Book Biomedis

2 TeknikBiomedis : Teori dan Aplikasi

Teknik Biomedis: Teori dan Implementasi

Penulis :

Wisnu Jatmiko Petrus Mursanto Bob Hardian Anom Bowolaksono (Departemen Biologi, FMIPA UI) Budi Wiweko (Departemen Obstetri dan Ginekologi, FKUI) Muhammad Ali Akbar I Putu Satwika Zaki Immadudin M. sakti Alvissalim Ikhsanul Habibie Muhammad Anwar Ma'sum Muhammad Nanda Kurniawan

Hak Cipta

Seluruh isi buku dan sampul merupakan

hak cipta Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia.


Kata Pengantar Assalamualaikum Wr. Wb.

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat, karunia dan hidayah-Nya maka penulis dapat menyelesaikan buku ini. Buku Teknik Biomedis ini merupakan buku pengantar yang memuat teori dan implementasi yang berhubungan dengan perangkat lunak dan perangkat keras, disusun dari beberapa disiplin ilmu kedokteran, ilmu Komputer dan Elektronika. Buku ini juga memberikan pengetahuan mengenai jaringan syaraf tiruan seperti bagaimana mengimplementasi algoritma-algoritma tertentu untuk mendeteksi serta mengklasifikasikan objek hingga menghasilkan sebuah analisa tertentu, baik analisa dalam bentuk klasifikasi penyakit, bentuk dan ukuran dari sebuah objek. Buku ini juga menjelaskan secara gambalang mengenai teori-teori yang berhubungan dengan biomedis beserta dengan alur proses penelitiannya, sehingga diharapkan seluruh pembaca dapat dengan mudah memahami konsep dasar dan tujuan dari berbagai hasil penelitian yang diterangakan dalam buku ini.

Kami mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat Universitas Indonesia yang telah memberikan bantuan dana untuk riset yang berjudul "Teknik Biomedis: Teori dan Implementasi". Penulis juga sangat berterimakasih kepada Kementerian Riset dan Teknologi yang telah memberikan hibah riset (No. Hibah RT-2012-1170) dengan bidang Bidang Prioritas Iptek : 20.04 Teknologi Kesehatan dan Obat - Riset Pengembangan Alat Kesehatan (USG), Sehingga kami dapat menyelesaikan buku ini yang berjudul "Teknik Biomedis: Teori dan Aplikasi".

Kami mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada dokter dr. Yudianto Budi Saroyo, SpOG yang telah memberikan berbagai informasi mengenai segala hal yang berhubungan dengan ultrasonografi, baik keterangan mengenai tatacara penggunaan alat, teori penunjang maupun dataset janin, sehingga dengan informasi tersebut penelitian dan penulisan buku ini dapat berjalan dengan lancar.


Kami juga mengucapkan terima kasih kepada dr. Fachruddin N, SpOG dan Rumah Sakit Tugu Ibu yang telah membantu tim Penulis dengan memberikan data USG dan memberikan kesempatan kepada tim Penulis yang telah memberikan Tur keliling Rumah Sakit Tugu Ibu dan mengambil sejumlah foto yang dimuat dalam buku ini.

Kami juga mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan selama pembuatan buku ini, terutama bagi pihak Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia yang telah memberikan dukungan kepada kami untuk berkarya dalam riset dan memberikan sumber inspirasinya melalui SDM dan karya tulisnya. Kami juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada mahasiswa Laboratorium Computer Networks, Architecture & High Performance Computing yang telah banyak membantu secara formal maupun informal sehingga kami dapat belajar dan menyempurnakan hasil riset hingga terbentuknya buku ini. Terimakasih juga kami ucapkan kepada para anggota lab 1231 yang bersedia memberikan ilmu dan motivasinya untuk buku ini, khususnya kepada mba Elly Matul Imah yang berkontribusi membantu dalam penulisan bab 2 tentang Jantung: penyakit dan Penanganannya, juga kepada akang M. Eka Suryana, mas M. Fajar dan mas M. Iqbal Tawakal.

Semoga bantuan dan kerjasama yang selama ini sudah terjalin dengan baik dapat terus dilestarikan dan dikembangkan sehingga ilmu dan harapan yang telah dicita-citakan dapat tercapai dan menghasilkan sebuah inovasi baru yang dapat bermanfaat bagi masyarakat, khususnya bagi Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia.

Depok, Universitas Indonesia

November 2013

Tim Penulis


Sistematika Penyusunan

Buku ini disusun dalam beberapa bab agar pembaca dapat memiliki gambaran singkat mengenai perkembangan Biomedes. Berikut adalah penjelasan isi singkat bab dalam buku ini:

Bab 1: Pada bab ini dijelaskan hal-hal yang melatar belakangi dan menjadi alasan mengapa buku ini di buat. Selain itu, hal yang dijelaskan pada bab ini adalah mengenai pengetahuan umum mengenai Biomedis, sejarah Biomedis, perkembangan Teknis Biomedis di Indonesia dan peralatan-peralatan yang biasa digunakan dalam bidang Teknik Biomedis. Selain itu, pada bab ini juga akan dibahas beberapa penelitian yang dilakukan di Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Indonesia, yang berkaitan dengan bidang teknologi Biomedis, seperti; Aritmia, Sleep Apnea, Sleep Stages dan Ultrasonografi (USG).

Bab 2: Di dalam bab ini, Pembaca akan diperkenalkan hasil penelitian biomedik yang berhubungan dengan organ jantung dan beberapa jenis penyakit yang menyertainya. bab ini akan dijelaskan suatu proses pengenalan Aritmia dan data pendukung untuk mendeteksi stabil atau tidaknya keadaan jantung seseorang dengan menggunakan pendekatan jaringan saraf tiruan. Proses ini dibagi menjadi beberapa tahap studi yaitu: pemrosesan data, ekstraksi fitur dan pemrosesan data pada elektrokardiogram

Bab 3: Bab ini akan menjelaskan tentang tidur, jam tidur dan siklus tidur pada manusia. Kebutuhan tidur yang tidak terpenuhi ternyata memberikan dampak yang cukup signifikan dalam kesehatan seseorang. Bab ini juga menjelaskan tentang penyakit yang ditimbulkan akibat gejala kelainan tidur yang dialami seseorang. Bab ini banyak menjelaskan tentang pembangunan alat pendeteksian gangguan tidur dengan menanamkan algortima cerdas jaringan syaraf tiruan untuk mengklasifikan kelainan sleep apnea disaat seseorang sedang tidur,semua proses tersebut diterapkan pada perangkat lunak


maupun perangkat keras yang dikembangkan di Fakultas Ilmu Komputer UI

Bab 4: Di dalam Bab ini dijelaskan mengenai Pendeteksian kadar Trycloroetilen pada Hati Manusia, dimana pembaca akan dibawa untuk menyelami berbagai fenomena yang berhubungan dengan hati manusia, terutama pada penyakit dan penanggulangannya. bab ini megupas secara lebih terperinci mengenai zat perusak fungsi hati pada manusia, yaitu Trycloroetilen. dimana beberapa tim peneliti dari fakultas ilmu komputer Universitas Indonesia tertarik untuk meneliti bagai mana cara kerja zat tersebut untuk meneyrang hati manusia dan seperti apa proses penyebaran penyakitnya. dengan sistem algoritma yang telah dibuat, maka proses pendeteksiaan penyakit yang di sebabkan oleh zat Trycloroetilen bisa terdeteksi dengan baik.

Bab 5: Bab ini menjelaskan mengenai Ultrasonografi (USG), perkembangan teknologinya dan cara kerja USG. Selain itu, Pada bab ini juga akan dijelaskan beberapa jenis kelainan pada janin bayi dan penyebab adanya kelainan tersebut. Kemudian, penjelasan dilanjutkan mengenai sistem pedeteksian ketidaknormalan pada janin berdasarkan Biometri atau ukuran anatomi janin baik dari sisi hardware dan software. dengan beberapa penelitian yang sudah populer dan diakui oleh beberapa konfeerensi international, maka ilmu pengetahuan mengenai pendeteksian normal dan abnormal dari janin ini akan kami publikasikan melalui buku ini, lengkap dengan sistem algoritma yang diharapkan dapat di pelajari oleh para peneliti lainnya.

Bab 6: Bab ini menjelaskan tentang sistem algorima dari masing masing bab diatas, dengan sistem algorima ini maka diharapkan para peneliti dapat dengan mudah melakukan implementasi dan pengembang kedepan. Algoritma yang kami suguhkan dalam buku ini lebih banyak di fokuskan pada bidang ilmu jaringan syaraf tiruan. dimana semua ide dan usulan yang terangkum dalam buku biomedis ini sudah dipublikasikan melalui paper dan jurnal didunia internasional.


Daftar Isi Kata Pengantar ................................................................................................. 3

Sistematika Penyusunan ................................................................................... 5

Daftar Isi............................................................................................................ 7

BAB 1 Pendahuluan ...................................................................................... 12

1.1 Pendahuluan ............................................................................................ 13

1.2 Sejarah Teknik Biomedis ........................................................................ 16

1.3 Peralatan-peralatan dalam Teknik Biomedis .......................................... 25

1.3.1 Alat Foto Sinar-X (Rntgen) ............................................................. 25

1.3.2 Elektrokardiogram (EKG/ECG) ......................................................... 26

1.3.3 Elektroensefalogram (EEG) ............................................................. 27

1.3.4 Ultrasonography (USG) ................................................................... 28

1.4 Susunan Buku ........................................................................................ 29

BAB 2 Jantung: Penyakit dan Penanganannya .............................................. 30

2.1 Penyakit Jantung.................................................................................... 35

2.1.1. Aterosklerosis pada Jantung ....................................................... 36

2.1.2. Arrhythmia (Aritmia) ................................................................ 37

2.1.3 Infark Miokardial Akut ..................................................................... 40

2.1.4 Kardiomiopati ...................................................................................41

2.1.5 Gagal Jantung Kongesitif ................................................................ 42

2.1.6. Penyakit Jantung Rematik.............................................................. 44

2.1.7. Inflamasi Jantung ........................................................................... 47

2.1.8. Fibrilasi Atrial .................................................................................. 48

2.2 Elektrokardiogram(EKG) ....................................................................... 49

2.2.1 Heartbeat ..................................................................................... 52

2.2.2 Whole Signal ................................................................................ 53

2.3 Pemrosesan Data Elektrokardiogram .............................................. 57


2.3.1 Base Wander Removal ................................................................. 58

2.3.2. Ekstraksi Beat ................................................................................. 60

2.3.3. Noise Removal ............................................................................... 64

2.3.4 Fitur Ekstraksi ................................................................................. 67

2.4 Sistem Telehealth Monitoring Penyakit Jantung .................................. 70

2.4.1 Fitur Utama Sistem Telehealth Monitoring Penyakit Jantung ........ 72

2.4.2 Implementasi Server ...................................................................... 75

BAB 3 Pendeteksian Tahapan dan Gangguan Tidur ...................................... 76

3.1. Penelitian Tentang Tahapan Tidur ........................................................ 77

3.1.1 Siklus NREM1 .................................................................................... 79

3.1.2 Siklus NREM2 ................................................................................... 80

3.1.3 Siklus NREM3 ................................................................................... 80

3.1.4 Siklus REM ....................................................................................... 81

3.2. Jenis-Jenis Gangguan Tidur .................................................................. 81

3.3 Metode Pendeteksian Siklus Tidur ........................................................ 83

3.4 Ekstraksi Fitur Untuk Deteksi Siklus Tidur ............................................. 84

3.5. Dataset ................................................................................................. 88

3.5.1. Pengambilan Sinyal Detak Jantung Pasien ..................................... 88

3.5.2. Anotasi Potongan Sinyal Detak Jantung ........................................ 89

3.6. Karakteristik Data ................................................................................. 90

3.7. Perangkat Portable Berbasis Single Board Computer .......................... 91

3.7.1. Rangkaian Elektronik Terintegrasi .................................................. 91

3.7.2. Pengantar Beagleboard SBC .......................................................... 92

3.7.3. Implementasi Alat Deteksi Data Tidur Pada Alat Portable ............. 92

BAB 4 Deteksi Kadar Trichloroethylene (TCE) pada Hati ............................ 94

4.1 Apa itu Trichloroethylene ...................................................................... 95

4.1.1 Kegunaan Trichloroethylene ........................................................... 95

4.1.2 Dampak Negatif dari Trichloroethylene .......................................... 95


4.2 Definisi Hati .......................................................................................... 96

4.2.1 Fungsi Hati ....................................................................................... 96

4.2.2 Tanda dan Gejala Penyakit .............................................................. 98

4.2.3 Pencegahan Penyakit...................................................................... 99

4.3 Tujuan Penelitian Deteksi Kadar Trycloroetilen pada Tikus Putih ....... 100

4.3.1 Penelitian Mengenai Hati Tikus Putih Sebelumnya .................... 100

4.3.2 Mengapa objek yang digunakan adalah Hati Tikus Putih .......... 100

4.3.3 Persamaan antara Hati Tikus Putih dan Hati Manusia ................ 101

4.4 Dataset Tikus Putih ............................................................................ 101

4.4.1 Cara Perolehan Data ................................................................... 101

4.4.2 Cara Pengelompokan Data Citra dari Hati Tikus Putih ................ 101

4.5 Pengolahan Data .................................................................................. 103

4.5.1 Croping Gambar ............................................................................. 103

4.5.2 Scaling Gambar .............................................................................. 103

4.5.3 Clustering (Pengelompokan)................................................... 103

4.5.4 Klasifikasi ................................................................................105

4.6 Kesimpulan ....................................................................................105

BAB 5 Ultrasonografi (USG) ...................................................................... 107

5.1 Teknologi USG...................................................................................... 108

5.2. Pertumbuhan Janin Terhambat (PJT) .................................................. 110

5.3. Parameter untuk menghitung PJT ....................................................... 111

5.3.1. Kepala (Head) ................................................................................. 111

5.3.2. Paha (Femur) ................................................................................ 113

5.3.3. Lengan Atas (Humerus) ................................................................ 114

5.3.4. Perut (Abdomen) .......................................................................... 115

5.4. Dataset ................................................................................................ 117

5.4.1. Perolehan Dataset ......................................................................... 117

5.4.2. Katakteristik Data ......................................................................... 119


5.5. Pengolahan Citra USG ......................................................................... 123

5.6. Preprocessing dan Pendekatan Metode ............................................. 125

5.6.1. Speckle Noise Reduction ............................................................... 125

5.6.2. Segmentasi Citra Menggunakan Thresholding ............................. 127

5.6.3. Segmentasi Citra Menggunakan Deteksi Objek ........................... 128

5.7. Deteksi dan Pengukuran Biometri Janin .............................................. 134

5.7.1. Hough Transform untuk Deteksi Elips ............................................ 134

5.7.2. Swarm Intelligence......................................................................... 139

5.7.3. Hough Transform dan Swarm Intelligence untuk Deteksi Elips ...... 141

5.7.4. Perbaikan terhadap Deteksi Elips menggunakan Hough Transform ............................................................................................................... 143

5.8. Sistem Telehealth Pertumbuhan Janin (TERRAIN).............................. 147

5.8.1 Fitur-FItur Sistem Telehealth Pertumbuhan Janin (TERRAIN) ...... 148

5.8.2 Implementasi Terrain Server ........................................................ 152

BAB 6 Metode Klasifikasi .......................................................................... 154

6. 1 LVQ....................................................................................................... 155

6.1.1 Ide Dasar LVQ ................................................................................. 155

6.1.2 LVQ1 ...............................................................................................156

6.1.3 LVQ2 ............................................................................................... 157

6.1.4 LVQ2.1 ............................................................................................158

6.1.5 LVQ3 ...............................................................................................159

6.1.6 GLVQ ............................................................................................. 160

6.1.7 FNLVQ ............................................................................................163

6.2 Multi Layer Perceptron......................................................................... 167

6.2.1 Karakteristik Backpropagation....................................................... 167

6.2.2 Contoh Eksekusi Algoritma Backpropagation ............................... 175

6.3 Pengembangan Lanjut GLVQ ............................................................... 182

6.3.1 FNGLVQ .......................................................................................... 182

6.3.2 Mahalanobis GLVQ ........................................................................ 192


6.3.3 Adaptive FNGLVQ .......................................................................... 193

6.3.4 Adaptive Multicodebook FNGLVQ................................................ 198

6.4 Adaboost .............................................................................................. 210

Daftar Pustaka ........................................................................................... 213


TeknikBiomedis:Teori dan Aplikasi

BAB 1 Pendahuluan


1.1 Pendahuluan Pada kehidupan modern yang serba cepat, dan penuh dengan berbagai macam aktifitas, kesehatan merupakan aset yang sangat berharga dalam menunjang kegiatan tersebut. Untuk menunjang kesehatan sering kali kita memiliki ketergantungan kepada dunia medis dan peralatan pendukungnya untuk menghilangkan sakit maupun untuk menjaga stamina tubuh agar tetap fit.

Bertambahnya populasi manusia di dunia ditambah dengan pola hidup dan pola makan yang tidak sehat sangat mempengaruhi kondisi kesehatan manusia. Kehidupan manusia sangat dipengaruhi oleh situasi dan kondisi kesehatannya. Selain faktor kesehatan, ada faktor lain yang mempengaruhi keadaan manusia yakni kondisi kebugaran, tekanan kejiwaan dan permasalahan hidup yang sedang dihadapi. Perubahan-perubahan ini dapat diamati melalui perubahan kinerja organ tubuh manusia. Perubahan ini sangat berpengaruh terhadap kinerja jantung, hati, pankreas, paru-paru dan ginjal.

Detak jantung untuk orang sehat, tentunya berbeda dengan detak jantung orang yang sedang tertekan/depresi, berbeda dengan detak jantung orang yang ketakutan, berbeda dengan detak jantung orang yang menderita penyakit degeneratif maupun yang menderita penyakit lainnya. Begitu pula kerja ginjal untuk orang yang sehat berbeda dengan kinerja ginjal orang yang sedang terkena penyakit kencing batu.

Dalam cabang ilmu kedokteran dikenal suatu cabang yang dikenal sebagai Ilmu Teknik Biomedis (Biomedis saja). Ilmu Biomedis ini menerapkan azas-azas dan pengetahuan dasar tentang Ilmu Pengetahuan Alam yang meliputi Kimia, Biologi, Fisika, dan Matematika untuk menjelaskan fenomena molekul, sel, organ, dan virus yang berhubungan dengan penyakit dan pengembangan perawatan medis yang tepat untuk mengobati, mencegah, dan membantu pada tahap pemulihan kondisi kesehatan pasien.

Berdasarkan The Biomedical Engineering Handbook: Second Edition" yang disusun Joseph D. Bronzino, teknik biomedis dapat dikategorikan dalam beberapa subbidang disiplin. Walau memang dalam pengkategorian tersebut masih terdapat persilangan antara satu sama lainnya. Bagan kategori subbidang tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.1.


Gambar 1.1 Bidang Disiplin Teknik Biomedis

Ilmu Biomedis adalah cabang ilmu kedokteran yang menggunakan azas-azas dan pengetahuan dasar ilmu pengetahuan alam (Biologi, Kimia dan Fisika) untuk menjelaskan fenomena hidup pada tingkat molekul, sel, organ dan organisme utuh, dan berhubungan dengan penyakit dan pengembangan bahan yang tepat untuk mencegah, mengobati dan memulihkan kerusakan akibat penyakit. Penelitian dalam ilmu biomedis ini dapat dibagi menjadi dua


kategori umum yaitu evaluasi pengobatan baru untuk keamanan dan keberhasilan dalam hal uji klinis, dan semua penelitian lain yang memberikan kontribusi untuk pengembangan pengobatan baru. Demikian luas cakupan ilmu biomedis sehingga terbuka peluang bagi semua disiplin ilmu untuk mempelajarinya dan membantu memecahkan masalah yang ada pada bidang kesehatan baik dari segi material maupun sampai proses rehabilitasi.

Biomedis adalah ilmu yang merupakan integrasi dari beberapa disiplin ilmu. Definisi biomedis seperti yang dikatakan oleh The National Institutes of Health pada tahun 1997 :

"Bioengineering integrates physical, chemical, or mathematical sciences and engineering principles for the study of biology, medicine, behavior, or health. It advances fundamental concepts, creates knowledge from the molecular to the organ systems levels, and develops innovative biologics, materials, implants, devices, and informatics approaches for the prevention, diagnosis, and treatment of disease, for patient rehabilitation , and for improving health."

Inti dari definisi tersebut menyatakan bahwa teknik biomedika merupakan gabungan dari beberapa prinsip dasar ilmu kimia, biologi, sains matematika, dan engineering untuk membantu memecahkan masalah yang ada pada bidang kesehatan baik dari segi material sampai proses rehabilitasi. Sedangkan, ilmu biomedis yang pertama kali dikembangkan secara edukasi oleh Universitas Pennsylvania di Philadelphia didefinisikan oleh Prof.Kenneth R. Foster :

"Biomedical engineering is presently undergoing explosive growth. The field began when engineers partnered with physicians to develop solutions to medical problems. The discipline has now developed an identity of its own, and is moving into areas such as tissue engineering and neuroscience that are far from the original engineering roots of the field. At the sametime, biomedical engineers are still making important contributions to such traditional subjects such as biomedical signal analysis, physiological modeling, and instrumentation."

Inti sari definisi tersebut juga menyatakan bahwa teknik biomedika merupakan integrasi dari beberapa disiplin ilmu seperti engineer dan kedokteran untuk menemukan solusi pada masalah bidang kesehatan. Perkembangan teknik biomedika sangat pesat bahkan hampir meninggalkan


akar engineering itu sendiri. Namun untungnya teknik biomedika masih berada di jalur tradisi seperti pada bidang bio-signal processing.

Dalam penerapannya, teknik biomedis masa kini memanfaatkan berbagai peralatan elektronik dalam melakukan penanganan medis. Beberapa peralatan yang sudah umum digunakan saat ini antara lain adalah elektrokardiogram (ECG/EKG) yang digunakan untuk mengukur detak jantung, elektroensefalogram (EEG) yang digunakan untuk mengukur aktivitas gelombang otak, mesin sinar-X yang digunakan untuk melihat bagian struktur bagian dalam tubuh, alat Ultrasonography (USG) yang biasa digunakan untuk melihat kondisi perut seorang ibu yang sedang mengandung, dan masih banyak lagi. Pada subbab-subbab berikutnya, penjelasan-penjelasan mengenai peralatan tersebut akan lebih diperinci.

1.2 Sejarah Teknik Biomedis Pada masa sebelum abad ke-20 M, teknik pengobatan masih bergantung pada teknik pengobatan yang ditemukan ilmuwan-ilmuwan Arab jauh sebelumnya. Dalam teknik pembedahan sebut saja Abu Qasim Al-Zahrawi yang hidup sekitar abad ke-10 M, penemu alat-alat bedah. Alat-alat temuan Al-Zahrawi antara lain adalah pisau bedah, benang penjahit bekas bedah, alat suntik, dan sebagainya. Al Zahrawi dan gambar alat-alat bedahnya dapat kita lihat pada Gambar 1.2.

Gambar 1.2 Al Zahrawi (kiri) dan salah satu halaman buku yang menerangkan peralatan-peralatan bedahnya (kanan)


Tidak hanya peralatannya saja, prosedur pembedahan pada masa itu juga telah ia kembangkan. Salah satu contoh prosedur yang digagas Al-Zahrawi adalah mengikat organ tubuh untuk mencegah pendarahan. Selain itu, ia menggunakan benang yang dikembangkannya untuk menjahit luka pascabedah. Hal tersebut akan dapat membuat pendarahan berhenti dan segera membeku. Penemuan-penemuan Al-Zahrawi merupakan fondasi dari teknik biomedis awal yang sangat bermanfaat dan terus digunakan selama berabad-abad.

Jika berbicara mengenai sejarah teknik biomedis pada masa modern saat ini, perkembangan Ilmu Fisika tidak akan dapat terlepas dari pembahasannya, terutama dalam bidang instrumentasi elektronika. Dalam hal ini, pengetahuan dasar tentang gelombang elektromagnetik merupakan fondasi dari pengembangan perangkat-perangkat yang nantinya akan dimanfaatkan dalam bidang Biomedis. Semua dimulai dari penemuan Michael Faraday, seorang ahli fisika dan kimia asal Inggris pada tahun 1831. Penemuan tersebut terkait perihal mengenai kelistrikan dan kemagnetan atau yang saat ini biasa disebut induksi elektromagnetik. Faraday dan ilustrasi percobaannya dapat kita lihat pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3 Michael Faraday (kiri) dan ilustrasi percobaan induksi elektromagnetiknya (kanan)

Di saat yang hampir bersamaan Joseph Henry, seorang ilmuwan asal Amerika, juga melakukan percobaan induksi elektromagnetik. Ia membuat besi tergulung kumparan kawat di sekelilingnya menghasilkan elektro


magnet setelah dialiri listrik dari kedua elektrodanya. Walau Faraday dan Henry bekerja secara terpisah, mereka mengerjakan pekerjaan yang sama terkait induksi elektromagnetik.

Walau sudah ditemukan jauh sebelumnya, persamaan mengenai hukum elektro magnet baru dirumuskan pada tahun 1860. Ilmuwan yang memiliki andil besar dalam perumusan hukum tersebut adalah James Clerk Maxwell, seorang ilmuwan asal Skotlandia. Ia menerjemahkan penemuan pada eksperimen yang dilakukan oleh Faraday ke dalam bahasa (rumus) matematika. Dalam usahanya merumuskan fenomena elektromagnetik Maxwell akhirnya sampai pada satu set persamaan yang secara komprehensif menjelaskan tentang hubungan antara medan listrik dan medan magnet serta bagaimana dapat memproduksinya. Teori Maxwell berpengaruh besar terhadap berbagai hal terkait pemahaman tentang dunia secara fisik serta berbagai jenis gelombang elektromagnetik yang bermanfaat bagi kehidupan umat manusia.

Fenomena yang telah ditemukan Faraday dan Henry serta teori Maxwell akhirnya menuntun penemuan gelombang yang sangat bermanfaat bagi banyak keperluan di masa sekarang ini. Salah satu wujud nyata dari manfaat fenomena yang ditemukan sebelumnya serta perumusan persamaan elektromagnetik oleh Maxwell adalah ditemukannya gelombang elektromagnetik oleh seorang fisikawan asal Jerman, Heinrich Hertz. Penemuan tersebut didapat dari eksperimen yang dilakukannya pada tahun 1887 yang dilakukan dengan mendapatkan frekuensi dari gelombang-gelombang tak terlihat. Penemuan ini memperkuat pembuktian tentang teori yang belum lama telah diutarakan oleh Maxwell. Pada masa awal-awal penemuannya, gelombang-gelombang tersebut dinamakan "Hertzian waves". Namun demikian, pada masa kini gelombang tersebut dikenal sebagai gelombang-gelombang radio.

Penemuan pertama yang langsung dapat dihubungkan dengan teknik biomedis adalah penemuan sinar-X (X-rays) oleh Wilhelm Conrad Rntgen. Rntgen adalah fisikawan asal Jerman yang merupakan profesor fisika Wrzburg University. Kisah penemuan sinar-X dimulai pada petang hari tanggal 8 November 1895. Saat itu Rntgen sedang di laboratorium untuk mempelajari bagaimana tabung sinar katoda bisa mengeluarkan cahaya. Perhatiannya terganggu oleh sebuah layar berpendar (fluorescent screen) di


dalam laboratoriumnya yang bersinar tanpa alasan yang jelas. Fenomena tersebut membuatnya kebingungan karena layar tersebut posisinya lumayan jauh dari tabung untuk dapat terpengaruh sinar-sinar katoda.

Fenomena membingungkan yang ditemukan oleh Rntgen tidak diabaikannya begitu saja. Rasa ingin tahunya membuatnya mencoba melakukan investigasi mengenai sumber yang menyebabkan hal tersebut (cahaya pada layar) terjadi. Percobaan yang dilakukan Rntgen sampai-sampai membuatnya tidak meninggalkan laboratoriumnya selama berminggu-minggu. Namun demikian usahanya tidaklah sia-sia. Pada akhirnya ia menemukan bahwa sinar-sinar katoda pada tabung kaca hampa udara telah membuat sejenis sinar tak tampak yang baru. Sinar-sinar tersebut memiliki kemampuan menembus yang tidak biasa, yaitu dapat merambat walau dihalangi kayu, tembaga, dan aluminium serta dapat direkam pada pelat fotografis.

Pada awalnya, Rntgen jarang terlihat tampil dalam konferensi ilmiah maupun menulis paper ilmiah. Namun demikian penemuan sinar-X yang tak diduga sebelumnya, berdampak besar pada kehidupannya. Ia memahami bahwa ia harus mengatasi sifat malu dan keengganannya dalam berbicara serta menyebarkan informasi tentang penemuan pentingnya ke komunitas sesegera mungkin. Pada akhirnya ia menulis 10 halaman artikel berjudul "On a new kind of rays" yang diterima oleh Proceedings of the Wrzburg Physical-Medical Society pada 28 Desember 1895. Rntgen menamakan penemuannya sebagai X-radiation atau X-rays yang diambil dari istilah matematika 'X' yang mengacu pada hal yang tidak diketahui. Ia sangat menyukai istilah ini walaupun para peneliti lainnya bersikeras untuk menyebutnya Rntgen rays.

Foto sinar-X pertama Rntgen yang berdampak luar biasa di seluruh dunia adalah foto tangan istrinya, Anna Bertha, yang tembus sehingga terlihat cincin dan tulang tangannya. Gambar Rntgen beserta foto sinar-X tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.4. Para dokter memahami bahwa teknik fotografis baru ini dapat membantu untuk melihat ke dalam tubuh manusia tanpa pembedahan. Dalam dunia kedokteran sinar Rntgen dimanfaatkan untuk mendiagnosis keretakan tulang, menemukan lokasi peluru yang tertanam di tubuh, dan mengidentifikasi penyebab kekeraman. Karena penemuan sinar-X pulalah, departemen radiologi diadakan di berbagai rumah sakit.


Gambar 1.4 Wilhelm Conrad Rntgen (kiri) dan foto sinar-X dari tangan istrinya, Anna Bertha (kanan)

Setelah publikasi pertama mengenai penemuan sinar-X, informasi mengenai penemuan Rntgen ini tersebar ke berbagai media dari mulai jurnal ilmiah sampai halaman pertama (headline) koran harian. Pada akhir tahun 1896, lebih dari 1000 buku dan papers telah mempublikasikan sinar-X serta aplikasi-aplikasinya. Fakta menariknya adalah publikasi-publikasi tersebut justru sebagian besar tidak berasal dari Rntgen sendiri. Rntgen hanya mempublikasikan dua papers lagi tentang sinar-X. Hal luar biasa lainnya yang Rntgen lakukan (atau tidak lakukan?) adalah ia menolak untuk mematenkan penemuannya. Ia meyakini bahwa penemuan-penemuannya adalah milik dunia secara luas. Hal tersebut membuat para peneliti di seluruh dunia dapat melakukan eksperimen terhadap sinar-X. Reaksi dunia terhadap sinar-X yang ditemukannya akhirnya membuat Wilhelm Conrad Rntgen, pada tahun 1901, meraih hadiah Nobel pertama dalam bidang fisika. Kalimat motivasi penobatannya adalah "in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequantly named after him".

Penemuan penting lainnya dalam bidang biomedis adalah penemuan mekanisme elektrokardiogram (EKG) oleh Willem Einthoven. Einthoven adalah seorang fisiolog asal Belanda yang lahir pada tahun 1860 di Semarang, Jawa, Indonesia, yang dulunya merupakan wilayah bagian Hindia Belanda.


Pada tahun 1903, ia membuat string galvanometer yang menjadi cikal bakal elektrokardiogram. Ilustrasi dari string galvanometer Einthoven dapat dilihat pada Gambar 1.5.

Gambar 1.5 Ilustrasi String Galvanometer Einthoven

Dengan menggunakan string galvanometer, Einthoven meletakkan dua sensor pada kulit dan mengaitkannya dengan kabel perak yang digantung melalui lubang yang berakhir pada sebuah magnet permanen berukuran besar. Kabel perak tersebut bergerak dengan ritme tertentu sehingga menggambarkan detak jantung yang sesuai. Dengan memproyeksikan secercah cahaya tersorot melewati kabel perak yang bergetar, Einthoven dapat merekam pergerakan kabel sebagai gelombang. Perekaman tersebut dilakukan dengan meletakan kertas fotografi tergulung yang bergerak pada akhir sorotan cahaya. Walaupun pada masa kini sudah banyak elektrokardiogram yang dibuat menggunakan teknologi digital dan bahkan mencapai ukuran yang cukup kecil dan portabel, kardiogram dengan string galvanometer masih menjadi standar baku referensi untuk berbagai kasus sampai saat ini.


Atas jasa besarnya dalam menemukan mekanisme elektrokardiogram, Willem Einthoven dinobatkan sebagai penerima hadiah Nobel Kedokteran pada tahun 1924. Kalimat motivasi penobatannya adalah "for his discovery of the mechanism of the electrocardiogram". Sinyal yang dikeluarkan elektrokardiogram saat ini umum digunakan untuk melihat aktivitas jantung yang abnormal untuk dibandingkan dengan sinyal jantung yang normal.

Sejarah teknik biomedis berlanjut ke penemuan elektroensefalograf (EEG) yang dibuat oleh Hans Berger, dari Universitas Jena di Austria, pada tahun 1924. EEG adalah alat yang digunakan untuk mengukur dan merekam aktivitas elektris dari otak. Untuk mengetahui bagaimana hal ini dapat ditemukan, kita mundur sedikit ke tahun 1875. Pada saat itu, seorang ahli bedah dari Liverpool, Inggris, mengukur potensi elektris dari membran dari kelinci dan kera. Selanjutnya pada tahun 1912, fisiolog Rusia, Pravdich-Neminski mempublikasikan paper yang mempresentasikan rekaman fotografis dari aktifitas otak. Pada akhirnya, berdasarkan temuan-temuan yang dilakukan para peneliti tersebut sebelumnya, Berger membuat elektroensefalogram pertamanya. Foto diri Berger beserta keluaran gelombang EEG-nya dapat dilihat pada Gambar 1.6.

Gambar 1.6 Hans Berger (atas) dan hasil EEG pertamanya (bawah)

Alat EEG pertama Berger selanjutnya digunakan pada operasi bedah syaraf seorang anak berusia 17 tahun oleh seorang ahli bedah syaraf bernama Nikolai Guleke. Ia melaporkan hal tersebut pada tahun 1929 dan memperkenalkan istilah gelombang Alfa dan Beta. Setelah itu, pada tahun


1935, amplifier elektrik digunakan untuk membuktikan bahwa aktifitas elektris dari lapisan otak memiliki suatu ritme yang spesifik. Penemuan ensefalografi merupakan sebuah batu loncatan dalam perkembangan ilmu jaringan syaraf (neuroscience) serta hal-hal terkait neurologis dan bedah syaraf.

Salah satu alat terpenting lainnya dalam dunia penelitian biomedis adalah penemuan mikroskop elektron pada awal tahun 1930-an oleh dua kelompok yang berbeda di Jerman. Kelompok pertama adalah Hans Herman Knoll dan Ernst Ruska dari Universitas Berlin sedangkan kelompok kedua adalah Reinhold Rdenberg dari Siemens-Schuckert, sebuah perusahaan peralatan elektronik pada masa itu. Detail dari mikroskop elektron dapat dilihat pada Gambar 1.7.

Gambar 1.7 Mikroskop Elektron

Pada masa perang dunia ke-II dunia dalam kondisi berkecamuk, negara-negara besar menginvasi negara-negara lainnya untuk menjajah. Ditambah lagi kekhawatiran akan bahaya peperangan dengan menggunakan senjata nuklir, hal tersebut semakin parah setelah pihak sekutu Amerika


Serikat membom Atom Nagasaki dan Hiroshima. Setelah perang dunia ke-2 berakhir dunia terpecah menjadi dua kubu, yakni kubu komunis yang dipimpin oleh Uni Soviet dan kubu sekutu yang dipimpin oleh Amerika Serikat. Dunia kembali berkecamuk dengan terjadinya perang dingin antara kedua kubu. Terjadi perlombaan pengembangan senjata nuklir, pengembangan senjata biologis, dan juga penyalahgunaan penelitian ilmiah teknologi biomedis yang diujikan pada manusia.

Masyarakat dunia yang cemas terhadap kondisi ini mulai merancang usaha-usaha untuk melindungi terhadap kemungkinan penyalahgunaan penelitian terhadap manusia. Kode etik internasional pertama untuk penelitian yang melibatkan subyek manusia diterbitkan yang biasa disebut kode Nuremberg (Nuremberg Code). Kode ini dimunculkan sebagai wujud tanggapan terhadap kekejaman dokter-dokter peneliti NAZI yang menggunakan subyek manusia sebagai obyek penelitiannya, yang terungkap pada Pengadilan Kejahatan Perang Nuremberg. Dengan demikian kode ini dibuat untuk mencegah berulangnya pelanggaran terhadap hak-hak dan kesejahteraan manusia oleh para dokter peneliti, sehingga lahirlah etika penelitian manusia.

Pada tahun 1952, perhatian paling utama dari penelitian bidang teknik biomedis terkait kardiologi adalah penemuan alat pacu jantung pertama (cardiac pacemaker). Alat tersebut dibuat oleh Paul Maurice Zoll, seorang Amerika, yang bekerja pada Beth Israel Hospital di Boston. Dalam pengembangannya, Dr. Zoll bekerjasama dengan para insinyur dari Electrodyne Company. Alat pacu jantung yang dibuat saat itu adalah external pacemaker yang menstimulasi detak jantung melalui elektroda besar yang diletakkan di dada. Alat pacu yang sepenuhnya ditanam di dalam tubuh adalah pacemaker yang dibuat pada 1958 dan 1959 oleh Wilson Greatbatch dan William M. Chardack.

Dalam bidang teknologi pencitraan pada teknik biomedis, penggunaan ultra-sound tidak dapat diindahkan dari sejarah. Pada akhir 1940-an dan tahun 1950-an, sejumlah kelompok di berbagai negara, antara lain Jepang, Austria, Perancis, dan Amerika Serikat, memprakarsai pembuatan teknik pencitraan medis menggunakan ultrasound. Teknik ini menggunakan suara frekuensi tinggi yang akan merefleksikan struktur dalam tubuh. Sebagai pionir dari teknologi cross-sectional imaging, teknik yang yang saat ini dikenal


sebagai ultrasonografi banyak digunakan untuk mengembangkan teknologi lanjut berikutnya.

1.3 Peralatan-peralatan dalam Teknik Biomedis Pada subbab-subbab sebelumnya telah disebutkan bahwa dalam

teknik biomedis banyak peralatan yang dimanfaatkan dalam melakukan / membantu penanganan medis. Oleh karena itu, beberapa peralatan yang umum digunakan sampai saat ini akan dibahas lebih jauh dalam subbab ini. Dalam penjelasan, nanti, masih akan ada alat-alat yang dibahas lebih detail dalam bab-bab berikutnya karena terkait dengan penelitian-penelitian yang sudah dilakukan penulis bersama rekan-rekan peneliti lainnya.

1.3.1 Alat Foto Sinar-X (Rntgen) Alat pencitraan (imaging) yang sudah lama ditemukan oleh Wilhelm

Conrad Rntgen ini masih banyak digunakan untuk berbagai hal sampai saat ini. Pada awalnya, sinar-X hanya digunakan untuk mendiagnosis keretakan dan pergeseran tulang. Namun demikian, seiring perkembangan teknologi, penggunaan sinar-X diperbolehkan untuk digunakan dalam mendiagnosis berbagai penyakit dan cedera secara luas.

Pada dasarnya, setiap alat / mesin yang memanfaatkan sinar-X, dari mulai alat foto sinar-X yang konvensional sampai alat yang lebih modern saat ini seperti computerized tomography (CT) scanner, menggunakan beberapa konsep / perangkat dasar yang sama. Perangkat-perangkat tersebut antara lain adalah sumber penembak sinar-X, collimator, dan pendeteksi sinar-X. Alat sinar-X medis biasanya mengeluarkan (generate) sinar-sinar dengan energi sekitar 20-150 keV. Secara umum, sinar-sinar tersebut diproduksi oleh tabung sinar katoda yang menciptakan sorotan sinar-sinar X. Sorotan tersebut dibentuk oleh sebuah collimator lalu diarahkan ke tubuh pasien. Hasil akhir dari sorotan tersebut selanjutnya ditangkap oleh pendeteksi sinar yang akan merepresentasikan gambar bayangan dari tubuh pasien.

Pada alat sinar-X konvensional, sorotan sinar-X langsung diarahkan ke sebuah layar film, sehingga langsung tercetak. Kelemahan sistem konvensional ini adalah jika ada foto yang kurang baik layar film harus diganti dengan yang baru sehingga akan menambah biaya. Selain itu, pada masa sekarang dimana sebuah data dapat bernilai sangat penting, kebutuhan akan


perolehan data yang nantinya dapat diproses oleh komputer tidak dapat dipenuhi dengan foto langsung. Dengan adanya detektor, data dapat disimpan dalam komputer maupun jaringan. Hal ini juga akan sangat membantu untuk menghindari foto ulang jika terjadi foto fisik sinar-X yang sudah dicetak sebelumnya hilang.

1.3.2 Elektrokardiogram (EKG/ECG) Dalam buku ini, akan banyak sekali penjelasan detail mengenai

elektrokardiogram (EKG/ECG). Oleh karena itu, dalam subbab ini hanya akan disampaikan pengantar mengenai alat EKG. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa Willem Einthoven menemukan mekanisme kardiogram pertama dengan menggunakan string galvanometer, alat EKG yang ada saat ini masih menggunakan konsep yang sama. Walau demikian, seiring perkembangan zaman, saat ini alat EKG sudah menggunakan perangkat elektronik dan komputer yang modern. Berdasarkan Introduction to Biomedical Engineering - Third Edition yang disusun john d. Enderle dan Joseph D. Bronzino, ada beberapa komponen penyusun dari alat EKG yang ada saat ini. Komponen beserta mekanisme lengkapnya ada pada Gambar 1.8.

Gambar 1.8 Mekanisme Elektrokardiogram


Dapat kita lihat pada gambar tersebut bahwa mekanisme elektrokardiogram saat ini terdiri dari perolehan data oleh sensor, konversi dari sinyal / data analog ke digital, pemrosesan sinyal, serta perolehan data maupun keluaran. Sensor yang umum digunakan pada alat EKG saat ini adalah elektroda yang dipasang di beberapa tempat di tubuh seorang pasien. Jenis elektroda ini biasanya adalah noninvasive bipotential electrodes yang biasa disusun oleh sejenis polimer dan elastomer yang membuat konduksi listrik dengan menambahkan bahan karbon atau serbuk logam. Tipe paling umum dari elektroda tersebut adalah perak atau perak klorida (Ag/AgCl) yang dibentuk secara elekrokimia.

Dalam hal luaran (output), setelah data didapatkan, operator atau pengamat dapat menganalisis data yang dapat berupa angka maupun grafik, diskret maupun kontinu, serta permanen maupun sementara. Pada umumnya, alat tersebut menyediakan luaran yang dapat dianalisis secara visual, namun demikian saat ini ada beberapa alat yang menyediakan fitur berupa keluaran suara. Fitur tersebut biasanya menyediakan suara yang keluar setiap terjadinya detak jantung.

1.3.3 Elektroensefalogram (EEG) Elektroensefalogram (EEG) merupakan alat yang digunakan untuk

mengukur gelombang otak. EEG merekam potensial listrik yang diproduksi oleh otak yang besarannya sekitar kurang dari 300 V. Seperti yang sudah dikemukakan pada subbab sebelumnya bahwa Hans Berger adalah orang yang pertama mengembangkan alat EEG untuk menganalisis gelombang otak manusia. Dari penelitian awal yang dilakukannya, ia menemukan bahwa potensial listrik tidak teratur yang besarnya sekitar 50 sampai 100 V datang dari otak manusia. Dengan melakukan studi lanjut selama beberapa tahun, ia menemukan bahwa gelombang otak tidak sepenuhnya tanpa pola, melainkan mengeluarkan tampilan yang menunjukkan kebiasaan serta aturan periodik tertentu.

Salah satu contoh dari temuan Berger adalah gelombang otak berjalan lambat sewaktu tidur, yaitu menampilkan pola sinkronisasi dengan amplitudo tinggi dan frekuensi rendah sekitar kurang dari 3 Hz. Di lain pihak, eksperimen Berger yang dilakukan terhadap kondisi otak saat sadar (tidak tertidur) menghasilkan gelombang yang lebih cepat, yaitu pola dissinkronisasi dengan amplitudo rendah dan frekuensi tinggi lebih tinggi sekitar 15-25 Hz.


Saat ini sudah banyak teknik pembacaan EEG yang lebih kompleks. Namun demikian, berbeda dengan sinyal jantung yang dibaca oleh EKG, sinyal EEG sangat sulit dianalisis oleh pengamat yang tidak terlatih. Hal tersebut sebagian disebabkan oleh pemetaan spasial ke beberapa region dari otak serta penempatan elektrodanya.

Dalam hal perolehan data, sensor yang dipakai dalam EEG adalah Elektroda berbentuk cup dan subdermal needle. Pada cup electrodes dibuat dari platinum atau logam putih lainnya dengan diameter sekitar 5-10 mm. Elektroda tersebut diisi oleh gel elektrolit dan dapat ditempelkan di kulit kepala menggunakan semacam perekat. Selanjutnya subdermal electrodes juga merupakan pilihan untuk digunakan dalam perekaman EEG. Hal tersebut disebabkan karena perekaman yang lumayan sulit pada kulit kepala yang terhalang rambut maupun kulit berminyak. Elektroda tersebut terbuat dari platinum atau jarum anti karat dengan panjang 10 mm dan lebar 0.5 mm. Penggunaannya adalah dengan memasukkannya ke bawah kulit dengan tujuan untuk mendapatkan kontak listrik yang lebih baik.

1.3.4 Ultrasonography (USG) Alat Ultrasonografi (USG) adalah alat yang memancarkan gelombang

suara berfrekuensi tinggi yaitu sekitar 1-5 MHz. Gelombang tersebut nantinya akan ditangkap menggunakan Probe yang merupakan alat ukur jarak antara organ tempat gelombang suara terpantul kembali ke dirinya.

Gambar 1.9 Mesin USG Modern


Alat USG biasa digunakan untuk melihat kondisi perut seorang ibu yang mengandung. Karena waktu pemantulan yang berbeda-beda dari bagian-bagian dalam perut ibu, maka akan didapatkan kondisi di dalam rahim. Contoh mesin USG modern dapat dilihat pada Gambar 1.9.

1.4 Susunan Buku Buku ini membahas dasar instrumentasi medis, analisis sinyal dan citra medis, serta instrumen terapi. Analisis sinyal dan citra medis terutama difokuskan pada sinyal ECG, citra termal kanker payudara, dan juga instrumen terapi terutama untuk penyakit jantung dan penyakit kanker. Hal ini berkaitan dengan pengalaman penelitian yang telah dilakukan oleh penulis beserta rekan-rekan peneliti.


BAB 2 Jantung: Penyakit dan Penanganannya

TeknikBiomedis:Teori dan Aplikasi


Jantung merupakan organ vital yang tanpa lelah memompa darah ke tubuh anda baik tubuh anda dalam keadaan istirahat maupun dalam keadaan bekerja. Jantung tersebut yang membuat kita tetap hidup dan memberikan nutrisi untuk setiap sel jaringan dalam tubuh. Jantung dan sistem peredaran darah bersama-sama membentuk sistem kardiovaskular, yang dapat mendistribusikan oksigen dan nutrisi ke sel-sel tubuh, serta membawa pergi karbon dioksida dan produk limbah lainnya keluar tubuh. Jantung melakukan aksi pemompaan dengan kekuatan untuk mendorong darah terlebih dahulu ke paru-paru untuk mengambil oksigen, kemudian darah bersih dari paru-paru masuk ke dalam sistem peredaran darah. Peredaran darah membawa sistem darah keluar ke jaringan darah melalui arteri, kemudian kembali ke jantung melalui vena. Lebih dari 60,000 juta mil pembuluh darah yang terlibat dalam jaringan peredaran darah tersebut. Apabila pembuluh darah tersebut tidak mendapat asupan darah yang cukup, maka seseorang dikatakan terkena penyakit jantung. Tersumbatnya pembuluh darah tersebut diantaranya bisa diakibatkan oleh penimbunan lemak (kolesterol) pada serabut otot jantung atau konsentrasi darah terlalu pekat dikarenakan penyakit keturunan seperti diabetes, dan kurang berolahraga.Pada bab ini akan dijelaskan mengenai penyakit jantung, sebab penyakit dan cara penanganannya.

Sebelum membahas tentang Penyakit Jantung, kita terlebih dahulu akan membahas tentang jantung. Jantung merupakan organ muskular yang terletak di atas epigastrum dan ruang antara paru (mediatinum) tepat di tengah rongga dada. Kira-kira dua pertiga jantung terletak di sebelah kiri garis tengah sternum. Jantung dilapisi membran yang disebut perikardium.Jantung terdiri dari empat ruangan yaitu atrium kiri dan kanan, ventrikel kiri dan kanan.Atrium mempunyai dinding tipis dan berfungsi menerima darah. Atrium kanan menerima darah dengan kadar oksigen rendah dari vena cava superior dan inferior dan meneruskan ke ventrikel kanan melalui katup tricuspid, selanjutnya ke arteri pulmonal. Darah kaya oksigen akan dialirkan ke atrium kiri melaui vena pulmonal dan selanjutnya ke ventrikel kiri melalui katup mitral, serta dipompa ke seluruh tubuh melalui aorta. (gambar 2.1).


Gambar 2.1 Gambar anatomi dan fisiologi jantung dan pembuluh darah

Jantung merupakan sistem elektromekanikal dimana sinyal untuk kontraksi otot jantung timbul akibat dari penyebaran arus listrik di sepanjang otot jantung. Sistem konduksi terdiri dari sel otot jantung yang memiliki sifat unik, terdiri dari:

1) Nodal Sinortrial (SA)

a) Nodal SA merupakan sekumpulan sel yang terletak di bagian sudut kanan atas atrium kanan dengan ukuran panjang 10-20 mm dan lebar 2-3 mm serta merupakan pacemaker jantung.

b) Nodal SA mengatur ritme jantung (60-100/ menit) dengan mempertahankan kecepatan depolarisasi serta mengawali siklus jantung ditandai dengan sistol atrium.

c) Impuls dari nodal SA menyebar pertama sekali ke atrium kanan lalu ke atrium kiri (melalui berkas Bacham) yang selanjutnya diteruskan ke nodal atrioventrikular (AV) melalui traktus intermodal.

2) Nodal Artrioventrikular (AV)

a) Nodal AV terletak dekat septum interatrial bagian bawah, diatas sinus koronarius dan dibelakang katup tricuspid yang berfungsi memperlambat kecepatan konduksi sehingga memberikan


kesempatan atrium mengisi ventrikel sebelum sistol ventrikel serta melindungi ventrikel dari stimulasi berlebihan atrium seperti pada fibrilasi atrial.

b) Nodal AV menghasilkan impuls 40-60x/ penit dan kecepatan konduksi 0.005 meter/ detik.

c) Impuls dari nodal AV akan diteruskan ke berkas His. d) Sistem His-Purkinje

i. Berkas His terbagi menjadi berkas kanan dan kiri. Berkas His kiri terbagi menjadi berkas anterior kiri, posterior dan septal.

ii. Berkas-berkas tersebut bercabang menjadi cabang-cabang kecil atau serabut purkinje yang tersebar mulai dari septum interventrikel sampai muskus papilaris dan menghasilkan impalas 20-40x/ menit dengan kecepatan 4 meter/ detik.

iii. Impuls listrik menyebar mulai dari endokardium ke miokardium dan terakhir mencapai epikardium, selanjutnya otot jantung akan bergerak (twisting) dan memompa darah ke ruang ventrikel ke pembuluh darah arteri.

Sebagai gambaran lebih jelasnya, lihat gambar 2.2.

Gambar 2.2 Anatomi dan fisiologi sistem konduksi jantung


Potensial aksi jantung terbagi menjadi beberapa fase sebagai berikut:

- Fase 0:

Depolarisasi cepat (fast sodium chanel): terjadi pemasukan Na+ dari luar sel ke dalam sel melalui saluran Na+. Ion K+ bergerak ke luar sel dan Ca++ bergerak lambat masuk ke dalam sel melalui saluran Ca++. Sel akan terdepolarisasi dan dimulailah kontraksi jantung ditandai dengan kompleks QRS pada electrocardiogram (EKG). Selanjutnya terjadi repolarisasi segera yang terdiri dari 3 fase (fase 1, 2, dan 3).

- Fase 1:

Repolarisasi dini: Saluran Na+ akan menutup sebagian sehingga memperlambat aliran Na+ ke dalam sel. Pada saat bersamaan, Cl- masuk ke dalam sel dan K+ keluar melalui saluran K+. Alhasil terjadi penurunan jumlah ion positif dalam sel yang menimbulkan gelombang defleksi negative pada kurva potensial aksi.

- Fase 2:

Fase Plateau: terjadi pemasukan lambat Ca++ ke dalam sel melalui saluran Ca++. Ion K+ terus keluar dari sel. Pengeluaran cepat K+ menyebabkan terjadinya gelombang T (repolarisasi ventrikel) pada EKG.Jika saluran K+ dihambat, terjadi pemanjangan potensial aksi.

- Fase 3:

Repolarisasi cepat akhir: terjadi downslope potensial aksi, dimana K+ bergerak cepat keluar sel. Seluruh Ca++ dan Na++ tertutup sehingga Ca++ dan Na++ tidak bisa masuk ke dalam sel menjadi negative. Hal ini menjelaskan terjadinya gelombang T (repolarisasi ventrikel) pada EKG.Jika saluran K+ dihambat, terjadi pemanjangan potensi aksi.

- Fase 4:

Resting membrane potensial: kembali pada keadaan instirahat, Na+ dijumpai banyak di dalam sel serta K+ banyak di luar sel. Pompa na+ K+ akan diaktivasi untuk mengeluarkan Na+ dan memasukkan K+ ke dalam sel. Jantung mengalami polarisasi (siap untuk stimulus berikutnya).


Gambar 2.3 Fase potensial aksi jantung dan korelasi dengan EKG

Gelombang potensial elektrik negatifakan menyebar sepanjang miokard yang berkontraksi. Potensial ini dideteksi dengan meletakkan beberapa elektroda di berbagai lokasi kulit, sinyalakan diperkuat dan digambarkan sebagai rekaman elektrokardiogram.

2.1 Penyakit Jantung Pada dasarnya gejala penyakit jantung biasanya ditandai dengan nyeri

dada, jantung berdebar-debar, mengalami sensasi rasa seperti tertusuk dalam selang waktu tertentu. Sering terjadi sesak nafas, keluar keringat dingin disertai dengan kesemutan yang terasa hingga ke bagian lengan, punggung dan daerah sekitar jantung.Adakalanya penyakit jantung ini apabila tidak diantisipasi sejak dini dapat menyebabkan penyakit stroke, dan kematian mendadak.

Di dalam dunia medis telah di kenal beberapa jenis penyakit jantung di antaranya:

Aterosklerosis pada Jantung Arrhythmia (Aritmia) Infark Miokardial Akut Kardiomiopati Gagal Jantung Kongestif Penyakit Jantung Rematik Inflamasi Jantung Fibralasi Atrial Kelainan Katup Jantung


2.1.1. Aterosklerosis pada Jantung Semakin bertambahnya usia seseorang semakin berkurang kinerja metabolisme tubuhnya. Pada usia muda pembuluh darah arteri manusia memiliki elastisitas yang tinggi dalam membawa asupan darah dari jantung dan kembali ke jantung. Ketika memasuki usia tua tingkat keelastisan pembuluh arteri ini semakin berkurang, dan juga semakin menyempit dan kaku.

Pada dasarnya serangan jantung yang berkembang saat ini adalah akibat dari kondisi aterosklerosis. Aterosklerosis berasal dari bahasa Yunani Athero (bubur atau pasta) dan Sclerosis (keras), atau dengan kata lain aterosklerosis sendiri adalah keadaan penyempitan dan pengerasan pembuluh darah arteri akibat pengendapan kolesterol dan material lemak sehingga menimbulkan plak (plaque). Biasanya plak yang tertimbun pada lapisan dalam dari dinding pembuluh darah arteri memiliki kadar kolesterol yang tinggi, selain kalsium dan lemak. Oleh karena itu penyakit ini juga sering disebut sebagai pengapuran pembuluh darah. Kepingan plak tersebut bisa pecah dan masuk ke pembuluh darah sehingga dapat menghalangi jalannya aliran darah, menyumbatnya dan menyebabkan kerusakan jaringan atau kematian jaringan.Penyempitan dan pengerasan pembuluh darah ini apabila terjadi pada pembuluh darah di otak maka akan mengakibatkan penyakit stroke, begitupula apabila terjadi penyempitan dan pengerasan pada pembuluh darah arteri pada jantung maka akan mengakibatkan penyakit jantung angina pectoris.

Gambar 2.4 Ilustrasi Aterosklerosis


Biasanya penyebab dari penyakit ini adalah:

Darah tinggi Diabetes Kebiasaan merokok Peradangan tulang Meningkatnya kadar LDL dalam darah Riwayat genetik Polusi udara juga berkontribusi menyebabkan arterosklerosis Depresi Kelebihan berat badan Terlalu banyak mengkonsumsi alkohol Kurangnya aktifitas fisik dan olahraga Obesitas (kegemukan)

2.1.2. Arrhythmia (Aritmia) Aritmia adalah kondisi berupa kelainan irama jantung atau

ketidaknormalan denyut jantung. Aritmia ini biasanya disebabkan kurangnya pasokan darah yang membawa darah segar yang mengandung oksigen ke otot jantung, biasanya timbul sensasi denyutan yang terlalu lambat, denyutan yang terlalu cepat maupun denyutan yang tidak beraturan.

Detak jantung orang yang normal berada pada rentang 60 sampai 100 detakan per menit. Ditinjau dari detakannya terdapat dua kelompok penyakit aritmia yakni:

Brardycardia: yaitu kondisi denyut jantung yang lambat, biasanya kurang dari denyut minimal orang normal yakni kurang dari 60 denyut per menit. Termasuk di dalamnya sinus bradycardia

Tachycardia: yaitu kondisi denyut jantung yang terlalu cepat, biasanya denyutannya ini bias melebihi100 denyut per menit. Tergolong ke dalam kelas penyakit ini adalah sinus tachycardia, ventricular tachycardia danparoxysmal atrial tachycardia (PAT). Gejala yang timbul dari Tachycardia ini terkadang dapat menimbulkan palpitasi. Namun tidak selamanya denyut jantung yang cepat ini merupakan gejala dari tachycardia, terkadang denyut jantung yang cepat ini juga terjadi apabila seseorang telah selesai melakukan olahraga maupun latihan fisik.


Berikut ini adalah beberapa penyakit kelainan jantung yang termasuk kategori Aritmia:

1. Atrial Fibrilation/Flutter (AF)

AF merupakan kondisi dari irama jantung tidak teratur yang umumnya menyebabkanatrial, bagian atas bilik jantung berkontraksi tidak normal.Penyebab terseringdari AF adalah kelainan infark miokard, dilatasi atrium kiri, penyakit paru kronis, gagal jantung pasca pembedahan kardiotorasik dan tirotoksikosis.

2. Supraventricular tachycardia (SVT)

Denyut jantung cepat yang tidak normal secara teratur yang disebabkan oleh tembakan secara cepat impuls listrik dari atas atrioventricular node (AV node) di dalam jantung.Termasuk didalamnya adalah takikardia atrium, takikardia atrium multifokal, takikardia supraventrikular paroksismal.

3. Sindrom Wolff-Parkinson-White (WPW)

Merupakan kumpulan gejala yang ditimbulkan oleh impuls dari atrium yangdikonduksi ke ventrikel lebih cepat dari biasanya (pre-eksitasi) melalui jalurtambahan.

4. Sick-Sinus Syndrome (SSS)

Merupakan kelainan dimana nodus SA tidak dapat mencetuskan impuls secaranormal akibat dari fibrosis di nodus SA.Gejala klinis yang munculberupa bradikardia sinus, episode henti sinus yang intermiten, dan sindrombradi-takikardia sehingga penderita mengeluh palpitasi, presinkope atausinkope.Biasanya diagnosis SSS dapat dilakukan dengan menggunakanHolter Monitor ECG (ECG 24 jam atau lebih).

5. Premature Ventricular Contractions (PVC)

Atau juga disebut Ventricular Premature beat, merupakan kejadian umumdimana denyut jantung diinisiasi oleh ventrikel jantung, bukan oleh sino-atrialnode yang merupakan inisiator denyut jantung yang normal. Akibatnya,muncul denyut tambahan yang tidak normal sebelum denyut normal mumcul.


6. Ventricular Tachycardia (VT)

Merupakan suatu irama jantung yang cepat yang berasal dari ruang bawah(atau ventrikel) jantung. Laju denyut yang cepat mencegah jantung mengisicukup darah , sehingga sejumlah kecil darah dipompa ke seluruh tubuh. Hal Ini bisa mengakibatkan penyakit Aritmia yang serius, terutama pada orang dengan penyakit jantung,dan dapat berhubungan dengan banyak gejala.Seorang dokter harusmengevaluasi Aritmia ini.

7. Ventricular fibrillation (VF)

Tembakan impuls yang tidak teratur dan tidak menentu dari ventrikel.Ventrikelbergetar dan tidak bisa berkontraksi atau memompa darah ke tubuh.Hal Iniadalah keadaan darurat medis yang harus diobati dengan cardiopulmonaryresuscitation (CPR) dan defibrillation sesegera mungkin.

8. Blok

Blok atau hambatan konduksi dapat dibagi menadi 3 jenis menurut lokasi kejadiannya yaitu:

Blok nodus SA : pada kondisi ini, serabut sinus adalah normal, hanyasaja gelombang depolarisasi yang dicetuskan terhambat sebelum mencapaiatrium. Blok SA biasanya tidak memberi gejala sehingga tidakmemerlukan pengobatan.

Blok nodus AV : semua hambatan konduksi yang terjadi antara nodusSA sampai pada berkas HIS-Sistem Purkinje. Blok AV dibagi menjadi

Blok AV derajat I, II dan III. Mungkin jantung berdetak tidak teraturdan kadang sering lebih lambat. Jika serius, Heart Block diobati denganalat pacu jantung (PaceMaker). Sebagian besar muncul dari patologi disimpul atrioventrikular dimana penyakit ini penyebab paling umum dariBradycardia.

Blok Infranodal : hambatan konduksi yang terjadi pada sistem infranodal.Sistem infranodal terdiri dari berkas His dan 3 cabang berkasinfra-ventrikular yaitu satu right bundle branch (RBB), dan 2 fasikulus dari left bundle branch (LBB). Jika konduksi terhambat pada bagian berkas cabang kanan (RBB), makadisebut sebagai Right Bundle Branch Block (RBBB), dan jika konduksi terhambat pada


bagian berkas cabang kiri (LBB), maka disebut Left Bundle Branch Block (LBBB).

9. Sudden Arrhythmia Death Syndrome (SADS)

Merupakan kematian mendadak yang yang tidak diharapkan yang disebabkanoleh kehilangan fungsi jantung secara tiba-tiba sudden cardiac arrest.

Terkadang kelainan aritmia ini dapat menyebabkan kematian.Kematian akibat kelainan detak jantung ini dapat dicegah apabila indikasi penyakit jantung tersebut dapat dideteksi secara dini dan termonitor dengan baik.

2.1.3 Infark Miokardial Akut Penyakit Infark Miokardio akut adalah kondisi penyakit di mana otot jantung (miokard) tidak mendapat suplai oksigen dan nutrisi yang cukup sehingga mengakibatkan rusaknya jaringan jantung. Biasanya penyakit ini diakibatkan penyempitan dan penyumbatan pembuluh darah arteri koroner jantung , atau dengan kata lain tidak berfungsinya otot jantung (nekrosis).

Gambar 2.5 Ilustrasi penyakit Infrak Miokardio Akut

Penyakit ini timbul akibat penyakit aterosklerosis yang terdapat pada pembuluh darah arteri koronerjantung yang tidak ditangani secara dini.


Terlepasnya plak yang pada pembuluh darah di salah satu arteri koroner otot jantung menyebabkan otot jantung mengalami terhambatnya suplai darah segar dari dan menuju jantung, atau dengan kata lain tidak berfungsinya otot jantung. Keadaan ini akan menyebabkan rasa nyeri pada dada yang terjadi secara mendadak.

Pertanda awal anda terkena serangan ini awalnya anda akan mengalami sensasi dada seperti tertusuk-tusuk terkadang sensasinya dapat berupa rasa terbakar di bagian dada dengan waktu lebih dari 30 menit. Rasa sakit tersebut menjalar ke bahu, lalu menjalar pula ke lengan kiri epigastrium, leher dan dagu. Terkadang juga muncul perasaan badan melemas dikarenakan penurunan aliran darah ke otot-otot rangka. Lalu akan timbul perasaan mual dan keinginan untuk muntah dikarenakan sensasi nyeri yang hebat.

2.1.4 Kardiomiopati Kardiomiopati adalah istilah umum yang dipakai untuk penyakit gangguan otot jantung yang mengakibatkan jantung tidak bisa berkontraksi secara normal. Penyakit ini juga membuat jantung sulit untuk memompa darah dan mengirimkannya ke seluruh tubuh, sedangkan ada banyak penyebab penyakit kardiomiopati ini. Satu penyebabnya adalah penyumbatan arteri koroner jantung yang menyuplai bagian dari dinding otot jantung. Penyebab lainnya adalah adanya kelainan pada katup jantung.

Dalam dunia kedokteran terdapat 3 jenis penyakit Kardiomioipati di antaranya adalah sebagai berikut.

a) Pelebaran Kardiomiopati (Dilated Cardiomyopathy)

Merupakan kondisi jantung yang membesar dikarenakan kemampuan jantung yang melemah sedang ukuran bilik pada jantung membesar menyebabkan otot pada jantung juga ikut membesar. Hal ini mengakibatkan jantung tidak dapat menyuplai darah keseluruh tubuh.

b) Hypertrophic cardiomyopathy

Merupakan kondisi otot-otot pada jantung mengalami penebalan, biasanya penebalan ini meyebabkan darah tersumbat dan sukar melintasi jantung.Hal ini biasanya terjadi pada orang yang memiliki riwayat penyakit kardiomiopati turunan.


c) Restrictive cardiomyopathy

Merupakan kondisi jantung tidak dapat mengisi bilik jantung dengan darah sesuai takaran bilik dikarenakan otot-otot jantung mengalami kekakuan.

d) Isekemik Kardiomiopati

Pada tiap jenis Kardiomiopati menimbulkan perubahan yang berbeda pada jantung tetapi semua mempengaruhi ukuran dan bentuk dari jantung anda serta dapat mempengaruhi sistem listrik yang membuat jantung berdetak.

2.1.5 Gagal Jantung Kongesitif Gagal Jantung Kongestif (congestive heartfailure, CHF) adalah keadaan patofisiologis yaitu jantung tidak stabil untuk menghasilkan curah jantung yang adekuat sehingga perfusi jaringan tidak adekuat, dan/atau peningkatan tekanan pengisian diastolik pada ventrikel kiri, sehingga tekanan kapiler paru meningkat.CHF merujuk pada disfungsi primer ventikel kiri (LV) dan bisa sistolik, diastolik atau keduanya.Disfungsi primer pada ventrikel kanan paling sering berhubungan dengan penyakit paru dan tidak dianggap sebagai gagal jantung kongestif.CHF terjadi karena interaksi kompleks antara faktor-faktor yang mempengaruhi kontraktilitas, after load, preload, atau fungsi lusitropik (fungsi relaksasi) jantung, dan respons neurohormonal dan hemodinamik yang diperlukan untuk menciptakan kompensasi sirkulasi.Meskipun konsekuensi hemodinamik gagal jantung berespon terhadap intervensi farmakologis standar, terhadap interaksi neurohormonal kritis yang efek gabungannya memperberat dan memperlama sindrom yang ada.

Banyak pasien mengalami disfungsi ventrikel kiri sistolik, kategori ini sebaiknya dianggap sebagai hal yang berbeda untuk dapat memahami efeknya terhadap homeostasis sirkulasi dan responnya terhadap bergabai intervensi. Berikut adalah penjelasan faktor-faktor yang mempengaruhi CHF:

Penurunan curah jantung, akhibat penurunan kontraktilitas, peningkatan afterload atau peningkatan preload yang mengakhibatkan penurunan fraksi dan peningkatan volume akhir diastolik ventrikel (LVEDV). Ini


meningkatkan tekanan akhir diastolik pada ventrikel (LVEDP) dan menyebabkan kongesti vena pulmonal dan edema paru.

Penurunan kontraksi (inotropi) terjadi akhibat fungsi miokard yang tidak adekuat atau tidak terkoordinasi sehingga ventrikel kiri tidak dapat melakukan ejeksi lebih dari 60% dari volume akhir diastoliknya (LVEDV). Ini menyebabkan peningkatan bertahap LVEDV (juga dinamakan preload) mengakhirbatkan peningkatan LVEDP dan kongesti vena pulmonalis.Penyebab penurunan kontraktilitas yang sering adalah penyakit jantung iskemik, yang tidak hanya mengakhibatkan nekrosis jaringan miokard sesungguhnya, tetapi juga menyebabkan remodeling ventrikel iskemik. Remodeling iskemik adalah sebuah proses yang sebagian dimesiasi oleh angiotensin II (ANG II) yang menyebabkan jaringan parut dan disfungsi sarkomer di jantung sekitar daerah cedera iskemik. Aritmia jantung dan kardiomiopati primer seperti yang disebabkan oleh alkohol, infeksi hemakromatis, hipertiroidisme, toksisitas obat dan amilodiosis juga menyebabkan penurunan kontraktilitas.Penurunan curah jantung mengakhibatkan kekurangan perfusi pada sirkulasi sistemik dan aktivvisi sistem saraf simpatis dan sistem RAA, menyebabkan peningkatan tahanan perifer dan peningkatan after load.

Peningkatan afterload berartiterdapat peningkatan tahanan terhadap ejeksi LV. Biasanya disebabkan oleh peningkatan tahanan vaskular perifer yang umum terlihat pada hipertensi. Bisa juga diakhibatkan oleh stemosis katup aorta. Ventrikel kiri berespon terhadap meningkatnya beban kerja ini dengan hipertrofi miokard, suatu respons yang meningkatkan massa otot ventrikel kiri tetapi pada saat yang sama meningkatkan kebutuhan perfusi koroner pada ventrikel kiri.

Peningkatan preload berarti peningkatan LVEDV, yang dapat disebabkan langsung oleh kelebihan volume intravaskular sama seperti yang terlihat pada infus cairan intra vena atau gagal ginjal. Selain itu, penurunan fraksi ejeksi yang disebabkan oleh perubahan kontraktilitas atau afterload menyebabkan peningkatan LVEDV sehingga meningkatkan preload. Pada saat LVEDV meningkat, ia akan meregangkan jantung, menjadikan sarkommer berada pada posisi mekanis yang tidak menguntungkan sehingga terjadi penurunan kontraktilitas. Penurunan kontraktilitas ini,


yang menyebabkan penurunan fraksi ejeksi, menyebabkan peningkatan LVEDV yang lebih lanjut, sehingga menciptakan lingkaran perburukan gagal jantung.

2.1.6. Penyakit Jantung Rematik Penyakit Jantung Rematik (PJR) atau dalam bahasa medisnya Rheumatic heart Disease (RHD) adalah suatu kondisi dimana terjadi kerusakan pada katup jantung yang bisa berupa penyempitan atau kebocoran, terutama katup mitral (stenosis katup mitral) sebagai akibat adanya gejala sisa dari Demam Rematik (DR). Demam rematik sendiri merupakan suatu penyakit yang diakibatkan oleh infeksi bakteri Streptococcus hemoliticus tipe A seperti Streptococcus pyogenes. Demam rematik merupakan suatu penyakit sistemik yang dapat bersifat akut, subakut, kronik, atau fulminan. Awalnya terjadi infeksi ditenggorokan oleh bakteri tersebut.Bakteri merupakan suatu antigen. Akibat infeksi ini maka tubuh bereaksi membentuk antibodi. Antibodi ini ditujukan untuk bakteri Namun karena ada kemiripan struktur antigen dengan katup jantung, maka katup jantung ikut terserang sehingga menimbulkan kerusakan katup jantung.

Gambar 2.6 Katup-katup Jantung


Pada demam rematik kerusakan katup berlangsung sementara, namun jika berlanjut pada penyakit jantung rematik, maka kerusakan relatif bersifat menetap. Penyakit jantung rematik biasanya menyerang anak usia 6-15 tahun. Meskipun demikian cacat yang terjadi pada jantung bisa berlangsung hingga usia dewasa. Jika efek bakteri ini sudah menyerang jantung biasanya gejala yang timbul adalah sesak nafas, jantung berdebar-debar, detak jantung yang cepat, nyeri dada, dan cepat capek. Pada anak-anak yang usianya masih kecil, biasanya si anak akan cepat lelah dan akhirnya tidak ikut bermain dengan teman-temannya.

Gambar 2.7 Gambar Etiologi Faktor dari Penyakit Jantung Rematik


Seseorang yang mengalami demam rematik apabila tidak ditangani secara adekuat, Maka sangat mungkin sekali mengalami serangan penyakit jantung rematik. Infeksi oleh kuman Streptococcus Beta Hemolyticus group A yang menyebabkan seseorang mengalami demam rematik dimana diawali terjadinya peradangan pada saluran tenggorokan, dikarenakan penatalaksanaan dan pengobatannya yang kurang terarah menyebabkan racun/toxin dari kuman ini menyebar melalui sirkulasi darah dan mengakibatkan peradangan katup jantung. Akibatnya daun-daun katup mengalami lengket sehingga menyempit, atau menebal dan mengkerut sehingga kalau menutup tidak sempurna lagi dan terjadi kebocoran.

Tanda dan Gejala Penyakit Jantung Rematik adalah, penderita umumnya megalami sesak nafas yang disebabkan jantungnya sudah mengalami gangguan, nyeri sendi yang berpindah- pindah, bercak kemerahan di kulit yang berbatas, gerakan tangan yang tak beraturan dan tak terkendali (korea), atau benjolan kecil-kecil dibawah kulit. Selain itu tanda yang juga turut menyertainya adalah nyeri perut, kehilangan berat badan, cepat lelah dan tentu saja demam.

Penegakan diagnosis penyakit jantung rematik selain dengan adanya tanda dan gejala yang tampak secara langsung dari fisik, umumnya dokter akan melakukan beberapa pemeriksaan laboratorium, misalnya; pemeriksaan darah rutin, ASTO, CRP, dan kultur ulasan tenggorokan. Bentuk pemeriksaan yang paling akurat adalah dengan dilakukannya echocardiografi untuk melihat kondisi katup-katup jantung dan otot jantung. Ada beberapa faktor yang dapat mendukung seseorang terserang kuman tersebut, diantaranya faktor lingkungan seperti kondisi kehidupan yang jelek, kondisi tinggal yang berdesakan dan akses kesehatan yang kurang merupakan determinan yang signifikan dalam distribusi penyakit ini. Variasi cuaca juga mempunyai peran yang besar dalam terjadinya infeksi streptokokkus untuk terjadi demam rematik. Seseorang yang terinfeksi kuman Streptococcus beta hemolyticus dan mengalami demam rematik, harus diberikan therapy yang maksimal dengan antibiotiknya. Hal ini untuk menghindarkan kemungkinan serangan kedua kalinya atau bahkan menyebabkan Penyakit Jantung Rematik.


2.1.7. Inflamasi Jantung Inflamasi jantung dapat terjadi pada dinding jantung (miokarditis), selaput yang menyelimuti jantung (perikarditis), atau bagian dalam (endokarditis). Inflamasi jantung dapat disebabkan oleh racun maupun infeksi.

a. Miokarditis Miokarditis akut adalah proses inflamasi di miokardium. Jantung merupakan organ otot, jadi efisiensinya tergantung pada sehatnya tiap serabut otot. Bila serabut otot sehat, jantung dapat berfungsi dengan baik meskipun ada cedera katup yang berat, bila serabut otot rusak maka hidup dapat terancam. Miokarditis biasanya diakibatkan oleh proses infeksi, terutama oleh virus, bakteri, jamur, parasit, protozoa dan spiroseta atau dapat juga disebabkan oleh keadaan hipersensitifitas seperti demam rematik. Jadi miokarditis dapat terjadi pada pasien dengan infeksi akut, yang menerima terapi imunosupresif atau yang menderita endokarditis infeksi.Miokarditis dapat menyebabkan dilatasi jantung, thrombus dalam dinding jantung (mural trombi), infiltrasi sel darah yang beredar di sekitar pembuluh koroner dan diantara serabut otot dan degenerasi serabut otot itu sendiri.

b. Perikarditis Perikarditis mengacu pada inflamasi pada perikardium, kantong membran yang membungkus jantung. Bisa merupakan penyakit primer, atau dapat terjadi sesuai perjalanan berbagai penyakit medis dan bedah. Penyebab yang mendasari atau yang berhubungan dengan perkarditis adalah penyebab idiopatik atau nonspesifik dan Infeksi.

c. Endokarditis Endokarditis rematik adalah terjadinya rematik disebabkan langsung oleh demam rematik, suatu penyakit sistemik yang disebabkan oleh infeksi streptokokus group A. Endokarditis infeksi (endokarditis bacterial) adalah infeksikatup dan permukaan endotel jantung yang disebabkan oleh invasi langsung bakteri atau organisme lain dan menyebabkan deformitas bilah katup. Mikroorganisme penyebab mencakup bakteri (streptokoki, enterokoki, pneumokoki, stapilokoki) fungi, riketsia, dan streptokokus viridans. Endokarditis infeksi terjadi pada pasien yang mempunyai riwayat penyakit katup jantung. Pasien yang beresiko tinggi adalah pasien dengan


penyakit jantung rematik atau prolapsmitral dan pernah menjalani pembedahan katup prostetik.

2.1.8. Fibrilasi Atrial Fibrilasi Atrium atau juga dikenal dengan sebutan FA merupakan bentuk gangguan irama jantung, yang sering disebut aritmia, yang paling umum ditemui di dunia. Ketidakteraturan denyut jantung (aritmia) yang berbahaya ini menyebabkan ruang atas jantung (atrium), bergetar dan tidak berdenyut sebagaimana mestinya, sehingga darah tidak terpompa sepenuhnya, yang pada gilirannya dapat menyebabkan pengumpulan dan penggumpalan darah. Gumpalan ini dapat terbawa sampai ke otak, menyumbat pembuluh arteri, dan mengganggu pasokan darah ke otak.Situasi ini seringkali menjadi awal dari serangan stroke yang gawat dan mematikan. FA meningkatkan kemungkinan terjadinya serangan stroke iskemik (stroke akibat penyumbatan pembuluh darah) sampai dengan 500% yang berpotensi melumpuhkan bahkan mematikan.

Penyebab utama FA yang sering ditemukan antara lain adalah tekanan darah tinggi, cacat pada katup jantung, penyakit jantung rematik, dan diabetes. Faktor makanan dan gaya hidup seperti tekanan emosi dan fisik, serta konsumsi kafein, alkohol, atau obat-obatan yang dilarang secara berlebihan juga berkontribusi terhadap terbentuknya FA. Salah satu gejala FA yang paling mudah dikenali adalah detak jantung yang tidak teratur. Gejala lain dari FA adalah jantung berdebar, sakit pada dada, sesak napas, kepala pening, dan kehilangan kesadaran. Namun banyak pengidap yang tidak menunjukkan gejala-gejala atau gejala non-spesifik yang tidak jelas. Secara kasat mata, pengidap FA bisa terlihat sehat walaupun seringkali mereka sendiri mungkin merasa sangat tidak sehat. FA dapat berimbas pada banyak aspek kehidupan pengidapnya:

Mengakibatkan gangguan emosional dan kesehatan jiwa Mengurangi kemandirian - Memengaruhi karier Memengaruhi aspek keuangan pribadi Memengaruhi aspek kehidupan sosial Memengaruhi kemampuan berolahraga/beraktivitas Memengaruhi kemampuan untuk bepergian Memengaruhi hubungan


Pada beberapa kasus, serangan stroke seringkali mendahului diagnosis bahwa seseorang mengidap FA

2.2 Elektrokardiogram(EKG) Sudah lebih dari 100 tahun sejak penemuannya, alat EKG (Elektro Kardiogram) merupakan alat yang biasa digunakan untuk mendiagnosis kinerja jantung. Sinyal listrik yang berasal dari sino atrial ini akan direkam dalam bentuk gelombang oleh alat EKG. Gelombang inilah yang digunakan para pakar kardiologi untuk mengetahui keadaan jantung si pasien. Sebuah alat EKG dapat memberikan 2 jenis informasi. Pertama interval waktu yang diukur pada EKG, sangat membantu dalam menentukan durasi gelombang listrik yang melintasi jantung, sehingga kita dapat menentukan apakah aktivitas listrik pada jantung normal, lambat, cepat atau tidak teratur. Kedua, jika jumlah aktifitas listrik yang melewati otot jantung diukur, maka hal tersebut memungkinkan seorang ahli jantung pediatrik untuk mengetahui apakah bagian jantung tersebut terlalu besar atau terlalu banyak bekerja.

Gambar 2.8 Segitiga Einthoven


Terkadang plak yang ada pada otot jantung dapat menyebabkan aktifitas elektrik yang melewati otot jantung terganggu dan tereduksi.Pada alat EKG satu gelombang denyut jantung yang terekam terdiri dari gelombang P, QRS complex, dan gelombang T. Gelombang P merepresentasikan depolarisasi atrium, QRS sesuai dengan depolarisasi pada ventrikular, dan gelombang T mewakili repolarisasi ventrikuler.Penyimpangan dari data gelombang yang terjadi dalam setiap parameter menunjukan penyakit yang diderita jantung.

Elektrokardiogran dapat memberikan informasi mengenai irama jantung secara keseluruhan di berbagai bagian dari otot jantung. Informasi ini terdiri dari:

Mekanisme laju dan Irama jantung Orientasi sinyal dari jantung di dalam rongga dada Gejala peningkatan ketebalan (hypertrophy) dari otot jantung Gejala kerusakan dari berbagai bagian otot jantung Gejala gangguan akut aliran darah ke otot jantung Informasi pola-pola aktivitas elektrik yang tidak normal yang dapat

mempengaruhi pasien ke arah gangguan Irama jantung yang abnormal.

Rekaman EKG 12 sadapan terdiri dari tiga sadapan ekstimitas standart, tiga sadapan ekstremitas diperkuat (augmented) dan enam sadapan prekordial. Masing-masing sadapan elektroda tertentu kea lat yang mengukur perbedaan karakteristik tertentu pada EKG.Sadapan ekstremitas standart atau sadapan bipolar terdiri dari sadapan I, II, dan III yang mengukur perbedaan potensial listrik antara lengan kanan dan lengan kiri (sadapan I), lengan kanan dan tungkai kiri (sadapan II) serta lengan kiri dan tungkai kiri (sadapan III). Ketiga sadapan ini membentuk segitiga sama sisi dan jantung berada di tengah yang disebut segitiga Einthoven. Jika ketiga sadapan dipisah, maka sadapan I merupakan aksis horisonal dan membentuk sudut 0o, sadapan II membentuk sudut 60o dan sadapan III membentuk sudut 120o dengan jantung.Aksis listrik ini disebut sistem referensi dan digunakan untuk menghitung aksis jantung. Untuk detil bisa dilihat pada gambar 2.9.

Sadapan ekstremitas diperkuat (augmented) (VR, VL, VF) dan sadapan prekordial diperkenalkan pada EKG klinik tahun 1932. Alat EKG modern dapat memperbesar aplitudo defleksi VR, VL, VF sekitar 50%.


Sadapan-sadapan ini dinamakan sadapan ekstremitas unipolar yang diperkuat dan diberi tanda aVR (augmented Voltage Right arm), aVL (augmented Voltage Left arm) dan aVF (augmented Voltage Foot). Pada praktek sehari-hari, sadapan unipolar ekstremitas yang diperkuat telah digunakan secara luas karena lebih mudah dibaca.

Gambar 2.9 Lokasi sadapan prekordial

Sadapan perikordial dipasang pada:

Sadapan V1 : ruang interkosta IV, tepi sternum kanan.

Sadapan V1 : ruang interkosta IV, tepi sternum kiri.

Sadapan V3 : pertengahan antara V2 dan V4.

Sadapan V4 : ruang interkosta V, garis midklavikularis kiri.

Sadapan selanjutnya diambil dalam bidang horizontal seperti V4.

Sadapan V5 : garis aksilaris anterior kiri.

Sadapan V6 : garis mid-aksilaris kiri,

Sadapan V7 : garis aksilaris posterior kiri.

Sadapan V8 : garis skapularis posterior kiri.


Sadapan V9 : batas kiri kolumna vertebralis.

Sadapan V3R-9R: dada sisi kanan dengan tempat sama seperti sadapan v3-9 sisi kiri. Oleh karena itu V2R sama seperti v1.

EKG rutin yang biasa dipakai terdiri dari 12 sadapan, yaitu sadapan I, II, III; aVR, aVL, aVF; V1, V2, V3, V4, V5 dan V6. Lebih detil ada pada Gambar 2.9.

Secara sistematis, interpretasi EKG dilakukan dengan menentukan:

a. Ritme atau irama jantung b. Frekuensi (laju QRS) c. Morfologi gelombang P (cari tanda kelainan kiri atau atrium kanan) d. Interval PR e. Kompleks QRS:

- Aksis jantung - Amplitude (cari tahu hipertrofi ventrikel kiri/ kanan) - Durasi - Morfologi (ada atau tidak gelombang Q patologis atau

gelombang R tinggi di V1) f. Segment ST (apakah ada tanda iskemia, injuri atau infrak miokard) g. Gelombang T h. Interval QT i. Gelombang U

2.2.1 Heartbeat

Gambar 2.10 Representasi skematik dari EKG Normal


Karakteristik sinus ritme adalah lajunya 60-100x/menit, ritme interval P-P regular dan R-R regular, gelombang P positif (upright) di sadapan II, selalu diikuti kompleks QRS, PR intervalnya 0.12-0.20 detik dan konstan dari beat to beat serta surasi QRS kurang dari 0.01 detik kecuali ada gangguan konduksi intraventrikel. Gambar 2.10 adalah representasi kertas EKG normal.

2.2.2 Whole Signal

Gambar 2.11 Komponent gelombang P-QRS-T pada EKG

Komponent gelombang pada EKG (Gambar 2.11) merupakan gambaran dari:

1. Gelombang P, berhubungan dengan sistol atrium (depolarisasi atrium), merupakan gelombang pertama siklus jantung. Setengah gelombang P pertama terjadi karena stimulasi atrium kanan serta bentuk downslope berikutnya terjadi karena stimulasi atrium kiri.Karakterisktik P yang normal adalah lembut dan tidak tajam, rurasi normal 0.08-0.10 detik, tinggi tidak lebih dari 2.5 mm.

2. Kompleks QRS merupakan sistol ventrikel (depolarisasi ventrikel), lebar normal 0.06-0.10 detik dan terdiri dari:

- Gelombang Q: defleksi negative pertama, merupakan depolarisasi septum interventrikel yang teraktivati dari kiri ke kanan, durasi normal (kecuali sadapan III dan aVR) kurang dari 0.04 detik (1 kotak kecil) dan


tingginya kurang dari sepertiga tinggi gelombang R pada sadapan bersangkutan.

- Gelombang R: defleksi positif pertama. Defleksi kedua disebut R. - Gelombang S: defleksi negative pertama setelah R. defleksi kedua

tersebut gelombang S. Beberapa variasi kompleks QRS dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Variasi QRS kompleks

3. Gelombang T merupakan repolarisasi ventrikel, biasanya tinggi kurang dari 5 mm sadapan ekstrimitas atau 10 mm pada sadapan prekordial. Gelombang T bisa positif, negative atau bifasik.

4. Penyebab ternjadinya gelombang U masih kontroversi, salah satu teori menyebut gelombang U akan terjadi karena repolarisasi serabut purkinje. Bentuk normal bulat, kecil dan amplitude kurang dari 1.5 mm.

5. Interval PR merupakan cerminan depolarisasi atrium plus perambatan fisiologis di nodal AV dan berkas His, nilai normal 0.12-0.01 detik.

6. Segmen PR dibentuk dari akhir gelombang P sampai dengan awal kompleks QRS dan merupakan penentu garis isoelektris.

Gambar 2.13 Segemen ST dan posisi J point

7. Segmen ST merupakan tanda awal repolarisasi ventrikel kiri dan kanan. Titik pertemuan antara akhir kompkleks QRS dan awal ST disebutJ point. Jika Jpoint berada di bawah garis isoelektris disebut depresi J point dan


jika di atas garis isoelektris disebut elevasi J point. Lebih jelasnya bisa dilihat pada Gambar 2.13.

8. Interval QT merupakan aktivitas total ventrikel (mulai dari depolarisasi hingga repolarisasi ventrikel). Diukur mulai awal kompleks QRS hingga akhir gelombang T. Durasi normal tergantung dari umur, jenis kelamin dan denyut jantung.Rata-rata kurang dari 0.38 detik.

Tabel 2-1 Fitur yang dapat diperoleh pada gelombang EKG deskripsi fitur dan durasinya

Fitur Deskripsi Durasi

RR

Interval

Interval antara gelombang R dengan

gelombang R berikutnya merupakan

kebalikan dari denyut jantung. Denyut

jantung yang normal adalah antara 50-100

bpm.

0.6 - 1.2 s

Gel. P Selama normal atrial depolarization, vektor

eletrik diarahkan dari noda SA ke noda AV

dan menyebar dari atrium kanan ke atrium

kiri.

80 ms

PR

Interval

Interval PR dihitung dari awal gelombang P

ke awal QRS complex. Interval ini

meref

Book Biomedis

Documents

Transcript of Book Biomedis