PERANCANGAN PROTOKOL EKSPERIMEN FISIOLOGI
UNTUK MENGUKUR KINERJA REHABILITASI AMPUTEE
KAKI BERDASARKAN INDIKATOR CARDIOVASCULAR
Studi Kasus: Pengujian Prostetik Endoskeletal Menggunakan
Teknologi Multi-Axis Ankle Joint
Skripsi
YANUARITA NURLIANA SARI
I0310044
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
PERANCANGAN PROTOKOL EKSPERIMEN FISIOLOGI
UNTUK MENGUKUR KINERJA REHABILITASI AMPUTEE
KAKI BERDASARKAN INDIKATOR CARDIOVASCULAR
Studi Kasus: Pengujian Prostetik Endoskeletal Menggunakan
Teknologi Multi-Axis Ankle Joint
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
YANUARITA NURLIANA SARI I 0310044
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan berkah dan rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi ini dengan baik. Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik. Penulis berharap laporan ini dapat memberi manfaat, baik untuk BBRSBD Dr. Soeharso, Program Studi Teknik Industri UNS, maupun segenap civitas akademika Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses pengumpulan data,penyusunan, dan penyelesaian laporan ini:
1. Allah SWT atas segala kekuatan dan kemampuan sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini,
2. Bapak Heru Susanto dan Ibu Sartini, Muhammad Fajar Islam Saputra, Ahmad Iran Pradita, dan Isnaeni Tri Setyowati untuk semuanya,
3. Dr. Cucuk Nur Rosyidi S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Industri UNS, 4. Prof. Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE. selaku pembimbing I yang telah
memberikan banyak masukan, bimbingan, pengarahan dan kemudahan selama penulisan laporan skripsi ini,
5. Ilham Priadythama, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang telah memberikan banyak masukan, bimbingan, dan pengarahan selama penulisan laporan skripsi ini,
6. Ir. Lobes Herdiman, M.T. selaku pembimbing yang telah memberikan banyak masukan, bimbingan, dan pengarahan selama penelitian skripsi ini,
7. Dr. Eko Pujiyanto, S.Si, MT dan Dr. Bambang Suhardi, S.T., M.T. selaku penguji I dan penguji II yang telah memberikan masukan, kritik, dan saran yang konstruktif terhadap penelitian ini,
8. Seluruh dosen dan staff Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret atas segala ilmu dan bimbingan yang telah diberikan,
9. Astrid Wahyu Adventri Wibowo, Cindy Wahyufitriani, Diyah Dwi Nugrahaeni, Indri Hermayanti, dan Tri Wisudawati, for being the only insanity that keeps me
sane in this cruel faculty,
10. Teman-teman seperjuangan seminar dan sidang skripsi,
11. Teman-teman TI UNS 2010 yang tidak bisa disebutkan satu per satu, terima kasih untuk waktu, bantuan, sharing ilmu, semangat, dan doanya. See you on
top guys!
12. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan laporan ini yang tidak bisa disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini masih terdapat kekurangan. Untuk itu, adanya kritik dan saran yang membangun diperlukan agar laporan ini menjadi lebih baik. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Surakarta, 30 Januari 2015
ABSTRAK
Yanuarita Nurliana Sari, I0310044. Perancangan Protokol Eksperimen Fisiologi Untuk Mengukur Kinerja Rehabilitasi Amputee Kaki Berdasarkan Indikator Cardiovascular (Studi Kasus: Pengujian Prostetik Endoskeletal Menggunakan Teknologi Multi-Axis Ankle Joint). Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Januari 2015
Teknik analisis gait yang ada memiliki kelemahan terkait protokol eksperimen yang digunakan dalam pengumpulan data khususnya bagi subjek amputee kaki. Prosedur pengukuran dan instalasi alat pengukur yang rumit dapat mengganggu kenyamanan subyek. Terlebih lagi untuk teknik analisis gait dengan pendekatan biomekanika, ukuran kinerja teknologi alat bantu berjalan belum tentu dapat dinilai dari pola berjalan. Pada kasus amputee yang berusaha mempertahankan pola berjalan normal (tidak natural) meskipun dengan teknologi alat bantu berjalan yang tidak sesuai, analisis berdasarkan kajian biomekanika tidak lagi akurat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang protokol eksperimen analisis gait bagi transtibial
amputee dengan mengedepankan respon fisiologi tubuh dibanding pendekatan
biomekanika.
Penelitian diawali dengan merancang sebuah model hubungan variabel kajian biomekanika dan fisiologi dalam analisis gait dengan metode literature review. Variabel yang dihasilkan dalam model tersebut selanjutnya akan digunakan sebagai variabel pengukuran dalam protokol eksperimen. Protokol eksperimen dimodelkan dengan menggunakan diagram IDEF0 agar diperoleh rancangan protokol eksperimen yang sistematis. Uji coba protokol eksperimen selanjutnya dilakukan dengan menerapkannya pada studi kasus pengujian prostetik kaki eksoskeletal dan endoskeletal multi-axis ankle joint.
Berdasarkan permodelan variabel analisis gait, ditentukan rancangan protokol eksperimen menggunakan indikator kardiovaskular yaitu denyut nadi sebagai variabel pengukuran beban tubuh. Rancangan protokol eksperimen dengan diagram IDEF0 menghasilkan 4 level diagram sistematis yang diterapkan dalam pengujian prostetik kaki. Hasil pengujian menunjukkan terjadi penurunan beban kerja tubuh saat subjek menggunakan prostetik kaki endoskeletal dengan multi-axis ankle joint. Hal ini menunjukkan protokol eksperimen yang dirancang dapat membedakan kinerja teknologi alat bantu berjalan berdasarkan respon fisiologi tubuh. Maka dari itu, protokol eksperimen yang dirancang diharapkan dapat membantu dalam proses pengukuran kinerja rehabilitasi amputee karena tahapan penting dalam rehabilitasi
amputee adalah pelatihan penggunaan prostetik.
xviii + 120 Halaman ; 52 Tabel ; 28 Gambar Daftar Pustaka : 49 (1961-2013)
ABSTRACT
Yanuarita Nurliana Sari, I0310044. Designing Physiology Experimental Protocol for Measuring Rehabilitation Performance of Leg Amputee Based on Cardiovascular Indicator (Case Study: Prosthetic Endoskeletal with Multi-Axis Technology Ankle Joint Testing). Thesis. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, January 2015
The existing gait analysis techniques still suffered from the weakness of the experimental protocol used in the data collection, especially for leg amputee subjects. Measurement procedures and installation of complex measure could lead to subject’s discomfort. In addition for gait analysis techniques with biomechanical approach, the performance measure of walking aid technology was not necessarily could be assessed from the walking pattern. In the case of amputee who try to maintain his walking pattern close to normal (not natural) although with the unfit walking aid technology, the analysis based on biomechanical has been no longer accurate. This research aimed to design experimental protocols for transtibial amputee gait analysis based on body’s physiological response instead of biomechanical approach.
The study began by designing a model of variables relationship in the biomechanics and physiology approach of gait analysis using literature review method. The resulted variable in the model would be used as a measurement variable in the experimental protocol then. Experimental protocol modeled using IDEF0 diagrams in order to obtain a systematic experimental protocol design. The experimental protocol testing was done by applying the experimental protocol on case study of exsoskeletal and endoskeletal multi-axis ankle joint legs prosthetic testing.
Based on the modeling of gait analysis variable, the experimental protocol was determined using cardiovascular indicator which was pulse as a measurement variable of body's workload. The design of the experimental protocol with IDEF0 diagram produced 4 levels systematic diagram which would be applied for prosthetic testing. The testing results showed a reduction of body's workload while subjects using endoskeletal with multi-axis ankle joint legs prosthetic. It proved that the experimental protocol designed was able to differentiate walking aids technology performance based on body's physiological response. Thus, the experimental protocol was expected to assist the performance measurement of amputee rehabilitation process as an important step in amputee rehabilitation is the training of using prosthetic.
Keywords: gait analysis, physiology, pulse
xviii + 120 Pages ; 52 Tables ; 28 Figures Bibliography : 49 (1961-2013)
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ... iii
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
GLOSARIUM ... xvii
BAB I BAB I
PENDAHULUAN ... I-1
1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah ... I-4 1.3 Tujuan Penelitian ... I-4 1.4 Manfaat Penelitian ... I-4 1.5 Batasan Masalah... I-4 1.6 Asumsi Penelitian ... I-4 1.7 Sistematika Penulisan ... I-4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1
2.1 Prostetik Kaki Bawah Lutut ... II-1 2.1.1 Definisi Prostetik ... II-1 2.1.2 Komponen Prostetik Kaki Bawah Lutut ... II-1 2.1.3 Prostetik Endoskeletal Teknologi Multi Axis ankle
Joint………... II-3
2.2.1 Beban Kerja ... II-4 2.2.2 Keluhan Muskuloskeletal ... II-5 2.2.3 Kelelahan ... II-5 2.3 Fisiologi Otot ... II-7 2.3.1 Sumber Energi ... II-7 2.3.2 Peran Oksigen ... II-8 2.3.3 Denyut Nadi ... II-9 2.3.4 BMI (Body Mass Index) ... II-10 2.4 Mekanisme Kelelahan Tubuh ... II-11 2.4.1 Kontraksi Otot ... II-12 2.4.2 Perubahan Cardiovascular ... II-12 2.4.3 Perubahan Respiratory ... II-13 2.4.4 Perubahan Homeostasis ... II-13 2.4.5 Kapasitas Kerja ... II-14 2.5 Kenyamanan Thermal ... II-15 2.5.1 Temperatur Udara ... II-15 2.5.2 Kecepatan Aliran Udara ... II-16 2.5.3 Kelembaban Udara ... II-17 2.6 IDEF0 ... II-17 2.6.1 Pendekatan IDEF0 ... II-17 2.6.2 Model IDEF0 ... II-18 2.6.3 Sintaks ... II-19 2.6.3.1 Kotak ... II-19 2.6.3.2 Panah ... II-19 2.6.3.3 Aturan Sintaks ... II-20 2.6.4 Semantiks ... II-21 2.6.4.1 Kotak dan Panah Semantik ... II-21 2.6.4.2 Aturan Kotak dan Panah Semantik ... II-22 2.6.5 Tipe-tipe Diagram IDEF0 ... II-23 2.6.5.1 Top-Level Context Diagram... II-23
2.6.5.2 Child Diagram ... II-23 2.6.5.3 Parent Diagram ... II-24 2.7 Penelitian Sebelumnya ... II-25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... III-1
3.1 Tahap Identifikasi Masalah ... III-2 3.2 Pengumpulan dan Pengolahan Data ... III-3 3.2.1. Penyusunan Rancangan Protokol ... III-3 3.2.2. Penerapan/Uji Coba Protokol ... III-5` 3.3 Tahap Analisis ... III-6 3.4 Tahap Kesimpulan dan Saran... III-6
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA... IV-1
4.1 Pemodelan Variabel Analisis Gait ... IV-2 4.1.1 Kontraksi Otot……….. IV-3 4.1.2 Perubahan Cardivascular……….. IV-3 4.1.3 Perubahan Respiratory….……….. IV-3 4.1.4 Perubahan Homeostasis...……….. IV-3 4.1.5 Kapasitas Kerja..……… IV-4 4.1.6 Gait Deviation..……….… IV-5 4.2 Penentuan Variabel Laten dan Variabel Manifest ... IV-9 4.3 Penentuan Variabel Respon dan Variabel Kontrol ... IV-9 4.4 Penentuan Parameter dari Variabel Respon ... IV-10 4.5 Desain Eksperimen……….. IV-11 4.5.1 Metode Eksperimen………. IV-11 4.5.2 Kondisi Lingkungan………. IV-12 4.5.3 Responden………..……….. IV-14 4.5.4 Track………..………. IV-15 4.5.5 Treatment…………..………. IV-16 4.5.6 Peralatan…………..……….. IV-16 4.6 Pelaksanaan……… IV-17 4.6.1 Initial Examination………. IV-17
4.6.2 Gait Training…….………. IV-17
4.6.3 Gait Assessment….………. IV-18
4.6.4 Pengujian………. IV-18 4.7 Analisis Eksperimen……… IV-18 4.7.1 Analisis Parameter ……….. IV-18 4.7.2 Analisis Statistik... ……….. IV-19 4.8 Penyusunan Metodologi Protokol Eksperimen Pengujian Prostetik Kaki……….. IV-19 4.8.1 Diagram IDEF0 Level 1……….. IV-20 4.8.2 Diagram IDEF0 Level 2……….. IV-23 4.8.3 Diagram IDEF0 Level 3……….. IV-26 4.8.4 Diagram IDEF0 Level 4……….. IV-34 4.9 Uji Coba Rancangan Protokol Eksperimen………. IV-44
4.9.1 Uji Coba Rancangan Protokol Eksperimen Batch
1……… IV-44 4.9.2 Uji Coba Rancangan Protokol Eksperimen Batch
2……… IV-56 4.9.3 Uji Coba Rancangan Protokol Eksperimen Batch
3……… IV-64
BAB V ANALISIS ... V-1
5.1 Analisis Denyut Nadi sebagai Variabel Gait Analysis ... V-1` 5.2 Analisis Rancangan Protokol dan Uji Coba Protokol Eksperimen….
... V-3 5.3 Analisis Interpretasi Hasil……… V-8
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... VI-1
6.1 Kesimpulan ... VI-1 6.2 Saran ... VI-1
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi Beban Kerja berdasarkan % CVL ... II-10 Tabel 2.2 Klasifikasi BMI ... II-11 Tabel 4.1 Batas Kenyamanan Dalam Temperatur Efektif (TE) ... IV-13 Tabel 4.2 Ekstrapolasi Aliran Udara dan Temperatur Efektif ... IV-14 Tabel 4.3 Indeks Node Diagram IDEF0 ... IV-20 Tabel 4.4 Hasil Pengukuran DNI dan DNK (detik) ... IV-50 Tabel 4.5 Hasil Pengukuran DNI, DNK, dan Nadi Kerja (dpm) ... IV-50 Tabel 4.6 % CVL dan Klasifikasi % CVL ... IV-52 Tabel 4.7 Rekapitulasi Selisih Nadi Kerja Kontrol dan Treatment (dpm) Batch
1……. ... IV-52 Tabel 4.8 Uji Normalitas Periode Batch 1 ... IV-53 Tabel 4.9 Uji Komparabilitas Periode Batch 1 ... IV-53 Tabel 4.10 Uji Homogenitas Periode Batch 1 ... IV-53 Tabel 4.11 Rekapitulasi Jumlah Nadi Kerja Kontrol dan Treatment (dpm) Batch
1……. ... IV-54 Tabel 4.12 Uji Normalitas Residu Batch 1 ... IV-54 Tabel 4.13 Uji Komparabilitas Residu Batch 1 ... IV-54 Tabel 4.14 Uji Homogenitas Residu Batch 1 ... IV-55 Tabel 4.15 Rekapitulasi DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 1 ... IV-55 Tabel 4.16 Uji Normalitas DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 1 . IV-55 Tabel 4.17 Uji t Berpasangan DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 1 IV-55 Tabel 4.18 Hasil Pengukuran DNI dan DNK (detik) ... IV-58 Tabel 4.19 Hasil Pengukuran DNI, DNK, dan Nadi Kerja (dpm) ... IV-58 Tabel 4.20 % CVL dan Klasifikasi % CVL ... IV-59 Tabel 4.21 Rekapitulasi Selisih Nadi Kerja Kontrol dan Treatment (dpm) Batch
2……. ... IV-59 Tabel 4.22 Uji Normalitas Periode Batch 2 ... IV-60 Tabel 4.23 Uji Komparabilitas Periode Batch 2 ... IV-60
Tabel 4.24 Uji Homogenitas Periode Batch 2 ... IV-60 Tabel 4.25 Rekapitulasi Jumlah Nadi Kerja Kontrol dan Treatment (dpm) Batch
2……. ... IV-61 Tabel 4.26 Uji Normalitas Residu Batch 2 ... IV-61 Tabel 4.27 Uji Komparabilitas Residu Batch 2 ... IV-62 Tabel 4.28 Uji Homogenitas Residu Batch 2 ... IV-62 Tabel 4.29 Rekapitulasi DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 2 ... IV-63 Tabel 4.30 Uji Normalitas DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 2 . IV-63 Tabel 4.31 Uji t Berpasangan DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 2 IV-63 Tabel 4.32 Hasil Pengukuran DNI dan DNK (detik) ... IV-66 Tabel 4.33 Hasil Pengukuran DNI, DNK, dan Nadi Kerja (dpm) ... IV-66 Tabel 4.34 % CVL dan Klasifikasi % CVL ... IV-67 Tabel 4.35 Rekapitulasi Selisih Nadi Kerja Kontrol dan Treatment (dpm) Batch
3……. ... IV-68 Tabel 4.36 Uji Normalitas Periode Batch 3 ... IV-68 Tabel 4.37 Uji Komparabilitas Periode Batch 3 ... IV-69 Tabel 4.38 Uji Homogenitas Periode Batch 3 ... IV-69 Tabel 4.39 Rekapitulasi Jumlah Nadi Kerja Kontrol dan Treatment (dpm) Batch
3……. ... IV-70 Tabel 4.40 Uji Normalitas Residu Batch 3 ... IV-70 Tabel 4.41 Uji Komparabilitas Residu Batch 3 ... IV-71 Tabel 4.42 Uji Homogenitas Residu Batch 3 ... IV-71 Tabel 4.43 Rekapitulasi DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 3 ... IV-72 Tabel 4.44 Uji Normalitas DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch 3 . IV-72 Tabel 4.45 Uji t Berpasangan DNK Kontrol dan DNK Treatment Batch
2... IV-72 Tabel 5.1 Rekapitulasi Stride Subyek………... V-2 Tabel 5.2 Rekapitulasi Hasil Uji Efek Periode, Residu, dan Perlakuan.... V-5 Tabel 5.3 Uji Komparabilitas DNK Kelompok Short Stump dan Mid Stump…..
Tabel 5.4 Rekapitulasi Data Stump, BMI, Berat Prostetik Kaki, dan Denyut Nadi Kerja………... V-8
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prostetik Endoskeletal Ankle-Foot Multi Axis Generasi II .... II-3 Gambar 2.2 Kotak sintaks ... II-19 Gambar 2.3 Panah sintaks ... II-20 Gambar 2.4 Posisi Panah dan Fungsinya ... II-22 Gambar 2.5 Struktur dekomposisi ... II-24 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... III-1 Gambar 3.2 Diagram sintaks IDEF0 ... III-5 Gambar 4.1 Sistematika penentuan variabel manifest ... IV-7 Gambar 4.2 Skema Two-Period Two-Treatment ... IV-12 Gambar 4.3 Rancangan track untuk analisis gait ... IV-15 Gambar 4.4 Track untuk analisis gait ... IV-16 Gambar 4.5 Diagram A-0 ... IV-22 Gambar 4.6 Diagram A0 ... IV-25 Gambar 4.7 Diagram A1 ... IV-28 Gambar 4.8 Diagram A2 ... IV-31 Gambar 4.9 Diagram A3 ... IV-33 Gambar 4.10 Diagram A12 ... IV-35 Gambar 4.11 Diagram A21 ... IV-37 Gambar 4.12 Diagram A24 ... IV-39 Gambar 4.13 Diagram A32 ... IV-41 Gambar 4.14 Diagram A33 ... IV-43 Gambar 4.15 Protokol Pengaturan Kondisi Lingkungan ... IV-45 Gambar 4.16 Protokol Initial Examination ... IV-47 Gambar 4.17 Skema Eksperimen ... IV-48 Gambar 4.18 Protokol Eksperimen Fisiologi Pengujian Prostetik Kaki Batch 1……
... IV-49 Gambar 4.19 Protokol Perhitungan % CVL ... IV-51
Gambar 4.20 Protokol Eksperimen Fisiologi Pengujian Prostetik Kaki Batch 2….... ... IV-57 Gambar 4.21 Protokol Eksperimen Fisiologi Pengujian Prostetik Kaki Batch
