T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Media Pembelajaran Sistem Pengukuran Aktivitas Elektrik Jantungeadaan Oksigen dalam Darah, dan Tekanan Darah dengan Metode NonInvasive T1 BAB II

BAB II DASAR TEORI

Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari EKG, PPG, Blood Pressure, module EKG AD8232, Arduino Mega 2560, Bandpass Active Filter, Driver L298D, Handcuff, Air Pump Motor,Sensor TekananMPX5050GP, Solenoid Valve, dan LCD Grafik Touchscreen.

2.1. Aktivitas Elektrik Jantung dan Metode Pengukurannya

EKG adalah sebuah peralatan medis yang digunakan untuk mengukur aktivitas elektrik otot jantung dengan mengukur perbedaan biopotensial bagian luar tubuh. Biopotensial adalah aktivitas listrik dari sel-sel yang ada di dalam tubuh yang menimbulkan sinyal listrik [1]. Sinyal EKG merupakan suatu gambaran dari potensial listrik yang dihasilkan oleh aktivitas listrik otot jantung. Elektrokardiogram merupakan rekaman informasi kondisi jantung yang diambil menggunakan elektrokardiograf yang ditampilkan melalui monitor atau dicetak pada kertas. Sinyal EKG merupakan sinyal

Alternating Current (AC) dengan rentang frekuensi 0,05Hz – 100Hz dengan maksimal amplitudo 2mV [1]. Sebuah contoh sinyal EKG dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Sinyal EKG Normal [1]

2.2. Kadar Oksigen Saturasi Dalam Darah dan Metode Pengukurannya

PPG adalah suatu perangkat yang digunakan untuk mengukur kondisi peredaran darah yang dipompa oleh jantung pada bagian ujung jari atau daun telinga. Hasil pengukuran tersebut dapat berguna untuk mengetahui kondisi jantung. Selain untuk mengamati kinerja jantung, PPG juga dapat dimanfaatkan untuk monitoring pernafasan dan mengukur saturasi oksigen (SpO2) dalam darah. Saturasi oksigen adalah perbandingan hemoglobin yang mengikat oksigen dengan hemoglobin yang tidak mengikat oksigen [2].

Pulse oximetry adalah suatu metode untuk mengukur SpO2. Alat pulse oximetry menggunakan dua panjang gelombang cahaya yang berbeda yaitu, merah antara 630nm - 660nm dan inframerah antara 850nm - 940nm untuk menembus bagian tertentu dari tubuh pasien, biasanya ujung jari atau daun telinga, dan mengukur intensitas cahaya yang berkurang (R-ratio). Jaringan biologi yang sedang diukur terdiri dari banyak unsur - unsur mencakup kapiler, arteri, vena, kulit, dan jaringan yang lainnya. Untuk pembuluh darah arteri penyerapan cahaya tidak tetap, berkurangnya cahaya oleh unsur jaringan lainnya adalah relatif tetap. Transmisi cahaya melalui arteri adalah denyutan yang diakibatkan pemompaan darah oleh jantung.

Pulse oximetry didasarkan pada prinsip oxygenated hemoglobin (HbO2) yang menyerap cahaya yang berbeda dengan deoxygenated hemoglobin (Hb) [2], seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.2.

Alat pulse oximetry menggunakan Light Emitting Diode (LED) merah dan LED inframerah bersama-sama dengan photodetector untuk mengukur penyerapan cahaya melalui jari atau daun telinga. Pengurangan cahaya dapat dilihat pada Gambar 2.3, terdapat tiga bagian besar, yaitu pengurangan cahaya akibat darah arteri, pengurangan cahaya akibat darah vena, dan pengurangan darah akibat jaringan. Pengurangan cahaya akibat aliran darah vena dan jaringan menghasilkan sinyal yang relatif tetap (DC), sedangkan pengurangan cahaya oleh aliran denyut dari arteri menghasilkan sinyal yang tidak tetap (AC).

Gambar 2.3 Transmisi Cahaya Melalui Jari [2]

Penyerapan lebih tinggi cahaya inframerah dibandingkan cahaya merah adalah indikasi dari oksigen saturasi yang tinggi sedangkan penyerapan lebih tinggi cahaya

merah dibandingkan cahaya inframerah adalah indikasi dari oksigen saturasi yang rendah. Fungsi dari oksigen saturasi (SpO2) digambarkan sebagai perbandingan HbO2 dengan total jumlah Hb. Berikut adalah Persamaan 2.1 yaitu perbandingan HbO2

dengan Hb yang diukur menggunakan pulse oximetry :

(2.1)

Keterangan :

SpO2= Kadar oksigen saturasi dalam darah (%). HbO2= Hemoglobin yang mengikat oksigen.

Warna yang lebih gelap pada darah vena dibandingkan darah arteri berkaitan dengan fakta bahwa Hb menyerap warna merah lebih banyak daripada cahaya biru. Perbedaan warna molekul Hb dan HbO2 adalah kunci dari pulse oximetry. Nilai R dihitung dari oximetry dengan pengambilan perbandingan penyerapan cahaya merah dan inframerah [2].

Nilai SpO2 dapat dihitung dengan memasukkan nilai R pada persamaan di bawah

ini [2].

(2.3)

Keterangan :

SpO2= Kadar oksigen saturasi dalam darah (%).

R = Rasio penyerapan cahaya LED merah dengan LED inframerah

2.3. Tekanan Darah dan Metode Pengukurannya

Pengukuran tekanan darah menggunakan metode oscillometry non-invasive otomatis. Metode oscillometry merupakan metode pengukuran tekanan darah menggunakan sensor tekanan untuk mendeteksi tekanan darah manusia. Metode ini mengandalkan sinyal yang berosilasi akibat detak jantung yang terjadi. Dengan melilitkan handcuff yang dapat terisi udara pada lengan kemudian dipompakan sampai tekanan tertentu (Gambar 2.4) dan sensor tekanan akan menerima sinyal tekanan dari handcuff untuk diproses menjadi tekanan sistolik atau diastolik melalui mikrokontroller.

Gambar 2.4 Contoh Hasil Sinyal Keluaran dari Sensor Tekanan [3]

Gambar 2.5 Daerah Osilasi Sinyal Sensor Tekanan [12]

2.4. Module EKG AD8232

AD8232 adalah module EKG yang digunakan untuk mengetahui aktivitas elektrik jantung.

Berikut adalah spesifikasi dari module EKG AD8232 -Low supply current: 170µA.

-Common-mode rejection ratio: 80dB (dc to 60Hz) -High signal gain (G = 100) with dc blocking capabilities

-Single-supply operation: 2,0V to3,5V

-Integrated reference buffer generates virtual ground

Tabel 2.1 Electrode Color Code [15]

2.5. Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 digunakan untuk mengolah data yang didapat dari sensor. Arduino Mega 2560 dipilih karena sudah memiliki fitur plot grafik untuk mempermudah pengamatan.

Gambar 2.7 Arduino Mega 2560 [9]

Spesifikasi Arduino ini adalah :

1. Microcontroller : ATmega2560 2. Input Voltage (recommended) : 7-12V

3. Digital I/O Pins : 54 (of which 15 provide PWM output) 4. Analog Input Pins : 16

5. DC Current per I/O Pin : 20mA 6. DC Current for 3,3V Pin : 50mA

7. Flash Memory : 256kB (ATmega256) of which 8kB used by bootloader 8. SRAM : 8kB

2.6. Bandpass Filter

Bandpass Filter digunakan untuk meloloskan frekuensi dengan rentang tertentu dengan mengatur batas frekuensi bawah (fL) dan batas frekuensi atas (fH) sesuai dengan Persamaan 2.4 dan Persamaan 2.5. Penguatan dapat diatur dengan menggunakan Persamaan 2.6. Rangkain dasar non-inverting bandpass active filter dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Rangkaian non-inverting bandpass active filter

(2.4)

(2.5)

(2.6)

2.7. Driver L293D

Gambar 2.9 Driver L293D [10]

Berikut adalah spesifikasi dari L293D :

• Input Supply-Voltage Range: 4,5V to 5V

• Separate Input-Logic Supply

• Output Voltage Range: 4,5V to 36V

• High-Noise-Immunity Inputs

• Output Current 1A Per Channel (600 mA for L293D)

• Peak Output Current 2A Per Channel (1,2A for L293D)

2.8. Handcuff Blood Pressure

Handcuff digunakan sebagai pelilit lengan untuk proses pengukuran tekanan darah. Handcuff dapat dipompa mencapai tekanan tertentu.

2.9. Air Pump Motor

Motor ini digunakan sebagai pompa angin untuk mengisi handcuff sampai tekanan tertentu.

Gambar 2.11 Mini Air Pump Motor [18]

Spesifikasi alat sebagai berikut : - Tegangan : DC 5V-12V - Arus : 250mA

- Aliran Air Tanpa Beban: 2,0L / min - Tekanan:> 450mmHg

- Tingkat Kebisingan: 65dB

2.10.Sensor Tekanan MPX5050GP

Sensor tekanan digunakan untuk membaca tekanan pada handcuff untuk memperoleh data yang akan diproses oleh Arduino Mega 2560 untuk mendapatkan nilai sistolikdan diastolik.

Spesifikasi dari sensor tekanan MPX5050GP : - Supply : 5 VDC, 7mA typ.

- Ported elements, gauge.

- Pressure range : 0-50kPa atau 0-375mmHg. - Sensitivity : 90mV/kPa atau 12mV/mmHg. - Response time : 1ms.

- Error : 2,5% max.

Gambar 2.13 Wiring Sensor Tekanan MPX5050GP [20]

2.11.Solenoid Valve

Selonoid valve digunakan sebagai katup untuk mengatur keluarnya udara pada

handcuff. Solenoid valve akan terbuka ketika mendapat tegangan masukan 12V.

Spesifikasi alat sebagai berikut : - Bahan utama: Logam - Ukuran: (2 × 1,5 × 1,2) cm3 - Rated voltage: DC 12V - Rated current: 45mA

- Pressure range: 0-350mmHg

2.12.LCD Grafik Touchscreen2,8”

LCD pada Gambar 2.13 digunakan sebagai penampil dari data yang diperoleh dan sebagai tombol untuk memilih pilihan. LCD ini memiliki resolusi 320 × 280 pixels dan sudah memiliki fitur layar sentuh yang dapat diakses melalui Arduino Mega 2560.