ELEKTROKARDIOGRAF (EKG) 12 LEAD TAMPIL PC (BIDANG

ELEKTROKARDIOGRAF (EKG) 12 LEAD TAMPIL PC
(BIDANG FRONTAL)
Dwiky Wicaksono1, Bambang Guruh Irianto2, Syaifudin Lutfi3
ABSTRAK
Tes non-invasif yang digunakan untuk mencerminkan kondisi jantung yang
mendasarinya dengan mengukur aktivitas listrik jantung dapat dipelajari dengan mencari pola
karakteristik pada EKG. Oleh karena itu, diperlukan alat untuk mengetahui bagian penting
dari evaluasi awal pasien yang diduga memiliki masalah jantung yang terkait.
Dengan jenis penelitian After Only Design, menggunakan alat ukur Osiloskop
dan Elektrokardiograf pabrik.
Hasil rata-rata pengukuran EKG sebanyak 5 kali menggunakan phantom pada
BPM diperoleh error 0.4%, pengaturan sensitifitas diperoleh error 0.33% dan pengaturan
kecepatan kertas diperoleh error 0%. Persentase kesalahan diperoleh dari faktor toleransi
komponen dan keterbatasan program yang dipergunakan. Menurut “Pedoman Pengujian dan
Kalibrasi Alat Kesehatan” DEPKES RI tahun 2001, batas maksimal dalam toleransi kesalahan
BPM dan sensitifitas adalah ±5%, sedangkan untuk kecepatan kertas adalah ±2%. Error pada
masing-masing parameter masih diijinkan untuk digunakan karena masih kurang dari batas
toleransi. Dari hasil yang diperoleh, maka alat EKG dapat dibuat dengan 12 lead meliputi
sadapan ekstremitas dan sadapan prekordial sehingga mempermudah operator untuk
mendiagnosa kelainan jantung pasien.
Kata Kunci : Mikrokontroler, Sinyal Jantung, Elektrokardiograf
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Elektrokardiograf (EKG) adalah sebuah
alat medis yang digunakan sebagai alat untuk
memperoleh informasi seputar kerja jantung
manusia melalui prinsip kelistrikan pada
jantung. Fenomena fisika tidak selalu
direpresentasikan dalam masalah benda-benda
mati (fisik), tetapi dapat terjadi pula pada
benda-benda hidup (hayati), contohnya adalah
pada peristiwa kelistrikan. Salah satu
peristiwa kelistrikan yang terdapat pada sistem
hayati (hidup) adalah peristiwa kelistrikan
pada jantung, yang menghasilkan sebuah
sinyal bioelektrik sehingga dapat mengetahui
gangguan pada jantung melalui alat
elektrokardiograf. Mekanisme sederhana dari
alat ini adalah mengukur potensial listrik
sebagai fungsi waktu yang dihasilkan oleh
jantung (Sudoyo, 2009).
Dalam perkembangannya, EKG pernah
dibuat oleh Bambang Guruh I. yaitu ECG 12
Lead berbasis ATMEGA. Selanjutnya, dibuat
oleh Rasyidi Nur Aldebaran dan Ahmad Niam
Fauzi yaitu Modifikasi Treadmill dengan
Pengaturan Kecepatan dan Monitoring EKG
Wireless Berbasis PC dimana pengukuran
hanya dibatasi pada lead II. Sedangkan, untuk
melihat keadaan jantung secara lengkap,
dibutuhkan sadapan inferior (lead II, III,
aVF), lateral (lead I, aVL, V5, V6), septum
(V1 dan V2), anterior (V3, V4) dan aVR
(Dwi Sujadir, 2008).
Pada modul sebelumnya, elektrokardiograf
yang sudah dibuat oleh (Bambang Guruh I.,
2015) belum terdapat kalibrasi 1 mV, setting
kecepatan kertas, sensitifitas dan pengambilan
data Heart Rate masih belum real time.
Sedangkan elektrokardiograf yang sudah
dibuat oleh (Rasyidi Nur Aldebaran dan
Ahmad Niam Fauzi 2015), penyadapan sinyal
jantung hanya dibatasi pada lead II. Dalam
kondisi seperti ini, user kurang dapat
menggunakannya sebagai alat diagnosa
kelainan jantung secara lengkap karena tidak
terdapat sadapan/ lead I, II, III, aVR, aVL,
1
aVF, V1, V2, V3, V4, V5 dan V6 atau yang
biasa disebut sistem 12 lead.
Mengacu pada latar belakang permasalahan
diatas, penulis ingin mengembangkan dan
menyempurnakan EKG dengan sistem yang
lebih lengkap yang dikenal dengan istilah
EKG 12 lead
4.
Batasan Masalah
Manfaat Teoritis
1. Meningkatkan wawasan / pengetahuan
dibidang alat diagnostik khususnya alat
sinyal jantung (EKG).
2. Sebagai referensi penelitian selanjutnya
Pada perancangan modul ini, penulis
membatasi bagian-bagian yang berkaitan
dalam pembuatan alat. Hal tersebut
dimaksudkan agar tidak terjadi pelebaran
masalah. Adapun batasan-batasan tersebut
meliputi:
1. Monitoring yang dilakukan hanya bidang
frontal meliputi sadapan bipolar (Lead I,
II, III) dan sadapan unipolar (aVR, aVL,
aVF)
2. Menggunakan supply tegangan +12V dan
-12V.
3. Menggunakan IC multiplexer CD 4051
sebagai sistem switching data.
4. Menggunakan IC mikrokontroler untuk
pengolahan datanya.
5. Menggunakan komunikasi serial sebagai
pengirim data ke PC.
6. Menggunakan program Delphi untuk
interface ke PC.
7. Menggunakan tombol kalibrasi 1 mv.
8. Menggunakan pengaturan kecepatan
kertas 25 mm/s dan 50 mm/s.
9. Menggunakan pengaturan sensitifitas 0,5
mv ; 1 mv ; 2 mv.
5.
6.
Membuat rangkaian perangkat lunak
mikrokontroler
Membuat software menggunakan Delphi
untuk tampilan ke PC
Melakukan uji coba alat
Manfaat Penelitian
Manfaat Praktis
1. Mempermudah dalam pengoperasian alat
2. Mempermudah pemantauan kondisi
jantung
METODE PENELITIAN
Blok Diagram
Rumusan Masalah
“Dapatkah dikembangkan alat EKG 12
lead tampil PC (bidang frontal)?”
Tujuan Penelitian
Tujuan Umum
Dikembangkannya alat diagnostik EKG
12 lead tampil PC (bidang frontal).
Tujuan Khusus
1. Membuat rangkaian penyadap aVR, aVL,
aVF, Lead I, Lead II dan Lead III
2. Membuat rangkaian switching
3. Membuat rangkaian filter dan penguat
Blok Diagram
2
Diagram Alir
Diagram alir sistem
HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS
Hasil Pengukuran Test Point
1. Rangkaian HPF 0.05 Hz dan
penguatan awal
R29
R7
R59
1M
1k
1K
En 1
CON2
-8
J12
CON2
3
1
2
TL081
2
C5
-
1
2
4
5
U17
6
+
R11
7
1
47UF
68K
+8
Rangkaian HPF
Diagram Alir Sistem
Diagram alir receiver
Perhitungan untuk penentuan nilai Fc
dan penguatan High Pass Filter (EN 1) :
𝑓𝑐 =
1
2𝜋𝑅𝐶
1
2 . 3,14 . 68000 . 47 . 10−6
1
𝑓𝑐 =
20
𝑓𝑐 = 0.05 Hz
𝑓𝑐 =
Diagram Alir Receiver
Diagram Mekanik Sistem
Output menurut teori perhitungan :
Xc
= 1 / 2 π F C5
= 1 / 2 . 3,14 . 2. 47 . 10-6
= 1 / 5,9 . 10-4
= 1693
Vout
= (R11 /( R11 + Xc)) .Vin
= (68000/ (68000+1693)) . 1.6
= (1693/69693) . 1.6 mV
= 0,976 . 1,6 mV
= 1.56 mV
𝑅29 + 𝑅59
𝐴𝑐𝑙𝑠𝑒𝑡 =
𝑅7
500000 + 1000
𝐴𝑐𝑙𝑚𝑎𝑥 =
1000
𝐴𝑐𝑙𝑚𝑎𝑥 = 501 𝑥
Voutset
= Acl x Vout
= 501 X 1,6 mV
= 0.8 V
Perbandingan antara perhitungan
dan pengukuran menggunakan input
function generator 2Vpp:
Diagram Mekanik Sistem
3
C8
33nf
Perbandingan antara pengukuran dan perhitungan High
Pass Filter
R70
47k
1.98 Vpp
50 Hz
1.5 Vpp
1.998Vpp
CON2
2
CON2
R67
3
R69
TL081
6
1
2
1.4 Vpp
U18
4
5
5Hz
J13
En 1
7
1
0,0199Vpp
0,182 Vpp
1 Vpp
1
2
Vout hitung
+
Vout ukur
0.008 Vpp
0 Vpp
0.4 Vpp
-
Fin
0.0005 Hz
0.005Hz
0.05 Hz
-8
47k
47k
+8
C24
33nf
Gambar 3.2 Rangkaian LPF
4
3
V Out
Hitung
2
Vout
Ukur
1
0
0.0005 0.005 0.05
5
f (Hz)
50
Hasil output EN 1 dengan input
phantom 120 BPM dan setting
Amplitudo 1mV pada phantom:
Perhitungan untuk penentuan nilai Fc
dan penguatan Low Pass Filter (J 13) :
𝑓𝑐 =
1
2𝜋𝑅𝐶
1
2 . 3,14 . 47000 . 33 . 10−9
1
𝑓𝑐 =
9.7 𝑥 10−3
𝑓𝑐 =
𝑓𝑐 = 102.6 𝐻𝑧
Lead II
= Tinggi x Volt/Div
= 1.2x 200mV
= 240mV
BPM = f x 60
1
= 1.25 𝑥 400 𝑥 10 −3 x 60
= 2 x 60
= 120 BPM
ω / ωc = fin / fc
ω
= 2 / 102,6 . ωc
= 0.0195 . ωc
ω4
= 1,4 x 10-7. 0,25 /R4C4
= 0,35 . 10-7 / R4C4
Acl
= 1 / √1 + 4ω4 R4C4
= 1 / √1 + (4 . 0,35 . 10-7R4C4/ R4C4)
= 1 / √1 + (1,4 . 10-7)
= 1 / √1,00000014
=1/1
=1
Acl
1
Vout
= Vout / Vin
= Vout / 1 V
=1V
A
2.
Rangkaian LPF 100 Hz
Tapis pelewat rendah atau tapis lolos
rendah (low-pass filter) digunakan untuk
meneruskan sinyal berfrekuensi rendah
dan meredam sinyal berfrekuensi tinggi.
Perbandingan antara perhitungan dan
pengukuran menggunakan input function
generator 1Vpp:
Perbandingan antara pengukuran dan perhitungan Low
Pass Filter
Fin
Vout ukur
Vout hitung
10 Hz
50 Hz
100 Hz
0.8 Vpp
0.8 Vpp
0.6 Vpp
1 Vpp
0.97 Vpp
0.72 Vpp
200 Hz
0.1Vpp
0.25 Vpp
500 Hz
0.05 Vpp
0.042 Vpp
4
= 0.58 V
2
1.5
Perbandingan antara pengukuran dan perhitungan Low
Pass Filter Pasif
V Out
Hitung
1
Vout
Ukur
0.5
0
10
50
100 200 500
Hasil output J 13 dengan input
phantom 120 BPM dan setting
Amplitudo 1mV pada phantom:
Fin
Vout ukur
Vout hitung
10 Hz
50 Hz
100 Hz
2 Vpp
1 Vpp
1 Vpp
1.82 Vpp
1.34 Vpp
1Vpp
200 Hz
0.4 Vpp
0.68Vpp
500 Hz
0.1 Vpp
0.34Vpp
5
4
3
2
1
0
Lead II
V Out
Hitung
Vout
Ukur
10
50
100 200 500
Hasil output J 107 dengan input
phantom 120 BPM dan setting
Amplitudo 1mV pada phantom:
aVF
A = Tinggi x Volt/Div
= 1.2 x 200mV
= 240 mV
3. Rangkaian LPF pasif 100 Hz
J107
CON2
R103
1
2
1
2
J106
CON2
A = Tinggi x Volt/Div
= 0.6 x 1V
= 0.6 V
C102
47K
33nf
Rangkaian LPF Pasif
4.
Rangkaian adder dan penguatan
akhir
Output menurut teori perhitungan :
R16
CON2
1
2
22k
330k
J14
CON2
-8
4
5
10K
3
6
1
7
1
R18
U19
+
2
R25
100K
1
2
R17
+8
Vout1 = (Xc /( R103 + Xc)) .Vin
=
(2411439/(47000+2411439)).0,
6V
= (1592356,7 / 1660356,7) . 0,6
V
= 0,98 . 0,6 V
R21
10K
J13
-
Xc = 1 / 2 π F C102
= 1 / 2 . 3,14 . 2 . 33 . 10-9
= 1 / 4,15 . 10-7
= 2411439
10K
+8
J15
CON1
Rangkaian Adder
5
Hasil output J 14 dengan input phantom
120 BPM dan setting Amplitudo 1mV
pada phantom
Lead II
Output Osilator Sinus 1 mV (J7)
A = Tinggi x Volt/Div
= 2.6 x 500mV
= 1.3V
5. Rangkaian
Osilator
Diferensiator
Sinus
dan
Output Diferensiator (J12)
R9
+5v
OUTPUT
R4
10k
2
1
3
1uF
6
PB2
SW4 EN
7
1
6
CON2
R5
20k
R1
220
D4
J2
R7
R8
LED
+5v
1M
CON2
+5v
J8
R3
J5
2
1
J3
C3
33nf
1
R6
1k
1k
J9
1
470k
1
2
Power Bank
C4
CON2
CON1
CON1
J6
J10
PROGISP
J16
PB5
6
PB6
5
PB7
4
3 VCC
2
1
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
AREF
GND
VCC
PC7
PC6
PC5
PC4
PC3
PC2
PC1
PC0
PD7
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
VCC
33nf
1
VCC
1
J20
CON1
1
2
CON1
IN
RST
1
2
R29
1K
220
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
R31
1
2
3
4
5
6
7
8
1K
C23
10uF
+
XTAL2
CON1
DATA
PA0
PA1
1
PA2
2
PA3
3
PA4
4
PA5
5
PA6
6
PA7
BLUETOOTH
J7
1
2
3
4
5
PD0
PD1
GND
VCC
PD1
PD0
GND
VCC
PL2303
VCC
AREF
CON2
J9
RESET
SW1
1
2
3
4
J6
J12
PORTB J4
Rangkaian kalibrator 1 mV
12M
AREFF
2
1
2
J13
CON1
J3
J2
PD0
CON2 PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
J1
PD7
CON1
CON1
CON1
J18
1
2
3
4
5
6
7
8
J10
1
2
3
4
5
6
7
8
PORTA
GND
J11
R2
R34
PB4
PB5
PB7
PB6
Y1
C21
30p
J8
RST
R2
47k
C20
30p
ATMEGA16
VCC
1
1
2
1
2
7
1
-5v
VCC
J7
OUT
1
10k
+5v
1
2
3
LM741 INPUT
+
2
-
R1
1
2
PB3
J4
CON2
1
J11
4
5
U3
J1
PB0(XCK/T0)
PA0(ADC0)
PB1(T1)
PA1(ADC1)
PB2(INT2/AIN0) PA2(ADC2)
PB3(OC0/AIN1) PA3(ADC3)
PB4(SS)
PA4(ADC4)
PB5(MOSI)
PA5(ADC5)
PB6[MISO)
PA6(ADC6)
PB7[SCK)
PA7(ADC7)
RESET
AREF
VCC
AGND
GND
AVCC
XTAL2
PC7(TOSC2)
XTAL1
PC6(TOSC1)
PD0(RXD)
PC5
PD1(TXD)
PC4
PD2(INT0)
PC3
PD3(INT1)
PC2
PD4(OC1B)
PC1(SDA)
PD5(OC1A)
PC0(SCL)
PD6(ICP)
PD7(OC2)
1
+5v
PB0 1
PB1 2
PB2 3
PB3 4
PB4 5
PB5 6
PB6 7
PB7 8
RST 9
VCC 10
GND 11
XTAL212
XTAL113
PD0 14
PD1 15
PD2 16
PD3 17
PD4 18
PD5 19
PD6 20
SW3 DN
-5v
J5
IC1
PB1
+
C2
10uF
XTAL1
SW2 UP
3
TL081
2
1
C5
1
-5v
7660
6. Rangkaian Minimum Sistem
U5
1
2
8
7
6
5
4
5
V+
OSC
LV
VOUT
-
C1
10uF
NC
CAP+
GND
CAP-
3
J12
1M
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
GND
VCC
R30
POT
2
PD2
PD3
PD4
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
PD5
PD6
PD7
1
U1
VCC
GND
220 R33
LCD GRAPHIC
PORTD
Rangkaian Minimum Sistem
Frekuensi Output
perhitungan :
𝑓𝑐 =
1
2𝜋𝑅3 𝐶3
menurut
teori
1
2 . 3,14 . 470000 . 33 . 10−9
1
𝑓𝑐 =
0.097
𝑓𝑐 =
𝑓𝑐 = 10.3 𝐻𝑧
Listing Program AVR
while(1)
{
PORTB.4=0;
PORTB.5=1;
PORTB.6=1 ;
PORTB.7=1 ;
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_puts("KALIBRASI");
delay_ms(500);
a=read_adc(0);
printf("d%dw",a);//ecg
delay_us(6500);
}
6
Listing Program Delphi
procedure TForm1.TerimaLEAD1(Sender:
TObject; const Str: String);
var
dataADC,E:Integer;
tegangan:Real;
begin
val(Str,dataADC,E);
if E = 0 then begin
tegangan:=(dataADC/1023)*5;
tegangan:= (tegangan)+1;
if Chart1.Visible = True then begin
Chart1.Series[0].AddXY(Chart1.Series[0].
Count,tegangan);
memo1.Lines.Add(floattostrf(tegangan,fffi
xed,4,3));
label6.Caption:= 'Lead I';
end;
end;
Hasil Pengujian Saat
dengan EKG recorder
dibandingkan
Pengukuran dan Pengujian
Hasil Perbandingan Pembacaan Kertas PC dengan
EKG Pabrik :
EKG
60 BPM
BPM =
30 BPM
25 mm/s
60 =
1500
KC
1500
25
BPM =
X
KC
X
60 =
12.5
X = 750
BPM =
1500
KC
BPM =
X
KC
30 =
1500
50
30 =
X
25
BPM =
3000
KC
BPM =
120 =
3000
25
120 =
50 mm/s
240 BPM
120 BPM
X = 750
X
KC
X
12.5
X = 1500
BPM =
3000
KC
BPM =
240 =
3000
12.5
240 =
SENSITIFITAS
(mV)
0.5
1
2
Rasio
Kelemahan/kekurangan sistem
1. Belum dilengkapi penyimpanan
untuk proses analisa sinyal EKG.
2. Faktor kesalahan setting sensitifitas
masih besar sehingga diperlukan
penyempurnaan.
3. Noise frekuensi dari luar masih
mempengaruhi
dengan
sangat
mudah.
4. Pada manusia, referensi masingmasing lead yang bermacam-macam
perlu
penyempurnaan
software
sehingga pada tampilan mampu
tersetting secara otomatis.
X
KC
X
6.25
X = 1500
Rasio
Perbandingan Hasil dengan EKG
Recorder
MODUL
2
1
1 KB
2 KB
4 KB
0.5 KB
1 KB
2 KB
2
1
PENUTUP
Kesimpulan
1. Telah
dapat
dibuat
Modul
elektrokardiograf 12 lead dengan
display grafik sinyal EKG dan nilai
Heart Rate pada PC menggunakan
software Delphi.
2. Pengiriman data antara modul dan
PC menggunakan modul PL2303.
7
3. Menggunakan ATmega32 sebagai
pengolah data ADC (pembacaan data
ADC dan konversi HR), Timer dan
proses komunikasi serial.
4. Saat pasien dalam kondisi tenang
sinyal EKG yang ditampilkan di PC
bisa stabil, saat pasien melakukan
sedikit pergerakan, ditemukan sinyal
EKG yan g naik turun dari titik
referensi awal.
5. Sinyal yang naik turun disebabkan
oleh pergerakan pada subyek atau
elektroda yang kurang kontak
dengan kulit.
6. Sinyal yang naik turun menyebabkan
mikro
tidak
bisa
melakukan
pengolahan data untuk menampilkan
nilai HR.
Saran
1. Pengembangan sistem penentuan
referensi agar bisa didapatkan data
HR pada saat amplitudo tidak stabil.
2. Pengolahan sinyal pada PC untuk
menstabilkan sinyal yang naik turun
titik referensinya.
3. Dilengkapi data penyimpanan untuk
analisa sinyal EKG.
4. Penyempurnaan
pembangkit
gelombang kotak untuk menu
kalibrasi.
DAFTAR PUSTAKA
[1]Benson, Harold J (2005). Anatomy and
Physiology. New York : Mc Graw
Hill
[2]Carr, Brown (1981). Introduction to
Biomedical Equipment Technology.
Englewood Cliffs, NJ : Prentice
Hall
[3]Coughlin, Driscoll, Herman (1992).
Penguat Operasional dan Rangkaian
Terpadu Linear = (Operational
Amplifiers and Linear Integrated
Circuits). Jakarta : Erlangga
[4]Goldschalger, Goldman, Dharma Aji
(1995).
Elektrokardiografi
(Electrocardiography : Essentials of
Interpretation). Jakarta : Widya
Medika
[5]Guyton, Arthur C, Jhon (2008). Buku
Ajar Fisiologi Kedokteran Edisi 11.
Jakarta : EKG
[6]Sudoyo, dkk (2006). Buku Ajar
Penyakit Dalam Edisi 4 Jilid 2.
Jakarta : FKUI
[7]Soekidjo
Notoatmodjo
(2005).
Metodologi Penelitian Kesehatan.
Jakarta : Rineka Cipta
[8]Sugiyono (2010). Metode Penelitian
Kuantitatif Kualitatif dan R&D.
Bandung : Alfabeta
[9]Sundana Krisna (2008). Interpretasi
EKG : Pedoman Untuk Perawat.
Jakarta : EGC
[10]Syaifuddin (2006). Anatomi Fisiologi
untuk Mahasiswa keperawatan.
Jakarta : EGC
[11]Tarwoto, Aryani Ratna, Wartonah
(2009). Anatomi dan Fisiologi Untuk
Mahasiswa Keperawatan. Jakarta
: Trans Info Media
[12]Anonim (2008). Electrocardiogram.
http://en.wikipedia.org
(diakses
Jum’at, 7 Agustus 2015)
[13]Anonim (2013), Komunikasi Serial.
http://wirelesslechulla.blogspot.com
(diakses Minggu, 13 September
2015)
[14]Irfan Padoe (2010). Kegunaan EKG
dan
Cara
Merekam
EKG.
http://www.infokeperawatan.com
(diakses Minggu, 5 Oktober 2015)
[15]Bambang
Guruh
Perancangan
ECG
ATMEGA.
(2015).
Berbasis
BIODATA PENULIS
Nama
NIM
TTL
Alamat
Pendidikan
: Dwiky Wicaksono
: P27838013057
: Sidoarjo, 9 Desember 1994
: Jl. Raya Trosobo No.4, Sidoarjo
: SMA Kemala Bhayangkari I Surabaya
8