Analisis Sinyal Plethysmograf dengan Metode Transmittan dan Reflektan
Roichatun Nashicha1, Dr. Ir. Bambang Guruh I, AIM,MM 2 ,dan Muhammad Ridha Mak’ruf,ST,MSi 3
ABSTRAK
Plethysmografi merupakan suatu teknik non invasive untuk mendeteksi perubahan volume didalam suatu organ. Informasi dari sinyal perubahan volume darah ini dapat digunakan untuk menghitung detak jantung permenit (BPM) karena setiap puncak gelombang yang terjadi berkorelasi dengan satu detak jantung. Terdapat dua tipe PPG, yaitu transmitansi dan reflektansi. Metode transmisi yaitu letak infrared dan fotodiode berhadapan, Sedangkan reflektan letak infrared dan fotodioda sejajar. Data dari finger sensor transmittan dan reflektan masuk ke rangkaian pengkondisian sinyal, kemudian dikirim ke mikrokontroller untuk diolah sehingga menghasilkan presentase nilai BPM yang kemudian ditampilkan pada PC. Sinyal PPG transmittan dan reflektan dibandingkan untuk megetahui perbedaan sinyal tersebut. Pengujian dilakukan dengan membandingkan modul dengan alat ukur standar yang menghasilkan %error terbesar sebesar 1,08% pada reflektan dan 0,38% pada Transmittan. Dari hasil yang diperoleh, alat layak digunakan karena dalam “Pedoman Pengujian dan Kalibrasi Alat Kesehatan” DEPKES RI tahun 2001, batas maksimal dalam toleransi kesalahan SPO2 adalah 2%
.
Kata kunci : Plethysmograf, Transmittan, Reflektan
I. PENDAHULUAN 1.2. Latar Belakang
Photoplethysmography adalah teknik optik non-invasive untuk mengukur perubahan pada volume darah berdasarkan variasi intensitas cahaya yang lewat atau dipantulkan oleh jaringan kulit. Photoplethysmography menggunakan sumber cahaya dan photodetector mendeteksi adanya perubahan volume darah dalam pembuluh darah. Cahaya dapat ditransmisikan melalui jaringan kapiler (capillary bed). Saat pulsasi arteri (arterial pulsations) mengisi jaringan kapiler, perubahan volume pembuluh mengubah penyerapan (absorption), pantulan (reflection), dan hamburan (scattering) cahaya. Terdapat dua metode photoplethysmography:
1) Metode transmisi, di mana cahaya ditransmisikan melalui jaringan kemudian cahaya yang melalui jaringan dideteksi oleh sensor cahaya.
2) Metode pantul, dimana cahaya dipantulkan oleh jaringan, kemudian cahaya yang dipantulkan dideteksi oleh sensor cahaya. (Harsono, 2012)
Infrared dengan panjang gelombang 940 nm memancarkan cahaya dan melewati jari tangan, kemudian hasil dari perubahan volume darah pantulan cahaya ditangkap oleh photodioda. Hasil photodioda di pengarui oleh kondisi detak jantung. Pada saat terjadi adanya denyutan maka darah akan mengalir keujung jari sehingga tingkat kekeruhan darah menjadi pekat dan menghalangi cahaya infrared ke photodioda dan menyebabkan resistansi pada
photodioda menjadi besar maka terjadi perbedaan tegangan sehingga terdapat pulsa high, tetapi masih sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Pada saat tidak terjadi denyutan maka cahaya infrared sepenuhnya memancar ke potodioda maka menyebabkan resistansi kecil sehingga menghasilkan pulsa low. Pulsa kemudian dihitung oleh mikrokontroler untuk menentukan denyut jantung dan ditampilkan pada PC.(Teguh, 2013)
1.3. Batasan Masalah
1. Peletakan Infrared dan Photodiode sebagai sensornya
2. Membandingkan Output, Input pada Transmittan dan Reflektan dan menganalisa sinyal PPG
3. Menampilkan Sinyal PPG dan BPM secara kontinyu
4. Mengetahui sensitivitas dan spesifitas dari metode transmittan dan reflektan 5. Pengukuran pada orang dewasa 1.4. Rumusan Masalah
1. Dapatkah infrared photodiode digunakan sebagai detektor sinyal PPG?
2. Dapatkah menampilkan sinyal PPG pada PC secara kontinyu
3. Dapatkah mengetahui perbedaan sinyal PPG pada Transmittan dan Reflektan?
1.4. Tujuan Penelitian
1.4.1.
Tujuan UmumMembuat alat Photoplethysmogram dengan menggunakan sensor photodiode dan infrared mengunakan metode reflektan dan transmittan kemudian ditampilkan PC
1.4.2.
Tujuan Khusus1. Membuat rangkaian pengondisi sinyal untuk rangakaian sensor transmittan maupun reflektan
2. Membuat rangkaian minimum sistem AVR Atmga 8 dan Program CV AVR 3. Membuat program penampil output
alat pada monitor PC menggunakan perangkat lunak Delphi
4. Melakukan Uji fungsi alat dan membandingkan kinerja dari dua metode
1.5. Manfaat Penelitian 1.5.1. Manfaat Teoritis
Hasil penelitian dapat Menambah waawasan dan pengetahuan tantang alat-alat kesehatan di bidang peralat-alatan Diagnostik, khususnya perbandingan metode transmittan dan reflektan pada alat PPG
1.5.2. Manfaat Praktis
Dapat diketahui karakteristik, spesifitas dan sensitifitas sinyal PPG dengan metode transmittan dan metode reflektan
II. METODE PENELITAIAN 2.1. Blok Diagram
Gambar 2.1. Diagram blok system
Finger sensor transmittan dan juga reflektan di pasang pada jari pasien di telunjuk pasiean untuk mendeteksi denyut jantung. Pada kedua finger sensor dan cahaya infrared yang dipancarkan ditangkap oleh photodiode. Karena adanya pengaruh dari aliran darah maka terjadi perubahan sinyal. Sinyal tersebut sangat kecil, sehingga memerlukan pengondisi sinyal yang terdiri dari rangkaian amplifier untuk memperkuat sinyal output dari masing-masing kemudian diolah pada minimumsistem dan dikirim melalui PL 2303 dan hasil akan dibaca PC
2.2. Diagram Mekanis Sistem
Gambar 2.2 Mekanis sistem tampak depan
Gambar 2.3. Mekanis sistem tampak belakang
2.3. Diagram Alir
2.3.1. Diagram Alir Program Mikrokontroller Begin Sinyal PPG Inisialisasi Deteksi Sinyal PPG Sending Data Tx data ke PC lewat PL2303 End T Y
T
YGambar 2.4. Diagram Alir program Mikrokontroller
Saat proses dimulai, maka sensor fingertip akan mendeteksi sinyal pletysmogram. Jika sinyal pletysmogram terdeteksi oleh sensor, maka sinyal tersebut ditransfer ke mikrokontroler kemudian data yang telah ditampung di mikrokontroler akan dikirim
melalui port Tx pada mikrokontroler. Jika sinyal plethysmografi tidak terkirim,maka sensor akan terus mendeteksi sinyal plethysmografi.
2.3.2. Diagram Alir pada Delphi
Begin Inisialisasi Receiving Data Connecting data Serial Tampil grafik Sinyal PPG Hitung BPM Timer 60 Detik =? Tampil BPM End T Y T Y
Gambar 2.5 Diagram Alir program Mikrokontroller
Ketika program dijalankan, maka program langsung menginisialisasi program. Data yang sudah dikirim oleh
mikrokontroler akan diterima. Saat ditekan tombol connect, maka data akan masuk pada program. Jika tidak ditekan, maka data hanya diterima tidak ditampilkan. Pada tampilan grafik, program akan menampilkan sinyal PPG yang sudah terdeteksi sebelumnya oleh sensor fingertip. Kemudian jika ditekan start maka program akan menghitung BPM selama 60 detik. Jika sudah mencapai 60 detik program akan menampilkan BPM.
III. Pembahasan
3.1.
Pengukuran Tes Point 3.1.1. Tes Point Transmittana. Menguji Output Sebelum Kapasitor
Gambar 3.1. output sebelum kapasitor
Output yang keluar dari sensor masih belum bisa ditentukan hasil dari pemeriksaan finger sensor
b. Menguji Output Sesudah Kapasitor
Output sinyal setelah kapasitor
sudah berada pada titik ground, karena
sinyal sudah melewati rangkaian high
pass filter dan melewati kapasitor
c. Menguji Penguatan Pertama
Gambar 3.3. Filter pertama
Gambar 3.4. output pengutan pertama
Amplitudo = 500 mV
Dengan amplitudo yang masih susah di baca oleh ADC maka sinyal tersebut dikuatkan kembali agar lebih sensitif.
d. Mneguji Penguatan Kedua
Gambar 3.5. Filter kedua
Gambar 3.6. output pengutan Kedua
Amplitudo = Time Div x Tinggi Kotak Vpp
= 1 V x 4 = 4 V
Output sinyal pada penguatan ke-2 sebesar 4 Vpp.
3.1.2. Tes Point Reflektan
a. Menguji Output Sebelum Kapasitor
Gambar 3.7. output pengutan pertama
Output yang keluar dari sensor masih belum bisa ditentukan hasil dari pemeriksaan finger sensor
b. Menguji Output Sesudah Kapasitor
Gambar 3.8. output sesudah kapasitor
Output sinyal setelah kapasitor sudah berada pada titik ground, karena sinyal
J4 TP1 1 C1 100nF +5v R1 6K8 R7 68K R2 680K C4 1uF -+ U1A LM358 3 2 1 8 4 J2 TP2 1 R8 68K -+ U1B LM358 5 6 7 J3 TP3 1 R3 6K8 C2 100nF R4 680K J1 Out BPM 1 2 C3 1uF
sudah melewati rangkaian high pass filter dan melewati kapasitor
c. Menguji Penguatan Pertama
Gambar 3.9. Filter pertama
Gambar 3.10. output pengutan pertama
Amplitudo = 200 mV
Dengan amplitudo yang masih susah di baca oleh ADC
d. Menguji Penguatan Kedua
Gambar 3.11. output Filter kedua
Gambar 3.12. output pengutan Kedua
Amplitudo : Time Div x Tinggi kotak
Amplitudo : 1 x 3 = 3 V
Output sinyal pada penguatan ke-2 sebesar 3 Vpp.
3.1.3. Minimum System
Gambar 3.13. output pengutan pertama
Output tegangan yang masuk pada port adc akan di olah pada rangkaian mikro, karena mikrokontroler berfungsi sebagai inisialisasi data adc, dan pengolahan sesunguhnya beradaa pada aplikasi delphi. Pengiriman data adc mengunakan jaringan nirkabel PL 2303 dengan kaki Rx dan Ground.
3.2.
Hasil Pengukuran Modul Dengan Gold StandartGambar 3.14 Hasil perhitungan Berdasarkan hasil pembandingan dengan menggunakan patient monitor
J4 TP1 1 C1 100nF +5v R1 6K8 R7 68K R2 680K C4 1uF -+ U1A LM358 3 2 1 8 4 J2 TP2 1 R8 68K -+ U1B LM358 5 6 7 J3 TP3 1 R3 6K8 C2 100nF R4 680K J1 Out BPM 1 2 C3 1uF SW1RESET R1 1K R6 1K xtal1 C3 22pF +5v
<Doc> <Rev Code>
<Title> A
1 1
Monday , Nov ember 21, 2016 Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of xtal1 J9 Supply 1 2 J3 BPM 2 1 2 +5v +5v U2 ATMEGA8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 PC6 (RESET) (RxD) PD0 (TxD) PD1 (INT0) PD2 (INT1) PD3 (XCK/T0) PD4 VCC GND PB6 (XT1/TOSC1) PB7 (XT2/TOSC2) (T1) PD5 (AIN0) PD6 (AIN1) PD7 PB0 (ICP) PB1 (OC1A) PB2 (SS/OC1B) PB3 (OC2/MOSI) PB4 (MISO) PB5 (SCK) AVCC AREF AGND PC0 (ADC0) PC1 (ADC1) PC2 (ADC2) PC3 (ADC3) PC4 (SDA/ADC4) PC5 (SCL/ADC5) R5 10K Y 1 11059200Hz +5v J2 bpm1 1 2 C2 22pF J12 PL 1 2 3 4 +5v xtal2 C1 10uF J8 Programmer 1 2 3 4 5 xtal2 D3 2.4v
didapatkan hasil yang berbeda. Nilai presentasi error pada Transmittan mulai dari 0 % sampai 0,23%. Sedangkan pada reflektan 0 % sampai 1,08 %.
3.3.
Analisis Data3.3.1. Sensitifitas dan Spesifisitas a. Transmittan Sensitifity = TP/(TP+FN) Sensitifity =2425x 100 % = 96% Spesifisity =TN/(FP+TN) Spesitifity =2425x 100 % = 96 % b. Reflektan Sensitifity = TP/(TP+FN) Sensitifity =2325x 100 % = 92 % Spesifisity =TN/(FP+TN) Spesitifity =2325x 100 % = 92 %
3.4. Pengambilan Data Responden
Untuk menentukan perbedaan sinyal plethysmografi pada transmittan dan reflektan yaitu dengan pengambilan data sebanyak 20 responden .
Tabel 3.1 Data Responden
Gender Transmittan Reflektan
VOLT BPM VOLT BPM Female 3.5 V 70 0.5 V 68 Male 5 V 75 3 V 74 Female 5 V 83 2 V 82 Male 3 V 88 3 V 87 Male 5 V 89 1.9 V 86 Female 2 V 80 0.7 V 78 Male 3 V 87 2 V 87 Male 5 V 85 4 V 85 Male 4 V 88 3 V 88 Female 5 V 82 2.5 V 81 Female 5 V 85 4 V 85 Female 5V 78 4.5 V 78 Female 4V 79 3V 79 Female 5 V 87 1.9 V 87 Female 5 V 92 1.5 v 91 Female 5 V 93 2 V 93 Male 5 V 83 4 V 83 Male 4 V 87 3.5 V 87 Male 4 V 93 2.5 V 96 Female 5 V 82 4 V 82
Gambar 3.15 Grafik perbedaan amplitdo transmittan dan reflektan
IV. Kelemahan dan Kekuatan
Melalui keseluruhan data pengukuran dapat ditarik analisa secara SWOT yaitu Strenght/ Kekuatan, Weakness/Kelemahan, Opportunities/ Peluang dan Threats/ Ancaman. Adpun penjelasan pada masing masing analisa SWOT adalah sebagai berikut :
1. Strengths : Keunggulan
Pada transmittan memiliki keunggulan dengan SA lebih tinggi sehingga memudahkan untuk pembacaan BPM dan memudahkan pembacaan jika digunakan untuk saturasi oksigen. karena saturasi oksigen membutuhkan sinyal PPG yang SA/ Amplitudo tinggi
Transmittan memiliki sensitivitas dan an spesifistas 96% 0 2 4 6 1 3 5 7 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 V O LT Transmittan Reflektan
2. Opportunities: Peluang
Dalam melakukan penelitian ini dapat mengetahui hasil SA atau amplitudo untuk memudahkan diagnosa dan hasil pembacaan BPM atau jika digunakan saturasi oksigen
3. Weaknesses :Kelemahan
Pada pengambilan data responden telah didapatkan bahwa modus reflektan SA/amplitudo sangat kecil sehingga untuk pembacaan BPM pada delphi tidak terlihat atau terhitung
Pada Reflektan memiliki sensitivitas dan spesifisitas 92%
4. Threats :Ancaman
bila tidak dilakukan analisa terhadap modus transmittan dan reflektan, maka sulit untuk mengetahui mana yang lebih sensitif dan spesitif contohnya dalam penggunaan untuk menghitung BPM atau saturasi oksigen dalam darah.
V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan
1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modus transmittan lebih sensitif terhadap denyut darah dikarenakan amplitudo pada transmittan lebih tinggi dibandingkan modus reflektan. 2. Transmittan memiliki sensitivitas
dan spesifistas 96%
3. Pada Reflektan memiliki sensitivitas dan spesifisitas 92%
4. Modus transmittan lebih baik digunakan untuk saturasi oksigen atau perhitungan BPM dibandingkan modus Transmittan.
5.2. Saran
Melakukan penelitian lebih lanjut terhadap sinyal plethysmograf selain berdasarkan amplitudo, sensitifitas dan spesifisitas
