Membangun Prototype Alat Biomedik Sederhana

Konsepnya

Konsepnya adalah alat untuk memeriksa detak jantung seseorang melalui ujung jari sesesorang. Yang mana biasanya di Indonesia biasanya menggunakan ECG (electrocardiography), yang cukup memakan ruang. Dalam ide ini akan di jelaskan bagaimana membuat sebuah alat portable untuk mengukur detak jantung mengggunakan PPG (photoplethysmography) yaitu teknologi yang menggunakan sensor cahaya untuk menghitung kecepatan aliran darah.

Perbedaan dari ECG dan PPG hanya terdapat pada sensor dan objek yang diukur. Jika ECG menggunaan sinyal elektrik dari kontraksi jantung maka PPG menggunakan citra aliran darah. Hal inilah yang menurut penulis lebih menjajikan dan lebih ekonomis dalam pembuatan projek.

Dasar teorinya

kardiovaskuler

Sistem kardiovaskuler adalah suatu sistem tubuh yang berkaitan dengan jantung dan urat-urat (pembuluh) darah. Kardiovaskuler tersusun dari jantung dan pembuluh-pembulunya seperti aorta, arteri, arteriola, vena, dan venula. Jantung merupakan suatu organ otot berongga yang terletak di pusat dada. Fungsi utama jantung adalah menyediakan oksigen ke seluruh tubuh dan membersihkan tubuh dari hasil metabolisme (karbondioksida). Jantung melaksanakan fungsi tersebut dengan mengumpulkan darah yang kekurangan oksigen dari seluruh tubuh dan memompanya ke dalam paru-paru, di mana darah akan mengambil oksigen dan membuang karbondioksida. Jantung kemudian mengumpulkan darah yang kaya oksigen dari paru-paru dan memompanya ke jaringan di seluruh tubuh1.

Sistem peredaran darah Manusia

Periode kerja jantung saat memompa dan menarik darah merupakan satu kali jantung berdenyut. Saat dalam kondisi beristirahat, heart rate rata-rata pria dewasa adalah 70 kali per menit dan wanita dewasa adalah 75 kali per menit. Sedangkan saat melakukan banyak pergerakan atau aktifitas, heart rate seorang dewasa akan mencapai 150 kali per menit.

Photoplethysmography (PPG)

Photoplethysmography (PPG) adalah suatu teknik optik pendeteksi gelombang pulsa kardiovaskuler dari ujung jari. Teknik ini menggunakan sebuah sumber cahaya infra merah untuk menyinari jari di satu sisi dan sebuah fotodetektor di sisi lain untuk mengukur perubahan intensitas cahaya yang dikirimkan oleh infra merah. Terdapat dua tipe PPG, yaitu transmitansi dan reflektansi. Pada tipe transmitansi, sinar infra merah dikirim ke jaringan pembuluh darah dan detektor sinar di sisi yang berlawanan untuk mengukur cahaya yang dihasilkan. Pada tipe reflektansi sinar infra merah dan detektor cahaya berada pada satu sisi yang letaknya saling bersebelahan. Sinar infra merah akan dikirim ke jaringan pembuluh darah dan sinar yang dipantulkan akan diukur oleh detektor2.

Perubahan sinyal pada fotodetektor berkaitan dengan perubahan jumlah volume darah pada jaringan pembuluh. Karena perubahan jumlah volume darah sesuai (sinkron) dengan detak jantung, teknik PPG dapat digunakan untuk mengukur kecepatan detak jantung (heart rate). Pada paper ini akan digunakan teknik PPG tipe reflektansi. Sebagai sumber sinar infra merah digunakan LED infra merah, sedangkan untuk fotodetektor digunakan fotodioda. Bentuk sinyal PPG ditampilakan pada Gambar 2.

Sinyal Photoplethysmography

Sensor optocoupler

Sensor optocoupler yang digunakan terdiri dari LED infra merah sebagai transmitter dan fotodioda sebagai receiver.

LED infra merah merupakan salah satu jenis LED (Light Emitting Diode) yang saat diberi tegangan bias maju pada anoda dan katodanya dapat memancarkan sinar infra merah.

Infra merah dibagi menjadi 5 :

  1. near-infrared,
  2. short-wavelength infrared,
  3. mid-wavelength infrared,
  4. long-wavelength infrared, dan
  5. far-infrared.

Near-infrared berada pada daerah jendela optik atau NIR window. Jendela optik mendefinisikan berbagai panjang gelombang di mana cahaya memiliki kedalaman maksimum penetrasi (perembesan) dalam jaringan biologis. Dalam darah, jendela NIR efektif untuk pembuluh arteri berada pada panjang gelombang 618-926 nm. Itulah sebabnya near-infrared dapat menembus jaringan tubuh hingga mencapai pembuluh arteri untuk mengukur darah.

Sistem sensor optocoupler LED

Fotodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya. Fotodioda akan mengalirkan arus listrik yang membentuk fungsi linier terhadap intensitas cahaya yang diterima. Arus yang dimaksud adalah arus bocor ketika fotodioda tersebut disinari. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh fotodioda tergantung besar-kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infra merah.

Referensi

  1. Sawhney. 2007. Fundamental of Biomedical Engineering. New Delhi: New Age International (P) Limited, Publisher. 

  2. P. Galen, et al.. 2012. Systems And Methods For Detecting And Monitoring Arrhythmias Using the PPG. ed: US Patent 20,120,310,100.