BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Makanan merupakan salah satu hal utama untuk mendukung tubuh dalam melakukan berbagai aktifitas. Kandungan berbagai unsur penting dalam makanan seperti karbohidrat, protein, dan lain sebagainya berfungsi untuk membangun tubuh dan mensuplai energi, sehingga kita bisa melakukan segala kegiatan dengan baik.
Keseimbangan konsumsi makanan, berperan sangat penting untuk kesehatan dan kualitas metabolisme dalam tubuh. Pola makan tidak sehat seperti memakan makanan instan ataupun junk food bisa memincu berbagai macam penyakit.
Pemahaman tentang penatalaksanaan diet secara umum bagi penderita penyakit ginjal kronik (Chronic Kidney Disease) penting untuk diketahui, tak hanya bagi mereka yang telah menderita gangguan ginjal, namun baik bagi mereka yang bertekad untuk menurunkan resiko terhadap gangguan ginjal. Penyakit ginjal kronik merupakan keadaan dimana terjadi penurunan fungsi ginjal yang cukup berat secara perlahan-lahan yang menyebabkan terjadinya gangguan pembuangan kelebihan zat gizi yang diperoleh dari makanan. Penyakit ini bersifat progresif dan umumnya tidak dapat pulih kembali (irreversible). Pada pasien penyakit ginjal kronik yang memiliki nilai Glomerulo Filtration Rate (GFR) atau Tes Kliren Kreatinin (TKK) < 25 ml/menit, pasien diberikan Diet Rendah Protein.
Pengobatan penyakit ginjal kronik dapat dilakukan dengan dua tahap. Tahap pertama terdiri dari tindakan konservatif yang ditujukan untuk meredakan atau memperlambat perburukan progresif gangguan fungsi ginjal. Tahap kedua pengobatan dimulai ketika tindakan konservatif tidak lagi efektif dalam mempertahankan kehidupan. Tindakan konservatif dapat dilakukan dengan terapi Diet Rendah Protein dengan mengatur pola makan sesuai dengan kebutuhan gizi yang disesuaikan dengan keadaan pasien. Pola makan berkaitan dengan pengaturan jadwal makan, jumlah porsi makan, kandungan nutrisi dan jenis makanan yang masuk dalam tubuh penderita penyakit ginjal kronik harus benar-benar diatur sedemikian rupa sehingga mampu memberikan terapi diet untuk menurunkan kadar
Ureum dan Creatinin tersebut. Maka dari itu diperlukan suatu sistem yang dapat digunakan untuk membantu ahli gizi dalam menentukan menu diet perharinya, dimana diet yang diberikan sesuai dengan kebutuhan zat gizi dan keadaan penyakit yang diderita oleh pasien.
Dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat khususnya di bidang teknologi informasi, permasalahan tersebut dapat diatasi dengan membangun suatu sistem. Banyak sistem informasi yang dapat membantu manusia dalam mengambil sebuah keputusan. Metode yang dapat mendukung mengenai permasalahan optimasi seperti permasalahan tersebut adalah Algoritma Genetika. Dimana algoritma genetika banyak digunakan untuk menyelesaikan masalah penjadwalan pada beberapa bidang seperti: jadwal kuliah, optimasi, ekonomi dan bidang lainnya untuk mendapatkan solusi yang paling optimal. Algoritma Genetika merupakan teknik pencarian yang dilakukan sekaligus atas sejumlah solusi yang mungkin yang dikenal dengan istilah populasi. Penelitian yang telah memanfaatkan algoritma genetika adalah Sumartini Dana, dkk (2012) dalam “Sistem Sistem Pendukung Keputusan Pengobatan Penderita Diabetes Menggunakan Integrasi Decision Table dan Algoritma Genetika”, dengan menggunakan 200 data bahan makanan yang didapat dari data pakar beserta nutrisi yang digunakan untuk pengujian.
1.2. Rumusan Masalah
Beberapa hal yang menjadi pertanyaan dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana membangun sistem keputusan dalam menentukan kebutuhan gizi dan menu diet perharinya pada penderita penyakit ginjal kronik ? 2. Bagaimana penggunaan Algoritma Genetika dalam menentukan jenis
makanan yang memiliki kandungan nutrusi yang dibutuhkan untuk penderita penyakit ginjal kronik ?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan mengimplementasikan sistem penentuan menu diet gizi pada penderita penyakit ginjal kronik dengan algoritma genetika. Sistem dapat mengkombinasikan bahan makanan yang cocok dengan tingkat penyakit ginjal kronik berdasarkan nutrisi yang terkandung dalam jenis makan tersebut sehingga output yang dihasilkan dapat optimal.
1.4. Batasan Masalah
Dari permasalahan pada uraian latar belakang masalah, berikut ini diberikan batasan masalah untuk menghindari melebarnya masalah, yaitu :
1. Pasien yang menjadi objek penelitian hanya yang memiliki diagnosa penyakit ginjal kronik (CKD).
2. Kandungan gizi yang digunakan adalah jumlah energi, protein, lemak, karbohidrat, natrium dan kalium.
3. Rekomendasi bahan makanan hanya sebatas data pada database yang terdiri dari bahan makanan.
4. Pengujian sistem hanya difokuskan pada kecocokan kandungan gizi energi, protein, lemak dan karbohidrat saja.
1.5. Manfaat Penelitian
Terdapat beberapa manfaat yang didapat dalam penelitian ini, yaitu : 1. Bagi Rumah Sakit
Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu khususnya untuk ahli gizi dalam penatalaksanaan diet rendah protein pada pasien ginjal kronik, sehingga pelayanan gizi pada Rumah Sakit dapat ditingkatkan.
2. Bagi Institusi Pendidikan
Sebagai bahan bacaan atau referensi, untuk menambah ilmu pengetahuan dan wawasan bagi mahasiswa khususnya mahasiswa Ilmu Komputer Universitas Udayana dan mahasiswa lain.
3. Bagi Penulis
Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan sebagai bahan acuan dan pertimbangan bagi pihak lain yang ingin melakukan penelitian lebih lanjut mengenai Algoritma Genetika ataupun penatalaksanaan diet penyakit lain.
1.6. Metodelogi Penelitian
Berikut akan dijelaskan mengenai tahapan-tahapan yang akan dilakukan saat penelitian nantinya
1.6.1. Desain Penelitian
Penelitian ini mengambil judul “Perancangan Dan Implementasi Sistem Penentuan Menu Diet Gizi Pada Penderita Penyakit Ginjal Kronik Dengan
Algoritma Genetika”. Sistem ini akan dibangun pada sistem yang sudah ada sebelumnya pada sistem RSU Famili Husada, dimana sistem ini merupakan sistem berbasis web. Data-data yang dijadikan penelitian berupa data rekam medis pasien yang memiliki riwayat ginjal kronik, diperoleh dari RS. Wangaya, dan data bahan makanan yang lengkap dengan nilai nutrisinya. Kemudian dapat dicari kebutuhan gizi pasien sehingga sistem dapat memberikan rekomendasi komposisi bahan pangan yang optimal dengan nilai nutrisi yang sama sesuai kebutuhan.
1.6.2. Pengumpulan Data
Pada penelitian ini data diperoleh dengan metode wawancara dan studi literatur. Metode wawancara ditujukan kepada pengguna, dalam hal ini ahli gizi pada RSU Famili Husada, untuk mengetahui kebutuhan-kebutuhan pengguna secara detail dalam pengembangan sistem. Kebutuhan tersebut dapat berupa kebutuhan fungsional seperti: aplikasi mampu mengetahui berat badan ideal, mampu mengetahui kebutuhan gizi pasien perorang, mengetahui nutisi setiap makan serta kemampuan sistem dalam menentukan menu diet gizi yang terbaik kepada pasien yang sesuai dengan kebutuan gizi pasien perhari, dan laporan- laporan gizi tentang pasien. Sedangkan kebutuhan non fungsional seperti keamanan, kemudahan pengguna dalam menggunkan sistem serta memiliki tampilan antarmuka yang menarik.
Pengumpulan data juga dilakukan dengan studi literatur, dimana dapat dilakukan dengan mempelajari jurnal atau penelitian yang menggunakan metode atau masalah yang sejenis.
1.6.3. Pengolahan Data Awal
Proses yang dilakukan setelah mendapatkan data yang terkait dengan penelitian yaitu pengolahan data sehingga data tersebut diubah dan menjadi informasi yang berguna.
Data-data yang diporeleh tersebut, selanjutnya akan diolah sesuai kebutuhan sistem. Dari kebutuhan sistem tersebut, dapat dipahami kebutuhan sistem yang diinginkan oleh user / ahli gizi. Kebutuhan awal yang akan digunakan untuk mendapatkan rekomendasi menu diet gizi adalah dengan mendapatkan data pasien berupa antrometri dan biokimia pasien, variabel yang berpengaruh seperti tinggi
dan berat badan, umur, jenis kelamin, BBI, dan hasil lab kadar kreatinin. Sehingga dapat ditentukan kebutuhan gizi berupa energi, protein, karbohidrat, lemak, natrium dan kalium yang akan menjadi parameter baru. Data lainnya berupa data set bahan makanan beserta nutrisi yang terkandung, yang nantinya akan didapatkan hasil komposisi makanan yang optimal menggunakan algoritma genetika. Langkah- langkah pengolahan data awal digambarkan seperti flowchart pada Gambar 1.1:
Mulai
Menghitung kebutuhan gizi pasien (energi, protein, lemak, karbohidrat,
natrium dan kalium)
Proses Algoritma Genetika Input antrometri
dan biokimia pasien
Hasil komposisi makanan terbaik
Selesai
Gambar 1. 1 Flowchat Pengolahan Data Awal 1.6.4. Metode yang Digunakan
Pada sistem penentuan menu diet gizi ini, menggunakan Algoritma Genetika untuk menghitung nilai fitness yang tertinggi dalam menentukan kromosom dalam kasus ini menu yang sesuai dengan kebutuhan gizi pasien.
Pada penelitian ini akan digunakan algoritma genetika sebagai pencarian menu yang memiliki nutrisi yang sama dengan atau mendekati dengan kebutuan nutrisi pasien ginjal kronik perharinya. Adapun proses-proses yang dilakukan adalah:
a. Pendefinisian Individu
Individu disini berupa indeks bahan makanan yang memiliki nama makanan dan nilai nutrisi seperti energi, protein, lemak, karbohidrat, natrium dan kalium.
b. Membangkitkan populasi awal dan kromosom
Tentukan populasi dan jumlah individu pada kromosom dalam satu generasi, kromosom disini berupa baris menu-menu yang didapatkan secara acak. Nilai random berdasarkan banyaknya data set pada database.
Digunakan jumlah kromosom dalam 1 populasi adalah 50 dan jumlah gen dalam 1 kromosom adalah 15, maka jumlah makanan yang digunakan adalah 750, dimana makanan dapat muncul lebih dari 1 kali. Tentukan juga batas generasi sehingga perncarian dapat berhenti.
c. Nilai Fitness
Mendefinisikan nilai fitness untuk menentukan baik tidaknya setiap individu. Fungsi fitness yang digunakan adalah
𝑓[𝑖] =
(𝑎𝑏𝑠((∀ 𝑘𝑒𝑏𝑢𝑡𝑢ℎ𝑎𝑛 𝑔𝑖𝑧𝑖 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑒𝑛)−(Σ 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 1 𝑘𝑎𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑠𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛))+𝑎...(1.1)
Keterangan :
Kebutuhan gizi = kebutuhan masing-masing gizi pasien yang dihitung sesuai syarat diet. Pada penelitian ini nutrisi yang dihitung adalah energi total, protein, lemak, karbohidrat, natrium dan kalium
Jumlah kandungan tiap nutrisi = jumlah kandungan nutrisi pada setiap makanan yang terpilih sesuai data pada sistem. Misalkan 1 menu memiliki 10 bahan makanan, maka untuk menghitung nutrisi protein 1 menu tersebut jumlahkan semua protein yang terkandung.
a = 1; untuk menghindari kesalahan program dalam pembagian oleh 0
i = iterasi kromosom
Kemudian hitung total_fitness dengan menjumlahkan semua nilai fitness yang didapat. Dari total_fitness dapat dicari probabilitas tiap kromosom dengan rumus:
𝑃[𝑖] =
𝑓𝑖𝑡𝑛𝑒𝑠𝑠[𝑖]𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑓𝑖𝑡𝑛𝑒𝑠𝑠 ……… (1.2) d. Proses Seleksi
Dari perhitungan probabilitas tersebut, tentukan nilai komulatif probabilitas setiap kromosom dengan rentang 0-1. Melakukan seleksi dengan teknik roulette wheel, dimana prosesnya dengan membangkitkan bilangan acak R dalam range 0-1. Putar roulette wheel sejumlah banyak populasi, dan setiap putaran pilih 1 kromosom untuk populasi baru, dengan syarat :
𝐶[𝑘 − 1] < 𝑅 < 𝐶[𝑘]……… (1.3) Keterangan :
C = nilai komulatif probabilitas R = nilai ramdom dari roulette wheel k = iterasi kromosom
e. Crossover
Metode yang digunakan untuk melakukan proses crossover adalah metode pindah silang satu titik potong (one-point crossover). Ditentukan parameter crossover_rate (pc) adalah 0,5, kemudian bandingkan dengan nilai random R[0-1] jika lebih kecil dari pc maka menu tersebut terpilih sebagai parent. Posisi one-point crossover dipilih menggunakan bilangan acak sebanyak jumlah crossover yang terjadi/terpilih. Misalkan untuk menghasilkan menu baru untuk chromosome[1] dengan nilai crossover = 4, maka
Chromosome [2] >< Chromosome [4]
14,7,16,26,5,13,24,8,19,7 >< 21,17,20,7,15,29,3,10,28,6 offspring = 14,17,16,26,15,29,3,10,28,6
f. Mutasi
Jumlah kromosom yang mengalami mutasi dalam satu populasi ditentukan oleh parameter mutation_rate (pm), ditetapkan pm adalah 10% atau 0,1.
Dari contoh sebelumnya misal total gen = 750. Maka untuk memilih posisi gen yang mengalami mutasi dilakukan dengan membangkitkan bilangan integer sebanyak total gen yang ada, misalkan antara 1-750. Jumlah mutasi yang terjadi dapat ditentukan seperti:
Jumlah mutasi = pm * total gen
= 10% * 750 = 75
Nilai indeks makanan pada posisi yang telah di acak sebelumnya, akan diganti dengan indeks makanan yang diacak sebanyak jumlah data bahan makanan. Kemudian hitung kembali nilai fitness pada generasi ini.
Kromosom-kromosom ini akan mengalami proses yang sama seperti generasi sebelumnya yaitu proses evaluasi, seleksi, crossover dan mutasi yang kemudian akan menghasilkan kromosom-kromosom baru untuk generasi selanjutnya. Proses ini akan terus berulang sampai mencapai jumlah maksimum generasi yaitu 100 1.6.5. Eksperimen dan Pengujian
Perancangan dan implementasi sistem penentuan menu diet gizi pada penderita penyakin ginjal kronik menggunkan algoritma genetika, menggunakan metode pengembangan sistem SDLC dengan model waterfall adalah sebagai berikut:
1) Analisis kebutuhan sistem
Pada tahap ini dilakukan pencacatan kebutuhan sistem dengan melakukan wawancara dengan pengguna aplikasi dalam hal ini ahli gizi, kebutuhan yang dapat dipenuhi dengan metode ini adalah kebutuhan yang sudah jelas dan langsung dapat ditentukan pengerjaannya. Misalnya seperti kebutuhan kinerja sistem, informasi, pelayanan sistem, desain, hasil yang diharapkan dan sebagainya.
2) Desain sistem
Pada tahapan ini akan dirancang arsitektur sistem sesuai dengan setiap kebutuhan baik bersifat fungsional ataupun non fungsional. Dari kebutuhan sistem
yang didapat sebelumnya, maka dibangun perancangan sistem dengan menggunakan perangkat pemodelan sistem seperti diagram alir data dan diagram hubungan entitas.
3) Implementasi Program
Pada tahapan ini desain sistem yang berupa pemodelan akan di implementasikan ke dalam bahasa pemrograman dengan menggunakan metode Algoritma Genetika. Sistem ini menggunakan bahasa pemprograman HTML, PHP, CSS, JavaScript, dan menggunakan database MySQL. Dan dilakukan pengujian pada masing–masing fungsi yang sudah diselesaikan sehingga mendapatkan output yang sesuai.
4) Pengujian sistem
Pahapan ini, program secara keseluruhan akan diuji sebagai sistem yang lengkap untuk memastikan bahwa persyaratan perangkat lunak telah dipenuhi dan sesuai dengan keinginan pengguna. Pengujian yang dilakukan dengan whitebox testing, blackbox testing dan pengujian akurasi.
5) Pemeliharaan
Pada tahap ini, apabila terjadi kesalahan ataupun kekurangan pada sistem dari kebutuhan awal pengguna, maka akan kembali dianalisis kebutuhan yang diinginkan.
1.6.6. Evaluasi dan Validasi Hasil
Pada penelitian ini teknik pengujian sistem yang digunakan yaitu dengan cara pengujian black box, pengujian white box dan pengujian akurasi.
1) White Box Testing
Pengujian Whitebox merupakan metode desain uji kasus yang menggunakan struktur kontrol dari desain prosedural dengan memeriksa kode sumber dari sistem yang dibuat yang terdapat baris-baris kode yang beragam, dapat berupa suatu seleksi kondisi, perulangan untuk menghasilkan kasus-kasus uji.
Adapun metode yang digunakan dalam pengujian white box ini adalah metode basis path. Metode basis path memungkinkan perancang kasus uji untuk mendapatkan perkiraan logic yang kompleks dari desain prosedural dan menggunakan perkiraan ini untuk mendefenisikan aliran eksekusi. Adapun rancangan tahapan pengujian dengan basis path yaitu,
1. Mengubah pseudocode Algoritma Genetika menjadi flowchart kemudian menjadi flow graph sehingga menggambarkan alur dari algoritma.
2. Dari flow graph, dapat dihitung cyclomatic complexity, yakni : V(G) = Jumlah Busur – Jumlah simpul + 2
3. Berdasarkan jumlah Cyclomatic Complexity maka dapat dibuat jalur (path) pengujian sesuai flow graph.
4. Dilakukan pengujian path Algoritma Genetika, perancangan skenario pengujian seperti Tabel 1.1
Tabel 1. 1 Rancangan whitebox testing No Kasus Uji
(Baris Kode)
Hasil yang diharapkan
Hasil Uji kasus Keterangan
2) Black Box Testing
Pengujian black box merupakan pengujian yang tidak memfokuskan mekanisme internal sistem atau komponen, akan tetapi fokus sepenuhnya pada output yang dihasilkan dalam menanggapi input yang dipilih dan ketentuan pelaksanaannya. Perhatian utama dalam pengujian blackbox fungsionalitas program yang sering disebut functional testing, yaitu sebuah metode pengujian yang fokus pada eksekusi fungsi dalam program dan mengamati data input dan output sesuai dengan.
Uji coba sistem dilakukan untuk menguji apakah input yang dimasukkan sesuai dengan kebutuhan pengguna dan diproses dengan benar, selain itu output yang dihasilkan juga sesuai dengan hasil dari proses tersebut. Tabel 1.2 merupakan tabel skenario pengujian untuk black box testing.
Tabel 1. 2 Rancangan blackbox testing No. Skenario Pengujian Hasil Yang
Diharapkan
Hasil Pengujian Kesimpulan
3) Pengujian Sistem
Pengujian kinerja sistem penentuan menu diet gizi dapat dilakukan dengan menghitung nilai rata-rata pemeriksanya. Pengujian dilakukan dengan menghitung nilai kebutuhan gizi pasien secara manual dengan hasil nutrisi makanan yang ditampilkan oleh sistem.
Nilai akurasi dapat dihitung dengan persamaan berikut:
𝑃(𝑁𝐴) =𝐷𝑎𝑡𝑎
𝑋 . 100% ...(1.4) Keterangan:
P(NA) : Persentase nilai akurasi
Data : jumlah data uji yang bernilai benar X : total jumlah sampel
Tingkat konsumsi nutrisi merupakan perbandingan antara asupan nutrisi dengan kebutuhan, dikategorikan menjadi defisit dan tidak defisit. Defisit meliputi : defisit tingkat berat apabila <70%, defisit tingkat sedang apabila 70% - 79%, defisit tingkat ringan apabila 80% - 89%. Tidak defisit meliputi: normal apabila 90% - 110% dan lebih apabila >110%, (Anggraeni, 2012). Jadi dalam pengujian sistem ini, hasil yang ditampilkan oleh sistem dapat dikatakan sesuai jika persentase tingkat konsumsi nutrisi apabila 80% - 110%.
