PROPOSAL TUGAS AKHIR ALAT UKUR SATURASI OKSIGEN DAN HAEMOGLOBIN DALAM DARAH MANUSIA SECARA NON-INVASIVE DILENGKAPI TENSI METER DIGITAL DAN PENGUKUR SUHU TUBUH
Disusun oleh:
Riky Maulana Firdaus
E11.2009.00335
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO 2011
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Skripsi
:
ALAT
UKUR
SATURASI
OKSIGEN
DAN
HAEMOGLOBIN DALAM DARAH MANUSIA SECARA NON-INVASIVE DILENGKAPI TENSI METER DIGITAL DAN PENGUKUR SUHU TUBUH 2. Identitas Mahasiswa a. Nama Lengkap
: Riky Maulana Firdaus
b. NIM
: E11.2009.00335
c. Program Studi
: Teknik Elektro
3. Dosen Pembimbing 1 a. Nama Lengkap dan Gelar : Moh. Sidiq, S.Si,M.Kom b. NPP/NIP
: 0686.11.1994.005
4. Dosen Pembimbing 2 a. Nama Lengkap dan Gelar : Ir. Wisnu Adi Prasetyanto,M.Eng b. NPP/NIP
: 0686.11.2000.201 Menyetujui
Dosen Pembimbing 1
Dosen Pembimbing 2
Moh. Sidiq, S.Si,M.Kom
Ir. Wisnu Adi Prasetyanto,M.Eng
NPP.0686.11.1994.005
NPP : 0686.11.2000.201 Mengetahui
Ketua Program Studi Teknik Elektro
Ir. Wisnu Adi Prasetyanto,M. Eng NPP : 0686.11.2000.201
ABSTRAK
Informasi tentang gas-gas dalam darah sangat diperlukan oleh manusia terutama para pasien dengan kondisi serius yang membutuhkan pengaturan sistem respirasi. Oksigen saturasi darah adalah parameter penting sistem respirasi yang mengindikasikan persentase oksigen yang berkombinasi dengan haemoglobin dalam darah atau kemampuan darah mengikat oksigen hasil proses respirasi. Cara konvensional untuk mengukur oksigen saturasi (SaO2), haemoglobin dan kandungan glukosa adalah melalui analisis sampel darah dengan spektrofotometer secara invasive (melukai bagian tubuh manusia). Namun cara ini kurang menguntungkan untuk pasien dengan kondisi serius yang tidak memungkinkan pengambilan sampel darah berkali-kali. Untuk itu dalam penelitian ini akan dikembangkan sistem pengukuran kandungan oksigen, haemoglobin dan kandungan glukosa dalam darah secara nono-invasive (tidak melukai tubuh manusia/pasien) dilengkapi dengan tensimeter digital dan pengukur suhu tubuh , yang diharapkan dapat memberikan sumbangan dalam bidang kesehatan,. ATMega 128 merupakan mikrokontroller keluarga AVR yang mempunyai banyak fasilitas dan ukuran memori yang cukup besar, mikrokontroler tersebut digunakan untuk pembuatan alat ini Kata kunci : oksigen saturasi, non-invasive, tensimeter digital, suhu tubuh, ATMega128
1. Judul ALAT UKUR SATURASI OKSIGEN DAN HAEMOGLOBIN DALAM DARAH MANUSIA SECARA NON-INVASIVE DILENGKAPI TENSI METER DIGITAL DAN PENGUKUR SUHU TUBUH
2. Latar Belakang
Informasi tentang gas-gas dan zat-zat dalam darah pada pembuluh arteri sangat diperlukan oleh para medis, terutama untuk menangani pasien dengan kondisi serius yang membutuhkan pengaturan sistem respirasi. Dalam sistem respirasi, ada suatu tanda dasar yang sangat vital, yang dikenal dengan istilah oksigen saturasi dalam darah. Oksigen saturasi tersebut mengindikasikan persentase oksigen yang berkombinasi dengan haemoglobin dalam darah, atau kemampuan darah mengikat oksigen yang diperoleh dari proses respirasi. Kandungan oksigen/oksigen saturasi dan haemoglobin dan glukosa dalam darah dapat diukur
dengan cara invasive yakni dengan mengambil sampel darah
kemudian dianalisa dengan menggunakan spektrofotometer atau degan cara lain. Namun, cara ini kurang menguntungkan. Mengingat untuk pasien dengan kondisi serius jelas tidak mungkin dilakukan pengambilan sampel darah berkali-kali. Untuk itu, suatu pengembangan cara pengukuran oksigen dan haemoglobin secara non-invasive sangatlah dibutuhkan.
Tidak hanya itu untuk lebih mempermudah pengambilan data pasien mengenai suhu tubuh dan tekanan darahnya dipermudah dengan perancangan alat ini , kalau biasanya dalam pengambilan data tersebut digunakan tiga alat ukur, yaitu spigmomanometer, stetoskop dan thermometer yang sangat merepotkan, dengan alat ini dipermudah dengan menggunakan satu alat saja untuk mengukur parameter-parameter tersebut.
3. Rumusan Masalah
Perumusan masalah dalam pembuatan alat ini yaitu : Bagaimana memudahkan para praktisi kesehatan untuk melakukan test atau
pengukuran saturasi oksigen dalam darah tanpa harus melukai anggota badan dari seseorang yang akan dilakukan uji darahnya.
Bagaimana memudahkan pengukuran tekanan darah dan suhu tubuh seseorang tanpa harus menggunakan banyak peralatan untuk melakukan pengukuran tersebut.
Bagaimana membuat sistem yang portabel dan multifungsi
4. Tujuan
Tujuan dari pembuatan proposal ini yaitu :
Mempermudah mengukur saturasi oksigen dalam darah.
Mempermudah pengukuran tekanan darah dan suhu tubuh manusia
Menggabungkan fungsi dari beberarapa alat menjadi sebuah alat dengan fungsi yang multiguna , serta membuat suatu sistem yang portabel.
5. Manfaat
1. Bagi Peneliti Dapat digunakan sebagai penyalur ilmu-ilmu teori yang didapat selama bangku kuliah. 2. Bagi Instansi Sebagai tambahan referensi akademik pada Perpustakaan Universitas Dian Nuswantoro Semarang, serta dapat digunakan sebagai perbandingan untuk penelaah yang serupa bagi peneliti selanjutnya. 3. Bagi Pengguna Dengan terwujudnya alat ini diharapkan dapat digunakan dalam dunia kesehatan maupun masyarakat pada umumnya, serta lebih memudahkan dalam pengambilan status atau kondisi yang ada dalam darah pasien.
6. Pembatasan Masalah
Pada sistem yang akan dibuat nanti, kami membatasi dalam beberapa hal sebagai berikut:
Menggunakan tampilan LCD Grafik
Menggunakan sensor pulse oxymetri
Mengunakan Sensor tekanan digital untuk mengukur tekanan darah
Menggunakan motor pompa elektrik untuk memompa manset pada pengukuran tekanan darah
Menggunakan Sensor suhu digital untuk pengukuran suhu tubuh
Menggunakan mikrokontroller AVR ATMEGA128 sebagai kontroler utama
7. Metode Penelitian
Metode yang digunakan untuk menciptakan alat ini:
Studi Kepustakaan
Pengamatan dan Pengambilan sampel
Bertanya kepada ahli kesehatan dan praktisi elektronik
Perancangan Sistem
Penyediaan rangkaian dan peralatan
Pembuatan alat
Pengujian alat
8. Landasan Teori
Cahaya Seberkas cahaya yang melewati suatu zat dalam larutan akan mengalami penyerapan yang berubah-ubah dengan panjang dan mencapai harga maksimum pada panjang gelombang di mana energi foton dalam berkas cahaya tersebut sama dengan energi transisinya. Hal ini dapat dipahami dengan melihat hubungan antara panjang gelombang (λ) dengan frekuensi foton (f) pada persamaan (2-1) dan hubungan antara frekuensi foton (f) dan energi foton (E) pada persamaan (2-2). λ.f = c ................................................... ...................... (2-1) E = h.f ................................................... ...................... (2-2) Keterangan :
c: kecepatan cahaya
h: konstanta Planck
= 6,554.10
-34
8
= 3.10 m/s Joule.sekon
Sedangkan berdasarkan hukum kekekalan energi maka energi foton yang dipancarkan
harus
sama
dengan
energi
transisi
yang
harus
dilampaui/dimiliki. Hubungan energi transisi dengan panjang gelombang yang merupakan karakteristik yang terpenting dari fotokonduktor intrinsik, dapat dilihat pada persamaan (2-3). λg (mm) =
E g
1,24
E g (eV )
................................................... (2-3)
adalah Persamaan ini menentukan panjang gelombang cahaya
terpanjang yang masih diserap oleh suatu bahan dengan energi tertentu.
Hukum Lambert dalam teori Spectroscopy menyatakan bahwa seberkas cahaya yang dilewatkan melalui sebuah massa (jaringan biologis) akan mengalami absorbsi, transmisi, dan refleksi sesuai dengan konsentrasi dan partikel yang sesuai dengan panjang gelombang spesifik zat itu. Sebagai contoh bila dalam jaringan biologis terdapat 100 partikel x dengan panjang gelombang spesifik X nm, dan apabila dikirim cahaya dengan panjang gelombang X sebanyak 140 satuan maka 100 satuan akan diabsorbsi dan diteruskan sedangkan 40 bagian akan dipantulkan. Prinsip pengamatan haemoglobin dan kandungan oksigen dalam darah secara non-invasive adalah perubahan warna haemoglobin yang teroksidasi diukur dengan perbedaan dalam absorbsi, ketika cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan menembus jaringan dan darah. Darah yang mengandung
haemoglobin
yang
terikat
dengan
oksigen
(HbO2 / Oxyhaemoglobin) dengan yang tidak (Hb) akan menunjukkan spektrum absorbsi yang berbeda dari emisi cahaya. Pemilihan spektrum warna di daerah ini didasarkan pada hasil penelitian Polanyi dan Hehir, In vivo oximeter with fast dynamic response, dan berdasarkan grafik karakteristik spektrum sumber cahaya dan filter (Allan,1973) pada gambar 2.1. f i t a l e R1 r e t l i F i s i m s n a r T0
Crown glass
500
660
805
1000
HbO Hb
2000
5000
Panjang Gelombang ( nm ) Karakteristik Spektrum Sumber Cahaya dan Filter Dari grafik karakteristik tersebut dapat dilihat bahwa respon Hb dan HbO 2 terutama pada daerah dengan panjang gelombang sekitar 660 nm (daerah sinar merah). Penelitian-penelitian yang telah dilakukan antara lain oleh Polanyi dan Hehir, Pittman dan Dulling, Lubbers et.al dan Setsuo Takatani et.al juga menggunakan gelombang cahaya di daerah ini.
LED ( Light Emiting Diode)
LED (light emitting diode) adalah suatu dioda p-n (semikonduktor) yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju dalam daerah panjang gelombang antara infra-merah sampai ultra violet. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesasi. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan warna merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembangan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi. LED mempunyai beberapa keunggulan dibanding sumber cahaya lain yaitu mempunyai struktur yang solid, ukurannya relatif kecil, masa pakai, mudah dipakai dan didapat, mempunyai daya dan harga yang rendah. Akan tetapi kerugiannya adalah intensitas cahaya LED lemah sehingga tidak dapat dipakai sebagai sumber cahaya besar. Oleh karena itu, LED biasanya dipakai sebagai sebagai optocoupler, sumber cahaya pada sistem komunikasi optik dan sebagai penampil (display). Radiasi cahaya yang dipancarkan LED tergantung pada materi dan susunan dioda p-n. bahan semikonduktor yang sering dipaki untuk LED misalnya: 1.
Ga As (Gallium Arsenid ) meradiasikan infra merah
2.
Ga As P (Galium Arsenid Phosphide) meradiasikan cahaya merah dan kuning
3.
Ga P (Gallium Phosphide) meradiasikan cahaya merah dan kuning.
Panjang Gelombang
Panjang Gelombang pada Gelombang Sinus
Panjang gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola gelombang. Biasanya memiliki denotasi huruf Yunani lambda (λ). Dalam sebuah gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antara puncak. Axis x mewakilkan panjang, dan I mewakilkan kuantitas yang bervariasi (misalnya tekanan udara untuk sebuah gelombang suara atau kekuatan listrik atau medan magnet untuk cahaya), pada suatu titik dalam fungsi waktu x. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan inverse terhadap frekuensi (f), jumlah puncak untuk melewati sebuah titik dalam sebuah waktu yang diberikan. Panjang gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh frekuensi gelombang. Ketika berhadapan dengan radiasi elektromagnetikdalam ruang hampa, kecepatan ini adalah kecepatan cahaya (c), untuk sinyal/gelombang di udara merupakan kecepatan suara di udara.
Photodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu, sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda foto mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.
ANODA
KATODA
Simbol dari dioda foto Alat
yang
mirip
dengan
dioda
foto
adalah
transistor
foto
(Phototransistor ). Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction)
base-collector untuk
menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik
jika dibandingkan dengan dioda foto. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian basis dan diperkuat di bagian kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari transistor foto secara umum akan lebih lambat dari pada dioda foto.
Struktur Photodioda
9. Rancangan dan Analisis
Dari diagram blok di bawah ini dapat diketahui bahwa sistem tersebut terdiri dari beberapa bagian yaitu:
Sensor darah adalah suatu instrumen dalam bidang kedokteran yang dapat menganalisa perbedaan intensitas cahaya pada darah sehingga dapat menganalisa kadar hemoglobin, saturasi oksigen dan kadar glukosa dalam darah. Hasil pengukuran berupa angka yang ditampilkan di LCD.
Pengkondisian sinyal berfungsi untuk menganalisa data analog yang berupa tegangan yang dihasilkan oleh sensor sehingga dapat diperoleh tegangan yang sesuai untuk ADC internal Mikrokontroller ATMega 128.
Mikrokontroler ATMega 128 berfungsi untuk mengolah data digital agar dapat ditampilkan di monitor.
Motor Pompa berfungsi memompa manset pada pengukuran tekanan darah
Sensor Presure digunakan untuk mengetahui tekanan pada manset ini dianalogikan untuk pengukuran tekanan darah
Solenoid berfungsi sebagai kran udara pada pompa untuk membuka atau menutup selang udara pada manset
Microphone condensor digunakan untuk mendeteksi Systole dan Diastole nadi manusia juga digunakan untuk menghitung detak jantung permenitnya.
Thermopile sensor berfungsi untuk mengukur suhu tubuh , penggunaan sensor ini tidak perlu disentuhkan ke bagian tubuh, cukup dihadapkan saja ke bagian tubuh yang akan diukur.
Keypad berfungsi untuk mengatur alat, untuk pemasukan data pasien contohnya usia , jenis kelamin, serta untuk memilih untuk mengukur apa saja dalam alat ini.
Liquid
Crystal
Display
(LCD)
berfungsi
untuk
menampilkan
hasil
pembacaan dari sensor berbentuk huruf dan angka
Catu Daya adalah bagian yang sangat vital karena tanpa adanya catu daya seluruh rangkaian tidak dapat bekerja ini merupakan sumber arus dan tegangan
Thermopile Sensor
LCD Display Presure Sensor & Mic Condensor MicroControler ATMega 128 Photo Diode & LED M Driver Motor & Solenoid Valve
KeyPad
POWER SUPPLY
Blok Diagaram Alat
Solenoid Valve
Secara umum cara kerja sistem diatas sebagai berikut:
Seseorang yang akan diukur kadar haemoglobin , saturasi oksigen dan kandungan glukosa dalam darahnya dengan metode non-invasive harus memasukkan salah satu jari tangan ke dalam lubang yang merupakan sebuah sensor. Di dalam sensor tersebut terdapat LED superbright merah dan infra merah yang menyala bergantian diatur oleh frekuensi yang akan menyinari jari tangan tersebut dan juga terdapat photodiode yang akan peka terhadap intensitas cahaya. Setiap tingkat kadar haemoglobin dan saturasi oksigen dalam darah jika diberi cahaya maka akan menghasilkan intensitas yang berbeda. Intensitas cahaya ini selanjutnya akan diterima oleh photodiode.. Kemudian data analog ini akan dikuatkan oleh rangkaian pengkondisian sinyal dan akan dikonversi oleh ADC internal menjadi data digital, sehingga rangkaian ADC ini sangat penting dalam input untuk menyuplai mikrokontroler. Tampilan pada layar menggunakan program asembler yang di- download ke mikrokontroler. Pada tampilan output akan ditampilkan kadar haemoglobin,
kandungan oksigen dan kandungan
glukosa pada darah orang yang diukur. Untuk mengukur tekanan darah dan suhu tubuh manset dibalutkan ke langan seseorang yang akan diukur, selang manset ini dihubungkan pada motor pompa yang dicabang kesensor tekanan dan microphone condensor, mula-mula motor pompa memompa manset sampe tekanan tertentu sampai denyut nadi tidak terdeteksi oleh mic, kemudian pompa akan mati dan solenoid akan membuka sedikit untuk membuang udara yang ada pada manset sampai systole terdeteksi oleh mic, kemudian solenoid tetap membuka dan mic akan menghitung banyaknya denyut sampai tidak terdengar atau disebut juga diastole, selagi menghitung denyut nadi timer juga dijalankan, timer disini untuk referensi berapa banyak nadi yang terukur selama berapa detik, disitu nantinya akan digunakan untuk menghitung jumlah denyut per menitnya, untuk mendapatkannya dengan rumus perhitungan.
10. Jadwal Kegiatan Program
BULAN NO. 1.
NAMA KEGIATAN Studi Literatur dan Perencanaan Penelitian
2.
Perancangan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak
3.
Pengujian dan Analisa Sistem
4.
Penyusunan Laporan
I
II
III
IV
DAFTAR PUSTAKA
Tremper KK, Barker SJ: Pulse oximetry. Anesthesiology 1989, 70: 98 – 108. Solsona JF, Marrugat J, Vazquez A, Masdeu G, Alvarez F, Nolla J. Effect of pulse oximetry on clinical practice in the intensive care unit. Lancet. 1993;342:311 – 312 Jubran Amal M.D, Principle Pulse Oxymetri, http://ccforum.com Paul Malvino, Albert, Prinsip Prinsip Elektronika, Erlangga Jakarta, Edisi ketiga Putra, Agfianto Eko. 2004. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55. Yogyakarta : Gava Media S, Wasito, Vademekum Elektronika, Erlangga Jakarta, 2002 Woollard, Barry G. 1999. Elektronika Praktis. Jakarta : Pradnya Paramita. Wijaya Citra, Rangkaian
Paulus Ir.
1994. Buku
Data
IC
OP- Amp
dan Rangkaian-
OP-Amp. Jakarta : PT Elex Media Komputindo
Cooper, William D . 1978. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Jilid ke 2. Jakarta : Erlangga. Johnson, Curtis D. 1997. Process Control Instrumentation Technology Fifth Edition. New Jersey : Prentice-Hall
