RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI ELEKTROKARDIOGRAFI BERBANTUAN PC MENGGUNAKAN SOUNDSCOPE.
RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI ELEKTROKARDIOGRAFI
BERBANTUAN PC MENGGUNAKAN SOUNDSCOPE
Oleh :
Evi Ulandari
NIM 082244610006
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah swt. atas karunia-Nya
yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kekuatan kepada penulis sehingga
skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar sarjana sain di Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan. Judul skripsi ini adalah “Rancang
Bangun
Instrumentasi
Elektrokardiograf
Berbantuan
PC
Menggunakan
Soundscope”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan, sampai penyusunan skripsi, antara
lain Bapak Dr. Ridwan Abdullah Sani, M.Si selaku Dosen Pembimbing Skripsi,
yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak
awal penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Bapak Drs.
Makmur Sirait, M.Si selaku Dosen Penguji I, Bapak Drs. Nurdin Siregar, M.Si
selaku Dosen Penguji II, dan Bapak Drs. Rahmatsyah, M.Si selaku Dosen Penguji
III, yang telah memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi
ini. Bapak Drs. Abd. Hakim S, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik yang
memberikan bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan telah
membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Ucapan terima kasih yang teristimewa
penulis sampaikan kepada kedua orang tua Ayahanda Wahid dan Ibunda Maimun.
Ucapan terima kasih
penulis sampaikan kepada abang dan kakak tercinta
Muhammad Wahyudi, Tika, Suhendri, Yuwanita Merdekawati Nasution, dan
Adik saya Inda Astari yang tiada henti memberikan doa, motivasi, dan semangat.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Siti Maisyaroh, Nur
Hidayati, Mulroni, Indra JP Nababan, Berkat Panjaitan, Albarra Harahap, Sri
Wahyuni Batubara, Sintong Lumbantobing, Agustina, Al Amin Sirait, Yudi, dan
seluruh teman-teman Fisika Nondik 2008, keluarga kos Batu Putih (Marina
Sulistya Ningrum, Aminullah, Sukron, dan Dina Wahyuni), serta keluarga CV
Harapan Cerdas (Ibu Paula Dewi Agustin, Kak Adik Putri, Sri Wahyuni Hrp,
v
Nita, Julfirman, Mantri, dan Indah Sari) yang telah memberikan doa dan
dukungan.
Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam meyelesaikan
skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi
maupun tata bahasa. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
bersifat
membangun
dari
pembaca
demi
sempurnanya
skripsi
ini
([email protected]). Akhir kata penulis ucapkan banyak terima kasih.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 2 September 2014
Evi Ulandari
NIM 082244610006
iii
RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI ELEKTROKARDIOGRAFI
BERBANTUAN PC MENGGUNAKAN SOUNDSCOPE
Evi Ulandari (082244610006)
ABSTRAK
Penelitian ini merupakan salah satu upaya dalam menghasilkan
instrumentasi elektrokardiografi sederhana yang memanfaatkan PC sebagai
penampil dan perekam grafik. Penelitian ini bertujuan untuk membuat
instrumentasi elektrokardiografi yang dapat menggambarkan aktivitas listrik
jantung dan yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi kondisi jantung pasien.
Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk memanfaatkan personal komputer
dalam elektrokardiografi. Instrumentasi elektrokardiografi ini terdiri dari
rangkaian elektroda kulit yang berbahan Ag/AgCl, rangkaian pengolah sinyal
yang mencakup penguat instrumentasi, HPF, penguat noninverting, dan LPF-, dan
PC sebagai penampil dan perekam grafik elektrokardiogram. Hasil yang diperoleh
alat ini adalah elektrokardiografi ini mampu menggambarkan adanya kegiatan
depolarisasi ventrikel dan menghasilkan grafik sadapan aVL yang mirip dengan
grafik sadapan aVL dari mesin EKG sebenarnya, serta mampu menunjukkan
bahwa kondisi jantung sampel adalah normal sebagaimana hasil dari EKG
sebenarnya.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar pengesahan .................................................................................. i
Riwayat Hidup........................................................................................... ii
Abstrak ...................................................................................................... iii
Kata Pengantar ........................................................................................ iv
Daftar Isi .................................................................................................... vi
Daftar Gambar .......................................................................................... ix
Daftar Tabel............................................................................................... xii
Daftar Lampiran ....................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
Latar Belakang ................................................................................ 1
Identifikasi Masalah ........................................................................ 2
Batasan Masalah .............................................................................. 2
Rumusan Masalah ........................................................................... 2
Tujuan Penelitian............................................................................. 3
Manfaat Penelitian........................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................... 4
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
Elektrokardiografi ...........................................................................
Jantung sebagai Sumber Isyarat Bioelektris ...................................
Gelombang ECG normal ................................................................
Orientasi Gelombang-Gelombang pada Rekaman EKG Normal ..
Sadapan-Sadapan Elektrokardiografi .............................................
Desain dan Realisasi PC-ECG .......................................................
Elektroda ........................................................................................
Penguat Instrumentasi .....................................................................
4
4
7
8
8
11
12
13
vii
2.2.3.
2.2.4.
2.2.5.
2.2.6.
2.2.7.
2.2.8.
Filter ...............................................................................................
Penguat Noninverting ......................................................................
Osiloskop.........................................................................................
Personal Computer (PC)..................................................................
Soundcard ........................................................................................
Soundscope......................................................................................
14
15
16
16
17
18
BAB III METODE PENELITIAN .......................................................... 19
3.1.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.3.
3.4.
3.5.
Tempat dan Waktu Penelitian .........................................................
Alat dan Bahan ................................................................................
Alat-Alat Penelitian .........................................................................
Bahan Penelitian ..............................................................................
Prosedur Penelitian ..........................................................................
Diagaram Alir Penelitian .................................................................
Analisa Data ....................................................................................
19
19
19
19
20
22
23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 28
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.2.
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
Hasil ................................................................................................
Sampel Pertama ..............................................................................
Sampel Kedua ................................................................................
Sampel Ketiga ................................................................................
Pembahasan .....................................................................................
Depolarisasi Ventrikel .....................................................................
Pola Gelombang Periodik................................................................
Rekaman ECG Menggunakan mesin mac i di Puskesmas
Bestari Medan .................................................................................
4.2.3.1. Sampel Pertama ..........................................................................
4.2.3.2. Sampel Kedua .............................................................................
4.2.3.3. Sampel Ketiga ............................................................................
4.2.4. Sadapan aVL ...................................................................................
29
30
30
31
31
31
32
34
34
37
40
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 52
5.1.
Kesimpulan ..................................................................................... 52
5.2.
Saran ................................................................................................ 52
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 53
viii
LAMPIRAN ............................................................................................... 55
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Anatomi Jantung Manusia .................................................... 5
Gambar 2.2. Gelombang ECG Normal .................................................... 7
Gambar 2.3. Titik-titik sadapan I, sadapan II, dan sadapan III ................ 9
Gambar 2.4. (a), (b), (c) Hubungan dari elektroda untuk tiga sadapan
tambahan, aVR, aVL, dan aVF. (d) Diagram vektor
menunjukkan arah vektor sadapan standar dan tambahan .. 10
Gambar 2.5. (a) Posisi sadapan prekordial pada dada,
(b) Arah vektor sadapan prekordial in the transverse plane 11
Gambar 2.6. Desain instrumentasi elektrokardiograf berbasis PC ........... 12
Gambar 2.7. Elektroda AgCl ..................................................................... 12
Gambar 2.8. Konstruksi elektroda permukaan kulit ................................. 13
Gambar 2.9
Penguat diferensial dasar ...................................................... 14
Gambar 2.10 Rangkaian penguat penyangga untuk penguat diferensial ... 14
Gambar 2.11 Rangkaian Penguat Tak-Membalik (Non-inverting
Amplifier)............................................................................. 16
Gambar 2.12. Soundcard Sound Blaster Live ............................................. 17
Gambar 2.13. Soundcard Oscilloscope ....................................................... 18
Gambar 3.1. Desain instrumentasi elektrokardiograf berbasis PC ........... 20
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ....................................................... 22
Gambar 3.3. Gelombang dasar elektrokardiogram ................................... 23
Gambar 3.4. Sistem konduksi jantung ...................................................... 24
Gambar 3.5. Gelombang P ........................................................................ 24
Gambar 3.6. Segmen PR ........................................................................... 25
Gambar 3.7. Kompleks QRS..................................................................... 25
Gambar 3.8. Konfigurasi QRS yang paling umum disertai dengan
nama-nama setiap komponennya ......................................... 26
Gambar 3.9. Gelombang T ........................................................................ 27
Gambar 4.1. Desain rangkaian elektrokardiografi berbasis PC
x
menggunakan Soundscope ................................................... 28
Gambar 4.2. Peralatan EKG yang telah dirancang oleh peneliti............... 29
Gambar 4.3. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dikembangkan oleh peneliti dengan menggunakan
Soundscope pada sampel pertama ....................................... 30
Gambar 4.4. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dikembangkan oleh peneliti dengan menggunakan
Soundscope pada sampel kedua ........................................... 30
Gambar 4.5. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dikembangkan oleh peneliti dengan menggunakan
Soundscope pada sampel ketiga .......................................... 31
Gambar 4.6. Hasil pemeriksaan kesehatan jantung di puskesmas
Bestari Medan ..................................................................... 32
Gambar 4.7. Contoh fibrilasi atrium pada sindrom WPW. Frekuensi
Ventrikel sangat cepat ......................................................... 34
Gambar 4.8. Takikardi multifocal (TAM). Frekuensi ventrikel tidak
teratur .................................................................................. 34
Gambar 4.9. Hasil rekaman kelompok sadapan anterior pada sampel
pertama................................................................................. 34
Gambar 4.10. Hasil rekaman kelompok sadapan lateral kiri pada sampel
pertama................................................................................. 35
Gambar 4.11. Hasil rekaman kelompok sadapan inferior pada sampel
pertama................................................................................. 36
Gambar 4.12. Rekaman aVR pada sampel pertama .................................... 36
Gambar 4.13. Hasil rekaman kelompok sadapan anterior pada sampel
kedua .................................................................................... 37
Gambar 4.14. Hasil rekaman kelompok sadapan lateral kiri pada sampel
kedua .................................................................................... 38
Gambar 4.15. Hasil rekaman kelompok sadapan inferior pada sampel
kedua .................................................................................... 39
Gambar 4.16. Rekaman aVR pada sampel kedua ....................................... 39
xi
Gambar 4.17. Hasil rekaman kelompok sadapan anterior pada sampel
ketiga .................................................................................... 40
Gambar 4.18. Hasil rekaman kelompok sadapan lateral kiri pada sampel
ketiga .................................................................................... 41
Gambar 4.19. Hasil rekaman kelompok sadapan inferior pada sampel
ketiga .................................................................................... 42
Gambar 4.20. Rekaman aVR pada sampel ketiga ....................................... 42
Gambar 4.21. Hasil aVL sampel pertama menggunakan EKG yang
dirancang peneliti ................................................................ 43
Gambar 4.22. Hasil aVL sampel pertama menggunakan EKG mac i ........ 43
Gambar 4.23. Hasil aVL sampel kedua menggunakan EKG yang
dirancang peneliti ................................................................ 44
Gambar 4.24. Hasil aVL sampel kedua menggunakan EKG mac i ........... 45
Gambar 4.26. Hasil aVL sampel ketiga menggunakan EKG yang
dirancang peneliti ................................................................ 46
Gambar 4.25. Hasil aVL sampel ketiga menggunakan EKG mac i ........... 46
Gambar 4.27. Hasil pengukuran menggunakan ECG yang direalisasikan
oleh Achmad Rizal .............................................................. 49
Gambar 4.28. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang dirancang
oleh peneliti dengan menggunakan Soundscope pada sampel
pertama setelah berolahraga lari .......................................... 50
Gambar 4.29. Perbesaran grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dirancang oleh peneliti dengan menggunakan Soundscope
pada sampel pertama setelah berolahraga lari ..................... 50
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lamp. 1. 3MTM Foam Monitoring Electrodes 2228
55
Lamp. 2. Dokumentasi
56
Lamp. 3. Datasheet LM 324
57
Lamp. 4. Manual for the sound card oscilloscope V1.41
70
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penyakit jantung merupakan pembunuh nomor satu di dunia. Penyakit ini
mempunyai gejala yang terkadang mirip dengan gejala penyakit lain. Misalnya
sakit perut dan nafas terasa berat. Si penderita bisa saja mengira hal itu adalah
masalah biasa pada pencernaan dan pernafasan. Dengan demikian, tak sedikit dari
mereka yang mengabaikan masalah ini. Padahal gejala penyakit jantung
membutuhkan penanganan sedini mungkin. Pemeriksaan kondisi jantung secara
rutin sangat diperlukan. Pemeriksaan kesehatan jantung dapat dilakukan dengan
menggunakan elektrokardiograf.
Elektrokardiograf adalah alat bantu diagnostik yang digunakan untuk
mendeteksi aktivitas listrik jantung. Sinyal fisiologis tubuh manusia direkam
dalam bentuk grafik yang dinamakan electrocardiogram (ECG). Dengan rekaman
ECG, dapatlah didiagnosis infark miokard yang sedang berkembang, dapat
diidentifikasi aritmia yang mengancam jiwa, dapat ditunjuk dengan tepat efek
kronik hipertensi berlarut-larut atau efek akut suatu embolus paru masif, atau
dengan cepat dapat diberikan pengukur guna menenangkan seseorang yang ingin
mulai mengikuti suatu program latihan jasmani.
Instrumentasi medis sangat berpengaruh besar dalam dunia kesehatan.
Khususnya ECG sangat berperan besar dalam membantu manusia untuk
mengetahui kondisi kesehatan jantung. Dalam mengupayakan perkembangan
instrumentasi medis salah satunya adalah upaya dalam -Diagnostic interpretation
via signal-processing techniques of bioelectric data- interpretasi diagnosis dengan
teknik pemrosesan sinyal data bioelektrik. Karena itu, saya membuat Rancang
Bangun
Instrumentasi
Elektrokardiografi
Berbantuan
PC
Menggunakan
Soundscope untuk pengembangan instrumentasi ECG.
Pengembangan ECG yang dilakukan oleh Siti Maisyaroh (2012) dengan
Rancang Bangun Instrumentasi Elektrokardiografi Berbasis PC Menggunakan
1
2
Sound Card. Penggunaan PC difungsikan sebagai ADC dan penampil grafik. ECG
yang dihasilkan masih terdapat peredaman noise kurang sempurna.
Pada penelitian ini saya membuat sebuah Rancang Bangun Instrumentasi
Elektrokardiografi Berbantuan PC Menggunakan Soundscope. Potensial biolistrik
yang dihasilkan jantung dicatat menggunakan Osiloskop pada sebuah PC.
Rangkaian pengolah sinyal terdiri dari penguat instrumentasi, HPF, Penguat
noninverting, dan LPF. Soundcard-Oscilloscope berbasis PC menerima data dari
soundcard dengan kecepatan sampling 44,1 kHz dan resolusi 16 Bit.
Rancangan ECG ini dapat dimanfaatkan untuk
kepentingan riset dan
pendidikan seperti belajar mengenai sinyal-sinyal biolistrik tubuh dan
instrumentasi dasar untuk medis.
1.2
Identifikasi Masalah
a.
Pentingnya instrumentasi ECG dalam dunia medis membuat
senantiasa perlu akan upaya pengembangan ECG.
b.
Elektrokardiogram berperan penting dalam memberikan informasi
kondisi jantung sehingga dituntut rancang bangun ECG yang mampu
menggambarkan aktivitas jantung dengan baik.
1.3
Batasan Masalah
Merancang dan membuat konstruksi ECG dengan menampilkan grafik
pada PC menggunakan software Soundcard-Oscilloscope.
1.4
Rumusan Masalah
a. Apakah EKG yang dirancang dapat menggambarkan aktivitas listrik
jantung?
b. Apakah EKG yang dirancang dapat menunjukkan bahwa jantung
pasien normal atau tidak normal?
c. Bagaimana pemanfaatan PC dalam menampilkan rekaman EKG?
3
1.4
Tujuan Penelitian
a. Membuat EKG yang dapat menggambarkan aktivitas listrik jantung.
b. Membuat EKG yang dapat menunjukkan bahwa jantung pasien normal
atau tidak normal mengacu pada orientasi gelombang-gelombang pada
rekaman EKG normal- yang ditulis oleh Malcolm Thaler dalam
bukunya Satu-Satunya Buku EKG yang Anda Perlukan.
c. Memanfaatkan personal komputer dalam instrumentasi medis.
1.5
Manfaat Penelitian
Diharapkan instrumentasi elektrokardiografi ini bisa menjadi salah satu
dukungan terhadap dunia medis akan perkembangan Interpretasi Diagnostik
sinyal biolistrik.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Telah
direalisasikan
perangkat
ECG
berbasis
PC
menggunakan
Soundscope. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan:
1. Peralatan EKG yang dikembangkan oleh peneliti menghasilkan grafik
yang menunjukkan jantung ketiga sampel adalah normal. Hasil ini
sesuai dengan pernyataan dokter untuk ketiga sampel pada saat
menggunakan EKG mac i di puskesmas.
2. Alat ini mampu menggambarkan kegiatan depolarisasi ventrikel yang
merupakan bagian terbesar dari miokardium.
3. Gelombang aVL dari EKG yang dikembangkan peneliti mirip dengan
gelombang aVL dari rekaman EKG mac i.
4. Secara umum perangkat ini cukup membantu kegiatan belajar
mengenai instrumentasi dasar medis dalam menggambarkan aktivitas
jantung dan pemanfaatan PC dalam instrumentasi medis.
5.2
SARAN
1. Perlu software khusus yang memiliki sistem analisis dan akuisisi data
sesuai dengan prinsip virtual instrumentasi.
2. Perlu melihat dari sudut pandang lain, yaitu I, II, III, aVR, aVF, V1,
V2, V3, V4, V5, dan V6 karena melihat dengan banyak sudut pandang
akan menghasilkan analisa yang baik.
3. Untuk menghindari adanya gangguan sinyal akibat antarmuka
elektroda dan gerakan tubuh, perlu dimanfaatkan elektroda yang
memiliki spesifikasi yang lebih baik.
52
DAFTAR PUSTAKA
3M. (2014). 3M™ Foam Monitoring Electrodes 2228. Tersedia pada
http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/IPD-NA/3M-InfectionPrevention/products/catalog/~/3M-Foam-Monitoring-Electrodes2228?N=3294734710+5640900&rt=d, Diakses pada 27 Agustus 2014
Agung, R. (2005). Realisasi Elektrokardiograf Berbasis Komputer Personal untuk
Akuisisi Data Isyarat Elektris Jantung. 4 (1).
Berbari, E. J. (2000). The Biomedical Engineering Handbook (Ed. kedua). Boca
Raton: CRC Press LLC.
Bronzino, J. D. (Penyunt.). (2006). Medical devices and systems. Boca Raton:
CRC Press.
Goldberger, A. L., dkk.(2013). Goldberger’s Clinical Electrocardiography A
Simplified Approach (Ed. kedelapan). Philadelphia: Elsevier Saunders.
Maisyaroh, S. (2012). Rancang Bangun Instrumentasi Elektrokardiografi
Berbasis PC Menggunakan Sound Card. Medan: FMIPA UNIMED.
Meta. (2010). eNHa Farm. Dipetik March 5, 2012, dari Lintah Indonesia:
http://www.lintahindonesia.com
Nagel, J. H. (2006). Medical Devices and Systems (Ed. ketiga). (J. D. Bronzino,
Penyunt.) Boca Raton, USA: CRC Press.
Neuman, M. R., dkk.(2008). Medical Instrumentation Application and Design
(Ed. ketiga). (J. G. Webster, Penyunt.) Wiley.
Rizal, A., dkk.(t.thn.). Desain dan Realisasi Perangkat Elektrokardiograf
Berbasis PC Menggunakan Soundcard.
Sangadji, F. (2008, November 24). Dasar-Dasar Elektrokardiografi (EKG).
Dipetik
January
11,
2012,
dari
Elektrokardiografi:
http://ekgnursing.blogspot.com/2008/11/dasar-dasar-elektrokardiografiekg.html
Somawirata, I. K. (2009). Pengembangan Electro Cardiograph (ECG) yang
Terintegrasi dengan Personal Komputer. Prosiding SENTIA , A-1 - A-7.
STMicroelectronics Group. (2001). LM124 - LM224 - LM324 Low Power Quad
Operational Amplifiers. www.datasheetcatalog.com
53
54
Susanto, A., dkk.(2006). Desain dan Realisasi Alat Elektrokardiograf Berbasis
Mikroprosesor 8-bit beserta Sistem Database dan Monitoringnya yang
Berbasis Online untuk Membantu Pasien Jantung. PKMT , 1-11.
Thaler, M. S. (2000). Satu-Satunya Buku EKG yang Anda Perlukan (Ed. kedua).
(S. Wahab, Penerj.) Jakarta, Indonesia: Hipokrates.
Widianto, A. (t.thn.). Perancangan Perangkat Lunak
Elektrokardiografi (EKG) pada Jaringan Lokal. 1-8.
Akuisisi
Data
Wikipedia.
(2013).
Elektrokardiogram.
Tersedia
pada
id.wikipedia.org/wiki/Elektrokardiogram, Diakses pada tanggal 27
Agustus 2014
Wikipedia.
(2013).
Kartu
Suara.
Tersedia
pada
http://id.wikipedia.org/wiki/Sound_Card, Diakses pada tanggal 27 Agustus
2014
Zeitnitz. (2012). LM124 - LM224 - LM324 Low Power Quad Operational
Amplifiers. http://www.zeitnitz.de/Christian/scope_en
BERBANTUAN PC MENGGUNAKAN SOUNDSCOPE
Oleh :
Evi Ulandari
NIM 082244610006
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah swt. atas karunia-Nya
yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kekuatan kepada penulis sehingga
skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar sarjana sain di Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan. Judul skripsi ini adalah “Rancang
Bangun
Instrumentasi
Elektrokardiograf
Berbantuan
PC
Menggunakan
Soundscope”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan, sampai penyusunan skripsi, antara
lain Bapak Dr. Ridwan Abdullah Sani, M.Si selaku Dosen Pembimbing Skripsi,
yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak
awal penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Bapak Drs.
Makmur Sirait, M.Si selaku Dosen Penguji I, Bapak Drs. Nurdin Siregar, M.Si
selaku Dosen Penguji II, dan Bapak Drs. Rahmatsyah, M.Si selaku Dosen Penguji
III, yang telah memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi
ini. Bapak Drs. Abd. Hakim S, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik yang
memberikan bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan telah
membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Ucapan terima kasih yang teristimewa
penulis sampaikan kepada kedua orang tua Ayahanda Wahid dan Ibunda Maimun.
Ucapan terima kasih
penulis sampaikan kepada abang dan kakak tercinta
Muhammad Wahyudi, Tika, Suhendri, Yuwanita Merdekawati Nasution, dan
Adik saya Inda Astari yang tiada henti memberikan doa, motivasi, dan semangat.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Siti Maisyaroh, Nur
Hidayati, Mulroni, Indra JP Nababan, Berkat Panjaitan, Albarra Harahap, Sri
Wahyuni Batubara, Sintong Lumbantobing, Agustina, Al Amin Sirait, Yudi, dan
seluruh teman-teman Fisika Nondik 2008, keluarga kos Batu Putih (Marina
Sulistya Ningrum, Aminullah, Sukron, dan Dina Wahyuni), serta keluarga CV
Harapan Cerdas (Ibu Paula Dewi Agustin, Kak Adik Putri, Sri Wahyuni Hrp,
v
Nita, Julfirman, Mantri, dan Indah Sari) yang telah memberikan doa dan
dukungan.
Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam meyelesaikan
skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi
maupun tata bahasa. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
bersifat
membangun
dari
pembaca
demi
sempurnanya
skripsi
ini
([email protected]). Akhir kata penulis ucapkan banyak terima kasih.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 2 September 2014
Evi Ulandari
NIM 082244610006
iii
RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI ELEKTROKARDIOGRAFI
BERBANTUAN PC MENGGUNAKAN SOUNDSCOPE
Evi Ulandari (082244610006)
ABSTRAK
Penelitian ini merupakan salah satu upaya dalam menghasilkan
instrumentasi elektrokardiografi sederhana yang memanfaatkan PC sebagai
penampil dan perekam grafik. Penelitian ini bertujuan untuk membuat
instrumentasi elektrokardiografi yang dapat menggambarkan aktivitas listrik
jantung dan yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi kondisi jantung pasien.
Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk memanfaatkan personal komputer
dalam elektrokardiografi. Instrumentasi elektrokardiografi ini terdiri dari
rangkaian elektroda kulit yang berbahan Ag/AgCl, rangkaian pengolah sinyal
yang mencakup penguat instrumentasi, HPF, penguat noninverting, dan LPF-, dan
PC sebagai penampil dan perekam grafik elektrokardiogram. Hasil yang diperoleh
alat ini adalah elektrokardiografi ini mampu menggambarkan adanya kegiatan
depolarisasi ventrikel dan menghasilkan grafik sadapan aVL yang mirip dengan
grafik sadapan aVL dari mesin EKG sebenarnya, serta mampu menunjukkan
bahwa kondisi jantung sampel adalah normal sebagaimana hasil dari EKG
sebenarnya.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar pengesahan .................................................................................. i
Riwayat Hidup........................................................................................... ii
Abstrak ...................................................................................................... iii
Kata Pengantar ........................................................................................ iv
Daftar Isi .................................................................................................... vi
Daftar Gambar .......................................................................................... ix
Daftar Tabel............................................................................................... xii
Daftar Lampiran ....................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
Latar Belakang ................................................................................ 1
Identifikasi Masalah ........................................................................ 2
Batasan Masalah .............................................................................. 2
Rumusan Masalah ........................................................................... 2
Tujuan Penelitian............................................................................. 3
Manfaat Penelitian........................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................... 4
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
Elektrokardiografi ...........................................................................
Jantung sebagai Sumber Isyarat Bioelektris ...................................
Gelombang ECG normal ................................................................
Orientasi Gelombang-Gelombang pada Rekaman EKG Normal ..
Sadapan-Sadapan Elektrokardiografi .............................................
Desain dan Realisasi PC-ECG .......................................................
Elektroda ........................................................................................
Penguat Instrumentasi .....................................................................
4
4
7
8
8
11
12
13
vii
2.2.3.
2.2.4.
2.2.5.
2.2.6.
2.2.7.
2.2.8.
Filter ...............................................................................................
Penguat Noninverting ......................................................................
Osiloskop.........................................................................................
Personal Computer (PC)..................................................................
Soundcard ........................................................................................
Soundscope......................................................................................
14
15
16
16
17
18
BAB III METODE PENELITIAN .......................................................... 19
3.1.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.3.
3.4.
3.5.
Tempat dan Waktu Penelitian .........................................................
Alat dan Bahan ................................................................................
Alat-Alat Penelitian .........................................................................
Bahan Penelitian ..............................................................................
Prosedur Penelitian ..........................................................................
Diagaram Alir Penelitian .................................................................
Analisa Data ....................................................................................
19
19
19
19
20
22
23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 28
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.2.
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
Hasil ................................................................................................
Sampel Pertama ..............................................................................
Sampel Kedua ................................................................................
Sampel Ketiga ................................................................................
Pembahasan .....................................................................................
Depolarisasi Ventrikel .....................................................................
Pola Gelombang Periodik................................................................
Rekaman ECG Menggunakan mesin mac i di Puskesmas
Bestari Medan .................................................................................
4.2.3.1. Sampel Pertama ..........................................................................
4.2.3.2. Sampel Kedua .............................................................................
4.2.3.3. Sampel Ketiga ............................................................................
4.2.4. Sadapan aVL ...................................................................................
29
30
30
31
31
31
32
34
34
37
40
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 52
5.1.
Kesimpulan ..................................................................................... 52
5.2.
Saran ................................................................................................ 52
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 53
viii
LAMPIRAN ............................................................................................... 55
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Anatomi Jantung Manusia .................................................... 5
Gambar 2.2. Gelombang ECG Normal .................................................... 7
Gambar 2.3. Titik-titik sadapan I, sadapan II, dan sadapan III ................ 9
Gambar 2.4. (a), (b), (c) Hubungan dari elektroda untuk tiga sadapan
tambahan, aVR, aVL, dan aVF. (d) Diagram vektor
menunjukkan arah vektor sadapan standar dan tambahan .. 10
Gambar 2.5. (a) Posisi sadapan prekordial pada dada,
(b) Arah vektor sadapan prekordial in the transverse plane 11
Gambar 2.6. Desain instrumentasi elektrokardiograf berbasis PC ........... 12
Gambar 2.7. Elektroda AgCl ..................................................................... 12
Gambar 2.8. Konstruksi elektroda permukaan kulit ................................. 13
Gambar 2.9
Penguat diferensial dasar ...................................................... 14
Gambar 2.10 Rangkaian penguat penyangga untuk penguat diferensial ... 14
Gambar 2.11 Rangkaian Penguat Tak-Membalik (Non-inverting
Amplifier)............................................................................. 16
Gambar 2.12. Soundcard Sound Blaster Live ............................................. 17
Gambar 2.13. Soundcard Oscilloscope ....................................................... 18
Gambar 3.1. Desain instrumentasi elektrokardiograf berbasis PC ........... 20
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ....................................................... 22
Gambar 3.3. Gelombang dasar elektrokardiogram ................................... 23
Gambar 3.4. Sistem konduksi jantung ...................................................... 24
Gambar 3.5. Gelombang P ........................................................................ 24
Gambar 3.6. Segmen PR ........................................................................... 25
Gambar 3.7. Kompleks QRS..................................................................... 25
Gambar 3.8. Konfigurasi QRS yang paling umum disertai dengan
nama-nama setiap komponennya ......................................... 26
Gambar 3.9. Gelombang T ........................................................................ 27
Gambar 4.1. Desain rangkaian elektrokardiografi berbasis PC
x
menggunakan Soundscope ................................................... 28
Gambar 4.2. Peralatan EKG yang telah dirancang oleh peneliti............... 29
Gambar 4.3. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dikembangkan oleh peneliti dengan menggunakan
Soundscope pada sampel pertama ....................................... 30
Gambar 4.4. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dikembangkan oleh peneliti dengan menggunakan
Soundscope pada sampel kedua ........................................... 30
Gambar 4.5. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dikembangkan oleh peneliti dengan menggunakan
Soundscope pada sampel ketiga .......................................... 31
Gambar 4.6. Hasil pemeriksaan kesehatan jantung di puskesmas
Bestari Medan ..................................................................... 32
Gambar 4.7. Contoh fibrilasi atrium pada sindrom WPW. Frekuensi
Ventrikel sangat cepat ......................................................... 34
Gambar 4.8. Takikardi multifocal (TAM). Frekuensi ventrikel tidak
teratur .................................................................................. 34
Gambar 4.9. Hasil rekaman kelompok sadapan anterior pada sampel
pertama................................................................................. 34
Gambar 4.10. Hasil rekaman kelompok sadapan lateral kiri pada sampel
pertama................................................................................. 35
Gambar 4.11. Hasil rekaman kelompok sadapan inferior pada sampel
pertama................................................................................. 36
Gambar 4.12. Rekaman aVR pada sampel pertama .................................... 36
Gambar 4.13. Hasil rekaman kelompok sadapan anterior pada sampel
kedua .................................................................................... 37
Gambar 4.14. Hasil rekaman kelompok sadapan lateral kiri pada sampel
kedua .................................................................................... 38
Gambar 4.15. Hasil rekaman kelompok sadapan inferior pada sampel
kedua .................................................................................... 39
Gambar 4.16. Rekaman aVR pada sampel kedua ....................................... 39
xi
Gambar 4.17. Hasil rekaman kelompok sadapan anterior pada sampel
ketiga .................................................................................... 40
Gambar 4.18. Hasil rekaman kelompok sadapan lateral kiri pada sampel
ketiga .................................................................................... 41
Gambar 4.19. Hasil rekaman kelompok sadapan inferior pada sampel
ketiga .................................................................................... 42
Gambar 4.20. Rekaman aVR pada sampel ketiga ....................................... 42
Gambar 4.21. Hasil aVL sampel pertama menggunakan EKG yang
dirancang peneliti ................................................................ 43
Gambar 4.22. Hasil aVL sampel pertama menggunakan EKG mac i ........ 43
Gambar 4.23. Hasil aVL sampel kedua menggunakan EKG yang
dirancang peneliti ................................................................ 44
Gambar 4.24. Hasil aVL sampel kedua menggunakan EKG mac i ........... 45
Gambar 4.26. Hasil aVL sampel ketiga menggunakan EKG yang
dirancang peneliti ................................................................ 46
Gambar 4.25. Hasil aVL sampel ketiga menggunakan EKG mac i ........... 46
Gambar 4.27. Hasil pengukuran menggunakan ECG yang direalisasikan
oleh Achmad Rizal .............................................................. 49
Gambar 4.28. Grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang dirancang
oleh peneliti dengan menggunakan Soundscope pada sampel
pertama setelah berolahraga lari .......................................... 50
Gambar 4.29. Perbesaran grafik yang dihasilkan oleh peralatan ECG yang
dirancang oleh peneliti dengan menggunakan Soundscope
pada sampel pertama setelah berolahraga lari ..................... 50
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lamp. 1. 3MTM Foam Monitoring Electrodes 2228
55
Lamp. 2. Dokumentasi
56
Lamp. 3. Datasheet LM 324
57
Lamp. 4. Manual for the sound card oscilloscope V1.41
70
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penyakit jantung merupakan pembunuh nomor satu di dunia. Penyakit ini
mempunyai gejala yang terkadang mirip dengan gejala penyakit lain. Misalnya
sakit perut dan nafas terasa berat. Si penderita bisa saja mengira hal itu adalah
masalah biasa pada pencernaan dan pernafasan. Dengan demikian, tak sedikit dari
mereka yang mengabaikan masalah ini. Padahal gejala penyakit jantung
membutuhkan penanganan sedini mungkin. Pemeriksaan kondisi jantung secara
rutin sangat diperlukan. Pemeriksaan kesehatan jantung dapat dilakukan dengan
menggunakan elektrokardiograf.
Elektrokardiograf adalah alat bantu diagnostik yang digunakan untuk
mendeteksi aktivitas listrik jantung. Sinyal fisiologis tubuh manusia direkam
dalam bentuk grafik yang dinamakan electrocardiogram (ECG). Dengan rekaman
ECG, dapatlah didiagnosis infark miokard yang sedang berkembang, dapat
diidentifikasi aritmia yang mengancam jiwa, dapat ditunjuk dengan tepat efek
kronik hipertensi berlarut-larut atau efek akut suatu embolus paru masif, atau
dengan cepat dapat diberikan pengukur guna menenangkan seseorang yang ingin
mulai mengikuti suatu program latihan jasmani.
Instrumentasi medis sangat berpengaruh besar dalam dunia kesehatan.
Khususnya ECG sangat berperan besar dalam membantu manusia untuk
mengetahui kondisi kesehatan jantung. Dalam mengupayakan perkembangan
instrumentasi medis salah satunya adalah upaya dalam -Diagnostic interpretation
via signal-processing techniques of bioelectric data- interpretasi diagnosis dengan
teknik pemrosesan sinyal data bioelektrik. Karena itu, saya membuat Rancang
Bangun
Instrumentasi
Elektrokardiografi
Berbantuan
PC
Menggunakan
Soundscope untuk pengembangan instrumentasi ECG.
Pengembangan ECG yang dilakukan oleh Siti Maisyaroh (2012) dengan
Rancang Bangun Instrumentasi Elektrokardiografi Berbasis PC Menggunakan
1
2
Sound Card. Penggunaan PC difungsikan sebagai ADC dan penampil grafik. ECG
yang dihasilkan masih terdapat peredaman noise kurang sempurna.
Pada penelitian ini saya membuat sebuah Rancang Bangun Instrumentasi
Elektrokardiografi Berbantuan PC Menggunakan Soundscope. Potensial biolistrik
yang dihasilkan jantung dicatat menggunakan Osiloskop pada sebuah PC.
Rangkaian pengolah sinyal terdiri dari penguat instrumentasi, HPF, Penguat
noninverting, dan LPF. Soundcard-Oscilloscope berbasis PC menerima data dari
soundcard dengan kecepatan sampling 44,1 kHz dan resolusi 16 Bit.
Rancangan ECG ini dapat dimanfaatkan untuk
kepentingan riset dan
pendidikan seperti belajar mengenai sinyal-sinyal biolistrik tubuh dan
instrumentasi dasar untuk medis.
1.2
Identifikasi Masalah
a.
Pentingnya instrumentasi ECG dalam dunia medis membuat
senantiasa perlu akan upaya pengembangan ECG.
b.
Elektrokardiogram berperan penting dalam memberikan informasi
kondisi jantung sehingga dituntut rancang bangun ECG yang mampu
menggambarkan aktivitas jantung dengan baik.
1.3
Batasan Masalah
Merancang dan membuat konstruksi ECG dengan menampilkan grafik
pada PC menggunakan software Soundcard-Oscilloscope.
1.4
Rumusan Masalah
a. Apakah EKG yang dirancang dapat menggambarkan aktivitas listrik
jantung?
b. Apakah EKG yang dirancang dapat menunjukkan bahwa jantung
pasien normal atau tidak normal?
c. Bagaimana pemanfaatan PC dalam menampilkan rekaman EKG?
3
1.4
Tujuan Penelitian
a. Membuat EKG yang dapat menggambarkan aktivitas listrik jantung.
b. Membuat EKG yang dapat menunjukkan bahwa jantung pasien normal
atau tidak normal mengacu pada orientasi gelombang-gelombang pada
rekaman EKG normal- yang ditulis oleh Malcolm Thaler dalam
bukunya Satu-Satunya Buku EKG yang Anda Perlukan.
c. Memanfaatkan personal komputer dalam instrumentasi medis.
1.5
Manfaat Penelitian
Diharapkan instrumentasi elektrokardiografi ini bisa menjadi salah satu
dukungan terhadap dunia medis akan perkembangan Interpretasi Diagnostik
sinyal biolistrik.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Telah
direalisasikan
perangkat
ECG
berbasis
PC
menggunakan
Soundscope. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan:
1. Peralatan EKG yang dikembangkan oleh peneliti menghasilkan grafik
yang menunjukkan jantung ketiga sampel adalah normal. Hasil ini
sesuai dengan pernyataan dokter untuk ketiga sampel pada saat
menggunakan EKG mac i di puskesmas.
2. Alat ini mampu menggambarkan kegiatan depolarisasi ventrikel yang
merupakan bagian terbesar dari miokardium.
3. Gelombang aVL dari EKG yang dikembangkan peneliti mirip dengan
gelombang aVL dari rekaman EKG mac i.
4. Secara umum perangkat ini cukup membantu kegiatan belajar
mengenai instrumentasi dasar medis dalam menggambarkan aktivitas
jantung dan pemanfaatan PC dalam instrumentasi medis.
5.2
SARAN
1. Perlu software khusus yang memiliki sistem analisis dan akuisisi data
sesuai dengan prinsip virtual instrumentasi.
2. Perlu melihat dari sudut pandang lain, yaitu I, II, III, aVR, aVF, V1,
V2, V3, V4, V5, dan V6 karena melihat dengan banyak sudut pandang
akan menghasilkan analisa yang baik.
3. Untuk menghindari adanya gangguan sinyal akibat antarmuka
elektroda dan gerakan tubuh, perlu dimanfaatkan elektroda yang
memiliki spesifikasi yang lebih baik.
52
DAFTAR PUSTAKA
3M. (2014). 3M™ Foam Monitoring Electrodes 2228. Tersedia pada
http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/IPD-NA/3M-InfectionPrevention/products/catalog/~/3M-Foam-Monitoring-Electrodes2228?N=3294734710+5640900&rt=d, Diakses pada 27 Agustus 2014
Agung, R. (2005). Realisasi Elektrokardiograf Berbasis Komputer Personal untuk
Akuisisi Data Isyarat Elektris Jantung. 4 (1).
Berbari, E. J. (2000). The Biomedical Engineering Handbook (Ed. kedua). Boca
Raton: CRC Press LLC.
Bronzino, J. D. (Penyunt.). (2006). Medical devices and systems. Boca Raton:
CRC Press.
Goldberger, A. L., dkk.(2013). Goldberger’s Clinical Electrocardiography A
Simplified Approach (Ed. kedelapan). Philadelphia: Elsevier Saunders.
Maisyaroh, S. (2012). Rancang Bangun Instrumentasi Elektrokardiografi
Berbasis PC Menggunakan Sound Card. Medan: FMIPA UNIMED.
Meta. (2010). eNHa Farm. Dipetik March 5, 2012, dari Lintah Indonesia:
http://www.lintahindonesia.com
Nagel, J. H. (2006). Medical Devices and Systems (Ed. ketiga). (J. D. Bronzino,
Penyunt.) Boca Raton, USA: CRC Press.
Neuman, M. R., dkk.(2008). Medical Instrumentation Application and Design
(Ed. ketiga). (J. G. Webster, Penyunt.) Wiley.
Rizal, A., dkk.(t.thn.). Desain dan Realisasi Perangkat Elektrokardiograf
Berbasis PC Menggunakan Soundcard.
Sangadji, F. (2008, November 24). Dasar-Dasar Elektrokardiografi (EKG).
Dipetik
January
11,
2012,
dari
Elektrokardiografi:
http://ekgnursing.blogspot.com/2008/11/dasar-dasar-elektrokardiografiekg.html
Somawirata, I. K. (2009). Pengembangan Electro Cardiograph (ECG) yang
Terintegrasi dengan Personal Komputer. Prosiding SENTIA , A-1 - A-7.
STMicroelectronics Group. (2001). LM124 - LM224 - LM324 Low Power Quad
Operational Amplifiers. www.datasheetcatalog.com
53
54
Susanto, A., dkk.(2006). Desain dan Realisasi Alat Elektrokardiograf Berbasis
Mikroprosesor 8-bit beserta Sistem Database dan Monitoringnya yang
Berbasis Online untuk Membantu Pasien Jantung. PKMT , 1-11.
Thaler, M. S. (2000). Satu-Satunya Buku EKG yang Anda Perlukan (Ed. kedua).
(S. Wahab, Penerj.) Jakarta, Indonesia: Hipokrates.
Widianto, A. (t.thn.). Perancangan Perangkat Lunak
Elektrokardiografi (EKG) pada Jaringan Lokal. 1-8.
Akuisisi
Data
Wikipedia.
(2013).
Elektrokardiogram.
Tersedia
pada
id.wikipedia.org/wiki/Elektrokardiogram, Diakses pada tanggal 27
Agustus 2014
Wikipedia.
(2013).
Kartu
Suara.
Tersedia
pada
http://id.wikipedia.org/wiki/Sound_Card, Diakses pada tanggal 27 Agustus
2014
Zeitnitz. (2012). LM124 - LM224 - LM324 Low Power Quad Operational
Amplifiers. http://www.zeitnitz.de/Christian/scope_en