MAKALAH

Menghitung Heart Rate sebagai Indikator Olahraga dengan Teknologi

Photoplethysmographic pada Smartphone

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Seminar

Disusun oleh:

Afifah Nuriyani – 0905856

Deni Nurcahya – 0905812

Diky Pratansyah – 0909183

Imam Fachmi Nasrulloh – 0902306

Indah Purnamasari Hidayat – 0902016

Khalifa Esha – 0902018

Rany Kasman – 0905544

Ricko Devian Anugerah – 0905661

(Ilmu Komputer C)

PRODI ILMU KOMPUTER FPMIPA

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2012

1

ABSTRAK

Perkembangan teknologi terutama pada bidang smartphone yang sedang pesat, memunculkan berbagai

inovasi baru di berbagai aspek kehidupan. Kesehatan merupakan satu bidang yang terkena pengaruh

perkembangan teknologi smartphone tersebut. Oximeter yang merupakan alat untuk mengukur detak

jantung, awalnya hanya dapat ditemui di kalangan tertentu (kalangan medis) saja. Padahal sangat

penting bagi seseorang untuk mengontrol kondisi detak jantungnya, hal ini diperlukan untuk

menentukan seberapa berat aktivitas yang dapat dilakukan oleh seseorang dengan kondisi detak

jantung tertentu terlebih pada penderita penyakit jantung . Melihat pentingnya fungsi oximeter, maka

dibuatlah suatu inovasi baru yaitu teknologi sejenis oximeter pada mobile smartphone. Pada mobile

smartphone teknologi yang digunakan adalah teknologi photoplethysmographic . Dengan adanya alat

ini, masyarakat akan lebih mudah untuk mengakses alat kesehatan yang awalnya hanya tersedia

terbatas di kalangan tertentu. Selain menghasilkan informasi detak jantung, aplikasi ini juga

menghasilkan saran porsi aktivitas/olahraga yang dianjurkan sesuai kondisi detak jantung seseorang.

Kata Kunci : ECG(Electro-cardiograph), teknologi smartphone, jantung, photoplethysmographic,

Oximeter

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusun

dapat menyelesaikan makalah ini.

Makalah ini dibuat oleh penyusun guna memenuhi salah satu tugas mata kuliah Seminar yang dibimbing

oleh Bapak Eddy Prasetyo Nugroho. Di dalamnya dijelaskan mengenai bagaimana pengukuran detak

jantung oleh ECG (Electro-cardiograph) dan metode pembacaan heart rate oleh smartphone.

Mudah-mudahan dengan makalah ini pembaca dapat memahami lebih jauh materi mengenai sistem

kerja ECG (Electro-cardiograph) dan metode pembacaan heart rate oleh smartphone sehingga dapat

dijadikan bahan acuan dalam mempelajari mata kuliah Seminar.

Penyusun menyadari bahwa makalah yang penyusun buat ini jauh dari sempurna. Karena itu, penyusun

mengharapkan segala saran dan kritik guna penyempurnaan penulisan pada tugas-tugas berikutnya

Bandung, Mei 2012

Penyusun

3

DAFTAR ISI

ABSTRAK......................................................................................................................................................2

KATA PENGANTAR.......................................................................................................................................3

DAFTAR ISI...................................................................................................................................................4

BAB I PENDAHULUAN..................................................................................................................................5

1.1 Latar Belakang.............................................................................................................................5

1.2 Tujuan..........................................................................................................................................6

1.3 Rumusan Masalah.......................................................................................................................6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA..........................................................................................................................7

2.1 Pengertian Electro-Cardiograph(ECG/EKG)..................................................................................7

2.2 Metode Kerja Electro-Cardiograph(ECG/EKG).............................................................................7

2.3 Titik-Titik Sadapan (LEAD) EKG.....................................................................................................9

2.4 Memperoleh Nilai Heart Rate(HR).............................................................................................11

2.5 Denyut Jantung (Heart Rate) sebagai indikator Pelatihan Fisik (Olahraga)...............................12

BAB III IMPLEMENTASI..............................................................................................................................13

3.1 Pengukuran Denyut Nadi (Heart Rate) pada Oximeter..............................................................13

3.2 Pengukuran Denyut Nadi (Heart Rate) pada Smartphone.........................................................14

3.3 Denyut Nadi (Heart Rate) sebagai Indikator Olahraga...............................................................15

KESIMPULAN.............................................................................................................................................17

SARAN.......................................................................................................................................................17

REFERENSI.................................................................................................................................................18

4

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Jantung merupakan salah satu organ penting didalam tubuh manusia yang memiliki

fungsi sangat vital. Ia adalah organ yang bertanggung jawab terhadap pasokan darah yang ada

diseluruh tubuh. Oleh karena itu, jika jantung bermasalah, akibatnya akan sangat fatal. Penyakit

jantung pun pada akhirnya menjadi salah satu penyakit yang “ditakuti”.

ECG (Electro-cardiograph) merupakan instrumen medis yang di butuhkan oleh para

medis untuk memperoleh informasi mengenai kerja fungsi jantung seseorang. Karena

ketersediaannya yang terbatas di kalangan medis saja, sehingga untuk mengetahui kondisi

jantung seseorang,ia harus terlebih dahulu mengunjungi pusat medis dan itu berarti pasien

harus mengeluarkan biaya yang lebih besar untuk mengetahui kesehatan jantungnya.

Perkembangan Teknologi Informasi di Indonesia melesat sangat cepat sejak beberapa

tahun terakhir, hal ini terbukti dengan banyaknya sarana dan prasarana yang tersedia dan juga

semakin murahnya harga perangkat elektronik guna menunjang kegiatan sehari-hari.

Smartphone merupakan salah satu bukti dari perkembangan teknologi yang sedang melaju

pesat itu, sehingga berbagai aplikasi banyak dikembangkan melalui media ini. Termasuk pada

bidang kesehatan, banyak sekali aplikasi kesehatan yang dikembangkan melalui smartphone.

Salah satunya adalah aplikasi yang akan kami bahas yaitu aplikasi pengukur detak jantung.

Aplikasi ini dapat mengukur detak jantung melalui denyut nadi di jari serta dapat memberikan

informasi porsi oleh raga yang tepat sesuai dengan kondisi jantung penderita agar dapat

menjaga kesehatannya dengan baik.

Masih banyak orang yang berpikiran bahwa olahraga berat dapat berakibat fatal bagi

orang yang berisiko mengalami penyakit jantung. Namun bukti penelitian menunjukkan bahwa

semakin kuat latihan yang dilakukan, makin baik pula jantung kita. Meskipun singkat,

berolahraga 15 menit bermanfaat bagi jantung sama seperti satu kali lari maraton. Tentunya

tetap memperhatikan kondisi kesehatan untuk memilih olahraga apa yang cocok dengan

kondisi kita.

5

1.2Tujuan

a. Mengetahui pemanfaatan Smart Phone di bidang kesehatan.

b. Mengetahui bagaimana cara kerja ECG(Electro-Cardiograph).

c. Mengetahui bagaimana metode pembacaan Heart Rate pada Smart Phone.

d. Mengetahui bahwa Heart Rate dapat menjadi indikator dalam olahraga.

1.3Rumusan Masalah

a. Apa itu ECG (Electro-Cardiograph)?

b. Bagaimana cara kerja ECG (Electro-Cardiograph)?

c. Bagaimana metode pembacaan Heart Rate pada Smart Phone?

d. Bagaimana Heart Rate dapat dijadikan indikator dalam olahraga?

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Pengertian Electro-Cardiograph(ECG/EKG)

Elektro-Cardiograph (ECG) adalah suatu sinyal yang dihasilkan oleh aktifitas listrik otot

jantung. ECG ini merupakan rekaman berisi informasi kondisi jantung yang diambil dengan

memasang elektroda pada tubuh seseorang. Rekaman ECG ini dapat digunakan oleh dokter

untuk menentukan kondisi jantung dari pasien. Sinyal ECG direkam menggunakan perangkat

elektro-cardiograf.

Fungsi dasar dari elektroda adalah untuk mendeteksi sinyal kelistrikan jantung. Fungsi dari

transducer adalah untuk dapat mengkonversi informasi biologis menjadi sinyal elektrik yang

dapat diukur. Transducer ini dipakai dengan menggunakan interface jelly electrode-electrolyte.

Dengan menggunakan elektroda Ag/AgCl dapat mengurangi noise dengan frekuensi rendah

pada sinyal ECG yang terjadi karena pergerakan.

2.2Metode Kerja Electro-Cardiograph(ECG/EKG)

Elektro-Cardiograf (Elektro-Cardiograf/ECG/EKG), adalah suatu gambaran grafis dari

beda potensial antara dua titik pada permukaan tubuh. EKG biasanya direkam pada kertas grafik

seperti yang ada pada gambar 1. Dalam gambar tersebut terlihat ada dua macam kotak yaitu

kotak besar dan kecil. Kotak kecil mempunyai ukuran 1mm x 1mm, dan kotak besar mempunyai

ukuran 5mm x 5mm. Dalam EKG ada dua variabel yang digunakan yaitu waktu dan tegangan.

Variabel waktu dinyatakan dalam arah mendatar dan variabel tegangan dalam arah tegak. Skala

untuk variable waktu adalah 0,04s/mm atau 25mm/s. Skala untuk tegangan adalah 0,1mv/mm

atau 10mm/mv.

7

Gambar 1. Ukuran dan skala kertas rekaman 1

Tiap-tiap siklus pada jantung dalam EKG terdiri atas beberapa komponen, yang diberi nama

berdasarkan definisi sebagai berikut:

1. Gelombang P adalah defleksi positif pertama sebelum kompleks QRS

Interval PR diukur dari permulaan gelombang P sampai permulaan defleksi garis iso-electric

berikutnya. Interval ini adalah waktu yang diperlukan impuls listrik dikonduksikan melalui atrium

dan Simpul AV sampai mulai timbul depolarisasi ventrikel.

2. Kompleks QRS

Komples QRS terdiri atas tiga gelombang yaitu Q, R, dan S. Gelombang Q adalah defleksi negatif

pertama sesudah interval PR. Gelombang R adalah defleksi positif pertama sesudah gelombang

P. Gelombang S adalah defleksi negatif yang menyertai gelombang R. Pengukuran kompleks

QRS dimulai dari permulaan gelombang Q (atau gelombang R jika Q tidak ada) sampai

gelombang S mencapai garis isoelektrik (atau tempat gelombang S akan mencapai garis

isoelektrik jika garis ini tidak melengkung ke dalam segmen ST). Segmen ST adalah bagian garis

yang berlanjut dari ujung gelombang S sampai permulaan gelombang T.

8

3. Gelombang T

Gelombang T adalah defleksi (dapat positif atau negatif) yang mengiringi segmen ST.

2.3Titik-Titik Sadapan (LEAD) EKG

Untuk keperluan diagnosis, ada 12 macam titik sadapan (lead) EKG, seperti yang diperlihatkan

dalam Gambar 2 s/d 4. Sadapan ini terdiri atas:

a. Sadapan Einthoven, terdiri atas tiga sadapan yaitu sadapan I, II, III (Gambar 2)

Gambar 2. Sadapan Einthoven 2

b. Sadapan Goldberger augmented (Gambar 3), terdiri atas tiga sadapan yaitu VR, VL, dan

VF (atau disebut juga aVR, aVL, aVF)

9

Gambar 3. Sadapan Goldberger augmented 1

c. Sadapan precordial (sadapan dada), terdiri atas enam sadapan yaitu V1, V2, V3, V4, V5,

dan V6 (Gambar 4)

Gambar 4. Sadapan dada precordial 1

Bentuk sinyal dari 12 sadapan tersebut diperlihatkan dalam Gambar 5 dan 6.

10

Gambar 5

Gambar 6. Bentuk sinyal EKG 12 sadapan 1

2.4Memperoleh Nilai Heart Rate(HR)

Heart Rate adalah ukuran yang digunakan untuk menyatakan kecepatan dari denyut jantung,

yang dinyatakan dalam jumlah denyut per menit (beat per menit - bpm). Heart rate dapat

diperoleh dari EKG dengan cara menghitung jumlah gelombang R selama satu menit. Tetapi

cara ini sering dianggap kurang praktis, sehingga sering digunakan cara lain yang lebih cepat

yaitu misalnya dengan menghitung jumlah gelombang R selama 3 detik saja, kemudian hasilnya

dikalikan 20.

11

Nilai heart rate yang diperoleh dengan cara diatas adalah nilai heart rate rata-rata. Disamping

nilai heart rate rata-rata, terdapat juga nilai heart rate sesaat. Heart rate sesaat dapat diperoleh

dengan mengukur perioda jantung sesaat (perioda RR) seperti terlihat dalam gambar 7. Nilai

heart rate (HR) sesaat merupakan kebalikan perioda jantung dikalikan 60, yaitu:

Dengan R-R adalah periode jantung yaitu interval waktu dari gelombang R ke gelombang R di

sebelahnya, dengan satuan s (second). Satuan untuk heart rate adalah bpm (beat per minute).

Gambar 7. Periode R-R 1

2.5Denyut Jantung (Heart Rate) sebagai indikator Pelatihan Fisik (Olahraga)

Tujuan olahraga bagi hampir setiap orang adalah untuk mendapatkan tahap di mana

tubuh cukup fit untuk latihan dalam zona latihan detak jantung (Dr. Adrian Hutber,American

College of Sports Medicine, 1/2012). Sebelum mengkhawatirkan mengenai jumlah kalori yang

terbakar, sebaiknya perhatikan dulu denyut jantung. Olahraga yang sesuai dengan denyut

jantung untuk usia masing-masing orang memungkinkan orang dapat membangun fondasi yang

kuat untuk tubuh bugar dan jantung sehat.

Denyut jantung dapat diukur dengan mencari denyut nadi tubuh sehingga dengan kata

lain denyut jantung bisa disebut pula denyut nadi. llmu Kedokteran olahraga FKUI-RSCM, melalui

penelitiannya mengetahui bahwa denyut nadi merupakan dasar untuk melakukan latihan fisik

yang benar dan terukur. Dari denyut nadi, dapat diketahui intensitas atau seberapa keras

seseorang melakukan latihan. Atau seberapa keras jantungnya bekerja. Secara umum, yang

perlu Anda perhatikan dalam olahraga adalah frekuensi dan intensitas. Frekuensi adalah berapa

kali seminggu seseorang melakukan olahraga. Sedangkan intensitas dilihat dari denyut nadi.

Frekuensi denyut nadi adalah gambaran dari frekuensi denyut jantung, dimana ini

adalah merupakan parameter cara sederhana dan mudah diukur dan cukup informatif untuk

faal kardiovaskuler, karena tidak mungkin bila kita mengukur denyut jantung langsung ke

12

jantungnya Sebelum seseorang melakukan kerja fisik, frekuensi denyut jantung pra kerja

meningkat di atas nilai pada keadaan istirahat. Hal ini merupakan refleks anticipatory yang

mungkin melalui sekresi catecholamine dari medula kelenjar adrenal. Begitu kerja fisik dimulai,

frekuensi denyut jantung segera meningkat. Terdapat hubungan linier antara frekuensi denyut

jantung dengan intensitas kerja. Makin baik kondisi seseorang akan diperoleh frekuensi denyut

jantung yang lebih rendah untuk beban kerja yang sama. Pada suatu saat meskipun beban

ditambah tetapi frekuensi denyut jantung tetap. Frekuensi denyut jantung pada keadaan

tersebut disebut frekuensi maksimal. Tiap orang mempunyai frekuensi maksimal denyut jantung

yang tampaknya mempunyai hubungan erat dengan faktor usia. (Frekuensi maksimal denyut

jantung = 220 - usia dengan standar deviasi ± 10 denyut).

BAB III

IMPLEMENTASI

3.1Pengukuran Denyut Nadi (Heart Rate) pada Oximeter

Oximeter menggunakan 2 buah dioda sebagai alat baca denyut nadi nadi (sebagai representasi

dari denyut jantung). Prinsip dari alat oximeter pada saat pengguna menempatkan sensor yang

berada pada oximeter tersebut adalah sebagai berikut:

13

Gambar 8. Prinsip Penggunaan Alat Oximeter

Keterangan :

a. 2 buah dioda yang dipakai adalah IR Dioda (Infra-Red Diode) dan Photo Dioda (Photo

Detector)

b. Prinsip kerja IR dioda diatas adalah memancarkan sinar Infra-Red

c. Sedangkan Prinsip kerja dari Photo detector (photoplethysmographic) adalah sebagai

pembaca cahaya

14

Jika dijabarkan secara umum, prinsip kerja dari sensor ini adalah

“ketika pengguna meletakkan sensor pada tempat yang bisa di baca denyut nadi nya

(pada hal ini yaitu jari telunjuk) ,maka dengan secara alami sinar infra merah yang dipancarkan

oleh IR dioda akan di pantulkan oleh jari telunjuk yang nantinya pantulan tersebut akan di

terima oleh photodetector yang kemudian akan menghitung besaran dari Heart Beat atau

denyut nadi pengguna yang di representasikan oleh cahaya infra merah yang terpantul. Setelah

itu nilai yang di terima akan diolah sedemikian rupa sehingga hasil nya menjadi BPM (Beats Per

Minutes) yang nantinya dari BPM.

3.2Pengukuran Denyut Nadi (Heart Rate) pada Smartphone

Prinsip Pembacaan denyut nadi (sebagai representasi dari denyut jantung) atau

Heart Rate pada smartphone hampir sama dengan pengukuran dengan menggunakan oximeter.

Jadi apa bedanya pembacaan denyut nadi pada oximeter diatas dengan pembacaan denyut nadi

pada smartphone pada saat ini? Menurut sebuah artikel tentang sebuah app iPad yang di buat

oleh philips yang didapat di www . pc . world . com / article /244211/

app _ uses _ your _ webcam _ to _ detect _ your _ heart _ and _ breathing _ rates . html

“with the app,the camera is able to detect small changes in the color of your face –

caused by change in blood volume in your skin’s blood vessels” Artinya : “dengan aplikasi ini

(aplikasi camera ini) , kamera bisa mendeteksi perubahan warna di permukaan kulit anda yang

disebabkan karena perubahan volum pada darah dalam nadi anda”

Saat ini smartphone dilengkapi dengan kamera yang dapat digunakan untuk

mendeteksi denyut nadi di permukaan kulit dengan membaca perubahan warna kulit jari

seseorang menggunakan teknologi yang disebut pengukuran photoplethysmographic (PPG).

PPG mengacu pada teknologi yang umumnya digunakan oleh oksimeter untuk menangkap

perubahan volume darah dengan cara menerangi jari dengan LED pemancar cahaya.

Ketika lampu kamera bersinar, perubahan warna jari dapat diukur sebagai akibat

pergerakan darah dalam pembuluh darah di jari. Jadi bisa di simpulkan, pengukuran Heart Rate

pada smartphone, yaitu dengan pembacaan perubahan cahaya pada jari telunjuk yang di

tangkap oleh photoplethysmographic (PPG) yang terdapat pada kamera smartphone dan tidak

terpaku pada sinar infra-red (seperti pada oximeter) sebagai sebagai sinar utama yang di baca.

15

3.3Denyut Nadi (Heart Rate) sebagai Indikator Olahraga

Dr. Adrian Hutber, seorang ahli

kesehatan olahraga dari Amerika

menyebutkan bahwa denyut jantung

(denyut nadi) merupakan indikator yang

sangat baik sebelum kita melakukan

olahraga. Dari denyut nadi, dapat

diketahui intensitas atau seberapa keras

seseorang melakukan latihan. atau

seberapa keras jantungnya bekerja. Inti

dari olahraga adalah untuk meningkatkan

denyut jantung istirahat ke denyut target.

Dalam menetukan denyut jantung target

diperlukan intensitas latihan yang

ditargetkan, hal itu (intensitas latihan)

dapat kita lihat dari gambar di samping ini

:

Untuk mengetahui denyut

jantung target, ketika akan berolahraga dapat dilakukan perhitungan seperti berikut ini :

1. Hitung denyut jantung maksimal, dengan rumus : 220 – usia

2. Hitung denyut jantung target, dengan rumus : [ intensitas latihan yang ditagetkan x (denyut jantung maksimal - denyut jantung rehat) ] + denyut jantung rehat .Denyut jantung rehat kita dapatkan dengan menggunakan aplikasi penghitung Heart Rate pada kondisi sebelum olahraga.

16

Sebagai contoh : Pak Suhantoro yang berusia 40 tahun ingin melakukan olahraga untuk menurunkan berat

badannya. Oleh karena itu, intensitas yang harus dipenuhinya adalah pada 60%-70% yaitu

pada zona Fat Burn. Denyut nadi rehat nya adalah 70bpm, sedangkan DNM (denyut nadi

maksimum) saat ia berolahraga adalah :

220 - 40 = 180Untuk mendapatkan denyut jantung target maka :[70% x (180- 70)] + 70 = 147Dari perhitungan di atas, diketahui bahwa pak Suhantoro memiliki denyut nadi target 147

bpm untuk melakukan olahraga pada zona Fat Burn. Ketika denyut nadi melampaui 147bpm

maka pak Suhartono harus berhenti sejenak dari olahraganya. Jika masih dipaksakan yang

terjadi adalah kram jantung yang dapat menyebabkan serangan jantung. Sebaliknya bila

denyut nadi sesaat setelah olahraga masih dibawah 147 maka olahraga yang dilakukan

belum maksimal dan pak Suhartono harus meningkatkan kembali kualitas olahraganya.

17

KESIMPULAN

Perkembangan teknologi yang sangat pesat memicu perkembangan di bidang lainnya termasuk di

bidang kesehatan. Salah satunya dengan hadirnya alat pengukur detak jantung yang bersifat mobile, hal

ini dapat memudahkan penggunaan dan ketersediaannya di masyarakat umum.

SARAN

Dengan pesat nya perkembangan teknologi, diharapkan dapat memunculkan inovasi baru di berbagai

bidang yang dapat memudahkan aspek kehidupan manusia.

18

REFERENSI

[1] Mathew J, 2012."Develpoment and Validation of a Smatrphone Heart Rate Acquisition

Application for Health Promotion and Wellness Telehealth Applications", Journal of

Telemedicine and Telecare, Volume 2012 (2012). South Carolina, USA.

[2] Cheah Kim Wei.”Photoplethysmography Blood Pressure Measurement”, Departmen of

Mechanical Engineering, National University of Singapore. Singapore.

http :// instrumentasi . lecture . ub . ac . id / Elektrokardiograf /

http :// instrumen - asik . blogspot . com /2011/05/ apa - itu - ecg . html

http://embedded-lab.com/blog/p=?1671

www . pc . world . com / article /244211/

app _ uses _ your _ webcam _ to _ detect _ your _ heart _ and _ breathing _ rates . html

19