Pengembangan Elektrokardiografi (EKG) Portable Sebagai Wujud Teknologi Tepat Guna
Tyas Istiqomah1, Welina Ratnayanti K2, Franky Candra SA3 1,2,3
Program Studi Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Email : tyasistiqomah@gmail.com
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 successfully 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.
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.
Pendahuluan
Jantung adalah salah satu organ vital bagi tubuh yang fungsi utamanya untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh. 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. 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 dan biasanya hanya dimiliki oleh rumah sakit besar saja.
Berdasarkan hal tersebut, akan dibuat rancang bangun EKG dengan soundcard ke laptop sehingga EKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena mobile, serta biaya pembuatan yang terjangkau. 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). 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.
Jantung
Secara fisiologi, jantung adalah salah satu organ tubuh yang paling vital fungsinya dibandingkan dengan organ tubuh lainnya. Jantung merupakan sebuah otot yang dapat berkontraksi. Kontraksi otot manapun akan selalu menimbulkan perubahan kelistrikan yang dikenal dengan istilah potensial aksi. Potensial aksi yang timbul pada otot jantung (miokardium) dan jaringan transmisi jantung inilah yang memberikan gambaran kelistrikan jantung (konduksi jantung). Adanya konduksi jantung dapat menghasilkan impuls listrik secara ritmis yang menyebabkan adanya kontraksi ritmis otot jantung yang disebut ritme jantung, mengirim potensial aksi melalui otot jantung dan menyebabkan terjadinya detak jantung (Guyton, 2006).
Elektrokardiograf (EKG)
EKG adalah suatu gambaran grafis mengenai gambaran puncak aktifitas elektris dari serabut otot jantung, berupa kurva tegangan fungsi waktu yang terdiri dari berbagai puncak (Heru, 2008). Sebuah EKG dapat digunakan untuk mengukur denyut jantung dan mendiagnosis adanya kelainan pada jantung.
Gambar 1. Sinyal Keluaran EKG
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 digambarkan pada Gambar 2.
Metode Penelitian Perancangan Alat
Diagram alir prosedur penelitian disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram Alir Prosedur Penelitian
Selanjutnya dilakukan tahap perancangan hardware dan software yang disajikan pada Gambar 4.
(a) (b)
Hasil Dan Pembahasan Pembuatan Alat
Adapun perangkat keras dalam penelitian ini terdiri dari rangkaian catu daya, rangkaian penguat diferensial, rangkaian filter, dan rangkaian buffer. Perangkat lunak dalam penelitian ini berupa tampilan pada Soundcard Osiloskop.
Gambar 6. Rangkaian EKG Rangkaian Diferensial Amplifier
Rangkaian diferensial amplifier berfungsi sebagai penguat sinyal agar dapat diproses sistem, dikarenakan sinyal dari tubuh sangat lemah. Komponen penguat yang dipilih adalah IC jenis LM 324 yang terdapat Op-Amp di dalamnya. Rangkaian Filter
Pada perancangan filter ini terdiri dari dua jenis filter, yaitu high pass filter dan low pass filter. Filter ini berfungsi untuk mengurang noise yang dapat mengganggu kinerja alat. Perhitungan nilai frekuensi cut-off pada masing-masing filter adalah: ℎ : = 1 2 = 1 (2)(3,14)(10 )(0,1 ) = 0,16 : = 1 2 = 1 (2)(3,14)(100 )(0,1 ) = 16
Rangkaian Buffer
Rangkaian buffer yang digunakan pada penelitian ini digunakan untuk stabilizer sinyal agar tidak rusak ketika masuk rangkaian pertama kali.
Pengujian Rangkaian Diferensial Amplifier
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai penguatan rangkaian setelah dilakukan pengujian berulang. Berdasarkan uji yang dilakukan, didapat grafik linieritas seperti ditunjukkan Gambar 7.
Gambar 7. Grafik Linieritas Rangkaian Diferensial Amplifier
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.
Pengujian Rangkaian Filter
Pengujian rangkaian filter dilakukan pada low pass filter dan high pass filter dan didapat grafik sperti ditunjukkan Gambar 8.
Rentang nilai cut off yang dihasilkan adalah 1-10 Hz, yang mana seharusnya dicapai adalah 0,16 – 16 Hz. Hal ini berarti ada frekuensi yang seharusnya diloloskan oleh rangkaian menjadi tidak diloloskan dan menunjukkan jika filter belum mampu mengurangi noise secara maksimal.
Pengujian Pada Pasien
Pengambilan data dilanjutkan dengan melakukan uji pada tampilan akhir di laptop dengan seorang pasien uji. Data yang diambil berasal dari pemasangan tiga titik lead yang berbeda.
(a) (b)
Gambar 9. Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead I (a) dan Lead II (b)
Gambar 10. Hasil Pengujian Pada Lead III Perbandingan Amplitudo EKG Standard dan EKG Rancangan
Nilai perbandingan amplitudo antara kedua EKG diambil berdasarkan ketiga lead yang digunakan. Nilai amplitudo didapat dari perhitungan nilai tegangan (mV) yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG, dimana tiap satu kotak kecil bernilai 0,1mV.
Tabel I. Perbandingan Amplitudo Lead I
Tabel II. Perbandingan Amplitudo Lead II
Tabel III. Perbandingan Amplitudo Lead III
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: − =
0,353 − 0,18 = 0,173 ( )
b. EKG Rancangan: − =
0,373 − 0,2 = 0,173 ( )
Perbandingan Periode EKG Standard dan EKG Rancangan
Nilai perbandingan periode antara kedua EKG juga diambil berdasarkan ketiga lead yang digunakan. Nilai periode didapat dari perhitungan nilai waktu (s)
yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG, dimana tiap satu kotak kecil bernilai 0,04s.
Tabel IV. Perbandingan Periode Lead I
TABEL V. Perbandingan Periode Lead II
TABEL VI. Perbandingan Periode Lead III
Berdasarkan perbandingan periode yang telah dilakukan pada Lead I, Lead II, dan Lead III dengan masing-masing dilakukan sebanyak tiga kali pengukuran, didapat hasil jika nilai waktu (s) yang dihasilkan EKG Rancangan masih dalam rentang EKG Standard, sehingga EKG Rancangan dinyatakan bekerja dengan baik.
Kesimpulan
1. Elektrokardiograf (EKG) telah dibuat dapat menampilkan sinyal kompleks PQRST jantung pada tampilan laptop untuk pemasangan tiga lead berbeda.
2. Elektrokardiograf (EKG) yang dibuat juga telah dibandingkan dengan EKG Standard dari tiga lead berbeda. 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. 3. Perhitungan gelombang P,Q,S,T belum dapat dilakukan karena sinyal
yang terlalu kecil dan bercampur dengan noise.
Saran
Berikut ini adalah beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitian lebih lanjut :
1. Sinyal EKG pada tampilan akhir belum bersih dari noise sehingga gelombang PQRST tidak terlihat jelas. Penelitian berikutnya dapat digunakan FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengetahui nilai frekuensi yang menyebabkan terjadinya noise. Langkah ini sebagai dasar dalam merancang filter agar diperoleh EKG yang rendah noise.
2. Pada penelitian berikutnya dalam membandingkan EKG hendaknya dilakukan pengambilan data pasien secara bersamaan untuk mendapatkan nilai tegangan dan waktu pada gelombang PQRST.
3. Uji kinerja amplifier hendaknya dilakukan pada rentang kerja dari amplifier yang digunakan untuk penguatan sinyal EKG.
4. Untuk penelitian berikutnya diharapkan rangkaian EKG dilengkapi dengan rangkaian isolasi untuk keamanan pasien.
5. Dikembangkan software yang dapat bekerja secara real time yang dapat menampilkan kondisi jantung.
Ucapan Terima Kasih
Penulis ucapkan terima kasih sebesar-sebesarnya kepada Allah SWT yang telah memberikan setiap kenikmatan dalam menyelesaikan penelitian ini. Terima kasih pula untuk papa, mama, adik, dan cha atas setiap support yang diberikan serta kepada semua teman-teman Teknobiomedik 2008.
Daftar Pustaka
Azhar dan Suyanto., 2009, Studi Identifikasi Sinyal EKG Irama Myocardial Ischemia dengan Pendekatan Fuzzy Logic, Jurnal Teknik Industri Volume 7, Nomor 4, Juli 2009 : 193–206.
Cahyono, Y., Susilo R, E., Novitaningtyas, Y., 2008, Rekayasa Biomedik Terpadu untuk Mendeteksi Kelainan Jantung, Jurnal Fisika dan Aplikasinya Volume 4, Nomor 2 JUNI 2008 Jurusan Fisika-FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Christian Zeitnits. 2012. Soundcard Oscilloscope. http://www.zeitnitz.de/Christian/scope_en/
Darmayasa, P., 2006, Tutorial Mikrokontroler, http://www.geocities.com /tu_darma/serialhtml
Faludi, Robert, 2009, Fundamentals of Physichal Computing School of Visual Arts, http://interactiondesign.sva.edu.
Fandi, A., Adil, R., Wardana, P., Rochmad, M., 2006, Perancangan dan Pembuatan Modul EKG dan EMG Dalam Satu Unit PC Sub Judul : Pembuatan Rangkaian EKG dan Software EKG Pada PC, Teknik Elektronika PENS-ITS, Surabaya.
Guyton and Hall., 2006, Textbook of Medical Physiology Eleventh Edition, Elsevier Saunders, Pennsylvania : 103.
Hadiyoso, S., Alfaruq, A., Rizal, A., 2011, Sistem Multiplexing pada Pengiriman Data Monitoring EKG, PPG, dan Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroler, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2011 (SNATI 2011) Yogyakarta, 17-18 Juni 2011.
Heru, A., 2008, Desain Alat Deteksi Dini dan Mandiri Aritmia, Jurnal Teknologi dan Manajemen Informatika Volume 6, Nomor 3, Agustus 2008.
Istataqomawan, Zuli, 2011, Catu Daya Tegangan DC Variabel dengan Dua Tahap Regulasi (Switching dan Linier), Semarang: Teknik Elektro Universitas Diponegoro.
Jones, S., 2005, EKG Notes Interpretation and Management Guide, F.A Davis Company: Philadelphia.
Kuntarti., 2006, Fisiologi Kardiovaskular, Faal_KV/ikun/2006.
Kurachi, Y., 2001, Heart Physiology and Pathophysiology, Boston, Massachusetts :9-10.
Malvino, Albert Paul., 1996, Prinsip-prinsip Elektronika Jilid 2: Edisi 3, Jakarta, Erlangga.
McGraw-Hill., 2004, Bioelectricity and Its Measurement, Digital Engineering Library, www.digitalengineeringlibrary.com
Mega, Yiwansyah., 2006, Photoelectric Plethysmographs Menggunakan PC Soundcard dalam Pengukuran Detak Jantung, Jurusan Fisika Universitas Sriwijaya, Jurnal Volume 30 No.2 Juli-Desember 2006.
Ramli, Nur Ilyani., 2011, Design dan Fabrication of a Low Cost Heart Monitor Using Reflectance Photopleyhysmogram, World Academy of Science, Engineering and Technology 80 2011.
Rosyadi, I., 2001, Perancangan Awal Elektrokardiograf Digital Berbasis Komputer Cerdas, Skripsi Fakultas MIPA Universitas Airlangga : Surabaya.
Rusmawati, E., 2006, Universal Bio-Amplifier Berbasis Personal Computer (PC) Bagian I, Tugas Akhir Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.
Sergio, F., 1998, Design with Operational Amplifier and Analog Integrated Circuit, Mc Graw-Hill, Electrical Engineering Service.
Setiawan, A., 2010, Analisa Penentuan Aksis Jantung Sinyal EKG dengan Program Delphi, Proposal Tugas Akhir Program Diploma IV Departemen
Kesehatan Republik Indonesia Politeknik Kesehatan Surabaya Jurusan Teknik Elektromedik.
Setiawan, R., 2008, Teknik Akuisisi Data, Graha Ilmu: Yogyakarta.
Soeliadi., 1991, Belajar EKG Tanpa Guru, Yayasan Essentia Medica: Yogyakarta. Subhi, Hanggi Nur., 2012, Deteksi BPM dengan Modul Wireless X-Bee Berbasis Mikrokontroller AVR, Surabaya, Politeknik Kesehatan Kemenkes Surabaya.
Vahed, A., 2005, 3-Lead Wireless EKG Electronic Design Project Final Report. Vena., 2010, Mengapa Potensial Membran Istirahat Ada yang Lebih Negatif dan
Ada yang Lebih Positif, Mengapa-potensial-membran-istirahat-rmp.html. Widodo, A., 2009, Sistem Akuisisi EKG Menggunakan USB Untuk Deteksi
Aritmia, Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
http://www.alldatasheet.com/ http://www.solarbotics.com
