aplikasi jaringan sensor nirkabel untuk monitoring

0495: Muhammad Niswar dkk.
TI-39
APLIKASI JARINGAN SENSOR NIRKABEL UNTUK MONITORING
MEDIS DI DAERAH BENCANA
Muhammad Niswar, Amil Ahmad Ilham, Zaenab Muslimin, Indrabayu, Ansar Suyuti,
Rhiza S. Sadjad, Tadjuddin Waris, Ady Wahyudi P., dan Zulkifli Tahir
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan km 10-11, Makassar
Disajikan 29-30 Nop 2012
ABSTRAK
Kegiatan Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem triage network untuk pemantauan status tingkat keparahan kondisi kesehatan korban bencana agar tim medis dapat mengambil keputusan dan tindakan medis yang cepat terhadap
korban berdasarkan tingkat keparahan kondisi kesehatan korban. Dalam penelitian ini akan dikembangkan sistem yang murah (low-cost) dan handal (reliable) dengan menggunakan teknologi Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) agar dapat di implementasikan pada daerah-daerah bencana yang infrastruktur telekomunikasinya rusak. Pada penelitian ini kami menggunakan
mikro-kontroler Arduino yang merupakan open-source electronic prototyping dan menggunakan pulse sensor untuk mendeteksi kondisi denyut nadi pasien. Input sensor ini akan diklasifikasikan oleh mikrokontroller yang ada pada sensor node (SN)
dan dikirim ke coordinator node dengan teknologi nirkabel XBee. Berdasarkan informasi tersebut, tim medis mendiagnosa dan
mengambil tindakan medis berdasarkan tingkat keparahan kondisi kesehatan pasien / korban. Pada penelitian ini dilakukan uji
kinerja sistem dan dari hasil uji kinerja menunjukkan bahwa sistem JSN yang kami kembangkan ini dapat bekerja dengan baik
dalam mendeteksi kondisi denyut nadi pasien dan aplikasi ini dapat menampilkan kondisi denyut nadi pasien secara real time
yang dapat diakses melalui jaringan internet.
Kata Kunci: Jaringan Sensor Nirkabel, Arduino, Denyut Nadi
I.
PENDAHULUAN
Belakangan ini fokus penanganan medis lebih dititikberatkan pada penanganan medis saat pasien telah tiba di rumah
sakit karena tenaga medis ditempatakan secara sentral sehingga pasien harus mendatangi langsung lokasi guna memperoleh pemeriksaan dan penanganan medis. Kebijakan
tersebut memiliki kekurangan dalam hal penanganan dini
keadaan darurat medis pada pasien[1].
Khusus di daerah bencana, banyaknya korban bencana
alam di lokasi bencana yang tidak diimbangi dengan sumber daya seperti jumlah ahli medis, dan obat-obatan menjadi salah satu masalah yang signifikan. Kurangnya sumber daya tersebut berdampak langsung terhadap para pasien.
Hal ini sering dikeluhkan oleh para pasien yang terbengkalai
di tenda - tenda pengungsian maupun di unit gawat darurat. Tidak hanya pasien, kurangnya tenaga medis berdampak
langsung terhadap para ahli medis. Dengan jumlah tenaga
medis yang sedikit, maka akan dibutuhkan waktu yang lebih
lama untuk memantau seluruh korban bencana alam. Untuk
mengatasi hal tersebut dibutuhkan sebuah penerapan konsep
yang dapat mengefisienkan tenaga medis di setiap lokasi bencana alam seperti konsep triase.
Ada beberapa penelitian terkait tentang monitoring medis
dengan menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel (JSN). Pada
penelitian [2] mempelajari tentang kegunaan Body Sensor
Netwroks (BSNs) untuk memonitor keadaan pasien, dimana
BSN sendiri tersusun atas sensor-sensor yang merekam data
biologis yang akan dikirim ke kordinator data tujuan. Selanjutnya data bisa diinterpretasikan kedalam berbagai jalur.
Dengan berkembanganya protokol nirkabel, teknologi seperti
bluetooth dan ZigBee dapat menghilangkan konektor kabel
dari jaringan dan meningkatkan mobilitas pasien. Pentingnya
teknologi nirkabel dalam perkembangan desain body sensor
dapat mengubah sistem perawatan kesehatan konvensional
[3]. Sistem monitoring potabel dapat memberikan data medis
secara berkelanjutan. Dengan demikian sistem monitoring
tanda-tanda vital portabel dapat mengurangi biaya dan meningkatkan kualitas hidup pasien.
Adapula aplikasi wireless body sensor network [4] yang merupakan pengembangan platform open source DexterNet[5] untuk pemantauan penyakit asma pada anak-anak. Aplikasinya
sendiri memiliki tiga lapis sistem yaitu BSL sebagai sensor
layer, PNL sebagai konektor perangkat mobile, serta GNL sebagai web server via internet.
Penelitian kami bertujuan membangun suatu sistem
jaringan sensor nirkabel untuk memantau denyut nadi pasien
disertai web interface guna pemantauan secara global yang
dilengkapi dengan prinsip triase.
Triase sendiri terdiri atas upaya klasifikasi korban/pasien
berdasarkan tingkat keparahan cedera mereka untuk peluang
kelangsungan hidup mereka melalui pemberian intervensi
medis yang segera. Prioritas yang lebih tinggi diberikan pada
Prosiding InSINas 2012
0495: Muhammad Niswar dkk.
TI-40
korban yang prognosis jangka pendek atau jangka panjangnya
dapat dipengaruhi secara dramatis oleh perawatan sederhana
yang intensif [6].
Perkembangan teknologi yang begitu pesat, baik dalam
teknologi nirkabel maupun mikrokontroler memungkinkan
pembuatan teknologi medis yang cerdas, murah, dan ringan.
Selain itu dengan menerapkan teknologi - teknologi tersebut, keluarga pasien maupun para ahli medis dapat memantau seluruh kondisi pasien di wilayah tertentu tanpa membutuhkan waktu yang lama. Sebagaimana kita ketahui bahwa
penanganan medis saat ini mayoritas pasien yang menginap di rumah sakit bukan karena mereka membutuhkan perawatan medis secara aktif, namun kebanyakan karena pasien
hanya membutuhkan observasi berkala untuk mendeteksi abnormalitas ataupun perubahan yang terjadi, mengawasi efekefek terapi secara berkala, atau untuk menghindarkan hal-hal
buruk yang dapat terjadi dalam masa penyembuhan pasca
operasi. Dalam artian deteksi dini anomali ini dapat mengurangi secara signifikan keadaan darurat di pusat-pusat perawatan.
G AMBAR 1: Skema rangkaian pengirim data
II.
METODOLOGI
Sistem Sensor
Sistem sensor nirkabel yang dibuat menggunakan sebuah
perangkat pengiriman data dan penerimaan data yang akan
saling berhubungan dengan jaringan ad-hoc.
Pengirim data dibuat dengan menggunakan kombinasi perangkat Pulse Sensor sebagai alat untuk mendeteksi denyut
nadi pada korban/pasien dengan cara menempelkan sensor tersebut ke tubuh korban/pasien pada bagian ujung
jari ataupun pada telinga. Pulse Sensor ini akan mengirimkan data analog berupa pulsa listrik ke dalam port Arduino
sebagai pusat komputer pengolahan data. Masukan analog yang diproses menggunakan mikrokontroler berisi program sehingga dapat memberikan keluaran berupa data digital melalui dua jalur yaitu jalur langsung yang terdiri dari
tiga buah indikator lampu led untuk mengisyaratkan kondisi
berdasarkan kategori triase dan sebuah layar lcd sebagai antarmuka yang menampilkan jumlah detakan permenit.
Data-data yang akan dikirim oleh perangkat ini terdiri atas
2 bagian, yaitu:
G AMBAR 2: Prototipe Pulse Sensor Node
1. BPM atau Beat per Minute dari pasien, yang nantinya
akan digunakan dalam pengimplementasian triase pada
sisi client maupun komputer pusat / server yang akan
digunakan oleh tim medis dalam memantau kondisi
pasien.
2. HRV (Heart Rate Variability) merupakan waktu yang
dibutuhkan oleh jantung untuk mengembang dan
mengempis. Waktu tersebut dapat digunakan untuk
mensurvei secara langsung kondisi jantung pasien.
Setiap data yang akan dikirim harus memenuhi syarat
dibawah ini sehingga data tersebut dapat terbaca oleh aplikasi
yang akan digunakan dalam penelitian ini.
1. Nilai BPM harus diawali oleh header Q, seperti Q100 yang
menunjukkan nilai BPM dari pasien adalah 100
2. Nilai HRV harus diawali oleh header B, seperti B900 yang
menunjukkan nilai HRV dari jantung pasien adalah 900
Setiap nilai yang dikirim baik itu nilai BPM maupun HRV
harus dipisahkan dengan karakter “\n” atau new line
Prosiding InSINas 2012
0495: Muhammad Niswar dkk.
Mekanisme Kerja Sensor
Pulse sensor adalah alat untuk mendeteksi detakan jantung dengan mengirimkan sinyal ke dalam arduino yang kemudian diolah oleh arduino sesuai kode yang telah diinputan
kedalam mikrokontrolernya. Pseudocode logika kerja antara
Pulse Sensor dan Arduino adalah sebagai berikut
Procedure Arduino (pulsePin : Integer)
{
HRV merupakan variabel yang menyimpan waktu diantara 2 denyutan yang terjadi
BPM merupakan variable yang menyimpan detakan per
menit
}
Deklarasi
HRV : Integer
BPM : Integer
Signal : Integer
Peaktime, LastPeakTIme : Long
Pulse : Boolean
BeatCounter : Integer
Rate : Integer
Rpeat : boolean
Samplecounter : Integer
Algoritma
Rpeat ← false
Pulse ← false
Peak ← 0
While (not Repeat) do
Begin
Signal ← analogRead(pulsePin)
Fsignal ← Filter (Signal
Samplecounter ← Samplecounter + 1
If(Fsignal >= Peak and Pulse = false)
then Peak ← Fsignal
peakTime ← samplecounter
endIf
If (Samplecounter mod 20 = 0) then
SendMessage(“S”)
SendMessage(Signal)
If(Fsignal <0 and Pulse = false) then Beatcounter ← BeatCounter + 1
LED(“On”)
Pulse ← True
HRV ← peakTime - lastPeakTime
lastPeakTime ← peakTime
SendMessage(“B”)
SendMessage(HRV)
Rate ← Rate + HRV
If (BeatCounter = 10) then
Rate ← rate / BeatCounter
BPM ← 60000/rate BeatCounter ← 0
Rate ← 0
SendMessage(“Q”)
SendMessage(BPM)
EndIf
EndIf
EndIf
If(FSignal >0 and Pulse = True) then LED(“Off”)
Pulse ← False
Peak ← 0
TI-41
EndIf
Delay(1)
EndWhile
Aplikasi Processing
Processing merupakan aplikasi pemrograman visual yang
menyerupai bahasa pemrograman Java Processing merupakan aplikasi open source yang dapat diunduh di website
resmi Processing. Pada penelitian ini, Processing digunakan
oleh setiap komputer coordinator sehingga tim medis dapat
memantau kondisi keseluruhan pasien dalam bentuk visual
secara langsung. Selain itu, aplikasi Processing akan mengirimkan seluruh data yang diterima kedalam database server
yang nantinya akan digunakan di dalam aplikasi web. Adapun Pseudocode logika kerja dari Processing adalah sebagai
berikut :
Procedure Processing(Serial Port)
{
Deklarasi
HRV : Integer
BPM : Integer
inData : String
Algoritma
Begin
inData ← Read(Port)
While(inData=”\n”)
{
if(inData=’Q’) then
BPM←int(inData)
endIf
if(inData=’B’) then
HRV←int(inData);
HeartBeat(On)
endIf
}
MysqlQuery(BPM)
Show(BPM)
If(BPM>59 and BPM<101) then
Red Indicator(Off)
Yellow Indicator(Off)
Green Indicator(On)
Else
If(BPM>44 and BPM<60) or (BPM>100 and BPM <116)
then
Red Indicator(Off)
Yellow Indicator(On)
Green Indicator(Off)
Else
Red Indicator(Off)
Yellow Indicator(On)
Green Indicator(Off)
EndIf
End
Web Interface
Web interface digunakan agar keluarga pasien dapat memantau kondisi pasien secara real time tanpa harus berkunjung secara terus menerus ke lokasi korban bencana. Dengan
diterapkannya aplikasi tersebut, tim medis dapat mengakses
informasi yang berkaitan dengan data pasien melalui media
komputer secara global hanya dengan menggunakan fasili-
Prosiding InSINas 2012
0495: Muhammad Niswar dkk.
TI-42
puter server.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji Konsep Adaptasi Triage
G AMBAR 3: Graphic User Interface Processing
Konsep triage menggunakan batas sesuai standar BPM
orang dewasa yaitu keadaan normal akan memberikan tanda
berupa lampu LED hijau pada alat dan indikator warna hijau pada layar aplikasi dan tampilan web. Rentang 15 BPM
dibawah dan diatas batas normal diberikan indikator warna
kuning, dan selain kedua kondisi tersebut diberikan indikator merah.
tas internet. Web interface akan membaca seluruh data dari
database server dan menampilkan data tersebut ke sisi client
dengan menerapkan tampilan interface yang digunakan oleh
Processing.
Prinsip Kerja Proposed Pulse Sensor Triage
Denyut jantung yang optimal untuk setiap individu
berbeda-beda tergantung pada kapan waktu mengukur detak
jantung tersebut (saat istirahat atau setelah berolahraga). Variasi dalam detak jantung sesuai dengan jumlah oksigen yang
diperlukan oleh tubuh saat itu.
Pulse Sensor triage akan mengklasifikasikan keadaan pasien
berdasarkan keadaan denyut jantung, dimana keadaan normal dan abnormal akan ditentukan dari jumlah BPM (Beats
Per Minute) jantung. Apabila keadaan normal (60-100 BPM)
[7] sistem akan menginformasikan dengan simbol hijau,
dan apabila keadaan jauh dari ambang normal maka akan
diberikan kondisi merah, sedangkan dalam kondisi masih dapat ditoleransi akan diberikan kode kuning.
G AMBAR 4: Bagan kerja sistem
G AMBAR 5: Uji Kinerja Sistem
Dapat dilihat dari grafik yang disajikan dibawah, antara
grafik pengirim dan penerima berhimpit dimana hal tersebut
membuktikan bahwa data kiriman dan data terimaan memperoleh hasil yang sama
G AMBAR 6: Perbandingan pengukuran sensor node dan coordinator node
Framework Sistem
Sistem dibuat dalam dua sisi yaitu sisi pengirim dan penerima, dimana rangkaian JSN pengirim yang akan dipasangkan
di badan subjek / pasien akan menerima data analog dari
Puls Sensor yang melekat di ujung jari subjek, kemudian
data tersebut masuk kedalam Arduino untuk diproses menjadi data digital kemudian Xbee pengirim akan mengirimkan
data ke Xbee kordinator (penerima) yang diteruskan ke kom-
Unjuk Kerja Prototipe WSN berbasis WEB
Sistem yang dibuat menggunakan aplikasi Processing
yang bertujuan untuk menerima seluruh data yang dihasilkan
oleh pulse sensor dan menampilkan data – data BPM kedalam
bentuk visual atau grafik. Data yang ditampilkan akan disimpan kedalam tabel database. Yang nantinya akan diakses oleh
client melalui web interface. Web Interface akan menampilkan
Prosiding InSINas 2012
0495: Muhammad Niswar dkk.
seluruh data yang telah ditampilkan oleh Processing (coordinator) sehingga keluarga pasien dapat mengetahui kondisi
pasien secara lebih detil. Web Interface tersebut akan memperbaharui data yang diterimanya secara real time. G AM BAR 5 menunjukkan gambaran uji kinerja sistem dimana sebuah sensor node mengirim data denyut nadi ke coordinator
node dengan mode komunikasi point-to-point. Data yang didapatkan dari sensor node ditampilkan dalam bentuk grafis
yang melalui aplikasi Processing dan web interface untuk data
yang sama.
Perbandingan Hasil Ukur Denyut Bagian Pergelangan
TI-43
memiliki selisih di bawah 10 BPM. Hasil tersebut kembali
menegaskan pernyataan pada G AMBAR 8 mengenai kekuatan
arus pompaan jantung untuk membuat denyut pada pembuluh darah.
Uji Fungsional Triage dengan menggunakan Web Interface dan Processing
Pengujian sistem dilakukan dengan cara menguji fungsional sistem pemantauan denyut jantung berbasis web. Hasil
pengujian dapat diperlihatkan pada TABEL 1. Dari hasil uji
fungsional ini memperlihatkan bahwa sistem JSN yang kami
telah bangun telah berfungsi sesuai harapan rancangan yang
kami
IV.
KESIMPULAN
Berdasarkan analisi hasil percobaan dan pengukuran prototipe JSN untuk mendeteksi denyut jantung menggunakan
perangkat Arduino dan Xbee serta pemrograman bahasa
C untuk mikrokontroler ATmega dan perograman bahasa
Java untuk applikasi menggunakan Processing dan koneksi
database yang dipadukan antarmuka halaman web dengan
mengusung konsep triage, maka dapat disimpulan sebagai
berikut:
G AMBAR 7: Perbandingan pengukuran alat dan manual pada
pergelangan
Pada G AMBAR 7 dengan melakukan pengukuran serentak
untuk ketiga diatas dapat dilihat bahwa terjadi selisih hasil
pengukuran diatas 10 BPM antara pengukuran manual dan
pengukuran alat. Hal bisa terjadi jauhnya dari sumber, maka
detakan semakin halus sehingga bisa terjadi kesalahan pengukuran akibat suatu detak yang halus tidak terhitung secara
manual. Hal ini juga ditegaskan oleh prinsip peredaran darah
manusia yang menyatakan semakin jauh dan semakin tinggi
pembuluh darah dari jantung, maka kekuatan arus pompaan
darah akan semakin melemah.
Perbandingan Hasil Ukur Denyut Bagian Dada
1. Pemilihan Arduino didasarkan atas kemudahan pemasangan perangkat keras lain seperti Pulse Sensor untuk mendeteksi denyut jantung dan kemudahan pemrograman dalam mengadaptasi prinsip triage untuk
penentuan keadaan medis.
2. Di dalam pembuatan alat deteksi denyut jantung diperlukan perangkat radio komunikasi Xbee yang disinkronisasikan dengan Arduino sebagai perangkat transmitter
yang dapat membentuk suatu jaringan ad-hoc.
3. Media halaman web dibutuhkan untuk menjadi
mekanisme pemantauan jarak jauh dimana komputer
penerima dapat bertindak sebagai server data.
4. Di dalam prakteknya, masih terdapat kendala delay pengiriman data akibat penuhnya buffer alat yang dapat
mengakibatkan kehilangan paket data dan mengakibatkan perubahan hasil sampai <1 %.
5. Hasil perbandingan pengukuran prototipe JSN dan pengukuran langsung dipengaruhi oleh lokasi pengukuran
disebabkan denyut yang melemah seiring bertambahnya
jarak dari jantung.
DAFTAR PUSTAKA
G AMBAR 8: Perbandingan pengukuran alat dan manual pada
dada
Pada G AMBAR 8 diatas diketahui bahwa besar perbedaan
pengukuran antara perhitungan manual dan perhitungan alat
[1] Ying Zhan and Hannan Xiao. Bluetooth-Based Sensor
Networks for Remotely Monitoring the Physiological
Signals of a Patient, IEEE Transactions on Information
Technology in Biomedicine, 13(6), 2009.
[2] David Bauschlicher and Steven Bauschilcher, interacting
with social networks to improve health-aware body sensor networks (Florida: Stetson University DeLand 2011).
[3] Tuba Yilmaz, Robert Foster and Yang Hao, detecting vital signs with wearable wireless sensors (London: Queen
Mary University of London 2010).
[4] Edmund Y.W. Seto et al., A Wireless Body Sensor Network for the Prevention and Management of Asthma,
2009.
Prosiding InSINas 2012
0495: Muhammad Niswar dkk.
TI-44
TABEL 1: Hasil Uji
No.
1
2
3
Test Factor
Koneksi ke database
Kesesuaian BPM yang dikirim
antara client dan Server
Menampilkan status minor
(Indikator Hijau)
4
Menampilkan status kuning
(Indikator Kuning)
5
Menampilkan status major (Indikator Merah)
6
Menampilkan nilai BPM
7
Visualisasi detakan jantung
Hasil
√
√
√
√
√
√
√
Keterangan
Berhasil membaca tabel BPM
Data yang diterima oleh client sesuai dengan data yang
dikirim oleh komputer server (coordinator)
Aplikasi web interface dan Processing berhasil menampilkan
status major apabila kondisi denyut jantung pasien berada
dalam keadaan normal
Aplikasi web interface dan Processing berhasil menampilkan
status major apabila pasien denyut jantung pasien 15BPMdiatas maupun dibawah keadaan normal
Aplikasi web interface dan processing berhasil menampilkan
status major apabila kondisi denyut jantung pasien dalam
keadaan tidak normal atau kritis / diluar kondisi indikator
kuning dan hijau
Aplikasi web interface dan Processing berhasil menampilkan
nilai BPM sesuai dengan nilai BPM yang diterima
Gambar jantung berhasil bertekak sesuai dengan sinyal yang
masuk
[5] Philip Kuryloski et al., DexterNet: An Open Platform for
Heterogeneous Body Sensor Networks and Its Applications, 2009.
[6] Pan American Health Organization, Bencana alam: perlindungan kesehatan masyarakat. (Jakarta: EGC 2006)
[7] Joseph V. Stewart, vital signs and resuscitation. (Texas
USA: Landes Bioscience 2003).
Prosiding InSINas 2012