Abstrak Jaringan Sensor Nirkabel (Wirel (Wireless ess Sensor Sensor Networ Network k ) tela telah h banyak banyak diaplika diaplikasikan sikan untuk s se ensi nsing dan monitoring. monitoring . Sala Salah h satu satu aplikasi sensing adalah di bidang kese esehatan, yaitu untuk pemantauan kesehat kesehatan an terutama terutama jantung. jantung. Pemantauan Pemantauan kesehat kesehatan an jantung manusia merupakan hal yang penting untuk peningkatkan keselamatan bagi orang yang bekerja, orang-orang yang tinggal di pedesaan, terutama orang yang berusia lanjut. Untuk melakukan pemantauan kesehatan jantung manusia, perlu perlu dike diketa tahui hui karakt karakteri eristi stik k dari dari aktif aktiftas tas yang yang dilaku dilakukan kan oleh oleh manus manusia, ia, karakt karakteri erist stik ik keseh kesehata atan n organ organ tubuh tubuh terut terutama ama jantun jantung g pada pada orang orang sehat sehat dan orang orang yang yang sakit sakit,, serta serta ranan ranangan gan sistem sistem peman emanttauan uan keseh esehat atan an manusi nusia a. Pada ada tugas ugas akhi khir ini akan akan diran diranan ang g dan diim diimple plemen mentas tasika ikan n siste sistem m yang yang dapat dapat melaku melakukan kan pemant pemantaua auan n keseh kesehata atan n jantun jantung g manus manusia ia menggu menggunak nakan an jaring jaringan an sensor sensor nirkab nirkabel el yang yang dihubu dihubungk ngkan an dengan dengan suatu suatu inter! inter!ae ae ke P" # personal computer ) shingga dapat ber!ungsi seperti $"% #electrocardiogram electrocardiogram). ). Pema Pemant ntau auan an kese keseha hata tan n manu manusi sia a dila dilaku kuka kan n dengan menempelkan elektrode pada segitiga entho&en tubuh. 'ari hasi asil get getaran aran yan yang dit ditimbul bulkan kan oleh leh getar etara an jantu ntung dapat apat diidentifkasi diidentifkasi apakah orang tersebut mempunyai jantung yang sehat atau sedang sakit. 'engan demikian pe!orma dari sistem ini diukur dari dari ting tingka katt akur akuras asii dala dalam m iden identi tifk fkas asii keseh esehat atan an yang yang tela telah h dilakukan. Sehingga diharapkan dengan tingkat akurasi yang tinggi sistem ini dapat diimplementasikan diimplementasikan dan dapat memberikan man!aat bagi kesehatan manusia di masa depan. (ata (uni wireless sensor network , electrocardiograph electrocardiograph,, elektrode, elektrode, *dentifkasi
+. P$N'AUUAN Upaya di bidang kesehatan untuk terus meningkatkan kapasitas pelayanan terhadap pengguna layanan kesehatan terus berkembang.salah satu upaya yang saat ini sedang dikembangkan adalah telehealth atau ehealth, yaitu pelayanan kesehatan jarak jauh. Secara umum konsep ehealth meliputi 5 bagian, yaitu pengambilan data medis dari tubuh pasien, transmisi medis penyimpanan data, analisa medis dan penanganan medis. Dengan adanya teknologi informasi yang sekarang memungkinkan seluruh proses tersebut tidak harus dilakukan secara langsung (bertemu). ada skala yang paling sederhana telehealth ini bersifat lokal atau hanya menjangkau area tertentu. !omunikasi data medis dalam e-health adalah ser"er dengan perangkat peralatan monitoring yang terpasang pada tubuh pasien. Secara umum data medis yang ditrannsmisikan meliputi # jenis, yaitu data yang bersifat kontinyu antara lain suara detak jantung dan sinyal detak jantung. Sedangkan data yang bersifat diskrit adalah tekanan darah, suhu tubuh, kadar $# dan %$# serta data-data lain yang diperlukan. erkembangan teknologi piranti elektronika yang seiring dengan perkembangan protokol komunikasi dan informasi berkembang dengan pesat sehingga dibuat suatu sensor yang generasi baru yang murah, akurat dan memiliki daya jangkauan yang lebih luas. Dengan begitu, teknologi deteksi (sensing) dan pengaturannya kini memiliki potensi untuk berkembang dengan pesat, tidak hanya di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi tetapi juga meliputi berbagai bidang secara luas. erkembangan teknologi deteksi di&ujudkan dalam sebuah bentuk jaringan sensor yang menggunakan komunikasi nirkabel sebagai media transmisi datanya yang disebut dengan jaringan sensor nirkabel. Secara umum jaringan sensor nirkabel yang sudah berkembang ini dapat diaplikasikan pada beberapa aspek. 'isalnya saja pada bidang teknik, pemantauan lingkungan, dan pertanian, pada bidang teknik sipil juga banyak digunakan untuk monitoring struktur dan penanggulangan bencana. ahkan pada bidang kesehatan juga banyak digunakan. 'isalnya saja untuk monitoring kesehatan manusia serta untuk deteksi penyebaran bahan kimia beracun. Seiring dengan kemajuan dalam teknologi jaringan Sensor nirkabel yang dihubungkan dengan suatu interface dan % ( personal computer ), serta semakin berkembangnya e-health sehingga memungkinkan digunakan untuk memantau kesehatan manusia yang jauh dari lokasi. emantauan kesehatan manusia dapat memberikan informasi yang berharga tentang tingkat kesehatan seseorang setiap hari. ireless sensor dapat digunakan untuk memantau kesehatan sehari-hari seperti kesehatan
jantung. emantauan kesehatan manusia merupakan hal yang penting untuk peningkatkan keselamatan bagi semua orang, baik pekerja atau lanjut usia, terutama pada daerah pedesaan dimana belum terdapat alat untuk deteksi kesehatan jantung (elektrokardiogram).
. /$01* P$NUNJAN% .+ Jaringan Sensor *eknologi yang terus berkembang sampai hari ini memba&a kita untuk melihat masa depan dari sekumpulan piranti yang memiliki konsumsi daya rendah, dengan integrasi sensor di dalamnya yang berjalan secara terprogram pada lingkungan +sik secara bersama-sama pada jaringan nirkabel. Sensor dapat dide+nisikan sebagai piranti yang menerima dan merespon sinyal atau stimulus. !on"ergensi dari internet, komunikasi, dan teknologi informasi, memba&a perkembangan ke dalam dunia sensor dan aktuator. Dengan integrasi ketiga hal di atas yang diaplikasikan pada sensor akan memba&a manfaat yang besar bagi umat manusia. 'anfaat ini bukan hanya dapat dirasakan oleh dunia teknologi dan ilmu pengetahuan, tetapi juga kepada aplikasi pada bidang yang lebih luas yang berhubungan dengan infrastruktur keamanan, linkungan, energi, pangan, proses produksi, dan juga peningkatan kualitas hidup. Selain itu, untuk mengurangi cost dan meningkatkan e+siensi pada dunia industri dan bisnis, jaringan sensor nirkabel diharapkan dapat memberi manfaat bagi umat manusia, diantaranya untuk pengendalian panas dan cahaya, penga&asan kesehatan, diagnosa kesehatan pribadi, serta pemonitor kegiatan anak-anak. Sebuah jaringan sensor adalah sebuah infrastruktur yang terdiri dari elemen sensing (pengukuran), komputasi, dan elemen komunikasi yang memberikan kemampuan kepada administrator untuk melakukan instrumentasi, obser"asi, dan reaksi terhadap kejadian dan fenomena yang terjadi pada suatu lingkungan yang spesi+k. dministrator dapat berasal dari berbagai kalangan seperti sipil, pemerintah, sipil, dan juga kalangan industri. ingkungan yang dimaksud dapat berupa dunia secara +sik (bumi), sebuah sistem biologi, atau sebuah lingkungan kerja teknologi informasi. Secara umum, ilustrasi mengenai aringan Sensor /irkabel, komponen-komponen yang terdapat di dalamnya (node sensor dan sink ) dapat dilihat pada gambar 0. ada gambar tersebut juga dapat dilihat kemampuan jaringan sensor nirkabel untuk berintregasi dengan
jaringan internet melalui base station, sehingga monitoring dapat dilakukan di mana saja.
. *mplementasi Jaringan Sensor Nirkabel 1mplementasi aringan Sensor /irkabel dibagi menjadi dua bagian, yaitu perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). da beberapa perusahaan yang telah mengembangkan perangkat keras jaringan sensor nirkabel, antara lain2 1ntel, %rossbo&, Dust /et&ork, 'illinneal /et, rched 3ock, 4mber, dan lain-lain. erangkat keras yang dipergunakan pada pengerjaan tugas akhir ini merupakan produk dari perusahaan %rossbo&. erangkat keras yang diproduksi oleh %rossbo& ini dikembangkan oleh Uni"ersity of %alifornia erkeley. *erdapat tiga jenis piranti yang dipergunakan yaitu sensorboard, mote, dan gateway . Secara +sik, sensorboard, mote, dan gateway dapat dilihat pada gambar #.
%ambar +. 1lustrasi aringan Sensor /irkabel dapun penjelasan tentang masing-masing piranti pada gambar # adalah sebagai berikut 2 Sensorboard merupakan piranti yang menjalankan fungsi sensing. Setiap sensorboard memiliki kemampuan sensing yang beragam yang nantinya akan digunakan untuk aplikasi yang spesi+k. ada makalah ini dipergunakan sensorboard 'D66 yang memiliki port input analog eksternal 0#-bit. •
%ambar . 7ard&are S/ (a) Sensorboard, (b) 'ote, (c) 8ate&ay9: •
•
Mote merupakan unit yang berfungsi sebagai unit pemancar dan penerima gelombang radio (transceiver ). ada tugas akhir ini dipergunakan mote jenis '3#;66 atau yang sering disebut '1%<. Gateway merupakan perangkat yang menghubungkan jaringan sensor nirkabel dengan jaringan luar. Gateway yang diproduksi oleh %rossbo& juga berfungsi untuk memprogram mote untuk melakukan fungsi tertentu. ada makalah ini digunakan gateway '1=66 atau yang sering disebut ethernet programmer .
'engenai perangkat lunak, implementasi yang telah ada adalah *iny$S. *iny$S merupakan sistem operasi opensource yang didesain khusus untuk jaringan sensor nirkabel, yang responsif terhadap input sensor dan berorientasi pada event . *iny$S memiliki arsitektur berbasis komponen yang mendukung adanya ino"asi dan implementasi jaringan sensor nirkabel dengan meminimalisasi ukuran kode yang dibutuhkan sebagaimana karakteristik jaringan sensor yang memiliki sedikit memori, sedikit daya, dan proses yang terbatas. *iny$S didesain untuk menghasilkan sistem yang hemat energi sehinggga memaksimalkan penggunaan baterai yang terbatas. rinsip kerja yang digunakan adalah >hurry up and sleep?, artinya proses dilakukan secara cepat dan segera menuju kondisi sleep yaitu kondisi dimana sedang menunggu kejadian atau event . Dalam kondisi sleep, semua komponen baik hardware maupun software mati (tidak sepenuhnya mati) sampai ada event yang terjadi kembali.
.2 Elektrokardiograph Elektrokardiograph 'erupakan komponen elektronika sebagai sensor pendeteksi detak jantung yang mampu mendeteksi sinyal pada fre@uensi 6.60 sAd #56 7<. !emampuan sensor ini untuk mendeteksi sinyal yang
sangat kecil, sehingga digunakan untuk mendeteksi segala hal yang terjadi berkaitan dengan kinerja jantung. Sinyal yang dikeluarkan oleh elektrokardiograf ini berupa sinyal analog sebesar 6,5 mB sAd ; mB. dapun bentuk +siknya dapat dilihat pada gambar .
%ambar 2. Elektrode, kabel lead dan pengolah sinyal elektrokadiogram Pengolah Sinyal Sinyal analog yang dihasilkan oleh elektrokardiogram merupakan sinyal yang masih interferensi oleh sinyal lain yang ada di dalam tubuh. Untuk itu perlu pemisahan sinyal manjadi dua bagian yaitu pertama enguat sinyal alat (mpli+er 1nstrumentasi Sinyal) dan Cilter (lo& pass +lter beserta band reject +lter). Dari hasil olah sinyal tersebut akan diambil sinyal detak jantungnya saja. Sinyal yang masih lemah ini kemudian di kuatkan dengan mpli+er 1nstrumentasi dan akan ditentukan scalingnya. Setelah sinyal diproses di pengolahan sinyal dan dibuat le"el scaling maka data dimasukkan ke D% (nalog to digital con"ertion), dapat juga dengan memanfaatkan D% 1nternal dalam mikrokontroller *'ega 55.
.3 /eori Jantung antung terdiri dari dua bagian pemompaan, secara +sik tersusun paralel tetapi sirkulasi le&atnya darah dipompa secara urutan seri. Setengah bagian jantung sebelah kanan dinamakan jantung bagian kanan yang memompa darah dari arah balik dari sistem. Sirkulasi darah yang melalui paruparu dinamakan sirkulasi pulmonari yang mensupplai oksigen dan nutrisi ke sel badan. 7al ini dikenal dengan sirkulasi sistem.
%ambar 3. #a) Sinyal E3S karena gerakan dari dalam "entrikel dan undle ranch antung (b) Sinyal 4%8 satu periode dengan &arna yang beda .3.+ (omponen sinyal jantung
!omponen sinyal jantung yang lebih lengkap akan kita bahas lagi dari a&al dengan beberapa &arna supaya bisa dimengertidan difahami. Sinyal jantung yang lengkap dapat dilihat pada gambar ;(a). Sedangkan sinyal jantung dengan &arna dapat dilihat pada gambar F(b). enjelasan tentang &arna-&arna sinyal jantung2 arna kuning adalah terjadinya fasa isoelectric atau sinyal datar . arna ungu menjelaskan sinyal . arna kuning merah menjelaskan sinal E. arna biru menjelaskan sinyal 3. arna hijau menjelaskan sinyal S. arna hitam menjelaskan segment S* (gelombang tubggu setelah repolarisasi dan digunakan untuk diagnosa 'yocardial 1nfarction). arna oranye menjelaskan gelombang sinyal * (dari repolarisasi "entricle juga untuk analisa 'yocardial 1nfarction). arna biru tua menjelaskan gelombang U yang jarang terjadi.
.3. Sistem sadapan 4 lead enempatan elektroda pada tubuh yang berkombinasi pada tubuh manusia yang biasanya ada 5 atau seperti pada gambar 5. 4lektroda sendiri bermacam macam bentuknya. *iap elektroda diberi &arna untk membedakan letak dan mempercepat pemasangan pada pasien. !emudian 4%8 memilih pasangan lead dari elektroda yang terpasang. 'acam ead ada yaitu2 - ead 1 2 engan !iri () dan lengan kanan () - ead 11 2 !aki kiri () dan tangan kanan () - ead 111 2 !aki kiri () dan engan kiri () *iga ead tersebut diatas di sebut bipolar yang terkenal dengan nana postulasi 4intho"en dengan dasar limb lead. ipolar karena selalu ada positif dan negatif. Sebenarnya teori 4intho"en adalah berupa "ector eintho"en dari lead 1, lead 11 dan lead 111 seperti pada gambar #.0G.
%ambar 5. *empat elektroda pada lengan dan kaki
%ambar 6. Segitiga 4intho"en dan lead
. '$SA*N 'AN *7P$7$N/AS* Sinyal jantung merupakan sinyal analog yang sangat lemah, oleh karena itu sinyal jantung yang akan dihubungkan ke pin ekspansi analog pada sensorboard 'D66% terlebih dahulu akan diberi penguatan dan di+lter. 1nput single-ended analog yang tersedia ada tujuh channel (6-=). ada channel ini terdapat le"el tegangan minimum yang dapat terbaca melalui channel ini yaitu 6,= mB. rtinya jika ada tegangan mele&ati channel ini yang nilainya kurang dari 6,= mB maka D% pada 'D66% akan membacanya sebagai 6 B. Untuk dapat menghubungkan electrocardiograph ke node sensor (dalam hal ini melalui sensorboard 'D66%), maka sinyal harus dikondisikan sesuai dengan spesi+kasi 'D66%. 8ambar 5 menunjukkan skema interfacing antara electrocardiograph dengan sensorboard 'D66%. Dalam desain sistem
terlihat pada gambar F, sensorboard 'D66% yang telah terhubung dengan rangkaian electrocardiograph kemudian akan disatukan dengan mote melalui konektor 50-pin. !on+gurasi sensorboard dan mote ini membentuk suatu node sensor. Node sensor bertugas untuk melakukan sensing dan memberikan report tentang pembacaan analog to digital converter (D%) ke base station (gateway ) melalui kanal frekuensi radio (3C). Secara spesi+k mote '3#;66 ('1%<) ini mengusung protokol nirkabel Higbee yang merujuk pada standart 1444 6#.05.; dengan frekuensi kerja #,; 87<. !omunikasi nirkabel ini dapat berlangsung karena tertanamnya chip %%#;#6 buatan perusahaan %hipcon pada mote '3#;66 ('1%<). %hip ini mendukung data rate sampai dengan #56 kbps, selain itu juga memerlukan konsumsi arus yang rendah.
%ambar 8. 1nterfacing electrocardiograph ke Sensor
%ambar 9. Skema Sistem engukuran sinyal jantung Setelah persiapan dan kon+gurasi selesai dilakukan, maka tahap berikutnya yang dilakukan adalah implementasi sistem. 1mlementasi yang dilakukan berdasarkan pada desain sistem yang telah dibuat sebelumnya. Sistem diuji dengan memasukkan berbagai macam sinyal. Untuk sinyal penguji, dipilih sinyal analog yang berasal dari sinyal jantung dan sinyal digital yang berasal dari pengolahan sinyal jantung dengan mikrokontroler, juga dari baterai. 'etodologi penelitian dapat dilihat pada gambar G.
%ambar :. 'etodologi enelitian
3. ANA*SA 'A/A Setelah pengambilan data dilakukan, maka langkah berikutnya yang dilakukan adalah analisa data.
3.+ ;alidasi Pembaaan Sensor
!ita menguji apakah hasil pembacaan sensor "alid. Sebagai contoh, kita akan mempergunakan sinyal D% sebagai sinyal uji. 7asil pembacaan sensor akan dibandingkan dengan pembacaan dari "oltmeter. ada pembacaan sinyal D%, tegangan yang dimasukkan ke 'D66% adalah 0,5 "olt. Dan pada pembacaan "oltmeter, tegangan D% menunjukkan nilai 0,;= "olt. ada 5 data yang diperoleh, nilai pembacaan sensor berkisar antara 0,;0G sampai 0,; "olt.
3. Pengukuran Sinyal ada pengujian sinyal analog jantung yang berasal dari output electrocardiograph tidak ditransmisikan dengan sensor, tetapi hasil output dari elektrocardiograph dilihat dengan osciloscope sebagai pembanding dengan sinyal I sinyal jantung yang ditransmisikan dengan sensor. engujian dilakukan pada laki I laki dengan umur # tahun. Didapat periode sinyal jantung 0#6 permenit. 7asil pengukuran sinyal jantung analog pria menggunakan osciloscope dapat dilihat pada gambar 06. Sedangkan pengujian pada perempuan dengan umur # tahun didapat periode sinyal jantung 066 permenit. embacaan sinyal analog jantung pada perempuan dapat dilihat pada gambar 00. ada pembacaan sinyal digital jantung, sinyal analog jantung yang berasal dari output electrocardiograph tidak ditransmisikan dengan sensor, ataupun langsung dilihat dengan osciloscope. 7asil output dari electrocardiograph yang merupakan sinyal analog terlebih dahulu diubah menjadi digital menggunakan mikrokontroler. $utput dari mikrokontroler inilah yang akan menjadi input dari osciloscope. engujian dilakukan pada # orang, yang pertama adalah laki I laki dengan umur # tahun. Didapat periode sinyal jantung 0#6 permenit yang kedua adalah perempuan dengan umur # tahun. Didapat periode sinyal jantung 066 permenit. erbedaan periode yang didapat bukan karena adanya kesalahan pada alat, tetapi disebabkan karena kondisi jantung yang berbeda pada setiap orang. 8ambar sinyal digital jantung pada laki-laki dapat dilihat pada gambar 0#. Sedangkan gambar sinyal digital jantung pada perempuan dapat dilihat pada gambar 0.
%ambar +<. embacaan Sinyal analog jantung laki-laki dengan osciloscope
%ambar ++. embacaan Sinyal analog jantung perempuan dengan osciloscope Dapat kita lihat bah&a pembacaan sinyal digital jantung lebih bagus dibanding dengan sinyal analog. 7al ini dikarenakan pengubahan sinyal jantung menjadi digital oleh mikrokontroler mengalami pengolahan lebih lanjut dengan memberi batasan-batasan terhadap sinyal yang masuk. adi secara keseluruhan sinyal lebih mirip dengan sinyal referensi. Selanjutnya pengujian dilakukan dengan mentransmisikan sinyal I sinyal jantung tersebut menggunakan sensor nirkabel. engujian pertama dilakukan pada sinyal analog jantung # pasien yang sama seperti pengujian sebelumnya. ada pengukuran sinyal analog jantung yang ditransmisikan dengan sensor nirkabel didapatkan bah&a nilai tegangan maksimum adalah #,5 "olt dan nilai tegangan minimum adalah 6,65 "olt.
%ambar +.embacaan Sinyal digitaljantung laki-laki dengan osciloscope ada pembacaan sinyal jantung setelah ditransmisikan dengan sensor nirkabel sinyal yang didapat tidak berbeda jauh dengan sebelumnya. 7anya saja terjadi delay yang menyebabkan bentuk sinyal agak tumpul pada puncak pertama. 7al ini dikarenakan adanya proses sampling dan kuantisasi sebelum pengiriman.
%ambar +2. embacaan Sinyal digital jantung perempuan dengan osciloscope engujian kedua dilakukan pada sinyal analog jantung # pasien yang sama seperti pengujian sebelumnya. 7asil pengujian dapat dilihat pada gambar 0; dan 05.
%ambar +3. embacaan Sinyal analog jantung laki-laki dengan sensor nirkabel
%ambar +5. embacaan Sinyal analog jantung perempuan dengan sensor nirkabel ada pembacaan Sinyal digital jantung yang ditransmisikan dengan sensor nirkabel, dapat kita lihat bah&a pembacaan sinyal digital jantung mengalami delay yang disebabkan kesalahan kuantisasi dan sampling. /amun secara umum kita masih dapat melihat dan menyimpulkan bah&a sinyal tersebut adalah sinyal jantung. 8ambar 0= dan gambar 0F menunjukan plot hasil pengukuran sinyal digital jantung.
%ambar +6. embacaan Sinyal digital jantung laki-laki dengan sensor nirkabel ada pembacaan sinyal-sinyal diatas, terdapat perbedaan periode antara sinyal yang dibangkitkan dengan sinyal yang terukur. 7al ini terjadi karena adanya delay sinyal antara sinyal yang dibangkitkan dengan sinyal yang terbaca oleh sensor.
%ambar +8. embacaan Sinyal digital jantung perempuan dengan sensor nirkabel
5. P$NU/UP eberapa kesimpulan yang dapat diambil setelah penelitian adalah sebagai berikut2 0. *elah dilakukan desain dan implemetasi sistem pemantauan kesehatan manusia pada jaringan sensor nirkabel dengan didapatkan frekuensi sampling maksimum adalah 056 7< #. !oneksi antara kulit dan elektrode dapat menjadi masalah. . *elah dilakukan pengukuran dengan melibatkan sinyal jantung analog dan digital pada beberapa orang, dan didapatkan bah&a ada pengaruh antara mote dan gate&ay pada saat transmisi yang menyebabkan terjadinya delay, namun hasil pengukuran tidak sampai menyimpang jauh tetapi hal inimenjadikan sistem kurang akurat. ;. danya delay dikarenakan adanya proses sampling dan kuantisasi data yang akan ditransmisikan 5. !abel antara elektrode dan ecg dapat menimbulkan banyak noise jika yang digunakan bukan kabel biomedik (kabel khusus ecg)
