RANCANG BANGUN ELEKTROKARDIOGRAF (EKG)
SKRIPSI
TYAS ISTIQOMAH
PROGRAM STUDI S1 TEKNOBIOMEDIK FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
RANCANG BANGUN ELEKTROKARDIOGRAF (EKG)
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Teknobiomedik
Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Oleh
TYAS ISTIQOMAH 080810191
Tanggal Lulus : 6 September 2012
Disetujui oleh:
Pembimbing I,
Ir. Welina Ratnayanti Kawitana NIP. 19500627 197901 2 001
Pembimbing II,
LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI
Judul : Rancang Bangun Elektrokardigraf (EKG)
Penyusun : Tyas Istiqomah
NIM : 080810191
Pembimbing I : Ir. Welina Ratnayanti Kawitana Pembimbing II : Franky Chandra S.A., S.T., M.T Tanggal seminar : 6 September 2012
Disetujui oleh :
Mengetahui, Pembimbing I,
Ir. Welina Ratnayanti Kawitana NIP. 19500627 197901 2 001
Pembimbing II,
Franky Chandra S.A., S.T., M.T NIP. 19830128 200912 1 004
Ketua Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
Drs. Siswanto, M.Si. NIP. 19640305 198903 1 003
Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan hidayah,
inayah, dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan naskah skripsi
yang berjudul “Rancang Bangun Elektrokardiograf (EKG)”.
Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan.
Pada kesempatan ini, penyusun menyampaikan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1.Papa (M. Utsman Faruq Moehtadi) dan mama (Nurul Magdaniah) terhebat
sepanjang masa. Terimakasih tak terkira untuk semua kasih sayangnya, semoga
Allah selalu menyayangi dan menjaga papa mama. Untuk adik tersayang,
Limpat Salamat, terimakasih hiburan dan keceriaannya, semoga selalu menjadi
ketua Osis kebanggaan SMAN 5 Surabaya, I’m so proud of you!
2.Kaik, nenek, kakek, dan semua om serta tante atas semua doa dan restunya
selama ini.
3.Ketua Departemen Fisika sekaligus dosen wali penyusun, Bapak Drs. Siswanto,
M.Si, yang telah memberikan kemudahan untuk dapat menyelesaikan
penelitian skripsi ini.
4.Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik, Ibu Dr. Retna Apsari, M.Si, yang
telah memberikan support dan dukungan untuk penyelesaian skripsi ini.
5.Ibu Ir.Welina Ratnayanti Kawitana selaku pembimbing I yang selalu
memberikan masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk
6.Bapak Triwiyanto, S.Si, M.T yang telah memberikan saran kritik serta menjadi
pembimbing yang sangat baik dan menjadi rekan diskusi penyusun untuk bisa
menyelesaikan penelitian EKG ini.
7.Bapak Drs. Tri Anggono yang telah memudahkan penyusun untuk
menggunakan laboratorium serta memberikan saran demi terselesaikannya
penelitian EKG.
8.Bapak Franky Chandra S.A., S.T., M.T selaku pembimbing II yang meluangkan
waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi.
9.Bapak Imam Sapuan, S.Si, M.Si dan Bapak Dr. Moh.Yasin, M.Si terimakasih
atas masukannya sebagai penguji.
10.Bapak Dr. I Gde Rurus Suryawan Sp. Jp (K) yang banyak memberikan masukan, serta
kritik dan saran yang membangun pada ide pembuatan EKG.
11. Dr. R. Heru sekaligus om penyusun yang telah bersedia menjadi konsultan jantung
serta EKG nya. Terimakasih juga untuk tante Erma Safitri atas semua channel dan
kemudahan yang diberikan untuk mempermudah penyusun menyelesaikan skripsi ini.
12. Thieara Ramadanika yang sudah banyak meluangkan waktunya, memberikan support,
dan sangat setia menemani penyusun selama ini. Terimakasih untuk setiap hiburan,
keceriaan, dan ketulusannya yang tak terkira. Semoga tercapai setiap cita-citanya.
13. Genk Brutal (Yuyun, Talitha, Rima, Rizka), Genk Begundal (Affan, Guruh, Fadil,
Ook), Genk DoTa (Justi, Gilang, Taufiq), Aditya sobh dan Wida terimakasih atas
persahabatan indah selama 4 tahun ini.
14. Teman-teman dan senior HIMAFI Unair yang sudah memberikan pelajaran hidup dan
menjalani suka duka bersama selama ini, terimakasih semuanya.
16. Teman-teman Teknobiomedik 2008, Agnes, Ardika, Arinda, Ary, Irma, Donna, Bilal,
Ima, Farah, Miranda, Ninik, Metex, Wita, Rio, Sabrina, Devi, Windy, Yudha, Yudhis,
Masta terimakasih untuk keceriaannya di Teknobiomedik pertama ini.
17. Bu Delima, Mbak Endang, serta semua dosen-dosen dan staf karyawan Program Studi
S1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga yang telah memudahkan penyusun dalam
proses penelitian skripsi ini.
Skripsi ini disusun dengan sepenuh hati dan kesungguhan untuk bisa
mempersembahkan karya di bidang ilmu pengetahuan. Namun bagaimanapun,
penyusun juga menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan.
Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk
perbaikan naskah skripsi ini.
Surabaya, September 2012
Penyusun
Istiqomah, Tyas, 2012, Rancang Bangun Elektrokardiograf (EKG). Skripsi di bawah bimbingan Ir.Welina Ratnayanti Kawitana dan Franky Chandra S.A., S.T., M.T, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya
ABSTRAK
Jantung sebagai salah satu organ vital bagi tubuh dengan fungsi utamanya untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh sangat rentan terserang penyakit. Untuk dapat memeriksa kondisi kesehatan jantung seseorang digunakan alat EKG (elektrokardiogram) yang kini sangat banyak tersedia di pasaran. Namun harganya yang yang mahal serta penggunaannya yang tidak dapat dibawa kemana-mana menjadi penghambat tersendiri. Untuk itu akan dibuat sebuah rancang bangun EKG sehingga EKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena mobile serta murah. Hasil yang ditampilkan adalah sinyal PQRST jantung pada software Scope Osiloskop. Untuk rangkaian hardware yang digunakan adalah rangkaian catu daya, rangkaian amplifier, rangkaian bandpass filter, dan rangkaian buffer. Setelah EKG berhasil dibuat selanjutnya dilakukan proses perbandingan dengan EKG Standard. Adapun selisih nilai tegangan dan waktu yang didapat untuk masing-masing lead adalah Lead I 0,02mV dan 0,004s, Lead II 0,02mV dan 0,003s, Lead III 0mV dan 0,01s. Hasil yang didapat tersebut masih termasuk dalam rentang ketelitian EKG Standard.
Istiqomah, Tyas, 2012, Design of Electrocardiograph (ECG). Final project was under guidance Ir.Welina Ratnayanti Kawitana and Franky Chandra S.A., S.T., M.T, Department of Physics, Faculty of Sains and Technology, Airlangga University, Surabaya
ABSTRACT
Heart as one of the vital organs of the body with its main function to circulate blood throughout the body, is vulnerable to diseases. In order to check the condition of one's heart health, ECG (electrocardiograph) is used, which is now very available in large quantities in the market. But the high price and its usage of which is not portable, becomes an obstacle to itself. Therefore, a design to create an efficient, mobile and cheap ECG was made. The results shown were the PQRST heart signals on the Oscilloscope Scope software. On the hardware, power supply, amplifier, bandpass filter and buffer circuits were utilized. After ECG (electrocardiograph) has succesfully made, it compared with standard ECG (electrocardiograph). The difference between the voltage and time values obtained for each lead is Lead I 0.02mV and 0.004s, Lead II 0.02mV and 0.003s, Lead III 0mV and 0.01s. The results are still included within the range of accuracy of ECG Standard.
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PERNYATAAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ... iv
KATA PENGANTAR... v
ABSTRAK ... viii
ABSTRACT ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Jantung ... 5
2.1.1 Elektrofisiologis Sel Jantung ... 7
2.1.2 Konduksi Jantung ... 9
2.2 EKG (Elektrokardiograf)... 11
2.2.2 Pembacaan EKG ... 15
2.3 Elektroda ... 16
2.4 Rangkaian Instrumentasi ... 18
2.4.1 Rangkaian Catu Daya ... 18
2.4.2 Rangkaian Diferensial Amplifier ... 19
2.4.3 Rangkaian Buffer ... 21
2.4.3 Rangkaian Filter... 22
2.5 IC LM 324 ... 24
2.6 Sound Card... ... 26
2.7 Soundcard Osiloskop ... 28
BAB III METODE PENELITIAN ... 30
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 30
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ... 30
3.2.1 Alat Penelitian ... 30
3.2.2 Bahan Penelitian ... 31
3.3 Blok Diagram ... 31
3.3.1 Cara Kerja Blok Diagram ... 32
3.4 Prosedur Penelitian ... 33
3.4.1 Tahap Persiapan ... 33
3.4.2 Tahap Perancangan ... 34
3.4.3 Tahap Pembuatan ... 41
3.4.4 Tahap Pengujian dan Perbandingan ... 41
3.4.5 Analisis Data ... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 44
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data ... 46
4.2.1 Pengujian Rangkaian Penguat ... 46
4.2.2 Pengujian Rangkaian Filter ... 48
4.2.3 Pengujian EKG Pada Pasien ... 49
4.3 Perbandingan Alat... 53
4.3.1 Perbandingan Amplitudo EKG Standard dan EKG Rancangan ... 53
4.3.2 Perbandingan Periode EKG Standard dan EKG Rancangan ... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 60
5.1 Kesimpulan... ... 60
5.2 Saran... ... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 62
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Tabel Halaman
4.1 Hasil Uji Rangkaian Penguat ... 46
4.2 Perbandingan Amplitudo Lead I ... 54
4.3 Perbandingan Amplitudo Lead II ... 55
4.4 Perbandingan Amplitudo Lead III ... 55
4.5 Perbandingan Periode Lead I ... 57
4.6 Perbandingan Periode Lead II... 58
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1 Jantung... 5
2.2 Potensial Aksi Jantung ... 9
2.3 Struktur dan Sistem Konduksi Jantung ... 10
2.4 Potensial Membran Pemacu Jantung ... 11
2.5 Sinyal Keluaran EKG ... 12
2.6 Pemasangan Titik Reference Elektroda 3 Lead ... 13
2.7 Segitiga Einthoven ... 14
2.8 Hasil EKG Masing-Masing Lead ... 14
2.9 Sinyal EKG Normal ... 16
2.10 Prinsip Kerja Elektroda ... 17
2.11 Regulator 7805 ... 19
2.12 Rangkaian Penguat Diferensial ... 20
2.13 Rangkaian Buffer ... 21
2.14 Rangkaian Low Pass Filter... 24
2.15 Rangkaian High Pass Filter ... 24
2.16 Diagram Blok Op-Amp ... 25
2.17 IC LM 324 ... 25
2.18 Sound Card ... 28
2.19 Tampilan Awal Soundcard Osiloskop ... 29
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Lampiran
1. Hasil Alat EKG ... 65
2. Hasil Uji Rangkaian Penguat ... 67
3. Hasil Uji EKG ... 70
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah
Jantung adalah salah satu organ vital bagi tubuh yang fungsi utamanya
untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh. Jantung terdiri dari bagian kanan dan kiri
yang terbagi menjadi atrium pada bagian atas jantung dan ventrikel pada bagian
bawah jantung. Darah dari masing-masing atrium dikirim ke ventrikel. Darah dari
ventrikel kanan dipompa ke paru dan darah dari ventrikel kiri dipompa ke seluruh
tubuh. Jantung dapat berkontraksi yang biasa disebut dengan ritme jantung dari
adanya mekanisme ini. (Guyton, 2006)
Pada jantung terdapat otot yang berkontraksi secara otomatis hingga
dihasilkan arus listrik dalam bentuk potensial aksi atau konduksi jantung dan
ritme jantung dapat dikontrol (Kurachi, 2001). Arah konduksi jantung adalah dari
Sinotrial (SA) node menuju Atriventricular (AV) node selanjutnya menuju bundle of his dan bercabang di serat purkinje yang masing-masing menuju ventrikel kiri dan ventrikel kanan (Jones, 2005). Konduksi jantung berhubungan dengan jumlah
heart rate (detak jantung) per menit. Heart rate digunakan sebagai indikasi adanya kelainan pada jantung. Jumlah normal heart rate adalah 60-100 kali/menit.
Jantung sebagai salah satu organ vital tubuh sangat rentan terserang
penyakit. Pemeriksaan jantung biasa dilakukan dengan EKG (elektrokardiogram).
Hasil yang ditampilkan pada EKG berupa sinyal PQRST dengan makna tertentu.
Gelombang P sebagai bentuk adanya depolarisasi atrium, kompleks QRS berarti
Berdasarkan sinyal yang dihasilkan dapat dianalisa oleh dokter tentang penyakit
yang diderita.
Kebanyakan perangkat EKG saat ini merupakan produk import serta harga
yang sangat mahal. Selain itu penggunaan perangkat EKG tersebut yang tidak
praktis karena kurang mobile karena perangkatnya yang besar dan biasanya hanya dimiliki oleh rumah sakit besar.
Subhi telah melakukan penelitian di tahun 2012 mengenai EKG. Penelitian
yang dilakukannya adalah dengan menghitung jumlah heart rate dari satu lead saja, yaitu lead II yang ditampilkan pada LCD dengan sistem wireless. Namun penelitian ini dirasa kurang lengkap karena hanya menghitung jumlah heart rate tanpa bisa melihat kondisi jantung keseluruhan dari lead standard tubuh.
Berdasarkan hal tersebut, maka dibuat rancang bangun EKG yang tetap
bersifat mobile, dapat menampilkan bentuk kompleks PQRST jantung serta diambil dari tiga lead standard tubuh untuk penggunaan EKG. EKG yang dibuat
menggunakan sistem soundcard ke laptop. Selain itu pembuatan di dalam negeri dengan biaya terjangkau juga menjadi sebuah kelebihan. Penggunaan soundcard juga dirasa praktis dan hasil yang didapatkan tidak terlalu banyak menimbulkan
noise. Penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu software dan hardware.
Pada bagian software terdapat tampilan sinyal jantung dengan bentuk kompleks P,Q,R,S,T yang ditampilkan pada program Scope Osiloskop. Pada
Rangkaian catu daya digunakan sebagai sumber tegangan keseluruhan
sistem hardware yang bekerja. Rangkaian Amplifier digunakan untuk penguat sinyal agar dapat diproses sistem. Rangkaian filter digunakan untuk mereduksi
noise dan interferensi lainnya yang terbawa penguatan. Rangkaian buffer digunakan sebagai penyangga rangkaian.
Sebagai pengukur dari tubuh pasien digunakan hanya tiga buah sadapan,
yaitu RA (right arm), LA (left arm), dan LL (left leg) serta ditambah satu sadapan sebagai grounding yaitu di RL (right leg). Analisis yang dilakukan berdasarkan pengambilan data berupa nilai tegangan dari amplifier dan filter serta gambar
sinyal yang ditampilkan untuk dibandingkan dengan alat yang sudah terkalibrasi.
Diharapkan dengan adanya alat ini dapat memberikan tampilan sinyal
yang rendah noise dan akurat serta dapat digunakan sebagai alat yang tepat guna di bidang medis.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah merancang bangun EKG mobile dan ditampilkan pada laptop?
2. Bagaimanakah kinerja EKG yang dibuat setelah dilakukan kalibrasi
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini terbatas pada :
1. Sadapan yang digunakan sebanyak tiga buah dan diletakkan pada titik LA
(left arm), LL (left leg) dan RA (right arm). Satu titik sadapan digunakan sebagai grounding, yaitu titik RL (right leg).
2. Perancangan difokuskan pada perangkat keras EKG.
3. Perancangan EKG hanya menampilkan sinyal kompleks P,Q,R,S,T pada
laptop.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Merancang bangun EKG yang bersifat mobile dan ditampilkan pada laptop.
2. Mengetahui kinerja EKG yang dibuat setelah dilakukan perbandingan
dengan EKG yang sudah standard.
1.5 Manfaat Penelitian
1. EKG yang dapat dibuat diharapkan dapat menjadi suatu alat medis
produksi lokal serta murah yang digunakan paramedis.
2. Dengan penggunaan soundcard diharapkan dapat memberikan sistem yang
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jantung
Secara fisiologi, jantung adalah salah satu organ tubuh yang paling vital
fungsinya dibandingkan dengan organ tubuh lainnya. Dengan kata lain, apabila
fungsi jantung mengalami gangguan maka besar pengaruhnya terhadap
organ-organ tubuh lainnya terutama ginjal dan otak karena fungsi utamanya untuk
sirkulasi darah ke seluruh tubuh sebagai metabolisme sel-sel untuk kelangsungan
hidup.
Gambar 2.1 Jantung (Guyton, 2006)
Jantung terdiri dari dua bagian, yaitu jantung bagian kanan dengan fungsi
sebagai pemompa darah ke paru dan jantung bagian kiri sebagai pemompa darah
ke seluruh tubuh. Pada masing-masing bagian jantung terdapat dua bilik (ruang)
yaitu atrium pada bagian atas jantung dan ventrikel pada bagian bawah jantung.
Masing-masing atrium adalah sebuah pompa yang lemah untuk memompa darah
melalui ventrikel kanan dan ke seluruh tubuh melalui ventrikel kiri. Ketika sistem
ini berfungsi normal, atrium berkontraksi kira-kira seper enam detik mendahului
kontraksi ventrikel, sehingga memungkinkan pengisian ventrikel sebelum
ventrikel memompa darah menuju paru-paru dan tubuh.
Pada jantung terdapat otot yang mirip dengan otot rangka karena
mekanisme kontraksi keduanya hampir sama. Namun terdapat beberapa
perbedaan pada keduanya, yaitu otot jantung bekerja tanpa perintah neuron seperti
pada otot rangka karena kerja otot jantung adalah otomatis. Perbedaan kedua
terletak pada durasi kontraksi keduanya yang mana durasi (lama) kontraksi otot
jantung lebih lama dibanding otot rangka. Jantung tersusun dari beberapa jenis
otot, yaitu otot atrial, otot ventricular, otot excitatory dan serat otot conductive. Kontraksi jantung yang kuat terletak pada otot atrial dan otot ventricular. Otot
excitatory dan otot conductive berkontraksi sangat lemah karena hanya terdiri dari sedikit benang-benang fibril. Namun, masing-masing otot tersebut berkontraksi
secara otomatis hingga dihasilkan arus listrik dalam bentuk potensial aksi atau
konduksi jantung dan ritme jantung dapat dikontrol (Kurachi, 2001). Sewaktu
impuls jantung melewati jantung, arus listrik akan menyebar kedalam jaringan di
sekeliling jantung dan sebagian kecil dari arus tersebut akan menyebar ke
permukaaan tubuh yang lain.
Jantung dapat terserang penyakit sehingga jantung tidak dapat
menjalankan tugasnya dengan baik. Hal-hal tersebut antara lain:
1. Otot jantung yang lemah. Ini adalah kelainan bawaan sejak lahir. Otot
berlebihan, karena pemaksaan kinerja jantung yang berlebihan akan
menimbulkan rasa sakit di bagian dada, dan kadangkala dapat
menyebabkan tubuh menjadi Nampak kebiru-biruan. Penderita lemah otot
jantung ini mudah pingsan.
2. Adanya celah antara serambi kanan dan serambi kiri, oleh karena tidak
sempurnanya pembentukan lapisan yang memisahkan antara kedua
serambi saat penderita masih di dalam kandungan. Hal ini menyebabkan
darah bersih dan darah kotor tercampur. Penyakit ini juga membuat
penderita tidak dapat melakukan aktifitas yang berat, karena aktifitas yang
berat hampir dapat dipastikan akan membuat tubuh penderita menjadi biru
dan sesak nafas, walaupun tidak menyebabkan rasa sakit di dada. Ada pula
variasi dari penyakit ini, yakni penderitanya benar-benar hanya memiliki
satu buah serambi (Azhar, 2009).
2.1.1 Elektrofisiologis Sel Jantung
Dinding sel dalam tubuh manusia pada umumnya merupakan membran
semipermeabel yang hanya dapat melewatkan zat-zat tertentu (Rosyadi, 2001).
Sel-sel dalam tubuh tersusun dari protoplasma yang mengandung ion-ion yang
terjadi akibat proses ionisasi. Ion-ion yang dominan adalah Na+ (sodium), K+
(potassium), dan Cl- (klorida). Terdapat beribu-ribu kanal ion pada membran
sel-sel otot jantung (myocardium) yang merupakan jalur utama bagi ion-ion untuk
berdifusi. Kanal-kanal tersebut bersifat relatif spesifik terhadap ion-ion tertentu,
misalnya kanal Kalsium dilalui Ca++, kanal Kalium dilalui K+, kanal Natrium
suatu mekanisme "pintu gerbang" sehingga dapat membuka dan menutup
tergantung pada kondisi trans membran.
Ion-ion cenderung membentuk persamaan elektron di dalam dan di luar
sel, sehingga terjadi distribusi yang tidak seimbang dan menimbulkan gaya suatu
gaya tarik menarik antara ion-ion dimana ion negatif (terutama anion organik)
berkumpul di permukaan dalam, sedangkan ion positif (terutama Na+) berkumpul
di permukaan luar membran sel. Keadaan ini dikatakan sel berada dalam stadium
polarisasi.
Ion-ion memiliki muatan listrik dan pada waktu sel tidak aktif, terdapat
perbedaan potensial antara permukaan dalam dan luar membran sel sebesar 90
mV, dimana muatan intra sel lebih negatif dibandingkan muatan ekstra sel
sehingga ditulis -90 mV. Keadaan ini terjadi saat membran sedang istirahat dan
keadaan demikian dikatakan bahwa membran mengalami polarisasi. Membran
yang sedang istirahat disebut dengan keadaan tanpa rangsang atau resting state. Pada keadaan ada rangsang terjadi kenaikan potensial membran plasma
disebut depolarisasi dimana terjadi kenaikan potensial membran sebesar +35mV.
Saat depolarisasi terjadi peningkatan ion Na + ekstra sel yang menyebabkan
permeabilitas membran terhadap ion Na juga meningkat sehingga dapat masuk ke
intra sel dan intra sel bermuatan positif. Bila rangsang sudah tidak ada lagi terjadi
penurunan potensial membran.
Membran yang mengalami hiperpolarisasi mempunyai negatif potensial
membran lebih besar dari pada saat potensial istirahat atau potensial membran
ke luar menuju ekstra sel sehingga intrasel bermuatan negatif. Selanjutnya
membran mengalami proses repolarisasi yaitu proses pengembalian ion-ion Na+
ke luar sel dimana membran kembali ke potensial istirahat. Keseluruhan proses
tersebut disebut dengan potensial aksi yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Potensial Aksi Jantung (Kuntarti, 2006)
2.1.2 Konduksi Jantung
Kontraksi otot manapun akan selalu menimbulkan perubahan kelistrikan
yang dikenal dengan istilah potensial aksi. Potensial aksi bisa terjadi bila suatu
daerah membran syaraf atau otot mendapat rangsangan mencapai nilai ambang.
Potensial aksi mempunyai kemampuan merangsang daerah sekitar sel membran
untuk mencapai nilai ambang. Potensial aksi yang timbul pada otot jantung
(miokardium) dan jaringan transmisi jantung inilah yang memberikan gambaran
kelistrikan jantung (konduksi jantung). Adanya konduksi jantung dapat
ritmis otot jantung yang disebut ritme jantung, mengirim potensial aksi melalui
otot jantung dan menyebabkan terjadinya detak jantung (Guyton, 2006).
Gambar 2.3 Struktur dan Sistem Konduksi Jantung (Jones, 2005)
Arah konduksi jantung berdasarkan Gambar 2.3 adalah dari simpul
sinoatrial (SA) yang terletak pada bagian atas serambi kanan. Simpul SA inilah
yang menimbulkan rangsangan yang menyebabkan jantung berkontraksi. Simpul
atrioventrikular (AV) terletak pada dinding yang membatasi serambi kanan dan
bilik kanan. Simpul ini berfungsi menghantarkan impuls dari serambi ke bilik.
Impuls dari simpul AV kemudian diteruskan ke seluruh bilik melalui berkas His.
Pada ujung berkas His terdapat banyak cabang. Cabang-cabang ini disebut serat
Purkinje. Serat-serat Purkinje bertugas meneruskan impuls dari berkas His ke
seluruh otot bilik. Bilik kemudian berkontraksi sehingga darah dipompa keluar
dari bilik dan mengalir dalam sistem peredaran darah (Jones, 2005).
Konduksi jantung berhubungan dengan jumlah heart rate (detak jantung) per menit. Heart rate digunakan sebagai indikasi adanya kelainan pada jantung.
Simpul SA
Penghubung Simpul
Simpul AV
Berkas His
Serat Purkinje
Cabang berkas kanan
Jumlah normal heart rate adalah 60-100 kali/menit. Jika jumlah heart rate di bawah 60 kali/menit maka terjadi bradikardi, sedangkan jumlah heart rate yang di atas 100 kali/menit terjadi takikardi.
Perbedaan potensial membran istirahat pada sistem konduksi jantung yang
terdiri atas simpul SA, atrium, simpul AV, His-purkinje, dan ventrikel bergantung
pada tipe potensial aksi masing-masing. Potensial aksi ini terdiri atas 2 tipe
berdasarkan penyebab depolarisasi primer, yaitu tipe potensial aksi respon cepat
dan potensial aksi respon lambat. Atrium, His-purkinje, dan ventrikel memiliki
karakteristik potensial aksi respon yang cepat. Sedangkan yang memiliki
karakteristik potensial aksi respons lambat yaitu simpul SA dan simpul AV.
Gambar 2.4 menunjukkan potensial membran yang terjadi pada pemacu jantung.
Gambar 2.4 Potensial Membran Pemacu Jantung (Vena, 2010)
2.2 EKG (Elektrokardiograf)
EKG adalah suatu gambaran grafis mengenai gambaran puncak aktifitas
dari berbagai puncak (Heru, 2008). Sebuah EKG dapat digunakan untuk
mengukur denyut jantung, mendiagnosis adanya infark mikroad yang sedang
berkembang, mengidentifikasi aritmia dan efek dari obat dan peralatan yang
digunakan pada penanganan jantung.
Gambar 2.5 Sinyal Keluaran EKG (Azhar, 2009)
Urutan terjadinya sinyal elektrokardiograf berdasarkan Gambar 2.5 adalah
sebagai berikut :
1. Gelombang P berasal dari kontraksi atrium dari sinus atrialis ke nodus
atrio ventricularis saat darah mulai memasuki jantung dari seluruh tubuh.
2. Gelombang R adalah tanda akhir dari kontraksi atrium dan awal dari
kontraksi ventrikel saat darah memasuki ruang ventrikel.
3. Kompleks QRS berasal dari adanya aktivitas kontraksi pada ventrikel yang
memompakan darah ke seluruh tubuh dan merupakan gelombang tertinggi.
4. Gelombang T berasal dari repolarisasi ventrikel atau ventrikel kembali
dalam keadaan istirahat setelah proses pemompaan darah ke seluruh tubuh
5. Interval P-R menandakan waktu dari permulaan kontraksi atrial sampai
permulaan kontraksi ventrikel.
6. Interval R-T menunjukkan kontraksi otot (ventrikel sistole), dan interval
T-R menyebabkan adanya relaksasi otot (ventrikel diastole). (Hadiyoso,
2011)
2.2.1 Sadapan EKG
Penggunaan EKG dilengkapi dengan pemasangan sadapan pada tubuh
sebagai monitor adanya perubahan tegangan antara elektroda yang ditempatkan
pada berbagai posisi di tubuh. Pengukuran sinyal pada EKG dilakukan dengan
pemilihan tiga titik bipolar yang pertama kali diperkenalkan oleh Einthoven yang terletak di lengan kanan, lengan kiri, dan kaki kiri. Pengambilan titik
reference ini kemudian dikenal dengan segitiga Einthoven yang digambarkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Pemasangan Titik Reference Elektroda 3 Lead (Vahed, 2005)
Gambar 2.7 Segitiga Einthoven (Vahed 2005)
Gambar 2.6 dapat dijelaskan sebagai berikut :
Lead I : L1 = LA-RA (1) LA (left arm) = potensial pada lengan kiri Lead II : L2 = LL-RA (2) RA (right arm) = potensial lengan kanan Lead III : L3 = LL-LA (3) LL (left leg) = potensial pada kaki kiri Sehingga :
Lead I + Lead III = LA-RA + LL-LA = LL-RA = Lead II
Lead II – Lead I = Lead III (Aston, 1991)...(2.1)
Gambar 2.8 menunjukkan jika tegangan pada Lead III dapat dihitung dari
Lead II dan Lead I. Setelah dilakukan penentuan titik reference yang mengunakan prinsip segitiga Einthoven selanjutnya adalah melakukan proses sadapan yang merupakan proses pencatatan sinyal elektrik jantung dari gabungan
elektroda yang ditempatkan pada titik – titik reference tersebut. 2.2.2 Pembacaan EKG
Mesin EKG merupakan alat yang digunakan untuk mengolah sinyal
elektrik jantung melalui elektroda dan menampilkannya lewat kertas/layar
monitor dengan skala tertentu. Aksis horizontal mewakili waktu dengan kecepatan
25mm/detik. Setiap kotak kecil kertas EKG berukuran 1 mm2. Dengan kecepatan
25 mm/s, 1 kotak kecil kertas EKG sama dengan 0,04 s (40 ms). Lima kotak kecil
menyusun 1 kotak besar, yang sama dengan 0,20 s (200 ms) yang mana ada 5
kotak besar per menit. Standarisasi untuk voltase (amplitudo) adalah 1, artinya 10
kotak kecil vertikal (1 cm) mewakili 1 mV. Sinyal kalibrasi harus dimasukkan
dalam tiap rekaman. Sinyal standar 1 mV harus menggerakkan jarum 1 cm secara
vertikal, yakni 2 kotak besar di kertas EKG. Kalibrasi 1 mV diperlukan untuk
standar perbandingan antara besarnya input dengan besarnya penguatan amplifier
sesuai dengan kepekaan (sensitivity) yang dipilih.
Standarisasi ini harus selalu konsisten agar dengan melihat amplitudo
gambaran EKG, dapat diketahui ada tidaknya perubahan voltase dari konduksi
jantung. Hasil EKG terdiri atas dua unsur yaitu komplek dan interval. Komplek
yang normal adalah gelombang P, komplek QRS dan gelombang T (Soeliadi,
Gambar 2.9 Sinyal EKG Normal (Fandi dkk, 2006)
Pengukuran EKG dilakukan dengan menggunakan penguat diferensial.
Elektroda dua sadapan pada suatu waktu yang dipilih digunakan untuk input ke
tahapan penguat diferensial. EKG amplifier biasanya memiliki penguatan sekitar
1000x sehingga meningkatkan nilai biopotensial sebesar 1mV menjadi sekitar 1
V. Grafik kecepatan dalam rekaman EKG telah distandarkan pada 25 dan 50
mm/s (McGraw-Hill, 2004).
2.3 Elektroda
Elektroda biasa digunakan untuk pengukuran sinyal tubuh. Elektroda
untuk mengambil sinyal-sinyal biolistrik berdasarkan prinsip bahwa kontak antara
ion metal dengan metal yang bersesuaian menghasilkan potensial listrik yang
disebut potensial elektroda. Potensial ektroda dihasilkan oleh adanya perbedaan
laju perpindahan ion yang masuk dan keluar metal. Elektroda dibuat dari material
polaritasnya, maka elektroda-elektroda EKG dapat dibagi menjadi elektroda
positif (anoda), negatif (katoda) dan netral (ground electrode).
Pengukuran potensial biolostrik memerlukan dua buah elektroda, maka
tegangan yang terukur sesungguhnya merupakan perbedaan potensial antara
kedua elektroda. Apabila kedua elektroda mempunyai jenis sama, maka besar
potensial bergantung pada perbedaan nyata potensial ion antara dua titik pada
tubuh yang sedang diukur. Salah satu sifat elektroda yang penting yang perlu
diketahui adalah bahwa besar impedensi elektroda bergantung pada frekuensi.
Perubahan impedansi elektroda dapat menimbulkan kesalahan pengukuran sinyal
biolistrik. Gambar 2.10 menjelaskan tentang prinsip kerja elektroda.
Gambar 2.10 Prinsip Kerja Elektroda (Guyton, 2006)
Dalam pemakaiannya untuk memperoleh sinyal biolistrik, elektroda
invasive yang melukai kulit dan non-invasive yang tidak melukai kulit. Elektroda permukaan diletakkan pada permukaan kulit dengan tujuan mengukur isyarat
listrik dari sejumlah unit motoris. Potensial elektroda dihasilkan oleh elektron
yang meninggalkan gel elektrolit dan masuk ke logam (Rusmawati, 2006).
2.4 Rangkaian Instrumentasi 2.4.1 Rangkaian Catu Daya
Rangkaian catu daya berfungsi untuk menyediakan arus dan tegangan
tertentu sesuai dengan kebutuhan beban dari sumber daya listrik yang ada
(Istataqomawan, 2011). Selanjutnya rangkaian catu daya digunakan untuk
menyuplai tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Salah satu rangkaian catu
daya yang dapat digunakan pada rangkaian EKG adalah rangkaian yang
menghasilkan tegangan keluaran sebesar +5V. Untuk sebuah rangkaian catu daya
yang memiliki tegangan rendah, biasanya digunakan baterai +9V.
Sebagai penurun tegangan agar dihasilkan nilai +5V dapat menggunakan
sebuah regulator 7805. Selain itu regulator 7805 digunakan agar keluaran yang
dihasilkan tetap bernilai +5V walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukan.
Regulator 7805 terdiri dari tiga kaki, yaitu, input, ground dan output. Input
mendapat tegangan yang lebih tinggi dari sumber tegangan untuk diproses oleh
regulator. Output adalah nilai akhir tegangan yang akan dihasilkan regulator 7805
Gambar 2.11 Regulator 7805 (Faludi, 2009)
2.4.2 Rangkaian Diferensial Amplifier
Sinyal jantung umumnya memiliki amplitudo yang sangat kecil dalam
jangkauan mV. Pada sebuah sistem instrumentasi biomedis, peran rangkaian
penguat sangat penting. Penguat digunakan untuk menguatkan sinyal yang masuk
dari tubuh dengan tetap memelihara bentuk dan karakteristik dari sinyal asli.
Selanjutnya sinyal yang telah dikuatkan akan diproses sistem.
Penguat awal biopotensial jantung menggunakan serangkaian penguat
operasional. Salah satu sifat yang harus dimiliki rangkaian penguat operasional
adalah memiliki impedansi input tinggi. Hal ini bertujuan agar sinyal input tidak
terpengaruh oleh impedansi rangkaian. Selain itu, penguat instrumentasi juga
harus memiliki CMRR (Common Mode Rejection Ratio) yang tinggi. Sinyal common mode adalah sinyal yang timbul dari hasil interferensi secara
terus-menerus pada kedua input. Penguat yang memiliki CMMR tinggi berarti memiliki
kemampuan yang lebih baik untuk memperkecil noise.
sebuah penguat dengan karakteristik low noise. Pembuatan penguat operasional juga harus menggunakan komponen dengan toleransi rendah (1%). Penguat
operasional dibentuk dari penguat diferensial, seperti ditunjukkan pada Gambar
2.12.
2.12 Rangkaian Penguat Diferensial
dimana R1=R3 dan R2=R4
Nilai penguatan (A) yang didapat dari Gambar 2.12 adalah perbandingan
antara Vout dan (Vin2-Vin1) :
Di dalam tubuh manusia, selain biopotensial, terdapat sinyal-sinyal lain
yang dapat turut terukur dan mengganggu pengukuran. Sinyal gangguan yang
terbesar datang dari interferensi sumber tegangan listrik jala-jala (PLN) yang
disebabkan oleh efek kapasitansi antara tubuh manusia dengan jaringan tegangan
listrik yang ada di lingkungan sekitar. Pengaruh gangguan dari luar tidak akan
turut diperkuat karena gangguan tersebut berpengaruh pada input positif dan input
negatif penguat diferensial.
2.4.3 Rangkaian Buffer
Rangkaian buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan output
sama dengan tegangan input atau bisa juga disebut memiliki penguatan sama
dengan 1. Rangkaian buffer banyak digunakan dan diaplikasikan pada sebuah
rangkaian elektronika. Fungsi dari rangkaian buffer pada peralatan elektronika
adalah sebagai sebuah rangkaian penyangga, dimana prinsip kerjanya adalah
sebagai penguat arus tanpa ada penguatan tegangan. Selain itu rangkaian buffer
juga berfungsi sebagai stabilizer sinyal agar tidak rusak ketika masuk rangkaian pertama kali.
Rangkaian buffer yang dibangun dari sebuah Op-Amp dapat dibuat dengan
sangat sederhana. Hal ini dikarenakan tidak diperlukannya komponen tambahan
pada konfigurasi rangkaian buffer non-inverting. Gambar rangkaian buffer
ditunjukkan pada Gambar 2.13.
Pada Gambar 2.13 terlihat jika terjadi hubungan feedback antara input inverting dan output Op-Amp. Rangkaian buffer tersebut dapat memberikan
kemampuan mengalirkan arus secara maksimal sesuai kemampuan maksimal
Op-Amp mengalirkan arus output. Berdasarkan hal tersebut, maka didapat hubungan
nilai tegangan seperti berikut:
𝑉in≈ 𝑉out
Sehingga diperoleh nilai penguatan tegangan sebagai berikut:
𝐴= 𝑉out
𝑉in = 1… … … …(2.4)
Aplikasi rangkaian buffer yang dibuat baik dari transistor maupun dari
Op-Amp pada umumnya digunakan sebagai stabilizer sinyal, dimana salah satu aplikasi riil nya adalah pada sistem transimi sinyal dengan kabel.
2.4.4 Rangkaian Filter
Sebuah sinyal terutama yang berasal dari tubuh sangat perlu untuk di filter.
Sinyal di filter untuk mereduksi noise dan interferensi lainnya yang terbawa penguatan sinyal tersebut. Filter adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk
melewatkan sinyal-sinyal dengan frekusensi tertentu sesuai yang diperlukan dan
menahan sinyal-sinyal dengan frekuensi yang tidak dikehendaki serta untuk
memperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki.
Rangkaian filter dapat bersifat pasif maupun aktif. Rangkaian filter aktif
adalah rangkaian yang menggunakan Operasional Amplifier (Op-Amp) dengan
komponen resistor dan kapasitor. Sedangkan filter pasif yaitu filter yang hanya
tersusun dari resistor dan kapasitor, atau resistor dan induktor maupun kombinasi
Filter aktif mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan filter
pasif, seperti ukurannya yang lebih kecil, ringan dan murah serta memberikan
banyak keleluasaan dalam hal perancangannya. Adapun kekurangan filter aktif ini
adalah adanya kebutuhan akan catu daya dan kepekaan terhadap perubahan
keadaan sekitarnya seperti perubahan suhu.
Filter yang digunakan pada rangkaian EKG adalah low pass filter dan high
pass filter. Low pass filter digunakan untuk melewatkan frekuensi di bawah tegangan cut-off dan menahan sinyal dengan frekuensi diatasnya. Fungsi dari
penggunaan low pass filter adalah untuk mengeliminasi noise yang berasal dari interferensi gelombang elektromagnet dan sinyal otot.
High pass filter digunakan untuk melewatkan frekuensi di atas tegangan
cut off dan menahan sinyal dengan frekuensi di bawahnya. Fungsi dari penggunaan high pass filter adalah untuk mengeliminasi noise akibat pergerakan elektroda serta meredam arus DC pada penguat instrumentasi yang dapat
menyebabkan level sinyal EKG naik.
Untuk mendapatkan nilai perhitungan frekuensi pada filter maka
digunakan rumus 𝑓= 1 2𝜋𝑅𝐶
Pada sebuah rangkaian EKG, nilai frekuensi yang diloloskan sebagai
frekuensi cut off untuk high pass filter sebesar 0,16 Hz yang cukup untuk meloloskan sinyal AC dan memblok sinyal DC. Sedangkan frekuensi cut off untuk
low pass filter sebesar 16 Hz (Mega, 2006).
Gambar 2.14 Rangkaian Low Pass Filter
Gambar 2.15 Rangkaian High Pass Filter
2.5 IC LM 324
IC LM 324 adalah salah satu jenis IC Operational Amplifier (Op-Amp). IC
ini memiliki empat buah Op-Amp di dalamnya yang dapat diberi tegangan supply
antara +5V sampai +15V untuk Vcc (+) dan -5V sampai -15V untuk Vcc (-). Pada
dasarnya IC LM 324 adalah sebuah diferensial amplifier yang terdiri dari dua
input dan satu output. Kedua input pada IC LM 324 terdiri dari masing-masing
input inverting dan non-inverting.
Sebuah Op-Amp dikatakan ideal adalah ketika memiliki penguatan yang
tinggi. Namun terkadang hal ini membuat kondisi Op-Amp tidak stabil dan
penguatannya menjadi tak terukur. Untuk mengatasi hal ini, diperlukan sebuah
rangkaian feedback negatif agar Op-Amp dapat dirangkai dan memiliki nilai penguatan yang terukur.
R
Vout Vin
C
Vout C
R
Gambar 2.16 Diagram Blok Op-Amp
IC LM 324 dapat juga dikatakan sebagai salah satu Op-Amp ideal karena
beberapa karakteristiknya yang mendekati. Adapun beberapa keunggulan dari LM
324 adalah sebagai berikut:
1. Dapat bekerja pada single power supply (tidak perlu power supply ganda,
misalnya +12 dan -12 Volt).
2. Tegangan supply bisa rendah, sampai 5 V.
3. Low power terutama penggunaannya yang bisa dengan menggunakan
baterai saja.
4. Satu chip berisi empat Op-Amp sekaligus sehingga dapat digunakan untuk
beberapa rangkaian.
Gambar 2.17 IC LM 324 (Sumber. www.solarbotics.com) Vout
Vin 1
2.6 Soundcard
Soundcard adalah perangkat keras yang biasa terdapat pada komputer dan
berfungsi untuk mengolah data berupa audio atau suara. Soundcard memiliki
format tata suara yang mendukung adanya sebuah sistem keluaran suara, misalnya
sound yang memiliki 4 channel harus menggunakan speaker aktif dengan 4
speaker dan 1 subwover untuk mendapatkan hasil yang optimal. Soundcard
dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan fisiknya. Adapun jenis-jenis Soundcard
dilihat dari perbedaan fisik adalah:
1) Soundcard On Board
Merupakan fasilitas audio yang sudah terpasang pada motherboard
berbentuk chipset dan kinerja sound card on board masih membutuhkan bantuan
prosesor utama. Soundcard on board dapat ditemui pada hampir semua jenis
motherboard. Jika yang dibutuhkan hanya soundcard untuk musik, soundcard tipe
ini merupakan pilihan yang baik.
2) Soundcard PCI
Merupakan soundcard yang dipasangkan pada slot PCI motherboard.
Soundcard tipe ini memiliki keunggulan pada kualitas yang dihasilkan. Jika hanya
digunakan untuk keperluan standard, seperti mendengarkan musik, sound card
tipe ini terlalu mahal. Namun jika digunakan untuk bermain game berat atau untuk
kegiatan rekam suara, soundcard tipe ini merupakan pilihan yang tepat.
1. Synthesizer/Sintesis (generasi suara dari sinyal digital)
Melalui teknologi Frekuensi Modulation (FM) adalah cara yang paling
efektif untuk menghasilkan suara yang jernih. Suara disimulasikan dengan
menggunakan bilangan algoritma untuk menghasilkan sine wave, atau
gelombang yang lentur sehingga menghasilkan suara yang mirip suara
sumber aslinya. Misalnya, suara denting gitar akan disimulasikan dan
hasilnya akan mendekati suara aslinya.
2. MIDI (Musical Instrument Digital Interface)
Adalah sebuah standar protokol yang memungkinkan perangkat elektronik
berkomunikasi, kontrol dan sinkronisasi satu sama lainnya. Dengan kata
lain, MIDI memungkinkan pertukaran data sistem.
3. ADC (Analog to Digital Converter)
Salah satu aplikasi penggunaan fungsi ADC adalah untuk mengubah
masukan sinyal analog suara dari mikrofon ke mode digital. Contoh lain
penggunaan ADC adalah dalam suatu rangkaian elektronika analog yang
membutuhkan tampilan digital pada PC.
4. DAC (Digital to Analog Converter)
Salah satu aplikasi penggunaan fungsi DAC adalah untuk reconverts
Gambar 2.18 Sound Card
2.7 Soundcard Osiloskop
Soundcard Osiloskop adalah sebuah software yang digunakan sebagai pengganti tampilan osiloskop. Software ini kompatibel dengan sistem sound card. Saat data dikirim melalui sound card, maka software Soundcard Osiloskop sudah
dapat membaca data yang dikirim.
Soundcard Oscilloscope berbasis PC dapat menerima data dari Soundcard
dengan frekuensi 44,1Khz dan resolusi 16 bit. Sumber data dapat dipilih di
windows mixer (Microphone, Line-In atau Wave). Frekuensi tergantung pada
sound card, tetapi untuk frekuensi 20-20.000Hz bisa terjadi tetapi dengan
soundcard yang baik. Frekuensi yang rendah dibatasi oleh AC coupling dari sinyal
Input pada microphone biasanya hanya mono. Soundcard Osiloskop juga
dilengkapi dengan sinyal generator dua channel dengan disertai pengaturan sinyal
sinus, kotak, maupun segitiga dengan range frekuensi 0-20 kHz.
Gambar 2.19 Tampilan Awal Soundcard Osiloskop
Sinyal yang muncul pada Soundcard Osiloskop dapat berasal dari sumber
internal komputer (MP3 player atau function generator) atau dapat berasal dari
sumber eksternal (Line-in atau microphone). Untuk sumber eksternal perlu
diperhatikan syarat tertenu yaitu tidak melebihi tegangan input dan biasanya
memiliki rentang + 0,7 V. Jika yang diterima adalah tegangan yang lebih tinggi,
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Rancang bangun alat dilaksanakan di Laboratorium Biofisika dan
Laboratorium Instrumentasi Medis Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga, serta Laboratorium Mikroposesor Politeknik Kesehatan
Surabaya selama kurun waktu kurang lebih 6 bulan.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1 Alat Penelitian
Sebagai penunjang pelaksanaan pembuatan, pengukuran, pengamatan, dan
pengujian alat EKG akan digunakan beberapa alat sebagai berikut :
1. Multimeter
2. Solder dan timah
3. Bor
4. Obeng
5. Tang
6. Tang potong
7. Tang Kupas
8. Lem Tembak
10. Penyedot timah
11. Osiloskop
12. Laptop
3.2.2 Bahan Penelitian
Bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan rancang bangun EKG adalah
sebagai berikut :
1. Baterai
2. Resistor
3. Kapasitor
4. Pin Header
5. PCB
6. Saklar
7. Elektroda
8. IC LM 324
9. Penjepit Elektroda
10. LED
11. Resistor Variabel
12. Regulator 7805
3.3 Blok Diagram
Gambar 3.1 Blok diagram EKG
3.3.1 Cara Kerja Blok Diagram
1. Elektroda yang telah ditempel pada titik tertentu tubuh ( LA, RA, LL, RL)
mengirim sinyal biopotensial listrik jantung menuju rangkaian EKG.
2. Sinyal yang telah masuk selanjutnya diproses pada kesatuan sistem rangkaian
EKG.
3. Selanjutnya dengan melakukan pengiriman data menggunakan sound card
sampai dapat diterima oleh program tampilan.
4. Data yang masuk ke laptop selanjutnya menampilkan sinyal jantung berupa
kompleks P,Q,R,S,T.
5. Berdasarkan sinyal yang terbentuk akan didapat sebuah informasi mengenai
3.4 Prosedur Penelitian
Pada penelitian dan pembuatan EKG ini terbagi dalam lima tahapan untuk
mencapai tujuan akhir. Lima tahapan tersebut adalah tahap persiapan, tahap
perancangan, tahap pembuatan, tahap kalibrasi dan pengujian alat, dan tahap analisis
data. Diagram alir prosedur penelitian secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Bagan Prosedur Penelitian
3.4.1 Tahap Persiapan
Pada tahap ini, proses yang dilakukan adalah pencarian informasi dengan
studi pustaka pada beberapa jurnal ilmiah dan tugas akhir yang berhubungan dengan Tahap Persiapan
Tahap Perancangan EKG
Tahap Pembuatan
Kalibrasi dan Pengujian Alat
Analisis Data
EKG serta penentuan komponen apa saja yang akan digunakan. Selain itu
dipersiapkan pula alat-alat yang dibutuhkan agar menunjang proses penelitian dan
pembuatan rancang bangun EKG.
3.4.2 Tahap Perancangan
Untuk tahap kedua ini, terbagi dalam perancangan perangkat keras
(hardware) serta perancangan perangkat lunak (software). A. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Desain perancangan hardware dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Blok Diagram Hardware
1. Elektroda berfungsi sebagai penghantar sinyal potensial listrik jantung menuju
sistem hardware. Jenis elektroda yang digunakan adalah elektroda disposable yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Elektroda disposable adalah elektroda sekali pakai yang telah dilengkapi gel.
Elektroda
Penguat Diferensial
Buffer
Filter
Gambar 3.4 Elektroda Disposable
2. Rangkaian penguat berfungsi sebagai penguat sinyal agar dapat diproses
sistem, dikarenakan sinyal dari tubuh sangat lemah dan setelah diberi
penguatan maka sinyal tubuh dapat diproses oleh rangkaian hardware. Penguat yang digunakan adalah jenis diferensial amplifier yang memiliki dua
input dari tubuh. Gambar rancangan rangkaian penguat dapat dilihat pada
Gambar 3.5. Input tubuh berasal dari titik RA dan LA yang masuk ke pin 2
dan 3 Op-Amp dari IC LM 324. Setelah didapat selisih nilai tegangan input,
maka besar penguatan dan nilai tegangan output dapat dilihat pada pin 1
Op-Amp. Rangkaian amplifier yang dirancang juga dilengkapi rangkaian driven
Gambar 3.5 Rangkaian Penguat Diferensial (A)
3. Buffer berfungsi sebagai penyangga dimana rangkaian ini tidak memiliki nilai
penguatan. Prinsip dasar dari rangkaian buffer adalah sebagai penguat arus
tanpa ada penguatan tegangan. Rangkaian buffer yang dibuat dari Op-Amp IC
LM 324 sangat sederhana karena tidak membutuhkan komponen tambahan
dengan input dari non-inverting. Input non-inverting yang digunakan berasal
dari pin 5 Op-Amp IC LM 324. Pin 7 sebagai output dihubungkan kembali
sebagai feedback pada input inverting pin 6 IC LM 324. Pada perancangan rangkaian buffer ini digunakan salah satu Op-Amp yang terdapat pada IC LM
324. Gambar rangkaian buffer yang digunakan untuk perancangan EKG dapat
dilihat pada Gambar 3.6.
R2 R2
Gambar 3.6 Rangkaian Buffer (A)
4. Filter berfungsi sebagai penyaring frekuensi tertentu yang akan diteruskan
pada rangkaian dan frekuensi lainnya akan dibuang. Pada rangkaian EKG ini,
filter yang digunakan adalah low pass filter dan high pass filter. Rangkaian filter yang digunakan tidak hanya satu jenis namun terdapat beberapa kali
filter di setiap rangkaian. Nilai frekuensi yang diloloskan pada masing-masing
filter didapatkan berdasarkan persamaan pada Bab 2.4.4.
Low pass filter:
High pass filter:
Gambar rangkaian low pass filter yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan gambar rangkaian high pass filter dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Keterangan:
A: Rangkaian Low Pass Filter Aktif
B: Rangkaian Low Pass Filter Pasif
Gambar 3.7 Rangkaian Low Pass Filter
Gambar 3.8 Rangkaian High Pass Filter Pasif (A)
A B
A
Gambar rangkaian EKG keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Rangkaian EKG
B. Perancangan Perangkat Lunak (Software)
1. Pengiriman data berupa sinyal jantung dari tubuh yang masuk ke sistem
hardware melalui elektroda disposable selanjutnya dikirim menggunakan soundcard. Setelah pengiriman data sukses, maka akan dilanjutkan dengan tampilan sinyal pada software yang ada. Tampilan software yang digunakan adalah seperti pengganti osiloskop, yaitu SoundCard Osiloskop. Adanya
tampilan berupa software ini bertujuan untuk menampilkan sinyal kompleks P,Q,R,S,T dalam bentuk visual yang merupakan karakteristik dari sinyal
Gambar 3.10 Diagram Alir Perangkat Lunak (software) Start
Soundcard
Transfer data ke laptop
Apakah sudah diterima laptop
T
Y
Cek Data
Tampilkan sinyal
End Ada data
masuk?
T
3.4.3 Tahap Pembuatan
Pada tahap pembuatan, semua rancangan rangakaian (layout) dibuat dan
dirangkai sesuai dengan yang diharapkan. Pada saat tahap pembuatan ini juga harus
disertai dengan pemilihan komponen yang tepat sehingga hasil yang didapat akan
sesuai harapan. Kesalahan dalam pemilihan komponen dapat menyebabkan kegagalan
kerja alat dan menambah jangka waktu pengerjaan dari yang di targetkan.
3.4.4 Tahap Pengujian dan Perbandingan
Pada tahap ini dilakukan pengujian dan perbandingan pada alat yang telah
dibuat. Pengujian bertujuan untuk mengetahui kinerja rangkaian yang dibuat.
Perbandingan alat bertujuan untuk mengetahui kinerja rangkaian EKG yang berhasil
dibuat untuk dibandingkan dengan EKG yang sudah terstandarisasi.
Pengujian alat dilakukan pada rangkaian EKG. Rangkaian yang dilakukan
pengujian adalah rangkaian diferensial amplifier dan rangkaian filter. Hasil pengujian
ini nantinya akan dapat diketahui kekurangan-kekurangan yang ada. Untuk
melakukan pengujian pada kedua rangkaian, digunakan perangkat osiloskop dan
function generator.
Untuk menguji kinerja rangkaian penguat diferensial dilakukan dengan
mencari linieritas dari rangkaian tersebut. Cara yang dilakukan adalah dengan
memberikan variasi tegangan input pada rangkaian penguat diferensial menggunakan
function generator sebagai pengganti sinyal yang berasal dari tubuh dan diamati pada osiloskop. Variasi tegangan input yang digunakan adalah antara 0 mV-80 mV.
sebagai tegangan output sehingga diketahui tingkat linieritas dari rangkaian penguat
diferensial.
Sedangkan untuk menguji kinerja rangkaian filter dilakukan uji respon
frekuensi terhadap rangkaian tersebut. Cara yang dilakukan adalah dengan
memberikan input variasi frekuensi pada rangkaian filter dimana nilai tegangan selalu
tetap pada input. Variasi frekuensi yang digunakan adalah antara 0,1 Hz-20 Hz. Hasil
yang didapat berupa nilai amplitudo yang terdapat pada output dan untuk mengamati
perubahan tegangan amplitudo dapat diamati pada osiloskop.
3.4.5 Analisis Data
Data yang diambil dari masing-masing pengujian digunakan untuk
menentukan kinerja dari alat yang telah dibuat. Analisis data pada perancangan EKG
antara lain:
1. Mengetahui kinerja rangkaian penguat diferensial apakah didapat grafik
yang linier antara tegangan input dan tegangan output dan seberapa besar
rata-rata nilai penguatan yang dihasilkan.
2. Mengetahui kinerja rangkaian filter apakah frekuensi yang berhasil
ditangkap oleh rangkaian telah sesuai dengan teori, yaitu sebesar 0,16
Hz-16 Hz.
3. Memastikan sinyal yang ditampilkan telah sesuai dengan yang diharapkan
menggunakan laptop. Sinyal yang seharusnya ditampilkan pada laptop
4. Mengetahui kinerja EKG yang dibuat setelah dilakukan perbandingan
dengan EKG yang sudah standard. EKG hasil rancangan dinyatakan telah
bekerja dengan baik ketika nilai rata-rata setelah dilakukan tiga kali
pengukuran yang didapat masih termasuk dalam rentang ketelitian EKG
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Tampilan Akhir
Tampilan akhir dari sinyal tubuh pada pembuatan EKG ini ditampilkan
pada program Soundcard Osiloskop. Untuk dapat menampilkan sinyal pada
Soundcard Osiloskop, terlebih dahulu sinyal tubuh yang telah masuk pada
rangkaian hardware selanjutnya dikirim dengan memanfaatkan soundcard.
Pengiriman data melalui soundcard relatif mudah dan tidak banyak kendala.
Hanya saja sinyal yang tubuh berupa kompleks PQRST memang masih terdapat
noise, namun masih dapat terbaca dengan jelas perbedaannya.
Sebelum menggunakan program Soundcard Osiloskop, terlebih dahulu
digunakan tampilan pada program Delphi. Tampilan awal pemrograman Delphi
yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 4.1.
Namun penggunaan program Delphi tidak dapat berjalan dengan baik.
Setelah sinyal diproses pada sistem hardware untuk selanjutnya dikirim melalui sound card berhasil, hal yang sama tidak dapat terjadi pada program Delphi yang
telah dibuat. Sinyal jantung yang seharusnya muncul sebagai bentuk PQRST tidak
dapat terlihat pada program Delphi. Hal ini dikarenakan terdapat ketidaksinkronan
antara pengiriman sinyal untuk diterima dengan Delphi.
Sebagai pengganti tampilan dari sistem EKG, digunakan program
Soundcard Osiloskop yang merupakan pengganti tampilan osiloskop analog.
Tampilan awal dari program Soundcard Osiloskop ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Tampilan Awal EKG Pada Soundcard Osiloskop
Program Soundcard Osiloskop yang digunakan adalah versi 1.40 yang
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data
Pada penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil pengujian, antara lain
pengujian pada rangkaian penguat instrumentasi untuk mendapatkan nilai
tegangan akhir setelah penguatan dan pengujian tampilan sinyal PQRST pada
Soundcard Osiloskop setelah dipakai pada pasien uji.
4.2.1 Pengujian Rangkaian Penguat
Rangkaian penguat sebagai penguat sinyal tubuh yang telah berhasil
dirancang, diuji dengan menggunakan osiloskop sebagai tampilan awal dan
function generator sebagai pembangkit pulsa. Pengujian ini dilakukan untuk
mengetahui nilai penguatan rangkaian setelah dilakukan pengujian berulang.
Sinyal yang tampil pada osiloskop berupa sinyal sinus, karena pembangkit pulsa
pada function generator diatur pada posisi sinyal sinus. Berdasarkan uji yang
dilakukan, didapat data yang disajikan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Uji Rangkaian Penguat
No Vin Vout Gain
1 0 mV 0 mV 0
2 12 mV 110 mV 9,16x
3 20 mV 180 mV 9x
4 30 mV 200 mV 6,7x
5 32 mV 260 mV 8x
6 40 mV 360 mV 9x
7 50 mV 680 mV 13,6x
9 70 mV 800 mV 11,4x
10 80 mV 1000 mV 12,5x
Berdasarkan data pada Tabel 4.1 didapatkan nilai penguatan
masing-masing dengan perhitungan sebagai berikut:
𝐴= 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛
Gambar 4.3 Grafik Linieritas Rangkaian Penguat
Berdasarkan Gambar 4.3 dapat dilihat jika semakin tinggi tegangan input
maka tegangan output yang dihasilkan juga semakin besar. Namun dalam
rangkaian penguat yang digunakan nilai penguatannya tidak menghasilkan grafik
linier karena penguatannya tidak stabil. Hal ini bisa disebabkan karena pemilihan
komponen yang kurang tepat sehingga kerjanya tidak stabil.
Nilai tegangan output dari tubuh sangat kecil (orde mV), sehingga
diperlukan sebuah rangkaian penguat untuk bisa menampilkan sinyal jantung
dibuat juga dilengkapi dengan rangkaian penguat. Komponen yang digunakan
sebagai penguat adalah IC jenis LM 324 yang banyak ditemukan di pasaran.
4.2.2 Pengujian Rangkaian Filter
Rangkaian filter sebagai peredam noise yang bisa masuk dalam rangkaian yang telah berhasil dirancang, diuji dengan menggunakan osiloskop sebagai
tampilan dan function generator sebagai pembangkit pulsa. Pengujian ini
dilakukan untuk mengetahui kinerja rangkaian filter yang dibuat. Pengujian
dilakukan pada high pass filter dan low pass filter untuk mendapatkan nilai frekuensi cut off yang sebenarnya pada rangkaian. Grafik pengujian rangkaian filter ditunjukkan pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5.
Gambar 4.4 Grafik Pengujian High Pass Filter
Gambar 4.5 Grafik Pengujian Low Pass Filter
Kedua rangkaian filter yang digunakan selanjutnya dicari nilai frekuensi
cut off sebenarnya setelah dilakukan penggabungan grafik menjadi grafik rangkaian band pass filter.
Gambar 4.6 Grafik Band Pass Filter
Berdasarkan Gambar 4.6 didapat nilai cut off untuk high pass filter adalah 1 Hz dan nilai cut off untuk low pass filter adalah 10 Hz. Nilai cut off yang seharusnya dicapai pada rangkaian filter adalah dengan rentang 0,16 – 16 Hz,
namun pada rangkaian yang digunakan tidak dapat dicapai nilai optimal tersebut.
Hal ini berarti ada frekuensi yang seharusnya diloloskan oleh rangkaian menjadi
tidak diloloskan dan menunjukkan jika filter belum mampu mengurangi noise secara maksimal.
4.2.3 Pengujian EKG Pada Pasien
Setelah dilakukan pengujian masing-masing blok rangkaian yang
pada pasien. Tampilan yang digunakan adalah osiloskop digital. Pengujian
dilakukan pada seorang pasien dengan peletakan tiga lead berbeda.
Adapun beberapa hal yang dilakukan dalam pengambilan data adalah:
a. Pemasangan Lead
Terdapat tiga jenis pemasangan lead. Lead pertama adalah dengan
pemasangan dua elektrode pada lengan kanan dan lengan kiri. Lead kedua
adalah dengan pemasangan dua elektrode pada lengan kanan dan kaki kiri.
Lead ketiga adalah pemasangan dua eletrode pada lengan kiri dan kaki
kiri. Untuk masing-masing pengukuran, ditambah satu elektrode pada kaki
kanan yang berfungsi sebagai ground. Pemasangan lead dengan cara
seperti ini sesuai dengan prinsip segitiga Einthoven yang telah dijelaskan
pada Bab II.
Gambar 4.8 Pemasangan Elektroda Lead II
Gambar 4.9 Pemasangan Elektroda Lead III
b. Pengambilan Data Sinyal PQRST pada Tampilan Akhir
Pengambilan data dilanjutkan dengan melakukan uji pada tampilan akhir di
laptop dengan seorang pasien uji. Proses pemasangan lead sama dengan proses
pemasangan awal hanya saja tampilan akhir yang membedakan. Pengambilan
data ini selanjutnya ditampilkan pada software Soundcard Osiloskop yang telah
Gambar 4.10 Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead I
Gambar 4.11 Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead II
4.3 Perbandingan Alat
Untuk mengetahui apakah alat EKG yang telah dibuat sudah sesuai
standard, maka dilakukan tahap perbandingan atau pengujian antara alat yang
sudah paten dengan alat yang berhasil dibuat. Cara yang dilakukan adalah dengan
membandingkan nilai ampiluto berupa tegangan pada gelombang R dan
membandingkan nilai periode berupa waktu pada gelombang R-R. Perbandingan
dilakukan pada tiga lead yang digunakan, yaitu Lead I, Lead II, dan Lead III
setelah dipasang pada pasien.
Untuk kompleks gelombang P,Q,S,T dari sinyal jantung tidak dilakukan
perbandingan dikarenakan EKG rancangan belum dapat mendeteksi adanya
gelombang tersebut. Hal ini disebabkan hasil tampilan akhir dari EKG rancangan
masih terdapat noise yang menyebabkan tidak adanya perbedaan antara gelombang P,Q,S,T dan noise yang muncul.
Pada proses perbandingan amplitudo dan periode yang dilakukan pada
gelombang R dan gelombang R-R, EKG Rancangan dinyatakan telah bekerja
dengan baik ketika nilai rata-rata yang didapat masih termasuk dalam rentang nilai
ketelitian EKG Standard yang dinyatakan dalam simbol ∆.
4.3.1 Perbandingan Amplitudo EKG Standard dan EKG Rancangan
Nilai perbandingan amplitudo antara kedua EKG diambil berdasarkan
ketiga lead yang digunakan. Masing-masing lead dilakukan hingga tiga kali
pengukuran untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Nilai amplitudo didapat
dari perhitungan nilai tegangan (mV) yang terbaca pada tiap kotak hasil
Hasil perbandingan Lead I ditunjukkan pada Tabel 4.2, hasil perbandingan
Lead II ditunjukkan pada Tabel 4.3, dan hasil perbandingan Lead III ditunjukkan
pada Tabel 4.4.
Tabel 4.2 Perbandingan Amplitudo Lead I
Pengukuran
ke-
EKG Standard EKG Rancangan
Tabel 4.3 Perbandingan Amplitudo Lead II
Pengukuran
ke-
EKG Standard EKG Rancangan
Tegangan X1
Tabel 4.4 Perbandingan Amplitudo Lead III
Pengukuran
ke-
EKG Standard EKG Rancangan
Berdasarkan prinsip segitiga Einthoven dimana nilai tegangan pada Lead
II – Lead I = Lead III, maka didapat nilai tegangan dari EKG Standard dan EKG
Rancangan sebagai berikut:
a. EKG Standard: 𝐿𝑒𝑎𝑑𝐼𝐼 − 𝐿𝑒𝑎𝑑𝐼=𝐿𝑒𝑎𝑑𝐼𝐼𝐼
0,353 𝑚𝑉 −0,18 𝑚𝑉= 0,173 𝑚𝑉 (𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖)
b. EKG Rancangan: 𝐿𝑒𝑎𝑑𝐼𝐼 − 𝐿𝑒𝑎𝑑𝐼 =𝐿𝑒𝑎𝑑𝐼𝐼𝐼
0,373 𝑚𝑉 −0,2 𝑚𝑉 = 0,173 𝑚𝑉 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
Berdasarkan perbandingan amplitudo yang telah dilakukan pada Lead I,
Lead II, dan Lead III dengan masing-masing dilakukan sebanyak tiga kali
pengukuran, didapat hasil jika nilai tegangan (mV) yang dihasilkan EKG
Rancangan masih dalam rentang EKG Standard, sehingga EKG Rancangan
dinyatakan bekerja dengan baik.
4.3.2 Perbandingan PeriodeEKG Standard dan EKG Rancangan
Nilai perbandingan periode antara kedua EKG juga diambil berdasarkan
ketiga lead yang digunakan. Masing-masing lead dilakukan hingga tiga kali
pengukuran untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Nilai periode didapat dari
perhitungan nilai waktu (s) yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG,
dimana tiap satu kotak kecil bernilai 0,04s. Hasil perbandingan Lead I
ditunjukkan pada Tabel 4.5, hasil perbandingan Lead II ditunjukkan pada Tabel
4.6, dan hasil perbandingan Lead III ditunjukkan pada Tabel 4.7.
Tabel 4.5 Perbandingan Periode Lead I
Pengukuran
ke-
EKG Standard EKG Rancangan
