rancang bangun alat ukur viskositas darah dengan

RANCANG BANGUN ALAT UKUR VISKOSITAS DARAH DENGAN

SENSOR PPG (PHOTOPLETHYSMOGRAPH)

SKRIPSI

ZENNY NURHANDINIE PUTRI

PROGRAM STUDI S-1 TEKNOBIOMEDIK

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA 2016

ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

SKRIPSI RANCANG BANGUN ALAT... ZENNY NURHANDINIE PUTRI

iv

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam

lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi

kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penulis dan harus menyebutkan

sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik

Universitas Airlangga.



vi

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT karena rahmat dan hidayah-Nya, penulis

mampu menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Alat

Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG (Photoplethysmograph)”. Perlu

kiranya dengan ini penulis menjelaskan bahwa naskah skripsi ini ditulis sebagai

salah satu syarat kelulusan dalam menempuh studi S-1 Teknobiomedik, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.

Pengukuran viskositas darah yang dilakukan selama ini menggunakan

teknik invasif sedangkan alat ukur yang penulis buat menggunakan sensor PPG.

PPG merupakan teknik non-invasif yang menggunakan LED merah dan LED

inframerah. Viskositas darah merupakan aspek penting untuk deteksi resiko

kardiovaskular sejak dini. Dalam penelitian ini menggunakan parameter biologi

hipertensi, diabetes, dan kolesterol.

Penulis menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan.

Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk

mengembangkan penelitian ini.

Penulisan skripsi ini tidak lepas dari bimbingan, dukungan, serta

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, Mama Suryani Yuni Astuti dan Papa Moch

Zainudin yang selalu memberikan do’a yang tiada henti, dukungan,

motivasi selama proses penulisan naskah skripsi.

2. Bapak Dr. Moh. Yasin, M.Si selaku Ketua Departemen Fisika, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga,

3. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku Ketua Program Studi S-1

Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Airlangga,

4. Ibu Prof. Dr. Suhariningsih selaku dosen pembimbing I yang selalu

memberikan kritik, saran, arahan, motivasi, bimbingan yang membangun



vii

dan meluangkan waktu bagi penulis untuk berkonsultasi sehingga naskah

skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik,

5. Bapak Franky Chandra S.A, S.T., M.T selaku dosen pembimbing II yang

selalu memberikan bimbingan, masukan, dan meluangkan waktu bagi

penulis untuk berkonsultasi,

6. Ibu Ir. Wellina selaku dosen yang telah menyumbangkan ide dan sarannya

7. Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku dosen penguji I atas saran dan

perbaikannya dalam penulisan naskah skripsi ini,

8. Ibu Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si selaku dosen penguji II atas saran yang

telah diberikan untuk perbaikan naskah sripsi ini,

9. Ibu Dr. Prihartini Widiyanti, drg, M.Kes selaku dosen wali yang telah

memberikan arahan dan motivasi baik dalam hal akademik, maupun non

akademik,

10. Seluruh dosen dan staf karyawan Departemen Fisika, khususnya Program

Studi S-1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga serta semua pihak yang

telah senantiasa memberikan ilmunya dan membantu penulis selama

proses penyusunan naskah skripsi ini,

11. Novi Angga Sakti, Mas Nuzul yang senantiasa membantu dalam

pengerjaan software dan hardware, serta menjadi teman diskusi, member

masukan dan saran,

12. Para penghuni Laboratorium Instrumentasi Medis terakhir Niera Putri,

Novi Angga Sakti, Robiah Adawwiyah atas dukungan, bantuan, hiburan,

kenangan yang tidak akan terlupakan, serta berbagai pendapat dan saran

yang sangat bermanfaat,

13. Semester 9 Genks Aditia Nur Pratama, Achmad Dzihan, Madhanayu Putri,

Disca Sandyakala, Ludita Woro, Nikki Saksi yang selalu mewarnai hari-

hari hingga semester 9, selalu menemani, mendoakan dan memberikan

hiburan,

14. Teman seperjuangan Teknobiomedik 2011, AIRBLAST, yang selalu

memberikan do’a, semangat, masukan, dan bersama dalam suka dan duka,



viii

15. Keluarga Cemara Amila Sofiah, Azizah Rosdiani, Hajria Jabbar, Tia

Rahayu yang selalu memberikan semangat, doa, hiburan, dan motivasi,

16. Kakak-kakak Teknobiomedik angkatan 2008, 2009, dan 2010, serta adik-

adik Teknobiomedik angkatan 2012, 2013, 2014, dan 2015 yang tidak

bisa disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya,

17. Kost Konichiwa Mas Nuzul, Mas Nidhom, Mas Ibnu, Mas Bayu, Mas Rai,

Mas Thick yang telah banyak memberikan bantuan, masukan, dan

motivasi,

18. Keluarga Besar Paidin dan Koesnadi yang selalu memberikan doa, hiburan

semangat, dan motivasi,

19. Kak Yola dan keluarga, Kak Adhez, Bos Irawan, DC Java Symphony

Anoraga, Bapak Rubianto Illa, Intan, Andi, Bagas, Cikal, Mas Yudha,

Fitri, Ica, Kalinda yang selalu tidak pernah lelah memberikan doa,

semangat, dan motivasi, serta pengalaman yang luar biasa,

20. Pak Samidi, Pak Riski, dan Bu Endang, yang selalu memberikan

informasi kepada penulis dan dukungannya di Laboratorium

teknobiomedik setiap hari,

Semoga Allah SWT memberikan yang terbaik kepada saudara-saudara

semua. Kepada pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, penulis

mengucapkan terima kasih.

Surabaya, 12 Februari 2016

Penulis,

Zenny Nurhandinie Putri



ix

Putri, Zenny Nurhandinie. 2016. Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG (Photoplethysmograph). Skripsi ini dibawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Suhariningsih, dan Franky Chandra S.A, S.T., M.T., Program Studi S1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor PPG Berbasis Arduino. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah naracoba normal dan naracoba sakit. Dimana parameter yang diambil adalah tekanan darah, kolesterol, dan diabetes. Metode pengukuran dilakukan secara non invasive menggunakan sensor PPG. Sensor PPG ini menggunakan dua panjang gelombang cahaya yang berbeda yaitu led merah, dengan panjang gelombang 650 nm dan inframerah dengan panjang gelombang 950 nm. Mikrokontroller digunakan untuk memproses data sedangkan LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari sensor tersebut. Hasil pengujian yang dilakukan, dapat dilihat secara langsung melalui LCD. Uji coba alat dilakukan dengan cara membandingkan hasil viskositas alat dengan hasil viskositas laboratorium. Diperoleh konstanta k yang dimasukkan dalam persamaan . Diperoleh rata-rata nilai konstanta untuk diabetes 1,61 x – 0,0153, hipertensi 1,36 x + 0,0087, kolestrol 1,29 x – 0,0017. Rancang bangun viskositas darah dengan sensor PPG dapat digunakan sebagai alat ukur alternatif dengan memasukkan nilai konstanta k. Kata Kunci: Non Invasive, PPG (Photoplethysmograph), Viskositas Darah



x

Putri, Zenny Nurhandinie. 2016. Design of Blood Viscosity Measurement Device

with PPG (Photoplethysmograph) Sensor. This thesis was under guidance of Prof. Dr. Ir. Suhariningsih, and Franky Chandra S.A, S.T., M.T., Biomedical Engineering, Physics Departement, Faculty of Science of Techno logy, Airlangga University.

ABSTRACT

A research has been conducted to design a blood viscosity measurement device with PPG Sensor based Arduino. The samples that has been used in this research were normal and abnormal subjects. Where, the obtained parameters are blood pressure, cholesterol, and diabetes. Method of measurement was done using PPG sensor non-invasively. This PPG sensor has two different wavelengths of light, Red LED with wavelength of 650 nm and Infrared with wavelength of 950 nm. Microcontroller is used for processing data and LCD is used to display the measurement results from the sensor. Results of test, can be seen in LCD directly. The device test was done with compare the viscosity results from device and laboratory test. In this research, obtained k constant and include to the y=k x +c equation. The results are average value of the of the k constant to diabetes with 1,61 x – 0,00153 and hypertension with 1,36 x + 0,0087, cholesterol with 1,29 x – 0,0017. Design of blood viscosity measurement device with PPG sensor can be used as alternative measurement device with input a k constant value. Keywords : Non Invasive, Photoplethysmograph, Blood Viscosity



xi

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL i

LEMBAR PERNYATAAN ii

LEMBAR PENGESAHAN iii

LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI iv

KATA PENGANTAR v

ABSTRAK viii

ABSTRACT ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR GAMBAR xiv

DAFTAR LAMPIRAN xvi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 4

1.3. Batasan Masalah 4

1.4. Tujuan Penelitian 5

1.5. Manfaat Penelitian 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1. Viskositas Darah 6

2.2. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Viskositas Darah 7

2.3. Hemoglobin (Hb) 10

2.4. Hematokrit (Ht) 11

2.5. Sensor Photoplethysmograph (PPG) 12

2.6. Hukum Lambert Beer 15

2.7. Arduino 18

2.8. Liquid Crystal Display (LCD) 21

2.9. Low Pass Filter (LPF) 22

2.10. Rangkaian Penguat 25

BAB III METODE PENELITIAN 28



xii

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 28

3.2. Alat dan Bahan Penelitian 28

3.2.1.Alat Penelitian 28

3.2.2.Bahan Penelitian 28

3.3. Prosedur Penelitian 29

3.3.1.Tahap Perancangan 30

3.3.1.1. Perancangan Hardware 30

3.3.1.2. Perancangan Software 35

3.3.2.Tahap Pembuatan 38

3.4. Tahap Pengujian Dan Kalibrasi 38

3.4.1. Pengujian Alat 38

3.4.2. Kalibrasi Alat 39

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 40

4.1. Hasil Rancang Bangun Alat 40

4.1.1. Sensor Photoplethysmograph (PPG) 41

4.1.2. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Driver Sensor

Pulse Oximetry 41

4.1.3. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Penguat I 45

4.1.4. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Low Pass Filter I 47

4.1.5. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Penguat II 50

4.1.6. Pengukuran dan Analisis Sinyal Rangkaian Low Pass Filter

II 51

4.1.7. Rancangan Perangkat Lunak (Software) 52

4.2. Pengujian dan Analisis Pengukuran Hasil Rancang Bangun

Alat Viskositas Darah dengan Sensor PPG 55

4.2.1. Pengujian Nilai SPO2, Hemoglobin, Hematokrit, dan

Viskositas 55

4.3. Pengujian Pada 10 Jari dan Analisis 63

4.4. Pengujian dan Analisis Dengan Menggunakan 31 0rang Coba

Normal 64



xiii

4.5. Pengujian dan Analisis dengan Menggunakan 6 Orang

Naracoba Sakit 64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 67

5.1. Kesimpulan 67

5.2. Saran 68

DAFTAR PUSTAKA 69

LAMPIRAN 73



xiv

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Tabel Halaman 2.1. Kadar Hb Normal 10 2.2. Spesifikasi Arduino UNO 20 4.1. Hasil Uji Rangkaian Driver 44 4.2. Hasil Uji Rangkaian Penguat 46 4.3. Hasil Perbandingan Nilai SPO2 dengan SPO2 Terstandardisasi 56 4.4. Hasil Pengukuran Rasio dan Hb Invasive 58 4.5. Hasil Pengukuran Ht non invasive 60 4.6. Hasil Viskositas Darah Non invasive 62 4.7. Hasil Uji 10 Jari 63 4.8. Hasil Uji Viskositas Non invasive dan Viskositas Laboratorium 65 4.9. Hasil Konstanta k 66



xv

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Gambar Halaman 2.1. Efek hematokrit terhadap viskositas 7 2.2. Viskositas darah tergantung pada konsentrasi sel darah (hematokrit/-

PCV) 8 2.3. Pengaruh hematokrit terhadap viskositas darah 12 2.4. Penempatan Jari Pada Sensor PPG 13 2.5. Grafik Penyerapan Cahaya Hemoglobin 14 2.6. Diagram Penyerapan Cahaya Optis 15 2.7. ARDUINO UNO 19 2.8. Tampilan IDE Arduino 21 2.9. LCD dengan Arduino 22 2.10. Rangkaian dasar LPF 23 2.11. Respon frekuensi rangkaian lowpass filter 24 2.12. Penguat Diferensial 25 2.13. IC Op-Amp 27 2.14. Sinyal output dan input rangkaian penguat non inverting 27 3.1. Diagram Alur Prosedur Penelitian 29 3.2. Blok Diagram Alat 30 3.3. Blok Diagram Hardware 31 3.4. Sensor PPG 32 3.5. Skematik Rangkaian Driver 32 3.6. Skematik Rangkaian penguat pertama 33 3.7. Skematik Rangkaian Low Pass Filter Pertama 33 3.8. Skematik Rangkaian Penguat Kedua 34 3.9. Skematik Rangkaian LPF II 34 3.10. Konfigurasi LCD dengan Arduino 35 3.11. Flowchart rancangan software 37 4.1. Hasil Rancang Bangun Alat Ukur Viskositas Darah Dengan Sensor

PPG 40 4.2. Hasil Sensor Photoplethysmography (PPG) 41 4.3. Program Uji Driver 42 4.4. Hasil Rancangan Rangkaian Driver 43 4.5. Hasil Output Rangkaian Driver Dengan Menggunakan Jari 44 4.6. Hasil Rangkaian Penguat 45 4.7. Hasil Output Penguat I Saat Ada Jari 47 4.8. Hasil Rangkaian LPF I 48 4.9. Hasil Uji Rangkaian LPF I 49 4.10. Hasil Output Rangkaian LPF Saat Ada Jari 49 4.11. Hasil Rancangan Rangkaian Penguat II 50 4.12. Hasil Output Penguat II Saat Ada Jari 51 4.13. Hasil Perancangan Rangkaian LPF II 51 4.14. Hasil Output Rangkaian LPF II Saat Ada Jari 52



xvi

4.15. Hasil Inisialisasi Pada Arduino IDE 52 4.16. Penulisan Nilai Maksimun dan Minimum Array pada Software

Arduino IDE 54 4.17. Penulisan Rumus pada Arduino IDE 54 4.18. Penulisan Software Display LCD pada Arduino IDE 55 4.19. Hubungan Nilai Pengukuran Rasio dengan Hb invasive 58 4.20. Grafik Perbandingan Alat Ukur Hb Non Invasive dan Invasive 59 4.21. Grafik Perbandingan Alat Ukur Hb Non Invasive dan Invasive 61



xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Lampiran Halaman

1 Uji VPP Penguat I 73 2 Uji VRMS Penguat I 74 3 Uji VRMS Low Pass Filter I 75 4 Uji VPP Rangkaian Penguat II 77 5 Uji Lowpass Filter II 78 6 Pengujian Rasio Dan Hb Invasive 80 7 Hasil Uji Hb Non Invasive Dan Invasive 81 8 Hasil Uji 31 Orang Naracoba Normal 82 9 Uji Linearitas Hematokrit 83 10 Uji 10 Jari 84 11 Grafik VPP Penguat I 85 12 Grafik VRMS Penguat I 86 13 Grafik Respon Frekuensi Lowpass Filter I 87 14 Grafik VPP Penguat II 88 15 Grafik VRMS Penguat II 89 16 Grafik Respon Frekuensi Lowpass Filter II 90 17 Grafik Uji Linearitas Rasio Dan Hb Invasive 91 18 Grafik Linearitas Hb Invasive Dan Hb Invasive 92 19 Hasil Sinyal Penguatan Pada Osiloskop 93 20 Hasil Sinyal Lowpass Filter Pada Osiloskop 94 21 Listing Program INISIALISASI Pada ARDUINO 95 22 Listing Program ARRAY Pada ARDUINO 96 23 Listing Program RUMUS Pada ARDUINO 97 24 Listing Program Display LCD Pada ARDUINO 98 25 Hasil Laboratorium Nilai Hematokrit 3xHb 99 26 Foto Pengambilan Data Naracoba Normal 100 27 Foto Uji Viskositas Darah Invasive 101 28 Foto Uji Viskositas Darah Non-Invasive 102 29 Hasil Laboratorium Naracoba 1 103 30 Hasil Laboratorium Naracoba 2 104 31 Hasil Laboratorium Naracoba 3 105 32 Hasil Laboratorium Naracoba 4 106 33 Hasil Laboratorium Naracoba 5 107 34 Hasil Laboratorium Naracoba 6 108



rancang bangun alat ukur viskositas darah dengan

Documents