PEMODELAN OSILASI REGANGAN DINDING DADA BERBASIS AUSKULTASI SEBAGAI PARAMETER FISIOLOGIS SINKRONISASI KARDIORESPIRASI
Searching for wisdom from the wildest view with largest open mind
PEMODELAN OSILASI REGANGAN DINDING DADA BERBASIS AUSKULTASI
SEBAGAI PARAMETER FISIOLOGIS SINKRONISASI KARDIORESPIRASI
UJIAN KUALIFIKASI
Nurida Finahari
PDIK - 0730703012
Interaksi antara aktivitas jantung dan paru-paru
(interaksi kardiorespirasi) telah mulai dipelajari sejak
2 abad yang lalu dan terus dikembangkan
Penelitian-penelitian tentang sinkronisasi
kardiorespirasi pada awalnya ditujukan
untuk memahami mekanisme
patofisiologis (Mrowka, et.al; 2003)
Posisi jantung dan paru-paru yang berdekatan
memungkinkan munculnya gelombang interferensi dari
gelombang vibrasi yang dihasilkan keduanya
Karakteristik gelombang interferensi tersebut
merupakan gambaran karakteristik masingmasing gelombang sumbernya
HUBUNGAN FUNGSIONAL
Model analitis jantung sulit dilakukan
Karena kompleksitas fisioanatomi
y = f (x1; x2; x3)
Model pernafasan: inspirasi maksimum
Dinamika diafragma dan otot interkostal: statis
Sulit dilakukan rekaman dinamis
Model matematis: linier elastis, terkendala
struktur tulang, dilakukan parsial
y : osilasi regangan dinding dada
x1: gerak jantung
x2: gerak diafragma
x3: gerak otot intercostal
Deviasi nilai parameter jantung dan
paru-paru sangat lebar dan
berlawanan sifat mekanisnya
Vibrasi berbasis
auskultasi
Numerisasi, kompilasi dan
transformasi grafik gold
standar
ALTERNATIF SOLUSI
1. Bagaimanakah model matematis gelombang suara jantung dan paru
yang dapat menghasilkan interferensi ?
2. Bagaimanakah model rambatan gelombang interferensi suara jantung
dan paru melalui rongga intra torak hingga ke permukaan kulit dada ?
3. Bagaimanakah model matematis osilasi regangan dinding dada yang
terbentuk oleh gelombang interferensi tersebut ?
4. Apakah osilasi regangan dinding dada berhubungan dengan kondisi
fisiologis sinkronisasi kardiorespirasi ?
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menyusun model matematis interferensi gelombang suara jantung
dan paru.
2. Menyusun model rambatan gelombang interferensi suara jantung
dan paru melalui rongga torak hingga ke permukaan kulit dada.
3. Menyusun model matematis osilasi regangan dinding dada dengan
gaya pembangkit bersumber pada gelombang interferensi suara
jantung dan paru.
4. Memvalidasi osilasi regangan dinding dada sebagai parameter
fisiologis sinkronisasi kardiorespirasi.
Penelitian ini merupakan langkah
awal untuk mencapai integrasi
peralatan pengukur, pemonitor dan
penganalisis sistem kardiorespirasi
dan sinkronisasinya.
Model matematis dan alat ukur baru
yang didesain sebagai sarana validasi
dapat dikembangkan sebagai sarana
untuk memprediksi ‘masa hidup’
kondisi jantung dan/atau paru. Hal ini
merupakan dasar dari sistem
biopreventive maintenance.
Sinkronisasi kardiorespirasi didefinisikan sebagai koordinasi selaras
antara urutan siklus detak jantung dan siklus respirasi yang
bersesuaian (Cysarz et.al., 2004)
Analisis sinkronisasi dilakukan dengan cara menghitung jarak waktu
antara onset inspirasi dan gelombang R yang mendahuluinya
Penelitian tentang sinkronisasi kardiorespirasi awalnya ditujukan
untuk mendapatkan informasi kontinyu berbasis waktu (time
series information) sebagai data analisis patologi dan pelevelan
derajat resiko (Makikallio et.al., 2001)
Metode Synchronization merupakan
metode matematis yang digunakan untuk
menganalisis 2 kopel osilator dengan
fase 1 dan 2 (Rosenblum et.al., 2001)
Jika terjadi sinkronisasi maka 1 - 2
menghasilkan nilai yang konstan
Jika terjadi sinkronisasi maka nilai
= 1 sedangkan de-sinkronisasi
bernilai = 0
Metode Phase Recurrence
kuantifikasinya didasarkan pada
pengecekan beda interval antara 2
gelombang R yang berurutan
Jika beda interval tersebut tidak
melebihi nilai toleransi dan terulang
setidaknya k kali perhitungan yang
berurutan maka sinkronisasi terjadi
Untuk menjaga akurasi dianjurkan
nilai k ≥ m untuk sinkronisasi m:n,
dimana jumlah gelombang R
setidaknya sama dengan 2m
Pemantauan suara jantung masih menjadi standar penting dan
terintegrasi dalam diagnosa klinis penyakit jantung (Tavel, 1996)
Secara umum suara jantung dideteksi dengan menggunakan
stetoskop akustik atau stetoskop elektronik
Peralatan ini tidak dapat menyimpan dan memutar ulang suara, tidak dapat
menghasilkan tampilan visual dan tidak bisa diproses secara digital karena
berbentuk sinyal akustik (Tavel, 2006)
Stetostop elektronik yang lebih baik bahkan menghasilkan noise
yang cukup mengganggu disamping juga masih sulit dihubungkan
dengan komputer untuk memudahkan penganalisisan
S1 terdengar pada saat katup mitral
dan tricuspid (atrioventricular
valves) menutup di awal kontraksi
ventrikel
S2 terjadi pada saat katup aorta
dan pulmonaris tertutup di akhir
kontraksi ventrikel
S3 normal terdengar pada awal
diastol, yaitu pada periode awal
pengisian ventrikel secara pasif
S4 normal terdengar pada akhir
diastol, yaitu pada periode
pengisian ventrikel secara aktif
akibat kontraksi atrium
Terdapat beberapa variasi suara jantung yang
menggambarkan kondisi normal maupun
patologis (Bates, 2005)
- Suara murmur diakibatkan oleh turbulensi aliran darah
- Clicks adalah suara pendek dengan pitch tinggi yang
terdengar jika terjadi stenosis atau prolapse pada katup
mitral, stenosis pada saluran aorta dan pulmonar
- Rubs adalah suara gesekan, gemeretak dengan pitch
tinggi yang dikaitkan dengan adanya kelainan atau
inflamasi lapisan perikardium (perikarditis)
Suara jantung juga dipengaruhi oleh aktivitas pernafasan. Tekanan inhalasi dapat
menyebabkan peningkatan aliran darah dari vena pulmonar menuju ruang sisi kanan
jantung. Dalam hal ini murmur sisi kanan jantung meningkat intensitasnya
1.
2.
3.
4.
Kualitas suara
Visualisasi data (grafik – spektral)
Rekaman dan playback
Database
Suara pernafasan normal didefinisikan sebagai suara gemuruh ringan (slight
murmur) yang mengikuti masuk dan keluarnya udara pernafasan dari sel paru
(Laennec, 1935)
Secara umum suara pernafasan normal dibedakan atas suara trakeal dan
bronkial. Suara di sekitar alveoli masih menjadi perdebatan.
Suara pernafasan terjadi karena gerak udara membentuk aliran turbulen saat
mengalami perubahan lebar ruang aliran dari sempit menjadi lebih luas
Secara klinis intensitas suara paru umumnya dihubungkan dengan volume
paru dimana peningkatan intensitas suara paru merupakan indikasi terjadinya
ekspansi paru
Diketahui bahwa aliran udara yang memasuki paru kiri mengalami perlambatan
akibat adanya aliran dari arah berlawanan yang terjadi karena dorongan denyut
jantung
Karakteristik suara pernafasan trakeal dipengaruhi
oleh tinggi badan (Sanchez, Pasterkamp, 1993), laju
aliran udara (Soufflet et.al., 1990), usia dan jenis
kelamin (Gross et.al., 2000)
Frekuensi suara pernafasan dibedakan menjadi 3 rentang spektrum
(Pasterkamp et.al., 1997), yaitu rentang frekuensi rendah (100-300
Hz), menengah (300-600 Hz) dan tinggi (600-1200 Hz).
Pada rentang frekuensi rendah, terjadi tumpang tindih
antara suara jantung dan pergerakan otot
Visualisasi playback diperlambat
Konsepsi-konsepsi dasar konvensional auskultasi
pernafasan (Pasterkamp et.al., 1997a) :
1) asimetri pada amplitudo suara pernafasan
mengindikasikan adanya penyakit
2) suara yang didengar pada permukaan dada adalah versi
saringan suara trakeal dan suara leher
3) kecepatan aliran udara tidak banyak berpengaruh pada
diagnosa klinis selama kecepatan normalnya terpenuhi
Konsepsi konvensional kurang akurat karena tidak
mempertimbangkan karakteristik laju aliran udara,
sehingga perlu dilakukan koreksi
Secara global rambatan gelombang pada rongga torak dibedakan
berdasarkan 3 area yang dilaluinya (Pasterkamp et.al., 1997a), yaitu
saluran respirasi atas, jaringan parenkim dan dinding dada
Saluran respirasi atas:
- terdiri atas jalur vocal, jalan nafas subglottal dan
percabangan nafas besar
- dimodelkan sebagai tube tunggal panjang yang tidak kaku,
ujungnya terbuka ke arah rongga udara yang relatif besar
- sifat jaringan mudah menyerap energi suara
- resonansi suara berkisar pada frekuensi dasar 650 Hz pada
sistem subglottal atau lebih rendah jika keseluruhan jalur
bersih dari lendir atau debu-debu (Mansfield, Wodicka, 1995)
Jaringan parenkim:
- terdiri atas percabangan saluran nafas kecil, rongga alveoli, saluran
kapiler dan jaringan pendukung
- < 10 kHz (> diameter alveoli) dimodelkan sebagai busa berisi campuran
homogen antara udara dan jaringan fluida seperti air (Rice, 1983)
- suara merambat dengan kecepatan sekitar 50 m/s
- model lain berupa kumpulan gelembung udara dalam air
(D’yachenko, Lyubimov, 1988)
- kerugian energi terjadi jika panjang gelombang suara mendekati
diameter alveoli
- proses rambatan suara sangat dipengaruhi level frekuensi suaranya
Dinding dada:
- lebih tipis tetapi lebih padat dan kaku
- analisis rambatan lebih kompleks karena adanya otot, tulang, kulit dan
jaringan lainnya
- terdapat dugaan bahwa perbedaan impedansi antara jaringan parenkim
dan dinding dada menyebabkan terjadinya penurunan amplitudo yang
sangat besar, perubahan waktu rambatan dan bentuk gelombang suara
(Vovk et.al., 1995).
Ketiga area rambatan gelombang suara tersebut dimodelkan sebagai
tabung silinder besar dengan rongga tube ditengahnya dan terbuka di
ujungnya (Vovk et.al., 1994)
Model memberikan gambaran rambatan gelombang suara pernafasan pada
manusia sehat (Wodicka, Shannon, 1990) tetapi tidak dapat menjelaskan
terbentuknya suara pernafasan di jalur-jalur percabangan
Secara eksperimental, regangan dinding dada telah dijadikan
parameter pengukuran perubahan volume rongga rusuk dengan
menggunakan pletismograf induktansi (Palmer et.al; 2004)
Pemodelan dinding dada telah dilakukan
secara matematik pada penelitian terhadap
aktivitas paru-paru dan otot perut (Cappelo,
De Troyer; 2004)
Persamaan keseimbangan statis sistem pernafasan:
Pao = KR VR + KL VL
Pao = KDi VDi + Pab + KL VL
Pab = KA VA + PA
Volume paru-paru = volume dada – volume jantung – volume spinal – volume subphrenic
Salah satu model sistem pernafasan disusun dalam kondisi tubuh beraktivitas
dinamis sehingga mengalami percepatan aksial, seperti misalnya yang terjadi
pada saat berjalan atau berlari (Loring et.al., 2001)
Gaya netto yang diakibatkan oleh gerak otot-otot pernafasan dada (Frc) dan
abdominal (Fab):
Frc mrc xrc ( PG Arc ) ( Pe1,l Arc ) ( K rcm xrc ) ( Rrcm x rc )
mrc xo cos mrc Gzo cos mrc G yo sin
Fab mab xab ( PG Aab ) ( Pe1,l Aab ) ( K rcm xab ) ( Rrcm x ab )
m ab xo cos mabGzo cos mabG yo sin
Penggunaan sensor getaran sebagai alat ukur banyak dilakukan pada
penelitian-penelitian tentang kualitas tidur (Mack, et.al; 2003)
Sensor getaran murah, tidak bersifat intrusif sehingga dapat ditempatkan
pada kursi diagnosa, tempat tidur ICU dan keperluan pediatrik.
Sensor getaran didesain sebagai peralatan yang sensitif terhadap
denyut pembuluh darah dan gerakan badan akibat pernafasan
Penggunaan sensor getaran sebagai alat ukur karakteristik fisiologis
jantung dan aktifitas pernafasan dapat memberikan akurasi yang tinggi,
dalam rentang kesalahan 5% dari hasil pencatatan pulse-oximeter
KERANGKA KONSEPTUAL
Aktifitas Pernafasan
Denyut Jantung
Karakteristik aliran
udara
Karakteristik aliran
darah
Sinkronisasi
Dinamika Perubahan
Volume Paru
Dinamika Perubahan
Tekanan Ventrikel
Suara pernafasan
Suara Jantung
Interferensi suara
Transmisibilitas
gelombang
Osilasi regangan
dinding dada
MULAI
PERSIAPAN:
- Ijin Komisi Etik
- Survei alat dan bahan
- Pembagian tugas
2 tahap penelitian:
1. Pengembangan Model Matematis
2. Validasi Model Matematis
PENYUSUNAN MODEL MATEMATIS:
- Model pembangkitan suara
- Model rambatan
- Model interferensi
- Model osilasi regangan
DESAIN DAN PEMBUATAN VIBRATOMETER:
- Desain rangkaian sensor
- Desain rangkaian ADC
- Desain program interface dan visualisasi data
- Desain visualisasi analisis data
UJI DAN ANALISIS MODEL:
- Penyelesaian persamaan matematis
- Visualisasi hasil pemodelan
- Uji analitis
KALIBRASI VIBRATOMETER:
- Kalibrasi besaran
- Kalibrasi stabilitas
- Uji dan analisis performansi
Validasi model matematis:
• Grafik kompilasi suara jantung dan
paru menggunakan fonokardiograf
atau stetoskop digital
• Grafik sinkronisasi kardiorespirasi
berbasis fase hasil pencatatan ECG
dan spyrometri.
• Grafik hasil pengukuran
vibratometer
PENGAMBILAN DATA ACUAN:
- Data sinkronisasi (ECG - Spyrometri)
- Data suara (Stetoskop digital)
ANALISIS & UJI PERBANDINGAN:
- Analisis karakteristik data acuan
- Perbandingan Model vs Data Acuan
- Perbandingan Model vs Vibratometer
- Perbandingan Data Acuan vs Vibratometer
PEMBAHASAN DAN
PENGAMBILAN KESIMPULAN
SELESAI
DIAGRAM ALIR PENELITIAN
Pembangkitan suara
Tekanan udara
respirasi
Pembangkitan tekanan akustik didasarkan
pada tensor Lighhill (Boersma, 2005)
Aliran pernafasan dan jantung didasarkan
pada persamaan kontinyuitas dan Navier
Stokes
Kecepatan aliran
darah di paru
Kecepatan aliran
darah dalam jantung
Karakteristik aliran udara
pada saluran pernafasan
Frekuensi suara
jantung
Frekuensi suara
paru
Superposisi
gelombang suara
Transmisibilitas
gelombang suara
melalui rongga dada
iMac
Transducer
Regangan
dinding dada
ADC
Komputer
RENCANA DESAIN VIBRATOMETER
ALGORITMA MODEL MATEMATIS
There’s always another ways to reach your destiny
Be patient and flows along your ‘own river’
PEMODELAN OSILASI REGANGAN DINDING DADA BERBASIS AUSKULTASI
SEBAGAI PARAMETER FISIOLOGIS SINKRONISASI KARDIORESPIRASI
UJIAN KUALIFIKASI
Nurida Finahari
PDIK - 0730703012
Interaksi antara aktivitas jantung dan paru-paru
(interaksi kardiorespirasi) telah mulai dipelajari sejak
2 abad yang lalu dan terus dikembangkan
Penelitian-penelitian tentang sinkronisasi
kardiorespirasi pada awalnya ditujukan
untuk memahami mekanisme
patofisiologis (Mrowka, et.al; 2003)
Posisi jantung dan paru-paru yang berdekatan
memungkinkan munculnya gelombang interferensi dari
gelombang vibrasi yang dihasilkan keduanya
Karakteristik gelombang interferensi tersebut
merupakan gambaran karakteristik masingmasing gelombang sumbernya
HUBUNGAN FUNGSIONAL
Model analitis jantung sulit dilakukan
Karena kompleksitas fisioanatomi
y = f (x1; x2; x3)
Model pernafasan: inspirasi maksimum
Dinamika diafragma dan otot interkostal: statis
Sulit dilakukan rekaman dinamis
Model matematis: linier elastis, terkendala
struktur tulang, dilakukan parsial
y : osilasi regangan dinding dada
x1: gerak jantung
x2: gerak diafragma
x3: gerak otot intercostal
Deviasi nilai parameter jantung dan
paru-paru sangat lebar dan
berlawanan sifat mekanisnya
Vibrasi berbasis
auskultasi
Numerisasi, kompilasi dan
transformasi grafik gold
standar
ALTERNATIF SOLUSI
1. Bagaimanakah model matematis gelombang suara jantung dan paru
yang dapat menghasilkan interferensi ?
2. Bagaimanakah model rambatan gelombang interferensi suara jantung
dan paru melalui rongga intra torak hingga ke permukaan kulit dada ?
3. Bagaimanakah model matematis osilasi regangan dinding dada yang
terbentuk oleh gelombang interferensi tersebut ?
4. Apakah osilasi regangan dinding dada berhubungan dengan kondisi
fisiologis sinkronisasi kardiorespirasi ?
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menyusun model matematis interferensi gelombang suara jantung
dan paru.
2. Menyusun model rambatan gelombang interferensi suara jantung
dan paru melalui rongga torak hingga ke permukaan kulit dada.
3. Menyusun model matematis osilasi regangan dinding dada dengan
gaya pembangkit bersumber pada gelombang interferensi suara
jantung dan paru.
4. Memvalidasi osilasi regangan dinding dada sebagai parameter
fisiologis sinkronisasi kardiorespirasi.
Penelitian ini merupakan langkah
awal untuk mencapai integrasi
peralatan pengukur, pemonitor dan
penganalisis sistem kardiorespirasi
dan sinkronisasinya.
Model matematis dan alat ukur baru
yang didesain sebagai sarana validasi
dapat dikembangkan sebagai sarana
untuk memprediksi ‘masa hidup’
kondisi jantung dan/atau paru. Hal ini
merupakan dasar dari sistem
biopreventive maintenance.
Sinkronisasi kardiorespirasi didefinisikan sebagai koordinasi selaras
antara urutan siklus detak jantung dan siklus respirasi yang
bersesuaian (Cysarz et.al., 2004)
Analisis sinkronisasi dilakukan dengan cara menghitung jarak waktu
antara onset inspirasi dan gelombang R yang mendahuluinya
Penelitian tentang sinkronisasi kardiorespirasi awalnya ditujukan
untuk mendapatkan informasi kontinyu berbasis waktu (time
series information) sebagai data analisis patologi dan pelevelan
derajat resiko (Makikallio et.al., 2001)
Metode Synchronization merupakan
metode matematis yang digunakan untuk
menganalisis 2 kopel osilator dengan
fase 1 dan 2 (Rosenblum et.al., 2001)
Jika terjadi sinkronisasi maka 1 - 2
menghasilkan nilai yang konstan
Jika terjadi sinkronisasi maka nilai
= 1 sedangkan de-sinkronisasi
bernilai = 0
Metode Phase Recurrence
kuantifikasinya didasarkan pada
pengecekan beda interval antara 2
gelombang R yang berurutan
Jika beda interval tersebut tidak
melebihi nilai toleransi dan terulang
setidaknya k kali perhitungan yang
berurutan maka sinkronisasi terjadi
Untuk menjaga akurasi dianjurkan
nilai k ≥ m untuk sinkronisasi m:n,
dimana jumlah gelombang R
setidaknya sama dengan 2m
Pemantauan suara jantung masih menjadi standar penting dan
terintegrasi dalam diagnosa klinis penyakit jantung (Tavel, 1996)
Secara umum suara jantung dideteksi dengan menggunakan
stetoskop akustik atau stetoskop elektronik
Peralatan ini tidak dapat menyimpan dan memutar ulang suara, tidak dapat
menghasilkan tampilan visual dan tidak bisa diproses secara digital karena
berbentuk sinyal akustik (Tavel, 2006)
Stetostop elektronik yang lebih baik bahkan menghasilkan noise
yang cukup mengganggu disamping juga masih sulit dihubungkan
dengan komputer untuk memudahkan penganalisisan
S1 terdengar pada saat katup mitral
dan tricuspid (atrioventricular
valves) menutup di awal kontraksi
ventrikel
S2 terjadi pada saat katup aorta
dan pulmonaris tertutup di akhir
kontraksi ventrikel
S3 normal terdengar pada awal
diastol, yaitu pada periode awal
pengisian ventrikel secara pasif
S4 normal terdengar pada akhir
diastol, yaitu pada periode
pengisian ventrikel secara aktif
akibat kontraksi atrium
Terdapat beberapa variasi suara jantung yang
menggambarkan kondisi normal maupun
patologis (Bates, 2005)
- Suara murmur diakibatkan oleh turbulensi aliran darah
- Clicks adalah suara pendek dengan pitch tinggi yang
terdengar jika terjadi stenosis atau prolapse pada katup
mitral, stenosis pada saluran aorta dan pulmonar
- Rubs adalah suara gesekan, gemeretak dengan pitch
tinggi yang dikaitkan dengan adanya kelainan atau
inflamasi lapisan perikardium (perikarditis)
Suara jantung juga dipengaruhi oleh aktivitas pernafasan. Tekanan inhalasi dapat
menyebabkan peningkatan aliran darah dari vena pulmonar menuju ruang sisi kanan
jantung. Dalam hal ini murmur sisi kanan jantung meningkat intensitasnya
1.
2.
3.
4.
Kualitas suara
Visualisasi data (grafik – spektral)
Rekaman dan playback
Database
Suara pernafasan normal didefinisikan sebagai suara gemuruh ringan (slight
murmur) yang mengikuti masuk dan keluarnya udara pernafasan dari sel paru
(Laennec, 1935)
Secara umum suara pernafasan normal dibedakan atas suara trakeal dan
bronkial. Suara di sekitar alveoli masih menjadi perdebatan.
Suara pernafasan terjadi karena gerak udara membentuk aliran turbulen saat
mengalami perubahan lebar ruang aliran dari sempit menjadi lebih luas
Secara klinis intensitas suara paru umumnya dihubungkan dengan volume
paru dimana peningkatan intensitas suara paru merupakan indikasi terjadinya
ekspansi paru
Diketahui bahwa aliran udara yang memasuki paru kiri mengalami perlambatan
akibat adanya aliran dari arah berlawanan yang terjadi karena dorongan denyut
jantung
Karakteristik suara pernafasan trakeal dipengaruhi
oleh tinggi badan (Sanchez, Pasterkamp, 1993), laju
aliran udara (Soufflet et.al., 1990), usia dan jenis
kelamin (Gross et.al., 2000)
Frekuensi suara pernafasan dibedakan menjadi 3 rentang spektrum
(Pasterkamp et.al., 1997), yaitu rentang frekuensi rendah (100-300
Hz), menengah (300-600 Hz) dan tinggi (600-1200 Hz).
Pada rentang frekuensi rendah, terjadi tumpang tindih
antara suara jantung dan pergerakan otot
Visualisasi playback diperlambat
Konsepsi-konsepsi dasar konvensional auskultasi
pernafasan (Pasterkamp et.al., 1997a) :
1) asimetri pada amplitudo suara pernafasan
mengindikasikan adanya penyakit
2) suara yang didengar pada permukaan dada adalah versi
saringan suara trakeal dan suara leher
3) kecepatan aliran udara tidak banyak berpengaruh pada
diagnosa klinis selama kecepatan normalnya terpenuhi
Konsepsi konvensional kurang akurat karena tidak
mempertimbangkan karakteristik laju aliran udara,
sehingga perlu dilakukan koreksi
Secara global rambatan gelombang pada rongga torak dibedakan
berdasarkan 3 area yang dilaluinya (Pasterkamp et.al., 1997a), yaitu
saluran respirasi atas, jaringan parenkim dan dinding dada
Saluran respirasi atas:
- terdiri atas jalur vocal, jalan nafas subglottal dan
percabangan nafas besar
- dimodelkan sebagai tube tunggal panjang yang tidak kaku,
ujungnya terbuka ke arah rongga udara yang relatif besar
- sifat jaringan mudah menyerap energi suara
- resonansi suara berkisar pada frekuensi dasar 650 Hz pada
sistem subglottal atau lebih rendah jika keseluruhan jalur
bersih dari lendir atau debu-debu (Mansfield, Wodicka, 1995)
Jaringan parenkim:
- terdiri atas percabangan saluran nafas kecil, rongga alveoli, saluran
kapiler dan jaringan pendukung
- < 10 kHz (> diameter alveoli) dimodelkan sebagai busa berisi campuran
homogen antara udara dan jaringan fluida seperti air (Rice, 1983)
- suara merambat dengan kecepatan sekitar 50 m/s
- model lain berupa kumpulan gelembung udara dalam air
(D’yachenko, Lyubimov, 1988)
- kerugian energi terjadi jika panjang gelombang suara mendekati
diameter alveoli
- proses rambatan suara sangat dipengaruhi level frekuensi suaranya
Dinding dada:
- lebih tipis tetapi lebih padat dan kaku
- analisis rambatan lebih kompleks karena adanya otot, tulang, kulit dan
jaringan lainnya
- terdapat dugaan bahwa perbedaan impedansi antara jaringan parenkim
dan dinding dada menyebabkan terjadinya penurunan amplitudo yang
sangat besar, perubahan waktu rambatan dan bentuk gelombang suara
(Vovk et.al., 1995).
Ketiga area rambatan gelombang suara tersebut dimodelkan sebagai
tabung silinder besar dengan rongga tube ditengahnya dan terbuka di
ujungnya (Vovk et.al., 1994)
Model memberikan gambaran rambatan gelombang suara pernafasan pada
manusia sehat (Wodicka, Shannon, 1990) tetapi tidak dapat menjelaskan
terbentuknya suara pernafasan di jalur-jalur percabangan
Secara eksperimental, regangan dinding dada telah dijadikan
parameter pengukuran perubahan volume rongga rusuk dengan
menggunakan pletismograf induktansi (Palmer et.al; 2004)
Pemodelan dinding dada telah dilakukan
secara matematik pada penelitian terhadap
aktivitas paru-paru dan otot perut (Cappelo,
De Troyer; 2004)
Persamaan keseimbangan statis sistem pernafasan:
Pao = KR VR + KL VL
Pao = KDi VDi + Pab + KL VL
Pab = KA VA + PA
Volume paru-paru = volume dada – volume jantung – volume spinal – volume subphrenic
Salah satu model sistem pernafasan disusun dalam kondisi tubuh beraktivitas
dinamis sehingga mengalami percepatan aksial, seperti misalnya yang terjadi
pada saat berjalan atau berlari (Loring et.al., 2001)
Gaya netto yang diakibatkan oleh gerak otot-otot pernafasan dada (Frc) dan
abdominal (Fab):
Frc mrc xrc ( PG Arc ) ( Pe1,l Arc ) ( K rcm xrc ) ( Rrcm x rc )
mrc xo cos mrc Gzo cos mrc G yo sin
Fab mab xab ( PG Aab ) ( Pe1,l Aab ) ( K rcm xab ) ( Rrcm x ab )
m ab xo cos mabGzo cos mabG yo sin
Penggunaan sensor getaran sebagai alat ukur banyak dilakukan pada
penelitian-penelitian tentang kualitas tidur (Mack, et.al; 2003)
Sensor getaran murah, tidak bersifat intrusif sehingga dapat ditempatkan
pada kursi diagnosa, tempat tidur ICU dan keperluan pediatrik.
Sensor getaran didesain sebagai peralatan yang sensitif terhadap
denyut pembuluh darah dan gerakan badan akibat pernafasan
Penggunaan sensor getaran sebagai alat ukur karakteristik fisiologis
jantung dan aktifitas pernafasan dapat memberikan akurasi yang tinggi,
dalam rentang kesalahan 5% dari hasil pencatatan pulse-oximeter
KERANGKA KONSEPTUAL
Aktifitas Pernafasan
Denyut Jantung
Karakteristik aliran
udara
Karakteristik aliran
darah
Sinkronisasi
Dinamika Perubahan
Volume Paru
Dinamika Perubahan
Tekanan Ventrikel
Suara pernafasan
Suara Jantung
Interferensi suara
Transmisibilitas
gelombang
Osilasi regangan
dinding dada
MULAI
PERSIAPAN:
- Ijin Komisi Etik
- Survei alat dan bahan
- Pembagian tugas
2 tahap penelitian:
1. Pengembangan Model Matematis
2. Validasi Model Matematis
PENYUSUNAN MODEL MATEMATIS:
- Model pembangkitan suara
- Model rambatan
- Model interferensi
- Model osilasi regangan
DESAIN DAN PEMBUATAN VIBRATOMETER:
- Desain rangkaian sensor
- Desain rangkaian ADC
- Desain program interface dan visualisasi data
- Desain visualisasi analisis data
UJI DAN ANALISIS MODEL:
- Penyelesaian persamaan matematis
- Visualisasi hasil pemodelan
- Uji analitis
KALIBRASI VIBRATOMETER:
- Kalibrasi besaran
- Kalibrasi stabilitas
- Uji dan analisis performansi
Validasi model matematis:
• Grafik kompilasi suara jantung dan
paru menggunakan fonokardiograf
atau stetoskop digital
• Grafik sinkronisasi kardiorespirasi
berbasis fase hasil pencatatan ECG
dan spyrometri.
• Grafik hasil pengukuran
vibratometer
PENGAMBILAN DATA ACUAN:
- Data sinkronisasi (ECG - Spyrometri)
- Data suara (Stetoskop digital)
ANALISIS & UJI PERBANDINGAN:
- Analisis karakteristik data acuan
- Perbandingan Model vs Data Acuan
- Perbandingan Model vs Vibratometer
- Perbandingan Data Acuan vs Vibratometer
PEMBAHASAN DAN
PENGAMBILAN KESIMPULAN
SELESAI
DIAGRAM ALIR PENELITIAN
Pembangkitan suara
Tekanan udara
respirasi
Pembangkitan tekanan akustik didasarkan
pada tensor Lighhill (Boersma, 2005)
Aliran pernafasan dan jantung didasarkan
pada persamaan kontinyuitas dan Navier
Stokes
Kecepatan aliran
darah di paru
Kecepatan aliran
darah dalam jantung
Karakteristik aliran udara
pada saluran pernafasan
Frekuensi suara
jantung
Frekuensi suara
paru
Superposisi
gelombang suara
Transmisibilitas
gelombang suara
melalui rongga dada
iMac
Transducer
Regangan
dinding dada
ADC
Komputer
RENCANA DESAIN VIBRATOMETER
ALGORITMA MODEL MATEMATIS
There’s always another ways to reach your destiny
Be patient and flows along your ‘own river’