Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
1 Alat Uji Kadr Gula Dalam Darah Secara Non-Invasive
(Wiwin Sulistyani1, Endro Yulianto2, Syaifudin3) Jurusan Teknik Elektromedik
POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA ABSTRAK
Pada era teknologi modern dunia kedokteran saat ini memungkinkan membuat suatu alat yang di dalam pengendaliannya dengan menggunakakan peralatan elektronik untuk mengukur kadar gula darah pada tubuh manusia tanpa harus mengambil sample darah pada tubuh manusia. Pengukuran kadar gula sangat membantu bagi penderita yang takut terhadap jarum suntik atau sejenis, tanpa harus melukai pasien. Berdasarkan hal tersebut maka di kembangkan alat yang dapat mengukur kadar gula darah yang dapat di gunakan setip saat tanpa memakan waktu lama.
Metode yang digunakan adalah eksperimen yaitu dengan merancang dan membangun alat ukur gula darah dengan menggunakan sensor finger. Serta melakukan observasi terhadap beberapa alat elektromedik yang berkaitan dengan penelitian untuk memperoleh data-data dari alat tersebut.
Hasil pengujian dan pengukuran pada responden serta dibandingkan dengan alat pembanding merk glucodr, didapatkan hasil yang hampir mendekati sama. Total nilai error rata-rata sebesar 2.3%. Setelah melakukan proses studi literature, perencanaan, percobaan, pembuatan modul, pengujian modul, dan pendataan, secara umum dapat disimpulkan bahwa “Alat Uji Kadar Gula Dalam Darah Secara Non-Invasive” dapat digunakan dan sesuai dengan perencanaan.
Kata kunci : Gula Darah, Non-Invasive, Sensor Finger PENDAHULUAN
Latar Belakang
Alat uji gula darah merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui kadar gula dalam darah seseorang. Alat uji gula darah ini biasanya digunakan sebagai self-monitoring kadar gula dalam darah oleh pasien nondiabetes ataupun diabetes (Journal of Diabetes Science and Technology, 2012). Diabetes merupakan salah satu penyakit tertua pada manusia dan dikenal dengan kencing manis. Nama lengkapnya adalah diabetes mellitus, berasal dari kata yunani. Menurut WHO, definisi diabetes melitus didasarkan pada pengukuran kadar glukosa dalam darah. Angka kejadian penderita diabetes mellitus (DM) di Indonesia menurut perkiraan diabetes international (WHO perspective) pada tahun 2000 sekitar 8,4 juta (1,9%) penderita DM, angka ini akan meningkat terus dimana tahun 2030 diperkirakan mencapai 21,3 juta (2,8%) menderita diabetes mellitus (Ayosz.wordpress, 2007).
Pengujian kadar gula dalam darah saat ini masih menggunakan teknik invasive darah pasien di ambil dengan menggunakan jarum suntik. Hal ini merupakan salah satu penyebab dari beberapa pasien enggan untuk melakukan pengecekan gula 4 darah. Selain itu, hasil pengujian tersebut memerlukan waktu yang cukup lama (± 2 jam). Analisa yang dilakukan pada suatu pengecakan
secara dini bertujuan untuk menghindari kebutaan dan angka kematian akibat penyakit diabetes mellitus ini. (Hans Diehl, 1995) .
Alat uji gula darah sebelumnya telah dibuat oleh Taufan Hadi, (Tahun 2003) dengan menggunakan metode fotometri atau spektroskopi, dimana untuk melakukan pengukuran kadar gula darah diperlukan reagen untuk pencampuran pada sampel. Alat tersebut kemudian disempurnakan oleh Robertus A. Mataufe, (Tahun 2008) dengan menggunakan metode strip, dimana pengukuran kadar gula darah dilakukan dengan menggunakan strip sample (biosensor) sebagai reagen. Pada alat tersebut kadar gula darah diketahui dengan cara konversi arus ke kadar gula darah melalui biosensor. Penulis ingin membuat alat yang sama dengan Robertus A. Mataufe yaitu alat uji gula darah portable, tetapi menggunakan metode yang berbeda, yaitu metode spektroskopi dan menggunakan blood strip.
Rancang-bangun alat uji gula dalam darah dengan menggunakan metode invasive yang telah di lakukan oleh Ratna Dinar Purwaningrum (2015) dengan menggunakan sensor warna TCS3200, kelemahan pada alat yang dihasilkan Dinar adalah masih menggunakan metode invasive dan tingkat keakurasian kurang baik, serta tidak adanya indikator level baterai, sesuai yang dikutip dari jurnal yang berjudul Alat Uji Gula Darah Portable Berbasis Mikrokontroler
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
2 Atmega8535, sebagai berikut :“Masih
menggunakan metode invasive, Tingkat keakurasian kurang baik, Modul tidak dilengkapi dengan level baterai”. (Dinar 2015)
Selain itu, alat uji gula dalam darah juga di kembangkan oleh Diah Ayu Fitria (2016) yang di lengkapi dengan penyimpanan data yang diletakkan pada PC. Kelemahan pada alat yang dikembangkan Diah sama seperti alat yang di hasilkan Dinar yaitu masih menggunakan metode invasive, hasil pembacaan mudah berubah karena sensor warna mudah terpengaruh oleh intensitas cahaya, sesuai yang dikutip dari jurnal yang berjudul Alat Uji Gula Darah dengan Tampilan Personal Computer, sebagai berikut :”Dibuat lebih praktis lagi dan dapat di kembangkan lagi dengan metode non-invasive, Modul harus dibuat kedap cahaya, karena sensor warna sangat peka oleh cahaya, hal ini dapat mempengaruhi pembacaan sensor warna”. (Diah 2016)
Alat uji gula darah yang menggunakan metode non-invasive telah di kembangkan oleh Kemalasari, dkk. Dengan mengukur temperature pada tragus dan antihelix, kelemahan dari alat tersebut ialah nilai eror yang cukup besar yaitu 1-15 % , sesuia dengan kutipan dari jurnal yang berjudul Analisa Kadar Glukosa Darah Berdasarkan Perbedaan Temperatur antara Tragus dan Antihelix, sebagai berikut :”Prosentase eror yang di hasilkan alat ini adalah 1-15% dibandingkan dengan data glukosa darah yang di ukur di laboratorium”. (Kemalasari 2011)
Alat uji gula dalam darah yang di buat oleh Komal,dkk (2014). Memiliki kelemahan pada tingkat keakurasian alat, sesuai dengan kutipan dari jurnal yang berjudul Non Invasive Blood Glucometer, sebagai berikut :”research will be extended to increase the accuracy of the device for making it clinically available in near future”. (Lawand et al. 2014)
Alat uji gula dalam darah non-invasive yang dikembangkan oleh Eko, dkk (2015) di Universitas Diponegoro dengan menggunakan sensor oxymeter yang memiliki keakuratan 90%, sesuai yang dikutip pada jurnal yang berjudul Design of Non-invasive Glukometer Using Microcontroller ATMega 8535, sebgai berikut : “Telah berhasil dibuat prototype alat penguji gula darah non invasive dengan akurasi ~90%”.(Hidayanto et al. 2015)
Pada modul ini penulis menggunakan analisi perbandingan hasil antara modul dan alat
pembanding sehingga dapat diketahui nilai eror pada modul ini.
Untuk itu pada Tugas Akhir akan dibuat “Alat Uji Kadar Gula Dalam Darah Secara Non-Invasive”. Alat yang dibuat diharapkan dapat digunakan untuk mengtahui hasil kadar gula dalam darah secara non-invasive. Oleh karena itu alat ini mempunyai tingkat kepraktisan yang tinggi, lebih mudah untuk digunakan, dan dapat dibuat dari modifikasi alat oxymeter yang sebelumnya sudah ada di rumah sakit.
Batasan Masalah
- Menggunakan sensor oxymeter.
- Peletakan sensor pada jari tangan pada bagian telunjuk dan tidak tertutup oleh cat kuku
- Meggunakan Arduino untuk pengolahan datanya
- Menggunakan alat pembanding untuk pengukuran kadar gula dalam darah - Tampilan pada LCD
Rumusan Masalah
Dapatkah dibuat alat uji kadar gula dalam darah secara non-invasive?
Tujuan Penelitian Tujuan Umum
Dibuatnya alat ukur kadar gula dalam
darah secara non-invasive.
Tujuan Khusus
- Membuat rangkaian sensor fingers
- Membuat rangkaian minimum system Atmega 328
- Membuat rangkaian filter dan penguat - Membuat software pemrograman
menggunakan Arduino - Melakukan uji fungsi alat
Manfaat Penelitian Manfaat Teoritis
Hasil penelitian dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi mahasiswa teknik elektromedik di bidang alat -alat kesehatan khususnya alat diagnostik.
Manfaat Praktis
Hasil penelitian ini dapat digunakan untuk masukan dalam rangka upaya mengukur kadar gula dalam darah pada manusia secara non-invasive. Dengan adanya penelitian ini
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
3 diharapkan dapat mengahsilkan suatu alat yang
bernilai jual ekonomis untuk perawat atau tenaga medis lainnya sehingga dapat dimudahkan dalam perhitungan pernapasan per menit, agar kinerja tenaga medis lebih cepat, efektif dan efisien serta meminimalkan resiko kesalahan dalam mendiagnosa suatu penyakit.
KERANGKA KONSEP
Blok Diagram
Gambar 1 Blok Diagram
Cara Kerja Blok Diagram
Inframerah dan led merah mengirim data ke photodiode, setelah data diterima maka akan menjadi data inputan dari rangkaian akuisisi data/ rangkaian pengondisi sinyal. Di rangkaian pengondisi sinyal akan di pisah antara tegangan DC dan AC dai led merah dan inframerah. Data AC dan DC dari Led merah dan inframerah dapat dilakukan perhitungan rumus dari teori oxymetry. Setelah perhitungan, nilai yang di dapat di outputkan ke LCD.
Diagram Alir
Gambar 2 Diagram Alir
Cara kerja Diagram Alir
Saat start (mulai) alat akan memulai proses inisialisasi dan membaca ADC, pembacaan data yang diambil dari hasil penyinaran yang dilakukan oleh mikrokontroler.
Diagram Alir Pembacaan Tegangan menjadi Glukosa
Cara Kerja Blok Diagram
Setelah pembacaan ADC, nilai ADC akan di bandingkan dengan alat ukur pembanding dengan satuan mg/dl, dengan demikian akan diketahui persamaan. Kemudian setelah persamaan didapatkan akan dikonversikan ke dalam mg/dl. Setelah terkonversi, maka hasil mg/dl tersebut akan ditampilkan ke dalam LCD.
Blok Diagram Mekanis
Gambar 3 Diagram Mekanis
HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS
Hasil Pengukuran Output Sensor Finger
Test Point merupakan suatu titik yang digunakan untuk mengukur output sensor finger. Test point pertama di ukur dari sinyal AC dan DC pada responden. Penulis menggunakan nilai tegangan VPP dari sinyal AC. Dengan diambil nilai tegangan VPP, maka dapat di ketahui nilai dari sinyal, kemudian juga diukur nilai glukosa responden.
Tabel 1 contoh output pengukuran pada salah satu responden AC IR DC IR AC RED DC RED DRIV ER LAM S E N S O DEMUL TIPLEX P S B U F P S B U F B P F 𝐴𝐶𝑅𝐸𝐷 M µ L C D H P F B P F H P F 𝐷𝐶𝑅𝐸𝐷 𝐴𝐶𝐼𝑅 𝐷𝐶𝐼𝑅
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
4 203 876 222 879 203 877 205 879 186 876 208 880 207 876 226 878 190 875 213 878 213 875 242 878 213 876 242 878 209 876 236 879 211 875 237 878 194 877 218 878 201 876 219 878 204 876 224 878 193 876 219 878 189 875 204 878 189 876 194 878 198 877 218 878 198 876 219 878 184 876 207 878 202 876 229 878 194 876 213 878 183 875 214 878 208 875 229 878 214 876 229 878 214 875 223 878 196 876 233 878 221 876 237 878 208 875 236 878 203 876 225 879 203 876 214 878 212 875 235 879Tabel 2 tabel rasio responden RASIO GLUKOSA 0.895988 96 0.894659 96 0.909169 96 0.911676 96 0.904857 96 0.921299 87 0.924627 87 0.877063 87 0.937889 87 0.913071 87 0.89355 106 0.89337 106 0.889275 106 0.910933 106 0.906121 106 0.940005 75 0.939202 75 0.944605 75 0.934255 75 0.942069 75 0.941102 77 0.937871 77 0.938646 77 0.957921 77 0.94336 77 0.931985 82 0.920941 82 0.928144 82 0.923053 82 0.92028 82 0.935639 82 0.920419 82 0.946754 82 0.939928 82 0.934931 82
Grafik eksponensial dari data diatas
y = 9136e
-5.029x
0 50 100 150 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98grafik eksponensial
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
5
Hasil
Pengukuran
Terhadap
Alat
Pembanding
Tabel 4 Hasil Analisa Perhitungan Statistik Glukosa Darah
HASIL PERHITUNGAN
Responden
Modul
(mg/dl)
Pembanding
(mg/dl)
1
85
86
81
86
82
86
86
86
82
86
Rata-Rata
83.2
86
Simpanga
n
2.8
Error
3.2%Table di atas merupakan salah satu perhitungan pada salah satu responding
Analisa Data
Analisa data pertama yang di ukur adalah sinyal AC dan DC pada responden. Penulis menggunakan nilai tegangan VPP dari sinyal AC karena nilai tegangan VPP dan VRMS sama. Dengan diambil nilai tegangan VPP, maka dapat di ketahui nilai dari sinyal, kemudian juga diukur nilai glukosa responden.
Selanjutnya di lakukan perhitungan rasio terhadap responden dengan menggunakan rumus :
𝑅 = 𝐴𝐶𝑅𝑒𝑑/𝐷𝐶𝑅𝑒𝑑 𝐴𝐶𝐼𝑅/𝐷𝐶𝐼𝑅
Setelah perhitungan rasio, selanjutnya data rasio dibuat menjadi grafik eksponensial dengan cara memasukkan data tersebut ke dalam Ms. Excel untuk mengetahui persamaan yang di gunakan untuk konversi nilai tegangan VPP menjadi glukosa. Persamaan untuk regresi eksponensial adalah sebagai berikut
𝑦 = 9136𝑒−5.029𝑥
Gambar 4.25 grafik eksponensial (persamaan glukosa)
Berikut salah satu perhitungan glukosa dari hasil regresi eksponensial dengan nilai rasio 0.904857 𝑦 = 9136𝑒−5.029𝑥 𝑦 = 9136𝑒−5.029 𝑥 0.904857 𝑦 = 9136𝑒−4.55 𝑦 = 9136𝑥0.01 Y = 91.36 mg/dl
Perhitungan statistik, didapatkan hasil rata-rata nilai error sebesar 2,3%. Hal ini dapat disebabkan oleh sensor finger yang kurang baik serta variable-variabel lain yang mempengaruhi konversi, seperti cahaya dari luar, penempatan sensor yang kurang tepat. Selain itu, pasien yang bergerak juga dapat empengaruhi nilai rasionya. Semakin kecil rasio semakin tinggi kadar gula dalam darah.
PEMBAHASAN
Rangkaian Minimum Sistem
Gambar 5 Rangkaian Minimum Sistem untuk Arduino
Tombol pada rangkaian minimum
sistem, berupa tombol Start pada pin 15,
Reset pada pin 29. Data analog dikonversikan
ke data digital oleh arduino melalui PIN A0,
A1, A2 dan A3. LCD 2x16 digunakan untuk
menampilkan hasil guladarah dalam mg/dl.
y = 9136e
-5.029x
0 50 100 150 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98grafik eksponensial
D2 LED 0 PC3 +5V 0 0 pd5 C3 22P PC0 PC4 PC1 C4 100nF R6 220 0 +5V D1 2,4V pb2 pd4 pd5 R2 20K pd0 +5V Q1 16MHz PC2 +5V 0 pb0 +5V 0 SW1 RESET J10 GND 1 2 3 pd7 pd0 PC5 +C1 10uF +5V pd7 pd4 pd1 0 J9 +5V 1 2 3 pb1 SW2 START pd6 RESET 0 J1 PROGRAMMER 12345 U3 ATMEGA328 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 PC6 (RESET) (RxD) PD0/0 (TxD) PD1/1 (INT0) PD2/2 (INT1) PD3/3 (T0) PD4/4 VCC GND 14/PB6 (XT1) 15/PB7 (XT2) (T1) PD5/5 (AIN0) PD6/6 (AIN1) PD7/7 8/PB0 (ICP) 9/PB1 (OC1A) 10/PB2 (OC1B) 11/PB3 (MOSI) 12/PB4 (MISO) 13/PB5 (SCK) AVCC AREF AGND A0/PC0 (ADC0) A1/PC1 (ADC1) A2/PC2 (ADC2) A3/PC3 (ADC3) A4/PC4 (SDA) A5/PC5 (SCL) C2 22P R4 10K J4 CON6 1 2 3 4 5 6 0 pb0 J3 CON16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 pd6 pd1 R1 1K R3 1K 0 R5 100 SUPPLYSeminar Tugas Akhir
Juni 2017
6
Rangkaian LPF
Pada
rangkaian
ini
digunakan
rangkaian low pass filter dengan frekuensi
cut off sebesar 0,8 Hz untuk membuang
sinyal AC dan melewatkan sinyal DC.
Rangkaian Amplifier dan Filter
Pada rangkaian penguat pertama, output photodiode akan dihubungkan kapasitor sebagai coupling untuk memblok tegangan DC dan hanya melewatkan sinyal AC dari output demultiplexer. Sinyal tersebut akan masuk ke penguat pertama. Penguat yang digunakan adalah penguat non-inverting dengan penguatan sebesar 101 kali.
Untuk penguatan kedua digunakan rangkaian yang sama seperti pada penguatan pertama, agar filter lebih dapat menekan amplitudo pada saat melewati frekuensi cut off dan sinyal dikuatkan lagi sebesar 101 kali.
Pembahasan Kinerja Sistem Keseluruhan
Modul bekerja sesuai dengan program yang telah diberikan. Sehingga saat intensitas cahaya yang tertangkap atau dideteksi oleh photodiode setelah melalui aliran darah, photodiode akan segera memberikan output tegangan ke rangkaian demultiplexer untuk dipisahkan antara output dari infrared dan red lamp, kemudian difilter dengan filter BPF 2,34 Hz dan filter LPF 0,8 Hz agar menghasilkan sinyal AC dan DC dari infrared dan red lamp kemudian masuk ke ADC minimum system yang akan diolah dan ditampilkan pada LCD.
Hasil pengukuran menunjukkan adanya nilai error, hal ini disebabkan banyak faktor, seperti pergerakan dari pasien saat dilakukan pengukuran yang akan berpengaruh pada hasil pembacaan.
Pada pengukuran kadar gula dengan pembanding terdapat nilai error yang cukup besar yaitu sebesar -7.8% dan nilai error terkecil sebesar -1.4%. Pada pengambilan data responden ke-1, didapatkan hasil error pengukuran sebesar -7.8%. Pada pengambilan data responden ke-2, didapatkan hasil error pengukuran sebesar -3.1%. Pada pengambilan data responden ke-3, didapatkan hasil error pengukuran sebesar -1.58%. Pada pengambilan data responden ke-4, didapatkan hasil error pengukuran sebesar -6.08%. Pada pengambilan data responden ke-5, didapatkan hasil error pengukuran sebesar -1.4%. Dan pada pengambilan data responden ke-6, didapatkan hasil error pengukuran sebesar 6%.
PENUTUP
Kesimpulan
Secara menyeluruh peneliti dapat menyimpulkan bahwa :
1. Telah dapat dibuat alat uji kadar gula darah secara Non-invasive.
2. Minimum system dapat menampilkan hasil konversi pada display lcd karakter 16x2. 3. Rata-rata nilai error pembacaan
dibandingkan dengan alat pembanding yaitu sebesar 2.3%.
Saran
Dari hasil penelitian, dapat dianalisa kekurangan dari alat yang penulis buat. Berikut ini adalah beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitian lebih lanjut:
J1 IN RED 1 2 +12v + -U3B LF353 5 6 7 8 4 R2 22k 1 2 R1 22k 1 2 J2 DC RED 1 2 J6 IN IR 1 2 J8 DC IR 1 2 +12v C1 10uf -12v -12v + -U3A LF353 3 2 1 8 4 C5 10uf C4 1uf R12 R kaki14 +12v C2 100nF -12v R3 6K8 1 2 C5 100nF J5 IN AC red 1 2 +12v +12v C3 1uf -12v R6 R +12v C6 100nF R1 6k8 R8 680K R5 68K + -U1A LF353 3 2 1 8 4 J4 AC red 1 2 -12v + -U2A LF353 3 2 1 8 4 C7 1uf R10 680K + -U1B LF353 5 6 7 8 4 J2 ACir 1 2 R4 680K + -U2B LF353 5 6 7 8 4 C8 1uf R7 6k8 C1 100nF -12v J3 IN AC IR 1 2 kaki13 R11 68K R9 6K8 1 2 R2 680K
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
7 1) Ditambahkan indikator batterai pada alat.
2) Peletakkan sensor harus tepat dan tidak berubah-ubah, karena dapat mempengaruhi nilai rasio yang didapatkan.
3) Modul harus dibuat kedap cahaya, karena sensor warna sangat peka oleh cahaya, hal ini dapat mempengaruhi pembacaan sensor warna.
4) Semakin banyak sampel yang digunakan maka akan semakin presisi pengukuran kadar gula darah pada modul yang dibuat. 5) Ditambahkan mode penyimpanan pada
modul, sehingga dapat digunakan sebagai acuan dalam melakukan self monitoring kadar gula darah.
DAFTAR PUSTAKA
Firdausi, Fauziah. 2014. Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Gula Darah Secara Non-Invasive. Prodi Teknobiomedik Universitas Airlangga : Surabaya
Fitriyah, Diah. 2016. Alat Uji Gula Darah dengan Tampilan PC. Prodi D-3 Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya : Surabaya.
Isler, Larry W. 2005. Non-Invasive Blood Glucose Monitoring System. http://www.freepatentsonline.com/6949070.h tml. (diakses 15 September 2016)
Kemalasari dan Mauridhi. 2009. Analisa Kadar Glukosa Darah Berdasarkan Perbedaan Temperatur Antara Tragus dan Antihelix. Teknik Elektronika PENS ITS Surabaya : Surabaya.
Perdana, Galang. 2015. Rancang Bangun Sistem Portabel Pengukur Kadar Glukosa Darah Menggunakan Sensor Suhu Berbasis Android. Prodi D-3 Teknik Elektronika PENS ITS Surabaya : Surabaya.
Sugiyarti. 2016. Perbandingan Kadar Glukosa Darah Sebelum Dan Sesudah Dilakukan Hemodialisa Pada Penderita Gagal Ginjal. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/114/ jtptunimus-gdl-sugiyartig-5674-2-babii.pdf. (diakses 23 September 2016)
BIODATA PENULIS
Nama : Wiwin Sulistyani
NIM : P27838113012
TTL : Tuban, 26 April 1996 Alamat : Tuban
