Post on 16-Mar-2019
Pengembangan Elektrokardiografi (EKG) Portable Sebagai Wujud
Teknologi Tepat Guna
Tyas Istiqomah1, Welina Ratnayanti K2, Franky Candra SA3
1,2,3 Program Studi Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Airlangga
Email : tyasistiqomah@gmail.com
Abstract
Heart as one of the vital organs of the body with its main function to
circulate blood throughout the body, is vulnerable to diseases. In order to check
the condition of one's heart health, ECG (electrocardiograph) is used, which is
now very available in large quantities in the market. But the high price and its
usage of which is not portable, becomes an obstacle to itself. Therefore, a design
to create an efficient, mobile and cheap ECG was made. The results shown were
the PQRST heart signals on the Oscilloscope Scope software. On the hardware,
power supply, amplifier, bandpass filter and buffer circuits were utilized. After
ECG (electrocardiograph) has successfully made, it compared with standard ECG
(electrocardiograph). The difference between the voltage and time values obtained
for each lead is Lead I 0.02mV and 0.004s, Lead II 0.02mV and 0.003s, Lead III
0mV and 0.01s. The results are still included within the range of accuracy of ECG
Standard.
Keywords : ECG, heart, heart rate, amplifier, filter
Abstrak
Jantung sebagai salah satu organ vital bagi tubuh dengan fungsi utamanya
untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh sangat rentan terserang penyakit. Untuk
dapat memeriksa kondisi kesehatan jantung seseorang digunakan alat EKG
(elektrokardiogram) yang kini sangat banyak tersedia di pasaran. Namun harganya
yang yang mahal serta penggunaannya yang tidak dapat dibawa kemana-mana
menjadi penghambat tersendiri. Untuk itu akan dibuat sebuah rancang bangun
EKG sehingga EKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena mobile serta murah.
Hasil yang ditampilkan adalah sinyal PQRST jantung pada software Scope
Osiloskop. Untuk rangkaian hardware yang digunakan adalah rangkaian catu
daya, rangkaian amplifier, rangkaian bandpass filter, dan rangkaian buffer. Setelah
EKG berhasil dibuat selanjutnya dilakukan proses perbandingan dengan EKG
Standard. Adapun selisih nilai tegangan dan waktu yang didapat untuk masing-
masing lead adalah Lead I 0,02mV dan 0,004s, Lead II 0,02mV dan 0,003s, Lead
III 0mV dan 0,01s. Hasil yang didapat tersebut masih termasuk dalam rentang
ketelitian EKG Standard.
Kata kunci: EKG, jantung, detak jantung, amplifier, filter
Pendahuluan
Jantung adalah salah satu organ vital bagi tubuh yang fungsi utamanya
untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh. Jantung sebagai salah satu organ vital
tubuh sangat rentan terserang penyakit. Pemeriksaan jantung biasa dilakukan
dengan EKG (elektrokardiogram). Hasil yang ditampilkan pada EKG berupa
sinyal PQRST dengan makna tertentu. Berdasarkan sinyal yang dihasilkan dapat
dianalisa oleh dokter tentang penyakit yang diderita.
Kebanyakan perangkat EKG saat ini merupakan produk import serta harga
yang sangat mahal. Selain itu penggunaan perangkat EKG tersebut yang tidak
praktis karena kurang mobile dan biasanya hanya dimiliki oleh rumah sakit besar
saja.
Berdasarkan hal tersebut, akan dibuat rancang bangun EKG dengan
soundcard ke laptop sehingga EKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena
mobile, serta biaya pembuatan yang terjangkau. Sebagai pengukur dari tubuh
pasien digunakan hanya tiga buah sadapan, yaitu RA (right arm), LA (left arm),
dan LL (left leg) serta ditambah satu sadapan sebagai grounding yaitu di RL (right
leg). Diharapkan dengan adanya alat ini dapat memberikan tampilan sinyal yang
rendah noise dan akurat serta dapat digunakan sebagai alat yang tepat guna di
bidang medis.
Jantung
Secara fisiologi, jantung adalah salah satu organ tubuh yang paling vital
fungsinya dibandingkan dengan organ tubuh lainnya. Jantung merupakan sebuah
otot yang dapat berkontraksi. Kontraksi otot manapun akan selalu menimbulkan
perubahan kelistrikan yang dikenal dengan istilah potensial aksi. Potensial aksi
yang timbul pada otot jantung (miokardium) dan jaringan transmisi jantung inilah
yang memberikan gambaran kelistrikan jantung (konduksi jantung). Adanya
konduksi jantung dapat menghasilkan impuls listrik secara ritmis yang
menyebabkan adanya kontraksi ritmis otot jantung yang disebut ritme jantung,
mengirim potensial aksi melalui otot jantung dan menyebabkan terjadinya detak
jantung (Guyton, 2006).
Elektrokardiograf (EKG)
EKG adalah suatu gambaran grafis mengenai gambaran puncak aktifitas
elektris dari serabut otot jantung, berupa kurva tegangan fungsi waktu yang terdiri
dari berbagai puncak (Heru, 2008). Sebuah EKG dapat digunakan untuk
mengukur denyut jantung dan mendiagnosis adanya kelainan pada jantung.
Gambar 1. Sinyal Keluaran EKG
Sadapan EKG
Penggunaan EKG dilengkapi dengan pemasangan sadapan pada tubuh
sebagai monitor adanya perubahan tegangan antara elektroda yang ditempatkan
pada berbagai posisi di tubuh. Pengukuran sinyal pada EKG dilakukan dengan
pemilihan tiga titik bipolar yang pertama kali diperkenalkan oleh Einthoven
yang terletak di lengan kanan, lengan kiri, dan kaki kiri. Pengambilan titik
reference ini digambarkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Segitiga Einthoven
Metode Penelitian
Perancangan Alat
Diagram alir prosedur penelitian disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram Alir Prosedur Penelitian
Selanjutnya dilakukan tahap perancangan hardware dan software yang
disajikan pada Gambar 4.
(a) (b)
Gambar 4. Perancangan (a) Hardware (b) Software
Hasil Dan Pembahasan
Pembuatan Alat
Adapun perangkat keras dalam penelitian ini terdiri dari rangkaian catu
daya, rangkaian penguat diferensial, rangkaian filter, dan rangkaian buffer.
Perangkat lunak dalam penelitian ini berupa tampilan pada Soundcard Osiloskop.
Gambar 6. Rangkaian EKG
Rangkaian Diferensial Amplifier
Rangkaian diferensial amplifier berfungsi sebagai penguat sinyal agar
dapat diproses sistem, dikarenakan sinyal dari tubuh sangat lemah. Komponen
penguat yang dipilih adalah IC jenis LM 324 yang terdapat Op-Amp di dalamnya.
Rangkaian Filter
Pada perancangan filter ini terdiri dari dua jenis filter, yaitu high pass filter
dan low pass filter. Filter ini berfungsi untuk mengurang noise yang dapat
mengganggu kinerja alat. Perhitungan nilai frekuensi cut-off pada masing-masing
filter adalah:
���ℎ����������:� = 1
2���=
1
(2)(3,14)(10�)(0,1��)
= 0,16��
�������������:� = 1
2���=
1
(2)(3,14)(100�)(0,1��)= 16��
Rangkaian Buffer
Rangkaian buffer yang digunakan pada penelitian ini digunakan untuk
stabilizer sinyal agar tidak rusak ketika masuk rangkaian pertama kali.
Pengujian Rangkaian Diferensial Amplifier
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai penguatan rangkaian
setelah dilakukan pengujian berulang. Berdasarkan uji yang dilakukan, didapat
grafik linieritas seperti ditunjukkan Gambar 7.
Gambar 7. Grafik Linieritas Rangkaian Diferensial Amplifier
Semakin tinggi tegangan input maka tegangan output yang dihasilkan juga
semakin besar. Namun dalam rangkaian penguat yang digunakan nilai
penguatannya tidak menghasilkan grafik linier karena penguatannya tidak stabil.
Hal ini bisa disebabkan karena pemilihan komponen yang kurang tepat sehingga
kerjanya tidak stabil.
Pengujian Rangkaian Filter
Pengujian rangkaian filter dilakukan pada low pass filter dan high pass
filter dan didapat grafik sperti ditunjukkan Gambar 8.
Gambar 8. Grafik Hasil Pengujian Rangkaian Filter
Rentang nilai cut off yang dihasilkan adalah 1-10 Hz, yang mana
seharusnya dicapai adalah 0,16 – 16 Hz. Hal ini berarti ada frekuensi yang
seharusnya diloloskan oleh rangkaian menjadi tidak diloloskan dan menunjukkan
jika filter belum mampu mengurangi noise secara maksimal.
Pengujian Pada Pasien
Pengambilan data dilanjutkan dengan melakukan uji pada tampilan akhir
di laptop dengan seorang pasien uji. Data yang diambil berasal dari pemasangan
tiga titik lead yang berbeda.
(a) (b)
Gambar 9. Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead I (a) dan Lead II (b)
Gambar 10. Hasil Pengujian Pada Lead III
Perbandingan Amplitudo EKG Standard dan EKG Rancangan
Nilai perbandingan amplitudo antara kedua EKG diambil berdasarkan
ketiga lead yang digunakan. Nilai amplitudo didapat dari perhitungan nilai
tegangan (mV) yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG, dimana tiap
satu kotak kecil bernilai 0,1mV.
Tabel I. Perbandingan Amplitudo Lead I
Tabel II. Perbandingan Amplitudo Lead II
Tabel III. Perbandingan Amplitudo Lead III
Berdasarkan prinsip segitiga Einthoven dimana nilai tegangan pada Lead
II – Lead I = Lead III, maka didapat nilai tegangan dari EKG Standard dan EKG
Rancangan sebagai berikut:
a. EKG Standard: ������ − ����� = �������
0,353�� − 0,18�� = 0,173��(�����������)
b. EKG Rancangan: ������ − ����� = �������
0,373�� − 0,2�� = 0,173��(�����������)
Perbandingan Periode EKG Standard dan EKG Rancangan
Nilai perbandingan periode antara kedua EKG juga diambil berdasarkan
ketiga lead yang digunakan. Nilai periode didapat dari perhitungan nilai waktu (s)
yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG, dimana tiap satu kotak kecil
bernilai 0,04s.
Tabel IV. Perbandingan Periode Lead I
TABEL V. Perbandingan Periode Lead II
TABEL VI. Perbandingan Periode Lead III
Berdasarkan perbandingan periode yang telah dilakukan pada Lead I, Lead
II, dan Lead III dengan masing-masing dilakukan sebanyak tiga kali pengukuran,
didapat hasil jika nilai waktu (s) yang dihasilkan EKG Rancangan masih dalam
rentang EKG Standard, sehingga EKG Rancangan dinyatakan bekerja dengan
baik.
Kesimpulan
1. Elektrokardiograf (EKG) telah dibuat dapat menampilkan sinyal
kompleks PQRST jantung pada tampilan laptop untuk pemasangan tiga
lead berbeda.
2. Elektrokardiograf (EKG) yang dibuat juga telah dibandingkan dengan
EKG Standard dari tiga lead berbeda. Adapun selisih nilai tegangan dan
waktu yang didapat untuk masing-masing lead adalah Lead I 0,02mV dan
0,004s, Lead II 0,02mV dan 0,003s, Lead III 0mV dan 0,01s. Hasil yang
didapat tersebut masih termasuk dalam rentang ketelitian EKG Standard.
3. Perhitungan gelombang P,Q,S,T belum dapat dilakukan karena sinyal
yang terlalu kecil dan bercampur dengan noise.
Saran
Berikut ini adalah beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk
penyempurnaan penelitian lebih lanjut :
1. Sinyal EKG pada tampilan akhir belum bersih dari noise sehingga
gelombang PQRST tidak terlihat jelas. Penelitian berikutnya dapat
digunakan FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengetahui nilai frekuensi
yang menyebabkan terjadinya noise. Langkah ini sebagai dasar dalam
merancang filter agar diperoleh EKG yang rendah noise.
2. Pada penelitian berikutnya dalam membandingkan EKG hendaknya
dilakukan pengambilan data pasien secara bersamaan untuk mendapatkan
nilai tegangan dan waktu pada gelombang PQRST.
3. Uji kinerja amplifier hendaknya dilakukan pada rentang kerja dari
amplifier yang digunakan untuk penguatan sinyal EKG.
4. Untuk penelitian berikutnya diharapkan rangkaian EKG dilengkapi dengan
rangkaian isolasi untuk keamanan pasien.
5. Dikembangkan software yang dapat bekerja secara real time yang dapat
menampilkan kondisi jantung.
Ucapan Terima Kasih
Penulis ucapkan terima kasih sebesar-sebesarnya kepada Allah SWT yang
telah memberikan setiap kenikmatan dalam menyelesaikan penelitian ini. Terima
kasih pula untuk papa, mama, adik, dan cha atas setiap support yang diberikan
serta kepada semua teman-teman Teknobiomedik 2008.
Daftar Pustaka
Azhar dan Suyanto., 2009, Studi Identifikasi Sinyal EKG Irama Myocardial
Ischemia dengan Pendekatan Fuzzy Logic, Jurnal Teknik Industri Volume
7, Nomor 4, Juli 2009 : 193–206.
Cahyono, Y., Susilo R, E., Novitaningtyas, Y., 2008, Rekayasa Biomedik Terpadu
untuk Mendeteksi Kelainan Jantung, Jurnal Fisika dan Aplikasinya
Volume 4, Nomor 2 JUNI 2008 Jurusan Fisika-FMIPA, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember.
Christian Zeitnits. 2012. Soundcard Oscilloscope.
http://www.zeitnitz.de/Christian/scope_en/
Darmayasa, P., 2006, Tutorial Mikrokontroler, http://www.geocities.com
/tu_darma/serialhtml
Faludi, Robert, 2009, Fundamentals of Physichal Computing School of Visual
Arts, http://interactiondesign.sva.edu.
Fandi, A., Adil, R., Wardana, P., Rochmad, M., 2006, Perancangan dan
Pembuatan Modul EKG dan EMG Dalam Satu Unit PC Sub Judul :
Pembuatan Rangkaian EKG dan Software EKG Pada PC, Teknik
Elektronika PENS-ITS, Surabaya.
Guyton and Hall., 2006, Textbook of Medical Physiology Eleventh Edition,
Elsevier Saunders, Pennsylvania : 103.
Hadiyoso, S., Alfaruq, A., Rizal, A., 2011, Sistem Multiplexing pada Pengiriman
Data Monitoring EKG, PPG, dan Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroler,
Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2011 (SNATI 2011)
Yogyakarta, 17-18 Juni 2011.
Heru, A., 2008, Desain Alat Deteksi Dini dan Mandiri Aritmia, Jurnal Teknologi
dan Manajemen Informatika Volume 6, Nomor 3, Agustus 2008.
Istataqomawan, Zuli, 2011, Catu Daya Tegangan DC Variabel dengan Dua Tahap
Regulasi (Switching dan Linier), Semarang: Teknik Elektro Universitas
Diponegoro.
Jones, S., 2005, EKG Notes Interpretation and Management Guide, F.A Davis
Company: Philadelphia.
Kuntarti., 2006, Fisiologi Kardiovaskular, Faal_KV/ikun/2006.
Kurachi, Y., 2001, Heart Physiology and Pathophysiology, Boston, Massachusetts
:9-10.
Malvino, Albert Paul., 1996, Prinsip-prinsip Elektronika Jilid 2: Edisi 3, Jakarta,
Erlangga.
McGraw-Hill., 2004, Bioelectricity and Its Measurement, Digital Engineering
Library, www.digitalengineeringlibrary.com
Mega, Yiwansyah., 2006, Photoelectric Plethysmographs Menggunakan PC
Soundcard dalam Pengukuran Detak Jantung, Jurusan Fisika Universitas
Sriwijaya, Jurnal Volume 30 No.2 Juli-Desember 2006.
Ramli, Nur Ilyani., 2011, Design dan Fabrication of a Low Cost Heart Monitor
Using Reflectance Photopleyhysmogram, World Academy of Science,
Engineering and Technology 80 2011.
Rosyadi, I., 2001, Perancangan Awal Elektrokardiograf Digital Berbasis
Komputer Cerdas, Skripsi Fakultas MIPA Universitas Airlangga :
Surabaya.
Rusmawati, E., 2006, Universal Bio-Amplifier Berbasis Personal Computer (PC)
Bagian I, Tugas Akhir Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Airlangga, Surabaya.
Sergio, F., 1998, Design with Operational Amplifier and Analog Integrated
Circuit, Mc Graw-Hill, Electrical Engineering Service.
Setiawan, A., 2010, Analisa Penentuan Aksis Jantung Sinyal EKG dengan
Program Delphi, Proposal Tugas Akhir Program Diploma IV Departemen
Kesehatan Republik Indonesia Politeknik Kesehatan Surabaya Jurusan
Teknik Elektromedik.
Setiawan, R., 2008, Teknik Akuisisi Data, Graha Ilmu: Yogyakarta.
Soeliadi., 1991, Belajar EKG Tanpa Guru, Yayasan Essentia Medica: Yogyakarta.
Subhi, Hanggi Nur., 2012, Deteksi BPM dengan Modul Wireless X-Bee Berbasis
Mikrokontroller AVR, Surabaya, Politeknik Kesehatan Kemenkes
Surabaya.
Vahed, A., 2005, 3-Lead Wireless EKG Electronic Design Project Final Report.
Vena., 2010, Mengapa Potensial Membran Istirahat Ada yang Lebih Negatif dan
Ada yang Lebih Positif, Mengapa-potensial-membran-istirahat-rmp.html.
Widodo, A., 2009, Sistem Akuisisi EKG Menggunakan USB Untuk Deteksi
Aritmia, Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI –
ITS.
http://www.alldatasheet.com/
http://www.solarbotics.com