FINGERSTIP PULSE OXYMETER TAMPIL PC (BPM) Elita Kartini, Torib Hamzah M.Pd., Moch. Prastawa Assalim T.P.,ST.M.Si. Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTERIAN KESEHATAN SURABAYA
ABSTRAK Pulse Oxymeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kadar oksigen dalam darah (SpO2), tanpa harus melalui Analisa Gas Darah. Alat ini dilengkapi juga dengan pengukur detak jantung (HR= heart rate) pasien. Cara penggunaan oximeter adalah dengan cara salah satu jari tangan pasien dipasang sensor fingers yang terdapat cahaya merah dan cahaya infrarmerah yang sangat sensitif untuk mengetahui kadar oksigen dalam darah (SPO2) dan dari akibat perbedaan kepekatan darah maka dapat menghasilkan denyut nadi (BPM) yang dapat dilihat pada layar monitor alat, pada modul ini adalah PC. Rancangan penelitian ini menggunakan metode pre-eksperimental dengan jenis penelitian After Only Design, dengan menggunakan alat ukur Osiloskop dan Patient Monitor buatan pabrik. Persentase kesalahan diperoleh dari faktor toleransi komponen dan keterbatasan program yang dipergunakan. Dalam “Pedoman Pengujian dan Kalibrasi Alat Kesehatan” DEPKES RI tahun 2001, batas maksimal dalam toleransi kesalahan BPM adalah 5% dan SPO2 2% . Error 1,7% pada BPM dan 0,8% pada SPO2 masih diijinkan untuk digunakan karena masih kurang dari batas toleransi. Dari hasil yang diperoleh, maka alat fingerstip pulse oxymeter layak digunakan untuk memonitoring keadaan pasien. Kata Kunci : Kadar Oksigen, Detak Jantung, Pulse Oxymeter I. PENDAHULUAN I.1
Latar Belakang Masalah Keberadaan darah dalam tubuh mempunyai arti penting bagi kehidupan seseorang. Salah satu fungsi penting dari darah adalah Untuk Mengangkut Oksigen dari Paru-paru dan diedarkan keseluruh tubuh. Meningkatnya kadar oksigen dalam darah karena adanya ikatan oksigen dengan hemoglobin. Salah satu indikator yang sangat penting dalam supply oksigen didalam tubuh adalah saturasi oksigen ( SPO2 ). Salah satu contoh monitoring instrument adalah Oksimeter Pulsa. Oksimeter pulsa hanya menganalisis darah arteri, mengabaikan jaringan lain di sekitar darah. Darah arteri adalah satusatunya hal yang berdenyut di jari. Segala sesuatu yang lain (selain darah arteri) adalah non berdenyut. Oleh karena itu setiap "perubahan absorbansi" terjadi karena arteri darah. Di sisi lain, oksimeter pulsa tahu bahwa setiap absorbansi yang tidak berubah, disebabkan karena hal-hal non berdenyut seperti kulit dan lainnya "non arteri" jaringan (Oxygen Saturation (SpO2), 2015) . Jadi oksimeter merupakan salah satu metode penggunaan alat untuk memonitor keadaan saturasi oksigen dalam darah (arteri) pasien yang disertakan juga monitoring denyut jantung seseorang. Untuk membantu pengkajian
fisik pasien, tanpa harus melalui analisa tes darah. Jumlah denyut jantung seseorang, biasanya ditampilkan per menit yang disebut beats per minute (BPM). Denyut jantung normal orang dewasa (17 tahun – 60 tahun) berkisar antara 60 – 100 BPM (Pulse Diagnosis: A Clinical Guide, 2007) dan kadar oksigen dalam darah pada tubuh seseorang dengan nilai normal saturasi oksigen hanya berkisar 85%-100%. Untuk nilai BPM, nilai diambil dari perubahan warna darah yang mengalir kemudian dikuatkan dan difilter. Untuk nilai SPO2, oksigen hemoglobin menyerap cahaya lebih inframerah, sedangkan hemoglobin terdeoksigenasi menyerap cahaya lebih merah. Persentase oksigen hemoglobin dan hemoglobin terdeoksigenasi ditentukan dengan mengukur rasio inframerah dan merah cahaya terdeteksi oleh sensor dan kemudian difilter (How to Design Peripheral Oxygen Saturation (SpO2) and Optical Heart Rate 5,2015). Dari parameter heart rate maka akan dapat dilakukan diagnosa terhadap kelainan jantung bradikardia (BPM < 60) dan takikardia (BPM > 100), sedangkan untuk parameter SPO2 didapat diagnosa untuk penyakit Hipoksemia. Hipoksemia adalah kekurangan O2 di darah (arteri) (Nasional Guidline Clearinghouse. GUIDE-LINE TITLE: Oxygen therapy for adults 1
in the acute care facility: 2002 revision and update). Pemantauan kondisi pasien ini menggunakan PC untuk proses monitoring yang selanjutnya akan dibaca oleh dokter agar dapat memberi penanganan tindak lanjut. Monitoring untuk parameter SPO2 dan BPM sangat penting apabila terjadi gejala - gejala penyakit seperti di atas maka harus cepat dilakukan tindakan agar kondisi pasien tidak memburuk (Elsye Souvriyanti, 2010). Kondisi pasien dapat memburuk kapan saja dan di mana saja. Untuk itu diperlukan sebuah sistem yang bisa memberi notifikasi kepada dokter agar bisa melakukan tindakan jika pasien menunjukkan hasil yang kurang atau lebih dari normal. Alat monitoring ini pernah dibuat Nanang tahun 2013 dengan judul “Alat Ukur Saturasi Oksigen Dalam Darah Manusia Secara NonInvasive”. Pada alat tersebut belum terdapat parameter untuk BPM dan pengaplikasian dalam PC yang ditampilkan sinyal dan numerik dari BPM dan SPO2 . Berdasarkan hasil identifikasi masalah di atas, maka penulis akan membuat alat Fingerstip Puse Oxymeter tampil PC yang merupakan penyempurnaan dari alat yang telah dibuat sebelumnya. Penyempurnaan alat yang akan penulis buat sebagai kombinasi alat tersebut diatas yaitu dengan menggunakan parameter untuk BPM dan SPO2, menggunakan fitur PC. I.2
1.2.3 Pengukuran dilakukan pada orang dewasa 1.2.4 Terdapat indikator untuk nilai BPM < 60 dan > 100 1.2.5 Menggunakan IC mikrokontroler untuk pengolahan datanya 1.2.6
Menggunakan alat pembanding untuk pengambilan data
1.2.8
Menggunakan program Delphi untuk interface ke PC
I.3
Rumusan Masalah “Dapatkah dikembangkan alat monitoring SPO2 dan BPM dengan menampilkan sinyal dan numerik pada PC ?”
I.4
Tujuan Penelitian 1.4.1 Tujuan Umum Dibuatnya alat monitoring SPO2 dan BPM dengan menampilkan sinyal dan numerik pada PC. 1.4.2 Tujuan Khusus 1.4.2.1 Membuat rangkaian sensor fingers 1.4.2.2 Membuat rangkaian minimum system Atmega8535 1.4.2.3 Membuat rangkaian filter dan penguat 1.4.2.4 Membuat software menggunakan delphi untuk tampilan ke PC 1.4.2.5 Membuat software pemrograman mikrokontroler 1.4.2.6 Melakukan uji fungsi alat
Pada perancangan modul ini, penulis membatasi bagian-bagian yang berkaitan dalam pembuatan alat. Hal tersebut dimaksudkan agar tidak terjadi pelebaran masalah. Adapun batasan-batasan tersebut meliputi:
1.2.2 Peletakkan Sensor hanya pada jari (diutamakan telunjuk)
Ditampilkan PC
1.2.9 Hasil nilai BPM akan ditampilkan secara realtime
Batasan Masalah
1.2.1 Menggunakan Sensor Fingers
1.2.7
1.5
Manfaat Penelitian 1.5.1 Manfaat Teoritis 1.5.1.1 Untuk menambah pengetahuan mahasiswa Teknik Elektromedik mengenai alat diagnostik terutama alat persentase oksigen dan penghitungan BPM melalui aliran darah pada jari tangan. 1.5.1.2 Sebagai referensi penelitian selanjutnya 1.5.2 Manfaat Praktis 1.5.2.1 Manfaat untuk User Dengan adanya alat ini diharapkan dapat memudahkan user (perawat atau dokter) dalam memantau kondisi pasien. 1.5.2.2 Manfaat untuk Pasien Pasien tidak akan merasakan sakit saat menggunakannya. 2
1.5.2.3 Manfaat untuk Teknisi Teknisi dapat mengembangkan peralatan kesehatan sejalan dengan kemajuan teknologi.
2.2 Diagram Alir Diagram alir sistem
II. METODE PENELITIAN 2.1 Blok Diagram
Gambar 2.2 Diagram Alir Keseluruhan
III. PEMBAHASAN
3.1 Rangkaian Multiplexer Spesifikasi dari rangkaian Multiplexer yang diperlukan adalah: 1. Menggunakan IC CD4051 Gambar 2.1 Blok Diagram
2. Menggunakan tegangan +5 VDC, 5VDC dan GND 3. Kaki 11, 10, 9 dan 6 pada IC dipergunakan untuk mengatur pengaktifan kaki output Multiplexer . 4. J5 dipergunakan untuk mengukur output Multiplexer yang terdapat pada kaki 13 dan 14. 5. Didapatkan rangkaian keseluruhan Multiplexer seperti dibawah ini :
3
2. Membutuhkan tegangan input IC
11 10 9 6
4 3 2 1
3
MU X/D X
1 2 3 4 5 6 7 8
0 2 EN 9 <>
M1 8
9
8
Logika
U8 4051
sebesar +12VDC, -12VDC
J5 <> <> <> <> <> <> <> <>
13 14 15 12 1 5 2 4
1 2 Out
3. Rumus penguatan rangkaian :
7
J4
16
+5v
2 1
-5v
4. J3 untuk mengecek outputan
J8 IN
rangkaian. Gambar.3.1 Rangkaian Multiplexer
5. Didapatkan rangkaian seperti gambar di bawah ini: 100nF
C2
100nF
R4
680K
U4B LF353
4
U4A LF353
6
C3
1
5
+
3
-
2
C4
R3 6K8
7
+
4
R2 680K
-
C1
R1 6K8
C
J1 1 2
Out BPM
8
C R8 R
8
R7 R
J8 1 2
2 1
GND
J7 VCC
2 1
Gambar.3.2 Input Multiplexer
J6 VEE
Gambar.5.5 Rangkaian Amplifier dengan filter
Pada rangkaian penguat pertama, output photo diode akan dihubungkan kapasitor sebagai coupling untuk memblok tegangan DC dan hanya melewatkan sinyal dari output Multiplexer. Sinyal tersebut akan masuk ke penguat
Gambar.3.3 Output Multiplexer kaki 14
pertama. Penguat yang digunakan adalah penguat non-inverting
karena
tidak
membutuhkan
pembalik sinyal. Untuk
penguatan
kedua
kapasitor
digunakan untuk mengilangkan noise yang masih ada, kemudian sinyal tersebut masuk ke penguat kedua. Penguat yang digunakan adalah penguat Gambar.3.4 Output Multiplexer kaki 13
non-inverting. Besar penguatan dapat dihitung dengan rumus berikut: 3.2 Rangkaian Amplifier dengan filter Spesifikasi dari rangkaian amplifier yang diperlukan adalah: 1. Menggunakan IC LF 353 4
3.3 Rangkaian LPF 0,8 Hz Hasil penguatan sinyal sebesar 101x. Hal yang sama dilakukan pada penguatan pertama dan kedua.
Spesifikasi Rangkaian LPF 0,8 Hz yang diperlukan adalah : 1. Menggunakan IC LF 353 sebagai Non Inverting dan buffer.
dan -12 VDC. 3. Nilai output :
4. Gambar rangkaian sebagai berikut :
4
1 2
J1 VEE
2
J3 20K 2
3
U 1A LF 353 J4 1
1 2 Out
C1 10uf
2 1
IN
R1
8
2 1
1
+
1. Mengatur time/div dan scale atau menekan tombol autoset pada osiloskop digital. 2. Memeriksa output J3 pada rangkaian amplifier menggunakan osiloskop 3. Berikut hasil output pada osiloskop : 4.
2. Menggunakan tegangan sebesar +12 VDC
-
Langkah-langkah pengaturan/pengujian yaitu:
J2 VC C
Gambar.3.8Rangkaian LPF 0,8 Hz
Langkah-langkah pengujian yaitu:
Gambar.3.6 Output Amplifier dari Multiplexer kaki 14
1. Mengatur time/div dan scale atau menekan tombol autoset pada osiloskop digital. 2. Memeriksa output J5 pada rangkaian LPF 0,8 Hz menggunakan osiloskop 3. Berikut hasil output pada osiloskop :
Gambar.3.7 Ouput Amplifier dari Multiplexer kaki 13
Pada rangkaian amplifier, output sinyal AC RED dan AC IR masih tercampur, maka diperlukan rangkain Multiplexer.
Gambar.3.9 Output LPF 0,8 Hz dari Multiplexer kaki 14
5
Program diatas merupakan program yang digunakan untuk mengirim data dari hasil pembacaan ADC ke PC.
Listing Program Delphi
SndPlaySound('E:\Tugas Akhir\New folder (5)\Untuk maju\Delphi\Beep.wav',SND_As ync);
Gambar.3.10 Output LPF 0,8 Hz dari Multiplexer kaki 13
if bpm=1 then begin startime:=GetTickCount; 3.4 Rangkaian Minimum Sistem
end else if bpm=10 then begin
+5 V
J5
+5 V 2 1
R2
SUPPLY
+5 V 1K
stoptime:=GetTickCOunt;
U1 9 RESET C2 22 pf
13 12
J1 8 7 6 5 4 3 2 1
40 39 38 37 36 35 34 33
8 PORT A 7 6 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 6 7 8
J2
PORT B J6 6 5 4 3 2 1
RESET XTAL1 XTAL2 PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PB0/T0/SCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
J3 PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS PC4/TDO PC5/TDI PC6/TOSC1 PC7/TOSC2 PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
22 23 24 25 26 27 28 29
1 2 3 4 5 6 7 8 J4
14 15 16 17 18 19 20 21
PORT C 1 2 3 4 5 6 7 8 +5 V +5 V
GND
100 nf
VCC
Y1
10
C1 22 pf
11
SW1 C3
PROGAMMER
Gambar.3.11 Rangkaian Minimum Sistem
Listing program pengiriman data ADC :
AVCC AREF AGND
30 32 31
R1
PORT D
TempHasil:=((stoptimestartime )/10)/1023; TempHasil:=(TempHasil*60)*2. 54;
20K
if (TempHasil <= 150) AND (TempHasil >= 0) then Label4.Caption:=Floattostr(int(T empHasil)); bpm:=0;
while (1) {
end; end;
printf("a%db",read_adc(0)); delay_ms(2); printf("c%dd",read_adc(1));
3.7 Pengukuran dan Pengujian Tabel 4.1 Hasil Pengukuran pada Responden
delay_ms(2); printf("e%df",read_adc(2)); delay_ms(2); printf("g%dh",read_adc(3)); delay_ms(5); }}
6
ADC dan konversi HR), Timer dan proses komunikasi serial. 4. Menggunakan Delphi7 untuk menggrafikkan sinyal Pleth yang dikirimkan melalui mikrokontroller untuk selanjutnya ditampilkan pada monitor. 5. Sinyal yang naik turun disebabkan oleh pergerakan pada subyek atau sensor yang kurang pas pada jari. 6. Sinyal yang naik turun menyebabkan mikro menampilkan nilai HR secara acak. Saran : 1. Pengembangan Berdasarkan hasil pembandingan dengan menggunakan patient monitor didapatkan hasil yang berbeda/adanya selisih nilai. Nilai error yang didapat paling besar adalah 1,7% dan paling kecil adalah -2,3 %. Nilai ketidakpastian diperoleh karena masih adanya faktor luar, seperti letak sensor modul dengan pembanding. Sehingga nilai ketidakpastian harus dihitung juga. Nilai terbesarnya adalah 1,5 dan terkecilnya adalah 0,4 4.6 Kelemahan/kekurangan sistem 1.
Belum dilengkapi penyimpanan untuk proses analisa sinyal Pleth. 2. Noise frekuensi dari luar masih mempengaruhi dengan sangat mudah. 3. Pada manusia, referensi masing-masing kepekatan darah yang bermacam-macam perlu penyempurnaan software sehingga pada tampilan mampu tersetting secara otomatis.
IV.
PENUTUP Kesimpulan :
Berdasarkan hasil pembahasan dan tujuan pembuatan modul dapat disimpulkan bahwa : 1. Telah dapat dibuat Modul Fingerstip Pulse Oxymetri (BPM) dengan display PC menggunakan software Delphi. 2. Pengiriman data antara modul dan PC menggunakan komunikasi serial PL 2303. 3. Menggunakan ATmega8535 sebagai pengolah data ADC (pembacaan data
pada
range
pengukuran spo2 (dibawah normal). 2. Menggunakan sensor reflektan.
DAFTAR PUSTAKA
Ary, Wisnu, Adi (2008). Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535. Yogyakarta : UNDIP Atmel Corporation (2006). ATmega 8535 Datasheet. Jum’at, 25 September 2015, 16.18 WIB https://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q= &esrc=s&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0 CBoQFjAAahUKEwj_wOblxp7IAhVOlYgK Hc63DuA&url=http%3A%2F%2Fwww.atmel .com%2FImages%2Fdoc2502.pdf&usg=AFQj CNF2BuVsizUgnV3ZnkUzdDrPjm4QA&sig 2=ESxCfqtFXLfbrpQeC937OQ&bvm=bv.10 3627116,bs.1,d.dGo Avada (2012). How Equipment Works. Sabtu, 26 September 2015, 16.08 WIB http://www.howequipmentworks.com/pulsexi meter Soekidjo Notoatmodjo (2005). Metodologi Penelitian Kesehatan. Jakarta : Rineka Cipta Sudoyo, dkk (2006). Buku Ajar Penyakit Dalam Edisi 4 Jilid 2. Jakarta : FKUI Universitas Sumatra Utara (2011). Respirasi Pernafasan. Rabu September 2015, 16.05 WIB http://repository.usu.ac.id/bitstream/1234567 89/20481/4/Chapter%20II.pdf
7
BIODATA PENULIS Nama NIM TTL Alamat Pendidikan
: Elita Kartini : P27838013065 : Sidoarjo, 5 April 1995 : Griya Bhayangkara P/36, Sukodono, Sidoarjo : SMA WACHID HASYIM 2 TAMAN
8
