pengembangan ekg

47
PENGEMBANGAN EKG DENGAN MENGGUNAKAN AKSELEROMETER Franki Siadari 0706196550

Upload: siadarifranki

Post on 30-Jun-2015

212 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Pengembangan  EKG

PENGEMBANGAN EKG DENGAN MENGGUNAKAN AKSELEROMETER

Franki Siadari0706196550

Page 2: Pengembangan  EKG

LATAR BELAKANG PENELITIAN

Kesadaran manuisa akan kesehatan semkin meningkat, sehingga membuat kebutuhan akan alat-alat monitoring kesehatan semakin meningkat pula. Maka dengan memnfaatkan perkembangan teknologi yang ada dibuatlah sebuah sisitem Eiektrokardiograf yang dilengkapai dengan sensor percepatan sehingga mampu merekam data aktifitas jantung dan aktivitas fisik penggunanya.

Penelitian ini merupakan lanjutan dari dua penelitian yang dikerjakan sebelumnya ( Wireless Elektrokardiograf, M. Yiwansyah Mega, 2007 dan Sistem Pemantau Aktivitas Fisik Manusia Menggunakan Akselerometer Berbasis Kartu Memori SD dan Mikrokontroler AVR, Idha Rakhmawati, 2009). Kombinasi kedua penelitian ini, menghasilkan sisitem pemanatau aktivitas jantung (EKG) dan aktivitas fisik, yang datanya dapat disimpan kedalam kertu memori SD dan dikomunikasikan secara serial.

Page 3: Pengembangan  EKG

TUJUAN PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan, untuk : Membuat sebuah sistem pemantau

aktifitas jantung dan tubuh manusia. Menentukan pola perbandiang sinyal

jantung normal (interval, luas dan amplitudo).

Menentukan hubungan antara perubahan sinyal jantung terhadap perubahan aktifitas (kecepatan langkah) tubuh.

Page 4: Pengembangan  EKG

BLOK DIAGRAM PERANCANGAN ALAT

ECG + MMA 7260Q

Mikrokontroler Atmega 128L

SD Card PC (LabVIEW 8.5)

Page 5: Pengembangan  EKG

Pengertian EKG

Elektrokardiograf (EKG) adalah sistem yang mendeteksi sinyal listrik yang diakibatkan oleh adanya aktifitas otot-otot jantung

Kontraksi pada otot jantung menyebabkan depolarisasi muatan listrik pada tubuh manusia yang menyebabkan perubahan potensial dari potensial diam menjadi potensial aksi..

Gambar 1. Pola Gelombang pada Jantung

Page 6: Pengembangan  EKG

PERUBAHAN POTENSIAL PADA SEL

Gambar 2. Perubahan Potensial Sel

Page 7: Pengembangan  EKG

BIOELEKTRODA Untuk dapat mengukur potensial pada tubuh manusia dibutuhkan sebuah

tranduser antarmuka yang berfungsi sebagai sumber sinyal yang menggambarkan potensial pada tubuh manusia. Transduser ini disebut bioelektroda yang mempunyai kemampuan menghantarkan arus yang dihasilkan dari antar muka antara tubuh manusia dengan perangkat elektronika.

Perinsip kerja dari elektrodaelektrolit diperlihatkan pada gambar 3 dibawah ini

C

C

C A-

A-

C+

C+

e-

e-

Elektroda Elektrolit

Page 8: Pengembangan  EKG

Arus yang bergerak dari elektroda ke elektrolit terdiri atas tiga komponen yaitu1. Elektron yang bergerak dengan arah yang berlawanan terhadap arus2. Kation yang bergerak searah arus (C+) 3. Anion yang bergerak berlawanan terhadap arus pada elektrolit (A-).

Pergerakan antar ion pada elektrolit menyebabkan terjadinya konduksi ionik yang akan menghasilkan konduksi elektrolit pada elektroda, reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut :

C Cn+ + ne-

Am- A + me-

Reaksi ini menghasilkan beda potensial antara cairan elektrolit yang melingkupi logam elektroda dengan bagian yang lain pada caiaran elektrolit. Beda potensial yang dihasilkan disebut Half-cell potensial, yang diukur dari elektroda acuan yaitu Hidrogen elektroda.

Page 9: Pengembangan  EKG

RANGKAIAN EKIVALEN ELEKTRODA

Page 10: Pengembangan  EKG

Sinyal EKGsinyal EKG atau yang disebut elektrokardiogram yang merupakan superposisi dari seluruh sinyal dari detak jantung. Sinyal normal akan tampak seperti gambar di bawah, jarak R-R Interval akan selalu tetap untuk sinyal normal yang berarti jarak antar detakan jantung sama

bila jarak antara R-R tidak beraturan maka kondisi jantung sedang tidak normal

Page 11: Pengembangan  EKG

Gambar disamping menunjukan bentuk sinyal yang normal dari jantung manusia dimana :

Gelombang P (representasi dari atrial depolarisasi), memiliki bentuk yang selalu sama, tegak lurus dan selalu ada 1 P sebelum QRS

P-R memiliki interval yang konstan, berjarak 0,12 – 0,2 detik.

Gelombang QRS (Representasi dari ventricular depolarisasi), selalu memiliki bentuk yang sama dan memiliki interval kurang dari 0,21 detik.

sinyal yang ditampilkan EKG, dapat saja berbeda dengan gambar yang ada di samping, sesuai dengan aktivitas dari kontraksi jantung manusia

Page 12: Pengembangan  EKG

Medan dipol pada jantung sewaktu gelombang R maksimum

Hubungan antara dua vektor Lead a1 dan a2 dan vektor

jantung M2

KONEKSI STANDAR LEAD

Penempatan elektroda menentukan bentuk dan besarnya sinyal elektrokardiograf

Model sederhana yang dikembangkan oleh ilmuwan adalah model yang menggambarkan adanya dipol listrik pada jantung.

Medan dipol menggambarkan aktifitas listrik jantung, pada waktu tertentu. Medan dipol di di gambarkan dengan vektor M yang disebut vektor jantung.

Dua buah eketroda yang di tempatkan secara terpisah pada jarak tertentu akan membentuk sutu vektor lead, yang menghasilkan beda potensial. Lead akan menggambarkan besar dan arah vektor jantung.

Lead adalah pasangan elektroda atau kombinasi dari beberapa elektroda yang melalui suatu jaringan tahanan.

Page 13: Pengembangan  EKG

Tegangan yang dihasilkan oleh vektor Lead a1 adalah komponen dari vektor M dalam arah a1 yang dituliskan dalam bentuk perkalian titik.

Va1 = M . a1 atau Va1 = | M | cos

Sedangkan tegangan vektor a2 bernilai nol, karena tegak lurus terhadap vektor M

Ada tiga dasar penempatan lead pada permukaan tubuh yang dikenal dengan Eindhoven’s triangle yang terlihat pada Gambar disamping.

Pada formasi ini, elektroda ditempatkan pada 4 lokasi yakniRA(Right Arm), LA(Left Arm), LL (Left Leg) dan RL(Right Leg).

Kombinasi dari pasangan elektroda ini menghasilkan Lead I (LA-RA), Lead II (LL-RA) dan Lead III (LL-LA) sedangkan RL bertindak sebagai acuan ground untuk sistem .

Eindhoven’s triangle

Page 14: Pengembangan  EKG

Tegangan untuk ke tiga lead dapat dirumuskan sebagai berikut :

Bedasarkan hukum Kirchhoff untuk tegangan didapatkan VI – VII + VIII = 0.

Sinyal antara LA dan central terminal disebut VL, RA dengan central terminal disebut VR dan dengan LL disebut VF.

Dengan koneksi pada Gambar dibawah maka untuk masing-masing lead terdapat tahanan R yang memintas (shunt) antara central terminal dengan elektrode, akibatnya amplitudo sinyal yang diukur cenderung untuk berkurang. Untuk meningkatkan amplitudo maka koneksi antara elektroda yang diukur dengan central terminal dipindahkan, amplitudo dapat ditingkatkan menjadi 50% dan arah dari vektor lead tidak berubah.

Hal ini menghasilkan 3argumen lead yang akan di tujukan gambar dibawah ini :

yI MMV cos

zyII MMMM

V2

3

2

1sin

2

3cos

2

zyIII MMMM

V2

3

2

1sin

2

3cos

2

Lead I:

Lead II:

Lead III:

Page 15: Pengembangan  EKG
Page 16: Pengembangan  EKG

tiga augmented lead ini dikenal dengan masing-masing aVL, aVR dan aVF2 dimana huruf a singkatan dari augmented, dapat dituliskan sebagai berikut :

aVR = -VI – VIII/2aVL = VI – VII/2aVF = VII – VI/2

Page 17: Pengembangan  EKG

AKUISISI DATA1. Penguat Instrumentasi

Penguat instrumentasi yang digunakan pada EKG ini, menggunakan IC AD623, yang memiliki skematik sebagai berikut :

dengan menjadikan V1 dan V2 menjadi input dan memberikan hambatan R1 sebesar 33,33 KΩ. Maka sinyal output sebesar :

Pada IC AD 623 besarnya nilai R2 = R3 = R4 = 50 KΩ, sehingga pengautan yang terjadi sebesar 4 Vin

3

4

1

221

12 R

R

R

R

VV

Vo

Page 18: Pengembangan  EKG

KARAKTERISTIK AD 623

CMRR ≥ 84 db (G = 5) Noise yang rendah (35 nV/ Hz RTI

Noise @ 1 kHz (G = 1)) 20 ms Settling Time to 0.01% (G =

10) Single supplay (+3 V - +12 V)

Page 19: Pengembangan  EKG

2. FilterFilter analog, digunakanUntuk mendapatkan sinyal EKG yang kita inginkan dengan lebar pita 0.5 Hz ~ 100Hz, dan mengurangi derau yang ada pada sinyal input. Ada 2 jenis filter analog :- Low pass filter

ffi

f

iff

f

i

f

CRjR

R

RCRj

R

Z

Z

jVi

jVo

1

1

)1()(

)(

Page 20: Pengembangan  EKG

High pass filter

i

i

i

f

ii

if

Cj

Cj

R

R

RCj

CRj

jVi

jVo

1/1)(

)(

Page 21: Pengembangan  EKG

Berikut ini realisasi rangkaian band-pass filter, dengan penguatan 101 vin

Dengan frekuensi cut off 0.53 – 106 hz. Sinyal input dalam sekala mili volt dan pengauatn 1010 x berikut ini data hasil filter:

1 10 100 10000

50

100

150

Log Frekuensi

Pen

gu

ata

n

Page 22: Pengembangan  EKG

E. SISTEM PENGGERAK KAKI KANAN

Sistem penggerak kaki kanan (Right Leg Driven System) adalah suatu rangkaian elektronik yang dirancang untuk mengurangi interferensi oleh tegangan jala-jala akibat adanya kapasitansi stray/koupling kapasitansi.

Sehingga ada arus yang mengalir ke ground melalui tubuh manusia dan menimbulkan tegangan common mode diseluruh tubuh.

Tegangan common mode ini diminimalisasi dengan memberikan dua tahanan rata-rata pada penguat instrumentasi Ra, lalu menggunakan op-amp, sinyal ini dibalik dan dikuatkan lalu diumpankan ke kaki kanan tubuh manusia. Umpan balik yang dihasilkan oleh op-amp mengakibatkan common mode ke nilai yang rendah.

Page 23: Pengembangan  EKG

Rangkaian listrik ekivalen penggerak kaki kanan ini dapat dianalisa sebagai berikut, dengan menjumlakan arus pada masukan negatif op-amp maka

Karena,

Didapatkan Vcm,

cma

fo

f

o

a

cm VR

RV

R

V

R

V 20

2

odocm ViRV

af

docm RR

iRV

/21

KM

AKVcm 25/1.21

2,0.100 VVcm 2,0

Page 24: Pengembangan  EKG

BLOK DIAGRAM SISTEM EKG

Secara garis besar sistem EKG dapat digambarkan sebagai berikut :

Penguat Instrumentasi(4x)

Band-pass Filter(0.53 -106 Hz) dan

penguatan non-inverting 101 x

Penguat Inverting2,5x

Page 25: Pengembangan  EKG

SKEMATIK EKG

Page 26: Pengembangan  EKG

MINIMUM SITEM ATMEGA128LEKG DAN EKSELEROMETER

Page 27: Pengembangan  EKG

Sistem EKG yang telah dirancang menghasilkan data EKG sebagai berikut:

0.00.20.50.70.91.21.41.61.82.12.32.52.83.03.23.53.73.94.11

1.5

2

2.5

3

Waktu (s)

Am

plitu

do (

V)

Page 28: Pengembangan  EKG

AKSELEROMETER

Page 29: Pengembangan  EKG

F = ma Dengan F adalah gaya yang bekerja pada massa dan a adalah akselerasi benda.

Kerja dinamik dari sistem dapat dianalisis dengan mempertimbangkan persamaan diferensial:

Dengan adalah gaya eksternal yang bekerja pada massa yang ditempelkan persamaan tersebut merupakan persamaan gerak harmonic terpaksa untuk mencapai nilai x yaitu pergeseran yang terjadi pada pegas

Solusi umum persamaan gerak harmonik terpaksa ini beserta dengan turunannya ialah:

Page 30: Pengembangan  EKG
Page 31: Pengembangan  EKG

KARKTERISTIKI MMA7260Q

Sensor ini memiliki beberapa keistimewaan, diantaranya adalah [3]: Sensitivitasnya dapat dipilih dengan empat pilihan,

yaitu 1.5 g, 2 g, 4 g, dan6 g; konsumsi arusnya rendah: 500 µA; sleep mode: 3 µA; tegangan operasinya rendah: 2.2 V – 3.6 V; ukurannya kecil: 6 mm x 6 mm x 1.45 mm; sensitivitas yang tinggi mencapai 800 mV/g (pada

pilihan sensitivitas 1.5 g); pengkondisi sinyal integral dengan low pass filter.

Page 32: Pengembangan  EKG

PERBANDIANGAN INTERVAL DAN AMPLITUDO EKG

Page 33: Pengembangan  EKG
Page 34: Pengembangan  EKG

..\data ECG\EKG LabVIEW\Peak Detection and Display-ecg.vi

Page 35: Pengembangan  EKG

Dilakukan perbandingan nilai amplitudo referensi :Sinyal P = 0,2 mVSinyal QRS = > 0,6 mVSinyal T = 0,3 mVDari data ini perbandiangan puncak P : R : T, adalah

2 : 6 : 3.

(Lang, Sibernagel, 2007, Patofisologi, Jerman)

Page 36: Pengembangan  EKG

DATA PERBANDIANGAN AMPLITUDO

Sample Sinyal P Sinyal Q R S Sinyal T

Franki 17 25 20

Andy 18 24 19

Grace 18 30 19

Page 37: Pengembangan  EKG

Perbandiangan interval sinyal PQ, QRS dan QTdengan menggunakan acuan perbandiangan:Interval PQ = 0.12 – 0.2 detikInterval QRS = 0,08 detikinterval QT = 0,35 detik (tergantung frekuensi)perbandingan interval PQ , QRS dan QT

20 : 8 : 35

( Lang, Sibernagel, 2007, Patofisologi, Jerman)

Page 38: Pengembangan  EKG

DATA PERBANDIANGAN SELANG WAKTU SINYAL EKG

Sample P R (detik) QRS (detik) Q T (detik)

Franki 15 7 40

Andy 11 8 39

Grace 13 8 39

Page 39: Pengembangan  EKG
Page 40: Pengembangan  EKG

DIAGRAM ALIRAN PROGRAM PENDETEKSIAN LUAS SINYAL JANTUNG

START

Input data ECG

Membatasi sinyal dengan batasan Vcc/2

Dengan menggunakan peak detector, didapatkan amplitude dari sinyal dan waktu dari puncak seluruh sinyal

Memotong sinyal ekg menjadi sinyal P R dan T saja

Tentukan panjang data dan mengintegralkan data dengan menggunakan “numeric integration.vi”

Menampilkan data grafik sinyal yang di potong, menampilkan luas sinyal yang telah diintegralkan

Page 41: Pengembangan  EKG

PERBANDIANGAN LUAS SINYAL

sample Luas P Luas R Luas T

Franki 5 9 19

Andy 5 9 19

Grace 5 12 19

Page 42: Pengembangan  EKG

PERHITUNGAN KECEPATAN

Page 43: Pengembangan  EKG

DIAGRAM ALIR PROGRAM PERHITUNGAN KECEPATAN LANGKAH

Page 44: Pengembangan  EKG

PERBANDIANGAN KECEPATAN LANGKAH TERHADAP SINYAL JANTUNG

Sample Kecepatan

Amplitudo P

Waktu P

Amplitudo QRS

Waktu QRS

Amplitudo T

WaktuT

Franki 1 m/s 1.9 0.07 2.7 0.05 2.2 0.3

Andy 1 m/s - - 2.5 0.04 2 0.3

Grace 1.5 m/s 1.9 0.08 3 0.05 2 0.2

Page 45: Pengembangan  EKG

KESIMPULAN Telah berhasil dirancang sebuah sistem pemantau

aktivitas jantung dan aktivitas langkah.

Perbandiangan normal sinyal jantung Berdasarkan hasil uji alat : Amplitudo P, QRS dan T adalah 18 : 26 : 19, mengalami

perubahan perbandingan pada sinyal QRS. Turun sebesar 41 % dari acuan.

Perbandingan interval sinyal EKG adalah 13 : 8 : 39 Perbandingan luas sinyal EKG adalah 5 : 10 : 19

Belum dapat ditentukan perbandingan kecepatan langkah terhadap aktivitas jantung.

Page 46: Pengembangan  EKG

SARAN

1. Pada pengembang lebih lanjut, sangat disarankan untuk melakukan kerjasama dengan teman-teman dari peminatan Fisika Medis, sehingga intepretasi data-data yang didapat menjadi lebih baik.

2. Kerjasama dengan pihak industri atau pemerintah akan sangat menunjang kebutuhan dana dalam penelitian ini.

3. Akan sangat baik bila pada penelitian berikutnya digunakan lebih dari satu buah akselerometer dan ditambahkan sensor temperatur tubuh, sehingga aktivitas fisik manusia akan terpantau dengan lebih baik.

4. Menggunakan kebel EKG yang telah dipakai secara luas dan tersertiviasi agar data EKG yang terbaca semakin baik.

Page 47: Pengembangan  EKG

PERSIAPAN