Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Heart Electrical Signal Pattern Analysis in Elektrocardiogram Using Principle Component Analysis Method
HEART ELECTRICAL SIGNAL PATTERN ANALYSIS IN
ELECTROCARDIOGRAM USING PRINCIPLE COMPONENT
ANALYSIS METHOD
Oleh,
Gil Gaspar Mascarenhas Lobo Pinto
NIM: 642011903
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Matematika guna
memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
2014
i
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya,
penyusunan tugas akhir yang berjudul “HEART ELECTRICAL SIGNAL PATTERN ANALYSIS
IN ELECTROCARDIOGRAM USING PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS METHOD”
dapat diselesaikan.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami beberapa
kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, serta kerjasama dari berbagai pihak sehingga kendalakendala yang dihadapi tersebut dapat diatasi. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin
menyampaikan banyak terima kasih kepada Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, M.Sc.nat. selaku
pembimbing utama dan Bapak Nur Aji Wibowo, S.Si, M.Si. selaku pembimbing pendamping yang
telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga serta pikiran untuk memberikan bimbingan, motivasi,
arahan, dan saran-saran yang sangat berharga kepada penulis selama melakukan penelitian hingga
tulisan ini selesai dengan baik dan di terima di International Journal of Science and Research (IJSR).
Tidak lupa pula penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada:
1. Kedua orang tua saya dan saudara/i kandung saya yang selama ini telah mendukung saya
dalam hal moril maupun materil serta doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini.
2. Ibu Dra. Marmi Sudarmi, M.Si. selaku ketua program studi fisika dan pendidikan fisika,
juga selaku wali studi penulis yang telah banyak memberikan nasehat-nasehat, dorongan
dan bimbingan, serta sabar menghadapi kami selama menjadi wali studi.
3. Kepada bapak Andreas Setiawan, S.Si., M.T (sedang studi S3) yang telah memberikan
saran, ide dan arahan yang sangat berguna kepada penulis. Terima kasih pak.
4. Ibu dr. Jodelin Muninggar, M.Sc., yang telah membantu penulis dalam memberikan
informasi untuk mengetahui bagaimana dapat membaca grafik elektrokardiogram.
5. Ibu Made Ray Suci Shanti Nuraini Ayub, S.Si., M.Pd., yang telah membantu saya dengan
memberikan hasil diagnosanya, sekali lagi terima kasih banyak telah mengijinkan penulis
untuk meneliti hasil diagnosa ibu.
6. Dosen-dosen yang telah membekali penulis dengan berbagai ilmu selama mengikuti
perkuliahan sampai akhir penulisan tugas akhir ini.
7. Pak Tafip, mas Tri dan mas Sigit yang dengan sabar dan ikhlas meluangkan waktu untuk
membantu penulis dalam mempersiapkan alat serta bahan yang dibutuhkan penulis untuk
melakukan penelitian hingga selesai dengan baik.
8. Adik Yos, adik Gisel, adik Satria, Jose, Frando, pak Tafip yang telah membantu penulis
hingga penilitian tersebut dapat berjalan dengan baik. Sekali lagi Terima kasih banyak
atas kontribusinya yang sudah mau menjadi sampel (pasien) dalam penelitian penulis.
9. Frando. Terima kasih atas kerja samanya selama ini.
10. Kepada semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu per
satu.
Semoga tuhan memberikan balasan yang berlipat ganda kepada semuanya. Penulis menyadari
bahwa masih banyak kekurangan dari tugas akhir ini, baik dari materi maupun teknik penyajiannya,
mengingat kurangnya pengetahuan dan pengalaman penulis. Oleh karena itu, kritik dan saran yang
membangun sangat penulis harapkan.
v
Apabila dalam penulisan ini ada kata-kata yang kurang baik atau kurang berkenang di hati
para pembaca, penulis mohon maaf sebesar-besarnya. Penulis berharap kiranya melalui penyusunan
tugas akhir ini akan bermanfaat bagi para pembaca.
Salatiga, 19 Juni 2014
Penulis,
Gil Gaspar Mascarenhas Lobo Pinto
vi
DAFTAR ISI
HALAM JUDUL...……………………………………....…….…………….…………….……………i
LEMBAR PENGESAHAN…………………………...……....…………….……………….…………ii
LEMBAR PERYATAAN KEASLIAN………...............................………………………..…………iii
LEMBAR HAK BEBAS ROYALTI DAN PUBLIKASI………..………………….……….………..iv
KATA PENGANTAR……………………………………………….…....…………….……….……..v
DAFTAR ISI…………………………………..……………………….................…………….…….vii
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………………..…….viii
HEART ELECTRICAL SIGNAL PATTERN ANALYSIS IN ELECTROCARDIOGRAM USING
PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS METHOD………….……………..…………….....……..1
ABSTRACT……………….…………………………………….……………….........................…….1
INTRODUCTION……………………………………….………….………….…………….…….......1
METHODOLOGY………………………………………….……………….…...……………..………1
Signal Processing………………………………….………………….…..………..…………..2
Smoothing………………….….……………….……………......……...………….………….2
Features Extraction…………………………………………….……....……………………...2
Features Extraction………….……………….………………………...…............……………2
Three Dimensional Graphic………………….……..…………...…...…….………..…………3
PCA/ Data Reduction…………….…….…………..………………..……………..……..……3
Graphic Pattern Identification / Final Result………………………………....………………..3
RESULT AND DISCUSSION…………………….……...…………….…………..………………….3
CONCLUSION……………………………………………………………………...………………….5
References…………………………………………………………….…….………..…………..……..5
Author Profile……………………………………………………….……………..…………...………5
LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Figure 1. Signal ECG model………………….………….………….……….……..….........................1
Figure 2. ECG Signal Result Procession Table……………….……………….……………..………..2
Figure 3. ECG Output Signal………………………………….…………....……………...………….2
Figure 4. QRS Complex Detection Result (peak R)…………………….…………….….…......……..2
Figure 5. Extraction Result of the ECG signal…………………………….………….…....….………2
Figure 6. Three Dimensional ECG Output Signal Result…….…………….……………..……...……3
Figure 7. Plotting result of both principal component from PCA projection are indicated as principal
component 1 (princomp (1)) and principal component 2 (princomp (2))…………..…………..……...4
viii
International Journal of Science and Research (IJSR)
ISSN (Online): 2319-7064
Impact Factor (2012): 3.358
Heart Electrical Signal Pattern Analysis in
Electrocardiogram Using Principle Component
Analysis Method
Gil Gaspar M. Lobo Pinto1, Nur Aji Wibowo2, Surya Satriya Trihandaru3
1, 2, 3
Satya Wacana Christian University, Faculty of Science and Mathematics,
52-60Diponegoro, Salatiga 50711, Jawa Tengah, Indonesia
Abstract: Had been done research about heart electrical signal pattern analysis on electrocardiogram to know and to identify the
characteristics of each recorded signal wave which was recorded by using Principle Component Analysis. Some steps that are needed to
achieve the result of electrocardiogram consist of signal processing, smoothing (filter), features extraction, normalization, three
dimensional graphics and data reduction or principle Component Analysis. In this research, the information about heart beats is
detected from peak QRS complex and RR interval in the electrocardiogram signal. It is obtained that the plotted results of the both of
principal component from the Principle Component Analysis projection show that there are several dissemination. It happens because of
the result of the movement of electrocardiogram signal wave toward time and its amplitude. The result received from Principle
Component Analysis Method shows that the character of each of the electrocardiogram signal wave has different patterns which are
represented by spots’ distribution on the graphics. Those spots show the differences and the similarities of time taken through by each of
electrocardiogram signal wave and its amplitude show that Principle Component Analysis can be used to distinguish the characters of
each signal and to show the existing movement.
Keywords: Electrocardiogram, Principle Component Analysis, heart, smoothing, features extraction, and normalization.
Paper ID: 020131610
Volume 3 Issue 6, June 2014
www.ijsr.net
ELECTROCARDIOGRAM USING PRINCIPLE COMPONENT
ANALYSIS METHOD
Oleh,
Gil Gaspar Mascarenhas Lobo Pinto
NIM: 642011903
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Matematika guna
memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
2014
i
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya,
penyusunan tugas akhir yang berjudul “HEART ELECTRICAL SIGNAL PATTERN ANALYSIS
IN ELECTROCARDIOGRAM USING PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS METHOD”
dapat diselesaikan.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami beberapa
kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, serta kerjasama dari berbagai pihak sehingga kendalakendala yang dihadapi tersebut dapat diatasi. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin
menyampaikan banyak terima kasih kepada Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, M.Sc.nat. selaku
pembimbing utama dan Bapak Nur Aji Wibowo, S.Si, M.Si. selaku pembimbing pendamping yang
telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga serta pikiran untuk memberikan bimbingan, motivasi,
arahan, dan saran-saran yang sangat berharga kepada penulis selama melakukan penelitian hingga
tulisan ini selesai dengan baik dan di terima di International Journal of Science and Research (IJSR).
Tidak lupa pula penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada:
1. Kedua orang tua saya dan saudara/i kandung saya yang selama ini telah mendukung saya
dalam hal moril maupun materil serta doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini.
2. Ibu Dra. Marmi Sudarmi, M.Si. selaku ketua program studi fisika dan pendidikan fisika,
juga selaku wali studi penulis yang telah banyak memberikan nasehat-nasehat, dorongan
dan bimbingan, serta sabar menghadapi kami selama menjadi wali studi.
3. Kepada bapak Andreas Setiawan, S.Si., M.T (sedang studi S3) yang telah memberikan
saran, ide dan arahan yang sangat berguna kepada penulis. Terima kasih pak.
4. Ibu dr. Jodelin Muninggar, M.Sc., yang telah membantu penulis dalam memberikan
informasi untuk mengetahui bagaimana dapat membaca grafik elektrokardiogram.
5. Ibu Made Ray Suci Shanti Nuraini Ayub, S.Si., M.Pd., yang telah membantu saya dengan
memberikan hasil diagnosanya, sekali lagi terima kasih banyak telah mengijinkan penulis
untuk meneliti hasil diagnosa ibu.
6. Dosen-dosen yang telah membekali penulis dengan berbagai ilmu selama mengikuti
perkuliahan sampai akhir penulisan tugas akhir ini.
7. Pak Tafip, mas Tri dan mas Sigit yang dengan sabar dan ikhlas meluangkan waktu untuk
membantu penulis dalam mempersiapkan alat serta bahan yang dibutuhkan penulis untuk
melakukan penelitian hingga selesai dengan baik.
8. Adik Yos, adik Gisel, adik Satria, Jose, Frando, pak Tafip yang telah membantu penulis
hingga penilitian tersebut dapat berjalan dengan baik. Sekali lagi Terima kasih banyak
atas kontribusinya yang sudah mau menjadi sampel (pasien) dalam penelitian penulis.
9. Frando. Terima kasih atas kerja samanya selama ini.
10. Kepada semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu per
satu.
Semoga tuhan memberikan balasan yang berlipat ganda kepada semuanya. Penulis menyadari
bahwa masih banyak kekurangan dari tugas akhir ini, baik dari materi maupun teknik penyajiannya,
mengingat kurangnya pengetahuan dan pengalaman penulis. Oleh karena itu, kritik dan saran yang
membangun sangat penulis harapkan.
v
Apabila dalam penulisan ini ada kata-kata yang kurang baik atau kurang berkenang di hati
para pembaca, penulis mohon maaf sebesar-besarnya. Penulis berharap kiranya melalui penyusunan
tugas akhir ini akan bermanfaat bagi para pembaca.
Salatiga, 19 Juni 2014
Penulis,
Gil Gaspar Mascarenhas Lobo Pinto
vi
DAFTAR ISI
HALAM JUDUL...……………………………………....…….…………….…………….……………i
LEMBAR PENGESAHAN…………………………...……....…………….……………….…………ii
LEMBAR PERYATAAN KEASLIAN………...............................………………………..…………iii
LEMBAR HAK BEBAS ROYALTI DAN PUBLIKASI………..………………….……….………..iv
KATA PENGANTAR……………………………………………….…....…………….……….……..v
DAFTAR ISI…………………………………..……………………….................…………….…….vii
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………………..…….viii
HEART ELECTRICAL SIGNAL PATTERN ANALYSIS IN ELECTROCARDIOGRAM USING
PRINCIPLE COMPONENT ANALYSIS METHOD………….……………..…………….....……..1
ABSTRACT……………….…………………………………….……………….........................…….1
INTRODUCTION……………………………………….………….………….…………….…….......1
METHODOLOGY………………………………………….……………….…...……………..………1
Signal Processing………………………………….………………….…..………..…………..2
Smoothing………………….….……………….……………......……...………….………….2
Features Extraction…………………………………………….……....……………………...2
Features Extraction………….……………….………………………...…............……………2
Three Dimensional Graphic………………….……..…………...…...…….………..…………3
PCA/ Data Reduction…………….…….…………..………………..……………..……..……3
Graphic Pattern Identification / Final Result………………………………....………………..3
RESULT AND DISCUSSION…………………….……...…………….…………..………………….3
CONCLUSION……………………………………………………………………...………………….5
References…………………………………………………………….…….………..…………..……..5
Author Profile……………………………………………………….……………..…………...………5
LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Figure 1. Signal ECG model………………….………….………….……….……..….........................1
Figure 2. ECG Signal Result Procession Table……………….……………….……………..………..2
Figure 3. ECG Output Signal………………………………….…………....……………...………….2
Figure 4. QRS Complex Detection Result (peak R)…………………….…………….….…......……..2
Figure 5. Extraction Result of the ECG signal…………………………….………….…....….………2
Figure 6. Three Dimensional ECG Output Signal Result…….…………….……………..……...……3
Figure 7. Plotting result of both principal component from PCA projection are indicated as principal
component 1 (princomp (1)) and principal component 2 (princomp (2))…………..…………..……...4
viii
International Journal of Science and Research (IJSR)
ISSN (Online): 2319-7064
Impact Factor (2012): 3.358
Heart Electrical Signal Pattern Analysis in
Electrocardiogram Using Principle Component
Analysis Method
Gil Gaspar M. Lobo Pinto1, Nur Aji Wibowo2, Surya Satriya Trihandaru3
1, 2, 3
Satya Wacana Christian University, Faculty of Science and Mathematics,
52-60Diponegoro, Salatiga 50711, Jawa Tengah, Indonesia
Abstract: Had been done research about heart electrical signal pattern analysis on electrocardiogram to know and to identify the
characteristics of each recorded signal wave which was recorded by using Principle Component Analysis. Some steps that are needed to
achieve the result of electrocardiogram consist of signal processing, smoothing (filter), features extraction, normalization, three
dimensional graphics and data reduction or principle Component Analysis. In this research, the information about heart beats is
detected from peak QRS complex and RR interval in the electrocardiogram signal. It is obtained that the plotted results of the both of
principal component from the Principle Component Analysis projection show that there are several dissemination. It happens because of
the result of the movement of electrocardiogram signal wave toward time and its amplitude. The result received from Principle
Component Analysis Method shows that the character of each of the electrocardiogram signal wave has different patterns which are
represented by spots’ distribution on the graphics. Those spots show the differences and the similarities of time taken through by each of
electrocardiogram signal wave and its amplitude show that Principle Component Analysis can be used to distinguish the characters of
each signal and to show the existing movement.
Keywords: Electrocardiogram, Principle Component Analysis, heart, smoothing, features extraction, and normalization.
Paper ID: 020131610
Volume 3 Issue 6, June 2014
www.ijsr.net