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