I. JU DULMONITORING PPG DIGITAL UNTUK MENGHITUNG DETAK JANTUNG PASIEN

II. NAMA PENULIS 1. Haula Silva Zahara ( IT Telkom ) 2. M.Teguh Kurniawan ( IT Telkom ) 3. Fitria Yunita ( IT Telkom )

III. ABSTRAK Jantung merupakan organ vital didalam tubuh manusia. Jantung berfungsi mensirkulasikan darah ke seluruh tubuh. Ada banyak cara untuk mengetahui kondisi jantung seseorang. Salah satunya menggunakan Photoplethysmograph. Photoplethysmograph merupakan perangkat yang dapat mendeteksi perubahan volume darah tersebut. Data Photoplethysmograph dapat digunakan untuk mengetahui kondisi kesehatan seseorang. Pada karya ini telah dibuat Photoplethysmograph embedded wireless LAN berbasis komputer. Sistem ini dapat digunakan untuk memonitor keadaan jantung secara wireless. Photoplethysmograph ini terdiri dari sensor, penguat, LPF, ADC, mikrokontroler, komunikasi data serial, wireless LAN 802.11b, dan komputer sebagai penerima dan penampil data. Sensor tersusun atas LED merah dan fotoresistor (LDR) yang ditempatkan pada jari tangan. Sinyal yang dipancarkan LED diterima oleh LDR. Sinyal yang diterima LDR berubah-ubah sesuai perubahan volume darah, karena sinyal yang diterima amplitudanya sangat kecil dan mengandung noise maka perlu dikuatkan dan di filter. Sinyal analog tersebut dirubah menjadi sinyal digital dengan ADC. Selanjutnya data dikirim secara serial oleh mikrokontroler dan ditransmisikan secara wireless ke komputer. Di komputer data akan disajikan dalam bentuk grafik dan angka. Setelah dilakukan pengujian, perangkat PPG digital yang telah direalisasikan dapat bekerja dengan baik dalam menampilkan grafik sinyal PPG, sinyal sudah bersih dari noise, dapat menghitung detak jantung tiap menit, dan sistem bersifat realtime.Kata kunci : Photoplethysmograph, embedded wireless LAN, LPF, ADC, LDR.

IV. ABSTRACT The heart is a vital organ in the human body. The heart have function to circulate blood throughout the body. There are many ways to analyze the condition of the heart a person. One of them using Photoplethysmograph. Photoplethysmograph is a device that can detect changes in blood volume. The data of Photoplethysmograph can be used to determine the health condition of a person. In this project a has made Photoplethysmograph embedded wireless LAN-based on computer. This system can be used to monitor the heart using wireless transmission. Photoplethysmograph consists of sensor, amplifier, LPF, ADC, microcontroller, serial data communication, wireless LAN 802.11b, and the computer as a receiver and viewer data. Sensor consists of red LED and Photo resistor (LDR) is placed on the finger. The signal emitted LED accepted by LDR. Signals received LDR changes according to changes in blood volume, because the signal received amplitude is very small and contain noise will need to be strengthened and filtered. Analog signals are converted into digital signals by ADC. And then, data is sent serially by the microcontroller and transmitted wirelessly to a computer. In the computer data will be presented in the form of graphs and numbers. After testing, the digital PPG has realized can work well in show the signal graphs, clean signal from noise, counting heartbeats per minute, and the system is realtime.Key word : Photoplethysmograph, embedded wireless LAN, LPF, ADC, LDR.

IV. PENDAHULUAN Jantung merupakan organ vital didalam tubuh manusia. Jantung berfungsi mensirkulasikan/memompa darah ke seluruh tubuh. Akibat dari pemompaan tersebut volume darah di suatu organ akan berubah-ubah. Photoplethysmograph (PPG) merupakan perangkat yang dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan volume darah tersebut. Meskipun cara bekerjanya mendeteksi perubahan volume darah, PPG pada umumnya digunakan untuk menghitung dan menampilkan detak jantung per menit, sedangkan informasi perubahan volume darah tersebut tidak ditampilkan. Akan lebih berguna jika PPG menampilkan data dalam bentuk grafik perubahan volume darah secara kontinyu, karena dari grafik tersebut dapat diamati kondisi jantung seseorang. Oleh dokter / ahli medis pengamatan grafik PPG secara kontinyu dapat mendeteksi adanya gangguan jantung misalnya kontraksi jantung prematur dan mengamati siklus pernafasan. Pada karya ini dibuat PPG dengan wireless LAN 802.11b sebagai pengirim data ke komputer ahli jantung dengan konfigurasi point to point karena pemantauan hanya dilakukan pada satu user. Wireless LAN dipilih dengan alasan memiliki mobilitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Bluetooth dan perangkat Photoplethysmograph dapat terhubung langsung dengan komputer yang berfungsi sebagai tempat pengolahan data. Penggunaan Photoplethysmograph wireless ini diantaranya adalah untuk memonitor kondisi jantung, menghitung detak jantung, dan penggunaan media transmisi wireless ini akan lebih fleksibel untuk monitoring pasien.

V. TUJUAN Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini antara lain :1. Merancang dan merealisasikan perangkat PPG berbasis komputer.2. Dapat mengimplementasikan suatu embedded wireless LAN yang digunakan sebagai pengirim data pada sistem monitoring PPG.3. Memahami sistem embedded dalam pengembangan aplikasi elektronika.4. Memahami sistem transmisi data pada jaringan komputer nirkabel (802.11b) dan dapat menerapkannya pada sistem monitoring PPG.5. Memahami penggunaan mikrokontroller dan mikroprosesor dalam aplikasi elektronika.

VI. METODE Untuk menyelesaikan penelitian ini penulis akan menggunakan metode :1. Studi pustakaMetode ini digunakan untuk mendapatkan data-data dan informasi yang berhubungan dengan penelitian.

2. Implementasi sistemPada Karya ini akan diimplementasikan dengan perangkat keras sistem embedded wireless LAN sebagai pengirim data pada PPG digital.3. Metode Pengukuran dan Teknik AnalisisPengujianTeknik analisis yang digunakan mencakup analisis rangkaian, analisis sinyal, serta analisis sistem secara keseluruhan. Analisis ini akan dibantu dengan proyeksi pengukuran yang didapat dari hasil pengujian, sehingga hasil pengukuran sistem dalam kondisi bekerja dapat dibandingkan.

VII. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan, hasil dan analisis yang telah dicapai antara lain : sinyal keluaran blok analog, sinyal keluaran blok digital, tampilan sinyal pada software aplikasi, serta analisis sistem secara keseluruhan. Untuk memperjelas akan dijelaskan pada bagian dibawah ini.1. Blok Analog Bagian ini terdiri dari sensor, penguat sinyal, dan filter. Rangkaian sensor tersusun atas LED, LDR dan resistor. Penguat operasional menggunakan IC OP07 dengan besar penguatan maksimum 500 kali, penguat disusun secara bertingkat. Filter yang digunakan adalah filter LPF aktif dengan frekuensi cut off sebesar 20 Hz. Untuk memperjelas ditunjukkan pada Gambar rangkaian dibawah ini.

(a) (b)

(c)Gambar 1(a) Rangkaian sensor (b) Penguat (c) Filter Pada blok ini sinyal keluaran yang ditampilkan merupakan sinyal keluaran setelah melewati penguat dan filter, sehingga sinyal PPG sudah terlihat bersih dari noise. Berikut Gambar sinyal keluaran pada blok analog.

Gambar 2 sinyal analog PPG Dari gambar diatassinyal mempunyai amplitudo 2,8 volt sehingga sudah memenuhi syarat untuk masuk ke ADC yang mempunyai rentang pembacaan 0-5 volt.

2. Blok Digital Bagian ini terdiri dari ADC 0804, AT89C2051, dan MAX-232 Untuk memperjelas ditunjukkan pada Gambar rangkaian dibawah ini.

Gambar 3 Rangkaian blok digital

Pada rangkaian modem UART terdapat dua proses yang paling penting yaitu prose pengubahan data analog menjadi data digital, dan pengaturan format data serial. Proses pengubahan data analog menjadi data digital dilakukan oleh IC ADC0804 yang pengaturannya dilakukan oleh mikrokontroler AT89C2051 melalui program mikrokontroler pada pin 3.3, 3.4, dan 3.5 yang meliputi pengaturan masukan ke pin RD, WR dan INTR pada IC ADC0804. Pengukuran keluaran ADC0804 menggunakan masukan DC +5 volt, 0 dan -5 volt pada rangkaian pengkondisi masukan ADC0804. Berikut tabel masukan dan keluaran ADC0804. Pengujian dilakukan dengan menggunakan lampu LED yang dipasangkan pada kaki output ADC sehingga dengan lampu menyala merepresentasikan nilai 1 dan lampu mati merepresentasikan nilai 0 pada bilangan biner.Tabel 1 Data masukan dan keluaran ADC0804

Pengukuran pada rangkaian output MAX232 meliputi baudrate dan level tegangan. Pengukuran ini ditujukan untuk mengetahui nilai baudrate yang digunakan pada perancangan yaitu 2400 bps. Dari hasil pengukuran diperoleh data ukur satu lebar bit data adalah 2500 bps hal ini dikarenakan keterbatasan ketelitian osiloskop. Level tegangan yang terukur adalah 17,2 Vpp.

(a) (b)Gambar 3(a) dan 3(b) Data serial RS-2323. Analisis Perangkat Pengkondisi Sinyal Secara Keseluruhan Untuk mengetahui kerja perangkat secara keseluruhan dilakukan pengujian dengan membagi menjadi 2 blok perangkat. Blok pertama dikategorikan sebagai blok analog yang meliputi akuisi sinyal dengan sensor, penguat operasional, dan low pass filter. Untuk blok kedua dikategorikan sebagai blok digital yang terdiri dari ADC, mikrokontroller, dan MAX-232.

4. Analisis Stabilitas Perangkat Blok Digital Blok digital mempunyai karakteristik lebih tahan terhadap noise, sehingga noise tidak mempengaruhi sistem secara signifikan. Pada blok digital, sistem relatif stabil karena bekerja pada intruksi sederhana yaitu membaca data keluaran ADC kemudian mengirimkannya secara serial. Jika terjadi error perangkat harus di reset terlebih dahulu agar dapat bekerja kembali. Proses reset dapat dilakukan dengan menekan tombol reset pada papan PCB atau dapat dilakukan dengan mematikan perangkat terlebih dahulu kemudian menyalakan kembali perangkat PPG.6. Analisis Data yang Diterima dari Photoplethysmograph Digital Data yang diterima dari perangkat berupa data biner. Data tersebut dikirimkan secara wireless menggunakan media transmisi udara. Paket yang dikirim masih berbentuk frame data karena perangkat embedded wireless LAN module bekerja pada datalink layer pada OSI layer. Data yang diterima kemudian dikonversi menjadi data buffer yang kemudian dapat di plot pada posisi grafik. Berikut gambar grafik sinyal.

Gambar 4 Sinyal PPG pada software aplikasiSinyal yang diterima terlihat bersih dari noise dan sesuai dengan teori grafik sinyal PPG. Untuk itu tidak diperlukan lagi proses filter digital. Dari keterangan dokter sinyal sudah memenuhi standar kelayakan klinis.

7. Perbandingan Perhitungan Detak Jantung Perhitungan jumlah detak jantung dilakukan secara manual dengan bantuan jam sebagai penanda kapan dimulai dan berakhirnya perhitungan. Pengukuran dilakukan pada 30 orang, berikut Tabel hasil pengukuran.Tabel 2 Data perbandingan perhitungan detak jantung secara manualNamaPPG (Bpm)ManualSelisih

Ageak93912

Ikhwan75723

Hardi84840

Gondo72753

Ribut87843

Eko81821

Chandra81821

Kiki87852

Fitra78771

Ovina78791

Ajie75761

Silva63621

Dina90911

Faruk81810

Fuji78771

Saiful84840

Tirta75772

Edo84873

Catur72720

Fatur87892

Endang81843

Ilham66682

Kamal84851

Hamzah69712

Ayu75750

Tea72742

Andang75783

Doni78771

Putra93921

Wahyu81801

Dari hasil pengujian diatas terdapat perbedaan hasil perhitungan detak jantung. Ini bisa disebabkan karena adanya pergerakan jari tangan yang menimbulkan perubahan sinyal sehingga terjadi kesalahan deteksi.Dari data diatas diperoleh rata-rata selisih perhitungan Bpm sebesar 1,467. Dengan nilai rataan deviasi dan standar deviasi pada perhitungan dibawah ini :Mean Deviasi = = 0,86Standar Deviasi = 1,01Variansi = = 1,0201 Dari hasil perhitungan diatas, nilai mean deviasi dan standar deviasi mendekati nilai satu sehingga dapat disimpulkan bahwa perhitungan Bpm pada sistem PPG yang direalisasikan memiliki tingkat akurasi yang tinggi.VIII. KESIMPULAN Setelah dilakukan pengujian dan analisis didapatkan kesimpulan sebagai berikut:1. Pada karya ini telah berhasil merealisasikan perangkat monitoring fotoplethysmograf berbasiskan wireless LAN 802.11b yang dapat menampilkan grafik sinyal PPG, menghitung detak jantung tiap menit serta pengarsipan data pasien.2. Filter analog yang direalisasikan pada karya ini sudah bekerja dengan baik terbukti sinyal PPG yang ditampilkan bersih dari noise sehingga tidak diperlukan pemrosesan filter digital.3. Sistem yang direalisasikan sudah bersifat realtime.4. Protokol jaringan yang digunakan untuk proses transmisi data adalah protokol TCP.5. Dari hasil pengujian menghitung detak jantung permenit, PPG teruji akurat dengan pembanding perangkat standar klinik dan perhitungan manual dengan nilai kesalahan 1-3 detak jantung.

IX. DAFTAR PUSTAKA 1. Gunawan,Hanapi.1981.Prinsip-Prinsip Elektronik.Erlangga.Jakarta 2. Putra, Agfianto Eko. 2002. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55. Gava Media. Yogyakarta.3. Riko, Saputra.2008. Perancangan dan Implementasi Aplikasi Penerima Data Pada Sistem Monitoring Elektrokardiograf Digital Bebasiskan Wireless LAN (802.11b). IT Telkom. Bandung4. Sutanto, Ahmad.2008. Implementasi Embedded Wireless LAN (802.11b) Sebagai Pengirim Data Pada Sistem Monitoring Elektrokardiograf Digital. IT Telkom. Bandung. 5. Willis J Tompskin, Biomedical Signal Processing, Prentice Hall, New Jersey, 19936. Atmel Corp, Flash Microcontroler, www.Atmel.com.