PERANCANGAN APLIKASI DETEKTOR DETAK JANTUNG MENGGUNAKAN KAMERA BERBASIS ANDROID UNTUK MEMBANTU MENENTUKAN TARGET HEART RATE
NASKAH PUBLIKASI
diajukan oleh Faza Maula Azif 11.11.4811
kepada SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2015
PERANCANGAN APLIKASI DETEKTOR DETAK JANTUNG MENGGUNAKAN KAMERA BERBASIS ANDROID UNTUK MEMBANTU MENENTUKAN TARGET HEART RATE Faza Maula Azif1), Armadyah Amborowati 2), 1)
Teknik Informatika STMIK AMIKOM Yogyakarta Teknik Informatika STMIK AMIKOM Yogyakarta Jl Ringroad Utara, Condongcatur, Depok, Sleman, Yogyakarta Indonesia 55283 2)
Email :
[email protected]),
Abstract – Heart beat is one of the important information which can be used to effective evaluation material about the level of fitness of the human body and to monitor exercise intensity. It’s required to monitor our exercise intensity. Heart beat detection can be done manually using your fingers to feel the heart pulse in the parts of human body, but, it’s quite difficult to get the accurate result. There are tools that can be used to detecting heart beat in high accuracy, such as electrocardiogram(ECG) and special watch with chest strap, but not all people have those tools or need that tools, consider that those tools is quite expensive to buy for daily purpose. This application can be an alternative tool for people who want to monitor their exercise intensity easily based on their heart beat.
[email protected])
2. Pembahasan Denyut jantung adalah jumlah denyutan jantung per satuan waktu yang biasanya di ukur dengan satuan menit. Denyut jantung didasarkan pada jumlah kontraksi ventrikel(bilik bawah jantung). Denyut nadi adalah denyutan arteri dari gelombang darah yang mengalir melalui pembuluh darah sebagai akibat dari denyutan jantung. Denyut nadi sering diambil di pergelangan tangan untuk memperkirakan denyut jantung. Denyut jantung biasanya mengacu pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh detak jantung per satuan waktu, secara umum direpresentasikan dalam satuan bpm(beats per minute). 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[3].
Keywords – Cardioworkouts, Heart rate, Target heart rate. 1. Pendahuluan Dalam melakukan kegiatan fisik seperti berolah raga, setiap orang mengharapkan agar tubuhnya menjadi lebih sehat, tetapi kebanyakan orang tidak mengetahui apakah kegiatan olahraga yang telah dilakukannya benar – benar memberikan manfaat yang optimal bagi kesehatan tubuhnya atau justru sebaliknya.
2.1 Denyut nadi dalam olahraga 2.1.1 Denyut nadi maksimal(Maximal Heart Rate) Denyut nadi maksimal adalah maksimal denyut nadi yang dapat dilakukan pada saat melakukan aktifitas maksimal. Denyut nadi maksimal dapat dikatakan sebagai batas kemampuan seseorang untuk melakukan aktifitas secara normal. Artinya, bila seseorang melakukan suatu aktifitas yang memacu jantung untuk berdenyut , apabila melebihi angka denyut nadi maksimal, maka sebaiknya segera melakukan istirahat, karena hal ini sangat berbahaya bagi jantung serta organ tubuh yang lain[2]. 2.1.2 Denyut nadi latihan Denyut nadi latihan adalah denyut nadi yang dihitung saat kita melakukan suatu aktifitas olahraga. Pengukuran dilakukan setelah menyelesaikan satu set latihan dan ini bisa memantau intensitas latihan yang telah ditetapkan sebelumnya. 2.1.3 Denyut nadi istirahat(Resting Heart Rate) Denyut nadi istirahat adalah denyut nadi yang diukur saat istirahat dan tidak setelah melakukan aktifitas. Pengukuran denyut nadi ini dapat menggambarkan tingkat kesegaran jasmani seseorang. Pengukuran denyut nadi ini dilakukan selama 10 -15 detik.
Olahraga yang terlalu ringan, tentunya tidak akan memberi banyak manfaat bagi tubuh manusia, sedangkan, olahraga yang terlalu berat justru dapat membahayakan tubuh manusia. Untuk dapat menentukan apakah kegiatan fisik yang tepat bagi tubuh, diperlukan informasi mengenai tingkat kebugaran tubuh manusia. Salah satu informasi penting yang sering digunakan untuk menjadi bahan evaluasi mengenai tingkat kebugaran tubuh manusia yang dapat di diperoleh secara cepat yaitu informasi mengenai detak jantung manusia. Deteksi detak jantung dapat dilakukan secara manual dengan merasakan denyut nadi pada bagian – bagian tubuh tertentu, tetapi cara ini dinilai cukup merepotkan dan diragukan tingkat akurasinya. Aplikasi ini dapat menjadi alat alternatif yang mudah digunakan bagi setiap orang untuk membantu memonitor intensitas olahraga mereka berdasarkan detak jantung.
1
2.Latihan ketahanan, dalam membentuk ketahanan tubuh, diperlukan banyak waktu untuk berlatih. Dengan alasan tersebut, latihan semacam ini mungkin akan lebih lama dan lebih lambat. 3.Membakar kalori, untuk membakar kalori, diperlukan latihan dengan intensitas dari medium hingga intensitas tinggi, sebagai hasilnya, latihan ini mungkin lebih cepat dilakukan dan lebih intens daripada latihan ketahanan.
2.2 Target denyut nadi(Target Heart Rate) Target denyut nadi adalah kisaran denyut nadi yang di peroleh selama melakukan olahraga aerobik yang di dasarkan pada usia untuk memonitor intensitas olahraga agar mendapatkan manfaat olahraga secara optimal. Terdapat 2(dua) cara untuk menentukan target denyut nadi, dalam setiap metode penghitungan target heart rate, terdapat elemen yang disebut “intensitas” yang dinyatakan dengan persentase(%). 1. Metode Karvonen[4] : THR = ((HRmax – Hrrest) x %intensitas) + HRrest 2. Metode Zoladz[2] : THR = HRmax – Adjuster ± 5bpm
2.5 Moving average Dalam statistika, moving average adalah perhitungan untuk menganalisis titik – titik data dengan membuat serangkaian rata – rata dari himpunan bagian yang berbeda dari sekumpulan data lengkap[9]. 2.5.1 Simple moving average Pada penerapan di bidang finansial, simple moving average atau yang sering disingkat SMA, adalah rata – rata yang tertimbang dari sekumpulan n data. Dalam penerapan sains dan teknik, rata – rata diambil dari jumlah data yang sama pada kedua bagian dari nilai tengah. Hal ini memastikan bahwa variasi di dalam rata – rata telah di sejajarkan dengan variasi di dalam data. Sebagai contoh, penerapan simple moving average adalah rata – rata bergerak hasil dari penutupan harga untuk sebuah n-hari adalah rata – rata dari penutupan harga dari n-hari sebelumnya. Jika harga – harga tersebut adalah :
2.3 Intensitas latihan Intensitas latihan ditetapkan secara spesifik pada setiap individu sesuai dengan kapasitas fisik yang dalam pelaksanaannya memerlukan pengawasan secara terus menerus agar intensitas latihan benar – benar mencapai intensitas yang diprogramkan. Hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa kemampuan seseorang untuk mempertahankan suatu intensitas latihan berbeda dengan orang lain. Perbedaan ini sebagian besar di sebabkan oleh perbedaan intensitas latihan dimana terjadi akumlasi asam laktat(Mock, 1997). Menurut Andersen(1999), pada umumnya, intensitas latihan dimulai dari 40% hingga 85% kapasitas fungsional. Pada orang dengan permasalahan jantung, intensitas latihan dapat ditetapkan antara 40% sampai 60% kapasitas fungsional.
Maka, didapat rumus berikut : 2.4 Penetapan intensitas dengan berdasarkan frekuensi denyut jantung. 2.4.1.1 Menggunakan target denyut nadi untuk memonitor intensitas olahraga. Terdapat 3(tiga) intensitas olahraga yang dapat digunakan sebagai acuan dasar, yaitu : 1.Intensitas rendah, 50 – 60% dari denyut nadi maksimal. 2.Intensitas menengah, 60 – 70% dari denyut nadi maksimal, 3.Intensitas tinggi, 75 – 85% dari denyut nadi maksimal. Setiap tingkat intensitas menggambarkan sistem energi yang berbeda dan fokus tujuan yang berbeda pula, seperti memperoleh ketahanan dan kekuatan tubuh yang berada pada intensitas medium. 2.4.1.2 Merencanakan latihan olahraga berdasarkan zona target denyut nadi. Ada beberapa cara untuk memanfaatkan zona target denyut nadi untuk membuat variasi latihan : 1.Interval training, adalah pola latihan secara interval antara latihan intensitas rendah(seperti berjalan dan berlari – lari kecil) dan latihan intensitas tinggi(seperti sprint atau mendaki tebing) untuk membakar kalori dan membangun ketahanan tubuh. Manfaatkan informasi mengenai denyut nadi pada latihan ini.
Ketika menghitung nilai suksesi, sebuah nilai baru ditambahkan ke dalam total dan nilai lama dikeluarkan, hal ini berarti penjumlahan penuh tidak diperlukan untuk kasus sederhana ini. Periode dipilih berdasarkan jenis pergerakan, sebagai contoh, pergerakan pendek, menengah atau panjang. Pada penerapan di bidang finansial, moving average levels dapat diinterpretasikan sebagai dukungan dalam pasar yang sedang tumbuh, atau daya tahan dalam kasus pasar yang sedang menurun[10]. 2.6 Estimasi heart rate menggunakan kamera smartphone[8] Penggunaan konsep Photo plethysmography(PPG), tanpa menggunakan panjang gelombang cahaya untuk analisis. Hal ini karena, smartphone sudah banyak yang dibekali LED flashlight yang dapat digunakan untuk merancang sebuah sistem baru dalam pendeteksian heart rate. Seperti yang digambarkan pada gambar 2.5 pemanfaatan kamera pada smartphone yang di kombinasikan dengan flashlight :
2
2.7.2 Activity diagram 1. Activity diagram deteksi detak jantung
Gambar 1. Metode deteksi detak jantung dengan menggunakan kamera smartphone. Metode yang diusulkan bekerja pada prinsip bahwa setiap jantung berdetak, jantung memompa darah ke seluruh pembuluh darah, hingga ke pembuluh darah kapiler yang terdapat pada ujung jari. Setiap kali pembuluh darah ini mendapat aliran darah selama denyut systolic, pembuluh darah lebih banyak menangkap cahaya, yang berakibat pada indeks refleksi yang rendah dan intensitas frame yang lebih gelap. Demikian juga, selama denyut diastolic terdapat banyak refleksi cahaya yang berakibat pada frame yang terang. Perubahan intensitas cahaya yang terjadi pada ujung jari ketika disinari cahaya ini membentuk pola alternatif dari gelombang yang menyerupai sinyal yang dapat diproses untuk menentukan heart rate seseorang. Gambar 4. Activity diagram deteksi detak. 2. Activity diagram kalkulasi target heart rate
Gambar 2. Arsitektur sistem 2.7 Perancangan aplikasi Aplikasi Instant target heart rate adalah aplikasi detektor detak jantung yang dapat difungsikan sebagai personal trainer dalam melakukan olahraga dengan mengolah data yang berupa denyut nadi untuk memonitor intensitas olahraga agar pengguna aplikasi memperoleh manfaat yang optimal dari olahraga yang dilakukan. 2.7.1 Use case diagram
Gambar 5. Activity diagram kalkulasi target heart rate.
Gambar 3. Use case diagram. 3
detak jantung yang diperoleh aplikasi deteksi detak jantung.
2.7.3 Class diagram
1.
Ardi Susanto, usia : 21 Tahun, berat : 65 Kg.
Gambar 9. hasil EKG Ardi Tabel 1. Tabel komparasi detak jantung Ardi Hasil tes EKG 85 Bpm
Hasil tes aplikasi 77 Bpm Tingkat presentasi akurasi : 91%
2.
Gambar 6. Class diagram.
Faza Maula Azif, usia : 22 Tahun, berat : 55 Kg.
2.7.4 Sequence diagram 1.
Sequence diagram deteksi detak jantung :
Gambar 10. Hasil EKG Faza Tabel 2. Tabel komparasi detak jantung Faza Hasil tes EKG 75 Bpm
Tingkat presentasi akurasi : 95%
Gambar 7. Sequence diagram deteksi detak jantung. 2.
Hasil tes aplikasi 71 Bpm
Sequence diagram kalkulasi target heart rate :
3.
Gambar 8. Sequence diagram kalkulasi target heart rate.
Gilang Maulana Akbar, usia 22 Tahun, berat : 52 Kg.
Gambar 10. Hasil EKG Gilang Tabel 2. Tabel komparasi detak jantung Gilang
2.8 Hasil uji akurasi
Hasil tes EKG 91 Bpm
Pengujian tingkat akurasi dilakukan dengan cara membandingkan data hasil deteksi detak jantung dari alat Elektrokardiogram(EKG) dengan hasil dari deteksi
Hasil tes aplikasi 89 Bpm Tingkat presentasi akurasi : 98%
4
[ 3 ] Your guide to physical activity and your heart. National Heart, Lung, and Blood Institute. http://www.nhlbi.nih.gov/health/public/heart/#obesit y. Accessed April 12, 2015. [ 4 ] Karvonen J, Vuorimaa T (May 1988). "Heart rate and exercise intensity during sports activities. Practical application". Sports Medicine 5 (5): 303– 11. [ 5 ] Tanaka H, Monahan KD, Seals DR (January 2001). "Age-predicted maximal heart rate revisited". J. Am. Coll. Cardiol. 37 (1): 153–6. [ 6 ] Karvonen MJ, Kentala E, Mustala O (1957). "The effects of training on heart rate; a longitudinal study". Ann Med Exp Biol Fenn 35 (3): 307–15. [ 7 ] Al Fatta, Hanif. 2007. Analisis Perancangan Sistem Informasi.Yogyakarta:Andi Offset. [ 8 ] Chandrasekaran, V. “Measuring Vital Signs Using Smart Phones”. University of North Texas, December 2010. [ 9 ] Statistical Analysis, Ya-lun Chou, Holt International, 1975, ISBN 0-03-089422-0, section 17.9. [ 10 ] The derivation and properties of the simple central moving average are given in full at Savitzky–Golay filter.
3. Kesimpulan dan saran Kesimpulan yang diperoleh dari perancangan aplikasi detektor detak jantung untuk membantu menghitung target heart rate ini antara lain: 1 Implementasi algoritma moving average sudah mampu memberikan hasil yang berupa deret data detak jantung yang semakin stabil ketika digunakan dengan menghilangkan noise secara bertahap pada sinyal denyut nadi yang diperoleh. 2 Hasil data detak jantung dapat digunakan acuan bagi pengguna aplikasi untuk melakukan kalkulasi target heart rate atau hanya sekedar cek denyut nadi. 3 Kalkulasi target heart rate yang dihasilkan oleh aplikasi ini menggunakan metode Karvonen yang telah dikembangkan oleh Tanaka H, Monahan KD, Seals DR melalui penelitian ilmiah yang mereka lakukan, sehingga kalkulasi target heart rate dari aplikasi ini dapat dijadikan acuan untuk memonitor intensitas olahraga. 4 Hasil deteksi denyut nadi yang diperoleh aplikasi dapat dipengaruhi oleh tingkat tekanan pada kamera oleh jari telunjuk yang dilakukan oleh pengguna. 5 Aplikasi ini tidak digunakan untuk keperluan medis yang menuntut tingkat akurasi tinggi pada pendeteksian denyut nadi. Dalam perancangan aplikasi ini, peneliti menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan, oleh sebab itu, peneliti memberikan saran yang dapat dipakai sebagai acuan untuk pengembangan aplikasi ini kedepannya, antara lain : 1 Penggunaan algoritma deteksi puncak dan smoothing yang lebih advance akan meningkatkan akurasi deteksi detak jantung. 2 Untuk pengembangan lebih lanjut, data deteksi detak jantung yang dihasilkan oleh aplikasi ini dapat digunakan untuk data kesehatan pribadi pengguna, tetapi hanya untuk dijadikan acuan saja bagi dokter, dan untuk tindak lanjut, sebaiknya di konsultasikan terlebih dahulu. 3 Perancangan tampilan yang lebih baik akan memberikan kesan yang baik juga bagi pengguna, pada aplikasi ini, peneliti hanya memberikan kemudahan penggunaan aplikasi dengan menerapkan tampilan geser antar halaman, untuk kedepannya, konsultasikan dengan UI/UX designer untuk menerapkan warna, icon dan komponen tampilan lainnya.
Biodata Penulis Faza Maula Azif, memperoleh gelar Sarjana Komputer (S.Kom), Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM Yogyakarta, lulus tahun 2015. Armadyah Amborowati, memperoleh gelar Sarjana Komputer (S.Kom) Jurusan Sistem Informasi STMIK AMIKOM Yogyakarta. Memperoleh gelar Master of Engineering (M.Eng) Program Pasca Sarjana Magister Teknologi Informasi Fakultas Teknik Elektro Universitas Gajah Mada Yogyakarta. Saat ini menjadi Dosen di STMIK AMIKOM Yogyakarta.
Daftar Pustaka [ 1 ] Wilmore JH, et al. Physiology of Sport and Exercise. 4th ed. Champaign, Ill.: Human Kinetics; 2008:162. [ 2 ] American College of Sports Medicine. ACSM's Resources for the Personal Trainer. 3rd edition. Baltimore, Md.: Lippincott Williams & Wilkins; 2009:274.
5
