DETEKTOR DENYUT NADI DENGAN SILICON RUBBER DAN STRAIN GAUGE

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIV HFI Jateng & DIY, Semarang 10 April 2010 hal. 265-269

265

DETEKTOR DENYUT NADI DENGAN SILICON RUBBER DAN STRAIN GAUGE Agatha Ratna Devi Kurniawati, Suryasatriya Trihandaru, Adita Sutresno [email protected] Program Studi Fisika Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga INTISARI Di makalah ini ditulis perancangan alat ukur denyut nadi dengan sensor strain gauge yang dibantu oleh balon kecil yang dibuat dari silicon rubber, dengan tujuan member informasi yang lebih banyak tentang proses pengukuran tekanan darah melalui pengukuran denyut nadi. Sinyal dari strain gauge direkam dengan komputer melalui port parallel setelah melalui ADC0804. Analisa matematik yang dipakai meliputi pencocokan kurva polinomial dan gaussian (normal). Analisa tersebut memunculkan nilai systole dan diastole yang masih harus dikalibrasi dengan data dari dokter. Kata kunci: silicon rubber,sistole, diastole, ADC, strain gauge.

I.

PENDAHULUAN

Peralatan medis telah begitu pesat berkembang, namun di Indonesia masih sering dijumpai alatalat medis yang masih tradisional, seperti alat pengukur tekanan darah dengan cairan mercury. Terdapat juga alat pengukur tekanan darah elektronik yang memberikan hasil akhir tekanan systole dan diastole, namun demikian tidak member keterangan bagaimana hasil tersebut diperoleh. Makalahini berisi tentang perancangan alat ukur denyut nadi dengan sensor strain gauge yang dibantu oleh balon kecil yang dibuat dari silicon rubber, dengan tujuan member informasi yang lebih banyak tentang proses pengukuran tekanan darah melalui pengukuran denyut nadi. Bagian orisinal dari penelitian ini adalah perancangan bentuk silicon rubber yang dapat menerima denyut nadi secara mekanis sehingga bias dikonversi secara elektronik dengan strain gauge. Analisa matematik juga diberikan sesuai dengan pola data yang diperoleh. Analisa matematik yang dipakai meliputi pencocokan kurva polynomial dan kurva gaussian. II. DASAR TEORI Rancangan alat digunakan untuk mendeteksi tekanan darah dan kemudian dianalisa untuk mendapatkan tekanan systole dan diastole. Sistole adalah saat dimana otot jantung berkontraksi, memancarkan darah ke aorta dengan tekanan maksimum dan mengirimkannya ke sistem arteri di dalam tubuh kita. Diastole adalah saat dimana denyutan pada jantung istirahat sejenak dan tekanan darah minimum, berhenti sesaat pada pembuluh nadi dan aliran darah dari vena masuk kebilik jantung (Ernest, 1982; Nyanyu, 1922). Dalam praktek pengukuran oleh dokter yang menggunakan sensor air raksa, systole dan diastole dideteksi dengan melihat denyut air raksa yang Nampak pada daerah tekanan tertentu. Denyut di atas tekanan systole maupun di bawah diastole tidak nampak. Hal ini menjadi latar belakang penelitian ini, yaitu jika tekanan di variasi dari sekitar 180 mmHg sampai 0 mmHg maka diharapkan akan muncul denyut yang keras diantara tekanan systole dan sistole. Ternyata hal ini terbukti dari hasil percobaan. Untuk memperoleh data tentang denyut nadi diperlukan sensor mekanik. Sensor adalah bagian penting dari tranduser. Tranduser yaitu suatu alat yang melengkapi sensor untuk mengubah besaran fisik menjadi besaran elektrik. Sensor yang dipakai dalam penelitian ini yaitu strain gauge, yang prinsip kerjanya adalah memberikan resistansi yang berbeda untuk regangan berbeda. Strain gauge yang memanjang saat penekanan akan memberikan resistansi yang besar, karena panjang normal dari pengukur regangan ditambah dan sebaliknya jika strain gauge memendek. Pada rancangan elektronika, strain gauge akan member tegangan tertentu sesuai dengan resistansinya. Tegangan ini diperkuat oleh penguat diferensial dan kemudian dimasukkan ke Analog to Digital Converter atau yang sering kita sebut ADC. ADC adalah pengubah sinyal-sinyal analog ke digital dengan bantuan tranduser supaya keluar tegangan yang dapat kita baca. ADC yang digunakan adalah ADC 0804 jenis SAR (Successive Approximation Convertion), ia menggunakan pendekatan bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dan tidak bergantung pada nilai masukan analognya atau sinyal yang akan diubah (Hoeschele, 1968). Untuk menghubungkan ADC dengan computer dibutuhkan sebuah penghubung yang disebut port komunikasi. Port yang dipakai di sini adalah port paralel DB-25 (LPT). Port paralel DB-25 mempunyai 25 pin, dengan pin-pin yang dipakai adalah pin nomor 1 untuk WR (write) sebagai register kontrol, pin ISSN 0853 - 0823

266

Agatha Ratna Devi Kurniawati, dkk./ Detektor Denyut Nadi Dengan Silicon Rubber Dan Strain Gauge

nomor 2-9 sebagai register data, pin nomor 15 untuk interrupt sebagai register status, dan pin nomor 25 di-ground-kan diLPT (Iswanto, 2008) Perangkat lunak yang dipakai adalah MATLAB yang memanfaatkan penghubung io32.dll (Schieber, 2010). IO32.dll adalah jembatan penghubung antara pengguna (user) dengan inpout32.dll (Axelson, 1997) yang dapat berkomunikasi dengan LPT. Data yang direkam oleh MATLAB langsung dianalisa seperti yang dibahas dalam seksi Hasil dan Diskusi. RANCANGAN SILICON RUBBER

Gambar 1. Penampang lintang balon silicon rubber dan strain gauge sebagai sensor denyut nadi Geometribalon silicon dapat dilihat pada Gambar 1. Bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membuatnya adalah bahan dasar silikon rubber, potongan pralon, selangkecil, lilin atau was, gelas ukur, air, spiritus, penyangga, kasa. Bahan dasar silikon rubber dan lem silicon dibuat adonan, kemudian setengah adonan dimasukkan pada cetakan pralon dan lilin yang telah dibentuk untuk membentuk rongga seperti pada Gambar 1. Sisa adonan silicon dituang di atasnya lagi (karena silicon cepa tmengering, maka saat menuang dan mencetak harus dilakukan dengan cepat). Di tempat lain disiapkan air, gelasukur, spirtus, penyangga dan kasa untuk merebus silicon rubber supayalilin di dalam silicon mencair dan minyaknya terangkat keluar.

Gambar 3. Desain balon silicon rubber dan strain gauge Cara kerja dari silicon rubber ini yaitu udara yang masuk menempati ruang yang ada di silikon. Makin besar tekanan dari luar (dalam hal ini adalah tekanan dari sphygmomanometer) yang membuat balon silicon menggembung, yang mengakibatkan meregangnya strain gauge dan membuat strain gauge mempunyai resistansi yang besar. III. HASIL DAN DISKUSI Salah satu hasil rekaman dinamika denyut nadi manusia dapat dilihat pada Gambar 2.

ISSN 0853 - 0823


267

Gambar 2. Sinyal denyut nadi selama 40 detik pada daerah tekanan 70 sampai 150 mmHg. Sumbu horisontal adalah waktu t (detik) dan sumbu horizontal adalah tekanan (mmHg). Sinyal denyut nadi pada Gambar 2 menunjukkan bahwa terjadi perubahanl ambat dan cepat. Perubahan lambat terjadi karena tekanan pada spygnomanometer dikurangi secara perlahan. Perubahan secaracepat (dengan amplitudo yang cukupkecil) adalah denyut nadi pasien. Penurunan grafik secara lambat dan variasi yang cepat dengan amplitude kecil tersebut dapat dipisah dengan cara menemukan kurva lambatnya terlebih dahulu. Kurva lambat dapat diperoleh dengan pencocokan kurva asli dengan polynomial orde tinggi, missal orde 5, yaitu yp= p1t5 + p2t4 + p3t3 + p4t2 + p5t + p6

(1)

Kemudian kurva lambat dieliminasi dari data dengan persamaan: Y = yb – yp

(2)

Di sini yb adalah sinyal denyut nadi asli. Jika kurva nilai absolut Y digambar maka akan diperoleh Gambar 3 . Di Gambar 3 terlihat bahwa denyut mempunyai amplitude relative lebih besar di bagian tengah daripada di bagian pinggir. Secara subyektif seseorang akan menentukan tekanan systole dan diastole pada daerah tertentu, seperti ditunjukkan pada gambar tersebut. Di sini diperlukan metoda untuk menghitung tekanan systole dan diastole dengan lebih pasti.

Gambar 3. Kurva absolut Y dan nilai subyektif tekanan systole dan diastole. Cara mencari systole dan diastole diusulkan sebagai berikut. Mula-mula ditentukan sebuah nilai δ yang bias memisahkan puncak-puncak data yang rendah dan tinggi. Puncak-puncak yang bernilai lebih dari δ kemudian dicocokkan dengan fungsi gaussian. Dengan metode ini akan diperoleh nilai σ dan posisi puncak τ, lihat Gambar4, sebagai parameter-parameter penting untuk menentukan systole dan diastole. ISSN 0853 - 0823

268


Gambar 4.Pencocokan kurva Gaussian dengan puncak-puncak data. Oleh karena data yang diperoleh mengandung kurva lambat yang menurun secara monoton, maka informasi tekanan pada waktu-waktu tertentu bias dihitung. Waktu untuk systole ts dan diastole td diberikan oleh t s = τ − α .σ (3)

t d = τ + α .σ

(4)

Dalams kripsi ini dipilih secara subyektif nilai α=1,5. Nila iini perlu diteliti lebih lanjut dengan membandingkannya dengan hasil ukur pengukuran medis. Tekanan systole dan diastole diperoleh daripemetaan ts dan td pada kurva lambat yp. Beberapa hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data perbandingan pengukuran dengan sphygmomanometer dengan hasil analisa

Responden A B C

Perkiraan manual (spygnomanometer) sistole diastole 120 80 120 90 120 90

Hasilanalisa data sistole 121 123 115

diastole 82 83 91

IV. KESIMPULAN Makalah ini berisi tentang rancangan alat ukur tekanan darah yang memanfaatkan balon silicon rubber dan strain gauge. Dijelaskan juga dimensi dan cara pembuatan balon silicon rubber serta konsep akuisisi data. Diuraikan juga metoda matematika yang membawa pada penetapan nilai tekanan systole dan diastole. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengkalibrasi parameter dalam model matematika agar sesuai dengan hasil pengukuran medis. V. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis menyampaikan terimakasih sebesar-besarnya bagi dr. Prapti Utami yang telah member arahan dalam bidang medis dan Tafip Hariyanto atas bantuan dalam pembuatan perangkat keras.

VI. REFERENSI MartinG. Ernest,Ph.D, Weymouth W. Frank, Ph.D.1928.”Element of Physiology for Student of Medicine and Advanced Biology.LEA&FEBIGER:Philadelphia. Nangsari, S. Nyanyu.1988.”Pengantar FisiologiManusia”.Departemen P &K:Jakarta

ISSN 0853 - 0823


Hoeschele F. David.1968.”Analog Techniques.Wiley&Son:New York.

to

Digital/Digital

to

Analog

269

Conversion

Iswanto.ST.2008.”Antarmuka Port Parareldan Port Serial denagn Delphi 6 Compatible SistemOperasi Windows”.GavaMedia:Yogyakarta. Axelson,Jan. 1997. Parallel Port Complete Programming, Interfacing, and Using the PC's Parallel Printer Port. Lakeview Research. Schieber, Frank. 2010. PSYC 770 Research Instrumentation & Computersusing MATLAB and Cogent-2000. http://people.usd.edu/~schieber/psyc770/IO32.html.

TANYA JAWAB Fazmi Nawafi : ?Bagaimana hasil dari pengukuran denyut nadi dibandingkan dengan alat yang biasa dipakai

Anonim: @ Hampir sama M. Azam : ? Apakah alat sudah dikalibrasi? Bagaimana caranya? Anonim :

@ Sudah dikalibrasi, dengan tensimeter konvensional

ISSN 0853 - 0823

DETEKTOR DENYUT NADI DENGAN SILICON RUBBER DAN STRAIN GAUGE

Recommend Documents