Jurnal Einstein 3 (1) (2015): 23-29

Jurnal EinsteinAvailable online http://jurnal.unimed.ac.id/2012/index.php/einstein

RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI PENGOLAHANSINYAL ELEKTROKARDIOGRAFI (EKG) DENGAN ADDER AMPLIFIERBERBASIS PERSONAL COMPUTER (PC)Nia Annisa Ferani dan Sehat Simatupang *

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas NegeriMedan, Indonesia

Diterima Oktober 2014; Disetujui November 2014; Dipublikasikan Desember 2014

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik rancangan instrumentasi pengolahan sinyalelektrokardiografi (EKG) dengan perancangan rangkaian penguat instrumentasi, high pass filter, low passfilter orde 2 butterworth, dan penambahan rangkaian adder amplifier. Sinyal biopotensial tubuhditangkap oleh sensor Ag/AgCl dan dikuatkan dengan penguat instrumentasi, kemudian dilanjutkan kerangkaian high pass filter, low pass filter orde 2 butterworth untuk menghilangkan noise pada frekuensiyang telah ditetapkan, dan selanjutnya diteruskan ke rangkaian adder amplifier. Dimana pada rangkaianadder, output sinyal amplitude gelombang dapat diatur. Sinyal tersebut diolah menjadi sinyal digitalmenggunakan software soundcard scope dengan Jack Mic sebagai konektor. Hasil grafik EKG rancangandibandingkan dengan EKG medis dan didapatkan amplitude gelombang P pada sampel pertama 0,09mV,sampel kedua 0,06mV, sampel ketiga 0,09. Pada gelombang QRS, sampel pertama 1,71mV, sampelkedua 1,25mV, sampel ketiga 1,17mV. Pada gelombang T, sampel pertama 0,13mV, sampel kedua0,12mV, sampel ketiga 0,18 mV, dan didapat persentase error rata-rata sebesar 13,2%. Pada periodagelombang Q-R-S sampel pertama 80ms, sampel kedua 100ms, sampel ketiga 100ms. Pada interval Q-Tsampel pertama 320ms, sampel kedua 280ms, sampel ketiga 350ms. Interval P-R didapat data sampelpertama 120ms, sampel kedua 160ms, sampel ketiga 200ms. Pada interval P sampel pertama 80ms,sampel kedua 80ms, sampel ketiga 100ms. Sehingga didapat persentase error rata-rata interval 10,8%.Pada pengukuran sampel di waktu yang sama, tampak pola gelombang P, gelombang Q, kompleks QRStelah terbentuk, yang menandakan alat rancangan telah bekerja dengan baik.Berdasarkan hasil penelitiandidapatkan pola grafik EKG telah memenuhi parameter Elektrokardiografi.

Kata kunci : EKG, high pass filter, low pass filter, adder amplifier, dan soundcardscope

How to Cite: Nia Annisa Ferani dan Sehat Simatupang, (2015) Rancang Bangun Instrumentasi Pengolahan SinyalElektrokardiografi (Ekg) Dengan Adder Amplifier Berbas i s Persona l Compu ter (P c) , Jurnal Einsten Prodi Fisika FMIPAUnimed, 1 (5): 23-29.

*Corresponding author: E-mail : rani_nia92@yahoo.com

p-ISSN : I2338 - 1981

1

Jurnal Einstein 3 (1) (2015): 23-29

PENDAHULUANPerkembangan ilmu pengetahuan

dan teknologi yang sangat pesat di abad ke-20 ini, mem-permudah manusia dalammemenuhi kebutuhan hidup.Perkembangannya telah merambah disegala bidang, termasuk dalam bidangkedokteran. Salah satu pemanfaatanteknologi dalam bidang kedokteran adalahusaha untuk mengetahui aktivitas yangdilakukan oleh jantung sebagai organ vitaldalam tubuh manusia. Mengingat dalambeberapa tahun terakhir, penyakit jantungmasih merupakan salah satu penyakitutama yang mengancam kehidupanmanusia.

Di Provinsi Sumatera Utarasendiri, terdapat beberapa kasus penyakitjantung koroner dan gagal jantung yangmenjadi salah satu penyebab angkakematian pada usia 15 tahun. Menurut≥laporan riset kesehatan dasar BadanPenelitian dan Pengembangan KesehatanKementrian Kesehatan di tahun 2013,sekitar 1,1% penduduk Sumatera Utaramengalami jantung koroner dan 0,3%mengalami gagal jantung.

Menurut survey dan pendataanWorld Health Orga-nitation (WHO), padatahun 2015 diperkirakan kematian akibatpenyakit jantung dan pembuluh darahmeningkat menjadi 20 juta jiwa. Sedangkandi negara maju seperti Amerika Serikat,menurut laporan American HeartAssociation setiap tahunnya kurang lebih163.000 orang Amerika terkena seranganjantung (Busono,dkk. 2010)Elektrokardiografi (EKG) merupakan salahsatu sarana untuk menganalisa diagnosispenyakit jantung. Alat ini merekambioelektrik yang keluar dari jantung.Elektrokardiogram yang merupakan hasilrekaman alat ini dapat menunjukkanadanya perubahan-perubahan bioelektrikyang dikeluarkan oleh jantung (Fitriani,2010). Sehingga akan lebih memudahkanuntuk mengetahui keadaan kesehatanjantung.

Akan tetapi pada saat inielektrokardiografi (EKG) hanya dapat

ditemui di rumah sakit yang berada di kota-kota besar. Hal ini dikarenakan harga darielektro-kardiografi (EKG) yang sangatmahal, sehingga susah dijangkau olehinstansi-instansi kesehatan tertentu.Kemajuan teknologi di bidang elektronikadigital yang begitu cepat, sehinggadimungkinkan untuk merancanginstrumentasi berbasis digital.Berdasarkan uraian di atas, makadirancang suatu instrument pengolahansinyal elektrokardiografi (EKG) sederhanaberbasis personal computer (PC) yangdapat membaca keluaran sinyalbiopotensial. Blok rangkaian penelitian initerdiri dari keluaran sinyal biopotensialyang ditangkap oleh sensor Ag/AgCl laluditeruskan ke penguat instrumentasi, HighPass Filter (HPF), Low Pass Filter (LPF),dan Adder Amplifier. Hasil dari keluaransinyal akan ditampilkan melalui personalcomputer (PC) mengunakan softwaresoundcard scope.Sinyal biopotensial tubuh akan ditangkapoleh sensor Ag/AgCl dan akan diperkuatoleh rangkaian penguat instrumentasidikarenakan sinyal keluaran tubuh bernilaisangat kecil berkisar 100µV-5mV. Sinyalbiopotensial tubuh yang telah dikuatkanmasih memiliki noise, yang berasal daribiopotensial tubuh dan jala-jala listrik,sehingga diperlukan rangkaian filter untukmeredam noise tersebut. Pada perancanganinstrumentasi ini digunakan rangkaian highpass filter dan low pass filter. High passfilter digunakan untuk melewati frekuensidalam kisaran tertentu dan menolakfrekuensi dalam kisaran tertentu, sehinggaoutput keluarannya dapat dibatasi,sedangkan Low pass filter meredam sinyal-sinyal frekuensi tinggi yang masihmempengaruhi sinyal .Penambahan rangkaian Adder Amplifierdigunakan sebagai interfacing danpenambah level tegangan sinyalelektrokardiografi dengan tegangan DC,sehingga nantinya dapat diproses olehpersonal computer (PC) kemudian akandiproses oleh software soundcard scope

2

Jurnal Einstein 3 (1) (2015): 23-29

sebagai penampil sinyal keluaranbiopotensial.

METODOLOGI PENELITIAN1. Tempat dan Waktu Penelitian

Pelaksanaan penelitian meliputi perakitandan pengujian, akan dilaksanakan diLaboratorium Fisika FMIPA UniversitasNegeri Medan pada bulan September-Desember 2014.

2. Alat dan BahanAlat: Multimeter, Elektroda Ag/AgCl, Catu DayaBelah 5Volt, Jack Mic, SoftwareSoundcard Scope, Tang potong, Solder,Penyedot timah, Bor DC, Obeng Positif,Pulpent permanent, Capit Buaya, Bahan: IC OP07, AD620, Kapasitor 0,1µF/16V; 20nF/16V: 47nF/16V; 100µF/16V;1000µF/16V, Resistor 560 ; 10k ;Ω Ω100k ; 220k ; 3,2M , PotensiometerΩ Ω Ω10k , Transistor 7805; 7905, DiodaΩBridge, Trafo CT, Led, Fuse, Sakelar,Steker, PCB polos, Pelarut, Timah, Kabelpenghubung, Socket IC

3. Pembuatan ElektrokardiografiBlok rangkaian instrument

elektrokardiografi (EKG) ini tersusun daripenguat instrumentasi, rangkaian filter(High Pass Filter dan Filter Lowpass orde2 butterworth), dan rangkaian adderamplifier.

a. Perancancangan Penguat Instrumentasi

Penguat Instrumentasi yang akandirancang menggunakan IC AD 620,dimana IC ini mempunyai tingkat akurasitinggi dan hanya memerlukan 1 resistoreksternal untuk mengatur penguatandengan rentang 1-1000 kali.Direncanakanpenguat ini akan memberikan penguatansebesar 90 kali. Penguatan yang besar inididasarkan pada kecilnya amplitude sinyalbiomedik jantung yang berkisar antara100µV – 5mV (Hindasyah, 2009).

Gambar 1. Rangkaian PenguatInstrumentasi

b. Perancangan Catu Daya Belah 5 Volt

Untuk mengaktifkan rang-kaianpenguat instrumentasi, IC AD620 harusaktif. Untuk mengaktifkan IC AD 620maka diperlukan tegangan masukan sebesar+5V dan -5V. berikut adalah rancanganrangkaian catu daya belah ±5 Volt.

Gambar 2. Catu Daya Belah 5Vc. Perancangan Filter

Filter adalah rangkaian yangdigunakan untuk memisahkan sinyalgelombang pada frekuensi dasarnya.Adapucn filter yang akan digunakan padarangkaian ini adalah High Pass Filter dan,Filter Low Pass orde 2 butterworth.

Resistor yang digunakan pada rangkaianHigh Pass Filter adalah 3,2MΩ

Berikut adalah skema rangkaian rancanganHigh Pass Filter dan Filter Low pass orde 2butterworth :

3

Jurnal Einstein 3 (1) (2015): 23-29

Gambar 3. Rangkaian Filter

d.Perancangan Rangkaian Adder Amplifier

Rangkaian adder berfungsisebagai penambah level tegangan sinyalECG dengan tegangan DC, system ini akanmenaikkan level tegangan sinyal ECGsesuai dengan tegangan dc yangditambahkan. Penambahan tegangan dcdisesuaikan hingga semua level sinyal ECGbernilai positif sehingga nantinya dapatdiproses oleh Komputer (Widodo, 2008).

Gambar 4. Rangkaian Adder Amplifier

HASIL DAN PEMBAHASANHasil Penelitian

Berikut data hasil EKG yang telahdi set up menggunakan Soundcard ScopeSoftware dan hasil EKG medis Sampel 1

Gambar 5. Hasil EKG Rancangan danHasil EKG Medis

Gambar 6. Hasil Plot Data Excel EkgRancangan

Sampel 2

4

Jurnal Einstein 3 (1) (2015): 23-29

Gambar 7. Hasil EKG Rancangan danHasil EKG Medis

Gambar 8. Hasil Plot Data Excel EKGRancangan

Sampel 3

Gambar 9. Hasil EKG Rancangan danHasil EKG Medis

Gambar 10. Hasil Plot Data Excel EKGRancangan

5

Perbandingan Data PenelitianElektrokardiografi Rancangandengan Elektrokardiografi Medis a. Perbandingan Amplitudo

GelombangElektrokardiografi

Tabel 1. Perbandingan AmplitudoGelombang Elektrokardiografi

Amplitudo

ParameterGelombangEKG(mV)

Hasil Pengujian

EKG Rancangan(mV)

EKG medis(mV)

Sampel Sampel

I II III I II III

P < 0,25 0,09 0,06 0,09 0,1 0,08 0,1

QRS 1,1 – 3 1,71 1,25 1,17 1,5 1,1 1,2

T < 0,5 0,13 0,12 0,18 0,17 0,15 0,2

Amplitudo% error amplitude % error

rata-rataamplitude

I II III

P 10% 25% 10% 11,7%QRS 14% 13,6% 2,5% 10,1%T 23,5% 20% 10% 17,8%

b. Perbandingan Periode

GelombangElektrokardiografi

Tabel 2. Perbandingan PeriodeGelombang Elektrokardiografi

JenisGelombang

ParameterDurasiGelombangEKG(ms)

HasilPengujian

EKG rancangan(ms)

EKG medis(ms)

Sampel Sampel

I II III I II

Q-R-S 80-120 80 100 100 80 120

Q-T 360-440 320 280 350 280 240 320P-R 120-200 120 160 200 120 136 160P 80-110 80 80 100 80 88 96

Durasi% error intervalgelombang

% errorrata-rataintervalI II III

Q-R-S 0% 16,7% 16,7% 11,1%

Q-T 14,28% 16,7% 9,4% 13,5%

P-R 0% 17,6% 25% 14,2%

P 0% 9,1% 4,2% 4,4%

KESIMPULAN

Berdasarkan hasilpenelitian darirancang bangunElektrokardiografidenganmenggunakanAdder amplifier,maka dapat diambilkesimpulan sebagaiberikut :

1. PengolahansinyalEKGmenggunakanpenguatinstrumentasi denganICAD620,rangkaianhigh passfilter, lowpass filterorde 2butterworth, sertapenambahanrangkaianadderamplifiermenghasilkangelombang outputyangmemenuhiparameterElektrokardiografi. 2. Meskipuntelahmemenuhiparameter

EKG,akan tetapimasihterdapatbeberapaperbedaanantarahasil EKGmedisdenganEKG yangdirancangpadapengukuran di waktuyangberbeda.Hal itudapatterlihatpada polagelombangamplitude.Besarpersentasekesalahanpadamasing-masinggelombang antaralain padagelombang Ppersentaserata-rataerrornyasebesar19,3%,gelombang QRSsebesar10%,gelombang Tsebesar17,8%.

Jadididapatpersentaseerror rata-ratasebesar15,7%.Sedangkan besarpersentasekesalahanpadaperiodeyangdidapatpadagelombang QRSadalah20%,gelombang QT13,2%,gelombang PR17,2%,dangelombang Psebesar4,3%.Sehinggadidapatbesarpersentasekesalahanrata-ratapadaintervalwaktusebesar13,67%.3. Padapengukuran di waktuyangsama,tampakpola

gelombang P,gelombang Q,kompleksQRS telahterbentuk,yangmenandakan alatrancangantelahbekerjadenganbaik.4. Perancanganalatelektrokardiografiinimenghasilkan datayang lebihbaikdibandingpenelitiansebelumnya. Hal inidapatdilihat daripersentasekesalahanyang lebihkecil daripenelitiansebelumnya yaknipadaamplitudonyadidapatralatsebesar15,7% danpadafrekuensinya didapatralat

7

sebesar13,67%.

DAFTARPUSTAKABadan Penelititan

dan Pengem-banganKesehatanKe-mentrianKesehatanRI., (2013),RisetKesehatanDasar(RisKesDas2013),MenteriKesehatanRI, Jakarta.

Busono, P., danSarodja, N.,(2010),Implementasi StandalonePatientMonitoringSystemDilengkapiDengan Pe-rangkatLunakInterpretasiUntukMeningkatkan KualitasPelayananKe-sehatandiPuskesmas,LaporanHasilPenelitian,BPPTSerpong,Tangerang

Fitriani, L.,(2010),Evaluasi

KerjaElectrocardiograph(ECG)RSUDZainoelAbidin,LaporanPenelitian,Banda Aceh

Hindasyah, A.,(2009),RancangBangunSistemInstrumentasiElektrokardiogram danAktifitasGerakSecaraWireless,Tesis,FMIPA, UI,Depok.

Widodo, A.,(2008),SistemAkuisisiECGMenggunakan USBuntukDeteksiAritmia,TugasAkhir,FT,ITS,Surabaya.

World HealthOrganitation, (2014),Cardiovascular Diseases,WHO, NewYork.

8