7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
1/7
Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur
Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
Alfian Budiarmoko Achmad Arifin
Jurusan Teknik Elektro-FTI, ITS, Surabaya-60111, [email protected]
Abstrak Jaringan tubuh manusia tersusun dariberbagai material kompleks yang memiliki sifat-sifat listrik
yang berbeda. Bioelectrical Impedance (BI) mengacu padaperlawanan aliran arus yang melalui jaringan tubuh tersebut.
BI ini memiliki nilai yang bervariasi tergantung dariperubahan komposisi material pada jaringan tubuh.
Perubahan tersebut dapat terjadi akibat adanya gerakan ataukarena suatu penyakit tertentu. Tugas Akhir ini bertujuan
untuk mengembangkan rangkaian pengukuran BI sertaaplikasinya untuk menganalisa perubahan BI terhadap
perubahan sudut dari sendi lutut / knee joint pada bidangsagital.
Metode yang digunakan untuk mengukur perubahan BI
terhadap gerakan knee joint ialah dengan menginjeksikan
arus sinusoidal yang konstan dengan amplitudo 250A dan
Frekuensi 50KHz pada bagian kanan abdomen dan telapakkaki bagian atas, serta mencatat perubahan drop tegangan
diantara dua titik tertentu pada kaki. Perubahan drop
tegangan ini diproses pada rangkaian Instrumentasi BI, yang
terdiri dari rangkaian Instrumentasi Amplifier sebagai
penguat sinyal, rangkaian High Pass Filter untuk
menghilangkan noise pada frekuensi rendah, serta rangkaianDemodulation Amplitudo untuk mendapatkan tegangan eksak
dari BI. Data BI yang diperoleh kemudian diubah dalambentuk digital menggunakan ADC mikrokontroler ATMega32
dan dikirim ke komputer melalui komunikasi serial untuk
diolah pada program khusus.
Dengan penguatan 194.35 kali pada rangkaian
instrumentasi amplifier, hasil nilai BI berubah antara 2.3V
hingga 1.5V untuk perubahan sudut knee joint dari 0
hingga 120. Ketidaklinearan antara BI dengan sudut knee
joint mengakibatkan error yang cukup besar yaitu 64o,
dimana minimum error yang terjadi sebesar 0o.Pengaruh
posisi penempatan elektroda sangat vital terhadap kelinearanhasil pengukuran ini. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut
tentang penempatan elektroda ini sangat diperlukan untuk
pengembangan kedepannya. Hasil pengukuran sudutmenggunakan sistem pengukuran BI ini dapat diaplikasikan
untuk berbagai keperluan, salah satunya ialah sebagai
pengganti electro-goniometer dalam sistem rehabilitasi FES.
I. PENDAHULUAN
Ilmu dan teknologi dalam dunia medis semakinberkembang pesat seiring dengan berkembangnya ilmu
pengetahuan. Saat ini kecanggihan teknologi tersebut sangatmembantu tenaga kerja dalam dunia medis dalam menangani
permasalahan-permasalahan yang berhubungan dengan
teknologi dan kaitannya dengan tubuh manusia, baik dalam
ruang lingkup kesehatan maupun teknologi medis yang
digunakan untuk membantu manusia mempermudahmelakukan aktifitasnya.
Belakangan ini, pengukuran Bioelectrical impedancepada tubuh manusia telah dikembangkan oleh banyak
peneliti untuk berbagai keperluan. Diantaranya untukmengetahui komposisi tubuh secara akurat, menganalisa
tingkat kegemukan tubuh, hingga mengaplikasikan hasilpengukuran bioelectrical impedance tersebut untuk
menjalankan suatu peralatan tertentu. Seperti yang telahdikembangkan oleh Nahrstaedt Holger yang
mengaplikasikan pengukuran bioimpedance pada kakiuntuk mengukur sudut knee joint dan ankle joint sebagai
pengganti electro-goniometer pada penelitiannya tentang
Drop foot Stimulator [4], atau yang diteliti oleh Song
Chul-Gyu yang memanfaatkan pengukuran bioimpedance
untuk memantau pergerakan kaki [5], dan juga Yunfei
yang memanfaatkan pengukuran bioimpedance untukmembantu penderita cacat untuk dapat menggerakkan dan
mengendalikan kursi roda hanya dengan menggerakanotot punggung [9].
Namun rangkaian keseluruhan yang digunakan
dalam pengukuran bioimpedance ini masih belum banyak
dipublikasikan, kebanyakan dari penelitian tersebut hanya
mencantumkan sistem umum dalam pengukuran
bioimpedance yang mereka lakukan. Oleh karena itudalam tugas akhir ini akan dilakukan perancangan
rangkaian instrumentasi pengukuran bioimpedance secaramenyeluruh serta melakukan percobaan untuk
menganalisa perubahan bioimpedance terhadap
pergerakan sendi lutut atau knee jointpada bidang sagital.
Dari hasil penelitian ini nantinya dapat dimanfaatkansecara luas untuk berbagai macam aplikasi. Contohnya
sebagai pengganti electro-goniometer dalam rehabilitasiSwing Phase Gait, ataupun untuk menggerakkan suatu
robot berdasarkan perubahan gerak dari knee joint yangkita lakukan.
II.
DASAR TEORI
2.1. Bioelectrical Impedance
Seluruh material, termasuk pula jaringan tubuh,
memiliki sejumlah sifat-sifat listrik yang berbeda-beda.
Bioimpedance mengacu pada perlawanan aliran arus yangmelalui jaringan tubuh tersebut. Impedansi dari sebuah
konduktor yang dialiri arus listrik memiliki nilai terbatasyang dipengaruhi oleh komposisi material konduktor
tersebut, sedangkan pada jaringan tubuh substansi yang
terkandung didalamnya tidak homogen. Jaringan tubuh
memiliki struktur kompleks yang tersusun dari berbagai
material, komposisi, dan sususan yang berbeda-beda,
sehingga impedansi dari jaringan tubuh ini memiliki nilaiyang kompleks pula.
7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
2/7
Besarnya frekuensi dari arus berpengaruh terhadapkemampuan arus melalui jaringan tubuh. Apabila arus yang
menembus jaringan tersebut berfrekuensi rendah, maka arus
tersebut tidak dapat melalui kapasitansi membran sel namun
dapat mengalir melalui daerah ekstraseluler. Sebaliknya,
dengan frekuensi tinggi, resistivitas dalam kapasitansi
menurun dan mengijinkan arus melalui cairan internal sel.
Gambar 1. Perbandingan perbedaan jalur alir oleh sebuah
arus dalam jaringan tubuh yang bergantung dari besarfrekuensi [1]
Dengan menginjeksikan arus sinusoidal dengan nilai danfrekuensi yang tepat ke tubuh, kemudian mengukur tegangan
yang dihasilkan pada bagian tubuh lainnya dengan
menggunakan elektroda, maka kita dapat mengukur nilai
bioimpedance pada bagian tubuh tersebut.Berikut ini merupakan penempatan elektroda yang
optimal untuk pengukuran Bioimpedance khusus pada kneemovement, berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh
Chul Gyu Song, dkk [3].
Gambar 2 Diagram Skematik pengujian posisi pasangan
elektroda yang paling optimal untuk ankle movementdan kneemovement[3].
Dua buah elektroda eksitasi arus diletakkan salah satunya
pada bagian kanan abdomen, yang terletak 15cm dari
elektroda 11 dan elektroda satu lagi pada bagian atas telapak
kaki bertujuan untuk menghasilkan sebuah distribusi arus
yang uniform. H adalah jarak antara medial epicondyle dari
taloerural articulation dan femur, dan W adalah jarak antaramedial epicondyledarifemurdan hip bone. Elektroda 1,3, dan
5 diletakkan pada anterior planedari tibia, dan elektroda 2,4,6diletakkan pada baiganposterior plane. Elektroda 7 hingga 10
dan 11 hingga 14 secara berurutan diletakkan pada anterior,
medial, posterior dan lateral plane dari femur dalam dua
baris.
Posisi elektroda 1 hingga 5 digunakan untukmengukur ankle movement, sedangkan 10 posisi elektroda
lain (5 hingga 14) digunakan untuk mengukur pergerakan
knee movement. Dalam tugas akhir ini, hanya akan
diambil posisi konfigurasi elektroda yang dianggap paling
optimal untuk mengukur bioimpedance pada knee
movement, yakni posisi elektroda (6,10) atau (6,8) sebagaielektroda pengukur tegangan.
III. PERANCANGAN SISTEM
Pada dasarnya sistem pengukuran bioimpedance initerbagi menjadi dua bagian rangkaian, yakni bagian
sumber arus sinusoidal dengan frekuensi sebesar 50Khzdan nilai amplitudo 0,25mA, serta bagian pengukur
tegangan, yang berfungsi untuk mengolah sinyal hasilpengukuran tegangan bioimpedance.
Rangkaian sumber arus tersusun dari rangkaian sinewave generator dan rangkaian Voltage Controlled Current
Source (VCCS). Sinyal tegangan sinusoidal denganfrekuensi 50Khz dihasilkan oleh rangkaian sine wave
generator yang kemudian dikonversi menjadi sinyal arus
yang memiliki amplitudo konstan serta frekuensi yang
sama pada rangkaian VCCS. Sinyal arus sinusoidal
tersebut kemudian di alirkan ke tubuh melalui dua buah
disposable electrode Ag/AgCl.Perubahan bioimpedance yang dihasilkan kemudian
diukur menggunakan dua buah elektroda pengukurtegangan dengan tipe yang sama. Tegangan tersebut
dikuatkan menggunakan rangkaian Instrumentasi
Amplifier yang memiliki kemampuan common mode
rejection ratioyang tinggi.
Gambar 3. Diagram Blok Hardware
Karena sinyal bioimpedance termodulasi padafrekuensi 50Khz, maka gangguan-gangguan pada
frekuensi rendah yang dihasilkan dari sinyal EMG serta
pergerakan artefak dihilangkan menggunakan rangkaian
High Pass Filter 25Khz. Hasil absolut dari sinyalbioimpedance didapat dari rangkaian demodulasi
amplitudo, dalam rancangan ini digunakan rangkaian ACto DC converter. Sinyal bioimpedance yang telah berupa
tegangan DC kemudian diubah ke dalam bentuk digitalmenggunakan ADC internal mikrokontroller. Hasil
konversi ini kemudian ditampilkan pada layar LCD serta
dikirimkan melalui komunikasi serial melalui modul USBto Serial converter untuk diolah lebih lanjut pada softwareyang telah dirancang.
7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
3/7
Gambar 4.Diagram Blok Software
Software diatas dirancang secara real time untuk dapatmenerima data secara serial dari mikrokontroller, kemudian
mengkalibrasikan data-data tersebut agar memiliki nilai yang
linear dengan sudut yang dibentuk oleh knee joint. Dari proseskalibrasi tersebut akan didapatkan data berupa nilai sudut yang
kemudian ditampilkan pada display user interface program.
Sudut yang terbentuk ditampilkan pula berupa gambar 3D darisimulasi kaki, tambahan aplikasi ini didisain menggunakan
fasilitas OpenGL yang terintegrasi dengan program delphi.Semua data yang telah diolah pada program dapat disimpan
berupa file *.dat atau dalam format excel. Data yang telah
disimpan sebelumnya juga dapat ditampilkan kembali pada
program ini.
2.1 Perancangan Hardware
2.1.1. Sine Wave Generator
Rangkaian sine wave generator disusun dari rangkaiansquare wave generator yang diikuti rangkaian low pass filter
dan rangkaian non-inverting amplifier.
2.1.1.1 Square Wave Generator
Rangkaian ini berfungsi untuk menghasilkan sinyal persegisecara free running dengan tambahan adanya pengaturan
frekuensi dari sinyal keluarannya. Rangkaian ini seringdisebut juga sebagai rangkaian astable multivibrator.
Gambar 5. Rangkaian Square Wave Generator
=1
21 ln(23
4+ 1)
Dengan R3=R4=1K dan ditetapkan C=1nF, maka agar
dihasilkan sinyal persegi dengan frekuensi 50Khz dibutuhkannilai R1 9,1 K.
2.1.1.2 Low Pass F i lter
Rangkaian ini digunakan untuk mendapatkan output
berupa sinyal sinusoidal dari masukan sinyal persegi yang
dihasilkan rangkaian Square wave generator. Frekuensi
Cut off dari rangkaian low pass filter ini sama dengan
frekuensi sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian square
wave generator, yakni 50Khz.
Gambar 6. Rangkaian Low Pass Filter
Frekuensi cut off :
=1
2262
Dengan syarat nilai-nilai komponen dari R6=R7=0.5R5.
dan C2=C3+C5. Dengan frekuensi Cut Off yangdiharapkan sebesar 50Khz, serta ditetapkan nilai
komponen kapasitor C2=1nF. Maka nilai dari
R6=R7=2,2K. Jadi nilai R5 = 2R6= 4,4 K. Dipilih nilairesistor yang ada dipasaran, yakni R3=4,7K.
2.1.1.3 Non Inverti ng Ampli fi er
Rangkaian ini digunakan sebagai pengatur amplitudo
tegangan dari sinyal sinusoidal yang telah dihasilkan olehrangkaian low pass filter. besar penguatan dari rangkaian
ini dirumuskan pada persamaaan berikut:
= 1 +109
Gambar 7. Rangkaian Non Inverting Amplifier
Dipilih R9 = 1K. serta R10 merupakan resistor variabel
sebesar 5 Kohm.
Output
OUTPUT
7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
4/7
2.1.2. Voltage Controlled Current Source (VCCS)Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan
sinusoidal menjadi sinyal arus sinusoidal yang nantinya akan
disalurkan melaui elektroda ke tubuh pasien. Secara garis
besar, dalam pengukuran bioimpedance hal-hal yang harus
diperhatikan dari rangkaian VCCS ialah rangkaian ini
memiliki impedansi output yang tinggi, serta memilikibandwidth yang lebar
Gambar 8. Rangkaian VCCS
ketika nilai-nilai dari resistor1312
=1514
Impedansi outputnya akan bernilai tidak terhingga
(Ro=). Dipilih nilai R12=R13=R14=R15=100 K. Dan arus
beban =
16 Dimana Vi merupakan nilai root mean
square dari tegangan input. Digunakan multitune sebagai R16agar sinyal arus sinusoidal yang dihasilkan dapat diatur hingga
mencapai 250A. Kapasitor non polar sebesar 1F diletakkan
secara seri pada output arus positif untuk menghilangkan arusDC yang turut keluar dari rangkaian.
2.1.3. Instrumentasi Amplifier
ICLow Cost Low power Instrumentation AmplifierAD620
digunakan dalam rangkaian ini. Penggunaan ICAD620 ini
didasarkan atas tingkat Common Mode Rejection Ratio(CMMR) yang lebih tinggi dibandingkan dengan IC op-amp
lainnya. Penguatan instrumentasi ini ditentukan oleh nilai RG.
=49,4
+ 1
Digunakan multitune 1K sebagai RG, sehingga minimalpenguatan dari rangkaian ini adalah 50,4 kali.
Gambar 9.Rangkaian Instrumentasi Amplifier
Rangkaian pembatas tegangan / voltage limitter juga
diberikan pada kedua sinyal masukan rangkaian instrumentasiini. Rangkaian ini digunakan untuk membatasi tegangan
sinyal input, terutama sebagai perlindungan padarangkaian instrumentasi amplifier agar tidak mengalami
kerusakan disaat dilakukan stimulus listrik dengan
tegangan tinggi ketika rehabilitasi FES dilakukan
2.1.4. High Pass Filter
Rangkaian ini digunakan untuk mengeliminasisinyal-sinyal noise pada frekuensi rendah yang dihasilkan
dari pergerakan artefak elektroda, sinyal EMG tubuh, sertasinyal noise lainnya yang dapat merusak sinyal asli dari
pengukuran bioimpedance.
Gambar 10.Rangkaian High Pass Filter
Sesuai standar desain filter, dimana untuk C=C4= C6,R19= (R11+R8), dan (R17+R18 ) = (R11+R8) maka
persamaan frekuensi Cut off nya:
=1
2(R11 + R8)
Dengan menetapkan frekuensi Cut off 25Khz serta nilaikapasitor dipilih C=1nF, maka R11+R8 9K. Dengan
penyesuaian nilai resistor standar yang ada dipasaran,
maka dipilih nilai R11=R8=4,7K. sehingga diketahui
R17=R18 = R19=4,7K.
2.1.5. AC to DC Converter
Nilai tegangan absolut dari bioimpedance yang
terukur masih ikut termodulasi secara amplitudo dengansinyal sinusoidal 50Khz yang berasal dari injeksi arus
sinusoidal 0,25mA 50Khz. Untuk memisahkan sinyal
tersebut diperlukan proses demodulasi amplitudo, dalam
rancangan ini digunakan rangkaian AC to DC converter
yang berfungsi untuk mengubah sinyal input AC menjaditegangan output DC. Tegangan output ini dirancang agardihasilkan tegangan RMS dari sinyal input AC nya.
Gambar 11.Rangkaian AC to DC Converter
7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
5/7
Sinyal masukan yang diubah hanya yang berpolaritaspositif saja, sedangkan polaritas negatifnya tidak diloloskan.
Untuk mencari nilai tegangan rms dari suatu sinyal sinusoidal
dapat menggunakan rumus
=2
= 0.707
dan rumus untuk mendapatkan tegangan DC rata-ratanya:
=2
= 0.637
Rangkaian ini terdiri dari dua buah op-amp. IC7A berfungsi
untuk menyearahkan gelombang sinusoidal dengan penguatansebesar
= 2120
=2020
=1
.
IC7B merupakan rangkaian summing amplifier denganpenguatan sebesar
2322
= 222100
=2.22
dan
2324
=222200
=1.11
Output dari IC7B diratakan dengan kapasitor dengan nilai
1F agar dihasilkan sinyal DC yang halus.
2.1.5. Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian mikrokontroler berupa sistem minimummikrokontroler AVR Atmega32 dengan nilai Xtal yang
digunakan bernilai 12MHz.. Rangkian ini berfungsi sebagaipengatur dari instrumentasi bioimpedance yang digunakan.
Fungsi-fungsi tiap port yang digunakan pada rangkaian ini di
cantumkan pada tabel berikut:
Tabel 1. Port Mikrokontroler yang digunakan
PORT PIN keterangan
PORT A A.0 sebagai ADC (Analog to Digital
Converter) dari output AC to DCconverter instrumentasi
bioimpedance
PORT B B.7 Output Sinyal untuk melihatfrekuensi sampling ADC
PORT C C.0 C.7 Display LCD
PORT D D.0&D.1 Rx & Tx yang digunakan dalamkomunikasi serial RS232
IV. PENGUJIAN SISTEM
Pengukuran dilakukan dengan menempatkan elektrodasumber arus pada posisi c seperti pada gambar 2. serta
elektroda pengukur tegangan pada posisi 6 dan 8 sesuai posisiterbaik untuk mengukur knee joint Hasil pengukuran tegangan
yang telah diubah menjadi sinyal digital oleh mikokontroller
kemudian di kirim ke komputer melalui komunikasi serial
menggunakan modul USB to serial converter, dan padakomputer data tersebut ditampilkan dan dikonversi menjadi
nilai sudut setelah dilakukan proses kalibrasi terlebih dahulu.Dengan persepsi hubungan tegangan yang terukur adalah
linear dengan sudut, maka dilakukan kalibrasi denganmengambil nilai tegangan saat sudut knee joint bernilai 0
dan 90. Dari dua nilai tegangan ini maka akan dihasilkan
suatu variabel pengali tegangan per Volt menjadi sudut.
Dengan mengalikan variabel ini dengan nilai tegangan
yang masuk, maka data sudut akan langsung didapatkan
secara real time.Pengujian awal ini dilakukan dengan
membandingkan data sudut hasil pengukuranmenggunakan Instrumentasi Bioimpedance dengan nilai
sudut yang didapat dengan menggunakan goniometer
mekanik secara manual.
Sebelumnya dilakukan proses pengaturan terlebihdahulu pada penguatan rangkaian instrumentasi amplifier,
hal ini dikarenakan masih belum diketahui secara pastinilai sinyal impedansi pada tubuh. proses pengaturan ini
dilakukan dengan mengubah nilai resistor RG dan melihat
sinyal output dari Instrumentasi amplifier pada
osciloscope. Dari hasil pengaturan ini, didapat RG=255,5
, berarti nilai Gain= (49,4K /255,5)+1=194,35. Padaosciloscope diketahui pada saat knee ekstensionmaksimum dengan sudut 0 Vrms=2,63V. sedangkan pada
sudut knee joint 90 Vrms=2,31V . Dari hasil ini dapatdilihat adanya perbedaan tegangan ketika terjadi
perubahan sudut knee joint.
Tabel 2.Hasil pengujian pengukuran sudut knee joint
Posisi
Elektroda
Pengukuran
Sudut
Goniometer
Sudut Hasil
Kalibrasi
Program|Error|
Titik
6 dan 8
0 0 0
30 -7 3745 15 30
60 35 25
90 70 20
100 92 8
Hasil sudut dari proses kalibrasi tersebut memilikitingkat error yang cukup tinggi dibanding dengan titik
referensi yang diambil dari goniometer. Oleh karena itu
dilakukan kembali pengujian untuk posisi elektroda yang
berbeda. Berikut tabel hasil pengujiannya.
Tabel 3.Hasil pengujian II pengukuran sudut knee joint
Posisi
Elektroda
PengukuranSudut
Goniometer
Hasil KalibrasiProgram
Instrumentasi
Bioimpedance
|Error|
Titik 6 dan10
0 4 4
10 -1 11
20 -3 23
30 -3 33
40 4 36
50 13 27
60 22 38
70 36 34
80 51 29
90 71 19100 103 3
7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
6/7
Titik 6 dan
7
0 0 0
10 0 10
20 8 12
30 26 4
40 40 0
50 50 0
60 71 870 77 7
80 84 4
90 96 6
100 146 46
Dari hasil percobaan ke dua diatas, posisi elektroda pada
titik 6,7 memiliki tingkat kelinearan yang cukup baikdibanding pada titik 6,10 maupun titik 6,8. Namun pada posisi
elektroda ini untuk sudut rendah dibawah 20 dan sudut diatas
90 memiliki tingkat error yang tinggi. hal ini menunjukkan
hubungan ketidak linearan antara sudut dan teganganpengukuran untuk seluruh sudut yang dibentuk knee joint.
Dilakukan Pengujian tambahan yang bertujuan untuk
melihat hubungan bioimpedance terhadap sudut knee jointyang dibentuk. Dilakukan pencatatan terhadap nilai teganganyang terukur dan sudut knee joint. Dari data-data yang
ditampilkan dalam grafik excel, grafik tersebut di atur agar
pada tersebut menampilkan garis polinomial beserta rumus
persamaanya. Berikut salah satu data yang telah diperoleh:
Tabel 4.5Hasil pengukuran tegangan pada beberapa nilaisudut knee joint yang telah ditetapkan
Gambar 12. Grafik hasil pengukuran tegangan terbacadengan titik referensi sudut tertentu
Dari data tersebut, dapat diketahui bahwa hubungan antarategangan yang terukur dari pengukuran bioimpedance
tidak linear secara mutlak terhadap sudut yang terbentuk
pada knee joint. Hal ini menunjukkan persamaan kalibrasi
dengan persamaan linear yang diterapkan sebelumnya
akan menghasilkan nilai yang tidak sempurna untuk
berapa besar sudut tertentu. Persamaan polinomial yangdiperoleh dari data hasil pengukuran tersebut dapat
dijadikan salah satu alternatif pada proses kalibrasitegangan terhadap sudut knee joint untuk mendapatkan
hasil yang mendekati nilai sebenarnya.
Oleh karena itu dilakukan pengujian untuk melihat
hasil pengukuran menggunakan persamaan polinomial.Kalibrasi menggunakan persamaan linear juga dilakukan
untuk melihat perbandingan hasil yang didapat. Berikuttabel hasil pengujian yang telah dilakukan.
Spesifikasi dari rangkaian instrumetntasi Bioimpedance
diatur sebagi berikut:
Arus input Sinusoidal = 250A
Gain Instrumentasi Amplifier = 194,35 Posisi elektroda pengukur tegangan = titik 6 dan 7.
Tabel 4.6Hasil kalibrasi sudut menggunakan persamaan
polinomial dan linear
Sudut
Gonio-
meter
Hasil Pengukuran |Error|
Tegangan
Input (V)
Sudut
(Pers.Poli-
nomial)
Sudut
(Pers.
Linear)
Poli-
nomialLinear
0 2,074 22 0 22 0
10 2,074 22 0 12 10
20 2,0593 29 4 9 16
30 2,03 38 13 8 17
40 1,995 48 18 8 2250 1,96 58 28 8 22
60 1,878 68 51 8 9
70 1,854 75 57 5 13
80 1,781 84 77 4 3
90 1,678 89 103 1 13
100 1,483 105 152 5 52
110 1,405 117 174 7 64
Persamaan polinomial yang digunakan pada percobaandiatas diambil berdasarkan data sudut dan tegangan yang
terukur pada saat itu. yakni y= -621,8 x3+ 3031 x
2 4982
x + 2850. Dimana y merupakan variabel sudut,
sedangkan x merupakan variabel tegangan yangditerima.
Dari data percobaan diatas dapat diketahui bahwa
dengan persamaan polinomial, hasil konversi nilai
tegangan ke sudut memiliki error yang lebih kecildibanding dengan pengukuran linear. Hasil dari persamaan
polinomial memiliki error yang tinggi dibanding nilailainnya untuk sudut dibawah 10. Hal ini dapat
disebabkan karena persamaan polinomial yang digunakan
tidak melewati seluruh data sudut yang ada, seperti terlihat
dari garis polinomial yang terbentuk pada gambar 12.y = -387,5x3 + 1466,x2 - 1871,x +
893,6
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,5 1 1,5 2
Sudut()
Tegangan (V)
Grafik Pengukuran Sudut-Tegangan
Series1
Poly. (Series1)
NamaSudut goniometer
( )
Tegangan Input
(V)
Eka Adi
Prasetyo
0 1,81 V
10 1,82 V
20 1,81 V
30 1,78 V
40 1,74 V
50 1,69 V
60 1,63 V
70 1,55 V
80 1,44 V
90 1,41 V
100 0,99 V
110 0,95 V
120 0,87 V
7/26/2019 Aplikasi Bioelectrical Impedance Untuk Mengukur Gerakan Sendi Lutut Pada Bidang Sagital
7/7
V. PENUTUP
5.1 KesimpulanSetelah melalui semua tahapan dalam tugas akhir ini, maka
diperoleh beberapa kesimpulan antara lain :
1. Perubahan nilai bioelectrical impedance terhadap sudut
knee joint memiliki perbandingan nilai yang tidak
sepenuhnya linear, terutama disaat sudut dari knee joint
lebih kecil dari 30 serta diatas 90.
2. Faktor-faktor yang menyebabkan ketidaklinearan ini dapat
disebabkan akibat peletakkan posisi elektroda yang masih
kurang tepat serta pengaruh internal dari karakteristik otot
dan perubahan volume aliran darah yang masih sulit
dipahami.3. Hasil kalibrasi sudut menggunakan persamaan polinomial
menghasilkan nilai sudut dengan error yang lebih kecildibanding dengan teknik kalibrasi menggunakan
persamaan linear.
4. Instrumentasi Bioimpedance ini dirancang untuk
mengukur sudut yang dibentuk knee joint ketika
melakukan gerakan knee extension maupun knee flexion
yang nantinya dapat diaplikasikan untuk berbagai macamkeperluan.
5.2 Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk pengembangan
alat ini sebagai berikut:
1. Perlu penelitian lebih lanjut dalam penentuan posisielektroda yang lebih tepat agar didapat hubungan yang
lebih linear antara perubahan impedansi dengan perubahansudut knee joint.
2. Dibutuhkan rangkaian Voltage Controlled Current Source
(VCCS) yang lebih baik dalam menghasilkan arus yangkonstan walau dengan perubahan hambatan beban yang
besar sekalipun.
3. Untuk meminimalisir terjadinya arus bocor dari sumbertegangan luar yang dapat masuk ke tubuh pengguna
melalui elektroda, maka perlu adanya penambahanrangkaian isolasi menggunakan optocoupler sebagai
pemisah ground antara rangkaian instrumentasibioimpedance dengan rangkaian minimum sistem
mikrokontroler.
4. Banyak sekali aplikasi yang dapat dikembangkan dari
teknik pengukuran bioimpedance ini, salah satunya ialahsebagai pengganti electro-goniometer dalam mengukur
sudut knee jointpada sistem rehabilitasi FES.
DAFTAR PUSTAKA[1] Tabuenca, Javier Gracia, Multichannel Bioimpedance
Measuremet, Master science Thesis, Tampere
University Of Technology, 2009.
[2] Darminto Hendi Wicaksono Agung, Fuzzy ControllerType 2 Berbasis metode Cycle to Cycle Untuk
Restorasi Swing Phase Gait dengan FunctionalElectrical Stimulation, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya, 2009.
[3] Song Chul-Gyu, Kim Soo Chan, Nam Ki Chang, Kim
Deok Won, Optimum electrode configuration for
detection of leg movement using bio-impedance,Physiological Measurement, 26 (2005) S59S68.
[4] Nahrstaedt Holger, Schauer Thomas, ShalabyRafaat, Hesse Stefan, Raisch Jorg, Automatic
Control of a Drop-Foot Stimulator Based on Angle
Measurement Using Bioimpedance, Internatonal
Center for Artificial Organs and Transplanation
and Wiley Periodicals, 2008.
[5] SONG Chul-Gyu, KIM Deok Won, TheApplication of Bioelectrical Impedance to Monitor
Leg Movement, IEICE Transf. Inf. & Sys, volE88-D, No.1, January 2005.
[6] _____,ATMega32,http://www.atmel.com/dyn/reso
urces/prod_documents/doc2503.pdf,Juli 2010.
[7] Terrell, David L., OP AMPS Design,Application, and Troubleshooting, Second
Edition, UK: Elsevier's Science & TechnologyRights Department in Oxford. 1996.
[8] Coughlin Robert F., Driscoll Frederick F.,
Penguat Operasional dan Rangkaian terpadu
Linear, diterjemahkan oleh Soemitro Herman
Widodo, Penerbit Erlangga 1985.[9] Yunfei, Huang, Development of a Bioimpedance
Based Human Machine Interface, Prince of
Songkla University, 2009.[10] S. Grimnes, and O.G. Martinsen, Bioimpedance
and Bioelectricity Basic,Academic Press, 2005.
BIOGRAFIAlfian Budiarmoko, dilahirkan di Pekanbaru 14
Desember 1987. Merupakan anak ke-2 dari 4 bersaudara
dari pasangan Budi Miyarso dan Purwanti. Menempuhpendidikan di SDN Kerinci 007 Duri, kemudian
dilanjutkan di SLTPS Cendana Duri, dan SMAS Cendana
Duri Lulus tahun 2006. Pada tahun yang sama diterimasebagai mahasiswa di Jurusan teknik Elektro InstitutTeknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya.
Achmad Arifin, menerima gelar ST. di Jurusan
Teknik Elektro Institut Teknologi sepuluh Nopember
(ITS) Surabaya pada tahun 1996. Sejak saat itu bergabungdalam Departemen Teknik Elektro ITS sebagai staff
pengajar. Menerima gelar M.Eng dan Ph.D dariElectronicEngineeringTohoku University secara berturut-turut pada
tahun 2002 dan 2005. Saat ini bekerja sebagai dosen
pengajar di Jurusan Teknik Elektro ITS, Indonesia.
Penelitian yang didalami adalah tentang neuromuscular
control by FES and fuzzy control system. Merupakananggota IEEE/EMBS.
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdfhttp://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdf