Non Invasive Pacemaker (EKG)

(1)

1 “Non Invasive Pacemaker (EKG)”

Hasan Abdullah, Dr. I Dewa Gede Hari W.,ST., MT, Dr. Endro Yulianto, ST, MT. Jurusan Teknik Elektromedik

POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA

ABSTRAK

Electrocardiogram (ECG) adalah tes medis untuk mendeteksi kelainan jantung dengan mengukur aktivitas listrik yang dihasilkan oleh jantung salah satunya bradikardia. Pasien yang mengalami gangguan ritme jantung khususnya bradikardia harus segera ditangani dengan melakukan pemasangan alat pacu jantung secara non invasive pacemaker pada keadaan emergency. sebelum pemasangan pacu jantung secara non invasive, perlu dilakukan pemeriksaan EKG untuk mendeteksi bradikardia.

Monitoring dilakukan dengan menempelkan elektroda pada lead II. Sinyal EKG disadap rangkaian instrumentasi dan pengkondisi sinyal analog untuk menghasilkan sinyal EKG yang diolah mikrokontroller. Display berupa LCD Grafik 128x64 untuk menampilkan sinyal EKG dan jumlah heart rate.

Berdasarkan hasil pengujian dan pengukuran terhadap phantom EKG, heart rate hasil pembacaan modul memiliki selisi paling sedikit terhadap alat EKG dengan dengan nilai error tidak melebihi ±5%. Setelah melakukan proses perencanaan, percobaan, pembuatan modul, dan pengujian serta pendataan dapat disimpulkan bahwa alat “Non Invasive Pacemaker (Monitoring)” dapat digunakan dan sesuai perencanaan.

Kata Kunci : ECG, Bradikardia, Mikrokontroller

PENDAHULUAN

Non-invasive pacemaker adalah alat yang

digunakan perawatan darurat bradikardia

simtomatik. Arus listrik akan dilewatkan dari generator pulsa eksternal melalui kabel yang dilakukan dan diterapkan secara eksternal. Elektroda direkatkan pada pasien melalui dinding dada dan jantung. Istilah lain untuk noninvasive pacemaker yaitu transcutaneous, transchest atau

transthoracic pacing (Linda Del Monte, RN,

BSN. 2009).

Elektrokardiogram (EKG) atau

electrocardiogram (ECG) adalah tes medis untuk mendeteksi kelainan jantung dengan mengukur aktivitas listrik yang dihasilkan oleh jantung,

sebagaimana jantung berkontraksi. EKG dapat

membantu mendiagnosis berbagai kondisi

kesehatan seperti aritmia jantung (termasuk bradikardia), pembesaran jantung, peradangan jantung (perikarditis atau miokarditis), dan penyakit jantung koroner. (Medkes.com, 2016).

Bradikardia merupakan kondisi di mana jantung penderita berdetak lebih lambat dari kondisi normal. Umumnya, detak jantung normal pada orang dewasa saat beristirahat adalah 60 sampai 100 kali per menit. Sedangkan jantung penderita bradikardia berdetak di bawah 60 kali per menit (Alodokter.com. 2016).

Jantung merupakan suatu organ berotot dengan ruang-ruang di dalamnya yang terletak di

(2)

2

dalam dada. bagian kanan dan kiri jantung masing-masing memiliki ruang di sebelah atas (serambi atau atrium) yang berfungsi untuk menampung darah dan ruang di sebalah bawah (bilik atau ventrikel) yang berfungsi untuk memompa darah agar darah hanya mengalir ke satu arah, maka ventrikel memiliki katub pada jalan masuk dan jalan keluar (medicastore.com. 2010).

Sebuah alat pacu jantung seringkali dapat

dipasang melalui sebuah operasi kecil.

Pemasangan pacu jantung seperti ini hanya dilakukan oleh dokter ahli yang memerlukan waktu satu sampai dua jam serta memerlukan

ketelitian dalam pemasangannya

(kardioipdrscm.com, 2016). Pemasangan seperti ini tidak bisa dilakukan untuk keadaan pasien emergency yang benar-benar membutuhkan penanganan cepat terhadap kelainan ritme jantung. Pasien yang mengalami gangguan ritme jantung khususnya bradikardia harus segera ditangani karena bradikardia bisa menjadi penyakit serius, bahkan bisa menyebabkan kematian, jika jantung sampai tidak bisa memompa oksigen yang cukup ke tubuh. Melihat permasalahan tersebut sebelum pemasangan pacu jantung secara non-invasive, pemeriksaan EKG untuk mendeteksi bradikardia dirasa tepat untuk mengatasi hal ini.

Alat ini terinspirasi dari alat

defibrillator/monitor MEDIANA D-500 yang diperoleh ketika penulis melakukan kegiatan Praktek Kerja Lapangan di RSUP. Sanglah Denpasar-Bali. Alat ini memiliki 4 mode

pengoperasian yang terdiri dari Mode

Monitoring, Manual defibrillator, AED

(Automatic External Defibrilator), dan Pacing. Adapun parameter yang dimonitoring yaitu EKG, SPO2, EtCO2, NIBP, IBP dan SUHU. Mode Monitoring pada alat ini umumnya digunakan

untuk memeriksa pasien apakah normal

mengalami kelainan irama jantung yakni bradikardia. Monitoring ini dapat memberikan informasi berupa grafik EKG dengan nilai BPM dari detak jantung pasien. Penulis tertarik pada salah satu mode alat mediana D-500 yaitu mode pacing yang dalam mode tersebut juga memerlukan monitoring sebelum dilakuakan pemberian pacing (Mediana, 2013). Setelah penulis melakukan penelusuran, ternyata alat tersebut belum pernah dibuat di Jurusan Teknik Elektromedik Surabaya untuk dijadikan bahan penelitian atau tugas akhir.

Berdasarkan hasil identifikasi masalah di atas maka dengan ini penulis membuat alat yang berhubungan dengan masalah tersebut, yang

diberi judul Non-Invasive Pacemaker

(Monitoring).

BATASAN MASALAH

1. Pengatur Monitoring EKG hanya pada lead 2 2. Menggunakan IC ATmega mikrokontroller 3. Tampil Grafik EKG dan BPM

4. Aktif pada mode Monitoring RUMUSAN MASALAH

Dapatkah dibuat alat Pacu Jantung

Non-Invasive Pacemaker ?

TUJUAN PENELITIAN 1) TujuanUmum

Dibuatnya alat non-invasive pacemaker. 2) Tujuan Khusus

(3)

3

1. Membuat rangkaian untuk pengolah sinyal EKG

2. Membuat rangkaian minimum sistem

Atmega

3. Membuat software pemrograman

mikrokontroller

4. Melakukan uji fungsi alat

MANFAAT PENELITIAN 1) Manfaat Teoritis

Menambah pengetahuan dan mengenal prinsip kerja tentang peralatan medik, khususnya non-invasive pacemaker.. 2) Manfaat Praktis

Dengan dibuatnya alat non-invasive

pacemaker dapat membantu pasien dalam

melakukan terapi pada jantung yang

mengalami gangguan irama yaitu

bradikardia. Selain itu pemasangan alat yang secara non-invasive menjadi solusi pasien dalam keadaan emergency selama masih

menunggu operasi untuk dilakukan

pemasangan alat pacemaker permanen. TINJAUAN PUSTAKA

1) Jantung

Jantung ( dalam bahasa Yunani disebut cardia ) adalah sebuah rongga, organ berotot yang memompa darah lewat pembuluh darah oleh kontraksi berirama yang berulang. Jantung adalah salah satu organ yang berperan dalam sistem peredaran darah.

Gambar Jantung Manusia

Secara internal, jantung dipisahkan oleh sebuah lapisan otot menjadi dua belah bagian, dari atas ke bawah, menjadi dua pompa. Kedua pompa ini sejak lahir tidak pernah tersambung. Belahan ini terdiri dari dua rongga yang dipisahkan oleh dinding jantung. Maka dapat disimpulkan bahwa jantung terdiri dari empat rongga, yaitu serambi kanan dan serambi kiri, serta bilik kanan dan bilik kiri

2) Sinyal Jantung

Aktivitas listrik jantung dapat direkam

dengan alat elektrokardiograf dan hasil

rekamannya disebut elektrokardiogram.

Sedangkan elektrokardiografi merupakan ilmu

yang mempelajari tentang ECG.

Elektrokardiogram pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuwan Belanda yaitu Einthoven

pada tahun 1903 dengan menggunakan

Galvanometer. ECG sangat berguna dalam mendiagnosa kelainan jantung seperti aritmia, iskemia, infark jantung, fungsi konduksi jantung, gangguan elektrolit.

(4)

4

Gambar Alat monitoring EKG

Arus listrik jantung yang berasal dari SA node dan menyebar ke atrium, AV node dan selanjutnya ke ventrikel dapat direkam dengan menggunakan kertas khusus EKG yang berkotak.

Setiap kotak kecil EKG berukuran 1mm2_{, dengan}

kecepatan mesin EKG 25mm/detik, maka 1 kotak kecil kertas EKG sama dengan 0.04 detik. 1 kotak besar terdiri dari 5 kotak kecil, sehingga kecepatannya kotak besar sama dengan 0.2 detik. Rekaman impuls listrik pada kertas tampak adanya defleksi yang disebut gelombang. Gelombang impuls listrik terdiri dari gelombang P, gelombang Q, R, S, yang membentuk kompleks QRS, gelombang T dan gelombang U. 3) Pacemaker (Pacu Jantung)

Pacu jantung merupakan generator yang merangsang dan mengontrol denyut jantung dengan menggunakan impuls listrik melalui pemasangan elektroda. Elektroda merupakan lead yang berfungsi menghantar impuls listrik yang berasal dari generator yang bersifat sementara, dimana generator jantung tidak dapat memenuhi kebutuhannya..

Gambar Non Invasive Pacemaker

4) ATMega 16

Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent), adapun blog diagram arsitektur ATMega16. Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari :

1) Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz.

2) Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte

3) Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.

4) CPU yang terdiri dari 32 buah register. 5) User interupsi internal dan eksternal 6) Port antarmuka SPI dan Port USART

sebagai komunikasi serial 7) Fitur Peripheral

5) LCD Grafik 128x64

Liquid Crystal Display adalah salah satu bentuk keluaran yang paling jelas dan mudah dimengerti. Pada LCD sederhana, setiap titiknya hanya dapat menampilkan 2 jenis intensitas saja, gelap atau terang, sedangkan LCD yang lebih canggih dapat menampilkan gradasi dari terang ke gelap

(5)

5

bahkan berbagai warna. LCD grafik terdiri dari sekumpulan titik-titik yang dapat diatur secara terpisah intensitasnya sehingga dapat menampilkan berbagai gambar.

Gambar 2.15 LCD Grarfik 128 x 64 6) PADS

Pads adalah konduktor yang dilalui arus listrik dari satu media ke yang lain, biasanya dari sumber listrik ke perangkat atau bahan.

Gambar 2.14 Bentuk Pads Pasien METODOLOGI PENELITIAN Diagram Mekanis Sistem

Diagram Blok Sistem

(6)

6

PEMBUATAN, PENGUJIAN dan PEMBAHASAN

Pembuatan

1) Rangkaian Instrument Amplifier

R4=R18=R=22K

R8=R12=R7=R16=22K

R11=Rg=560 Ω

Acl = 1 +

2𝑅 𝑅𝑔

= 1 +

2𝑥22𝑘 560

= 79,57 Kali

A = Tinggi x Time/Div

= 1.2 x 500mV

= 600 mV = 0.6 V

Pada rangkaian instrument amplifier outputnya masih terdapat noise interfrensi dari luar. Output dari rangkaian ini akan dimasukkan ke rangkaian filter untuk mengurangi noise interferensi.

2) Rangkaian Filter

Rangkaian filter terdiri dari high pass

filter pasif, low pass filter aktif dan nocht

filter dengan Fcl (Frekuensi cut-off low)

dan Fch (Frekuensi cut-off high) serta

frekuensi cut-off nocht filter :

Fch= 1 / (2 π R13 C6)

Fcl = 1 / (2 π √𝑅9 𝐶1 𝑅10 𝐶7

Fcnocht = 1 / (2 π R5 C4).

a. High Pass Filter

A = Tinggi x Time/Div

= 1.2 x 1V

= 600 mV = 0.6 V

Menggunakan High Pass Filter dengan

frekuensi cut off sebesar 0,995 Hz, yang

melewatkan frekuensi diatas frekuensi

cut off yang masih terdapat banyak noise.

Selanjutnya akan menuju rangkaian low

pass filter.

b. Low Pass Filter

+ -U2D TL084 12 13 14 4 11 + R18 22k R16 22k + -U1B TL084 5 6 7 4 11 R11 560 J2 CON2 1 2 R12 22k R8 22k + -U2B TL084 5 6 7 4 11 + -U1A TL084 3 2 1 4 11 J6 TP1 1 R7 22k R4 22k J7 RL 1 2 J5 CON2 1 2 -R10 47K + J3 TP2 1 R5 68k R23 47k R1 1k C11 33n 074 C8 33n R17 68k R2 100k R22 47k - C2 CAP + -U2A TL084 3 2 1 4 11 C1 33n + -U3A TL084 3 2 1 4 11 + -U1C TL084 10 9 8 4 11 + -U3C TL084 10 9 8 4 11 J4 TP3 12 J12 TP5 1 C5 47n R13 1,6M C4 47n J8 TP4 1 2 R9 47K C9 33n + -U2C TL084 10 9 8 4 11 R3 1k C3 47n C7 33n R15 100k 1 3 2 R20 47k C6 104 074 R6 68k R21 47k R14 68k C12 33n J9 TP6 1 2 + -U1D TL084 12 13 14 4 11

(7)

7

R9=R21=R23=Ra=47K

R10=R20=R22=Rb=47K

C1=C8=C90=Ca=33nF

C7=C11=C12=Cb=33nF

Fc =

1 2π√Ra.Ca.Rb.Cb

=

1 6.28√47Kx33nx47Kx33n

=102,61 Hz

Menggunakan Low Pass Filter aktif bertujuan untuk mengurangi noise yang masih mengganggu sinyal ECG. Penetuan nilai Fc disamakan dengan Fc pada LPF aktif dengan frekuensi cut off sebesar 102 Hz, yang melewatkan frekuensi dibawah frekuensi cut off yang masih terdapat banyak noise frekuensi jala-jala listrik sebesar 50 Hz

c. Notch Filter

R5=R6=R=68K

C4=C5=C=47n

Fc=

1 2πRC

Fc=

1 6,28x68Kx47n

3) Rangkaian Non Inverting Amplifier

IC TL084 (U2A)

Penguatan Maksimal Saat R2=100k maka

Rfeedback (Rf)=101K

R1=Ra=1K

ACL=1+

Rf

Ra

ACL=1+

101k

1k

=102 Kali

Penguatan Minimal

Saat R2=0 maka Rfeedback (Rf)=1K

R1=Ra=1K

ACL = 1 +

Rf

Ra

ACL = 1+

1𝑘

= 2 Kali

IC TL084 (U3B)

(8)

8

R26=Ra=1K

ACL = 1 +

Rf

Ra

ACL = 1 +

100k

1k

=101 Kali

Penguatan Minimal

Saat R25=0 maka Rfeedback (Rf)=0 Ω

R23=Ra=1K

ACL = 1 +

𝑅𝑓

𝑅𝑎

ACL = 1 +

0 1𝑘

=1 Kali

4) Rangkaian Adder

Rangkaian adder digunakan untuk

menggeser titik referensi sinyal ECG yang awalnya berada pada nilai 0V dinaikkan menjadi 1,3 V karena mikrokontroller tidak bisa mengolah input dengan nilai tegangan negative.

5) Rangkaian Minimum Sistem ATMega 16

6) Pengukuran dan Pengujian Hasil Pengukuran

Tabel 5.1 Hasil pengukuran Arus Pacing pada 60 BPM

PENUTUP Kesimpulan

1. Dapat dibuat alat Non-Infasive Pacemaker mode monitoring yang menanpilkan sinyal ECG menggunakan rangkaian pengolah sinyal jantung.

2. Dapat dibuat rangkaian minimum system microcontroller Atmega16.

3. Dapat dibuat software untuk menampilkan sinyal pada LCD Grafik Dapat dibuat software

pemrograman mikrokontroller pada

pemrograman untuk tampilan hasil grafik sinyal ECG.

4. Saat pasien dalam kondisi tenang sinyal ECG yang ditampilkan di display bisa stabil, akan tetapi saat pasien bergerak ditemukan sinyal ECG yang naik turun dari titik referensi awal. 5. Sinyal yang naik turun disebabkan oleh

pergerakan pada subyek atau elektroda yang kurang kontak dengan kulit.

R24 1k R27 100k + -U3D TL084 12 13 14 4 11 + R28 1800 C10 47u J11 TP7 1 C13 CAP D1 3.1V 1 2 R19 10kN J10 TP8 / OUT 1 2 J19 DOWNLOADER 1 2 3 4 5 6 PD6 PA0 PB2 PD4 RST PC4 PD0 PC3 PB1 R32 1K S3 SW PUSHBUTTON PB6 S1 SW PUSHBUTTON PA2 PC6 XTAL1 PA5 PD3 OUT ECG PC5 PA5 PB3 XTAL1 U5 16 4 28 36 19 9 27 38 29 6 22 33 1 20 40 34 8 17 3 14 32 5 13 26 18 37 24 2 39 23 35 25 21 7 15 12 30 31 10 11 PD2/INT0 PB3/AIN1/OC0 PC6/TOSC1 PA4/ADC4 PD5/OC1A RESET PC5/TDI PA2/ADC2 PC7/TOSC2 PB5/MOSI PC0/SCL PA7/ADC7 PB0/T0/SCK PD6/ICP1 PA0/ADC0 PA6/ADC6 PB7/SCK PD3/INT1 PB2/AIN0/INT2 PD0/RXD AREF PB4/SS XTAL1 PC4/TDO PD4/OC1B PA3/ADC3 PC2/TCK PB1/T1 PA1/ADC1 PC1/SDA PA5/ADC5 PC3/TMS PD7/OC2 PB6/MISO PD1/TXD XTAL2 AVCC AGND VC C GN D GND R33 1K PD2 PA7 PD5 +C21 10uF PB1 R29 POT 1 3 2 C20 30P PB5 PC6 PB6 PC1 PD3 PC0 PC0 PB4 PD5 S4 TOMBOL RESET PB5 PC7 RST J18 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 PA4 PD6 PD4 J13 LCD GRAFIK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PA7 PB2 PB0 PD2 PC4 PD7 AREF VCC PB3 J17 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 PB5 PB2 PA6 PB7 XTAL2 VCC GN D VCC PA1 PA1 GND PA4 PC2 VCC R31 220 Y 1 1M PC5 PA3 XTAL2 PD7 PD1 PB7 GN D VCC PC3 GND PC7 VCC PA6 PB1 PC1 PB0 PB3 GND PC2 R34 220 C18 30P PA0 PA3 RST PB6 PB7 PB4 PA2 S2 SW PUSHBUTTON

(9)

9

6. Sinyal yang naik turun menyebabkan mikro tidak bisa meakukan pengolahan data untuk menampilkan nilai HR.

Saran

1. Menggunakan tampilan dengan resolusi yang lebih baik dari LCD grafik 128x64 seperti TFT.

2. Pengolahan sinyal pada display untuk menstabilkan sinyal yang naik turun titik referensinya.

3. Melakukan penambahan penyimpanan

keseluruhan data.

4. Melakukan penyadapan 12 lead untuk dimonitor oleh modul. Saat ini peneliti hanya memonitor 1 lead saja, tepatnya pada lead 2.

DAFTAR PUSTAKA

Alodokter, 2016. “Bradikardia”,

(http://www.alodokter.com/bradikardia) diakses pada tanggal 30 September 2016: 14.15

Amri Muliadi (2015).“TEMPORARY

PACEMAKER (TPM)”, Senin, 23 November

2015.(http://amrimuliadi180.blogspot.co .id/2015/11/temporary-pacemaker-tpm.html) diakses pada tanggal 1 Oktober 2016-10-02

Ardi Winoto, 2008. Mikrokontroller AVR

ATmega8/16/32/8535 dan

Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR, Bandung : Informatika

Medicastore, 2010. “Anatomi Jantung dan

Pembuluh Darah”

(http://m.medicastore.com/index.php?m od=penyakit&id=5) diakses pada tanggal 28 September 2016: 16.09

Kardioipdrscm,2016.”Pemasangan Alat Pacu Jantung”.

(http://kardioipdrscm.com/portfolio/pem asangan-alat-pacu-jantung/)

Mediana.2013.”Service Manual Mediana D-500”.Obelis S.A

Sandro A. P. Haddad1, Richard Houben2 and Wouter A. Serdijn1, 2005. “Smart

Pacemakers The evolution of

pacemakers: an electronics perspective, from the hand crank to advanced wavelet

analysis”, Netherlands: DISens

symposium-book

BIODATA PENULIS

Nama : Hasan Abdullah

NIM : P27838014038

TTL : Situbondo, 20 Julis 1994

Alamat : Situbondo

Pendidikan : SMAN 2 SITUBONDO

(10)