1 Alat Ukur Laju Perafasan Manusia Metode Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller
Hanumi1, Sari Lutfiah, S.Kp, M.Kes 2 ,dan Hj.Andjar Pudji, ST,MT 3
ABSTRAK
Ada empat parameter fisiologis penting yang biasa digunakan oleh para perawat atau tenaga medis dalam menentukan status kesehatan pasien di rumah sakit. Keempat parameter tersebut adalah temperatur tubuh, laju detak/denyut jantung, laju pernapasan, dan tekanan darah.
Tingkat respirasi adalah parameter fisiologis penting yang membantu untuk memberikan informasi penting tentang status kesehatan pasien, terutama dari sistem pernapasan manusia. Sehinga diperlukan mengukur laju pernapasan manusia dengan menghitung jumlah frekuensi pernafasan dalam kurun waktu 1 menit, Pengukuran ini biasa dilakukan untuk mendiagnosa suatu penyakit. Dari hasil pengukuran frekuensi pernapasan ada 3 tingkat pengelompokkan, untuk frekuensi Pernapasan normal disebut eupnea, sedangkan jumlah pernapasan yang melebihi rata-rata disebut tachypnea dan lebih rendah dari rata-rata jumlah pernapasan biasa disebut bradypnea
Maka dari latar belakang diatas penulis membuat sebuah alat untuk mendeteksi laju pernafasan manusia dengan metode suhu tubuh berbasis mikrokontroller sehingga operator dapat mengukur laju pernapasan dengan lebih praktis dan akurat.
Hasil data pengukuran terhadap 10 responden dengan metode manual dan alat pembanding bedside monitor maka terdapat error 1,78%, Nilai tersebut masih dibawah batas toleransi error sebesar 5%.
Kata kunci : Suhu, Laju Pernapasan, Breath Per Menit
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Ada empat parameter fisiologis penting yang biasa digunakan oleh para perawat atau tenaga medis dalam menentukan status kesehatan pasien di rumah sakit. Keempat parameter tersebut adalah temperatur tubuh, laju detak/denyut jantung, laju pernapasan, dan tekanan darah (Era Sonata dan Wildian 2015)
Tingkat respirasi adalah parameter fisiologis penting yang membantu untuk memberikan informasi penting tentang status kesehatan pasien, terutama dari sistem pernapasan manusia. Frekuensi pernapasan abnormal bisa menunjukkan berbagai kondisi termasuk penyakit pernafasan serta kelainan sistemik termasuk kelainan kardiovaskular dan asidosis. Tingkat pernapasan juga merupakan parameter yang biasa digunakan dalam pemantauan
pasien rutin untuk mendeteksi dini penyakit dan penurunan kondisi klinis. Pengukuran ini bahkan penting pada pasien yang rentan (Das 2013).
Alat ukur Laju Pernapasan adalah alat yang digunakan untuk menghitung jumlah frekuensi pernafasan dalam kurun waktu 1 menit, Pengukuran ini biasa dilakukan untuk mendiagnosa suatu penyakit. Dari hasil pengukuran frekuensi pernapasan ada 3 tingkat pengelompokkan, untuk frekuensi Pernapasan normal disebut eupnea, sedangkan jumlah pernapasan yang melebihi rata-rata disebut tachypnea dan lebih rendah dari rata-rata jumlah pernapasan biasa disebut bradypnea. Karena itu akurasi jumlah frekuensi pernapasan perlu diperhatikan mengingat pentingnya dalam mendiagnosa suatu penyakit. Frekuensi pernapasan adalah intensitas menghirup atau mengeluarkan udara per menit. dalam standard
pengukuran orang dewasa frekuensi pernapasan berjumlah 12-20.
Metode paling sederhana untuk menentukan laju pernapasan adalah dengan menghitung langsung (secara manual) gerak naik-turun dinding rongga dada, atau dengan mendengar bunyi napas (breathing sounds) melalui stetoskop. Metode ini sangat bergantung pada konsentrasi pikiran dan kepekaan indera pelaku pengukuran/ pengamatan. Oleh karena sifat manusia yang mudah lupa, lelah, dan bosan, hal ini tentunya akan berdampak pada keakurasian hasil dari pengukuran yang berdampak dalam mendiagnosa suatu pasien, khususnya penyakit asma, infeksi paru-paru seperti pneumonia, Penyakit Paru Obstruktif Kronik (PPOK), atau emboli paru. Maka kini banyak dikembangkan metode pengukuran/ pengamatan laju pernapasan secara elektronik (Era Sonata dan Wildian 2015).
Dari dasar-dasar seperti itulah penulis mencoba membuat alat untuk mendeteksi frekuensi pernafasan dengan judul “Alat Ukur Laju Pernafasan Manusia Metode Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller” yang sebelumnya belum pernah dibuat di Jurusan Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya dengan harapan dapat memenuhi kebutuhan tenaga kesehatan perawat maupun dokter dapat bekerja secara efektif dan efisien, untuk meminimalkan kesalahan dalam mendiagnosa suatu pasien.
1.2 Batasan Masalah
1.2.1 Menggunaan sensor suhu LM35 atau sejenisnya. 1.2.2 Pengukuran dilakukan untuk
kategori umur remaja akhir sampai lansia awal yaitu dengan umur 17-55 tahun,
untuk pria dan wanita pada lingkungan kampus Teknik Elketromedik.
1.2.3 Tampilan laju pernafasan menggunakan display LCD ukuran 2 x 16 disertai dengan indikator normal(eupnea), trakypnea dan bradypnea. 1.3 Rumusan Masalah
Dapatkah alat Alat Ukur Laju Pernafasan Manusia Metode Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller dibuat dengan menggunakan komponen yang tersedia dipasaran ?
1.4 Tujuan Penelitian 1.4.1 Tujuan Umum
Dibuatnya Alat
Ukur Laju Pernafasan Manusia Metode Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller dengan bahan yang dapat tersedia dipasaran.
1.4.2 Tujuan Khusus
Dengan acuan permasalahan di atas, maka secara operasional tujuan khusus pembuatan alat ini antara lain :
1.4.2.1 Membuat rangkaian pengukur suhu sensor LM35.
1.4.2.2 Membuat rangkaian pemroses sinyal LM 35
1.4.2.3 Membuat rangkaian sistem minimum ATMEGA 8.
1.4.2.4 Membuat software mikrokontroller pada AVR. 1.4.2.5 Membuat rangkaian display
LCD .
1.4.2.6 Melakukan uji fungsi alat.\ 1.4.2.7 Melakukan analisis dengan
SWOT dengan metode teknometri.
1.5 Manfaat Penelitian 1.5.1 Manfaat Teoritis
Meningkatkan pengetahuan khususnya mahasiswa Teknik Elektromedik tentang perhitungan frekuensi pernafasan dengan menggunakan metode suhu tubuh berbasis mikrokontroller. Serta dapat mengetahui cara menganalisa suatu alat dengan menggunakan metode SWOT dan Teknometri dengan tepat.
1.5.2Manfaat Praktis
Dengan adanya penelitian ini 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
serta menghidari resiko infeksi silang.
2. METODOLOGI
2.1 Diagram Mekanis Sistem
Gambar Diagram Mekanis system
2.2 Diagram Blok Sistem
Gambar Diagram blok system
Pertama- tama sensor mendeteksi temperatur pernapasan manusia. Kedua setiap kali udara keluar melalui hidung maka tegangan sensor LM35 berubah karena sesnsor LM 35 dapat mengubah suhu menjadi besaran tegangan, dan perubahan ini digunakan untuk mencacah laju pernapasan manusia yang dioalah oleh rangkaian pengolah sinyal. Kemudian Output dari rangkaian pengolah
sinyal dibaca oleh mikrokontroller yang diatur oleh program. Output pernafasan akan dibaca dalam keadaan sehat maupun dalam keadaan sakit serta menampilkan keterangan bradypnea, eupne dan takypnea yang akan di tampilkan pada display LCD beserta indikatornya.
2.3Diagram Alir Proses/Program
Gambar Diagram Alir Program .
3. HASIL DAN ANALISA
3.1 Hasil Pengukuran Dan Analisis
3.1.1 Pengukuran output sensor LM 35
Gambar 3.1 Output Sensor LM 35 Output dari sensor LM35 berupa suhu yang terdeteksi ketika menghembuskan nafas, dan sesuai dengan karakteristik sensor LM 35 maka, suhu dalam derajat celcius akan dirubah menjadi besaran tegangan dimana keluaran sensor akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius, sehingga output gelombang menandakan input tegangan DC.
3.1.2 Pengukuran Test Point Kedua Rangkaian Pengolah Sinyal Ketika Ada Hembusan
Gambar 3.2 Output Kedua Rangkaian Pengolah Sinyal Ketika Ada Hembusan.
Pada pengukuran di test point kedua saat yang merupakan output dari Op-Amp LM358 pada output kaki 1 yaitu setelah sinyal melalui high pass filter, low pass filter dan penguat tegangan dalam kondisi menerima hembusan tampak berupa gelombang AC yang menandakan sinyal outputan , memiliki frekuensi 174mHz dengan amplitudo 448mV.
3.1.3 Pengukuran Test Point Ketiga Rangkaian Pengolah Sinyal Ketika Ada Hembusan
Gambar 3.3 Output Ketiga Rangkaian Pengolah Sinyal Ketika Ada Hembusan.
Pada pengukuran test point ke tiga yaitu merupakan output dari OP-Amp 358 yang telah di filter kembali melalui high pass filter, output yang dihasilkan berupa gelombang AC yang memiliki frekuensi 198.mHz dan amplitude 616mV, perubahan gelombang menandakan adanya sinyal input atau hembusan .
3.1.4 Pengukuran Test Point Keempat Rangkaian Penguat dan Filter Ketika Ada Hembusan
Gambar 3.4 Output Keempat Rangkaian Pengolah Sinyal Ketika Ada Hembusan.
Pada pengukuran test point ke empat saat diberi hembusan mengasilkan output berupa gelombang AC berbentuk kotak memiliki frekuensi 372,5mHz dan amplitudo 4V menandakan amplitude yang lebih tinggi jika di bandingkan dengan test poin 1, 2 dan 3.
4. PEMBAHASAN
4.1 Analisa Hasil Perhitungan Perbandingan Modul dengan Alat Pembanding Bedside Monitor dan Metode Manual
Pada setiap Responden di ambil sebanyak 5x terhadap 10 Responden yang berbeda dengan membandingkan terlebih
dahulu antara Laju
Pernapasan/Respiration Rate yang di peroleh dari kalibrator (bedside monitor) dengan modul alat yang penulis buat lalu membandingkan laju pernapasan yang diperoleh dari modul dengan alat kalibrator (manual). Dari hasil yang terbaca oleh alat, maka data yang terukur
nilainya ada yang bervariasi karena pengambilan data dilakukan dengan metode manual pada kalibratornya, tetapi banyak juga data yang sama antara kalibrator dengan modul karena pengukuran keduanya menggunakan satu sumber, yaitu hembusan napas. Di samping itu data yang terbaca oleh kalibrator juga bervariasi sehingga pembanding yang digunakan untuk membandingkan data pada alat tidak sama. Untuk itu penulis membuat perhitungan rata-rata, error, %error, SD, UA, U95 dan masing-masing table nilanya bervariasi.
Sedangkan untuk dapat mengetahui apakah alat yang telah dibuat dapat digunakan sebagai alat ukur yang baik yaitu dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Rata-Rata Kesalahan (%Error) =
n Error
%
Data Responden I % Error = 2,02 %
Data Responden II% Error = 1,03 %
Data Responden III % Error = 2,29 %
Data Responden IV % Error = 2,32 %
Data Responden V % Error = 2,44 %
Data Responden VI % Error = 1,01 %
Data Responden VII% Error = 1,54 %
Data Responden VIII % Error = 0 %
Data Responden IX % Error = 2,94 %
Data Responden X % Error = 2,29%
%Error = 2,02 % +1, 03 % + 2,29 % + 2,32 % + 2,44 % + 1,01 % + 1,54% + 0% + 2,94% + 2,29 = 17,88 %Rata-Rata Kesalahan (%Error)
= n Error
% = 1,788% 10 17,88% Setelah di akumulasi maka Rata-rata Kesalahan bernilai = 1,788% , pada ketentuan ECRI tentang kesalahan maximal yang diizinkan pada parameter alat ukur laju pernapasan untuk bedside monitor yaitu sebesar 5%, sehingga modul alat ukur laju pernapadan manusia dengan metode suhu tuhuh berbasis mikrokontroller layak digunakan.
4.2 Analisis SWOT dengan metode Teknometri
Dari hasil analisa dam sesuai teori pada equipment pyramid dapat dinyatakan
bahwa alat tugas akhir laju pernafasan manusia metode suhu tubuh tergolong pada alat kesehatan kategori sederhana atau Low End Equipment.
A. Analisis SWOT Pada Technoware pada faktor Opportunities (Kesempatan) Belum pernah dibuat Alat ukur laju pernapasan dengan metode suhu tubuh di Jurusan Teknik Elektromedik sehingga merupakan inovasi dari alat sejenis yang sudah ada sebelumnya, alat laju pernapasan dengan metode suhu tubuh dapat mendeteksi pernapasan manusian dalam keadaan lemah sekalipun dan tidak dipengaruhi oleh kondisi kebisingan seperti pada alat tugas akhir sejenis yang menggunakan sensor mic condensor.
B. Analisis SWOT Pada Humanware pada faktor Opportunities (Kesempatan) Membantu meringankan kinerja dokter ataupun perawat dalam melakukan diagnosa awal pada pasien terhadap salah satu parameter fisiologis penting yang menentukan status kesehatan pasien. C. Analisis SWOT Pada Infoware pada faktor Opportunities (Kesempatan)
Dan dengan adanya alat laju pernapasan yang sifatnya easy to use dan di lengkapi dengan indikator yang mudah dipahami maka pasien dapat melakukan
pemeriksaan frekuensi pernapasan secara mandiri dan berkala.
D. Analisis SWOT Pada Orgaware pada faktor Opportunities (Kesempatan)
Adanya jadwal pemeliharaan yang terencana serta SOP yang selalu di lampirkan agar kondisi kinerja alat berjalan dengan baik.
4.3 Pembuatan Rangkaian Pengolah Sinyal
Gambar 5.1 Rangkaian Pengolah Sinyal
Cara kerja rangkaian :
Rangkaian pengkondisi sinyal menggunakan supply 5 volt. Saat pendeteksian suhu dari hembusan nafas maka suhu yang dirubah menjadi besaran tegangan seuai dengan karakteristik sensor LM 35 dimana sensor akan mengalami kenaikan sebersar 10 mV setiap derajad celcius, lalu input pada rangkaian pengkondisi sinyal yang berasal dari sensor LM 35 akan melalui high pass filter berguna sebagai filter yang dapat memblokir component frekuensi rendah
J7 CON2 1 2 R3 1K5 +5v R1 1K5 R8 22K -+ U1B LM358 5 6 7 C2 0,47uF J8 CON2 1 2 R4 330K J1 Out 1 2 C3 100uF -+ U1A LM358 3 2 1 8 4 R2 330K +5v J6 in 1 2 3 +5v R7 22K J5 Supply 1 2 C4 100uF C1 0,47uF J4 TP1 1
dibawah frekuensi cut off sehingga sinyal dengan frekuensi di atas 0,07Hz akan dilewatkan, apabila rangkaian filter high pass ini diberikan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off maka sinyal tersebut akan di lewatkan ke output rangkaian melalui komponen C. Kemudian pada saat sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter lolos atas atau high pass filter memiliki frekuensi di bawah frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal input tersebut akan dilemahkan dengan cara dibuang ke ground melalui komponen R, sehingga akan meloloskan sinyal dengan gelombang AC , rangkaian high pass filter di setting dengan frekuensi cut off sebagai berikut:
Selain itu, rangkaian Low Pass Filter berfungsi untuk meloloskan sinyal dengan frekuensi di kurang dari frekuensi cut off, sehingga sinyal dengan frekuensi lebih dari 1 Hz akan dilemahkan, rangkaian high pass filter di setting dengan frekuensi cut off sebagai berikut:
Sinyal masuk pada ic LM358 sinyal tersebut dikuatkan menggunakan penguatan non inverting dengan penguatan 221 kali dengan rumus :
Frekuensi dari sinyal tubuh tersebut akan menentukan nilai nafas seseorang dengan cara :
Jadi BPM diperoleh dari mengalikan frekuensi sinyal dengan waktu 60 detik. Karena frekuensi adalah banyaknya gelombang dalam 1 detik maka harus dikali 60 agar mendapat 1 menit. Sebagai contoh semisal seseorang mempunyai frekuensi 0,2 Hz maka Breath/menit nya adalah :
Breath/menit = 0,2 Hz x 60 Detik = 12 Breath/menit
Kemudian sinyal masuk pada rangkaian penguatan kedua dimana sinyal masuk pada filter aktif terlebih dahulu kemudian dikuatkan lagi.dan difilter seperti blok sebelumnya.
Breath/menit = Frekuensi x 60 Detik
4.4 Program Mikrokontroller Untuk Menghitung Laju Pernapasan
while(timerselesai==0) { dataadc=read_adc(0); if(PINC.5==0) { timerjalan=1; } if(dataadc>50) { if(logika==0) { if(timerjalan==1) { pernapasan++; lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Breath/m = "); itoa(pernapasan,temp); lcd_puts(temp); } clocknafas++; if(clocknafas==3) { waktu=waktu*20; realtimenafas=180000/waktu; itoa(realtimenafas,temp); lcd_gotoxy(7,0); lcd_puts(temp);lcd_puts(" "); clocknafas=0; waktu=0; } delay_ms(300); } logika=1; }else{ logika=0; } 5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Secara menyeluruh penelitian ini dapat menyimpulkan bahwa: Telah dibuat Alat Ukur Laju Pernafasan Manusia Dengan Metode Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroller, menggunakan rangkaian pengolah sinyal LM35 yang ditampilkan melalui display LCD. Kondisi pasien dalam keadaan tenang pada saat pengukuran. Jika pasien selama 1 menit menghembuskan nafas <12 maka pernapasannya lambat (Bradypnea), jika >20 maka pernapasannya cepat (Takypnea) .
5.2 SARAN
Pengembangan penelitian ini dapat
dilakukan pada :
1. Menggunakan sesnsor lain selain LM35 agar terdapat inovasi dan pengukuran yang dihasilkan lebih baik.
2. Bisa di desain portable agar lebih praktis penggunaannya.
DAFTAR PUSTAKA
Agnihotri, A., 2013, Human Body Respiration Measurement Using Digital Temperature Sensor with I2c Interface, International Journal of Scientific and Research
Publications, Volume 3, Issue 3, University of R.G.P.V, Bhopal, (M.P).
Ratna,dkk. 2015, Penilaian Teknolosi Dengan Metode Teknometrik Di PT. Indo Acidatama Chemical Industry Solo, Volume 5, Staf Pengajar Jurusan Teknik Industri-UNDIP Semarang.
Sunarno,dkk. 2013, Aplikasi Sensor Tekanan Gas MPX5100 Dalam Alat Ukur Kapasitas Vital Paru-Paru, Universitas Negeri Semarang.
Das, Souvik, 2013, Development Of A Respiration Rate Meter- A Low- Cost Design Approach, Health Informatics-An International Journal(HIIJ), Volume 2, JIS College of Engineering.
Ramadhani, Yuliastuti., 2012, Analisa Daya Saing Perusahaan Ditinjau Dari Assesmen Teknologi, Jurnal Teknologi Technoscientia, Volume 5 , Nomor 1, Institus Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta.
Wendi dan Wildian, 2015, Rancang Bangun Alat Ukur Laju Pernapasan Manusia Berbasis Mikrokontroler Atmega8535, Jurnal Fisika Unand,
Volume 4, Nomor 4, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Andalas.
Sulthonuddin, 21 April 2014, Pengertian Teknopreneur,
http://tempreneur4.blogspot.co.id/2014/04 /pengertian-teknopreneur.html
