RANCANG BANGUN ALAT UKUR VISKOSITAS DARAH DENGAN SENSOR PPG (PHOTOPLETHYSMOGRAPH)
SKRIPSI
ZENNY NURHANDINIE PUTRI
PROGRAM STUDI S-1 TEKNOBIOMEDIK DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT karena rahmat dan hidayah-Nya, penulis mampu menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG (Photoplethysmograph)”. Perlu kiranya dengan ini penulis menjelaskan bahwa naskah skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat kelulusan dalam menempuh studi S-1 Teknobiomedik, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.
Pengukuran viskositas darah yang dilakukan selama ini menggunakan teknik invasif sedangkan alat ukur yang penulis buat menggunakan sensor PPG. PPG merupakan teknik non-invasif yang menggunakan LED merah dan LED inframerah. Viskositas darah merupakan aspek penting untuk deteksi resiko kardiovaskular sejak dini. Dalam penelitian ini menggunakan parameter biologi hipertensi, diabetes, dan kolesterol.
Penulis menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk
2. Bapak Dr. Moh. Yasin, M.Si selaku Ketua Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga,
3. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku Ketua Program Studi S-1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga,
vii
dan meluangkan waktu bagi penulis untuk berkonsultasi sehingga naskah skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik,
5. Bapak Franky Chandra S.A, S.T., M.T selaku dosen pembimbing II yang selalu memberikan bimbingan, masukan, dan meluangkan waktu bagi penulis untuk berkonsultasi,
6. Ibu Ir. Wellina selaku dosen yang telah menyumbangkan ide dan sarannya 7. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku dosen penguji I atas saran dan
perbaikannya dalam penulisan naskah skripsi ini,
8. Ibu Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si selaku dosen penguji II atas saran yang telah diberikan untuk perbaikan naskah sripsi ini,
9. Ibu Dr. Prihartini Widiyanti, drg, M.Kes selaku dosen wali yang telah memberikan arahan dan motivasi baik dalam hal akademik, maupun non akademik,
10. Seluruh dosen dan staf karyawan Departemen Fisika, khususnya Program Studi S-1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga serta semua pihak yang telah senantiasa memberikan ilmunya dan membantu penulis selama proses penyusunan naskah skripsi ini,
11. Novi Angga Sakti, Mas Nuzul yang senantiasa membantu dalam pengerjaan software dan hardware, serta menjadi teman diskusi, member masukan dan saran,
12. Para penghuni Laboratorium Instrumentasi Medis terakhir Niera Putri, Novi Angga Sakti, Robiah Adawwiyah atas dukungan, bantuan, hiburan, kenangan yang tidak akan terlupakan, serta berbagai pendapat dan saran yang sangat bermanfaat,
13. Semester 9 Genks Aditia Nur Pratama, Achmad Dzihan, Madhanayu Putri, Disca Sandyakala, Ludita Woro, Nikki Saksi yang selalu mewarnai hari-hari hingga semester 9, selalu menemani, mendoakan dan memberikan hiburan,
15. Keluarga Cemara Amila Sofiah, Azizah Rosdiani, Hajria Jabbar, Tia Rahayu yang selalu memberikan semangat, doa, hiburan, dan motivasi, 16. Kakak-kakak Teknobiomedik angkatan 2008, 2009, dan 2010, serta
adik-adik Teknobiomedik angkatan 2012, 2013, 2014, dan 2015 yang tidak bisa disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya,
17. Kost Konichiwa Mas Nuzul, Mas Nidhom, Mas Ibnu, Mas Bayu, Mas Rai, Mas Thick yang telah banyak memberikan bantuan, masukan, dan motivasi,
18. Keluarga Besar Paidin dan Koesnadi yang selalu memberikan doa, hiburan semangat, dan motivasi,
19. Kak Yola dan keluarga, Kak Adhez, Bos Irawan, DC Java Symphony Anoraga, Bapak Rubianto Illa, Intan, Andi, Bagas, Cikal, Mas Yudha, Fitri, Ica, Kalinda yang selalu tidak pernah lelah memberikan doa, semangat, dan motivasi, serta pengalaman yang luar biasa,
20. Pak Samidi, Pak Riski, dan Bu Endang, yang selalu memberikan informasi kepada penulis dan dukungannya di Laboratorium teknobiomedik setiap hari,
Semoga Allah SWT memberikan yang terbaik kepada saudara-saudara semua. Kepada pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, penulis mengucapkan terima kasih.
Surabaya, 12 Februari 2016 Penulis,
ix
Putri, Zenny Nurhandinie. 2016. Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG (Photoplethysmograph). Skripsi ini dibawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Suhariningsih, dan Franky Chandra S.A, S.T., M.T., Program Studi S1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG Berbasis Arduino. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah naracoba normal dan naracoba sakit. Dimana parameter yang diambil adalah tekanan darah, kolesterol, dan diabetes. Metode pengukuran dilakukan secara non invasive menggunakan sensor PPG. Sensor PPG ini menggunakan dua panjang gelombang cahaya yang berbeda yaitu led merah, dengan panjang gelombang 650 nm dan inframerah dengan panjang gelombang 950 nm. Mikrokontroller digunakan untuk memproses data sedangkan LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari sensor tersebut. Hasil pengujian yang dilakukan, dapat dilihat secara langsung melalui LCD. Uji coba alat dilakukan dengan cara membandingkan hasil viskositas alat dengan hasil viskositas laboratorium. Diperoleh konstanta k yang dimasukkan dalam persamaan . Diperoleh rata-rata nilai konstanta untuk diabetes 1,61 x – 0,0153, hipertensi 1,36 x + 0,0087, kolestrol 1,29 x – 0,0017. Rancang bangun viskositas darah dengan sensor PPG dapat digunakan sebagai alat ukur alternatif dengan memasukkan nilai konstanta k.
Putri, Zenny Nurhandinie. 2016. Design of Blood Viscosity Measurement Device with PPG (Photoplethysmograph) Sensor. This thesis was under guidance of Prof. Dr. Ir. Suhariningsih, and Franky Chandra S.A, S.T., M.T., Biomedical Engineering, Physics Departement, Faculty of Science of Technology, Airlangga University.
ABSTRACT
A research has been conducted to design a blood viscosity measurement device with PPG Sensor based Arduino. The samples that has been used in this research were normal and abnormal subjects. Where, the obtained parameters are blood pressure, cholesterol, and diabetes. Method of measurement was done using PPG sensor non-invasively. This PPG sensor has two different wavelengths of light, Red LED with wavelength of 650 nm and Infrared with wavelength of 950 nm. Microcontroller is used for processing data and LCD is used to display the measurement results from the sensor. Results of test, can be seen in LCD directly. The device test was done with compare the viscosity results from device and laboratory test. In this research, obtained k constant and include to the y=k x +c equation. The results are average value of the of the k constant to diabetes with 1,61 x – 0,00153 and hypertension with 1,36 x + 0,0087, cholesterol with 1,29 x – 0,0017. Design of blood viscosity measurement device with PPG sensor can be used as alternative measurement device with input a k constant value.
xi DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL i
LEMBAR PERNYATAAN ii
LEMBAR PENGESAHAN iii
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI iv
KATA PENGANTAR v
2.2. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Viskositas Darah 7
2.3. Hemoglobin (Hb) 10
2.4. Hematokrit (Ht) 11
2.5. Sensor Photoplethysmograph (PPG) 12
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 28
3.3.1.1. Perancangan Hardware 30
3.3.1.2. Perancangan Software 35
4.1.1. Sensor Photoplethysmograph (PPG) 41 4.1.2. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Driver Sensor
Pulse Oximetry 41
4.1.3. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Penguat I 45 4.1.4. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Low Pass Filter I 47 4.1.5. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Penguat II 50 4.1.6. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Low Pass Filter
II 51
4.1.7. Rancangan Perangkat Lunak (Software) 52 4.2. Pengujian dan Analisis Pengukuran Hasil Rancang Bangun
Alat Viskositas Darah dengan Sensor PPG 55 4.2.1. Pengujian Nilai SPO2, Hemoglobin, Hematokrit, dan
Viskositas 55
4.3. Pengujian Pada 10 Jari dan Analisis 63 4.4. Pengujian dan Analisis Dengan Menggunakan 31 0rang Coba
xiii
4.5. Pengujian dan Analisis dengan Menggunakan 6 Orang
Naracoba Sakit 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 67
5.1. Kesimpulan 67
5.2. Saran 68
DAFTAR PUSTAKA 69
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Tabel Halaman
2.1. Kadar Hb Normal 10
2.2. Spesifikasi Arduino UNO 20
4.1. Hasil Uji Rangkaian Driver 44
4.2. Hasil Uji Rangkaian Penguat 46
4.3. Hasil Perbandingan Nilai SPO2 dengan SPO2 Terstandardisasi 56
4.4. Hasil Pengukuran Rasio dan Hb Invasive 58
4.5. Hasil Pengukuran Ht non invasive 60
4.6. Hasil Viskositas Darah Non invasive 62
4.7. Hasil Uji 10 Jari 63
4.8. Hasil Uji Viskositas Non invasive dan Viskositas Laboratorium 65
xv
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1. Efek hematokrit terhadap viskositas 7
2.2. Viskositas darah tergantung pada konsentrasi sel darah
(hematokrit/-PCV) 8
2.3. Pengaruh hematokrit terhadap viskositas darah 12
2.4. Penempatan Jari Pada Sensor PPG 13
2.5. Grafik Penyerapan Cahaya Hemoglobin 14
2.6. Diagram Penyerapan Cahaya Optis 15
2.7. ARDUINO UNO 19
2.8. Tampilan IDE Arduino 21
2.9. LCD dengan Arduino 22
2.10. Rangkaian dasar LPF 23
2.11. Respon frekuensi rangkaian lowpass filter 24
2.12. Penguat Diferensial 25
2.13. IC Op-Amp 27
2.14. Sinyal output dan input rangkaian penguat non inverting 27
3.1. Diagram Alur Prosedur Penelitian 29
3.2. Blok Diagram Alat 30
3.3. Blok Diagram Hardware 31
3.4. Sensor PPG 32
3.5. Skematik Rangkaian Driver 32
3.6. Skematik Rangkaian penguat pertama 33
3.7. Skematik Rangkaian Low Pass Filter Pertama 33
3.8. Skematik Rangkaian Penguat Kedua 34
3.9. Skematik Rangkaian LPF II 34
3.10. Konfigurasi LCD dengan Arduino 35
3.11. Flowchart rancangan software 37
4.1. Hasil Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor
PPG 40
4.2. Hasil Sensor Photoplethysmography (PPG) 41
4.3. Program Uji Driver 42
4.4. Hasil Rancangan Rangkaian Driver 43
4.5. Hasil Output Rangkaian Driver Dengan Menggunakan Jari 44
4.6. Hasil Rangkaian Penguat 45
4.7. Hasil Output Penguat I Saat Ada Jari 47
4.8. Hasil Rangkaian LPF I 48
4.9. Hasil Uji Rangkaian LPF I 49
4.10. Hasil Output Rangkaian LPF Saat Ada Jari 49
4.11. Hasil Rancangan Rangkaian Penguat II 50
4.12. Hasil Output Penguat II Saat Ada Jari 51
4.13. Hasil Perancangan Rangkaian LPF II 51
4.15. Hasil Inisialisasi Pada Arduino IDE 52 4.16. Penulisan Nilai Maksimun dan Minimum Array pada Software
Arduino IDE 54
4.17. Penulisan Rumus pada Arduino IDE 54
xvii
9 Uji Linearitas Hematokrit 83
10 Uji 10 Jari 84
11 Grafik VPP Penguat I 85
12 Grafik VRMS Penguat I 86
13 Grafik Respon Frekuensi Lowpass Filter I 87
14 Grafik VPP Penguat II 88
15 Grafik VRMS Penguat II 89
16 Grafik Respon Frekuensi Lowpass Filter II 90 17 Grafik Uji Linearitas Rasio Dan Hb Invasive 91 18 Grafik Linearitas Hb Invasive Dan Hb Invasive 92
19 Hasil Sinyal Penguatan Pada Osiloskop 93
20 Hasil Sinyal Lowpass Filter Pada Osiloskop 94 21 Listing Program INISIALISASI Pada ARDUINO 95
22 Listing Program ARRAY Pada ARDUINO 96
23 Listing Program RUMUS Pada ARDUINO 97
24 Listing Program Display LCD Pada ARDUINO 98 25 Hasil Laboratorium Nilai Hematokrit 3xHb 99 26 Foto Pengambilan Data Naracoba Normal 100
27 Foto Uji Viskositas Darah Invasive 101
28 Foto Uji Viskositas Darah Non-Invasive 102
29 Hasil Laboratorium Naracoba 1 103
30 Hasil Laboratorium Naracoba 2 104
31 Hasil Laboratorium Naracoba 3 105
32 Hasil Laboratorium Naracoba 4 106
33 Hasil Laboratorium Naracoba 5 107
