ELEKTROKARDIOGRAF (ECG) dan PHOTOPLETHYSMOGRAF (PPG) BERBASIS PC Aisyah Taqiyyatun Ni’mah, Torib Hamzah,m.Pd, Sumber,S.ST,MT Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA ABSTRAK Elektrokardiograf (ECG) adalah perekam sinyal jantung manusia dengan keluaran sinyal pada monitor atau dapat di print out dalam bentuk grafik. Cara kerja alat ECG dalam mengidentifikasi sinyal jantung manusia dilakukan dengan cara menempelkan elektroda pada dada, tangan, dan kaki manusia. Photoplethysmograph (PPG) merupakan suatu instrumen yang digunakan untuk mengukur perubahan volume darah di dalam suatu organ menggunakan sensor optik. Informasi dari kedua sinyal tersebut akan di proses oleh mikrokontroller. Pengolahan data untuk bisa ditampilkan pada display penulis menggunakan software Delphi 7.Proses pemantauan pada alat ini dilakukan secara wireless, sehingga dokter dapat memantau jumlah denyut jantung pasiennya langsung melalui PC dengan menggunakan Bluetooth. Berdasarkan hasil pengukuran ada 5 orang pasien dengan pengukuran sebanyak 5 kali pada setiap pasien dengan pembanding Patient Monitor, didapatkan selisih nilai prosentase eror tidak melebihi 5%. Kata kunci : PPG, ECG, Monitoring, Wireless diperlukan perangkat Photopletismograf (PPG). Sensor 1 Photopletismograf (PPG) terdiri dari LED Inframerah PENDAHULUAN Elektrokardiograf (ECG) adalah perekam sinyal sebagai sumber cahaya dan Phototransistor sebagai jantung manusia dengan keluaran sinyal pada monitor detektornya yang di pasang pada jari telunjuk tangan. atau dapat di print out dalam bentuk grafik. Cara kerja (akhal.org) Pada umumnya alat yang digunakan untuk alat ECG dalam mengidentifikasi sinyal jantung menampilkan sinyal Photopletismograf (PPG) dan manusia menempelkan Elektrokardiograf (ECG) masih terpisah. Hal ini elektroda pada dada, tangan, dan kaki manusia. Setelah menimbulkan kurang efektif dan kurang efisien dalam elektroda di tempelkan, akan muncul sinyal listrik proses pengambilan data hasil monitoring harus karena adanya aliran darah yang di pompa oleh menggunakan dua perangkat. dilakukan dengan cara jantung. Peletakan elektroda pada Elektrokardiograf Pada penelitian sebelumnya pernah di buat (ECG) di dada, tangan, dan kaki dapat berpengaruh Modifikasi ECG dengan penyimpanan pada besar dan kecilnya (amplitude) dari sinyal, selanjutnya Photopletismograf tampil PC. data, sedangkan bentuk sinyalnya tetap sama.(Biologi club.2009) 1.1 BATASAN MASALAH Untuk mengukur perubahan volume darah di 1) Peletakan finger sensor pada jari telunjuk dalam suatu organ atau seluruh tubuh manusia 2) Pengukuransinyal ECG hanyapada lead 2 1 3) Grafik ECG (R) akan ditampilkan pada PC 2 4) Tampilan grafik ditampilkan secara real time mahasiswa dibidang peralatan diagnostic serta sebagai 5) Hasil Outputan alat akan ditampilkan pada referensi untuk penelitian selanjutnya. monitor PC menggunakan bahasa pemograman Delphi 6) Menggunakan modul Bluetooth HC-05 7) Komunikasi data hanya bersifat satu arah 8) Menggunakan Atmega sebagai pengolah dan Menggunakan mikrokontroller 3 Manfaat Praktis Memudahkan tenaga medis dan paramedic untuk memonitoring pasien secara wireless. pengirim data ADC ke PC 9) Meningkatkan wawasan dan pengetahuan sebagai 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jantung pengolah data 10) Jantung adalah sebuah rongga organ berotot Menggunakan bahasa pemograman Codevision AVR yang memompa darah ke pembuluh darah dengan berirama yang berulang. Istilah kardiak berarti berhubungan dengan jantung, dari kata Yunani cardia 1.2 RUMUSAN MASALAH untuk jantung. Jantung adalah salah satu organ manusia 1. Bagaimana cara merancang monitoring ECG yang berperan penting dalam sistem peredaran darah. dan PPG dalam satu tampilan aplikasi ? Letak Jantung berada agak sebelah kiri bagian dada, di 2. antara paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Beratnya Dapatkah dibuat alat monitoring ECG dan PPG wireless menggunakan PC ? kurang lebih 300 gram, besarnya kira-kira sebesar kepalan tangan. Fungsi jantung untuk memompa darah. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Maka dengan adanya jantung, darah dapat dialirkan ke 1 Tujuan Umum seluruh tubuh melalui pembuluh darah, dan jika Dibuatnya alat monitoring ECG dan PPG wireless dengan tampilan PC.. jantung. 2 Tujuan Khusus a. Menggunakan Elektroda sebagai penyadap Maka dapat disimpulkan bahwa jantung terdiri sinyal dari empat rongga, serambi kanan & kiri dan bilik kanan & kiri b. Membuat rangkaian instrument amplifier c. Membuat rangkaian filter d. Membuat rangkaian adder e. Membuat rangkaian minimum . system mikrokontroller Atmega Gambar 2.1 Diagram Jantung f. Menggunakan modul Bluetooth HC 05 g. Menggunakan modul Pulse SensorMembuat software peredaran ini terganggu maka inilah yang disebut sakit pengolah dan pengirim data 2.1.1. Denyut Jantung dan Nadi ADC Denyut jantung adalah jumlah denyutan jantung per satuan waktu, biasanya per menit direpresentasikan menggunakan CodeVision AVR sebagai bpm (beats per minute). Denyut jantung h. menyuplai oksigan bersih dari ventrikel/bilik kiri Membuat software penampil gambar PPG dan ECG menggunakan Delphi 7 jantung keseluruh tubuh melalui pembuluh aorta. Denyut jantung yang optimal untuk setiap individu 1.4 MANFAAT PENELITIAN berbeda-beda tergantung pada kapan waktu mengukur 1 Manfaat Teoritis detak jantung tersebut (saat istirahat atau setelah berolahraga). Variasi dalam detak jantung sesuai dengan jumlah oksigen yang diperlukan oleh tubuh 2 saat itu. Pada orang dewasa yang sehat, saat sedang 3 METODE PENELITIAN istirahat maka denyut jantung yang normal adalah 3.1 Diagram Mekanis sekitar 60-100 denyut per menit (bpm). Jika didapatkan denyut jantung yang lebih rendah saat sedang istirahat. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi jumlah denyut jantung seseorang, yaitu usia, aktivitas O n fisik atau tingkat kebugaran seseorang, Waktu saat penghitungan, suhu udara disekitar, posisi tubuh / (berbaring atau berdiri), tingkat emosi, fluktuasi hormon, asupan kafein , merokok ,ukuran tubuh serta o 3.1 Diagram mekanis Gambar obat yang sedang dikonsumsi. Denyut nadi adalah denyutan arteri dari f f 3.2 Blok Diagram Alat gelombang darah yang mengalir melalui pembuluh Transmitter darah sebagai akibat dari denyutan jantung. Meskipun EKG PPG ELEKTR ODA SENSOR jumlah denyut bervariasi, tapi denyut yang terlalu tinggi atau rendah dapat menunjukkan adanya masalah yang mendasar. Konsultasikan ke dokter jika denyut Anda secara konsisten di atas 100 bpm (tachycardia) atau di bawah 60 bpm (Bradycardia). Mengukur denyut INSTRUM EN AMPLIFIE R nadai dapat memberikan informasi penting tentang kesehatan, setiap perubahan dari denyut jantung normal dapat menunjukkan kondisi medis. (Joko Mulyono.2013) 2.2 MIKROKONTRO LLER FILTER Fotopletismograf Volume darah dalam suatu organ akan selalu ADDER berubah-ubah akibat dari pemompaan darah oleh jantung. Informasi dari sinyal perubahan volume darah ini dapat digunakan untuk menghitung detak jantung Gambar 3.2 Blok Diagram Transmitter Cara kerja blok diagram transmitter : permenit karena setiap puncak gelombang yang terjadi berkorelasi dengan satu detak jantung. Pada blok ECG merupakan blok system yang digunakan untuk pengkondisi sinyal EKG sehingga Fotopletismograf merupakan suatu instrumen didapatkan sinyal yang dapat diolah pada yang digunakan untuk mengukur perubahan volume mikrokontroler. Outputan dari elektroda masuk pada darah di dalam suatu organ atau seluruh tubuh. blok instrument amplifier untuk penyadapan dari Biasanya merupakan hasil dari fluktuasi darah atau elektroda dan dikuatkan, pada blok filter yang terdiri udara dari yang terkandung (Photoplethysmograph) di dalamnya. merupakan PPG LPF dan HPF yang berfungsi untuk instrument menghilangkan noise yang tidak di inginkan, setelah pletismograf yang bekerja menggunakan sensor optic. itu akan diinputkan kerangkaian adder yang berfungsi (Akhal.org) untuk menggeser tegangan negative menjadi positif, karena ADC hanya bisa memproses tegangan yang bernilai positif. Output dari adder akan langsung dimasukkan ke pin ADC mikrokontroler. 3 Pada Blok diagram PPG ini terdiri dari ECG dan PPG kemudian dikirim melalui Bluetooth sensor yang berupa finger sensor yang dipasang pada oleh mikrokontroller. jari pasien, finger sensor berfungsi untuk mendeteksi b. Receiver Begin perubahan volume darah yang mengalir. Karena adanya pengaruh aliran darah maka terjadi perubahan sinyal, selanjutnya akan langsung dimasukkan ke pin Inisialisasi Fungsi Serial ADC mikrokontroler. Data dari mikrokontroler akan dikirim oleh Bluetooth. Receiver Terima Data Serial Komunikasi serial Personal Computer Display PC Gambar 3.3 Blok Diagram Receiver Cara kerja blok diagram receiver : Data yang dikkirimkan oleh transmitter akan diterima oleh modul receiver yang END kemudian diolah/dikonversi melalui komunikasi serial untuk ditampilkan di Personal Computer (PC) berupa grafik. Gambar 3.5 Diagram Alir Receiver Cara kerja diagram alir receiver : Pada 3.3 Diagram Alir Alat a. Transmitter diagram alir Receiver, data yang dikirimkan oleh Transmitter akan diterima oleh modul Receiver yang kemudian diolah/dikkonversi melalui komunikasi serial untuk ditampilkan di Personal Start Inisialisasi Fungsi Serial Computer (PC) berupa grafik. 5. PEMBAHASAN 5.1 Rangkaian ECG C8 0.47uF R4 10M E1 R1 10M 6 10 9 R6 33K + - U1C R10 R11 8 5 J6 TP3 10K TL084 8200 U1B 7 TL084 +5v C10 100uF 8200 C7 0,47uF C3 1uF 8 C5 10uF 1 2 TL084 1 2 U1D 14 3 + 2 - R13 33K +5v J5 U4A 1 1 2 LM358 Out ECG 4 12 R12 J4 TP2 1 2 C1 0.1uF + Pemilihan Tampilan 13 2 1 - J2 J3 TP1 + C4 470pF - R5 10M R7 100K +5v R2 10M 2 1 C2 0.1uF R15 1K C6 1uF 3 + 2 - R8 1K U1A 1 R14 TL084 D1 2.4V R9 20K 10K C9 10uF 11 E2 R3 33K 4 J1 J7 +5v 2 1 -5v EG R1 1K +5v J1 +5v Y1 C2 U1 22p 11.052 22p 9 13 12 Baca Data 40 out ECG39 PULSE SENSOR 38 37 36 35 34 33 PB0 PB1 PB2 PB3 J7 CON2 10 -5v 1 2 +5v C3 Reset 1 2 3 4 5 6 7 8 RESET VCC SW1 C1 100nF PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS PC4/TDO PC5/TDI PC6/TOSC1 PC7/TOSC2 XTAL1 XTAL2 PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PB0/T0/SCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK 5 4 3 2 1 PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2 22 23 24 25 26 27 28 29 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 14 15 16 17 18 19 20 21 RX TX PD2 PD3 PD4 PD5 interupsi down ENTER up +5v AVCC AREF AGND GND 1 2 3 Supply 30 32 31 11 J8 PROGRAMMER +5v TX RX J8 1 2 3 4 Title <Title> HC Gambar 5.3 rangkaian keseluruhan Kirim Data Serial Gambar 3.4 Diagram Alir Transmitter Cara kerja diagram alir transmitter : Size B Date: Document Number <Doc> Monday , January 16, 2017 Rev <Rev Code> Sheet Pada saat modul dihidupkan, semua blok rangkaian akan mendapatkan supply. Pengujian dilakukan menggunakan phantom agar didapatkan Pada diagram alir Transmitter ini, sinyal ECG outputan yang stabil untuk melakukan pengujian dan PPG terdeteksi ketika main switch posisi on. modul bekerja sesuai dengan fungsinya atau tidak. Sinyal yang terdeteksi ini diolah oleh Karena hanya dilakukan penyadapan pada lead 2 maka pengkondisi sinyal kemudian memilih tampilan antara sambungkan kabel pasien pada RA, LL dan RL pada nalaog 4 1 of 1 phantom ECG. Dari kabel pasien langsung diinputkan ke rangkaian instrument amplifier. Rangkain 2 instrument amplifier disesuaikan dengan yang ada pada datasheet IC TL084. Output dari instrument diinputkan 3 ke blok rangkaian filter. Rangkaian filter terdiri dari High Pass Filter 4 dan Low Pass Filter. Pada High Pass Filter digunakan frekuensi cut off sebesar 0,48 Hz. Penentuan Fc 5 didasarkan pada standar filter ECG dimana Fc berada antara 0,05 Hz dan 40Hz. Sinyal hasil output dari HPF Pembanding 88,8 Modul 73 Pembanding 72 Modul 84,6 Pembanding 81,8 Modul 69,6 Pembanding 71,2 Modul 73,8 Pembanding 74,8 3,42 % 2,24% 1,33 % masih banyak noise yaitu dengan frekuensi sebesar Berdasarkan 5,417Hz dan amplitudo 2,72V sehingga perlu difilter menggunakan patient monitor didapat kan hasil dan dibatasi menggunakan filter LPF. Low Pass Filter yang berbeda/adanya selisih nilai bpm. Nilai error dengan frekuensi cut off sebesar 33,8 Hz berfungsi yang didapat paling besar adalah 3,42 % dan untuk melewatkan frekuensi dibawah frekuensi cut off paling kecil adalah 1,33 %. yang masih terdapat banyak noise frekuensi jala-jala mengurangi Berdasarkan noise pengujian, yang ada masih Alat Mean Eror % 1 Modul 75,8 3,06 % Pembanding 78,2 Modul 77,8 Pembanding 76,2 Modul 84,2 Pembanding 84,2 Modul 75,8 Pembanding 75 Modul 79,8 Pembanding 81,6 antara perhitungan dan pengukuran tapi filter masih bekerja 2 normal karena tidak ditemukan adanya kebocoran pada frekuensi setelah Fc pada HPF atau sebelum Fc pada 3 LPF pada grafik yang sudah dibuat. Setelah melalui proses filter sinyal output akan 4 di adder untuk menggeser referensi yang bertujuan agar sinyal yang bernilai negatif tidak terpotong pada saat pengolahan data pada mikro karena mikro tidak 5 bisa mengolah tegangan yang bernilai negatif. Sinyal kemudian akan diolah oleh mikrokontroller untuk diadapatkan data yang akan digrafikkan. Untuk data yang akan digrafikkan dikirim tiap 100mS. Data akan dikirimkan ke PC dengan Pasien muncul. perbedaan pembandingan Tabel 5.2 Hasil pengukuran ECG terhadap pembanding listrik sebesar 50 Hz. Ditambah Low Pass Filter Pasif untuk hasil 1,38 % 2,05 % 0% 1,06 % 2,20 % Berdasarkan hasil pembandingan dengan menggunakan patient monitor didapat kan hasil yang berbeda/adanya selisih nilai bpm. Nilai error menggunakan HC-05. Mikrokontroller akan mengirim yang didapat paling besar adalah 3,06 % dan data jika ada perintah dari PC. Setelah melakukan paling kecil adalah 0%. komunikasi, 6 PENUTUP 6.1 Kesimpulan Delphi7 yang berfungsi untuk menampilkan sinyal ECG secara real time. Kemudian Secara menyeluruh penelitian ini dapat sinyal akan disimpan dalam bentuk BMP. 5.2 disimpulkan sebagai berikut : Hasil Pengujian Tabel 5.1 Hasil pengukuran PPG terhadap pembanding Pasien Alat Mean Eror % 1 Modul 86,2 2,92 % 6.1.1 Hasil pengukuran EGG terhadap kalibrator dengan menggunakan phantom ECG 5 didapat nilai eror paling kecil 0% dan yang paling 6.2 besar 0,66% Pengembangan penelitian ini dapat dilakukan a. Setting media 30 BPM memiliki nilai Saran pada : eror 0,66% 6.2.1 b. sensor , atau sensor yang lebih stabil. Setting media 60 BPM memiliki nilai eror 6.2.2 0,33% c. Setting media 120 BPM memiliki nilai Dilengkapi hasil analisa terhadap sinyal ECG dan PPG yang ditampilkan pada monitor, saat ini peneliti hanya menampilkan nilai BPM. eror 0% d. Menggunakan sensor finger selain pulse Setting media 180 BPM memiliki nilai 6.2.3 Melakukan eror 0,44% keseluruhan data. e. 6.2.4 Setting media 240 BPM memiliki nilai penambahan penyimpanan Melakukan penyadapan 12 lead untuk eror 0,33 dimonitor oleh modul. Saat ini peneliti hanya 6.1.2 memonitor 1 lead saja, tepatnya pada lead 2. Pengukuran ECG pada responden dengan menggunakan pembanding patient monitor 6.2.5 Untuk pihak kampus, diharapkan memiliki nilai eror paling kecil 0% dan yang menambahkan PATIENT MONITOR Karena paling besar 3,06% penulis menggunakan patient monitor sebagai a. Pasien 1 memiliki nilai eror 3,06% pembanding. b. Pasien 2 memiliki nilai eror 2,05% c. Pasien 1 memiliki nilai eror 0% DAFTAR PUSTAKA d. Pasien 1 memiliki nilai eror 1,06% Akhal, Elektrokardiograf dan Fotopletismograf e. Pasien 1 memiliki nilai eror 2,20% Portabel 6.1.3 Pengukuran PPG pada responden dengan http://blog.akh.al/tag/elektrokardiograf menggunakan pembanding patient monitor memiliki nilai eror paling kecil 1,33% dan yang Berbasis Mikrokontroler, diakses pada tanggal 18 Mei 2106 Amrank Berachunk, 2012, Definisi denyut nadi, paling besar 3,42% http://berachunk- a. Pasien 1 memiliki nilai eror 2,92% amrank.blogspot.co.id/2012/07/defenisi b. Pasien 2 memiliki nilai eror 1,38% denyut-nadi.html diakses pada tanggal 17 c. Pasien 1 memiliki nilai eror 3,42% Mei 2106 d. Pasien 1 memiliki nilai eror 2,24% e. Pasien 1 memiliki nilai eror 2,24% amplifier, 6.1.4 Eror pada modul tidak melebihi toleransi dasar.web.id/penguat-tak-membalik-non- Elektronika Dasar, 2013, Penguat non inverting http://elektronika- yaitu 5% inverting-amplifier/ diakses pada tanggal 6.1.5 Sensor finger menggunakan Pulse sensor 18 Mei 2106 6.1.6 Saat pasien dalam kondisi tenang sinyal Elektronika Dasar, 2013, Low Pass Filter (LPF) ECG dan PPG akan stabil , akan tetapi saat pasien RC, http://elektronika-dasar.web.id/low- bergerak sinyal ECG dan PPG akan naik turun . pass-filter-lpf-rc/ diakses pada tanggal 18 Mei 2106 6 Elektronika Dasar, 2013, High Pass Filter (HPF) MIKROKONTROLER, RC http://elektronika-dasar.web.id/highpass-filter-hpf-rc/ diakses pada tanggal 18 15.04.127, Universitas Telkom Bandung TokoOne, 2013, Module Bluetooth Untuk Serial Mei 2106 HC05 (Master and http://tokoone.com/modul Helmy Rahadian, Zaenal PEMROSESAN SENSOR Arifin, DATA 2016, PULSE AMPED Bluetooth- modul-serial/ Violent, PADA 2012, EKG (Elektrokardiagram) http://ardhye- RANCANGAN SISTEM INFORMASI violent.blogspot.co.id/2012/03/ekg- DOKTER DAN PASIEN, ISSN: 2252- elektrokardiagram.html?view=timeslide 4908 Vol. 5 No. 1 April 2016 diakses pada tanggal 18 Mei 2106 Imamfahrurrozi--fkp11, 2012, Sadapan pada ECG Slave), BAHRURRIZKI RAMADHAN, 2015. Photoplethysmograph Monitoring PC, http://imamfahrurrozi-- fkp11.web.unair.ac.id/artikel_detail- Jurusan Teknik Elektromedik – Poltekkes 46122-medical%20caring- Kemenkes, Surabaya prosedur%20pemasangan%20ECG/EKG. BIODATA PENULIS html diakses pada tanggal 20 Mei 2106 Immersa Lab, 2013, Mikrokontroler, Minimum System http://www.immersa- Nama NIM TTL lab.com/sistem-minimummikrokontroler.htm diakses pada tanggal : Aisyah Taqiyyatun N : P27838013089 : Surabaya, 28 November 1994 Alamat : Pulo Tegal Sari II, Surabaya Pendidikan : SMAN 18 Surabaya 18 Mei 2106 Joko Mulyono, 2013, Definisi Denyut Jantung Manusia file:///F:/icha/proposal/ref/EDUSPORTS %20&%20HEALTH%20%20Denyut%20 Jantung%20dan%20Nadi.htm diakses pada tanggal 18 Mei 2106 Medkes, 2017, Prosedur Pengertian, Fungsi, dan Elektrokardigram (EKG), http://www.medkes.com/2015/09/pengerti an-fungsi-prosedur-elektrokardiogramekg.html diakses pada tanggal 20 Desember 2106 Surya Putra Agung Saragih, dll, DESAIN DAN IMPLEMENTASI APLIKASI HUMAN HEALTH MONITORING BERBASIS 7 8