Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital

7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital

1/7

Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur

Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital

Alfian Budiarmoko Achmad Arifin

Jurusan Teknik Elektro-FTI, ITS, Surabaya-60111, [email protected]

Abstrak Jaringan tubuh manusia tersusun dariberbagai material kompleks yang memiliki sifat-sifat listrik

yang berbeda. Bioelectrical Impedance (BI) mengacu padaperlawanan aliran arus yang melalui jaringan tubuh tersebut.

BI ini memiliki nilai yang bervariasi tergantung dariperubahan komposisi material pada jaringan tubuh.

Perubahan tersebut dapat terjadi akibat adanya gerakan ataukarena suatu penyakit tertentu. Tugas Akhir ini bertujuan

untuk mengembangkan rangkaian pengukuran BI sertaaplikasinya untuk menganalisa perubahan BI terhadap

perubahan sudut dari sendi lutut / knee joint pada bidangsagital.

Metode yang digunakan untuk mengukur perubahan BI

terhadap gerakan knee joint ialah dengan menginjeksikan

arus sinusoidal yang konstan dengan amplitudo 250A dan

Frekuensi 50KHz pada bagian kanan abdomen dan telapakkaki bagian atas, serta mencatat perubahan drop tegangan

diantara dua titik tertentu pada kaki. Perubahan drop

tegangan ini diproses pada rangkaian Instrumentasi BI, yang

terdiri dari rangkaian Instrumentasi Amplifier sebagai

penguat sinyal, rangkaian High Pass Filter untuk

menghilangkan noise pada frekuensi rendah, serta rangkaianDemodulation Amplitudo untuk mendapatkan tegangan eksak

dari BI. Data BI yang diperoleh kemudian diubah dalambentuk digital menggunakan ADC mikrokontroler ATMega32

dan dikirim ke komputer melalui komunikasi serial untuk

diolah pada program khusus.

Dengan penguatan 194.35 kali pada rangkaian

instrumentasi amplifier, hasil nilai BI berubah antara 2.3V

hingga 1.5V untuk perubahan sudut knee joint dari 0

hingga 120. Ketidaklinearan antara BI dengan sudut knee

joint mengakibatkan error yang cukup besar yaitu 64o,

dimana minimum error yang terjadi sebesar 0o.Pengaruh

posisi penempatan elektroda sangat vital terhadap kelinearanhasil pengukuran ini. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut

tentang penempatan elektroda ini sangat diperlukan untuk

pengembangan kedepannya. Hasil pengukuran sudutmenggunakan sistem pengukuran BI ini dapat diaplikasikan

untuk berbagai keperluan, salah satunya ialah sebagai

pengganti electro-goniometer dalam sistem rehabilitasi FES.

I. PENDAHULUAN

Ilmu dan teknologi dalam dunia medis semakinberkembang pesat seiring dengan berkembangnya ilmu

pengetahuan. Saat ini kecanggihan teknologi tersebut sangatmembantu tenaga kerja dalam dunia medis dalam menangani

permasalahan-permasalahan yang berhubungan dengan

teknologi dan kaitannya dengan tubuh manusia, baik dalam

ruang lingkup kesehatan maupun teknologi medis yang

digunakan untuk membantu manusia mempermudahmelakukan aktifitasnya.

Belakangan ini, pengukuran Bioelectrical impedancepada tubuh manusia telah dikembangkan oleh banyak

peneliti untuk berbagai keperluan. Diantaranya untukmengetahui komposisi tubuh secara akurat, menganalisa

tingkat kegemukan tubuh, hingga mengaplikasikan hasilpengukuran bioelectrical impedance tersebut untuk

menjalankan suatu peralatan tertentu. Seperti yang telahdikembangkan oleh Nahrstaedt Holger yang

mengaplikasikan pengukuran bioimpedance pada kakiuntuk mengukur sudut knee joint dan ankle joint sebagai

pengganti electro-goniometer pada penelitiannya tentang

Drop foot Stimulator [4], atau yang diteliti oleh Song

Chul-Gyu yang memanfaatkan pengukuran bioimpedance

untuk memantau pergerakan kaki [5], dan juga Yunfei

yang memanfaatkan pengukuran bioimpedance untukmembantu penderita cacat untuk dapat menggerakkan dan

mengendalikan kursi roda hanya dengan menggerakanotot punggung [9].

Namun rangkaian keseluruhan yang digunakan

dalam pengukuran bioimpedance ini masih belum banyak

dipublikasikan, kebanyakan dari penelitian tersebut hanya

mencantumkan sistem umum dalam pengukuran

bioimpedance yang mereka lakukan. Oleh karena itudalam tugas akhir ini akan dilakukan perancangan

rangkaian instrumentasi pengukuran bioimpedance secaramenyeluruh serta melakukan percobaan untuk

menganalisa perubahan bioimpedance terhadap

pergerakan sendi lutut atau knee jointpada bidang sagital.

Dari hasil penelitian ini nantinya dapat dimanfaatkansecara luas untuk berbagai macam aplikasi. Contohnya

sebagai pengganti electro-goniometer dalam rehabilitasiSwing Phase Gait, ataupun untuk menggerakkan suatu

robot berdasarkan perubahan gerak dari knee joint yangkita lakukan.

II.

DASAR TEORI

2.1. Bioelectrical Impedance

Seluruh material, termasuk pula jaringan tubuh,

memiliki sejumlah sifat-sifat listrik yang berbeda-beda.

Bioimpedance mengacu pada perlawanan aliran arus yangmelalui jaringan tubuh tersebut. Impedansi dari sebuah

konduktor yang dialiri arus listrik memiliki nilai terbatasyang dipengaruhi oleh komposisi material konduktor

tersebut, sedangkan pada jaringan tubuh substansi yang

terkandung didalamnya tidak homogen. Jaringan tubuh

memiliki struktur kompleks yang tersusun dari berbagai

material, komposisi, dan sususan yang berbeda-beda,

sehingga impedansi dari jaringan tubuh ini memiliki nilaiyang kompleks pula.


2/7

Besarnya frekuensi dari arus berpengaruh terhadapkemampuan arus melalui jaringan tubuh. Apabila arus yang

menembus jaringan tersebut berfrekuensi rendah, maka arus

tersebut tidak dapat melalui kapasitansi membran sel namun

dapat mengalir melalui daerah ekstraseluler. Sebaliknya,

dengan frekuensi tinggi, resistivitas dalam kapasitansi

menurun dan mengijinkan arus melalui cairan internal sel.

Gambar 1. Perbandingan perbedaan jalur alir oleh sebuah

arus dalam jaringan tubuh yang bergantung dari besarfrekuensi [1]

Dengan menginjeksikan arus sinusoidal dengan nilai danfrekuensi yang tepat ke tubuh, kemudian mengukur tegangan

yang dihasilkan pada bagian tubuh lainnya dengan

menggunakan elektroda, maka kita dapat mengukur nilai

bioimpedance pada bagian tubuh tersebut.Berikut ini merupakan penempatan elektroda yang

optimal untuk pengukuran Bioimpedance khusus pada kneemovement, berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh

Chul Gyu Song, dkk [3].

Gambar 2 Diagram Skematik pengujian posisi pasangan

elektroda yang paling optimal untuk ankle movementdan kneemovement[3].

Dua buah elektroda eksitasi arus diletakkan salah satunya

pada bagian kanan abdomen, yang terletak 15cm dari

elektroda 11 dan elektroda satu lagi pada bagian atas telapak

kaki bertujuan untuk menghasilkan sebuah distribusi arus

yang uniform. H adalah jarak antara medial epicondyle dari

taloerural articulation dan femur, dan W adalah jarak antaramedial epicondyledarifemurdan hip bone. Elektroda 1,3, dan

5 diletakkan pada anterior planedari tibia, dan elektroda 2,4,6diletakkan pada baiganposterior plane. Elektroda 7 hingga 10

dan 11 hingga 14 secara berurutan diletakkan pada anterior,

medial, posterior dan lateral plane dari femur dalam dua

baris.

Posisi elektroda 1 hingga 5 digunakan untukmengukur ankle movement, sedangkan 10 posisi elektroda

lain (5 hingga 14) digunakan untuk mengukur pergerakan

knee movement. Dalam tugas akhir ini, hanya akan

diambil posisi konfigurasi elektroda yang dianggap paling

optimal untuk mengukur bioimpedance pada knee

movement, yakni posisi elektroda (6,10) atau (6,8) sebagaielektroda pengukur tegangan.

III. PERANCANGAN SISTEM

Pada dasarnya sistem pengukuran bioimpedance initerbagi menjadi dua bagian rangkaian, yakni bagian

sumber arus sinusoidal dengan frekuensi sebesar 50Khzdan nilai amplitudo 0,25mA, serta bagian pengukur

tegangan, yang berfungsi untuk mengolah sinyal hasilpengukuran tegangan bioimpedance.

Rangkaian sumber arus tersusun dari rangkaian sinewave generator dan rangkaian Voltage Controlled Current

Source (VCCS). Sinyal tegangan sinusoidal denganfrekuensi 50Khz dihasilkan oleh rangkaian sine wave

generator yang kemudian dikonversi menjadi sinyal arus

yang memiliki amplitudo konstan serta frekuensi yang

sama pada rangkaian VCCS. Sinyal arus sinusoidal

tersebut kemudian di alirkan ke tubuh melalui dua buah

disposable electrode Ag/AgCl.Perubahan bioimpedance yang dihasilkan kemudian

diukur menggunakan dua buah elektroda pengukurtegangan dengan tipe yang sama. Tegangan tersebut

dikuatkan menggunakan rangkaian Instrumentasi

Amplifier yang memiliki kemampuan common mode

rejection ratioyang tinggi.

Gambar 3. Diagram Blok Hardware

Karena sinyal bioimpedance termodulasi padafrekuensi 50Khz, maka gangguan-gangguan pada

frekuensi rendah yang dihasilkan dari sinyal EMG serta

pergerakan artefak dihilangkan menggunakan rangkaian

High Pass Filter 25Khz. Hasil absolut dari sinyalbioimpedance didapat dari rangkaian demodulasi

amplitudo, dalam rancangan ini digunakan rangkaian ACto DC converter. Sinyal bioimpedance yang telah berupa

tegangan DC kemudian diubah ke dalam bentuk digitalmenggunakan ADC internal mikrokontroller. Hasil

konversi ini kemudian ditampilkan pada layar LCD serta

dikirimkan melalui komunikasi serial melalui modul USBto Serial converter untuk diolah lebih lanjut pada softwareyang telah dirancang.


3/7

Gambar 4.Diagram Blok Software

Software diatas dirancang secara real time untuk dapatmenerima data secara serial dari mikrokontroller, kemudian

mengkalibrasikan data-data tersebut agar memiliki nilai yang

linear dengan sudut yang dibentuk oleh knee joint. Dari proseskalibrasi tersebut akan didapatkan data berupa nilai sudut yang

kemudian ditampilkan pada display user interface program.

Sudut yang terbentuk ditampilkan pula berupa gambar 3D darisimulasi kaki, tambahan aplikasi ini didisain menggunakan

fasilitas OpenGL yang terintegrasi dengan program delphi.Semua data yang telah diolah pada program dapat disimpan

berupa file *.dat atau dalam format excel. Data yang telah

disimpan sebelumnya juga dapat ditampilkan kembali pada

program ini.

2.1 Perancangan Hardware

2.1.1. Sine Wave Generator

Rangkaian sine wave generator disusun dari rangkaiansquare wave generator yang diikuti rangkaian low pass filter

dan rangkaian non-inverting amplifier.

2.1.1.1 Square Wave Generator

Rangkaian ini berfungsi untuk menghasilkan sinyal persegisecara free running dengan tambahan adanya pengaturan

frekuensi dari sinyal keluarannya. Rangkaian ini seringdisebut juga sebagai rangkaian astable multivibrator.

Gambar 5. Rangkaian Square Wave Generator

=1

21 ln(23

4+ 1)

Dengan R3=R4=1K dan ditetapkan C=1nF, maka agar

dihasilkan sinyal persegi dengan frekuensi 50Khz dibutuhkannilai R1 9,1 K.

2.1.1.2 Low Pass F i lter

Rangkaian ini digunakan untuk mendapatkan output

berupa sinyal sinusoidal dari masukan sinyal persegi yang

dihasilkan rangkaian Square wave generator. Frekuensi

Cut off dari rangkaian low pass filter ini sama dengan

frekuensi sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian square

wave generator, yakni 50Khz.

Gambar 6. Rangkaian Low Pass Filter

Frekuensi cut off :

=1

2262

Dengan syarat nilai-nilai komponen dari R6=R7=0.5R5.

dan C2=C3+C5. Dengan frekuensi Cut Off yangdiharapkan sebesar 50Khz, serta ditetapkan nilai

komponen kapasitor C2=1nF. Maka nilai dari

R6=R7=2,2K. Jadi nilai R5 = 2R6= 4,4 K. Dipilih nilairesistor yang ada dipasaran, yakni R3=4,7K.

2.1.1.3 Non Inverti ng Ampli fi er

Rangkaian ini digunakan sebagai pengatur amplitudo

tegangan dari sinyal sinusoidal yang telah dihasilkan olehrangkaian low pass filter. besar penguatan dari rangkaian

ini dirumuskan pada persamaaan berikut:

= 1 +109

Gambar 7. Rangkaian Non Inverting Amplifier

Dipilih R9 = 1K. serta R10 merupakan resistor variabel

sebesar 5 Kohm.

Output

OUTPUT


4/7

2.1.2. Voltage Controlled Current Source (VCCS)Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan

sinusoidal menjadi sinyal arus sinusoidal yang nantinya akan

disalurkan melaui elektroda ke tubuh pasien. Secara garis

besar, dalam pengukuran bioimpedance hal-hal yang harus

diperhatikan dari rangkaian VCCS ialah rangkaian ini

memiliki impedansi output yang tinggi, serta memilikibandwidth yang lebar

Gambar 8. Rangkaian VCCS

ketika nilai-nilai dari resistor1312

=1514

Impedansi outputnya akan bernilai tidak terhingga

(Ro=). Dipilih nilai R12=R13=R14=R15=100 K. Dan arus

beban =

16 Dimana Vi merupakan nilai root mean

square dari tegangan input. Digunakan multitune sebagai R16agar sinyal arus sinusoidal yang dihasilkan dapat diatur hingga

mencapai 250A. Kapasitor non polar sebesar 1F diletakkan

secara seri pada output arus positif untuk menghilangkan arusDC yang turut keluar dari rangkaian.

2.1.3. Instrumentasi Amplifier

ICLow Cost Low power Instrumentation AmplifierAD620

digunakan dalam rangkaian ini. Penggunaan ICAD620 ini

didasarkan atas tingkat Common Mode Rejection Ratio(CMMR) yang lebih tinggi dibandingkan dengan IC op-amp

lainnya. Penguatan instrumentasi ini ditentukan oleh nilai RG.

=49,4

+ 1

Digunakan multitune 1K sebagai RG, sehingga minimalpenguatan dari rangkaian ini adalah 50,4 kali.

Gambar 9.Rangkaian Instrumentasi Amplifier

Rangkaian pembatas tegangan / voltage limitter juga

diberikan pada kedua sinyal masukan rangkaian instrumentasiini. Rangkaian ini digunakan untuk membatasi tegangan

sinyal input, terutama sebagai perlindungan padarangkaian instrumentasi amplifier agar tidak mengalami

kerusakan disaat dilakukan stimulus listrik dengan

tegangan tinggi ketika rehabilitasi FES dilakukan

2.1.4. High Pass Filter

Rangkaian ini digunakan untuk mengeliminasisinyal-sinyal noise pada frekuensi rendah yang dihasilkan

dari pergerakan artefak elektroda, sinyal EMG tubuh, sertasinyal noise lainnya yang dapat merusak sinyal asli dari

pengukuran bioimpedance.

Gambar 10.Rangkaian High Pass Filter

Sesuai standar desain filter, dimana untuk C=C4= C6,R19= (R11+R8), dan (R17+R18 ) = (R11+R8) maka

persamaan frekuensi Cut off nya:

=1

2(R11 + R8)

Dengan menetapkan frekuensi Cut off 25Khz serta nilaikapasitor dipilih C=1nF, maka R11+R8 9K. Dengan

penyesuaian nilai resistor standar yang ada dipasaran,

maka dipilih nilai R11=R8=4,7K. sehingga diketahui

R17=R18 = R19=4,7K.

2.1.5. AC to DC Converter

Nilai tegangan absolut dari bioimpedance yang

terukur masih ikut termodulasi secara amplitudo dengansinyal sinusoidal 50Khz yang berasal dari injeksi arus

sinusoidal 0,25mA 50Khz. Untuk memisahkan sinyal

tersebut diperlukan proses demodulasi amplitudo, dalam

rancangan ini digunakan rangkaian AC to DC converter

yang berfungsi untuk mengubah sinyal input AC menjaditegangan output DC. Tegangan output ini dirancang agardihasilkan tegangan RMS dari sinyal input AC nya.

Gambar 11.Rangkaian AC to DC Converter


5/7

Sinyal masukan yang diubah hanya yang berpolaritaspositif saja, sedangkan polaritas negatifnya tidak diloloskan.

Untuk mencari nilai tegangan rms dari suatu sinyal sinusoidal

dapat menggunakan rumus

=2

= 0.707

dan rumus untuk mendapatkan tegangan DC rata-ratanya:

=2

= 0.637

Rangkaian ini terdiri dari dua buah op-amp. IC7A berfungsi

untuk menyearahkan gelombang sinusoidal dengan penguatansebesar

= 2120

=2020

=1

.

IC7B merupakan rangkaian summing amplifier denganpenguatan sebesar

2322

= 222100

=2.22

dan

2324

=222200

=1.11

Output dari IC7B diratakan dengan kapasitor dengan nilai

1F agar dihasilkan sinyal DC yang halus.

2.1.5. Rangkaian Mikrokontroler

Rangkaian mikrokontroler berupa sistem minimummikrokontroler AVR Atmega32 dengan nilai Xtal yang

digunakan bernilai 12MHz.. Rangkian ini berfungsi sebagaipengatur dari instrumentasi bioimpedance yang digunakan.

Fungsi-fungsi tiap port yang digunakan pada rangkaian ini di

cantumkan pada tabel berikut:

Tabel 1. Port Mikrokontroler yang digunakan

PORT PIN keterangan

PORT A A.0 sebagai ADC (Analog to Digital

Converter) dari output AC to DCconverter instrumentasi

bioimpedance

PORT B B.7 Output Sinyal untuk melihatfrekuensi sampling ADC

PORT C C.0 C.7 Display LCD

PORT D D.0&D.1 Rx & Tx yang digunakan dalamkomunikasi serial RS232

IV. PENGUJIAN SISTEM

Pengukuran dilakukan dengan menempatkan elektrodasumber arus pada posisi c seperti pada gambar 2. serta

elektroda pengukur tegangan pada posisi 6 dan 8 sesuai posisiterbaik untuk mengukur knee joint Hasil pengukuran tegangan

yang telah diubah menjadi sinyal digital oleh mikokontroller

kemudian di kirim ke komputer melalui komunikasi serial

menggunakan modul USB to serial converter, dan padakomputer data tersebut ditampilkan dan dikonversi menjadi

nilai sudut setelah dilakukan proses kalibrasi terlebih dahulu.Dengan persepsi hubungan tegangan yang terukur adalah

linear dengan sudut, maka dilakukan kalibrasi denganmengambil nilai tegangan saat sudut knee joint bernilai 0

dan 90. Dari dua nilai tegangan ini maka akan dihasilkan

suatu variabel pengali tegangan per Volt menjadi sudut.

Dengan mengalikan variabel ini dengan nilai tegangan

yang masuk, maka data sudut akan langsung didapatkan

secara real time.Pengujian awal ini dilakukan dengan

membandingkan data sudut hasil pengukuranmenggunakan Instrumentasi Bioimpedance dengan nilai

sudut yang didapat dengan menggunakan goniometer

mekanik secara manual.

Sebelumnya dilakukan proses pengaturan terlebihdahulu pada penguatan rangkaian instrumentasi amplifier,

hal ini dikarenakan masih belum diketahui secara pastinilai sinyal impedansi pada tubuh. proses pengaturan ini

dilakukan dengan mengubah nilai resistor RG dan melihat

sinyal output dari Instrumentasi amplifier pada

osciloscope. Dari hasil pengaturan ini, didapat RG=255,5

, berarti nilai Gain= (49,4K /255,5)+1=194,35. Padaosciloscope diketahui pada saat knee ekstensionmaksimum dengan sudut 0 Vrms=2,63V. sedangkan pada

sudut knee joint 90 Vrms=2,31V . Dari hasil ini dapatdilihat adanya perbedaan tegangan ketika terjadi

perubahan sudut knee joint.

Tabel 2.Hasil pengujian pengukuran sudut knee joint

Posisi

Elektroda

Pengukuran

Sudut

Goniometer

Sudut Hasil

Kalibrasi

Program|Error|

Titik

6 dan 8

0 0 0

30 -7 3745 15 30

60 35 25

90 70 20

100 92 8

Hasil sudut dari proses kalibrasi tersebut memilikitingkat error yang cukup tinggi dibanding dengan titik

referensi yang diambil dari goniometer. Oleh karena itu

dilakukan kembali pengujian untuk posisi elektroda yang

berbeda. Berikut tabel hasil pengujiannya.

Tabel 3.Hasil pengujian II pengukuran sudut knee joint

Posisi

Elektroda

PengukuranSudut

Goniometer

Hasil KalibrasiProgram

Instrumentasi

Bioimpedance

|Error|

Titik 6 dan10

0 4 4

10 -1 11

20 -3 23

30 -3 33

40 4 36

50 13 27

60 22 38

70 36 34

80 51 29

90 71 19100 103 3


6/7

Titik 6 dan

7

0 0 0

10 0 10

20 8 12

30 26 4

40 40 0

50 50 0

60 71 870 77 7

80 84 4

90 96 6

100 146 46

Dari hasil percobaan ke dua diatas, posisi elektroda pada

titik 6,7 memiliki tingkat kelinearan yang cukup baikdibanding pada titik 6,10 maupun titik 6,8. Namun pada posisi

elektroda ini untuk sudut rendah dibawah 20 dan sudut diatas

90 memiliki tingkat error yang tinggi. hal ini menunjukkan

hubungan ketidak linearan antara sudut dan teganganpengukuran untuk seluruh sudut yang dibentuk knee joint.

Dilakukan Pengujian tambahan yang bertujuan untuk

melihat hubungan bioimpedance terhadap sudut knee jointyang dibentuk. Dilakukan pencatatan terhadap nilai teganganyang terukur dan sudut knee joint. Dari data-data yang

ditampilkan dalam grafik excel, grafik tersebut di atur agar

pada tersebut menampilkan garis polinomial beserta rumus

persamaanya. Berikut salah satu data yang telah diperoleh:

Tabel 4.5Hasil pengukuran tegangan pada beberapa nilaisudut knee joint yang telah ditetapkan

Gambar 12. Grafik hasil pengukuran tegangan terbacadengan titik referensi sudut tertentu

Dari data tersebut, dapat diketahui bahwa hubungan antarategangan yang terukur dari pengukuran bioimpedance

tidak linear secara mutlak terhadap sudut yang terbentuk

pada knee joint. Hal ini menunjukkan persamaan kalibrasi

dengan persamaan linear yang diterapkan sebelumnya

akan menghasilkan nilai yang tidak sempurna untuk

berapa besar sudut tertentu. Persamaan polinomial yangdiperoleh dari data hasil pengukuran tersebut dapat

dijadikan salah satu alternatif pada proses kalibrasitegangan terhadap sudut knee joint untuk mendapatkan

hasil yang mendekati nilai sebenarnya.

Oleh karena itu dilakukan pengujian untuk melihat

hasil pengukuran menggunakan persamaan polinomial.Kalibrasi menggunakan persamaan linear juga dilakukan

untuk melihat perbandingan hasil yang didapat. Berikuttabel hasil pengujian yang telah dilakukan.

Spesifikasi dari rangkaian instrumetntasi Bioimpedance

diatur sebagi berikut:

Arus input Sinusoidal = 250A

Gain Instrumentasi Amplifier = 194,35 Posisi elektroda pengukur tegangan = titik 6 dan 7.

Tabel 4.6Hasil kalibrasi sudut menggunakan persamaan

polinomial dan linear

Sudut

Gonio-

meter

Hasil Pengukuran |Error|

Tegangan

Input (V)

Sudut

(Pers.Poli-

nomial)

Sudut

(Pers.

Linear)

Poli-

nomialLinear

0 2,074 22 0 22 0

10 2,074 22 0 12 10

20 2,0593 29 4 9 16

30 2,03 38 13 8 17

40 1,995 48 18 8 2250 1,96 58 28 8 22

60 1,878 68 51 8 9

70 1,854 75 57 5 13

80 1,781 84 77 4 3

90 1,678 89 103 1 13

100 1,483 105 152 5 52

110 1,405 117 174 7 64

Persamaan polinomial yang digunakan pada percobaandiatas diambil berdasarkan data sudut dan tegangan yang

terukur pada saat itu. yakni y= -621,8 x3+ 3031 x

2 4982

x + 2850. Dimana y merupakan variabel sudut,

sedangkan x merupakan variabel tegangan yangditerima.

Dari data percobaan diatas dapat diketahui bahwa

dengan persamaan polinomial, hasil konversi nilai

tegangan ke sudut memiliki error yang lebih kecildibanding dengan pengukuran linear. Hasil dari persamaan

polinomial memiliki error yang tinggi dibanding nilailainnya untuk sudut dibawah 10. Hal ini dapat

disebabkan karena persamaan polinomial yang digunakan

tidak melewati seluruh data sudut yang ada, seperti terlihat

dari garis polinomial yang terbentuk pada gambar 12.y = -387,5x3 + 1466,x2 - 1871,x +

893,6

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,5 1 1,5 2

Sudut()

Tegangan (V)

Grafik Pengukuran Sudut-Tegangan

Series1

Poly. (Series1)

NamaSudut goniometer

( )

Tegangan Input

(V)

Eka Adi

Prasetyo

0 1,81 V

10 1,82 V

20 1,81 V

30 1,78 V

40 1,74 V

50 1,69 V

60 1,63 V

70 1,55 V

80 1,44 V

90 1,41 V

100 0,99 V

110 0,95 V

120 0,87 V


7/7

V. PENUTUP

5.1 KesimpulanSetelah melalui semua tahapan dalam tugas akhir ini, maka

diperoleh beberapa kesimpulan antara lain :

1. Perubahan nilai bioelectrical impedance terhadap sudut

knee joint memiliki perbandingan nilai yang tidak

sepenuhnya linear, terutama disaat sudut dari knee joint

lebih kecil dari 30 serta diatas 90.

2. Faktor-faktor yang menyebabkan ketidaklinearan ini dapat

disebabkan akibat peletakkan posisi elektroda yang masih

kurang tepat serta pengaruh internal dari karakteristik otot

dan perubahan volume aliran darah yang masih sulit

dipahami.3. Hasil kalibrasi sudut menggunakan persamaan polinomial

menghasilkan nilai sudut dengan error yang lebih kecildibanding dengan teknik kalibrasi menggunakan

persamaan linear.

4. Instrumentasi Bioimpedance ini dirancang untuk

mengukur sudut yang dibentuk knee joint ketika

melakukan gerakan knee extension maupun knee flexion

yang nantinya dapat diaplikasikan untuk berbagai macamkeperluan.

5.2 Saran

Saran-saran yang dapat diberikan untuk pengembangan

alat ini sebagai berikut:

1. Perlu penelitian lebih lanjut dalam penentuan posisielektroda yang lebih tepat agar didapat hubungan yang

lebih linear antara perubahan impedansi dengan perubahansudut knee joint.

2. Dibutuhkan rangkaian Voltage Controlled Current Source

(VCCS) yang lebih baik dalam menghasilkan arus yangkonstan walau dengan perubahan hambatan beban yang

besar sekalipun.

3. Untuk meminimalisir terjadinya arus bocor dari sumbertegangan luar yang dapat masuk ke tubuh pengguna

melalui elektroda, maka perlu adanya penambahanrangkaian isolasi menggunakan optocoupler sebagai

pemisah ground antara rangkaian instrumentasibioimpedance dengan rangkaian minimum sistem

mikrokontroler.

4. Banyak sekali aplikasi yang dapat dikembangkan dari

teknik pengukuran bioimpedance ini, salah satunya ialahsebagai pengganti electro-goniometer dalam mengukur

sudut knee jointpada sistem rehabilitasi FES.

DAFTAR PUSTAKA[1] Tabuenca, Javier Gracia, Multichannel Bioimpedance

Measuremet, Master science Thesis, Tampere

University Of Technology, 2009.

[2] Darminto Hendi Wicaksono Agung, Fuzzy ControllerType 2 Berbasis metode Cycle to Cycle Untuk

Restorasi Swing Phase Gait dengan FunctionalElectrical Stimulation, Institut Teknologi Sepuluh

Nopember Surabaya, 2009.

[3] Song Chul-Gyu, Kim Soo Chan, Nam Ki Chang, Kim

Deok Won, Optimum electrode configuration for

detection of leg movement using bio-impedance,Physiological Measurement, 26 (2005) S59S68.

[4] Nahrstaedt Holger, Schauer Thomas, ShalabyRafaat, Hesse Stefan, Raisch Jorg, Automatic

Control of a Drop-Foot Stimulator Based on Angle

Measurement Using Bioimpedance, Internatonal

Center for Artificial Organs and Transplanation

and Wiley Periodicals, 2008.

[5] SONG Chul-Gyu, KIM Deok Won, TheApplication of Bioelectrical Impedance to Monitor

Leg Movement, IEICE Transf. Inf. & Sys, volE88-D, No.1, January 2005.

[6] _____,ATMega32,http://www.atmel.com/dyn/reso

urces/prod_documents/doc2503.pdf,Juli 2010.

[7] Terrell, David L., OP AMPS Design,Application, and Troubleshooting, Second

Edition, UK: Elsevier's Science & TechnologyRights Department in Oxford. 1996.

[8] Coughlin Robert F., Driscoll Frederick F.,

Penguat Operasional dan Rangkaian terpadu

Linear, diterjemahkan oleh Soemitro Herman

Widodo, Penerbit Erlangga 1985.[9] Yunfei, Huang, Development of a Bioimpedance

Based Human Machine Interface, Prince of

Songkla University, 2009.[10] S. Grimnes, and O.G. Martinsen, Bioimpedance

and Bioelectricity Basic,Academic Press, 2005.

BIOGRAFIAlfian Budiarmoko, dilahirkan di Pekanbaru 14

Desember 1987. Merupakan anak ke-2 dari 4 bersaudara

dari pasangan Budi Miyarso dan Purwanti. Menempuhpendidikan di SDN Kerinci 007 Duri, kemudian

dilanjutkan di SLTPS Cendana Duri, dan SMAS Cendana

Duri Lulus tahun 2006. Pada tahun yang sama diterimasebagai mahasiswa di Jurusan teknik Elektro InstitutTeknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya.

Achmad Arifin, menerima gelar ST. di Jurusan

Teknik Elektro Institut Teknologi sepuluh Nopember

(ITS) Surabaya pada tahun 1996. Sejak saat itu bergabungdalam Departemen Teknik Elektro ITS sebagai staff

pengajar. Menerima gelar M.Eng dan Ph.D dariElectronicEngineeringTohoku University secara berturut-turut pada

tahun 2002 dan 2005. Saat ini bekerja sebagai dosen

pengajar di Jurusan Teknik Elektro ITS, Indonesia.

Penelitian yang didalami adalah tentang neuromuscular

control by FES and fuzzy control system. Merupakananggota IEEE/EMBS.
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdf

Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital

Documents

Transcript of Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital