APLIKASI JARINGAN SENSOR NIRKABEL UNTUK MONITORING MEDIS DI DAERAH BENCANA

0495: Muhammad Niswar dkk.

TI-39

APLIKASI JARINGAN SENSOR NIRKABEL UNTUK MONITORING MEDIS DI DAERAH BENCANA Muhammad Niswar, Amil Ahmad Ilham, Zaenab Muslimin, Indrabayu, Ansar Suyuti, Rhiza S. Sadjad, Tadjuddin Waris, Ady Wahyudi P., dan Zulkifli Tahir Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan km 10-11, Makassar

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK Kegiatan Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem triage network untuk pemantauan status tingkat keparahan kondisi kesehatan korban bencana agar tim medis dapat mengambil keputusan dan tindakan medis yang cepat terhadap korban berdasarkan tingkat keparahan kondisi kesehatan korban. Dalam penelitian ini akan dikembangkan sistem yang murah (low-cost) dan handal (reliable) dengan menggunakan teknologi Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) agar dapat di implementasikan pada daerah-daerah bencana yang infrastruktur telekomunikasinya rusak. Pada penelitian ini kami menggunakan mikro-kontroler Arduino yang merupakan open-source electronic prototyping dan menggunakan pulse sensor untuk mendeteksi kondisi denyut nadi pasien. Input sensor ini akan diklasifikasikan oleh mikrokontroller yang ada pada sensor node (SN) dan dikirim ke coordinator node dengan teknologi nirkabel XBee. Berdasarkan informasi tersebut, tim medis mendiagnosa dan mengambil tindakan medis berdasarkan tingkat keparahan kondisi kesehatan pasien / korban. Pada penelitian ini dilakukan uji kinerja sistem dan dari hasil uji kinerja menunjukkan bahwa sistem JSN yang kami kembangkan ini dapat bekerja dengan baik dalam mendeteksi kondisi denyut nadi pasien dan aplikasi ini dapat menampilkan kondisi denyut nadi pasien secara real time yang dapat diakses melalui jaringan internet. Kata Kunci: Jaringan Sensor Nirkabel, Arduino, Denyut Nadi

I.

PENDAHULUAN

Belakangan ini fokus penanganan medis lebih dititikberatkan pada penanganan medis saat pasien telah tiba di rumah sakit karena tenaga medis ditempatakan secara sentral sehingga pasien harus mendatangi langsung lokasi guna memperoleh pemeriksaan dan penanganan medis. Kebijakan tersebut memiliki kekurangan dalam hal penanganan dini keadaan darurat medis pada pasien[1]. Khusus di daerah bencana, banyaknya korban bencana alam di lokasi bencana yang tidak diimbangi dengan sumber daya seperti jumlah ahli medis, dan obat-obatan menjadi salah satu masalah yang signifikan. Kurangnya sumber daya tersebut berdampak langsung terhadap para pasien. Hal ini sering dikeluhkan oleh para pasien yang terbengkalai di tenda - tenda pengungsian maupun di unit gawat darurat. Tidak hanya pasien, kurangnya tenaga medis berdampak langsung terhadap para ahli medis. Dengan jumlah tenaga medis yang sedikit, maka akan dibutuhkan waktu yang lebih lama untuk memantau seluruh korban bencana alam. Untuk mengatasi hal tersebut dibutuhkan sebuah penerapan konsep yang dapat mengefisienkan tenaga medis di setiap lokasi bencana alam seperti konsep triase. Ada beberapa penelitian terkait tentang monitoring medis dengan menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel (JSN). Pada penelitian [2] mempelajari tentang kegunaan Body Sensor Netwroks (BSNs) untuk memonitor keadaan pasien, dimana

BSN sendiri tersusun atas sensor-sensor yang merekam data biologis yang akan dikirim ke kordinator data tujuan. Selanjutnya data bisa diinterpretasikan kedalam berbagai jalur. Dengan berkembanganya protokol nirkabel, teknologi seperti bluetooth dan ZigBee dapat menghilangkan konektor kabel dari jaringan dan meningkatkan mobilitas pasien. Pentingnya teknologi nirkabel dalam perkembangan desain body sensor dapat mengubah sistem perawatan kesehatan konvensional [3]. Sistem monitoring potabel dapat memberikan data medis secara berkelanjutan. Dengan demikian sistem monitoring tanda-tanda vital portabel dapat mengurangi biaya dan meningkatkan kualitas hidup pasien. Adapula aplikasi wireless body sensor network [4] yang merupakan pengembangan platform open source DexterNet[5] untuk pemantauan penyakit asma pada anak-anak. Aplikasinya sendiri memiliki tiga lapis sistem yaitu BSL sebagai sensor layer, PNL sebagai konektor perangkat mobile, serta GNL sebagai web server via internet. Penelitian kami bertujuan membangun suatu sistem jaringan sensor nirkabel untuk memantau denyut nadi pasien disertai web interface guna pemantauan secara global yang dilengkapi dengan prinsip triase. Triase sendiri terdiri atas upaya klasifikasi korban/pasien berdasarkan tingkat keparahan cedera mereka untuk peluang kelangsungan hidup mereka melalui pemberian intervensi medis yang segera. Prioritas yang lebih tinggi diberikan pada

Prosiding InSINas 2012


TI-40 korban yang prognosis jangka pendek atau jangka panjangnya dapat dipengaruhi secara dramatis oleh perawatan sederhana yang intensif [6]. Perkembangan teknologi yang begitu pesat, baik dalam teknologi nirkabel maupun mikrokontroler memungkinkan pembuatan teknologi medis yang cerdas, murah, dan ringan. Selain itu dengan menerapkan teknologi - teknologi tersebut, keluarga pasien maupun para ahli medis dapat memantau seluruh kondisi pasien di wilayah tertentu tanpa membutuhkan waktu yang lama. Sebagaimana kita ketahui bahwa penanganan medis saat ini mayoritas pasien yang menginap di rumah sakit bukan karena mereka membutuhkan perawatan medis secara aktif, namun kebanyakan karena pasien hanya membutuhkan observasi berkala untuk mendeteksi abnormalitas ataupun perubahan yang terjadi, mengawasi efekefek terapi secara berkala, atau untuk menghindarkan hal-hal buruk yang dapat terjadi dalam masa penyembuhan pasca operasi. Dalam artian deteksi dini anomali ini dapat mengurangi secara signifikan keadaan darurat di pusat-pusat perawatan.

G AMBAR 1: Skema rangkaian pengirim data

II.

METODOLOGI

Sistem Sensor Sistem sensor nirkabel yang dibuat menggunakan sebuah perangkat pengiriman data dan penerimaan data yang akan saling berhubungan dengan jaringan ad-hoc. Pengirim data dibuat dengan menggunakan kombinasi perangkat Pulse Sensor sebagai alat untuk mendeteksi denyut nadi pada korban/pasien dengan cara menempelkan sensor tersebut ke tubuh korban/pasien pada bagian ujung jari ataupun pada telinga. Pulse Sensor ini akan mengirimkan data analog berupa pulsa listrik ke dalam port Arduino sebagai pusat komputer pengolahan data. Masukan analog yang diproses menggunakan mikrokontroler berisi program sehingga dapat memberikan keluaran berupa data digital melalui dua jalur yaitu jalur langsung yang terdiri dari tiga buah indikator lampu led untuk mengisyaratkan kondisi berdasarkan kategori triase dan sebuah layar lcd sebagai antarmuka yang menampilkan jumlah detakan permenit. Data-data yang akan dikirim oleh perangkat ini terdiri atas 2 bagian, yaitu:

G AMBAR 2: Prototipe Pulse Sensor Node

1. BPM atau Beat per Minute dari pasien, yang nantinya akan digunakan dalam pengimplementasian triase pada sisi client maupun komputer pusat / server yang akan digunakan oleh tim medis dalam memantau kondisi pasien. 2. HRV (Heart Rate Variability) merupakan waktu yang dibutuhkan oleh jantung untuk mengembang dan mengempis. Waktu tersebut dapat digunakan untuk mensurvei secara langsung kondisi jantung pasien. Setiap data yang akan dikirim harus memenuhi syarat dibawah ini sehingga data tersebut dapat terbaca oleh aplikasi yang akan digunakan dalam penelitian ini. 1. Nilai BPM harus diawali oleh header Q, seperti Q100 yang menunjukkan nilai BPM dari pasien adalah 100 2. Nilai HRV harus diawali oleh header B, seperti B900 yang menunjukkan nilai HRV dari jantung pasien adalah 900 Setiap nilai yang dikirim baik itu nilai BPM maupun HRV harus dipisahkan dengan karakter “\n” atau new line


0495: Muhammad Niswar dkk. Mekanisme Kerja Sensor Pulse sensor adalah alat untuk mendeteksi detakan jantung dengan mengirimkan sinyal ke dalam arduino yang kemudian diolah oleh arduino sesuai kode yang telah diinputan kedalam mikrokontrolernya. Pseudocode logika kerja antara Pulse Sensor dan Arduino adalah sebagai berikut Procedure Arduino (pulsePin : Integer) { HRV merupakan variabel yang menyimpan waktu diantara 2 denyutan yang terjadi BPM merupakan variable yang menyimpan detakan per menit } Deklarasi HRV : Integer BPM : Integer Signal : Integer Peaktime, LastPeakTIme : Long Pulse : Boolean BeatCounter : Integer Rate : Integer Rpeat : boolean Samplecounter : Integer Algoritma Rpeat ← false Pulse ← false Peak ← 0 While (not Repeat) do Begin Signal ← analogRead(pulsePin) Fsignal ← Filter (Signal Samplecounter ← Samplecounter + 1 If(Fsignal >= Peak and Pulse = false) then Peak ← Fsignal peakTime ← samplecounter endIf If (Samplecounter mod 20 = 0) then SendMessage(“S”) SendMessage(Signal) If(Fsignal <0 and Pulse = false) then Beatcounter ← BeatCounter + 1 LED(“On”) Pulse ← True HRV ← peakTime - lastPeakTime lastPeakTime ← peakTime SendMessage(“B”) SendMessage(HRV) Rate ← Rate + HRV If (BeatCounter = 10) then Rate ← rate / BeatCounter BPM ← 60000/rate BeatCounter ← 0 Rate ← 0 SendMessage(“Q”) SendMessage(BPM) EndIf EndIf EndIf If(FSignal >0 and Pulse = True) then LED(“Off”) Pulse ← False Peak ← 0

TI-41 EndIf Delay(1) EndWhile

Aplikasi Processing Processing merupakan aplikasi pemrograman visual yang menyerupai bahasa pemrograman Java Processing merupakan aplikasi open source yang dapat diunduh di website resmi Processing. Pada penelitian ini, Processing digunakan oleh setiap komputer coordinator sehingga tim medis dapat memantau kondisi keseluruhan pasien dalam bentuk visual secara langsung. Selain itu, aplikasi Processing akan mengirimkan seluruh data yang diterima kedalam database server yang nantinya akan digunakan di dalam aplikasi web. Adapun Pseudocode logika kerja dari Processing adalah sebagai berikut : Procedure Processing(Serial Port) { Deklarasi HRV : Integer BPM : Integer inData : String Algoritma Begin inData ← Read(Port) While(inData=”\n”) { if(inData=’Q’) then BPM←int(inData) endIf if(inData=’B’) then HRV←int(inData); HeartBeat(On) endIf } MysqlQuery(BPM) Show(BPM) If(BPM>59 and BPM<101) then Red Indicator(Off) Yellow Indicator(Off) Green Indicator(On) Else If(BPM>44 and BPM<60) or (BPM>100 and BPM <116) then Red Indicator(Off) Yellow Indicator(On) Green Indicator(Off) Else Red Indicator(Off) Yellow Indicator(On) Green Indicator(Off) EndIf End

Web Interface Web interface digunakan agar keluarga pasien dapat memantau kondisi pasien secara real time tanpa harus berkunjung secara terus menerus ke lokasi korban bencana. Dengan diterapkannya aplikasi tersebut, tim medis dapat mengakses informasi yang berkaitan dengan data pasien melalui media komputer secara global hanya dengan menggunakan fasili-



TI-42 puter server.

III.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Uji Konsep Adaptasi Triage

G AMBAR 3: Graphic User Interface Processing

Konsep triage menggunakan batas sesuai standar BPM orang dewasa yaitu keadaan normal akan memberikan tanda berupa lampu LED hijau pada alat dan indikator warna hijau pada layar aplikasi dan tampilan web. Rentang 15 BPM dibawah dan diatas batas normal diberikan indikator warna kuning, dan selain kedua kondisi tersebut diberikan indikator merah.

tas internet. Web interface akan membaca seluruh data dari database server dan menampilkan data tersebut ke sisi client dengan menerapkan tampilan interface yang digunakan oleh Processing.

Prinsip Kerja Proposed Pulse Sensor Triage Denyut jantung yang optimal untuk setiap individu berbeda-beda tergantung pada kapan waktu mengukur detak jantung tersebut (saat istirahat atau setelah berolahraga). Variasi dalam detak jantung sesuai dengan jumlah oksigen yang diperlukan oleh tubuh saat itu. Pulse Sensor triage akan mengklasifikasikan keadaan pasien berdasarkan keadaan denyut jantung, dimana keadaan normal dan abnormal akan ditentukan dari jumlah BPM (Beats Per Minute) jantung. Apabila keadaan normal (60-100 BPM) [7] sistem akan menginformasikan dengan simbol hijau, dan apabila keadaan jauh dari ambang normal maka akan diberikan kondisi merah, sedangkan dalam kondisi masih dapat ditoleransi akan diberikan kode kuning.

G AMBAR 4: Bagan kerja sistem

G AMBAR 5: Uji Kinerja Sistem

Dapat dilihat dari grafik yang disajikan dibawah, antara grafik pengirim dan penerima berhimpit dimana hal tersebut membuktikan bahwa data kiriman dan data terimaan memperoleh hasil yang sama

G AMBAR 6: Perbandingan pengukuran sensor node dan coordinator node

Framework Sistem Sistem dibuat dalam dua sisi yaitu sisi pengirim dan penerima, dimana rangkaian JSN pengirim yang akan dipasangkan di badan subjek / pasien akan menerima data analog dari Puls Sensor yang melekat di ujung jari subjek, kemudian data tersebut masuk kedalam Arduino untuk diproses menjadi data digital kemudian Xbee pengirim akan mengirimkan data ke Xbee kordinator (penerima) yang diteruskan ke kom-

Unjuk Kerja Prototipe WSN berbasis WEB Sistem yang dibuat menggunakan aplikasi Processing yang bertujuan untuk menerima seluruh data yang dihasilkan oleh pulse sensor dan menampilkan data – data BPM kedalam bentuk visual atau grafik. Data yang ditampilkan akan disimpan kedalam tabel database. Yang nantinya akan diakses oleh client melalui web interface. Web Interface akan menampilkan


0495: Muhammad Niswar dkk. seluruh data yang telah ditampilkan oleh Processing (coordinator) sehingga keluarga pasien dapat mengetahui kondisi pasien secara lebih detil. Web Interface tersebut akan memperbaharui data yang diterimanya secara real time. G AM BAR 5 menunjukkan gambaran uji kinerja sistem dimana sebuah sensor node mengirim data denyut nadi ke coordinator node dengan mode komunikasi point-to-point. Data yang didapatkan dari sensor node ditampilkan dalam bentuk grafis yang melalui aplikasi Processing dan web interface untuk data yang sama.

Perbandingan Hasil Ukur Denyut Bagian Pergelangan

TI-43 memiliki selisih di bawah 10 BPM. Hasil tersebut kembali menegaskan pernyataan pada G AMBAR 8 mengenai kekuatan arus pompaan jantung untuk membuat denyut pada pembuluh darah.

Uji Fungsional Triage dengan menggunakan Web Interface dan Processing Pengujian sistem dilakukan dengan cara menguji fungsional sistem pemantauan denyut jantung berbasis web. Hasil pengujian dapat diperlihatkan pada TABEL 1. Dari hasil uji fungsional ini memperlihatkan bahwa sistem JSN yang kami telah bangun telah berfungsi sesuai harapan rancangan yang kami

IV.

KESIMPULAN

Berdasarkan analisi hasil percobaan dan pengukuran prototipe JSN untuk mendeteksi denyut jantung menggunakan perangkat Arduino dan Xbee serta pemrograman bahasa C untuk mikrokontroler ATmega dan perograman bahasa Java untuk applikasi menggunakan Processing dan koneksi database yang dipadukan antarmuka halaman web dengan mengusung konsep triage, maka dapat disimpulan sebagai berikut:

G AMBAR 7: Perbandingan pengukuran alat dan manual pada pergelangan

Pada G AMBAR 7 dengan melakukan pengukuran serentak untuk ketiga diatas dapat dilihat bahwa terjadi selisih hasil pengukuran diatas 10 BPM antara pengukuran manual dan pengukuran alat. Hal bisa terjadi jauhnya dari sumber, maka detakan semakin halus sehingga bisa terjadi kesalahan pengukuran akibat suatu detak yang halus tidak terhitung secara manual. Hal ini juga ditegaskan oleh prinsip peredaran darah manusia yang menyatakan semakin jauh dan semakin tinggi pembuluh darah dari jantung, maka kekuatan arus pompaan darah akan semakin melemah.

Perbandingan Hasil Ukur Denyut Bagian Dada

1. Pemilihan Arduino didasarkan atas kemudahan pemasangan perangkat keras lain seperti Pulse Sensor untuk mendeteksi denyut jantung dan kemudahan pemrograman dalam mengadaptasi prinsip triage untuk penentuan keadaan medis. 2. Di dalam pembuatan alat deteksi denyut jantung diperlukan perangkat radio komunikasi Xbee yang disinkronisasikan dengan Arduino sebagai perangkat transmitter yang dapat membentuk suatu jaringan ad-hoc. 3. Media halaman web dibutuhkan untuk menjadi mekanisme pemantauan jarak jauh dimana komputer penerima dapat bertindak sebagai server data. 4. Di dalam prakteknya, masih terdapat kendala delay pengiriman data akibat penuhnya buffer alat yang dapat mengakibatkan kehilangan paket data dan mengakibatkan perubahan hasil sampai <1 %. 5. Hasil perbandingan pengukuran prototipe JSN dan pengukuran langsung dipengaruhi oleh lokasi pengukuran disebabkan denyut yang melemah seiring bertambahnya jarak dari jantung.

DAFTAR PUSTAKA

G AMBAR 8: Perbandingan pengukuran alat dan manual pada dada Pada G AMBAR 8 diatas diketahui bahwa besar perbedaan pengukuran antara perhitungan manual dan perhitungan alat

[1] Ying Zhan and Hannan Xiao. Bluetooth-Based Sensor Networks for Remotely Monitoring the Physiological Signals of a Patient, IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, 13(6), 2009. [2] David Bauschlicher and Steven Bauschilcher, interacting with social networks to improve health-aware body sensor networks (Florida: Stetson University DeLand 2011). [3] Tuba Yilmaz, Robert Foster and Yang Hao, detecting vital signs with wearable wireless sensors (London: Queen Mary University of London 2010). [4] Edmund Y.W. Seto et al., A Wireless Body Sensor Network for the Prevention and Management of Asthma, 2009.



TI-44 TABEL 1: Hasil Uji

No. 1 2 3

Test Factor Koneksi ke database Kesesuaian BPM yang dikirim antara client dan Server Menampilkan status minor (Indikator Hijau)

4

Menampilkan status kuning (Indikator Kuning)

5

Menampilkan status major (Indikator Merah)

6

Menampilkan nilai BPM

7

Visualisasi detakan jantung

Hasil √ √ √

√

√

√ √

Keterangan Berhasil membaca tabel BPM Data yang diterima oleh client sesuai dengan data yang dikirim oleh komputer server (coordinator) Aplikasi web interface dan Processing berhasil menampilkan status major apabila kondisi denyut jantung pasien berada dalam keadaan normal Aplikasi web interface dan Processing berhasil menampilkan status major apabila pasien denyut jantung pasien 15BPMdiatas maupun dibawah keadaan normal Aplikasi web interface dan processing berhasil menampilkan status major apabila kondisi denyut jantung pasien dalam keadaan tidak normal atau kritis / diluar kondisi indikator kuning dan hijau Aplikasi web interface dan Processing berhasil menampilkan nilai BPM sesuai dengan nilai BPM yang diterima Gambar jantung berhasil bertekak sesuai dengan sinyal yang masuk

[5] Philip Kuryloski et al., DexterNet: An Open Platform for Heterogeneous Body Sensor Networks and Its Applications, 2009. [6] Pan American Health Organization, Bencana alam: perlindungan kesehatan masyarakat. (Jakarta: EGC 2006) [7] Joseph V. Stewart, vital signs and resuscitation. (Texas USA: Landes Bioscience 2003).


APLIKASI JARINGAN SENSOR NIRKABEL UNTUK MONITORING MEDIS DI DAERAH BENCANA

Recommend Documents