BAB 4 UJICOBA DAN ANALISIS

BAB 4  UJICOBA DAN ANALISIS   

Bab ini membahas tentang prosedur ujicoba, hasil-hasil ujicoba, dan analisis hasil ujicoba alat stimulasi OpenMCS dan program sinyal terapi µStimS. Pembahasan ujicoba dan analisis meliputi lima sub bab yaitu ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS, ujicoba sistem proteksi, ujicoba pre klinis sebagai pendukung, diskusi analisis, dan potensi pengembangan lebih lanjut. Langkah-langkah ujicoba secara keseluruhan diilustrasikan pada gambar 4.1.

  Gambar 4. 1 Diagram blok ujicoba OpenMCS dan µStimS  

4.1 UJICOBA KINERJA RANGKAIAN OpenMCS  Ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS adalah suatu langkah ujicoba yang membandingkan data sinyal yang dijalankan oleh software µStimS dengan

52   

parameter sinyal keluaran OpenMCS. Ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS terdiri dari: 1. Uji bentuk sinyal 2. Uji amplitudo 3. Uji frekuensi 4. Uji lebar pulsa Pada ujicoba ini dilakukan pengambilan data sinyal keluaran OpenMCS pada berbagai kondisi penyetelan sinyal dan pada pemberian beban hambatan yang berbeda. Ujicoba kinerja rangkaian OpenMCS dilakukan menggunakan beban berupa resistor 4,7 kΩ, 10 kΩ, 15 kΩ, 20 kΩ, dan 27 kΩ pada amplitudo 100 µA, 250 µA, 500 µA, 750 µA, dan 1000 µA dengan frekuensi 1 Hz, 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 125 Hz, 250 Hz dan 500 Hz, serta dengan lebar pulsa 5 ms, 10 ms, 50 ms, 100 ms, 250 ms, 500 ms dan 1000 ms.

4.1.1

UJICOBA DAN ANALISIS BENTUK SINYAL 

Ujicoba bentuk sinyal dilakukan dengan mengamati bentuk sinyal yang dihasilkan pada osiloskop. Terdapat dua metode yang digunakan pada ujicoba bentuk sinyal, yaitu : a. Ujicoba bentuk sinyal menggunakan resistor b. Ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh

4.1.1.1 Ujicoba bentuk sinyal menggunakan resistor 

Ujicoba bentuk sinyal stimulasi arus mikro dengan menggunakan resistor dimaksudkan untuk mengamati bentuk sinyal asli yang dikeluarkan oleh OpenMCS. Hasil ujicoba kelima bentuk sinyal itu ditunjukkan pada gambar 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, dan 4.6 untuk sinyal pulsa persegi 1, persegi 2, persegi 3, ramp 1, dan ramp 2 secara berturut-turut.

53   

  Gambar 4. 2 Tampilan realisasi sinyal persegi 1  

  Gambar 4. 3 Tampilan realisasi sinyal persegi 2  

  Gambar 4. 4 Tampilan realisasi sinyal persegi 3  

54   

  Gambar 4. 5 Tampilan realisasi sinyal ramp 1  

  Gambar 4. 6 Tampilan realisasi sinyal ramp 2

Dari data pengamatan terhadap bentuk sinyal OpenMCS, terlihat bahwa sinyal stimulasi arus mikro yang dibangkitkan mempunyai bentuk yang sesuai dengan perancangan. Namun demikian, masih terdapat derau berupa tegangan riak yang berkisar 50 mV. Dari hasil pengamatan, peneliti menyimpulkan bahwa tegangan riak ini berasal dari rangkaian DC/DC konverter yang melipatkan tegangan dari 12 volt ke 42 volt sebelum masuk sebagai catu caya rangkaian OpenMCS. Tegangan ini sudah diminimalisasi dengan penambahan regulator sehingga besarnya menjadi sekitar 50 mV. Dengan keberadaan tegangan riak tersebut, bentuk sinyal stimulasi arus mikro masih terlihat baik. Tegangan riak sebesar 50 mV tersebut masih berada dalam rentang toleransi 1% karena tegangan sinyal yang dihasilkan berada dalam orde volt.

55   

4.1.1.2 Ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh 

Ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh tubuh dalam mempengaruhi bentuk sinyal stimulasi pada saat terapi berlangsung. Ujicoba ini tidak menganalisis efektivitas OpenMCS sebagai alat stimulasi arus mikro dalam memberikan stimulasi karena setiap bentuk sinyal elektroterapi akan selalu mengalami perubahan ketika dipasang ke tubuh. Hasil ujicoba bentuk sinyal pada saat elektroda dipasang ke tubuh ditunjukkan pada gambar 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, dan 4.11 untuk sinyal pulsa persegi 1, persegi 2, persegi 3, ramp 1, dan ramp 2 secara berturut-turut.

  Gambar 4. 7 Tampilan bentuk sinyal persegi 1 saat elektroda dipasang ke tubuh

  Gambar 4. 8 Tampilan bentuk sinyal persegi 2 saat elektroda dipasang ke tubuh

56   

  Gambar 4. 9 Tampilan bentuk sinyal persegi 3 saat elektroda dipasang ke tubuh

  Gambar 4. 10 Tampilan bentuk sinyal ramp 1 saat elektroda dipasang ke tubuh

  Gambar 4. 11 Tampilan bentuk sinyal ramp 2 saat elektroda dipasang ke tubuh

57   

4.1.2

UJICOBA DAN ANALISIS AMPLITUDO SINYAL 

Amplitudo sinyal menyatakan besar kuat arus listrik maksimum pada pulsa stimulasi arus mikro. Ujicoba amplitudo sinyal bertujuan untuk menguji kebenaran kuat arus listrik yang dibangkitkan oleh OpenMCS dibanding dengan hasil pengukuran menggunakan osiloskop.

Tabel 4. 1 Data uji amplitudo sinyal OpenMCS Vo (V) 

No. 

Idata  (µA) 

Nilai RB  (kΩ) 

1 

2 

3 

Io (µA) 

%  kesalahan 

1  2  3  4  5 

101  101  101  101  101 

4,7  10  15  20  27 

0,478  1,027  1,520  2,027  2,726 

0,485  1,027  1,520  2,025  2,730 

0,480  1,030  1,518  2,027  2,730 

102,340  102,800  101,289  101,317  101,062 

1,33%  1,78%  0,29%  0,31%  0,06% 

6  7  8  9  10 

250  250  250  250  250 

4,7  10  15  20  27 

1,182  2,520  3,750  5,004  6,757 

1,177  2,522  3,751  5,000  6,757 

1,176  2,519  3,760  5,009  6,750 

250,709  252,033  250,244  250,217  250,173 

0,28%  0,81%  0,10%  0,09%  0,07% 

11  12  13  14  15 

501  501  501  501  501 

4,7  10  15  20  27 

2,347  5,037  7,518  10,020  13,530 

2,368  5,044  7,524  10,020  13,530 

2,356  5,041  7,520  10,030  13,530 

501,489  504,067  501,378  501,167  501,111 

0,10%  0,61%  0,08%  0,03%  0,02% 

16  17  18  19  20 

751  751  751  751  751 

4,7  10  15  20  27 

3,569  7,540  11,270  15,020  20,270 

3,502  7,520  11,260  15,020  20,280 

3,521  7,520  11,260  15,020  20,280 

751,206  752,667  750,889  751,000  750,988 

0,03%  0,22%  0,01%  0,00%  0,00% 

21  22  23  24  25 

999  999  999  999  999 

4,7  10  15  20  27 

4,740  10,050  14,980  19,980  26,970 

4,720  10,100  14,980  19,980  26,970 

4,710  1004,965  10,050  1006,667  14,980  998,667  19,980  999,000  26,970  998,889 

0,60%  0,77%  0,03%  0,00%  0,01% 

58   

Uji amplitudo dilakukan sebanyak tiga kali dengan mengukur nilai tegangan keluaran pada beberapa nilai resistansi uji. Selanjutnya rata-rata tegangan keluaran dibagi dengan nilai resistansi uji yang berkaitan untuk mendapatkan nilai arus keluaran. Hasil perhitungan nilai arus listrik keluaran ini kemudian diperbandingkan dengan data arus listrik yang ada pada program µStimS. Dari hasil ujicoba amplitudo sinyal seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1, amplitudo sinyal keluaran yang dihasilkan oleh OpenMCS mempunyai nilai yang hampir tepat sama dengan data amplitudo yang tertera pada tampilan LCD OpenMCS. Perhitungan nilai kesalahan yang diperoleh menghasilkan nilai ratarata kesalahan kurang dari 1%. Kesalahan terbesar terdapat pada saat OpenMCS mengeluarkan sinyal dengan amplitudo 101 µA dengan beban resistansi 4,7 kΩ dan 10 kΩ, yaitu sebesar 1,33% dan 1,78%. Analisis dari ujicoba amplitudo sinyal OpenMCS ini terdapat pada besarnya kesalahan yang terjadi pada saat arus listrik diatur sebesar 101 µA. Jika dibandingkan antara tingkat kesalahan alat OpenMCS pada saat mengeluarkan arus listrik 101 µA dan pada saat yang lainnya, dapat secara langsung diamati bahwa tingkat kesalahan OpenMCS pada saat mengeluarkan arus listrik 101 µA lebih besar daripada pada saat mengeluarkan arus listrik dengan nilai yang lebih besar. Dari pengamatan menggunakan osiloskop, fenomena ini ternyata terjadi akibat adanya tegangan riak yang rata-rata sebesar 50 mV yang cukup berpengaruh pada sinyal tegangan rendah. Tegangan riak yang rata-rata sebesar 50 mV ini mampu mempengaruhi hasil perhitungan otomatis yang terdapat pada osiloskop pada saat tegangan sinyal keluaran berkisar antara 1 V. Selain tegangan riak, faktor lain yang turut mempengaruhi besarnya kesalahan adalah nilai resistor 10 kΩ yang digunakan tidaklah tepat sesuai nilai yang tertera. Resistor 10 kΩ yang digunakan pada kenyataannya mempunyai nilai 9,98 kΩ sehingga hasil pengukuran pada saat menggunakan resistor 10 kΩ menghasilkan kesalahan yang paling besar pada semua rentang arus listrik yang ditampilkan di LCD OpenMCS. Analisis ini didasarkan dari hasil pengolahan data yang menunjukkan

59   

adanya pola hasil pengukuran yang hampir sama pada setiap rentang amplitudo. Grafik hasil pengukuran amplitudo ini ditunjukkan pada gambar 4.12.

Arus listrik 101 µA

Arus listrik 250 µA

103.000

253.000 252.000

102.000

251.000 101.000

250.000

100.000

249.000 4.7

10

15

20

27

4.7

Arus listrik 501 µA

10

15

20

27

Arus listrik 751 µA 753.000

506.000 504.000

752.000

502.000 751.000

500.000 498.000

750.000 4.7

10

15

20

4.7

27

10

15

20

27

Arus listrik 999 µA 1010.000 1005.000 1000.000 995.000 990.000 4.7

10

15

20

27

  Gambar 4. 12 Grafik hasil pengukuran amplitudo pada setiap nilai amplitudo  

60   

4.1.3

UJICOBA DAN ANALISIS FREKUENSI SINYAL 

Data ujicoba yang ketiga adalah uji frekuensi sinyal OpenMCS yang ditunjukkan pada tabel 4.2. Dari data ujicoba frekuensi, terlihat bahwa frekuensi sinyal yang dikeluarkan relatif sama dengan frekuensi yang diatur pada program. Tingkat kesalahan rata-rata yang terjadi selama ujicoba adalah 0,83% dengan kesalahan maksimum 5%. Kesalahan maksimum ini terjadi pada saat ujicoba jenis sinyal ramp dengan frekuensi program 10 Hz. Semakin tinggi frekuensi, tingkat kesalahan yang terjadi cenderung semakin kecil. Selisih kesalahan ini diakibatkan oleh adanya pembulatan pada perhitungan mikrokontroler alat, dimana perhitungan ini hanya mampu mengolah bilangan jenis integer positif. Tabel 4. 2a Data uji frekuensi sinyal OpenMCS No.  Uji  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21 

Jenis sinyal  fdata (Hz) Persegi 1  1     10     50     100     125     250     500  Persegi 2  1     10     50     100     125     250     500  Persegi 3  1     10     50     100     125     250     500   

61   

f (Hz)  1  10  49,5  98,7  124  248,5  498,5  1  9,8  49,5  99  125  249  500  1  10,2  51,3  100  125  250,8  501,5 

%  kesalahan  0,00%  0,00%  1,00%  1,30%  0,80%  0,60%  0,30%  0,00%  2,00%  1,00%  1,00%  0,00%  0,40%  0,00%  0,00%  2,00%  2,60%  0,00%  0,00%  0,32%  0,30% 

Tabel 4.2b Data uji frekuensi sinyal OpenMCS (lanjutan)  No. Uji  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35 

Jenis  sinyal  Ramp 1                    Ramp 2                   

fdata  (Hz)  1  10  50  100  125  250  500  1  10  50  100  125  250  500 

f (Hz)  1  9,5  48,9  99  125  249,5  500  1  9,5  49,6  99,5  124,5  249,7  499,6 

%  kesalahan  0,00%  5,00%  2,20%  1,00%  0,00%  0,20%  0,00%  0,00%  5,00%  0,80%  0,50%  0,40%  0,12%  0,08% 

 

Ditinjau dari ketepatan frekuensi sinyal hasil ujicoba ini, OpenMCS sudah layak untuk diterapkan pada aplikasi sinyal pengobatan karena batasan frekuensi pada pengobatan mempunyai rentang yang sangat lebar. Namun untuk kesempurnaan alat, algoritma perhitungan frekuensi masih perlu diperbaiki agar didapat frekuensi sinyal yang semakin akurat.

4.1.4

UJICOBA DAN ANALISIS LEBAR PULSA SINYAL 

Ujicoba lebar pulsa membandingkan nilai lebar pulsa yang tertera pada tampilan LCD alat OpenMCS dari perhitungan pada algoritma µStimS dengan lebar pulsa yang dikeluarkan oleh alat OpenMCS yang diukur menggunakan osiloskop. Data hasil ujicoba pengukuran lebar pulsa ini ditunjukkan pada tabel 4.3.

62   

Tabel 4. 3 Data uji lebar pulsa sinyal OpenMCS No.  Uji  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35 

Jenis sinyal  Persegi 1                    Persegi 2                    Persegi 3                    Ramp 1                    Ramp 2                   

Tdata (ms)  5  10  50  100  250  500  1000  5  10  50  100  250  500  1000  5  10  50  100  250  500  1000  20  50  100  250  500  750  1000  20  50  100  250  500  750  1000 

 

63   

T (ms)  5  10  50  100  250  500  1000  5  10  50  100  250  500  1000  5  10  50  100  250  500  1000  20  50  100  250  500  750  1000  20  50  100  250  500  750  1000 

Dari hasil ujicoba lebar pulsa sinyal OpenMCS, ketepatan sinyal keluaran mempunyai nilai yang sangat mendekati nilai data lebar pulsa yang diatur oleh program. Meskipun hasil pengukuran menunjukkan nilai yang tepat sama, peneliti tetap memastikan bahwa sinyal yang dikeluarkan oleh OpenMCS mempunyai tingkat kesalahan yang besarnya mendekati 0%. Hasil pengukuran yang tepat sama dengan data sinyal pada tampilan LCD ini dikarenakan oleh keterbatasan alat ukur yang digunakan. Sebagai contoh, untuk pengamatan pada layar osiloskop, peneliti sulit sekali membedakan sinyal dengan lebar pulsa 500 ms dengan 506 ms. Sebenarnya kemungkinan kesalahan penerjemahan sinyal ke dalam bentuk angka masih terbuka tetapi dengan nilai kesalahan yang pasti dibawah 1%. Sedangkan pada sinyal dengan nilai lebar pulsa kecil, data hasil pengukuran menunjukkan nilai yang sebenarnya. Dengan demikian, analisis dari uji lebar pulsa sinyal OpenMCS ini dapat disimpulkan memenuhi persyaratan aplikasi elektroterapi dengan nilai kesalahan mendekati 0%.  

4.2 UJICOBA SISTEM PROTEKSI  Ujicoba sistem proteksi terdiri dari ujicoba kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Ujicoba ini meliputi: 1. Uji proteksi terhadap arus listrik berlebih (hardware) 2. Uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih (software) 3. Uji proteksi terhadap arus listrik rata-rata berlebih (software)

4.2.1

UJI PROTEKSI TERHADAP ARUS LISTRIK BERLEBIH 

Uji proteksi terhadap arus listrik berlebih bertujuan untuk menghindari kesalahan yang diakibatkan oleh OpenMCS dalam membangkitkan sinyal arus listrik. Ujicoba ini berbeda dengan ujicoba amplitudo sinyal dan tidak terkait dengan tingkat kesalahan yang dihasilkan dari hasil ujicoba amplitudo sinyal. Uji proteksi

64   

terhadap arus listrik berlebih menguji aktivasi sistem proteksi atas arus listrik berlebih yang terdapat pada sistem pengaman OpenMCS. Ujicoba ini berfungsi untuk mengantisipasi apabila terjadi kerusakan internal pada OpenMCS sehingga alat tidak akan membangkitkan tegangan lebih dari 30,7 volt. Dengan demikian sistem proteksi akan melindungi pasien dari bahaya arus listrik yang lebih dari 1000 µA. Selain itu, ujicoba sistem proteksi ini juga berfungsi sebagai uji alat OpenMCS dalam mendeteksi ketepatan pemasangan elektroda sebelum OpenMCS membangkitkan pulsa stimulasi. Data ujicoba proteksi terhadap arus listrik berlebih ditunjukkan pada tabel 4.4. Tabel 4. 4 Uji proteksi terhadap arus listrik berlebih

No.  Idata (µA) 1  100  2  200  3  300  4  400  5  500  6  600  7  700  8  800  9  900  10  1000 

Nilai RB  (kΩ)  310  154  103  77,5  61,7  51  43,6  38,5  34,2  31 

Vo (V)  31,000  30,800  30,900  31,000  30,850  30,600  30,520  30,800  30,780  31,000 

%  Kesalahan  0,98%  0,33%  0,65%  0,98%  0,49%  0,33%  0,59%  0,33%  0,26%  0,98% 

 

Data uji proteksi terhadap arus berlebih dilakukan dengan menguji nilai hambatan beban maksimum yang diperbolehkan untuk setiap tingkat arus listrik. Dengan ujicoba proteksi terhadap arus listrik berlebih, pasien akan terlindungi dari bahaya kelebihan arus listrik yang diterimanya pada saat terapi berlangsung. Dari data tabel 4.4 diperoleh data bahwa pada setiap kenaikan nilai arus listrik, nilai hambatan beban yang diperbolehkan semakin kecil. Hal ini terjadi sebagai akibat dari adanya tegangan batas maksimum Op-Amp OPA2544 yang diatur mempunyai nilai maksimum 30,7 volt. Data pengukuran pada tabel 4.4 menunjukkan hasil pengukuran respon sistem proteksi arus listrik berlebih pada

65   

nilai hambatan tertentu. Semakin besar nilai kesalahan yang terjadi menunjukkan respon yang kurang baik dari sistem proteksi arus listrik berlebih. Dari tabel 4.4, diperoleh data bahwa tingkat kesalahan sistem proteksi arus listrik berlebih pada OpenMCS mempunyai nilai rata-rata 0,59% dengan kesalahan maksimum 0,98%. Tingkat kesalahan ini masih berada dalam rentang toleransi untuk aplikasi pengobatan.

4.2.2

UJI PROTEKSI TERHADAP MUATAN LISTRIK BERLEBIH 

Ujicoba kedua dari sistem proteksi  OpenMCS adalah uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih. Sesuai dengan persyaratan elektroterapi arus mikro, nilai muatan listrik yang diberikan kepada pasien tidak boleh melebihi 187 µC tiap pulsanya.[10] Untuk itu tiap kali sebelum pulsa dibangkitkan program µStimS selalu melakukan perhitungan atas nilai muatan listrik yang akan diberikan kepada pasien. Data hasil uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih ditunjukkan pada tabel 4.5. Tabel 4. 5 Uji proteksi terhadap muatan listrik berlebih

No.  I (µA)  1  199  2  250  3  301  4  399  5  501  6  599  7  701  8  799  9  901  10  999 

Lebar Pulsa  (ms)  941  748  624  473  377  317  269  235  209  189 

Muatan  (µC)  187,259  187,000  187,824  188,727  188,877  189,883  188,569  187,765  188,309  188,811 

%  Kesalahan  0,14%  0,00%  0,44%  0,92%  1,00%  1,54%  0,84%  0,41%  0,70%  0,97% 

 

Dari tabel 4.5 didapat data bahwa perhitungan proteksi terhadap muatan listrik berlebih mempunyai rata-rata tingkat kesalahan 0,70% dengan kesalahan

66