perancangan dan pembuatan elektrokardiograf - nadya amalia 2012

8/20/2019 Perancangan Dan Pembuatan Elektrokardiograf - Nadya Amalia 2012

1/13


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)


3/13


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


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)


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)


7/13


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


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


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


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.


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.


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.

perancangan dan pembuatan elektrokardiograf - nadya amalia 2012

Documents