan untuk usia
antara 15-65 tahun.
2. Pengukuran
dilakukan
dengan
hanya hembusan nafas (ekspirasi)
pasien.
3. Pengukuran frekuensi dan volume
pernapasan dilakukan dalam 1
menit.
4. Pengukuran hanya dilakukan dalam
keadaan tenang dan se-rileks
mungkin.
5. Hasil pengukuran berbentuk grafik
nilai
volume
dan
frekuensi
pernapasan tiap menit.
6. Hasil
pengukuran
ditampilkan
Personal Computer (PC).
Juni 2016
7. Menggunakan sensor tekanan mpx.
8. Pengiriman
data
ke
PC
menggunakan modul PL2303.
9. Hanya untuk 1 pasien.
1.3.
Rumusan Masalah
Dapatkah dibuat alat untuk mengukur
frekuensi dan volume pernapasan per
menit pada manusia ?
1.4.
Tujuan Penelitian
1.4.1. Tujuan Umum
Dibuat
alat
monitoring
laju
pernapasan dilengkapi dengan volume
pernapasan berbasis PC (personal
computer).
1.4.2. Tujuan Khusus
1. Membuat mouthpiece.
2. Membuat rangkaian pengkondisi
sinyal.
3. Membuat
rangkaian
minimum
sistem mikrokontroler Atmega16.
4. Membuat
software
pada
pemrograman AVR Code Vision
sebagai pengolahan data ADC.
5. Membuat
software
pada
pemograman
Delphi
untuk
menampilkan hasil grafik frekuensi
dan volume pernapasan tiap menit.
6. Melakukan uji fungsi alat.
2
Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
1.5.
Manfaat
1.5.1. Manfaat Teoritis
1.5.2.1 Meningkatkan wawasan ilmu
pengetahuan di bidang peralatan
diagnostik, khususnya pada alat
spirometer untuk melihat volume
pernapasan tiap menit sebagai
pengujian
paru-paru
pada
manusia.
1.5.2.2 Sebagai referensi
selanjutnya.
tampilkan dalam bentuk sinyal dan
dilakukan plot pada grafik volume
pernapasan per menit.
2.2.
Diagram
Alir
Mikrokontroller
Program
penelitian
1.5.2. Manfaat Praktis
Dengan adanya alat ini diharapkan
dapat
membantu
dokter
dalam
mendiagnosa fungsi paru-paru dengan
melakukan pernapasan normal yang
hasilnya berupa frekuensi dan volume
pernapasan per menit yang kemudian akan
ditampilkan pada PC (personal computer).
2.
METODOLOGI
2.1.
Diagram Blok Sistem
Gambar 2.1 Diagram Blok sistem
Cara kerja sistem ini dengan
menghembuskan nafas secara normal
melalui
mouthpiece
yang
telah
tersambung dengan sensor tekanan.
Selanjutnya, keluaran sensor dikuatkan
dengan menggunakan op-amp noninverting lalu dihubungkan ke pin ADC
mikrokontroler. Di dalam mikrokontroler
setiap data keluaran penguat berupa
analog akan dirubah menjadi digital pada
pin ADC mikrokontroler. Kemudian data
ADC dikirim pada PC menggunakan
modul PL2303. Data ADC yang diterima
dikonversi menjadi Tekanan kemudian di
konversi dalam satuan Volume. nilai
volume yang telah dikonversi di
Gambar 2.2 Diagram Alir program Mikrokontroler
Sensor tekanan akan mendeteksi laju
pernapasan dan mengeluarkan tegangan
yang akan dikuatkan dengan rangkaian
penguat kemudian dikonversi pada
mikrokontroler, dan mengirimkan data
untuk ditampilkan pada komputer.
3
Seminar Tugas Akhir
2.3.
Diagram Alir Program Delphi
Gambar 2.3 Diagram Alir program Delphi
Dari mikrokontroler kemudian masuk
di PC (personal computer) untuk
mengkonversi nilai digital tekanan
menjadi nilai volume yang kemudian
ditampilkan dalam bentuk grafik hasil
nilai volume pernapasan pasien.
2.4.
Diagram Mekanis Sistem
Gambar 2.4 Diagram Mekanik sistem
Juni 2016
2.5.
Rancangan Penelitian
Penelitian dan pembuatan modul
menggunakan desain penelitian preeksperimental dengan jenis penelitian “
one group post test design “ penulis pada
modul ini menggunakan alat pengukur
volume pernapasan dan laju pernapasan
permenit
yang
hanya
melakukan
pengukuran setelah pemberian perlakuan
pada alat volume pernapasan dan laju
pernapasan permenit.
Paradigma
dalam
penelitian
eksperimen
model
ini
dapat
digambarkan sebagai berikut:
X
O
X = perlakuan yang
diberikan
O = diukur
= kelompok kontrol
Paradigma itu dapat dibaca sebagai
berikut :
Terdapat suatu kelompok kontrolyaitu
hembusan nafas dari pasien. Hembusan
nafas kemudian dideteksi oleh sensor
MPX5100 GP.
2.6.
Variabel Penelitian
2.6.1. Variabel Bebas
Hembusan nafas pasien.
2.6.2. Variabel Tergantung
Sebagai variabel tergantung
yaitu sensor tekanan MPX5100
GP.
2.6.3. Variabel Terkendali
Variabel terkendali yaitu IC
Mikrokontroler.
4
Seminar Tugas Akhir
2.7.
Definisi
Operasional
dan
Variabel
Dalam
kegiatan
operasionalnya,
variabel-variabel yang digunakan dalam
pembuatan
modul,
baik
variabel
terkendali, tergantung maupun bebas
memiliki fungsi-fungsi antara lain :
Juni 2016
3.
HASIL
PENGUKURAN
DAN
ANALISIS
3.1.
Hasil Pengukuran Test
Point
3.1.1. Menguji Test Point output
sensor MPX5100 GP pada
osiloskop.
Gambar 3.1 Hasil output sensor.
2.8.
Jadwal Kegiatan
Pada gambar 4.1 menunjukkan
output sensor ketika melakukan
pengukuran volume pernapasan pada
pasien yang masuk pada rangkaian
non inverting.
Tegangan output sensor ketika
hembusan nafas.
Tegangan output sensor ketika
tarik nafas.
3.1.2. Hasil test point output penguat
non inverting pada osiloskop.
Gambar 3.2 Hasil output rangkaian non
inverting.
Gambar 2.5 Jadwal Kegiatan
Pada gambar 4.2 menunjukkan
bahwa penguatan sebesar 5 kali.
Tegangan output penguat ketika
hembusan nafas.
5
Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
Tegangan output penguat
inverting ketika tarik nafas.
non
3.1.3. Test point output sensor dan
rangkaian non inverting
Tabel 3.1 Test point output sensor dengan
tekanan DPM.
Pada tabel diatas adalah pengukuran
test point pada output sensor dan
rangkaian mom inverting. Ini diperlukan
untuk mengetahui karakteristik dari
tranduser pada tekanan-tekanan gas pada
Tabel 3.3 Hasil pengukuran Laju
pernapasan.
Pengukura Perhitunga
Laju
n ke
n manual
pernapasa
n (Modul)
1
20
20
2
18
18
3
17
17
4
16
16
5
18
19
Rata-rata
17,8
18
Pengukuran Laju pernapasan.
Rata-rata
rentang tekanan yang digunakan, dan juga
untuk
mengetahui
sejauh
mana
penyimpangan pada tekanan yang akan
diberikan. Selain itu juga dapat
mengetahui bahwa pengatuan yang
digunakan sebesar 5 kali.
3.2.
Hasil Perhitungan/Analisis
Kesalahan (Error%)
Data
Tabel 3.2 Hasil pengukuran pada
modul.
Pengukur
an ke
Laju
Pernapas
an (RR)
kali/men
it
Volume
pernapas
an (TV)
L
1
20
0,48
Volume
pernapas
an
permenit
(MV)
L/menit
9,6
2
18
0,48
8.64
3
17
0,49
8.16
4
16
0,46
7,68
5
19
0,54
9,12
Rata-rata
18
0,49
8,64
6
Seminar Tugas Akhir
4.
PEMBAHASAN
4.1.
Pembahasan Rangkaian
4.1.1. Rangkaian Non Inverting
Juni 2016
dan ground. Output sensor dihubungkan
pada port ADC pada ic ATmega 16 untuk
diolah. Untuk memasukkan sebuah
program kedalam rangkaian minimum
sistem membutuhkan sebuah downloader
yang akan dihubungkan dengan port
MISO, MOSI, SCK, dan RESET. Pada
PORTD Bit 0 sebagai RXD dihubungkan
dengan TXD pada modul PL2303 begitu
juga PORTD Bit 1 sebagai TXD
dihubungkan
pada
RXD
untuk
komunikasi serial dan PORTC Bit 0
sebagai indikator.
4.2.
Gambar 4.1 Rangakaian non inverting
Rangkaian non inverting yang
difungsikan untuk menguatkan tegangan
dari sensor tekanan MPX5100 GP yang
kemudian dimasukkan pada ADC.
Penguatan yang digunakan yaitu sebesar
5x. Pada TP1 yaitu untuk mengetahui
tegangan output sensor tekanan MPX5100
GP.
4.1.2. Rangkaian minimum sistem
Gambar 4.2 Rangkaian Minimum Sistem
Rangkaian minimum system pada
gambar diatas menggunakan IC ATmega
16, dengan tegangan kerja sebesar 5VDC
Kinerja
Sistem
Keseluruhan
Dari penelitian ini diperoleh alat
untuk monitoring laju pernapasan
dilengkapi dengan volume pernapasan.
Rancang bangun ini terdiri dari beberapa
komponen yaitu sensor tekanan gas,
rangkaian penguat non inverting dan
mikrokontroler.
Sensor tekanan gas digunakan untuk
mengambil data tekanan udara yang
dihembuskan
ketika
pasien
menghembuskan udara. Penguat non
inverting digunakan untuk penguatan
tegangan keluaran sensor agar tegangan
dari
sensor
dapat
dibaca
oleh
mikrokontroler.
Mikrokontroler
digunakan untuk mengolah data analog
kemudian dikonversi ke tekanan dan
volume. Setelah mendapatkan nilai
volume maka nilai volume ditampilkan
berupa grafik pada PC dengan Borlan
Delphi.
Pengujian dilakukan dari sensor
dengan memberi tekanan disesuaikan
dengan karakteristik sensor, kemudian
penguat Non inverting dengan menghitung
output penguat agar sesuai dengan teori.
Pengujian alat untuk monitoring laju
pernapasan dilengkapi volume pernapasan
yaitu dilakukan dengan menghitung
manual didapatkan Error% sebesar 0,01%.
7
Seminar Tugas Akhir
5. PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Secara menyeluruh penelitian ini
dapat menyimpulkan bahwa:
1. Alat Monitoring Laju pernapasan
dilengkapi dengan volume perrnapasan
menggunakan sensor tekanan gas
MPX5100 GP digunakan untuk
mengukur Laju pernapasan, Volume
Tidal
dan
Volume
pernapasan
permenit.
2. Menggunakan rangkaian penguat Non
inverting, mikrokontroler ATMega16
untuk mengubah data analog menjadi
digital kemudian mengirim ke PC
(Personal Computer) menggunakan
PL2303 dan Borland Delphi sebagai
tampilan volume.
3. Keakuratan
pengukuran
alat
Monitoring laju pernapasan dilengkapi
dengan volume pernapasan dengan
menggunakan sensor tekanan gas
MPX5100 GP telah berhasil mengukur
RR (Respiration Rate), TV (Tidal
Volume) dan MV (Minute Volume),
dengan Error 0,01%.
Berdasarkan hasil perencanaan dan
pembuatan modul tentang Monitoring Laju
Pernapasan dengan menggunakan PC
(Personal Computer) Dilengkapi dengan
Volume Pernapasan dapat disimpulkan
bahwa alat ini dapat berfungsi dengan baik.
5.2. Saran
Berikut ini adalah beberapa saran
yang
dapat
dipertimbangkan
untuk
penyempurnaan penelitian lebih lanjut :
1. Menggunakan sensor Tranduser Flow.
2. Mendesain mouthpiece yang mudah
digenggam sehingga mudah dalam
pengukuran.
Juni 2016
DAFTAR PUSTAKA
Bimbie, 2011. Faktor – faktor yang
memengaruhi frekuensi dan volume
udara pada pernafasan manusia.
http://www.bimbie.com/frekuensivolume-pernafasan-manusia.html
(26 september 2015)
Dian Novia Fatmawati. 2015. Monitoring
Laju pernafasan berbasis PC (Personal
Computer). KTI Jurusan Teknik
Elektromedik Poltekkes Kemenkes
Surabaya. (15 Oktober 2015)
Hedisasarawan. 2013. Sistem pernapasan
padamanusia.http://hedisasrawan.blog
spot.co.id/2013/01/sistem-pernapasanpada-manusia
artikel.html
(18
september 2015)
I Made Naradhyana dkk. 2014. Alat
Pemantau
Sistem
Pernafasan
Menggunakan Mikrokontroler dan E –
Health PCB. Fakultas Ilmu Terapan,
Universitas Telkom. (02 November
2015)
PutryDiana, 2013, Mekanisme ventilasi
pernafasan.http://putrydiana20.blogs
pot.co.id/2013/04/mekanismeventilasi-pernafasan.html
(16
september 2015)
Perpustakaan Cyber, 2012, Frekuensi
pernapasan
pada
manusia.
http://perpustakaancyber.blogspot.co
m/2012/12/frekuensi-pernapasanpada-manusia.html (26 september
2015)
Rakimov, Artour, Dr., 1969, Normal
Respiratory
Rate
and
Ideal
Breathing.www.normalbreathing.com
(02 November 2015)
Yudhistira
Suryanto
dkk.
2014.
Perancangan Spirometer Portable
Untuk Diagnosis Fev1 Dan Fvc Pada
Paru. Program Studi Teknobiomedik
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga Surabaya. (28
Desember 2015)
8