Pembuatan Alat Perekam Denyut Jantung Berbasiskan Komputer (Elektrodacardiografi)

Dany Noor Isnaeni

Jurusan Sistem Komputer – Universitas Gunadarma

Komp. RTM Kelapadua Cimanggis, Depok

E-mail : dany_y4@yahoo.com

Abstrak Kesehatan merupakan bagian yang penting bagi manusia karena dengan sehat

kita dapat melakukan berbagai kegiatan dan berpikir dengan baik. Jantung yang mengontrol peredaran darah. Untuk mengetahui keadaan jantung diperlukan alat yang melihat bentuk denyutan jantung kita.

Alat perekam denyut jantung dengan berbasis komputer menggunakan sensor elektroda yang mampu menangkap sinyal denyut jantung. Dengan menggunakan pengantarmukaan parallel pada komunikasinya, ADC mengubah masukan analog menjadi keluaran digital yang akan diteruskan ke komputer dan perangkat lunak. Bahasa pemograman Delphi, digunakan untuk menampilkan grafik dari denyut jantung yang nantinya dapat dihitung besarnya frekuensi dari denyutan jantung tersebut.

1. Pendahuluan Kesehatan merupakan bagian yang penting bagi manusia karena dengan sehat

kita dapat melakukan berbagai kegiatan dan berpikir dengan baik. Penyakit jantung

menjadi jenis penyakit yang mematikan dan menjadi penyebab kematian tertinggi di

berbagai negara berkembang bahkan di negara maju sekalipun. Dengan detak jantung

pula dapat diketahui jenis penyakit yang diderita oleh pasien.

Penggunaan suatu sensor elektroda dalam menangkap sinyal detak jantung

telah banyak digunakan. Namun dalam hal pengoperasiannya maupun pengawasannya

masih banyak yang memakai sistem konvensional dan menggunakan teknologi terbaru.

Dalam perkembangan teknologi dewasa ini, komputer adalah sarana yang

sangat tepat untuk mengerjakan tugas tersebut. Gagasan untuk menggunakan komputer

dalam mendeteksi detak jantung didasarkan pada hal dimana kegiatan ini membutuhkan

rutinitas dan tingkat ketelitian yang sangat tinggi serta waktu antisipasi yang cepat. Alat

tersebut dapat merekam sinyal detak jantung dalam waktu tertentu dan memberikan

informasi berapa detak jantung yang terjadi dalam satu menit dan tinggi rendahnya sinyal

detak jantung tersebut.

Tujuan dari pada penulisan ini adalah membuat rangkaian “Pembuatan Alat

Perekam Detak Jantung dengan Berbasis Komputer (Elektrodacardiograph)” diantaranya adalah memahami kerja dari sensor elektroda yang mengkap sinyal-sinyal

listrik yang ada pada manusia dan memahami kondisi pada jantung kita.

Manfaat dari penelitian ini menitik beratkan pada bidang kedokteran yaitu dapat

memantau detak jantung pada manusia. Dari hasil tersebut dapat digunakan oleh

mahasiswa / mahasiswi lain untuk mengembangkannya.

2. Dasar Teori 2.1. ADC 0809

Proses mengubah sinyal analog menjadi sinyal yang bisa dimengerti komputer

dalam bentuk sinyal digital disebut pengubahan analog ke digital (ADC).

Metode ADC yang paling banyak digunakan adalah metode pendekatan berulang

(successive-approximation) karena waktu konversinya yang singkat dan konstan. ADC

jenis tersebut terdiri atas pembanding tegangan, pengubah digital ke analog (DAC),

register pendekatan berulang SAR (successive-approximation register), dan detak

(clock).

Gambar 2.1 Konfigurasi kaki ADC 0809 [1]

ADC0809 adalah IC pengubah tegangan analog menjadi digital dengan masukan

berupa 8 kanal yang dapat dipilih. IC ADC0809 dapat melakukan proses konversi secara

terkontrol ataupun prosed bebas.

ADC ini mempunyai ketelitian sebesar 1 bit LSB, untuk ketelitian yang lebih

akurat ½ bit LSB, IC ini dapat digantikan dengan ADC0808 yang mempunyai konfigurasi

pin sama persis dengan ADC0809. ADC0809 melakukan konversi tegangan analog ke

digital dengan menggunakan metode SAR (successive approximation register) dengan

resolusi 8 bit dan waktu konversi 100 uS.

2.2. Sensor Di dalam pengukuran dan perekaman data dari suatu benda (potensial) di tubuh

misalnya dibutuhkan suatu hubungan antara tubuh dengan alat pengukuran elektronik.

Hubungan atau antarmuka ini dipengaruhi oleh elektoda biopotensial. Elektroda tersebut

harus mampu mengalirkan arus ke suatu alat uku elektronik yang idealnya keluaran arus

tersebut sangat kecil.

Gambar 2.2. Penempatan sensor pada lengan [3]

Dari elektroda tersebut ada beberapa di buat pengukuran ke bagian tubuh

terutama untuk bagian denyut jantung dapat menggunakan ECG (elektroda cardiograph).

ECG digunakan untuk mengukur besarnya denyutan jantung. Berbahan dasar dari

Ag/AgCl yang bila bersentuhan dengan bagian tubuh tertentu dapat menimbulkan arus

sebesar 100 sampai 500 mA/cm2. frekuensi yang dapat dihasilkan sebesar 10 Hz/cm2

dan mempunyai hambatan sebesar 10 Ω(Ohm).

Untuk menggunakannya dari sensor tersebut dianjurkan menggunakan suatu gel

yaitu signa. Gel signa tersebut dapat meningkatkan konduktifitas dari dari tubuh sehingga

sensor tersebut akan lebih menerima signal elektrik dari tubuh.

Untuk mengukur besarnya denyutan jantung di suatu bagian tubuh diperlukan

setidaknya 2 titik penentu. Misalnya untuk mengukur di lengan setidaknya dibutuhkan

dua sensor yang ditempatkan dibagian lengan kanan dan lengan kiri. Selain lengan ada

juga bagian-bagian tertentu di bagian tubuh manusia yang dapat dibuat suatu

pengukuran. Untuk mengetahui detakan jantung permenti dapat dihitung menggunakan

rumus

60000DJ = (bpm)R-R

…(2.1)

2.3. Penguat Penguat adalah suatu solid state / integrated circuit yang mampu mengindera

dan memperkuat sinyal masukan AC maupun DC. Penguat memilki dua masukan dan

satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi.

2.3.2. Penguatan Diferensial Fungsi dari penguatan diferensial pada umumnya adalah untuk memperkuat

selisih antara dua sinyal

2.3.3. Penguatan Differensial Berlapis Untuk memperkuat masukan yang sangat kecil (tegangan) maka diperlukan

pengutan yang berlapis sehingga keluaran tegangan dapat diatur sesuai dengan yang

diinginkan.

Gambar 2.3. Penguat Differensial [5]

Penguatannya terbagi menjadi dua, yaitu penguat 1 dan penguat 2. Untuk

menghitung atau mencari tegangan keluaran dari masing-masing penguatan dapat dilihat

dari rumus pengalian antara penguat satu dikali dengan penguat dua. Dimana penguat

ini dijelaskan menjadi dua. Untuk mendapat keluarannya dapat menggunakan rumus

berikut :

(

(

1 2 4

3

42

1 3

(V V ) RR

RR R

⎛ ⎞− ×⎞⎞ × −⎟ ⎜ ⎟⎟⎠⎠ ⎝ ⎠

⎞×⎟⎠

21 2

1

K 1 2

2R(V V ) 1 R

2RV (V V ) 1

⎛= − +⎜⎝

= − − × +

…(2.2)

2.4. Penyaring / Tapis Keluaran penguat memiliki derau (noise). Derau ini adalah gangguan dari

pemakian sekitar 50 Hz dan dari frekuensi sensor yang sangat kecil. Cara mengatasinya

adalah dengan menggunakan penyaring atau tapis. Rangkaian ini akan melewatkan

frekuensi dalam jangkauan tertentu dan menahan atau meredam sinyal-sinyal frekuensi

di luar jangkauan frekuensi yang diinginkan.

Gambar 2.4. Penyaring pelewat frekuensi rendah [6]

( ) ( )( )

( )( )

( )

( ) ( )( )

k

1

2

2

k

1

r

V jωH jω

V jω1 =

1+j RC

1H jω1 RC

1 = 1 2 fRC

V fH jω

V f1f =

2 RC

ω

ω

π

π

=

=+

+

=

…(2.3)

Gambar 2.5. Tapis pelewat frekuensi tinggi [6]

)( ) (( )

k

1

V jωH jω

V jωj RC =

1+j RCωω

=

( )

( )

( )( )( ) ( )

2

2

k

1

1ω1 RC

2 fRC = 1 2 fRC

V fω

V f1

2 RC

ωπ

π

π

=+

+

=

t

H j

H j

f =

…(2.4)

Gambar 2.6. Penyaring pelewat frekuensi antara [6]

Frerkuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi rendah:

r2 2

1F2 R Cπ

=× ×

…(2.5)

Frerkuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi tinggi :

t1 1

1F2 R Cπ

=× ×

…(2.6)

2.5. Komunikasi Data Parallel LPT pada komputer memiliki konektor DB-25 betina dengan jumlah pin sebanyak

25 buah. Hanya 17 buah saja yang digunakan untuk saluran pembawa informasi dan

yang berfungsi sebagai ground 8 buah

Dari berbagai jenis parallel port ada kesamaan dan ada perbedaan.

Kesamaannya adalah karena semua mengacu kepada standar paralle port (SPP)

sebagai standar karena alasan kompatibilitas. Perbedaan yang sangat nyata, mode EPP

dan ECP sudah menerapkan IEEE 1284.

Dalam EPP dan ECP, jabat tangan (baik sebelum, selama dan sesudah) data

dikirim dilakukan oleh perangkat keras dan tanpa perlu campur tangan perangkat lunak.

Gambar 2. 7. Jabat tangan pada ECP [7]

Dalam ECP, siklus mengirim data ada dua jenis, yaitu siklus data dan siklus

perintah. Hal ini meningkatkan kinerja rata-rata. Namun perubahan arah kinerja data

pada ECP harus di negosiasikan antara sinyal nReverseRequest dan nAckReverse. Ini

tidak terjadi pada EPP, dimana perangkat lunak dapat melakukan sembarang operasi

baca dan tulis tanpa proses jabat tangan.

3. RANCANGAN SISTEM Rangkaian pendeteksi detak jantung ini menggunakan elektroda sebagai sensor

pendeteksi detak jantung. Penguat digunakan untuk menguatkan sinyal tegangan yang

dihasilkan oleh sensor. Adapun proses pengendaliannya dapat dilihat pada diagram

dibawah ini :

3.1. Rancangan Perangkat Keras 3.1.1. Penguat

Bagian ini berfungsi untuk menguatkan sinyal keluaran dari sensor agar bisa

terbaca oleh ADC. Rangkaian menggunakan LF351 sebagai penguatannya sendiri.

Karena keluaran dari sensor elektroda hanya berkisar 200 µV sampai 500 µV maka

diperlukan penguatan yang besar

Gambar 3.1 Diagram blok perancangan secara umum

ADC

Sensor

Penguat 1 dan Penguat 2

PC Penyaring

Gambar 3.2. Penguat Diferensial [5]

Sesuai dengan rumus 2.2. maka pengutan yang didapat yaitu :

( 421

1 3

R2R) 1 R R⎞× + ×⎟⎠k 2V (V V= −

( )( )

12(5k)) 1

) 101) 10100

× +

− ×

− ×

( )

10k100 100

100

×

×

k 2

2 1

2 1

V (V V

= (V V = (V V

= −

3.1.2. Penyaring Tapis yang digunakan adalah tapis pelewat frekuensi antara, dimana tapis

tersebut mempunyai tapis pelewat frekuensi tinggi yang meloloskan frekuensi diatasnya

dan tapis pelewat frekuensi rendah yang hanya meloloskan frekuensi di bawahnya.

Gambar 3.3. Penyaring pelewat frekuensi antara [5]

Frekuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi rendah sesuai

dengan rumus 2.5:

r

r

r

r

r

F

F

F

2 2

6 6

12 R C

12 3,3.10 10

1F Hz20,721

0,004825 Hz

F 0,05 Hz

π

π −

=× ×

=× ×

=

=

=

Frekuensi yang diloloskan pada rangkaian tapis pelewat frekuensi tinggi sesuai

dengan rumus 2.6 :

t1 1

t 6

t

t

t

12 R C

12 4700 10

1F Hz0,029516

33,8799 Hz

F 34 Hz

π

π

F

F

F

−

=× ×

=× ×

=

=

=

3.1.3. ADC 0809 Untuk aplikasi ini menggunakan ADC0809 yang menggunakan 2 dari input tersebut untuk

sensor yang satu dan sensor kedua secara bergantian akan diproses oleh pengubah dan

dikirim ke paralel port melalui S7 sampai S4 dan K3 sampai K0.

Gambar 3.4. Kaki ADC masukan dan keluaran data

3.1.4. Komunikasi Paralel Jika paralel port pada komputer yang kita gunakan ternyata tidak menyediakan

fasilitas dua arah. Parallel port masih dapat digunakan untuk media masukan bahkan

sampai 8 bit. Dengan menggunakan 4 masukkan dari status port dan 4 masukan dari

kontrol port.

Gambar 3.5. Modifikasi paralel untuk masukan

4 register status difungsikan sebagai 4 bit MSB pertama. Dan register kontrol 4

bit LSB terakhir. Kaki busy adalah MSB dari semuanya dan LSB 4 bit pertama adalah

select. MSB 4 bit berikutnya, dimulai oleh Select Printer, dan LSB keseluruhan 8 bit

adalah strobe.

3.2. Rancangan Perangkat Lunak 3.2.1. Mengakses Parallel Port Menggunakan Io.dll

Pertama harus memasukkan function dan procedure untuk memanggil io.dll

terlebih dahulu sebelum anda memakai komponen ini. Pemanggilan itu dapat dituliskan

seperti berikut:

function PortIn(Port:Word):Byte;stdcall; external 'io.dll';

procedure PortOut(Port:Word;Data:Byte); stdcall; external 'io.dll';

Gambar 3.6. Diagram alur program perangkat lunak secara umum

4. PERCOBAAN Percobaan ini, dapat diambil beberapa faktor yang mencadi acuan kehandalan

sistem yaitu ketepatan penangkapan data. Pengambilan data menggunakan perangkat

lunak untuk merekam tampilannya dalam suatu file yang dapat disimpan, agar file

tersebut dapat dilihat lain waktu

Pengujian ini dijalankan kurang lebih selama lima menit dengan pengambilan

data selama lima menit pula untuk masing-masing contoh. Dimana sensor diletakkan

pada kedua lengan

Gambar 4.1. Tampilan perangkat lunak

Gambar 4.2. Grafik denyut jantung

Gambar 4.3. Grafik denyut jantung ketika tidak melakukan aktifitas

5. PEMBAHASAN Pengujian dilakukan unutk menguku besarnya frekuensi jantung dan besarnya

denyutan nadi permenit. Dengan mengukur jarak antara dua amplitude tertinggi dengan

satuan milidetik (ms). Sesuai dengan rumus 2.1

60000DJ = (bpm)R-R

Gambar 4.4. Grafik denyut jantung ketika melakukan aktifitas

Dengan menggunakan rumus 2.1 untuk menghitung denyut nadi permenit maka

dapat hasil pengujian pada table berikut :

Tabel 5.1. Hasil pengujian ketika melakukan aktifitas

No. Periode Frekuensi Denyut nadi

1 260 3,85 x 10-03 2,31 x 10+022 160 6,25 x 10-03 3,75 x 10+023 100 1,00 x 10-02 6,00 x 10+024 100 1,00 x 10-02 6,00 x 10+025 100 1,00 x 10-02 6,00 x 10+02

Tabel 5.2. Hasil pengujian ketika tidak melakukan aktifitas

No. Periode Frekuensi Denyut nadi

1 900 1,11 x 10-03 66,672 720 1,39 x 10-03 83,333 500 2,00 x 10-03 1204 820 1,22 x 10-03 73,175 420 2,38 x 10-03 142,86

Ada beberapa simpulan dari hasil pengujian

1. Denyut jantung setiap manusia pasti berbeda tergantung dari

keadaan fisik (kesehatan) dan aktifitas yang dilakukan

2. Keadaan yang tidak stabil bisa diakibatkan seseorang sedang

melakukan suatu aktifitas atau keadaan emosional yang tidak

menentu yang mengakibatkan jantung berdetak sangat cepat.

Pengaruh dari aktifitas tersebut membuat periode pada grafik

cenderung kecil dan rapat

3. Seseorang yang tidak melakuan aktifitas, denyut jantungnya

berdetak stabil membuat periode pada grafik cenderung besar

dan agak lebar. Dan jarak antara detak yang satu dengan

yang lain mempunyai jarak yang sama.

4. Ada kecenderungan nilai salah karena penempatan sensor

yang tidak benar lepas atau kurang lekat yang mengakibatkan

perhitungan yang salah pula

6. PENUTUP 6.1. Simpulan

Setelah melalui pembahasan teoritis sampai dengan pengujian alat, disimpulkan

tujuan penelitian telah tercapai dengan baik. Sistem secara keseluruhan, baik kedua

modul dan program perangkat lunak yang dibuat menunjukkan kinerja yang baik. Cara

perancangan sistem memperjelas masalah pembahasan yang merupakan penerapan

langsung dari sistem. penulis dapat menarik kesimpulan bahwa :

1. Alat ini mempunyai 4 masukan, berarti terdapat 4 buah sensor analog yang

dapat direkam

2. Alat berfungsi dengan baik, karena dapat mencatat dengan cukup akurat

dengan tingkat kesalahan yang kecil.

3. Pengambilan data tidak akan terbuang dan dapat diatasi dengan menghitung

besarnya frekuensi denyut jantung dikalibrasikan dengan pengambilan data

pada pengubahnya.

6.2. Saran Tidak ada kesempurnaan di dunia ini, begitu pun sistem ini. Ada beberapa hal

yang menjadi titik lemah alat ini, kiranya dapat menjadi referensi untuk pengembangan

lebih jauh nantinya ke depan :

1. Masukan analog untuk ADC masih menggunakan data sebanyak 4 buah.

Untuk pengembangannya dapat dikembangkan menjadi 8 buah masukan.

2. Untuk penguatnya masih menggunakan satu IC untuk setiap satu penguat.

Kedepannya dapat menggunakan IC yang memiliki 4 buah penguat.

3. Sistem ini masih menggunakan bantuan komputer sebagai media penampil

dan media penyimpanan data. Untuk ke depannya kiranya komputer dapat

diganti dengan mikrokontroller yang memiliki EPROM untuk media

penyimpanan datanya. Untuk media penampilnya dapat diganti dengan LCD

yang dapat menampilkan grafik.

4. Untuk lebih aman dalam penggunaannya dapat ditambahkan rankaian untuk

mengurangi kelebihan tegangan pada sensor, yaitu penambahan ground.

5. Untuk pengembangan kedepan, alat ini dapat digunakan untuk pengontrolan

dan pengawasan denyut jantung seseorang dari jarak jauh. Yaitu alat ini

dijadikan dasar pengumpulan data dan diteruskan pengiriman data tersebut

melalui email. Sehingga data yang dibutuhkan oleh dokter yang

bersangkutan dapat diterima langsung dari jarak yang cukup jauh bila dokter

yang menanganinya tidak berada di tempat. Selain menggunakan jasa

internet (email), data dapat dikirim dengan menggunakan telepon seluler

yang memiliki fasilitas pengiriman data melalui GPRS yang diteruskan ke

telepon seluler lainnya.

Demikian simpulan dan saran penulis, semoga dengan adanya tugas akhir ini

dapat berguna dan bermanfaat bagi penulis pada khususnya, dan bagi kita semua pada

umumnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sudono Agus, ”Memanfaatkan Port Printer Komputer Menggunakan

Delphi”, Semarang: Smart Book, 2004.

[2] Millman dan Halkias, “Elektronika Terpadu Rangkaian dan Sistem Analog

dan Digital”, Jakarta : Erlangga, 1993.

[3] John G. Webster, “Medical Instrumentation Aplication and

Design”,Newyork:John Wiley and Sons Inc., 1998.

[4] F. Suryatmo, “Teknik Digital”, Jakarta : Bumi Aksara, 1994.

[5] KF. Ibrahim, “Teknik Digital”, Yogyakarta : Andi, 1996.

[6] Eko Putera Agfianto, “Teknik Antarmuka Komputer : Konsep dan Aplikasi”,

Yogyakarta : Graha Ilmu, 2002.

[7] Sunarto B. Rumono, “Membangun Sistem Akuisi Data Berbasis Database

dengan Delphi”, Jakarta : PT. Elex Media Komputindo, 2004.