(Electro Cardio Count) Pencacah Denyut Jantung berbasis
advertisement
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA JUDUL PROGRAM ECC (Electro Cardio Count) Pencacah Denyut Jantung berbasis Optocoupler BIDANG KEGIATAN: PKM-KC Diusulkan oleh: Tigo Wati 5301413044/2013 UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG SEMARANG 2016 DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL i HALAMAN PENGESAHAN ii DAFTAR ISI iii DAFTAR GAMBAR iv RINGKASAN 1 PENDAHULUAN 2 Latar Belakang 2 Tujuan Penulisan 2 Manfaat Penulisan 2 iii DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Bentuk Dasar Gelombang ECG (Electro Cardio Graph) 3 Gambar 2. Sensor Jari 5 Gambar 3. Block diagram ECC (Electro Cardio Count) 5 Gambar 4. Dimensi ECC (Electro Cardio Count ) 6 iv 1 RINGKASAN Dalam dunia medis, ada beberapa cara untuk menghitung denyut jantung manusia dalam tiap menitnya. Cara yang paling mudah adalah dengan meraba pergelangan tangan tepat diatas pembuluh arteri atau pembuluh arteri pada leher dan mulai menghitung secara manual dibantu stopwatch. Sedangkan ahlimedis biasanya menggunakan ECG (Electro Cardio Graph). Disamping biayanya mahal, untuk penggunaan ECG memerlukan kemampuan khusus dalam pengoperasiannya karena ouputnya masih dalam bentuk grafik. Dari permasalahan diatas, muncul ide untuk menciptakan alat penghitung denyut jantung yang secara langsung menghasilkan output berupa bilangan digital (bukan grafik pulsa) yang diberi nama ECC (Electro Cardio Count). ECC merupakan suatu alat penghitung denyut jantung manusia yang menggunakan sensor jari sebagai sensor utama. Secara sederhana, prinsip kerja dari sensor jari adalah sensor yang dipasang pada jari manusia. Sensor ini menggunakan optocoupler dimana sumber cahaya (LED infrared) sebagai transmiter dan fototransistor sebagai receiver. Sensor jari ini didesain sedemikian rupa agar menjepit jari dengan nyaman sehingga aliran darah tidak terhambat. Selain output berupa bilangan digital, alat ini dilengkapi indikator level untuk menampilkan pulsa denyut jantung dan buzzer untuk menampilkan suara deteksi jantung. ECC (Electro Cardio Count) dapat tercipta dan diimplementasikan dengan baik jika diadakan riset berkelanjutan dari pemerintah. Juga memperjelas fungsi, biaya, manfaat, dan kelayakan ECC untuk dikenalkan pada masyarakat dunia. Selain dari segi kesehatan yang sangat menyumbang peran besar, juga dari segi iptek, ECC mampu membuktikan bahwa bangsa Indonesia mampu membuat teknologi dengan cipta, rasa dan karsa tangan sendiri. Tentunya, keberhasilan dari keseluruhan gagasan ECC (Electro Cardio Count) ini nantinya ditentukan oleh seberapa besar proporsi pengguna. Jika gagasan ECC (Electro Cardio Count) ini diaplikasikan dan diakui oleh dunia medis, maka segera Indonesia akan menjadi pusat riset alat penghitung denyut jantung yang tentunya berpotensi untuk melebar ke riset alat jantung yang lebih kompleks lainnya. 2 PENDAHULUAN Latar Belakang Dalam dunia medis, ada beberapa cara untuk menghitung denyut jantung manusia dalam tiap menitnya. Cara yang paling mudah dan sering orang awam lakukan adalah dengan meraba pergelangan tangan tepat diatas pembuluh arteri atau pembuluh arteri pada leher dan mulai menghitung secara manual dibantu stopwatch. Sedangkan ahlimedis biasanya menggunakan stetoskop untuk menghitung denyut jantung melalui dada. Berbeda dengan menghitung tensi (tekanan darah) manusia yang sudah mempunyai alat tersendiri yaitu tensimeter (dalam bahasa kedokteran disebut spigmomanometer), terdapat alat penghitung detak jantung yang menyatu dalam satu unit alat Patient Monitor. Alat ini ditempatkan di ruang ICU (Intensive Care Unit). Patient monitor ini berfungsi memonitor kondisi manusia sehingga dapat menampilkan bentuk pulsa jantung, jumlah denyut jantung per menit (beat per minute) dan kadar oksigen dalam darah manusia (sO2). Patient monitor ini termaksud alat yang canggih sehingga harganyapun sangat mahal. Untuk alat yang lebih sederhana, penghitung denyut jantung secara elektronik menggunakan ECG (Electro Cardio Graph). Namun untuk dapat menghitung denyut jantung, dibutuhkan kalkulasi dan pembacaan dari gambar pulsa denyut jantung diatas milimeter blok. Dari interval waktu antara pulsa pertama dan kedua, dapat dihitung berapa jumlah denyut jantung dalam tiap menitnya. Untuk menyederhanakan perhitungan dari ECG inilah, muncul ide untuk menciptakan alat penghitung denyut jantung yang secara langsung menghasilkan output berupa bilangan digital (bukan grafik pulsa) yang diberi nama ECC (Electro Cardio Count) sehingga dapat digunakan secara mandiri oleh pengguna tanpa bantuan dokter atau ahlimedis. Tujuan Penulisan Penulisan karya tulis ini bertujuan untuk merumuskan konsep alat ECC (Electro Cardio Count) yang lebih implementatif, efektif dan efisien dalam pengembangan ketersediaan alat medis (khususnya dalam penghitung denyut jantung) yang lebih murah dan terjangkau oleh pengguna. Manfaat Penulisan Manfaat penulisan karya tulis ini adalah terkonsepnya prototip ECC (Electro Cardio Count) sebagai alat kesehatan. Dengan adanya alat penghitung denyut jantung sederhana ini, diharapkan mampu membantu pihak medis dan pemerintah untuk meningkatkan kualitas kesehatan masyarakat Indonesia secara menyeluruh. 3 Telaah Pustaka Electrocardiogram merupakan alat kedokteran yang biasa digunakan oleh ahlimedis untuk mendeteksi denyut dan irama jantung (Webster, 1981). Electrocardiogram (ECG) merupakan grafik hasil yang dibuat oleh sebuah electrocardiograf, yang merekam aktivitas kelistrikan jantung dalam waktu tertentu. Dasar atau prinsip kerja yang digunakan dalam alat ini adalah dengan memanfaatkan sifat konduktor listrik yang baik pada tubuh manusia. Gambar 1. Bentuk Dasar Gelombang ECG (Electro Cardio Graph) Rekaman ECG disimpan dalam format citra Bitmap. Pengolahan citra yang penting dalam sistem diagnosis ini adalah berupa hasil Smoothing, Segmentation, Normalisation, dan Thinning dari rekaman ECG tersebut. Smoothing yang digunakan adalah Gaussian Smoothing, dan Thinning yang digunakan adalah konsep algoritma Barukh O's , Chouinard C dan Plamondon R, dimana objek utama adalah gambar sinyal ECG. Algoritma Smoothing diterapkan untuk mengurangi noise dan berfungsi untuk menyiapkan gambar untuk diproses lebih lanjut seperti pada proses segmentasi. Gaussian Filtering adalah filter yang ideal yang mampu mengurangi besarnya frekuensi spasial yang tinggi dalam foto sebanding dengan frekuensi mereka. Artinya, metode ini mampu mengurangi besarnya frekuensi yang lebih tinggi lagi. Gaussian Filtering mampu meluas hingga ke segala arah, tetapi karena mendekati nol secara eksponensial, dapat dipotong tiga atau empat standar deviasi dari pusat tanpa mempengaruhi hasilnya. Segmentasi merupakan proses mempartisi citra menjadi beberapa daerah atau objek. Segmentasi citra pada umumnya berdasar pada sifat discontinuity atau similarity dari intensitas piksel. Pendekatan discontinuity, mempartisi citra bila terdapat perubahan intensitas secara tiba-tiba (edge based), dan pendekatan similarity, mempartisi citra menjadi daerah-daerah yang memiliki kesamaan sifat tertentu (region based), contoh: thresholding, region growing, region splitting dan merging (Aniati Murni 2008). Sinyal ECG dapat rusak oleh berbagai macam gangguan. Secara garis besar, gangguan sinyal ECG dapat diklasifikasikan ke dalam kategori berikut: power line interference (contohnya : gangguan saluran listrik), baseline wandering (contohnya: akibat pergerakan subjek), electrode pop or contact noise (contohnya: akibat kontraksi antara elektroda dan kulit, sehingga menyebabkan pergeseran awal pada saat pemasangan elektroda), patient–electrode motion artifacts (contohnya: karena sedikitnya kontak antara elektroda ECG dengan kulit yang menyebabkan perubahan impedansi), electromyographic noise (contohnya: pergerakan otot) Selama ini, selain menggunakan Pasien Monitor, penghitung denyut jantung secara elektronik menggunakan ECG (Electro Cardio Graph). ECG merekam aktivitas kelistrikan jantung dalam waktu tertentu. Analisis sejumlah gelombang dan vektor normal depolarisasi dan repolarisasi menghasilkan informasi diagnostik yang penting berupa grafik. Hasil grafik pulsa denyut jantung diatas milimeter blok akan diketahui interval waktu antara pulsa pertama dan kedua. Dari interval waktu pulsa tersebut, dapat dihitung berapa jumlah denyut jantung dalam tiap menitnya. Perkembangan ECG bemula dari seorang dokter yang bernama Alexander Muirhead.Alexander menghubungkan kabel ke pergelangan tangan pasien yang sakit untuk memperoleh rekaman detak jantung pasien yang divisualisasikan menggunakan electrometerkapiler. Lalu disempurnakan oleh Willem Einthoven menggunakan galvanometer senar yang ditemukannya pada tahun 1901, yang lebih sensitif daripada elektrometerkapiler serta mampu menjelaskan sifat-sifat elektrokardiografi. Pada tahun 1924, Willem dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran untuk penemuannya. Prinsip dasar inilah yang digunakan untuk sistem kerja dari ECG (Electro Cardio Graph). ECG (Electro Cardio Graph) merupakan alat kedokteran yang biasa digunakan oleh ahlimedis untuk mendeteksi denyut dan irama jantung (Webster, 1981). Disamping biaya mahal, untuk penggunaan ECG memerlukan kemampuan khusus dalam pengoperasiannya. Dari kelemahan ECG tersebut, penulis menggagas suatu alat bernama ECC (Electro Cardio Count) yang merupakan suatu alat penghitung denyut jantung manusia yang menggunakan sensor jari sebagai sensor utama. Secara sederhana, prinsip kerja dari sensor jari adalah sensor yang dipasang pada jari manusia. Sensor ini akan mendeteksi intensitas cahaya akibat adanya aliran darah pada ujung jari manusia. Perubahan intensitas cahaya ini akan dikonversikan menjadi perubahan tegangan. 5 Gambar 2. Sensor Jari Gambar diatas merupakan prinsip kerja sensor jari. Sensor ini menggunakan optocoupler dimana sumber cahaya (LED infrared) sebagai transmiter dan fototransistor sebagai receiver. Sensor jari ini didesain sedemikian rupa agar menjepit jari dengan nyaman sehingga aliran darah tidak terhambat. Dan saat digunakan, cahaya dari luar tidak dapat masuk mengenai fototransistor agar hanya cahaya dari transmiter yang dideteksi. Posisi transmiter dan receiver saat digunakan akan menjepit jari dari arah bawah dan atas. Pada saat jantung memompa darah, maka darah akan mengalir melalui pembuluh arteri dari yang besar hingga yang kecil seperti ujung jari. Saat ini volume darah pada ujung jari bertambah, maka intensitas cahaya yang menegenai basis fototransistor akan mengecil karena terhalang oleh volume darah, hal ini menyebabkan tegangan pada kolektor-emitorfototransistor sedikit naik. Kemudian, pada saat jantung tidak memompa darah, volume darah pada ujung jari menjadi lebih kecil sehingga intensitas yang mengenai basisfototransistor meningkat, hal ini menyebabkan tegangan kolektor-emitor fototransistor menjadi lebih rendah, dibanding sebelumnya. Perubahan tegangan pada kaki kolektor inilah yang diambil sebagai inputan awal untuk perhitungan denyut jantung.Secara garis besar, berikut block diagram dari kerja alat ECC (Electro Cardio Count) : 6 Gambar 3. Block diagram ECC (Electro Cardio Count) Perubahan tegangan pada kaki kolektor yang diambil sebagai inputan awal untuk perhitungan denyut jantung masih dalam satuan volt yang kecil sehingga dikuatkan oleh penguat non-inverting dengan nilai penguatan sekiar 4000x. Dan dilengkapi dengan rangkain low pass filter. Rangkaian ini bertujuan memfilter hanya frekuensi rendah saja yang dapat diloloskan yaitu sekitar 4 Hz. Output dari rangkaian filter ini akan diperoleh sinyal analog denyut jantung. Kemudian sinyal analog tersebut diubah menjadi sinyal digital oleh rangkaian detektor taraf tegangan. Ouput dari detektor ini masuk ke monostabil sebagai pintu gerbang ke rangkaian penghitung. Monostabil dalam rangkaian ECC (Electro Cardio Count) ini menggunakan gerbang nand schimt trigger. Selanjutnya, ECC (Electro Cardio Count) akan dikendalikan oleh timer yang diset 60 detik. Rangkaian timer menggunakan IC 555. Tegangan keluarannya akan mengakifkan kaki LE (Latch Enable) IC counte rsehingga akan menghentikan perhitungan beberapa saat tanpa merubah tampilan seven segment. Pada rangkaian ECC (Electro Cardio Count) ini menggunakan IC counter MC 4553. Output dari MC 4553 ini masih berupa bilangan biner, kemudian output ini dihubungkan dengan dekoder MC 4553 yang akan menterjemahkan bilangan biner ke dalam seven segment. Selain dilengkapi low pass filter, juga ditambahkan rangkaian indikator level, yang berfungsi untuk menggerakkan LED deret sesuai dengan pergerakan amplitudo sinyal denyut jantung. Rangkaian ini terdiri dari IC LM 3914, dua buah resistor dan sepuluh LED yang dirangkai berderet. Berdasarkan fakta yang ada dan solusi yang pernah diterapkan, maka terobosan untuk mengembangkan alat penghitung denyut jantung adalah dengan menciptakan ECC (Electro Cardio Count) yang menghasilkan output bilangan digital, tanpa harus menghitung manual dari grafik seperti ECG. Selain output berupa bilangan digital, alat ini dilengkapi indikator level untuk menampilkan pulsa denyut jantung dan buzzer untuk menampilkan suara deteksi jantung. 9 Berikut gambaran 3 dimensi dari prototip ECC. 9 7 Gambar 4. Dimensi ECC (Electro Cardio Count ) DAFTAR PUSTAKA Anonim.2014. Cara Distribusi Alat Kesehatan yang Baik. Jakarta: Permenkes. Anonim. 2015. Elektrokardiografi. http://www.wikipwedia.com/ diakses tanggal 05 februari 2015 jam 11.06. Anonim. 2011. Penyakit Jantung Makin Mengancam Masyarakat Indonesia. http://www.detikhealth.com/ diakses tanggal 05 Februari 2015 jam 12.00. Kusuma, W. 2014. 425 Alat Pengukur Denyut Jantung. http://ejournal.gunadarma.ac.id/ diakses tanggal 05 februari 2015 jam 12.30. Saparudin, dan Edvin Ramadhan. 2010. Identifikasi Kelainan Jantung Menggunakan Pola Citra Digital Electrocardiogram. JURNAL GENERIC. Vol. 5 No.1 Saputra, Herdi. 2004. Simulasi Mesin Cerdas Elektrokardiograf Berdasarkan Jaringan Syaraf Tiruan. Semarang: UNNES. Sofie, Mohamad. 2002. Pencacah Denyut Jantung dengan Sensor Jari.Semarang: UNNES. 10 LAMPIRAN Biodata Ketua dan Anggota A. Identitas Diri Ketua 1 Nama Lengkap 2 Jenis Kelamin 3 Program Studi 4 NIM 5 Tempat dan Tanggal Lahir 6 E-mail 7 Nomor Telepon/HP Tigo Wati Perempuan Pendidikan Teknik Elektro 5301413044 Ponorogo, 16 Juni 1995 [email protected] 085235003826 B. Riwayat Pendidikan Nama Institusi Jurusan Tahun MasukLulus SD SDN 1 Karanglo Kidul SMP SMPN 2 Kauman 2001-2007 2007-2010 SMA SMA Muhammadiyah Ponorogo IPA 2010-2013 C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) No. Nama Pertemuan Ilmiah / Judul Artikel Seminar Ilmiah 1 - 1 Waktu dan Tempat - D. Penghargaan dalam 10 tahun Terakhir No. Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Penghargaan Juara 4 OSN Bidang PEMDA Ponorogo 1 Astronomi Tahun 2011 Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum.Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sesungguhnya dan sebenarnya Semarang, 17 Februari 2015 (Tigo Wati) NIM 5301413044
