Pacemaker (Elektronika Biomedik)
description
Transcript of Pacemaker (Elektronika Biomedik)
TUGAS BESAR ELEKTRONIKA KEDOKTERAN
“ALAT PACU JANTUNG (PACEMAKER)”
Oleh :
DONY HENDRA LESMANA (0910630049)
M. ALFIAN SYAFI’I (0910630015)
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
MALANG
2012
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah
melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyusun
tugas makalah Elektronika Kedokteran dengan judul “Pacemaker” ini dengan baik.
Terima kasih penulis ucapkan kepada semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan makalah ini, diantaranya Bapak Dosen Pengajar Mata Kuliah Elektronika
Kedokteran, orang tua, dan teman-teman kelompok.
Penulis yakin bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis
berharap pembaca dapat memberikan saran dan kritik yang membangun demi sempurnanya
makalah ini.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Malang, 1 April 2011
Penulis
BAB I
Pendahuluan
1.1 Latar BelakangPembuatan makalah ini didasari dengan tujuan kami, yaitu untuk berbagi bahkan
menyampaikan beberapa bahasan seputar alat pemacu jantung, selain itu harapan kami dalam
pembuatan makalah ini adalah informasi yang kami sampaikan dalam makalah ini semoga
bermanfaat bagi anda yang membacanya.
Dalam makalah ini, kami menyampaikan beberapa informasi perihal alat pemacu
jantung yang kami ulas secara terperinci, Baik dari cara kerja hingga implantasinya secara
ringkas yang kami dapat dari berbagai literature.
Mohon maaf apabila masih ada salah kurang maupun lebih dari makalah yang kami buat ini.
Terimakasih dan selamat membaca.
1.2 Rumusan Masalah Prinsip kerja pacemaker
Masa umur baterai pacemaker
Rangkaian elektrik pacemaker
1.3 Batasan MasalahPembahasan mengenai pacemaker dalam makalah ini hanya meliputi prinsip kerja,
masa umur baterai dan rangkaian elektrik pacemaker.
1.4 TujuanMakalah ini kami buat untuk memenuhi tugas mata kuliah Elektronika Kedokteran
sekaligus berbagi ilmu pengetahuan tentang alat pacu jantung.
1.5 ManfaatAlat pemacu jantung sangat bermanfaat untuk orang yang mengalami masalah dengan
detak jantung sehingga detak jantung menjadi lebih stabil.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Prinsip Kerja JantungJantung merupakan organ yang terdiri dari otot-otot dengan fungsi memompa darah
ke seluruh bagian tubuh untuk agar selalu mendapat nutrisi dan oksigen. Jantung memompa
darah sekitar 5 liter dalam waktu 1 menit, yang setara dengan kurang lebih 285 galon liter (75
galon) tiap hari. Jantung bekerja berdasarkan siklus kontraksi dan relaksasi, yang dimana tiap
siklus tersebut terjadi, kita menyebutnya dengan detak jantung atau "heart beat". Dan
banyaknya detak jantung yang terjadi tiap menit, biasa disebut degan "heart rate" (secara
sederhana dapat kita artikan rataan detakan). Secara umum, manusia yang sedang beristirahat
mempunyai nilai "heart rate" sebesar 70 detakan tiap detik.
Jantung terdiri dari
empat bagian, yang disebut
dengan bilik. Dua bilik atas
dinamakan atrium kiri dan
atrium kanan, sedangkan dua
bilik bawah dinamakan
ventrium kanan dan ventrium
kiri. Untuk berdetak, maka
tugas atrium adalah
berkontraksi untuk memompa
darah ke ventrium, lalu
dilanjutkan dengan tugas
ventrium untuk memompa
darah ke seluruh tubuh, yang juga dilakukan dengan berkontraksi.
Kontraksi yang dilakukan oleh bilik jantung, tentunya membutuhkan energi. Energi
tersebut dipicu oleh darah yang mengalir ke jantung melalui pembuluh nadi. Sedangkan
penyebab utama berdetaknya jantung adalah adanya sinyal elektrik pada otot jantung (setiap
detakan membutuhkan sebuah impuls elektrik). Artinya, kekurangan atau bahkan lambatnya
suplai impuls tersebut akan mengakibatkan otot jantung tidak bergerak, terlihat seperti
menunggu adanya perintah.
Gambar 2.1: Bagian-bagian jantung
Dengan tujuan untuk memberikan sinyal impuls yang normal sehingga jantung dapat
berdertak normal, setiap jantung mempunyai apa yang disebut dengan "natural pacemaker",
yang memproduksi sinyal elektrik tersebut. “Natural pacemaker" merupakan kumpualan sel
dalam jumlah kecil dan bersifat khusus yang bertempat di atas atrium kanan. Kumpulan sel
tersebut dinamakan Sinoatrial (SA) node. Sinyal yang berasal dari node ini bergerak melalui
atrium dan menyebabkan mereka berkontraksi, memompa darah ke ventrium. Sinyal elektrik
itu kemudian bergerak melewati atrium menuju Atrioventricular (AV) node, dinamakan
seperti itu karena letaknya yang berada di tengah jantung yaitu antara atrium dan ventrium.
Node atau titik ini menjadi pusat persambungan elektrik antara atrium dengan ventrium. AV
Node ini akan menghalangi sinyal elektrik yang datang dari SA Node, dengan tujuan untuk
memberikan kesempatan agar darah yang dipompa oleh atrium ke ventrium dapat berpindah
semuanya. Kemudian, AV Node melewatkan sinyal elektrik yang tadi ditahan, menuju bagian
ventrium melalui syaraf seperti benang, yang dinamakan Bundle Branches. Sehingga
menyebabkan kontraksi terjadi pada ventrium dan darahpun terpompa dari jantung ke seluruh
bagian tubuh.
Gambar 2.2: Siklus kerja jantung
2.2 Prinsip Kerja PacemakerPacu jantung (pacemaker) adalah sebuah alat pacu yang dipasang pada jantung
seseorang yang mengalami gangguan pada sinyal listrik jantungnya. Alat ini besarnya seperti
korek api yang tipis dan dihubungkan dengan serambi jantung dengan sebuah kawat kecil
yang umumnya disebut LEAD. Otak dari pacu jantung berupa rangkaian sirkuit yang begitu
canggih, mulai dari yang sederhana sampai yang dapat berkomunikasi dengan kita. Misalnya
sesudah alat pacu dipasang pada manusia, kita ingin tahu pacu jantung ini jenis apa,
bagaimana kekuatannya, nomornya berapa, dan sebagainya. Dengan suatu alat lain, dapat
juga dilakukan interograsi terhadap pacu jantung yang dipasang pada manusia tersebut.
Bahkan ada alat pacu jantung yang pintar, yakni ketika manusia tidur pacu jantung ini
berdenyutnya pelan sekali sesuai dengan keadaan fisiologi pada waktu tidur, dimana jantung
memang sedikit lebih pelan. Dengan demikian pacu jantung itu beterinya dapat lebih
diperhemat. Dan dengan sendirinya pula jenis yang dapat dibuat program ini serta
mempunyai banyak kemampuan, harganya menjadi jauh lebih mahal.
Di samping itu pacu jantung ini dapat berdenyut terus tanpa berhenti, sesungguhnya
ada jenis pacu jantung yang hanya berdenyut kalau jantung si penerima itu tidak berdenyut.
Bila jantung penerima pacu jantung memang berdenyut normal dan mengeluarkan denyutnya
sendiri, maka pacu jantung ini tidak mengeluarkan denyutnya. Ini disebut dengan Demand
Pace Maker. Pacemaker ada yang dipasang di serambi dan ada yang dipasang di bilik jantung
karena jantung yang normal mempunyai pusat denyut jantung yang normal mempunyai pusat
denyut jantung yang disebut Sino Atrial Node (SA Node) yang letaknya di serambi kanan
atas. Denyut jantung dari pusat jantung ini dialirkan ke pusat jantung di bawahnya, yang
terletak di antara serambi kanan dan serambi kiri. Pusat jantung kedua ini namanya AV Node.
AV Node mempunyai sifat sebagai filter. Artinya, kalau terlalu banyak denyut jantung dari
SA Node tadi yang dialirkan ke AV Node, maka denyut jantung tadi akan dikurangi sampai
normal, misalnya, 600 kali ada denyutan di daerah serambi maka yang akan diterima oleh AV
Node untuk diteruskan ke bilik hanya 100 kali. Jadi kira-kira seperenamnya. Makin banyak
yang disampaikan ke AV Node makin banyak pula yang akan disaring. Maksudnya
penyaringan denyut ini, agar bilik jantung yang berperan sebagai pompa jantung itu
mempunyai waktu untuk mengisi darah dari serambi ke dalam bilik sedemikian rupa,
sehingga fungsi pompa jantung dapat berjalan normal. Namun apabila pada bilik ini denyut
jantungnya terlalu cepat, maka bilik tidak dapat memompa jantung dengan baik. Dengan
semdirinya akan berakibat macam-macam. Pemasangan pacu jantung pada bilik, dapat
diindikasikan apabila pusat jantung yang kedua itu mengalami kerusakan. Tetapi apabila
pusat jantung yang kedua masih baik, maka sebaiknya pacu jantung itu dipasang pada
serambi kanan atas. Yaitu mendekati keadaan yang sebenarnya sesuai dengan letak pacu
jantung utama (pertama). Karena pusat jantung yang di serambi kanan atas itu adalah
normal, sehingga kalau ia saja yang rusak tanpa pusat jantung yang kedua rusak maka
pemasangan di serambi kanan atas seolah-olah sebagai pengganti pusat jantung pertama yang
rusak. Memang paling baik, apabila pusat jantung kedua yang terletak di antara serambi dan
bilik tadi rusak, pacu jantung buatan dipasang di dua tempat, yaitu kawatnya dipasang
diserambi, dan juga dipasang pada bilik. Pacu jantung model ini disebut AV Sequencial. Jadi,
apabila pada suatu saat, dibuat denyutan pada serambi kanan sepersekian detik, kemudian
dibuat denyutan pula pada bilik kanan oleh pacu jantung buatan, maka denyutan itu seperti
denyutan normal. Dengan sendirinya pusat jantung yang kedua ini seolah-olah di By-pass
oleh jenis pace maker yang terakhir ini. Dengan sendirinya pemasangan pace maker ini lebih
susah, dan harganya pun lebih mahal karena memerlukan sirkuit-sirkuit elektronik yang lebih
canggih.
Karena menggunakan baterai, tentunya
pacemaker mempunyai batas aktif. Biasanya,
baterai dapat bertahan tujuh sampai delapan
tahun sebelum akhirnya perlu diganti.
Sehingga, memang dibutuhkan pengecekan
secara berkala oleh dokter yang bersangkutan.
Sekalipun pacemaker memang dapat dimonitor
dengan menggunakan handphone (metode ini
dinamakan transtelephonic monitoring).
Gambar 2.3: Pacemaker
Gambar 2.4: Implantasi Pacemaker
Sistem pacemaker dibuat dari tiga bagian:
1. Generator, yaitu wadah berpermukaan halus dan berwarna cerah yang didalamnya
berisi sistem elektrik mini dan baterai, sebagai sumber dari sinyal elektrik yang
akan dihasilkan.
2. Connector atau header, yang merupakan bagian dari generator dimana di bagian
ini leads berada.
3. Leads, merupakan kabel-kabel yang dibungkus dengan plastik lunak dan fleksibel,
yang dimasukkan ke dalam jantung dengan tujuan membantu generator untuk
memantau jantung dan menjadi jalur sinyal elektrik yang diproduksi oleh
generator. Bagian ini umumnya adalah satu-satunya bagian yang tidak diganti saat
pacemaker baru dipasang menggantikan pacemaker lama.
Sebuah pacemaker bisa jadi memiliki satu atau dua lead. Untuk pacemaker dengan satu
lead, dinamakan single-chamber pacemaker. Lead ini diletakkan pada titik pusat masalah
pada jantung. Sedangkan untuk pacemaker dengan dua lead, dinamakan dual-chamber
pacemaker. Biasanya pada pacemaker jenis ini, satu lead diletakkan di atrium kanan, dan lead
yang satu lagi diletakkan di ventrium kanan. Berkaitan dengan pacemaker mana yang kita
butuhkan, bergantung pada jenis ganguan ritme dan fungsi keseluruhan dari bagian jantung
kita.
Pacemaker ada yang bersifat temporary (sementara) dan ada pula yang bersifat permanent
(tetap).
Sebuah pacemaker, akan melakukan hal-hal berikut (bergantung pada situasi):
1. Menjadi suplemen dari SA Node
2. Menjamin konduksi sinyal elektrik yang cukup dari bilik atas sampai bilik bawah
3. Membantu jantung berdetak efisien dengan mengkoordinasi sinyal pada kedua bilik
4. Menjamin jantung berdetak normal
5. beberapa pacemaker juga "rate-adaptive", yang artinya pacemaker dapat memantau secara
langsung tingkat aktivitas rataan detakan jantung.
Gambar 2.5: Gelombang pulsa pacemaker
2.3 Karakteristik PacemakerPacemaker menghasilkan sinyal elektrik berupa arus, arus ini mengalir melalui
jantung yang memiliki nilai tahanan RH berkisar antara 100 – 1400 ohm, sehingga akan
timbul teganagan stimulus VS, dan pulsa stimulus. Durasi waktu setiap stimulus yang terukur
dalam orde milisekon ini disebut dengan TD. Tegangan VS ini berubah-ubah sehingga
menghasilkan energi EP yang diperlukan jantung. Ketika pulsa pacemaker high tegangan
stimulus memberikan energi ke jantung, dan ketika pulsa low, jantung menyerap energi
sebesar VSIDT, dimana T adalah periode pulsa, dan ID adalah arus drain dari baterai. Oleh
karena itu energi total yang dihasilkan pacemaker adalah:
EP = (VS/RH) TD + VSIDT
2.3.1 Baterai PacemakerKelemahan dari penggunaan baterai sebagai catu daya untuk instrumentasi
elektronika adalah keterbatasan daya dan ukuran dari baterai tersebut, sedangkan pacemaker
tentunya harus bisa bertahan paling tidak 5 hingga 10 tahun. Awalnya baterai yang digunakan
untuk pacemaker adalah baterai sel mercury yang mampu bertahan hingga 2 tahun, tetapi
sekarang baterai yang digunakan adalah baterai sel lithium iodide yang mampu bertahan
hingga 15 tahun. Selain itu terdapat pula baterai yang mampu bertahan hingga 20 tahun, yaitu
baterai bertenaga nuklir, tetapi baterai jenis ini masih mempunyai risiko yang cukup tinggi
terhadap penggunanya, dan masih dalam tahap riset. Masa pakai baterai juga tergantung pada
rasio A-H (Ampere-Hour). Semakin besar rasio A-H baterai, maka masa pakainya juga
semakin lama, begitu juga sebaliknya. Penggunaan baterai “charge” masih jarang digunakan
terutama untuk peralatan medis seperti pacemaker karena akan lebih cepat habis.
Contoh perhitungan umur baterai:
Sebuah pacemaker dengan lebar pulsa 0,5 ms dan arus drain rangkaian sebesar 1uA
menggunakan baterai yang memiliki tegangan kutub sebesar 1,8V, dan energi yang
dihasilkan 1 A-H, digunakan untuk menyuplai jantung dengan RH = 200Ω, dan heart rate 70
bpm (beats per minute). Tentukan masa pakai dari baterai!
Heart rate 70 bpm = 70 = 70/60 bps
T = (1/heart rate) = 60/70 s = 0,857 s
Energi yang dibutuhkan untuk setiap pulsa:
Energi Baterai = (1 A-H) (1,8 V) (3600 s/h) = 6480 J
Masa pakai baterai = 0,857 s = 5,759 108 s
Konversi ke tahun:
5,759 108 s = 18,26 yr
EP = (VS2/RH) TD + VSIDT
(J/pulse)
= (1,82/200) 0,5 10-3 + 1,8 10-6 60/70
= 9,643 uJ/pulsa
2.4 Rangkaian Elektrik PacemakerPacemaker tidak sepenuhnya mengambil alih kerja dari SA node. Pacemaker secara
kontinyu menjaga sistem elektrik dalam tubuh dan menyediakan asupan sinyal elektrik jika
dibutuhkan. Artinya, ketika sinyal elektrik dalam tubuh berjalan normal, maka pacemaker
tidak akan melakukan apa-apa kecuali hanya memantau saja. Sensor yang terdapat pada
pacemaker akan memantau aktivitas pasien, suhu darah, pernafasan dan faktor lainnya yang
mengindikasikan keadaan psikologi pasien. Dari data-data tersebut, pacemaker akan
mengetahui kapan pulsa buatan ini dibutuhkan dan seberapa cepat. Jika detak jantung
melambat alat ini akan memberikan impulse sebagai pengganti SA node dengan
mentransmisikan sinyal elektrik ke otot jantung yang akan menyebabkan kontraksi.
Pacemaker bersifat “programmable” yang artinya konfigurasinya dapat diubah sewaktu-
waktu. Pemrograman pacemaker dapat dilakukan secara wireless yang akan mentransmisikan
konfigurasi baru ke generator.
2.4.1 Rangkaian Komparator
Rangkaian komparator dasar terdiri dari penguat diferensial dengan masukan di
terminal inverting dan tegangan referensi (ground) pada terminal non-inverting.
Gambar 2.6: Komparator dengan masukan gelombang sinusoida
Untuk meredam noise ketika tidak ada masukan, perlu ditambahkan umpan balik
positif diikuti dengan R1 dan R2. Jika penguat diferensial ini ideal, ketika VIN > VR, maka
VOUT = - |VSAT| dan jika VIN < VR, maka VOUT = |VSAT|, sehingga VR memiliki 2 nilai yang
berbeda:
dan
Gambar 2.7: Komparator histerisis
VIN akan memicu VOUT ketika VIN = VR- untuk VIN bernilai positif, dan terpicu ketika
VIN = VR+ untuk VIN bernilai negatif. Perbedaan tegangan kedua pemicuan ini disebut
tegangan histerisis.
VH = VR+ - VR-
subtitusi 2 persamaan di atasnya menjadi
Agar noise dapat memicu komparator, maka noise tersebut harus lebih besar dari
atau lebih besar dari selisih tegangan pemicuan masukan positif, VR1 dan tegangan pemicuan
masukan negatif, VR2. Dari persamaan jelas bahwa tegangan histerisis dapat diatur dengan
mengubah nilai R1, R2.
2.4.2 Analisis Detektor Treshold
Untuk mengatur nilai dimana level tegangan masukan dapat menyebabkan perubahan
dari - |VSAT| ke + |VSAT|, sebuah rangkaian bias potensiometer ditambahkan, dimana α
perbandingan nilai potensiometer, . Analisa KCL di node 2 adalah:
dan di node 1
Gambar 2.8: Threshold detector
Dua persamaan di atas memiliki 2 variabel yang tidak diketahui VR, V1. Penyelesaian untuk
VR:
Dari persamaan di atas, VR dapat diatur dengan mengubah-ubah nilai R1, R2, RP, dan
α. Jika VR1 dihitung dengan asumsi VOUT = |VSAT| dan VR2 dengan asumsi VOUT = - |VSAT|,
maka tegangan threshold, VTH detektor adalah rata-rata dari nilai VR
2.4.3 Pembangkit Sinyal Kotak
Untuk dapat menghasilkan sinyal clock untuk pacemaker, maka perlu adanya
generator yang menghasilkan pulsa seperti pada gambar. Dari gambar diketahui periode pulsa
adalah T, dan periode pulsa high dan pulsa low adalah sama yaitu TD. Agar rangkaian dapat
menghasilkan sinyal kotak/ pulsa digital, maka ditambahkan kapasitor C dan resistor R pada
detektor level tegangan seperti dalam gambar. Penambahan kapasaitor diletakkan di node 1
karena perbedaan gain pada penguat diferensial ideal sangatlah tinggi.
Gambar 2.9: Sinyal kotak
Gambar 2.10: Pembangkit sinyal kotak
Tegangan umpan balik dirumuskan:
VR = β VOUT
di mana
Tegangan kapasitor, υC, dihasilkan dari persamaan pengisian kapasitor untuk
rangkaian RC. Penggunaan simbol υ mengindikasikan fungsi kontinyu.
υC = [VF + (VI – VF) ]
dimana VI adalah tegangan awal kapasitor dan VF adalah tegangan akhir kapasitor. Dalam
kasus ini VF = VOUT. Untuk menggambarkan υC, anggaplah VOUT = - |VSAT|, sehingga VI = -α |
VSAT| ketika t = 0. Selama υC bertambah negatif daripada -α |VSAT|, maka VOUT = + |VSAT|,
sehingga kapasitor akan terisi, dan persamaan menjadi:
υC = |VSAT| + (-α |VSAT| – |VSAT|)
Gambar 2.11: Rangkaian pengisian kapasitor
Gambar 2.12: Tegangan keluaran kapasitor fungsi waktu
persamaan ini valid selama υC < α |VSAT| atau tegangan node 1 lebih positif dibandingkan
dengan node 2 pada gambar. Keadaan ini akan mengakibatkan keadaan VOUT akan berubah
menjadi - |VSAT|, seperti yang tampak pada gambar. Fase pengisian kapasitor terjadi ketika .
Kapasitor akan terisi dari -α |VSAT| menuju |VSAT|. Dan ketika υC = α |VSAT|, VOUT akan berubah
menjadi - |VSAT| dan kapasitor akan melepas muatannya. Persamaan untuk kapasitor ketika
melepas muatannya adalah:
υC = - |VSAT| + (α |VSAT| + |VSAT|)
dari gambar jika diperhatikan ketika t = , υC = α |VSAT|, sehingga
α |VSAT| = - |VSAT| + (α |VSAT| + |VSAT|)
eliminasi |VSAT|, menghasilkan
dengan penyelesaian logaritma,
Dari persamaan di atas, maka periode sinyal dapat diatur dengan mengubah nilai α atau RC.
2.4.4 Monostable Multivibrator
Pembangkit sinyal pulsa disebut juga dengan A-stable multivibrator. Artinya, pulsa
akan dihasilkan secara kontinyu atau terus-menerus. Sedangkan monostable multivibrator
merupakan pembangkit sinyal pulsa pada saat-saat tertentu, oleh karena itu rangkaian
monostable multivibrator ini membutuhkan pemicu (trigger) untuk menghasilkan pulsa.
Gambar 2.13: Monostable multivibrator
Monostable multivibrator dapat dibuat dengan menggantikan salah satu ground
dengan tegangan negatif yang nilainya mendekati - |VSAT|, seperti yang tampak pada gambar.
Dari gambar terlihat, setelah kapasitor melalui masa transien, maka (VOUT) = - |VSAT| dan
tegangan di node 1 dan 2 juga akan sama dengan - |VSAT|. Karena tidak terdapat beda
potensial pada titik keluaran, maka tidak ada arus yang mengalir, sehingga rangkaian dalam
kondisi stabil. Jika misalnya, saat t = 0, pemicu (trigger) pada node 2 diberi tegangan positif,
sedangkan kapasitor pada node 1 masih bernilai - |VSAT|, mengakibatkan VOUT penguat
diferensial berganti menjadi + |VSAT|, dan kapasitor akan berada dalam mode pengisian
muatan. Tegangan kapasitor υC diilustrasikan dalam gambar bersama dengan VOUT.
Gambar 2.14: Tegangan keluaran kapasitor fungsi waktu
Kapasitor akan terus mengisi muatannya hingga υC = VR dan ketika υC akan melebihi
VR, akan mengakibatkan VOUT = - |VSAT| dan rangkaian kembali dalam keadaan stabil. Tetapi
ketika VOUT = + |VSAT| akan memberikan:
Periode TD yang merupakan waktu bagi υC untuk setara dengan VR (υC = VR) dihitung dari
persamaan 9.14, dan t = TD menghasilkan:
Dengan meyelesaikan persamaan ini menghasilkan:
Dengan penyelesaian logaritma menghasilkan:
Sehingga periode pulsa dapat diatur dengan mengubah nilai RC atau R1, R2. Kesimpulannya,
setelah node 2 dipicu, keluaran penguat diferensial menghasilkan pulsa 2 |VSAT| peak-to-peak
dan dengan durasi TD.
2.4.5 Multivibrator Pemicuan Tepi Naik
Multivibrator dengan pemicuan tepi naik tampak pada gambar.
Gambar 2.15: Multivibrator pemicuan tepi naik
Logika high dari keluaran pembangkit pulsa digital sekaligus masukan bagi pemicu
akan melalui kapasitor dan dioda, sehingga akan menaikkan tegangan di node 2 penguat
diferensial, dan monostable multivibrator akan terpicu. Secara keseluruhan, ilustrasi dari
rangkaian pacemaker ditunjukkan pada gambar di bawah.
Gambar 2.16: Ilustrasi rangkaian pacemaker
Gambar 2.18: Rangkaian internal EnRythm P1501 DR Pacemaker
2.6 Programmable PacemakerImplantable pacemaker yang telah disebutkan di atas merupakan asinkron pacemaker yang
menghasilkan sinyal secara konstan. Selain itu terdapat juga pacemaker sinkron yang
menghasilkan detak jantung sesuai dengan kebutuhan atau dengan kata lain berubah-ubah
mengikuti kondisi fisik si pemakai pacemaker. Pacemaker sinkron ini dibagi menjadi 3 jenis,
yaitu R-wave synchronous, R-wave inhibited, dan P-wave synchronous pacemaker.
a) P-Wave Synchronous Pacemaker
Depolarisasi SA Node akan direspon oleh tubuh melalui saraf dan hormon yang berdifusi di
dalam darah. Dalam P-wave synchronous pacemaker, SA Node akan memicu pacemaker
yang akan mengatur pergerakan ventrikel. Jenis ini digunakan jika sinyal elektrik yang
menuju AV Node terblokir dikarenakan oleh penyakit. Pacemaker ini membutuhkan 2 lead.
Atrial lead akan mengirim sinyal atrial kembali ke sensor untuk dikuatkan dan driver yang
dihubungkan ke ventrikel, akan memberikan pulsa pemicu.
b) R-Wave Inhibited Pacemaker
Prinsip dari mode ini sama dengan asinkron pacemaker, hanya saja pacemaker jenis ini akan
mulai menyuplai sinyal ke jantung jika hanya dibutuhkan saja. Jika gelombang sinyal R
jantung menghilang untuk beberapa selang waktu, maka pacemaker ini akan bekerja atau jika
heart rate menurun di bawah rata-rata, pacemaker ini juga akan aktif. Oleh karena itu
pacemaker jenis ini disebut demand pacemaker.
Jenis lain dari demand pacemaker yaitu menggunakan piezoelektrik sensor yang
ditanamkan di dalam pacemaker. Pacemaker akan memicu jantung semakin cepat atau
semakin lambat berdasarkan keadaan sensor yang membaca kondisi fisik pemakai. Seperti
yang diutarakan Medtronic, Inc., mereka memiliki beberapa model untuk pacemaker ini.
Dalam produk mereka, pacemaker tersebut dapat menyuplai detak jantung antara 60 hingga
150 bpm.
Programmable pacemaker merupakan pacemaker yang dapat diubah modenya sesuai
dengan jenis-jenis pacemaker yang tersebut di atas. Pacemaker ini dapat digambarkan dalam
empat diagram blok yang berbeda. Untuk mengubah jenis operasi pacemaker, sebuah magnet
akan diletakkan di dekat pacemaker, di atas kulit pasien untuk mengaktifkan “reed switch”
yang akan mengubah pacemaker ke jenis yang diinginkan.
Gambar 2.19: Blok diagram programmable pacemaker
2.7 Perangkat Elektronik yang Mempengaruhi Kinerja PacemakerAmerican Heart Association (AHA) menganjurkan bagi pengguna pacemaker untuk
berhati-hati terhadap peralatan elektronik di sekitar pengguna karena medan
elektromagnetinya kemungkinan dapat mengganggu kinerja pacemaker. Daftar peralatan
elektronik yang tidak mempengaruhi kineja pacemaker diantaranya:
Radio
Bor listrik
Alat cukur listrik
Detektor logam
Microwave oven
Detektor keamanan bandara
Sedangkan perlatan elektronik yang dapat mempengaruhi kinerja pacemaker adalah:
Peralatan pembangkit listrik
Peralatan pengelasan
Mesin MRI
Alat berat yang memiliki magnet kuat
Untuk telepon selular, jarak minimum yang diperbolehkan adalah 6 inch dari letak
pacemaker. Jika sedang melakukan panggilan, maka lakukan dengan bagian kanan tubuh.
Dan jangan sekali-kali meletakkan telepon seluler di saku dada.
2.8 Mengapa Pacemaker Dibutuhkan?Normalnya, SA Node secara otomatis mengkondisikan agar jantung berdetak sesuai
dengan kebutuhan, sebagai contoh menurunkan detak jantung pada waktu tidur dan
meningkatkan detak jantung pada saat berlatih atau beraktivitas, karena tubuh memerlukan
asupan oksigen. Terkadang, sinyal yang datang dari SA Node terlalu lambat (kondisi ini
dinamakan sinus bradycardia), atau bisa jadi suatu saat terlalu lambat dan suatu saat terlalu
cepat (dinamakan sick sinus syndrome), atau bahkan dapat juga tidak ada sinyal yang
diproduksi oleh SA Node (dinamakan sinus pause atau sinus arrest). Dan terkadang, dapat
pula terjadi kondisi dimana sinyal dari NA node sudah berjalan normal namun ternyata sinyal
tersebut gagal bergerak dari atrium ke ventrium. Kondisi ini dinamakan Heart Blok (kata
"block" dalam hal ini menggantikan maksud dari terhalangnya secara total pergerakan sinyal
elektrik. Jadi bukan merepresentasikan maksud dari penyumbatan pada pembuluh nadi).
Semua kondisi di atas, menjadi penyebab sangat lambatnya jantung dalam mempompa darah.
Dan ketika hal tersebut (dalam hal ini disebut dengan arytmia) terjadi, dapat menyebabkan
pusing atau pingsan. Sehingga pacemaker biasanya direkomendasikan untuk digunakan pada
kondisi tersebut. Perlu menjadi catatan, bahwa pacemaker hanya digunakan untuk
memecahkan masalah detak jantung yang lemah. Pacemaker sangat tidak efisien untuk
menangani masalah detak jantung yang cepat.
Seperti perangkat elektronik pada umumnya, pacemaker akan tidak berfungsi ketika
terkena medan magnet yang tinggi, seperti medan magnet yang dihasilkan oleh MRI. Oleh
karena itu, para Radiografer harus mencegah orang-orang yang memakai pacemaker untuk
jauh-jauh dari ruang MRI, sekalipun orang tersebut adalah pasien. Contoh lain yang dapat
kita jumpai dalam keseharian kita, yaitu uji metal detektor yang ada pada bandara atau
tempat-tempat lainnya. Peralatan tersebut juga dapat merusak pacemaker, sehingga orang-
orang yang tertanam pacemaker dalam tubuhnya akan mendapat kartu identitas alat pemacu
jantung. Terkait dengan hal-hal atau batasan-batasan ini, hendaknya pengguna pacemaker
langsung berkonsultasi kepada dokter yang berhubungan dengannya.
Cardiac Resynchronization Therapy
(CRT) Pacemaker merupakan salah satu jenis
unit pacemaker spesial yang bertujuan untuk
sinkronisasi jantung, memperbaiki sinyal
keluaran yang masuk ke jantung, mengurangi
kongesti dan low cardiac output. Secara
sederhana, CRT dapat mengatasi LV dis-
synchrony dan AV dis-synchrony.
Secara umum dari sebuah pacemaker
bekerja dengan cara melebarkan pembuluh
nadi, yang dalam hal ini menjadi jalur bagi
darah untuk mengalir sehingga memicu
timbulnya sinyal elektrik. Dalam hal ini, ada pacemaker yang kerjanya hanya merangsang
salah satu bilik jantung dengan memberikan impuls elektrik, dan ada pula pacemaker yang
kerjanya hanya mensinkronkan detak jantung yang melambat.
Tahun demi tahun, pacemaker telah mengalami perkembangan, yang salah satu
buktinya yaitu ditemukannya alat yang dinamakan Breathing Pacemaker. Secara singkat, alat
ini bekerja dengan merangsang diafragma untuk berkontraksi dan berelaksasi, sehingga orang
yang mempunyai masalah dengan pernafasan dapat menggunakan alat ini.
2.9 Implantasi Pacemaker1. Implantasi lead: Pasien akan dibius dan memasukkan lead melalui sayatan kecil,
biasanya di dekat tulang selangka. Lead dimasukkan secara perlahan melalui
pembuluh darah dan akhirnya masuk ke jantung. Posisi lead tampak dari monitor
berkat bantuan sinar X. Penggunaan satu atau dua lead tergantung pada kondisi
jantung. Sebuah pacemaker yang menggunakan satu lead disebut pacemaker single-
chamber, dan yang menggunakan dua lead disebut pacemaker dual-chamber, dimana
satu lead masuk ke atrium dan lead lainnya masuk ke ventrium
2. Pengujian dan implantasi: Lead lead yang telah diimplant akan dihubungkan ke
perangkat dan menguji sistem, sehingga bisa dipastikan bahwa lead dan perangkat
dapat bekerja dengan benar. Selama pengujian, jantung akan berdetak lebih cepat.
3. Implantasi perangkat: Pacemaker akan diletakkan tepat di bawah kulit dada bagian
atas biasanya dekat tulang selangka.
Gambar 2.19: Pacemaker CRT
BAB III
PENUTUP
3.1 KesimpulanAlat pacu jantung (pacemaker) adalah sebuah alat pacu yang dipasang pada jantung
seseorang yang mengalami gangguan pada sinyal listrik jantungnya.
Pacemaker secara kontinyu menjaga sistem elektrik dalam tubuh dengan memantau
aktivitas pasien, suhu darah, pernafasan dan faktor lainnya yang mengindikasikan keadaan
psikologi pasien, sehingga pacemaker akan mengetahui kapan sinyal elektrik buatan ini
dibutuhkan dan seberapa cepat.
3.2 Saran Makalah ini dapat digunakan lebih lanjut untuk kepentingan penelitian dan
pengembangan instrumen elektronika untuk hasil yang lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Aston, R., 1990. Principles of Biomedical Instrumentation and Measurement, Merrill
Publishing Company, Columbus.
http://www.cardioassoc.com/patient_pgs/procedures/pacemaker.asp
http://www.texasheart.org/hic/topics/proced/pacemake.cfm
http://www.uptodate.com/contents/patient-information-pacemakers-beyond-the-basics
Pertanyaan dan Jawaban tentang Pacemaker
Kelompok 1:
1. Apa saja kelemahan pacemaker?
Interferensi medan listrik yang kuat dapat mengganggu kinerja pacemaker, sehingga
dapat membahayakan pengguna.
Untuk pacemaker asinkron, pengguna tidak boleh melakukan aktivitas fisik yang
berlebihan, karena pacemaker hanya memacu detak jantung normal secara kontinyu.
2. Jika pacemaker bisa diperbarui terus menerus apakah jantung manusia tidak akan
kehilangan detaknya?
Secara medis memang pengguna tidak akan mengalami gangguan pada detak
jantungnya, tetapi meskipun dengan detak jantung normal jika organ lain rusak (hati,
ginjal, dsb) juga dapat menyebabkan kematian.
3. Bagaimana pengaruh medan listrik dan gelombang sinyal luar terhadap kerja
pacemaker?
Untuk medan listrik yang tidak terlalu kuat tidak mempengaruhi kinerja pacemaker,
sedangkan medan listrik yang cukup kuat dapat mengganggu kinerja pacemaker.
4. Bagaimana konfigurasi sensor pada pacemaker?
Untuk pacemaker asinkron tidak memerlukan sensor, tetapi untuk pacemaker sinkron
terdapat beberapa sensor untuk mengetahui kondisi fisik pemakai, beberapa sensor
tersebut adalah:
Accelerometer: Membandingkan aktifitas fisik tubuh dengan rataan detak jantung
Ventilation: Merespon terhadap rataan nafas
Blended: gabungan dari Accelerometer dan Ventilation.
5. Apakah pulsa yg dihasilkan pacemaker mempunyai perbedaan dengan pulsa SA
node? Jika iya, apa pengaruhnya terhadap siklus kerja tubuh?
Karena pacemaker didesain untuk menggantikan kerja dari SA Node, jadi pulsa yang
dihasilkan pacemaker sama dengan pulsa yang dihasilkan oleh SA Node.
Kelompok 2:
6. Bagaimana jika pemakai pacemaker melakukan aktivtas yang dapat mempercepat
detak jantung?
Jika pengguna menggunakan pacemaker sinkron tentu tidak masalah, karena pulsa
yang dihasilkan pacemaker akan mengikuti kondisi tubuh pengguna, tetapi jika
menggunakan pacemaker asinkron, pengguna akan merasakan gangguan metabolisme
seperti pusing dsb, karena pacemaker asinkron hanya menyuplai detak jantung secara
konstan.
7. Apa efek yang terjadi pada pacemaker jika pemakai pacemaker melakukan aktivtas
yang dapat mempercepat detak jantung?
Untuk pacemaker sinkron jika pemakai melakukan aktivitas yang dapat mempercepat
detak jantung, maka pulsa yang dihasilkan pacemaker juga semakin cepat, sedangkan
untuk pacemaker asinkron pulsa yang dihasilkan tetap/ konstan.
8. Jika masa pakai pacemaker sudah lama, sumber tegangannya akan menurun (ataupun
arusnya). Apakah ini mempengaruhi kerja pacemaker? Bagaimana megatasinya?
Tentu jika pacemaker digunakan secara terus-menerus, maka sumber tegangan
(baterai) pasti akan mengalami penurunan tegangan, namun selama tegangan ini
masih cukup untuk menyuplai rangkaian pacemaker, maka tidak akan terjadi masalah,
tetapi jika tegangan baterai sudah tidak mencukupi, maka pacemaker juga tidak bisa
bekerja. Oleh karena itu sebaiknya melakukan check-up dengan dokter setiap 6 bulan
sekali untuk memastikan keadaan pacemaker. Jika baterai pacemaker telah habis masa
pakainya, maka solusinya adalah dengan menggantinya dengan baterai baru.
9. Bagaimana cara sinyal keluaran pacemaker dapat memicu detak jantung? Apakah ada
sensor tertentu yang mempengaruhi sinyal keluaran tersebut?
Sinyal yang dihasilkan pacemaker akan disalurkan ke jantung melalui konduktor
(lead). Untuk pacemaker asinkron tidak terdapat sensor, sedangkan untuk pacemaker
sinkron terdapat beberapa sensor untuk mengetahui kondisi fisik pemakai, beberapa
sensor tersebut adalah:
Accelerometer: Membandingkan aktifitas fisik tubuh dengan rataan detak jantung
Ventilation: Merespon terhadap rataan nafas
Blended: gabungan dari Accelerometer dan Ventilation.
10. Jika secara tidak sengaja pacemaker mengalami kerusakan karena gelombang
elektromagnet, bagaimana cara mengatasinya?
Jika secara tidak sengaja pacemaker mengalami kerusakan karena gelombang
elektromagnet, maka harus segera dibawa ke rumah sakit untuk penanganan langsung
oleh dokter.
Kelompok 4:
11. Jelaskan perbedaan pacemaker temporary dan permanent!
Pacemaker temporary digunakan untuk pasien pasca operasi, sedangkan pacemaker
permanen digunakan untuk penderita lemah jantung
12. Bagaimana elektromagnet dapat mempengaruhi kinerja pacemaker?
Gelombang elektromagnet dapat mempengaruhi pacemaker karena arus medan yang
dihasilkan dapat mengganggu kerja pacemaker
13. Apa itu kongesti?
Kongesti merupakan keadaan dimana terdapat darah secara berlebihan (peningkatan
jumlah darah) di dalam pembuluh darah pada daerah tertentu
14. Apakah berbahaya implantasi pacemaker pada pasien cangkok jantung dan penderita
jantung? Jelaskan alasannya!
Tidak, karena pacemaker hanya menggantikan kerja dari SA Node, jadi meskipun
digunakan pada pasien cangkok jantung tidak menimbulkan efek negatif.
15. Apa kelebihan dan kekurangan pacemaker 1 lead dan 2 lead?
Pacemaker 1 lead dan 2 lead digunakan tergantung dari keadaan jantung, 1 lead
digunakan jika yang bermasalah adalah bilik atau serambi, sedangkan yang 2 lead
digunakan jika yang bermasalah adalah bilik dan serambi.
Kelompok 5:
16. Apakah tegangan line jala-jala dapat mempengaruhi kinerja pacemaker?
Tidak, karena medan listrik yang dihasilkan cukup kecil, sehingga tidak akan
mengganggu kinerja pacemaker.
17. Mana yang lebih efektif, pacemaker yang bekerja dengan melebarkan pembuluh nadi
atau pacemaker yang bekerja dengan memberikan rangsangan impuls elektrik?
Secara umum dari sebuah pacemaker bekerja dengan cara melebarkan pembuluh nadi,
yang dalam hal ini menjadi jalur bagi darah untuk mengalir sehingga memicu
timbulnya sinyal elektrik.
18. Hal apa saja yang dapat mempengaruhi kinerja SA node?
Disfungsi SA Node merupakan detak jantung yang tidak teratur disebabkan oleh
sinyal listrik jantung yang rusak. Ketika SA Node jantung rusak, irama jantung
menjadi abnormal, menjadi terlalu cepat, terlalu lambat, atau kombinasi keduanya.
19. Sensor apa yang digunakan pacemaker untuk memantau aktivitas pasien?
Beberapa sensor yang digunakan pada pacemaker sinkron:
Accelerometer: Membandingkan aktifitas fisik tubuh dengan rataan detak jantung
Ventilation: Merespon terhadap rataan nafas
Blended: Accelerometer + Ventilation
20. Pada saat kondisi jantung seperti apa kita harus menggunakan pacemaker 1 lead atau
2 lead?
1 lead digunakan jika yang bermasalah adalah bilik atau serambi, sedangkan yang 2
lead digunakan jika yang bermasalah adalah bilik dan serambi.
Kelompok 6:
21. Bagaimana terjadinya sinyal elektrik pada otot jantung?
Berdasarkan hukum Nerst, karena adanya perbedaan konsentrasi ion yang bergerak di
dalam jaringan sel.
22. Jelaskan metode transtelephonic!
Transtelephonic monitor merupakan metode pemantauan transmisi gambar aktivitas
jantung pasien melalui telepon. Frekuensi pemantauan berubah seiring digunakannya
pacemaker, pemantauan ini akan lebih sering ketika pacemaker mendekati masa
pergantian.
23. Darimana timbul tegangan stimulus Vs dan pengaruh tahanan jantung terhadap energi
yg diperlukan oleh jantung?
Pacemaker menghasilkan sinyal elektrik berupa arus, arus ini mengalir melalui
jantung yang memiliki nilai tahanan RH berkisar antara 100 – 1400 ohm, sehingga
akan timbul teganagan stimulus VS, dan pulsa stimulus. Durasi waktu setiap stimulus
yang terukur dalam orde milisekon ini disebut dengan TD. Tegangan VS ini berubah-
ubah sehingga menghasilkan energi EP yang diperlukan jantung. Ketika pulsa
pacemaker high tegangan stimulus memberikan energi ke jantung, dan ketika pulsa
low, jantung menyerap energi sebesar VSIDT, dimana T adalah periode pulsa, dan ID
adalah arus drain dari baterai.
24. Sebesar apakah lead pacemaker? Jika lead tidak diganti apakah aman2 saja?
Ukuran dari lead pacemaker relative kecil, seukuran dengan otot manusia. Karena
lead ini diimplan pada manusia, maka penggunaan bahan haruslah tidak
membahayakan tubuh. Jadi meskipun tidak diganti akan aman-aman saja karena
sudah ada standar keamanannya.
25. Dimana peletakan pulsa generator dan bagaimana rangkaian elektriknya?
Peletakkan pacemaker diimplan di dada atas dekat selangka, rangkaian elektriknya
terdiri dari komparator, pembangkit pulsa astable dan monostable.
Kelompok 7
26. Berapa tegangan yang dihasilkan oleh pacemaker untuk memicu detak jantung?
Tegangan yang dihasilkan pacemaker sekitar 6 Volt, dan digunakan untuk semua usia.
27. Apa yang dimaksud programmable pacemaker?
Programmable pacemaker merupakan pacemaker yang dapat diubah modenya sesuai
dengan jenis pacemaker yang diinginkan yaitu P-Wave Synchronous Pacemaker atau
R-Wave Inhibited Pacemaker.
Untuk mengubah jenis operasi pacemaker, sebuah magnet akan diletakkan di dekat
pacemaker, di atas kulit pasien untuk mengaktifkan “reed switch” yang akan
mengubah pacemaker ke jenis yang diinginkan.
28. Dimanakah peletakkan lead pacemaker?
Lead diletakkan pada pembuluh darah jantung yang terhubung dengan SA Node,
sehingga sinyal dari pacemaker dapat digunakan untuk memicu jantung.
29. Pada rangkaian elektrik pacemaker, mengapa masukannya pada kutub inverting? Jika
umpan balik positif diganti umpan balik negatif apakah bisa?
Karena pada rangkaian komparator masukan harus terletak pada kutub inverting dan
menggunakan umpan balik positif, jika umpan balik positif diganti menjadi umpan
balik negatif, maka rangkaian tersebut akan berubah menjadi rangkaian penguat.
30. Mengapa telepon genggam bisa membahayakan pemakai pacemaker, sedangkan
microwave tidak membahayakan pemakai pacemaker?
Karena penggunaan telepon genggam yang cenderung dekat dengan pacemaker, oleh
karena itu sebaiknya tidak meletakkan telepon genggam di saku dekat dada atau
ketika menelpon sebaiknya gunakan bagian tubuh sebelah kanan.
Kelompok 8:
31. Berapa detak jantung minimal yang diperlukan oleh tubuh?
Detak jantung normal berkisar antara 70-80 bpm, tetapi jika dalam keadaan istirahat
(tidur) detak jantung berkisar kurang lebih 40 bpm.
32. Apakah peletakkan pacemaker harus selalu di dada atas dekat selangka?
Sejauh ini, implantasi yang dilakukan oleh dokter selalu di bagian dada kiri atas dekat
tulang selangka karena untuk memudahkan dalam pengkabelan pacemaker ke jantung.
33. Mengapa telepon genggam bisa membahayakan pemakai pacemaker, sedangkan
microwave tidak membahayakan pemakai pacemaker?
Karena penggunaan telepon genggam yang cenderung dekat dengan pacemaker, oleh
karena itu sebaiknya tidak meletakkan telepon genggam di saku dekat dada atau
ketika menelpon sebaiknya gunakan bagian tubuh sebelah kanan.
34. Apakah pengguna pacemaker diharuskan konsultasi dengan dokter untuk selang
waktu tertentu?
Ya, pengguna pacemaker meskipun gangguan pada jantungnya dapat teratasi namun
harus tetap melakukan check-up ke rumah sakit setiap 6 bulan sekali untuk
memastikan keadaan pacemaker.
35. Apakah baterai sel nuklir pernah diimplementasikan sebagai catu daya pacemaker?