MAKALAH SEMINAR ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI
RANCANGAN STETOSKOP ELEKTRONIK
ABDULLAH IBNU HASAN 13/347513/PA/15275
PROGRAM STUDI ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER KOMPUTER DAN ELEKTRONIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2016
LEMBAR PENGESAHAN
MAKALAH SEMINAR ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI
RANCANGAN STETOSKOP ELEKTRONIK
Telah dipersiapkan dan disusun oleh
ABDULLAH IBNU HASAN 13/347513/PA/15275
Telah didiseminasikan pada tanggal 2016
……………………..
Dosen Pembimbing,
Bakhtiar Alldino A. S., S.Si, M.Cs. NIP. 19871221015041001
Dosen Penguji,
…….……………………………….
NIP.
RANCANGAN STETOSKOP ELEKTRONIK Abdullah Ibnu Hasan Program Studi Elektronika dan Instrumentasi Departemen Ilmu Komputer dan Elektronika, FMIPA, UGM
[email protected] Abstract - Stethoscope is the most important thing of auscultation for the human body. Auscultation process will produce a diagnosis that will be used by medical personnel to give the treatment for the patient. However, 10-20% of patients occurred due to mishandling of misdiagnosis. One of the causes of misdiagnosis in patients is a difference in perception of medical personnel. The differences perceptions can be prevented with synchronyzing perception of auscultation’s sound in the learning process. So in this paper designed an electronic stethoscope by modifying the acoustic stethoscope, to clear the heartbeat's sound, record it, and analyze the BPM. This stethoscope made by placing a condenser microphone on the stethoscope's pipe to convert the heartbeat's sound into electrical signals, then amplified it and passed to a filter to clear the heartbeat sound to be heard in the headphones. Segmentation is also performed to change the heartbeat sound's signals into a pu lse to be counted in order to calculate the BPM (Beat Per Minute) and conclude whether the value is normal / not. The measuring process is done by attaching the stethoscope's chestpiece to the patient's chest at least for 15 seconds to measure the BPM. When compared with the OMRON SEM-1, BPM measurement can be performed two times faster with a low error value 3,14%. The recording files can be saved to the computer's storage so it is very flexible. Keywords- auscultation, electronic stethoscope, BPM, flexible
1. PENDAHULUAN 1.1 Auskultasi dan Diagnosis
T
enaga kesehatan merupakan kunci utama dalam keberhasilan pencapaian tujuan pembangunan kesehatan. Seiring meningkatnya kebutuhan tenaga kesehatan di Indonesia, jumlah institusi kesehatan juga mengalami peningkatan. Dalam proses pendidikan di institusi para mahasiswa kesehatan dididik mengenai berbagai keterampilan yang menunjang untuk merumuskan diagnosis. Diagnosis merupakan hal penting dalam medis, karena diagnosis menentukan tindak lanjut yang akan diberikan tenaga medis kepada pasien. Diagnosis adalah penentuan jenis penyakit berdasarkan tanda dan gejala. Salah satu proses diagnosis dapat dilakukan dengan melakukan auskultasi yaitu mendengarkan bunyi yang dihasilkan oleh tubuh menggunakan alat yang
disebut stetoskop. Namun, 10-20% kesalahan penanganan pasien terjadi akibat kesalahan diagnosis. Salah satu penyebab kesalahan diagnosis pada pasien adalah perbedaan persepsi tenaga medis. Perbedaan persepsi tersebut dapat dicegah dengan menyamakan persepsi bunyi auskultasi pada proses pembelajaran di institusi pendidikan kesehatan. Secara umum, teknik mendengarkan suara tubuh untuk mendeteksi kondisi kesehatan pasien disebut auskultasi. Auskultasi dilakukan menggunakan instrumen yang disebut dengan stetoskop. Masalah yang timbul dalam auskultasi adalah suara biologis biasanya menempati frekuensi yang rendah sekitar 20 400 Hz, amplitudo yang rendah, masalah kebisingan lingkungan, kepekaan telinga dan pola suara yang mirip antara jenis suara jantung yang satu dengan yang lain [1]. Selama ini pembelajaran di ruang kelas maupun di ruang skill laboratorium dalam mengauskultasi bunyi jantung, paru dan bising usus hanya menggunakan stetoskop akustik biasa maupun stetoskop dengan dual earpiece. Penggunaan stetoskop tersebut memiliki kelemahan yaitu bunyi yang ditangkap oleh telinga pengajar tidak dapat didengar oleh seluruh mahasiswa sehingga memicu adanya perbedaan persepsi bunyi. Kelemahan lain adalah data suara yang menjadi pedoman itu tidak pernah tersimpan sehingga tidak bisa didengarkan bersama-sama sebagai bahan diskusi. Karena faktor-faktor tersebut kesalahan diagnosis dan malpraktik bisa terjadi apabila prosedur auskultasi tidak dilakukan dengan benar [2]. Analisis sinyal bunyi jantung berbasis komputer untuk mendeteksi adanya kelainan atau penyakit jantung telah banyak dilakukan. Diantaranya dengan menggunakan digital filter, frequency spectrum and time period analysis, dan time-frequency techniques. [3],[4],[5]. Pada ketiga makalah tersebut sinyal bunyi jantung dan paru direkam lalu dianalisis menggunakan teknik pengolahan sinyal digital, yang cukup kompleks, sehingga memerlukan sebuah komputer dan keahlian khusus untuk melakukannya. Dengan demikian solusi yang ditawarkan tidak cocok untuk menggantikan stetoskop yang sifatnya portabel. [7] –
Melihat betapa pentingnya bunyi auskultasi saat penegakan diagnosa pada pasien, memahami bunyi auskultasi dengan benar sangat dibutuhkan. Terlebih dalam pembelajaran saat ini yang masih menggunakan stetoskop manual dan belum memfasilitasi mahasiswa kesehatan dalam penyamaan persepsi. Sehingga insidensi kesalahan diagnosa dan malpraktik yang membahayakan pasien sangat mungkin terjadi. 1.2 Stetoskop Suara jantung dan paru-paru pada umumnya dideteksi tenaga medis menggunakan stetoskop biasa (stetoskop akustik). Auskultasi dengan stetoskop akustik tidak mudah dilakukan karena bisa terganggu oleh adanya bunyi sekitar, sedangkan intensitas bunyi jantung dan paru-paru sendiri relatif rendah. Selain itu telinga pengguna harus peka agar hasil deteksi akurat. Terdapat sejumlah laporan bahwa lulusan sekolah kedokteran tidak dapat menggunakan stetoskop dengan benar untuk mendiagnosis kondisi kesehatan. Jika dokter mengandalkan ahli ECG (Electro Cardio Graph) untuk mengartikan sinyal jantung maka biaya pengobatan akan menjadi tinggi. [6]. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat sebuah stetoskop yang mampu merekam dan melakukan analisa dari bunyi auskultasi jantung manusia. Sehingga mempermudah manusia dalam melakukan diagnosis dari bunyi auskultasi tersebut. Ada beberapa manfaat dari penelitian ini : a. Manfaat bagi mahasiswa kesehatan - Mahasiswa kesehatan dapat mendengarkan bunyi auskultasi tubuh manusia secara langsung sehingga dapat menghindari perbedaan persepsi menganai bunyi auskultasi tubuh manusia dalam proses pembelajaran. - Menambah pengetahuan mengenai kelainan atau gangguan pada tubuh melalui rekaman bunyi auskultasi tubuh manusia. b. Manfaat bagi tenaga medis - Menghindari perbedaan persepsi dalam mendiagnosa penyakit dengan auskultasi tubuh manusia. - Menghindari terjadinya malpraktik oleh tenaga kesehatan saat melakukan pelayanan kepada pasien.
2. METODE PENELITIAN 2.1 Perancangan Alat Berdasarkan pendahuluan di atas, maka ditetapkan spesifikasi stetoskop elektronik sebagai berikut :
memiliki penguat depan audio dengan penguatan 40 dB dengan tapis (filter) bunyi suara jantung 20-660 Hz. memiliki sarana interaksi dengan pengguna berupa tombol, layar LCD 16x2, dan LED yang akan menyala seirama dengan bunyi jantung. memiliki fasilitas perekaman dan playback yang terintegrasi dengan SD-card dan USB. memiliki output sinyal audio yang dapat dihubungkan pada headphone dan pengeras suara eksternal. menggunakan catu daya DC sebesar ±9V. menggunakan mikrokontroler Arduino UNO.
2.2 Blok Diagram Sistem
Gambar 1. Diagram Blok Keseluruhan Sistem.
Gambar 2. Rangkaian Keseluruhan Sistem.
Bagian pertama pada blok diagram tersebut adalah mikrofon yang berfungsi sebagai sensor untuk menangkap bunyi auskultasi tubuh manusia. Mikrofon yang digunakan pada penelitian kali ini adalah mikrofon condenser berdiameter 10mm, yang dimasukkan ke dalam pipa stetoskop.
Gambar 3. Penempatan Mikrofon pada Stetoskop.
Ketika bell stetoskop ditempelkan pada bagian tubuh manusia, gelombang suara akan
ditangkap oleh mikrofon condenser dan di teruskan menuju rangkaian pre-amplifier untuk menguatkan suara yang ditangkap oleh mikrofon. Tanpa adanya pre-amplifier mikrofon condenser tidak bisa bekerja karena selain sebagai penguat, rangkaian ini juga sebagai catu daya dari mikrofon condenser tersebut. Gambar 7. Diagram alir perancangan sistem.
Gambar 4. Rangkaian Pre-Amplifier [7].
Penguatan yang diberikan adalah sebesar 40 dB. Setelah dikuatkan, gelombang suara akan dilanjutkan menuju rangkaian filter supaya gelombang suara yang diloloskan tidak terganggu oleh suara lain yang tidak diinginkan.
Gambar 5. Rangkaian Filter 20-660Hz [7].
Keluaran dari rangkaian filter bercabang menjadi dua jalur. Jalur yang pertama menuju masukan ADC0 (analog to digital converter ) pada mikrokontroler yang akan diubah menjadi data digital untuk analisis dan perekaman. Jalur kedua menuju ke rangkaian pengubah sinyal denyut jantung menjadi pulsa yang siap dicacah oleh mikrokontroler. [7]
Bagian pertama adalah perancangan hardware dari sistem. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, prototipe stetoskop ini menggunakan filter dan amplifier sebagai ragkaian pengolah sinyal suara yang ditangkap oleh microphone. Lalu menggunakan mikrokotroler Arduino Uno sebagai pemroses utama dari sistem. Alat ini menggunakan casing dari bahan acrylic karena lebih mudah didesain dan lebih murah dibandingkan dengan 3D printing . Bagian kedua adalah perancangan software, menggunakan Arduino IDE karena menggunakan mikrokontroler Arduino Uno. Software yang dibuat berupa perekaman suara, penyimpanan file rekaman suara, dan memutar kembali file suara yang telah disimpan. Serta menampilkan pada LCD untuk memudahkan pengguna dalam megoperasikan prototipe stetoskop elektronik ini. Pada bagian pengujian alat, prototipe akan diuji dengan menggunakan stetoskop akustik oleh tenaga medis sehingga dapat terdeteksi perbedaan antara prototipe stetoskop elektronik dengan stetoskop akustik. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Proses segmentasi, merupakan salah satu bagian terpenting dari alat yang dibuat. Tahap pertama segmentasi adalah mengubah sinyal S1 dan S2 menjadi pulsa-pulsa digital, yang dilakukan oleh rangkaian pengubah denyut ke pulsa. Pengujian rangkaian in dilakukan dengan menempelkan chestpiece ke dada kiri atau leher, lalu mengamati keluarannya menggunakan osiloskop, dengan hasil seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 6. Rangkaian pengubah sinyal denyut jantung menjadi pulsa [7].
2.3 Prosedur Penelitian Berikut ini adalah diagram alur perancangan sistem yang akan diterapkan dalam prototipe stetoskop elektronik.
Gambar 8. Output rangkaian pengubah sinyal denyut jantung menjadi pulsa, (a) saat responden bernafas secara halus, (b) saat responden bernafas dalam-dalam [7].
Pengujian klinis sudah dilakukan kepada 3 orang responden dengan cara meletakkan chestpiece pada bagian dada atau leher untuk mendengarkan bunyi jantung dan paru-parunya. Selama pengukuran berlangsung, responden diminta untuk bernafas dengan halus supaya suara jantung tidak terganggu oleh suara paru-paru. Pada saat ini bunyi jantung terdengar lebih jelas daripada menggunakan stetoskop akustik. [7] Stetoskop juga dapat digunakan secara realtime dengan cara menambah percabangan pada jalur keluaran amplifier untuk dihubungkan langsung ke headphone/headset yang digunakan, sehingga pengguna bisa mengetahui bagaimana bunyi yang direkam oleh stetoskop tersebut. Pengujian kedua dilakukan untuk membandingkan rancangan stetoskop elektronik dengan alat OMRON tipe SEM-1 terkait dengan jumlah denyut jantung per menit atau BPM. Masing masing responden diukur sebanyak 10 kali dengan masing-masing alat dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1.
Gambar 9. Tampilan hasil pengukuran BPM pada LCD [7].
Selain itu rancangan stetoskop ini dapat merekam suara denyut jantung dan menyimpannya pada SD-Card untuk pemutaran ulang sebagai media pembelajaran bagi tenaga medis. Berkas rekaman suara tersebut juga dapat dipindahkan ke penyimpanan komputer sehingga sangat fleksibel untuk diperdengarkan dimana saja menggunakan headphone ataupun speaker .
–
Tabel 1. Perbandingan hasil pengukuran BPM dengan alat OMRON SEM-1 [7]
Responden
Dengan rancangan yang dibuat Rata-rata BPM 80
Responden I 69,8 Responden II 79,5 Responden III Rata-rata Error
Dengan OMRON SEM-1
Rata-rata BPM 78,8
Nilai Eror (%)
1,5%
72,8
4,29%
76,6
3,64% 3,14%
Berdasarkan Tabel 1, menunjukkan bahwa alat yang dirancang dapat menghasilkan hasil pengukuran yang cukup konsisten, terlihat dari nilai pengukuran dan nilai error yang hanya bernilai 3,14%. Waktu yang diperlukan untuk mengukur BPM oleh rancang bangun stetoskop yang dibuat adalah 15 detik sedangkan untuk alat OMRON SEM-1 diperlukan waktu minimal 35 detik, sehingga rancangan stetoskop elektronik yang dibuat dapat lebih cepat dalam proses pengambilan data. Selain itu alat dapat menunjukkan apakah kondisi BPM tersebut tergolong pada kondisi normal atau tidak, yang ditampilkan pada LCD seperti pada Gambar 8 berikut.
4. K ESIMPULAN Stetoskop elektronik yang dirancang dapat memperjelas bunyi jantung manusia sehingga bisa mempermudah proses auskultasi yang akan dilakukan oleh tenaga medis. Selain itu, stetoskop dapat mengukur jumlah denyut jantung setiap menit (BPM) responden dan menampilkannya pada LCD. Jika dibandingkan dengan alat OMRON SEM-1 [7]. Pengukurannya dapat dilakukan dua kali lebih cepat dengan nilai error yang rendah yaitu 3,14 %. Pengukuran dilakukan dengan cara menempelkan bell/chestpiece stetoskop ke dada responden yang akan diukur dan diusahakan untuk tidak dipindahkan selama 15 detik untuk keperluan analisa oleh alat tersebut [7]. Selain itu, rancang bangun stetoskop ini portable karena tidak memerlukan sebuat komputer sebagai pemroses sinyal sehingga lebih mudah dibawa. 5. SARAN Saran untuk penelitian berikutnya supaya mengembangkan fitur untuk analisa bunyi jantung dengan visualisasi gelombang bunyi jantung menggunakan perangkat pemrosesan sinyal digital supaya analisis lebih tepat dan akurat. 6. PERNYATAAN Makalah yang telah dibuat ini diambil dari berbagai macam sumber seperti yang telah disebutkan pada daftar pustaka dan hanya digunakan untuk latihan membuat sebuah makalah pada mata kuliah Seminar Elektronika dan bukan untuk dipublikasikan untuk seminar, jurnal baik nasional maupun internasional. Demikian pernyataan ini saya buat dengan dan
mohon maaf bila ada kekurangan di dalam penyusunan makalah ini.
7. UCAPAN TERIMA K ASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Bakhtiar Alldino Ardi Sumbodo sebagai pembimbing Seminar Elins yang telah membimbing dan memberikan masukan sehingga penulisan makalah ini dapat terleselaikan dengan baik.
8. DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Kaelin & Mark.2001. Auscultation: Listening to Determine Dysfunction . Professionalization of Exercise Physiology online, An international electronic journal for exercise physiologists.ISSN 1099-5862, Vol 4 No 8 August, 2001. Saptaji, Jun, J Haryatno, A Rizal. 2006. Deteksi Kelainan Jantung Melalui Phonocardiogram (PCG) Menggunakan MetodenJaringan Saraf Tiruan Adaptive Resonance Theory 2. Proceeding Tekno Insentif 2006, Juli 2006, Kopwil IV, Bandung. Wah W Mynt, Bill Dillard, 2001, An Electronic Stethoscope with Diagnosis Capability, Ohio, The 33rd Southeastern Symposium on System Theory. Rizal, A, Soegijoko S, 2006, Stetoskop Elektronik Sederhana Berbasis PC dengan Fasilitas Pengolahan Sinyal Digital untuk Auskultasi Jantung dan Paru, Bandung, Seminar Instrumentasi Berbasis Fisika 2006. A. Mahabuba, J. Vijay Ramnath and G. Anil, 2009, Analysis of Heart Sounds and Cardiac Murmurs for Detecting Cardiac Disorders Using Phonocardiography, Journal of Instrumumentation Soc. of India. Manginone S, L Nieman, 1997, Cardiac Aucusltatory Skills of Internal Medicine dan Family Practice Trainees, Journal of the American Medicine Association, vol. 278. F. Dalu Setiaji, Daniel Santoso, Deddy Susilo. 2011. Rekayasa Stetoskop Elektronik dengan Kemampuan Analisis Bunyi Jantung.
