BAB 4
UJICOBA DAN ANALISIS
Bab ini membahas tentang prosedur ujicoba, hasil-hasil ujicoba, dan analisis hasil ujicoba alat stimulasi OpenMCS dan program sinyal terapi µStimS. Pembahasan ujicoba dan analisis meliputi lima sub bab yaitu ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS, ujicoba sistem proteksi, ujicoba pre klinis sebagai pendukung, diskusi analisis, dan potensi pengembangan lebih lanjut. Langkah-langkah ujicoba secara keseluruhan diilustrasikan pada gambar 4.1.
Gambar 4. 1 Diagram blok ujicoba OpenMCS dan µStimS
4.1 UJICOBA KINERJA RANGKAIAN OpenMCS
Ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS adalah suatu langkah ujicoba yang membandingkan data sinyal yang dijalankan oleh software µStimS dengan
parameter sinyal keluaran OpenMCS. Ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS terdiri dari:
1. Uji bentuk sinyal 2. Uji amplitudo 3. Uji frekuensi 4. Uji lebar pulsa
Pada ujicoba ini dilakukan pengambilan data sinyal keluaran OpenMCS pada berbagai kondisi penyetelan sinyal dan pada pemberian beban hambatan yang berbeda. Ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS dilakukan menggunakan beban berupa resistor 4,7 kΩ, 10 kΩ, 15 kΩ, 20 kΩ, dan 27 kΩ pada amplitudo 100 µA, 250 µA, 500 µA, 750 µA, dan 1000 µA dengan frekuensi 1 Hz, 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 125 Hz, 250 Hz dan 500 Hz, serta dengan lebar pulsa 5 ms, 10 ms, 50 ms, 100 ms, 250 ms, 500 ms dan 1000 ms.
4.1.1 UJICOBA DAN ANALISIS BENTUK SINYAL
Ujicoba bentuk sinyal dilakukan dengan mengamati bentuk sinyal yang dihasilkan pada osiloskop. Terdapat dua metode yang digunakan pada ujicoba bentuk sinyal, yaitu :
a. Ujicoba bentuk sinyal menggunakan resistor
b. Ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh
4.1.1.1 Ujicoba bentuk sinyal menggunakan resistor
Ujicoba bentuk sinyal stimulasi arus mikro dengan menggunakan resistor dimaksudkan untuk mengamati bentuk sinyal asli yang dikeluarkan oleh OpenMCS. Hasil ujicoba kelima bentuk sinyal itu ditunjukkan pada gambar 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, dan 4.6 untuk sinyal pulsa persegi 1, persegi 2, persegi 3, ramp 1,
Gambar 4. 2 Tampilan realisasi sinyal persegi 1
Gambar 4. 3 Tampilan realisasi sinyal persegi 2
Gambar 4. 4 Tampilan realisasi sinyal persegi 3
Gambar 4. 5 Tampilan realisasi sinyal ramp 1
Gambar 4. 6 Tampilan realisasi sinyal ramp 2
Dari data pengamatan terhadap bentuk sinyal OpenMCS, terlihat bahwa sinyal stimulasi arus mikro yang dibangkitkan mempunyai bentuk yang sesuai dengan perancangan. Namun demikian, masih terdapat derau berupa tegangan riak yang berkisar 50 mV. Dari hasil pengamatan, peneliti menyimpulkan bahwa tegangan riak ini berasal dari rangkaian DC/DC konverter yang melipatkan tegangan dari 12 volt ke 42 volt sebelum masuk sebagai catu caya rangkaian OpenMCS. Tegangan ini sudah diminimalisasi dengan penambahan regulator sehingga besarnya menjadi sekitar 50 mV. Dengan keberadaan tegangan riak tersebut, bentuk sinyal stimulasi arus mikro masih terlihat baik. Tegangan riak sebesar 50 mV tersebut masih berada dalam rentang toleransi 1% karena tegangan sinyal yang dihasilkan berada dalam orde volt.
4.1.1.2 Ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh
Ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh tubuh dalam mempengaruhi bentuk sinyal stimulasi pada saat terapi berlangsung. Ujicoba ini tidak menganalisis efektivitas OpenMCS sebagai alat stimulasi arus mikro dalam memberikan stimulasi karena setiap bentuk sinyal elektroterapi akan selalu mengalami perubahan ketika dipasang ke tubuh. Hasil ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh ditunjukkan pada gambar 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, dan 4.11 untuk sinyal pulsa persegi 1, persegi 2, persegi 3, ramp 1, dan ramp 2 secara berturut-turut.
Gambar 4. 7 Tampilan bentuk sinyal persegi 1 saat elektroda dipasang ke tubuh
Gambar 4. 9 Tampilan bentuk sinyal persegi 3 saat elektroda dipasang ke tubuh
Gambar 4. 10 Tampilan bentuk sinyal ramp 1 saat elektroda dipasang ke tubuh
4.1.2 UJICOBA DAN ANALISIS AMPLITUDO SINYAL
Amplitudo sinyal menyatakan besar kuat arus listrik maksimum pada pulsa stimulasi arus mikro. Ujicoba amplitudo sinyal bertujuan untuk menguji kebenaran kuat arus listrik yang dibangkitkan oleh OpenMCS dibanding dengan hasil pengukuran menggunakan osiloskop.
Tabel 4. 1 Data uji amplitudo sinyal OpenMCS
No. Idata (µA) Nilai RB (kΩ) Vo (V) Io (µA) % kesalahan 1 2 3 1 101 4,7 0,478 0,485 0,480 102,340 1,33% 2 101 10 1,027 1,027 1,030 102,800 1,78% 3 101 15 1,520 1,520 1,518 101,289 0,29% 4 101 20 2,027 2,025 2,027 101,317 0,31% 5 101 27 2,726 2,730 2,730 101,062 0,06% 6 250 4,7 1,182 1,177 1,176 250,709 0,28% 7 250 10 2,520 2,522 2,519 252,033 0,81% 8 250 15 3,750 3,751 3,760 250,244 0,10% 9 250 20 5,004 5,000 5,009 250,217 0,09% 10 250 27 6,757 6,757 6,750 250,173 0,07% 11 501 4,7 2,347 2,368 2,356 501,489 0,10% 12 501 10 5,037 5,044 5,041 504,067 0,61% 13 501 15 7,518 7,524 7,520 501,378 0,08% 14 501 20 10,020 10,020 10,030 501,167 0,03% 15 501 27 13,530 13,530 13,530 501,111 0,02% 16 751 4,7 3,569 3,502 3,521 751,206 0,03% 17 751 10 7,540 7,520 7,520 752,667 0,22% 18 751 15 11,270 11,260 11,260 750,889 0,01% 19 751 20 15,020 15,020 15,020 751,000 0,00% 20 751 27 20,270 20,280 20,280 750,988 0,00% 21 999 4,7 4,740 4,720 4,710 1004,965 0,60% 22 999 10 10,050 10,100 10,050 1006,667 0,77% 23 999 15 14,980 14,980 14,980 998,667 0,03% 24 999 20 19,980 19,980 19,980 999,000 0,00% 25 999 27 26,970 26,970 26,970 998,889 0,01%
Uji amplitudo dilakukan sebanyak tiga kali dengan mengukur nilai tegangan keluaran pada beberapa nilai resistansi uji. Selanjutnya rata-rata tegangan keluaran dibagi dengan nilai resistansi uji yang berkaitan untuk mendapatkan nilai arus keluaran. Hasil perhitungan nilai arus listrik keluaran ini kemudian diperbandingkan dengan data arus listrik yang ada pada program µStimS.
Dari hasil ujicoba amplitudo sinyal seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1, amplitudo sinyal keluaran yang dihasilkan oleh OpenMCS mempunyai nilai yang hampir tepat sama dengan data amplitudo yang tertera pada tampilan LCD OpenMCS. Perhitungan nilai kesalahan yang diperoleh menghasilkan nilai rata-rata kesalahan kurang dari 1%. Kesalahan terbesar terdapat pada saat OpenMCS mengeluarkan sinyal dengan amplitudo 101 µA dengan beban resistansi 4,7 kΩ dan 10 kΩ, yaitu sebesar 1,33% dan 1,78%.
Analisis dari ujicoba amplitudo sinyal OpenMCS ini terdapat pada besarnya kesalahan yang terjadi pada saat arus listrik diatur sebesar 101 µA. Jika dibandingkan antara tingkat kesalahan alat OpenMCS pada saat mengeluarkan arus listrik 101 µA dan pada saat yang lainnya, dapat secara langsung diamati bahwa tingkat kesalahan OpenMCSpada saat mengeluarkan arus listrik 101 µA lebih besar daripada pada saat mengeluarkan arus listrik dengan nilai yang lebih besar. Dari pengamatan menggunakan osiloskop, fenomena ini ternyata terjadi akibat adanya tegangan riak yang rata-rata sebesar 50 mV yang cukup berpengaruh pada sinyal tegangan rendah. Tegangan riak yang rata-rata sebesar 50 mV ini mampu mempengaruhi hasil perhitungan otomatis yang terdapat pada osiloskop pada saat tegangan sinyal keluaran berkisar antara 1 V. Selain tegangan riak, faktor lain yang turut mempengaruhi besarnya kesalahan adalah nilai resistor 10 kΩ yang digunakan tidaklah tepat sesuai nilai yang tertera. Resistor 10 kΩ yang digunakan pada kenyataannya mempunyai nilai 9,98 kΩ sehingga hasil pengukuran pada saat menggunakan resistor 10 kΩ menghasilkan kesalahan yang paling besar pada semua rentang arus listrik yang ditampilkan di LCD OpenMCS. Analisis ini didasarkan dari hasil pengolahan data yang menunjukkan
adanya pola hasil pengukuran yang hampir sama pada setiap rentang amplitudo. Grafik hasil pengukuran amplitudo ini ditunjukkan pada gambar 4.12.
Gambar 4. 12 Grafik hasil pengukuran amplitudo pada setiap nilai amplitudo
100.000 101.000 102.000 103.000 4.7 10 15 20 27
Arus listrik 101 µA
249.000 250.000 251.000 252.000 253.000 4.7 10 15 20 27Arus listrik 250 µA
498.000 500.000 502.000 504.000 506.000 4.7 10 15 20 27Arus listrik 501 µA
750.000 751.000 752.000 753.000 4.7 10 15 20 27Arus listrik 751 µA
990.000 995.000 1000.000 1005.000 1010.000 4.7 10 15 20 27Arus listrik 999 µA
4.1.3 UJICOBA DAN ANALISIS FREKUENSI SINYAL
Data ujicoba yang ketiga adalah uji frekuensi sinyal OpenMCSyang ditunjukkan pada tabel 4.2. Dari data ujicoba frekuensi, terlihat bahwa frekuensi sinyal yang dikeluarkan relatif sama dengan frekuensi yang diatur pada program. Tingkat kesalahan rata-rata yang terjadi selama ujicoba adalah 0,83% dengan kesalahan maksimum 5%. Kesalahan maksimum ini terjadi pada saat ujicoba jenis sinyal ramp dengan frekuensi program 10 Hz. Semakin tinggi frekuensi, tingkat kesalahan yang terjadi cenderung semakin kecil. Selisih kesalahan ini diakibatkan oleh adanya pembulatan pada perhitungan mikrokontroler alat, dimana perhitungan ini hanya mampu mengolah bilangan jenis integer positif.
Tabel 4. 2a Data uji frekuensi sinyal OpenMCS No.
Uji Jenis sinyal fdata (Hz) f (Hz)
% kesalahan 1 Persegi 1 1 1 0,00% 2 10 10 0,00% 3 50 49,5 1,00% 4 100 98,7 1,30% 5 125 124 0,80% 6 250 248,5 0,60% 7 500 498,5 0,30% 8 Persegi 2 1 1 0,00% 9 10 9,8 2,00% 10 50 49,5 1,00% 11 100 99 1,00% 12 125 125 0,00% 13 250 249 0,40% 14 500 500 0,00% 15 Persegi 3 1 1 0,00% 16 10 10,2 2,00% 17 50 51,3 2,60% 18 100 100 0,00% 19 125 125 0,00% 20 250 250,8 0,32% 21 500 501,5 0,30%
Tabel 4.2b Data uji frekuensi sinyal OpenMCS (lanjutan) No. Uji Jenis sinyal fdata (Hz) f (Hz) % kesalahan 22 Ramp 1 1 1 0,00% 23 10 9,5 5,00% 24 50 48,9 2,20% 25 100 99 1,00% 26 125 125 0,00% 27 250 249,5 0,20% 28 500 500 0,00% 29 Ramp 2 1 1 0,00% 30 10 9,5 5,00% 31 50 49,6 0,80% 32 100 99,5 0,50% 33 125 124,5 0,40% 34 250 249,7 0,12% 35 500 499,6 0,08%
Ditinjau dari ketepatan frekuensi sinyal hasil ujicoba ini, OpenMCS sudah layak untuk diterapkan pada aplikasi sinyal pengobatan karena batasan frekuensi pada pengobatan mempunyai rentang yang sangat lebar. Namun untuk kesempurnaan alat, algoritma perhitungan frekuensi masih perlu diperbaiki agar didapat frekuensi sinyal yang semakin akurat.
4.1.4 UJICOBA DAN ANALISIS LEBAR PULSA SINYAL
Ujicoba lebar pulsa membandingkan nilai lebar pulsa yang tertera pada tampilan LCD alat OpenMCS dari perhitungan pada algoritma µStimS dengan lebar pulsa yang dikeluarkan oleh alat OpenMCS yang diukur menggunakan osiloskop. Data hasil ujicoba pengukuran lebar pulsa ini ditunjukkan pada tabel 4.3.
Tabel 4. 3 Data uji lebar pulsa sinyal OpenMCS No.
Uji Jenis sinyal Tdata (ms) T (ms)
1 Persegi 1 5 5 2 10 10 3 50 50 4 100 100 5 250 250 6 500 500 7 1000 1000 8 Persegi 2 5 5 9 10 10 10 50 50 11 100 100 12 250 250 13 500 500 14 1000 1000 15 Persegi 3 5 5 16 10 10 17 50 50 18 100 100 19 250 250 20 500 500 21 1000 1000 22 Ramp 1 20 20 23 50 50 24 100 100 25 250 250 26 500 500 27 750 750 28 1000 1000 29 Ramp 2 20 20 30 50 50 31 100 100 32 250 250 33 500 500 34 750 750 35 1000 1000
Dari hasil ujicoba lebar pulsa sinyal OpenMCS, ketepatan sinyal keluaran mempunyai nilai yang sangat mendekati nilai data lebar pulsa yang diatur oleh program. Meskipun hasil pengukuran menunjukkan nilai yang tepat sama, peneliti tetap memastikan bahwa sinyal yang dikeluarkan oleh OpenMCS mempunyai tingkat kesalahan yang besarnya mendekati 0%. Hasil pengukuran yang tepat sama dengan data sinyal pada tampilan LCD ini dikarenakan oleh keterbatasan alat ukur yang digunakan. Sebagai contoh, untuk pengamatan pada layar osiloskop, peneliti sulit sekali membedakan sinyal dengan lebar pulsa 500 ms dengan 506 ms.
Sebenarnya kemungkinan kesalahan penerjemahan sinyal ke dalam bentuk angka masih terbuka tetapi dengan nilai kesalahan yang pasti dibawah 1%. Sedangkan pada sinyal dengan nilai lebar pulsa kecil, data hasil pengukuran menunjukkan nilai yang sebenarnya. Dengan demikian, analisis dari uji lebar pulsa sinyal OpenMCS ini dapat disimpulkan memenuhi persyaratan aplikasi elektroterapi dengan nilai kesalahan mendekati 0%.
4.2 UJICOBA SISTEM PROTEKSI
Ujicoba sistem proteksi terdiri dari ujicoba kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Ujicoba ini meliputi:
1. Uji proteksi terhadap arus listrik berlebih (hardware) 2. Uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih (software) 3. Uji proteksi terhadap arus listrik rata-rata berlebih (software)
4.2.1 UJI PROTEKSI TERHADAP ARUS LISTRIK BERLEBIH
Uji proteksi terhadap arus listrik berlebih bertujuan untuk menghindari kesalahan yang diakibatkan oleh OpenMCS dalam membangkitkan sinyal arus listrik. Ujicoba ini berbeda dengan ujicoba amplitudo sinyal dan tidak terkait dengan
terhadap arus listrik berlebih menguji aktivasi sistem proteksi atas arus listrik berlebih yang terdapat pada sistem pengaman OpenMCS. Ujicoba ini berfungsi untuk mengantisipasi apabila terjadi kerusakan internal pada OpenMCS sehingga alat tidak akan membangkitkan tegangan lebih dari 30,7 volt. Dengan demikian sistem proteksi akan melindungi pasien dari bahaya arus listrik yang lebih dari 1000 µA. Selain itu, ujicoba sistem proteksi ini juga berfungsi sebagai uji alat OpenMCS dalam mendeteksi ketepatan pemasangan elektroda sebelum OpenMCS membangkitkan pulsa stimulasi. Data ujicoba proteksi terhadap arus listrik berlebih ditunjukkan pada tabel 4.4.
Tabel 4. 4 Uji proteksi terhadap arus listrik berlebih
No. Idata (µA)
Nilai RB (kΩ) Vo (V) % Kesalahan 1 100 310 31,000 0,98% 2 200 154 30,800 0,33% 3 300 103 30,900 0,65% 4 400 77,5 31,000 0,98% 5 500 61,7 30,850 0,49% 6 600 51 30,600 0,33% 7 700 43,6 30,520 0,59% 8 800 38,5 30,800 0,33% 9 900 34,2 30,780 0,26% 10 1000 31 31,000 0,98%
Data uji proteksi terhadap arus berlebih dilakukan dengan menguji nilai hambatan beban maksimum yang diperbolehkan untuk setiap tingkat arus listrik. Dengan ujicoba proteksi terhadap arus listrik berlebih, pasien akan terlindungi dari bahaya kelebihan arus listrik yang diterimanya pada saat terapi berlangsung. Dari data tabel 4.4 diperoleh data bahwa pada setiap kenaikan nilai arus listrik, nilai hambatan beban yang diperbolehkan semakin kecil. Hal ini terjadi sebagai akibat dari adanya tegangan batas maksimum Op-Amp OPA2544 yang diatur mempunyai nilai maksimum 30,7 volt. Data pengukuran pada tabel 4.4 menunjukkan hasil pengukuran respon sistem proteksi arus listrik berlebih pada
nilai hambatan tertentu. Semakin besar nilai kesalahan yang terjadi menunjukkan respon yang kurang baik dari sistem proteksi arus listrik berlebih. Dari tabel 4.4, diperoleh data bahwa tingkat kesalahan sistem proteksi arus listrik berlebih pada OpenMCS mempunyai nilai rata-rata 0,59% dengan kesalahan maksimum 0,98%. Tingkat kesalahan ini masih berada dalam rentang toleransi untuk aplikasi pengobatan.
4.2.2 UJI PROTEKSI TERHADAP MUATAN LISTRIK BERLEBIH
Ujicoba kedua dari sistem proteksi OpenMCS adalah uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih. Sesuai dengan persyaratan elektroterapi arus mikro, nilai muatan listrik yang diberikan kepada pasien tidak boleh melebihi 187 µC tiap pulsanya.[10] Untuk itu tiap kali sebelum pulsa dibangkitkan program µStimS selalu melakukan perhitungan atas nilai muatan listrik yang akan diberikan kepada pasien. Data hasil uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih ditunjukkan pada tabel 4.5.
Tabel 4. 5 Uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih
No. I (µA) Lebar Pulsa (ms) Muatan (µC) % Kesalahan 1 199 941 187,259 0,14% 2 250 748 187,000 0,00% 3 301 624 187,824 0,44% 4 399 473 188,727 0,92% 5 501 377 188,877 1,00% 6 599 317 189,883 1,54% 7 701 269 188,569 0,84% 8 799 235 187,765 0,41% 9 901 209 188,309 0,70% 10 999 189 188,811 0,97%
Dari tabel 4.5 didapat data bahwa perhitungan proteksi terhadap muatan listrik berlebih mempunyai rata-rata tingkat kesalahan 0,70% dengan kesalahan
