-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
1/13
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
2/13
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ELEKTROKARDIOGRAF
I. TUJUAN
1. Praktikan dapat merancang dan membuat elektrokardiograf.
2. Praktikan dapat memahami cara kerja dan aplikasi dari elektrokardiograf.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Elektrokardiograf
Elektrokardiograf (EKG) adalah peralatan medis yang digunakan untuk
mengukur aktivitas elektris dari jantung dengan mengukur perbedaan biopotensial pada jantung yang diukur dari bagian luar tubuh. Sinyal EKG merupakan sinyal
ac dengan amplitude sinyal berkisar antara 100 μV – 5mV dan mempunyaifrekuensi antara 0.05 Hz – 100 Hz. (Darmawansyah et al , 2006)
Biasanya dokter menggunakan EKG untuk (Darmawansyah et al , 2006):
1. Mengetahui irama jantung.
2. Melakukan diagnosis untuk mengetahui lemahnya aliran darah yang menuju
ke otot jantung.3. Mendiagnosis suatu serangan jantung.
4. Mendiagnosis adanya kelainan jantung.
5. Mengetahui hantaran elektrik abnormal pada jantung.
2.2 Aktivitas Listrik Jantung
Otot jantung terbentuk dari serabut- serabut otot yang bermuatan listrik,
dikarenakan adanya aliran ion Natrium dari dan ke dalam sel. Akibat aliran ion
atrium ini jantung mengalami siklus depolarisasi- repolarisasi secara kontinyu
sehingga membentuk pola denyutan jantung. (Sudjadi et al, 2011)
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
3/13
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
4/13
negatif). Sebaliknya, bila arah rambatan depolarisasi dan repolarisasi berlawanan,
maka arah defleksi biopotensial akibat proses depolarisasi dan repolarisasi akan
sama. Defleksi biopotensial disebabkan oeh proses depolarisasi dan repolarisasi
pada otot jantung bentuknya akan berbeda-beda tergantung letak elektroda pada
kulit. Akan tetapi secara umum terbentuknya sinyal EKG ini dapat dijelaskan
dalam depolarisai dan repolarisasi otot jantung dalam siklus kerja jantung.
(Darmawansyah et al , 2006)
2.3 Elektrokardiogram
Hasil tampilan sinyal biomedik jantung disebut dengan elektrokardiogram.
Tidak seluruh bagian rekaman EKG memiliki arti klinis dalam penafsirannya.
Hanya bagian- bagian tertentu yang dipakai sebagai dasar penentuan suatu kondisi
jantung, seperti terlihat pada Gambar 2 berikut ini (Darmawansyah et al , 2006):
Gambar 2. Grafik bentukan EKG (Meurs-Amtzenius, 1990)
Puncak P disebabkan karena depolarisasi atrium . Q, R, dan S membentuk
bersama- sama kompleks QRS, dan ini adalah hasil dari depolarisasi ventrikel.
Gelombang Q menunjukka defleksi negatif yang dihasilkan oleh depolarisasi
ventrikel dan letaknya di depan defleksi positif pertama (gelombang R).
Sementara gelombang R menunjukkan defleksi positif yang dihasilkan selama
depolarisasi ventrikel. Dan gelombang S menunjukkan defleksi negatif pertama
saat depolarisasi ventrikel setelah defleksi positif pertama (gelombang R). Setelah
kompleks QRS, menyusul puncak T yang merupakan repolarisasi ventrikel .
Interval QT menunjukkan durasi dari electrical systole dan interval PR
menujukkan waktu konduksi atrioventricular, termasuk waktu yang dibutuhkan
untuk depolarisasi dan replarisasi atrium ditambah waktu tunda normal. Peranan
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
5/13
dari puncak U tidaklah begitu berperanan yang berkaitan dengan konsentrasi
Kalsium dan Kalium dalam darah. Terjadinya puncak U ini kemungkinan
disebabkan oleh repolarisasi dari serabut Purkinje . Repolarisasi atrium sering
tidak jelas terlihat pada EKG disebabkan karena gelombang repolarisasi ini
bersamaan dengan depolarisasi ventrikel (QRS) sehingga hilang ke dalamnya.
(Darmawansyah et al , 2006)
2.4 Teknik-Teknik EKG
Somawirata (2009) menyebutkan bahwa pada dasarnya ada tiga teknik yang
digunakan dalam EKG, yaitu:
1. Clinical standard
Teknik ini menggunakan 10 elektroda yang ditempatkan pada titik-titik
tubuh tertentu. Teknik ini digunakan untuk menganalisis pasien.
2. Vectorcardigram
Teknik ini menggunakan 3 elektroda yang ditempatkan pada titik tubuh
tertentu. Teknik ini menggunakan pemodelan potensial tubuh sebagai vektor
tiga dimensi dengan menggunakan sandapan baku bipolar. Dari sini akan
dihasilkan gambar grafis dari eksistensi jantung.
3. onitoring
Teknik ini menggunakan 1 atau 2 elektroda yang ditempatkan pada titik-
titik tubuh tertentu. Teknik ini digunakan untuk memonitor pasien dalam
jangka panjang.
2.5 Sensor Elektroda Kulit
Sinyal biopotensial yang dikeluarkan oleh tubuh manusia dapat dideteksi
melalui kulit manusia tersebut dengan bantuan sensor yang sering disebut dengansensor elektroda kulit. Sensor elektroda kulit ini digunakan untuk menangkap
sinyal-sinyal biopotensial yang dikeluarkan oleh tubuh. Sensor elektroda kulit
yang digunakan terbuat dari bahan Ag │AgCl atau sering disebut dengan perak- perak klorida, Dalam pemakaiannya, antara elektroda dengan kulit terdapat pasta
elektrolit untuk memperoleh kontak listrik. Konstruksi electrode permukaan kulit
ditunjukkan pada Gambar 3. (Somawirata, 2009)
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
6/13
Gambar 3. Elektroda kulit
Untuk menggunakannya dari sensor tersebut dianjurkan menggunakan suatu
gel yaitu signa. Gel signa tersebut dapat meningkatkan konduktifitas dari dari
tubuh sehingga sensor tersebut akan lebih menerima signal elektrik dari tubuh
(Isnaeni, 2011). Spesifikasi dari elektroda kulit diatas adalah sebagai berikut
(Somawirata, 2009):
1. Digunakan pada electrocardiograph (ECG), electroencephalograph (EEG),
dan electromyography (EMG).
2. Perlu kestabilan pada pengukuran orde puluhan mikro hingga mili volt.
3. Umumnya dibentuk dengan cakram metal perak dengan lapisan perak nitrat
sebagai elektroda reversible .
4. Pada pemakaian perlu pendukung agar tetap menempel pada kulit dan bila
kestabilan kontak diperlukan kulit dilapisi dahulu dengan pasta konduktif.
2.6 Penguat Instrumentasi
Sinyal keluaran yang lemah dari suatu transduser elektrik selalu butuh untuk
dikuatkan sebelum memasuki proses selanjutnya, dan hal ini dapat diwujudkan
dengan menggunakan penguat instrumentasi (Rangan, 1992). Dasar penyusunan
penguat ini terdiri atas penguat penyangga dan penguat diferensial yang digabungmenjadi satu seperti Gambar 4. Oleh karena itu, penguatan yang akan dihasilkan
oleh penguat instrumentasi adalah hasil perkalian antara penguatan pada penguat
penyangga dan penguat diferensial. Penguatan pada penguat instrumentasi adalah
sebagai berikut:
= 1 + 2 (1)Sehingga, tegangan keluaran dari penguat instrumentasi adalah sebesar:
= ( − ) (2)
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
7/13
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
8/13
- Papan PCB
- Solder
- Power Supply
- Function Generator
- Osiloskop
2. Bahan
- IC
- Socket IC
- Timah
- Resistor 4,7 k Ω- Resistor 10 k Ω- Resistor 22 k Ω- Resistor 47 k Ω- Resistor 150 k Ω- Resistor 3,3 M Ω- Kapasitor 0,01 μF- Kapasitor 1 μF
- Kabel Penghubung
IV. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
4.1 Penguat Instrumentasi
Sinyal biopotensial yang dikeluarkan oleh jantung berkisar 0,5 sampai 4 mV
dan memiliki frekuensi sekitar 0,05 sampai 100 Hz. Sinyal biopotensial ini sangat
mudah terganggu oleh derau Oleh karena itu diperlukan penguatan awal untuk
menguatkan sinyal tersebut. Penguatan tersebut diperoleh dari penguat penyangga
dan penguat diferensal. Pengat penyangga difungsikan untuk memberikan
impedani masukan yang tinggi terhadap masukan penguat diferensial. Dan
penguat diferensial untuk menguatkan perbedaan tegangan sinyal pada kedua
kutub masukannya.
Setelah sinyal biopotensial ditangkap oleh elektroda kulit, sinyal tersebut
akan dikuatkan oleh rangkaian penyangga. Setelah itu sinyal ini akan dikuatkan
oleh penguat diferensial. Penguat diferensial dirancang adjustable dengan
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
9/13
menggunakan potensiometer 100 k Ω, sehingga besarnya penguatan dapat diatur sesuai keperluan. Gambar 5 menunjukkan rangkaian penguat instrumentasi yang
dibuat dalam praktikum pembuatan EKG ini.
Gambar 5. Penguat instrumentasi
= ( − ) · 1 + 2 ·
= ( − ) · 1 + 22210
·
10010
= ( − ) · 25 · 32
4.2 Band Pass F il ter
Filter ini terdiri dari low pass filter dan high pass filter yang berfungsi untuk menyaring sinyal di bawah frekuensi 0,05 Hz dan di atas 100 Hz. Untuk high pass
filter direncanakan memiliki titik cut off pada 0.05 Hz, sehingga dengan
menggunakan kapasitor C = 1 ߤ F didapatkan niai R sebesar :
=1
2
=1
2 · 3,14 · 0,05 · 10
= 31847133,376 ߗ
Dalam perancangan ini digunakan nilai R = 3,3 M ߗ .
Low Pass Filter digunakan untuk membatasi jangkauan frekuensi pada
sinyal masukan sehingga sinyal keluaran hanya berada pada frekuensi di bawah
frekuensi cut-off 100 Hz saja. Dengan demikian sinyal-sinyal frekuensi tinggi
yang masih mempengaruhi sinyal masukan akan di redam.
4.3 Penguat non Inverting
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
10/13
Penguat non inverting merupakan penguatan terakhir. Pada perancangan ini
digunakan dua buah resistor. Pada perancangan EKG frekuensi detak jantung ini,
mempengaruhi performa dari jantung tersebut. Semakin tinggi frekuensi jantung
tersebut maka semakin berat pula kerja jantung tersebut.
Penguat non invert ini dirancang memiliki penguatan sekitar 32 kali. Sesuai
dengan persamaan 7 maka akan didapatkan nilai-nilai komponen seperti yang
terdapat dalam Gambar 5
= 1 +
Seperti yang disebutkan di atas frekuensi jantung manusia berkisar antara
0,05 sampai 100 Hz. dalam penentuan nilai-niai komponen pertama kaliditentukan nilai dari dua komponen yang ada.
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 Pengujian Instrumentasi
5.2 Penguat non Inverting
Penguat ini bertujuan untuk menguji apakah sinyal yang lebih besar dari
pada frekuensi cut off high pass filter dapat diloloskan dan menguji besarnya nilai
penguatan dari penguat awal yang dirancang ini.
Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa penguat awal ini
terdiri atas high pass filter dan sebuah penguat non inverting . Berdasarkan hasil
pengujian terlihat bahwa penguatan yang dihasilkan tidak mengalami perubahan
meskipun frekuensinya berubah, sehingga hasil perancangan. Untuk pengujian
frekuensi cut off dari high pass filter yang besarnya 0,05 Hz, tidak dapat
dilakukan mengingat keterbatasan dari peralatan pengujian yang tidak mampu
menghasilkan frekuensi sekitar 0,05 Hz.
5.2 Pengujian Rangkaian L ow pass fi lter
Berdasarkan hasil pengujian terlihat bahwa penguatan yang dihasilkan tidak
mengalami perubahan meskipun frekuensinya berubah, sehingga hasil
perancangan. Untuk pengujian frekuensi cut off dari high pass filter yang besarnya
0,05 Hz, tidak dapat dilakukan mengingat keterbatasan dari peralatan pengujian
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
11/13
yang tidak mampu menghasilkan frekuensi sekitar 0,05 Hz.
Tujuan pengujian dari rangkaian low-pass filter adalah untuk mengetahui
respon frekuensi filter . Alat Bantu yang digunakan adalah function generator dan
osiloskop. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui letak frekuensi cut off ,
kemiringan atau kelandaian filter dan memastikan apakah rangakaian LPF yang
telah dibuat ini dapat meloloskan sinyal kurang dari frekuensi cut off yang
dimilikinya dan meredam sinyal dengan frekuensi di atasnya.
Secara teori frekuensi cut off pada rangakain low pass filter , terjadi pada
saat penurunan pengeuatan sebesar -3 dB atau 0,707 dari tegangan keluaran
maksimum. Tegangan masukan yang diberikan pada pengujian ini adalah 1 Vpp,
maka frekuensi cut off dapat dicai dengan melihat tegangan keluaran filter sama
dengan 0,707 Vpp.
Dengan demikian frekuensi cut ff rangakain LPF yang telah dirancang
adalah pada frekuensi 98 Hz. Dengan kata lain telah terjadi pergeseran nilai
frekuensi sebesa 2 Hz dari frekuensi cut off yang direncanakan, yaitu 100 Hz atau
jika dinyatakan dalam persen kesalah adalah seesar 2%. Kesalahan tersebut
disebabkan adanya nilai toleransi pada beberapa komponen ang digunakan.
5.3 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah rancangan yang terdiri
atas beberapa blok rangkaian yang telah digabungkan tersebut dapat bekerja
dengan semestinya, sebelum dilakukan pengujian terhadap kondisi jantung
seseorang yang sesungguhnya melalui sadapan elektroda. Hasil pengujian dapat
dikatakan bahwa EKG telah dapat bekerja dengan baik. Hal ini berdasarkan :
- Pada frekuensi rendah, filter dapat meloloskan sinyal dan menguatkannya
dengan pengauatan 25 kali sesuai dengan hasil perancangan.
- Semakin tinggi frekuensi, maka terlihat bahwa tegangan keluarannya akan
semakin rendah sehingga dapat disimpulkan bahwa low pass filter telah
bekerja dengan baik yaitu memberikan peredaman pada saat frekuensi
sinyal berada di atas frekuensi cut off .
Meskipun demikian, ada kecenderungan terjadi kesalahan apabila
penempatan sensor yang tidak benar, lepas atau kurang melekat.
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
12/13
VI. KESIMPULAN
Berdasarkan langkah-langkah yang telah dilakukan yaitu perencanaan,
pembuatan dan pengujian terhadap alat pada tiap blok maupun keseluruhan
sistem, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Penguat instrumentasi yang terdiri atas penguat penyangga dan penguat
diferensial dapat menguatkan sinyal masukannya dengan penguatan sebesar
25 kali. Sementara penguat awal dengan high pass filter dan penguat non
inverting dapat menguatkan sinyal masukan dari penguat instrumentasi
sebesar 32 kali dan melewatkan frekuensi di atas 0,05 Hz. Sementara low
pass filter dapat melewatkan sinyal dengan frekuensi di bawah 100 Hz.
2. EKG yang telah dibuat dapat bekerja dengan cukup baik menampilkan
sinyal jantung manusia.
VII. SARAN
Meskipun alat dapat bekerja dengan baik, namun diharapkan pengembangan
untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dengan penggunaan kabel yang low
noise , sehingga hasil elektrokardiogram bisa lebih baik. Dan untuk lebih aman
dalam penggunaannya ditambahkan rangakaian optocoupler .
DAFTAR PUSTAKA
Chen, Charson. 1990. Active Filter Design . Hayden Book Company, Inc.: New
Jersey.
-
8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012
13/13
Darmawansyah, A, et al . 2006. Pembuatan Elektrokardiograf (ECG) Teknologi Hibrid Menggunakan Komponen Surface Mounting Device (SMD) . JurnalTeknik, Vol. XII No. 3 Hal: 228 – 243 ISSN 0854-2139.
Isnaeni, Dany Noor. 2010. Pembuatan Alat Perekam Jantung Berbasiskan Komputer (Elektrocardiografi) . Tugas Akhir, Jurusan Sitem Komputer Universitas Gunadaema: Depok.
Karim, Sjukri dan Peter Kabo. 1996. EKG dan Penunjang Beberapa Penyakit Jantung untuk Dokter Umum. FKUI.
Meurs-Amtzenius. 1990. Elektrokardiografi Praktis . Penerbit Hipokrates.
Rangan, CS. 1992. Instrumentation Devices and Systems . McGraw HillPublishing Company: New Delhi.
Somawirata, I Komang. 2009. Pengembangan Electro Cardiograph (ECG) yang Terintegrasi dengan Personal Komputer. Prosiding SENTIA-Politeknik Negeri Malang.
Sudjadi, Agung Warsito dan Erwin Seto Nugroho. 2011. Pengenalan Pola Sinyal Elektrokardiograf (EKG) dengan Jairngan Syaraf Tiruan Backpropagation untuk Diagnosa Kelainan Jantung Manusia. JurusanTeknik Elektro UNDIP: Semarang.
Webster et al . 2010. edical Instrumentation Application and Design . MalloyInc.: USA.