portable elektrocardiograph

PORTABLE ELEKTROCARDIOGRAPH
S. Liawatimena; Gede Arthabagia; Stephanus Adrian Pramono
Computer Engineering Department, Faculty of Engineering, Binus University
Jln. K.H. Syahdan No. 9, Palmerah, Jakarta Barat 11480
[email protected]
ABSTRACT
The purpose of this research is designing a tool to read a person's heart rate or called
cardiograph which is portable and affordable. Conducting the literature study by reading
reference books and journals related to the study, then performed design and simulation method
toward the tool. It is followed by data analysis to identify the results achieved. This research results
in a tool that can read the number of heartbeats which can be displayed on LCD.
Keywords: heart rate, cardiograph, portable
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sebuah alat yang dapat membaca denyut jantung
seseorang atau yang dikenal dengan nama kardiograf, portabel dan dapat dibeli dengan harga
terjangkau. Setelah melakukan studi pustaka yaitu dengan membaca literatur dan jurnal yang
berhubungan dengan skripsi yang akan dibuat, kemudian dilakukan metode perancangan dan
simulasi terhadap alat yang akan dibuat. Dilanjutkan dengan analisis data guna mengetahui hasil
yang dapat dicapai dalam perancangan alat. Hasil yang dicapai adalah alat dapat membaca
jumlah denyut jantung dan menampilkannya ke LCD.
Kata kunci: denyut jantung, kardiograf, portabel
Portable Elektrocardiograph (S. Liawatimena; dkk)
139
PENDAHULUAN
Penting bagi setiap individu untuk mengetahui sejauh mana kesehatan akan dirinya sendiri,
mengingat kesehatan manusia dapat diketahui dari pola bunyi ritmik yang tercipta dari jantung kita.
Alat ini bernama kardiograf.
Alat kardiograph yang terdapat di rumah sakit besar harganya cukup mahal, dan sangat
sulit untuk dijangkau oleh pusat-pusat pelayanan medis di daerah. Terlebih lagi, umunya alat ini
berukuran besar, sehingga sangat sulit untuk dibawa-bawa. Sementara itu, banyak puskesmas di
daerah-daerah telah memiliki pelayanan kesehatan dari rumah ke rumah. Apabila ada yang
membutuhkan pengecekan jantung, akan sangat sulit membawa-bawa kardiograph yang berukuran
besar. Maka dari itu, akan lebih efisien jika kita dapat mengetahui kondisi kesehatan kita melalui
sebuah alat yang bersifat portabel.
Pembuatan elektro kardiograph portable melalui penelitian ini bertujuan agar semua
kalangan dapat memiliki alat tersebut dengan harga yang terjangkau dan mudah dibawa kemanamana. Manfaat khususnya adalah bagi pasien yang berada di daerah dapat merasakan fasilitas
pengecekan fungsi jantung, tanpa harus repot-repot ke rumah sakit di kota besar.
Perancangan alat ini terbatas pada pengukuran detak jantung yang ditampilkan pada sebuah
layar monitor, di mana probe di pasang pada dua titik, yaitu tangan kanan dan tangan kiri, dan
monitor akan menampilkan grafik dari titik yang diamati. Monitor akan menampilkan sinyal dari
hasil pembacaan probe.
METODE
Alat yang dirancang dalam penelitian ini terdiri dari sejumlah modul rangkaian, yaitu
modul power supply, modul instrument amplifier, modul LCD (Gambar 1).
Pada modul power supply ini digunakan MAX 232, LM7805, dan LM7905. Modul power
supply ini berfungsi untuk memberikan catu daya untuk IC AD623 dan LCD. U1 merupakan
MAX232, yang digunakan untuk menghasilkan tegangan positif dan negatif yang dibutuhkan oleh
IC AD623. MAX 232 mengeluarkan output tegangan sebesar +/- 8,5 V, sehingga dibutuhkan
regulator yaitu U2 dan U3. U2 adalah LM7905, yang berfungsi untuk menahan tegangan pada nilai
-5V. Dan U3 adalah LM7805, yang berfungsi untuk menahan tegangan pada nilai +5V. U1 adalah
LM7805 yang berfungsi untuk menahan tegangan dari adaptor yang sebesar +12V menjadi +5V,
yang akan menjadi sumber tegangan untuk LCD dan MAX232.
140
Jurnal Teknik Komputer Vol. 19 No. 2 Agustus 2011: 139 – 147
Gambar1.Rangkaian modul power supply.
Pada sistem ini IC yang digunakan adalah AD623. Modul Penguat Instrument (Gambar 2)
digunakan untuk menguatkan sinyal yang diperoleh dari dua buah elektroda,di mana sinyal yang
dibaca oleh elektroda tersebut berukuran 1mV. Setelah dikuatkan, kedua sinyal tersebut
dibandingkan. Bagian lead kiri dan lead kanan digunakan untuk membaca denyut dari nadi di
pergelangan tangan, di mana elektroda diletakan pada pergelangan tangan kiri dan pergelangan
tangan kanan. Pada alat ini Lead yang diamati yaitu Lead I dengan mengukur perbedaan tegangan
pada elektroda tangan kanan dan tangan kiri. Pada kaki 1 dan 8 diberikan RG, yang bertujuan untuk
mengatur penguatan yang akan dilakukan oleh AD623. Pada sistem ini penguatan yang diberikan
sebesar 100 kali dengan memberikan nilai RG sebesar 1KΩ. Besar penguatan diperoleh dari
perhitungan sebagai berikut:
Vo = (1 + 100KΩ/RG) Vc
Vo = (1 + 100KΩ/1KΩ) Vc
Vo = (1 + 100)Vc
Vo = 101 Vc
AD623 diaktifkan oleh sumber tegangan + dan -, bertujuan untuk meningkatkan performa dari
AD623, agar kerja dari AD623 ini lebih optimal.
Gambar2. Rangkaian modul penguat instrumen.
Portable Elektrocardiograph (S. Liawatimena; dkk)
141
Pada sistem ini digunakan LCD µLCD-144 (GFX), di mana LCD ini memiliki prosesor di
dalam modulnya (Gambar 3). Sehingga LCD ini dapat di program secara terpisah dari
mikrokontroler. LCD berfungsi untuk menampilkan sinyal jantung dan denyut jantung pada layar.
Data diperoleh dari Penguat Instrument dalam bentuk analog, masuke ke pin IO1 pada LCD. Pin
IO1 di program sebagai ADC (analog to digital converter), sehingga data yang di terima LCD
sudah berupa data digital. Data yang sudah berbentuk digital diolah untuk menampilkan sinyal dan
detak jantung pada layar LCD. Pin Reset dihubungkan ke ground melalui sebuah push button,
untuk melakukan reset pada LCD.
Gambar 3. Rangkaian modul LCD.
Gambar 4 berikut adalah diagram rancang bangun sistem. Sedangkan Gambar 5 adalah
sistem tampak dari atas dan depan.
Gambar 4. Diagram rancang bangun sistem.
(a)
(b)
Gambar 5. Tampak atas (a) dan depan sistem (b).
142
Jurnal Teknik Komputer Vol. 19 No. 2 Agustus 2011: 139 – 147
Pada saat pertama sistem dinyalakan, LCD akan melakukan inisialisasi untuk menset pin
IO1 menjadi ADC. Menset pin IO1 dengan menggunakan funsgi pin_Set(mode,pin). Setelah
inisialisasi beberapa variable, ditentukan nilai awalnya. Setelah semua variabel diberikan nilai
awal, LCD akan mencetak sinyal yang diperoleh dari ADC. Pencetakan sinyal menggunakan fungsi
gfx_PutPixel.
Setelah mencetak sinyal, nilai y akan ditambahkan. Setelah itu LCD akan mengecek nilai y
* 5 apakah sudah lebih besar atau sama dengan 128. Pengecekan ini bertujuan untuk melihat sinyal
sudah melebihi layar LCD atau belum. Apabila nilai y * 5 sudah lebih besar atau sama dengan 128,
layar akan dibersihkan dan nilai y akan dikembalikan menjadi nol. Apabila tidak maka program
akan dilanjutkan.
Selanjutnya LCD akan mengecek apakah nilai dalam variabel nilai lama lebih besar dari
nol dan nilai variabel nilai sudah sama dengan nol atau tidak. Pengecekan ini dilakukan untuk
melihat apakah ada perubahan pada sinyal yang ditampilkan. Apabila iya, detak jantung
ditambahkan. Apabila tidak, program akan dilanjutkan.
Selanjutnya LCD akan mengecek nilai waktu sudah sama dengan nol atau tidak.
Pengecekan ini bertujuan untuk menentukan waktu sudah satu menit atau belum. Apabila nilai
waktu sudah sama dengan nol, LCD akan mencetak nilai dalam variabel detak jantung. Nilai
variabel detak akan dikembalikan ke nol dan nilai waktu dikembalikan ke 600. Apabila tidak,
program dilanjutkan.
Selanjutnya nilai waktu dikurangi satu. Berikutya nilai dalam variabel nilai dimasukan ke
variabel nilai lama, setelah itu program akan di pause selama 0,1 detik. Dan LCD akan kembali
mencetak sinyal. Program dalam LCD akan terus melakukan perulangan sampai LCD dimatikan
atau di reset. Alur sistem ini terangkumdalam diagram berikut (Gambar 6).
Portable Elektrocardiograph (S. Liawatimena; dkk)
143
Gambar 6. Diagram alir LCD.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian pada alat dititikberatkan pada jumlah denyut yang terdeteksi oleh elektroda.
Pengujian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa tepat alat ini membaca jumlah denyut
jantung. Berikut hasil pengujian (Tabel 1 – 4) dan grafiknya (Gambar 7 – 10).
Tabel 1. Percobaan orang normal tanpa elektrolit atau gel
Percobaan Ke
Orang Ke
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
144
LCD
Manual
1
2
3
1
2
3
78
79
82
81
80
78
79
78
80
79
78
73
71
79
82
77
75
72
79
80
84
88
85
83
83
86
84
88
86
84
83
83
84
85
82
83
81
82
80
84
87
79
83
86
88
83
84
81
84
87
95
96
95
93
93
95
97
93
91
94
Jurnal Teknik Komputer Vol. 19 No. 2 Agustus 2011: 139 – 147
Gambar 7. Grafik perhitungan detak jantung orang normal tanpa elektrolit.
Tabel 2. Percobaan Orang Normal dengan elektrolit atau gel
Percobaan Ke
Orang Ke
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
LCD
Manual
1
2
3
1
2
3
79
80
81
78
81
83
80
81
77
82
77
76
73
76
78
82
78
84
83
79
90
93
86
88
91
93
89
91
87
88
85
86
84
85
88
86
85
88
86
88
85
88
85
84
86
85
83
88
88
86
96
97
94
95
98
99
93
96
98
96
Gambar 8. Grafik perhitungan detak jantung orang normal dengan elektrolit.
Tabel 3. Percobaan Orang setelah OR dengan elektrolit atau gel
Percobaan Ke
Orang Ke
1
2
3
LCD
Manual
1
2
3
1
2
3
102
98
103
99
108
104
109
106
108
111
109
112
107
116
112
118
116
117
Portable Elektrocardiograph (S. Liawatimena; dkk)
145
4
5
6
7
8
9
10
105
107
106
99
103
98
99
98
96
99
109
98
103
109
105
107
110
108
109
106
106
109
110
112
115
112
107
106
107
105
109
117
107
109
115
115
116
119
115
118
115
117
Gambar 9. Grafik perhitungan detak jantung orang setelah olah raga dengan elektrolit.
Tabel 4. Percobaan Orang setelah OR tanpa elektrolit atau gel
Percobaan Ke
LCD
Manual
1
2
3
1
2
3
108
107
101
103
100
98
105
101
107
99
99
108
104
98
96
99
109
98
101
109
107
104
106
109
103
106
109
105
103
107
116
113
109
109
113
107
109
114
116
107
107
117
114
109
105
106
118
113
109
114
115
117
114
118
115
116
118
114
117
119
Orang Ke
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Gambar 10. Grafik perhitungan detak jantung orang setelah olah raga tanpa elektrolit.
146
Jurnal Teknik Komputer Vol. 19 No. 2 Agustus 2011: 139 – 147
Pengamatan hasil EKG tidak hanya memperhatikan jumlah detak jantung pasien, tetapi
juga irama terbentuknya sinyal harus diperhatikan. Dapat dilihat sinyal yang diperoleh dari hasil
percobaan memiliki ketinggian sinyal yang sama dan ritme sinyal selalu konstan. Ritme dan tinggi
sinyal yang slalu konstan menandakan orang yang di amati tidak memiliki kelainan jantung.
Data diambil dari orang yang berumur sekitar 22 tahun. Dari data yang didapat dapat
diambil rata-rata besar denyut nadi saat normal adalah 80-90 denyut/menit. Banyak denyut tersebut
adalah normal untuk orang yang sudah dewasa. Dan rata-rata denyut untuk orang yang telah
melakukan aktifitas adalah 110-120 denyut/menit. Itu dikarenakan jantung bekerja lebih cepat
untuk memompa darah keseluruh tubuh agar mendapatkan cukup oksigen.
Dari hasil percobaan dapat diketahui bahwa alat tersebut tidak tepat 100%, hal ini
dikarenakan pemasangan elektroda, kecepatan baca sensor dan alat tersebut membutuhkan waktu
untuk memproses data dari sensor.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian alat dapat disimpulkan: (1) besar ketepatan alat adalah 92.3%;
(2) alat tersebut tidak bisa membaca dengan tepat dikarenakan oleh kecepatan baca sensor dan
waktu yang dibutuhkan untuk memproses data; (3) orang yang setelah melakukan aktifitas
mempunyai denyut jantung yang lebih besar daripada orang normal yang besarnya 10-15% lebih
banyak; (4) orang yang sakit mempunyai denyut jantung yang lebih kecil dari pada orang normal
yang besarnya 10-15% lebih kecil; (5) alat tersebut masih memiliki noise.
DAFTAR PUSTAKA
Hartono, Jogiyanto. (2000). Konsep Dasar Pemrograman Bahasa C. Yogyakarta: Andi.
L.Floyd, Thomas.(2008). Electronic Device Conventional Current Version. New Jersey: Pearson
Education.
Pramono.
(2009).
Membuat
ECG
Sederhana.
Diakses
http://pramonojgj.wordpress.com/2009/10/13/membuat-ecg-sederhana/.
dari
Sherwood, Lauralee. (2010). Human Physiology: From Cells to Systems. Cole: Cengage Learning.
Portable Elektrocardiograph (S. Liawatimena; dkk)
147