## Functional Electrical Stimulation dengan Pulsa Biphasic Untuk Membantu Fungsi Ekstremitas Atas Pasien Pasca Stroke
Deny Arifianto* 1 , Karina Ais Mardika Limassari 2 , Khusnul Ain 3 ,
Suryani Dyah Astuti 3
1 Departemen Teknik, Fakultas Vokasi, Universitas Airlangga, Surabaya, 60286
2 Teknik Biomedis Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya, 60115
3 Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya, 60115 * 1 e-mail : deny-a@vokasi.unair.ac.id
2 e-mail : karina@gmail.com 3 e-mail : k_ain@fst.unair.ac.id
4 e-mail : suryanidyah@fst.unair.ac.id

## Abstract
Stroke or nerve  function  disorders caused by disruption of blood  flow to the brain that  arises  suddenly or quickly  with  symptoms  or  signs  that  correspond  to  the  affected  area.  One  of  the  post -stroke  rehabilitation  using electrical  stimulation,   also  known  as  an  electro  stimulator.   This  study  aims  to  design  Functional  electrical stimulation  (FES),  which  aims  to  stimulate  the  peripheral  nervous  system  with  biphasic  pulses.  Stimulation  for patients  with  MMT  1  was  optimal  at  a  frequency  of  22-30  Hz.  In  post-stroke  patients  with  MMT  inclusio n characteristics  0-3,  a  minimum  voltage,  frequency  and  pulse  width  value  of  200  Vp,  22  Hz,  and  20  s  is  required with  a  power of 0.00146  Watt.  Studies  have  shown  that this  electro  stimulator device  had  good  accuracy and  has high peak voltage values and  low effective current. It can be considered  because  it  provides comfort and safety for medical therapy equipment.
Keywords : Electro Stimulator, FES, Biphasic pulse spike, health care

## Abstrak
Stroke atau Gangguan fungsi saraf yang disebabkan oleh gangguan aliran darah ke otak yang timbul secara mendadak atau  secara  cepat  dengan  gejala  atau  tanda  yang  sesuai dengan daerah yang terganggu. Salah satu  rehabilitasi  pasca  stroke  dengan  menggunakan  stimulasi  listrik  yang  dikenal  juga  sebagai  elektrostimulator. Penelitian   ini   bertujuan   untuk   mendesain   Functional   electrical   stimulation   (FES)   yang   bertujuan   untuk merangsang sistem saraf perifer dengan pulsa biphasic. Pemberian stimulasi untuk naracoba pasien dengan MMT 1  mencapai  optimal  pada  frekuensi  22-30  Hz.  Pada  naracoba  pasien  pasca  stroke  dengan  karakteristik  inklusi MMT 0-3 dibutuhkan nilai tegangan, frekuensi dan lebar pulsa minimal sebesar 200 Vp,  22 Hz,  dan 20 µs dengan daya  0.00146  Watt.  Studi  yang  telah  dilakukan  menunjukan  bahwa  alat  elektrostimulator  yang  diwujudkan memiliki  akurasi  yang  baik  dan  memiliki  keuntungan  di  nilai  tegangan  puncak  yang  tinggi  dan  arus  efektif  yang rendah,  sehingga  dapat  dipertimbangkan  karena  memberikan  kenyamanan  dan  keamanan  pada  peralatan  terapi medis.
Kata Kunci :Elektro stimulator, FES, pulsa bifasik

## 1.  PENDAHULUAN
Cerebrovascular    Disease atau Stroke ( istilah yang tidak tepat ) atau dalam bahasa Indonesia gangguan peredaran darah otak  (  GPDO  )  adalah  gangguan  fungsi saraf  yang disebabkan oleh gangguan aliran darah ke otak yang timbul secara mendadak atau  secara  cepat  dengan  gejala  atau  tanda
yang sesuai  dengan  daerah  yang terganggu. Menurut  WHO  (2012),  diperkirakan  setiap tahun    di    Indonesia    terjadi    500.000 penduduk  terkena  serangan  stroke,  dan sekitar  25%  atau  125.000  orang  meninggal dan  sisanya  mengalami  cacat  ringan  atau berat.  Indonesia  merupakan  negara  dengan jumlah  penderita  stroke  terbesar  di  Asia,
sehingga  perlu  pelayanan  kesehatan  yang memadai.
Mayoritas  kecacatan  jangka  panjang
akibat stroke adalah keterbatasan penggunaan lengan. Dilaporkan dari beberapa  penelitian  65%  individu  stroke tidak    dapat    menggunakan    fungsi ekstremitas  atas  dalam  kehidupan  sehari- hari  (Lum  et  al.,  2009).  Tingkat  kecacatan pasca  stroke  berbeda  tergantung  pada klasifikasi  jenis  stroke  yang  dialami.  Salah satu  indikator  pengukuran  kecacatan  stroke terhadap  fungsi  gerak  dapat  diukur  dengan menggunakan    manual    muscle    testing (MMT)  dengan  range  0-5  (Conable,  2011). Berdasarkan hal tersebut, pasien stroke saat ini  umumnya  masih  dalam  usia  yang memiliki  produktifitas  tinggi  sehingga dibutuhkan  alat  bantu  rehabilitasi  pasca stroke.  Salah  satu  rehabilitasi  pasca  stroke dengan  menggunakan  stimulasi  listrik  yang dikenal juga sebagai elektrostimulator
Functional  electrical  stimulation (FES)  adalah Electrical  Stimulation yang merangsang   sistem   saraf   perifer   untuk tujuan  memberikan  bantuan  dinamis  dalam kegiatan  fungsional,  seperti  berjalan  atau fungsi  ekstremitas  atas  dan  juga  bertujuan untuk menginduksi kontraksi otot. Implementasi  stimulator  dapat  dijadikan stimulator  tanam  dan  perangkat  eksternal. Untuk perangkat eksternal, sinyal merangsang  menembus  ke  saraf  target melalui  elektroda  pada  permukaan  kulit manusia  dengan  cara  pulsa  monofasik  atau pulsa  bifasik. Huerta et  al . (2012).  Transfer pulsa  monofasik  merangsang  pembentukan tegangan  untuk  saraf  dalam  periode  pulsa yang  sangat  singkat,  sehingga  memerlukan waktu  yang  lama  dan  dapat  menyebabkan kelelahan otot.
Berdasarkan  kajian  Biofisika  Unair, di pasaran telah banyak produk elektrostimulator  yang  tidak  menggunakan stabilizer,    sehingga    apabila    intensitas diubah  maka  frekuensinya  juga  berubah. Pada  kondisi  tersebut  jelas  membahayakan bagi  pasien,  karena  meningat  sumber  arus PLN yang naik dan turun sehingga besarnya intensitas        yang        diberikan        sangat
berpengaruh    terhadap    efektivitas   terapi yang dilakukan.
Huerta et al . (2012) (dalam Tamtrakarn,  2015)  menyebutkan  bahwa i mplementasi stimulator  dapat  dijadikan stimulator  tanam  dan  perangkat  eksternal. Untuk perangkat eksternal, sinyal merangsang  menembus  ke  saraf  target melalui  elektroda  pada  permukaan  kulit manusia  dengan  cara  pulsa  monofasik  atau pulsa  bifasik. Penelitian  Philip  et  al.  (1998) dan  Simcox  et  al.  (2004)  menunjukkan bahwa   pola   pulsa   frekuensi   sekitar   20- 100Hz  dengan  lebar  pulsa  dari  25-800µs cukup  baik  sebagai        pola  FES.  Pada stimulator    pulsa    yang    memungkinkan adalah  dengan  amplitudo  di  antara  5mA- 100mA  (McNulty  et  al.,  2009).  Sedangkan parameter  electrical  stimulation  menurut Cheng  et  al.  (2004)  terkait  batas  tegangan puncak yang dibutuhkan untuk menghasilkan kontraksi yaitu 20-200Vp.
Dasar  yang  menjadi  acuan  pada penelitian  ini  adalah  penelitian  yang dilakukan  oleh  Addawiyyah  (2015)  yaitu rancang   bangun   FES   untuk   membantu fungsi  ekstremitas  atas  penderita  stroke dengan menggunakan gelombang monophasic  square .  Penelitian  yang  telah dilakukan   tersebut   mampu   memberikan efek positif sesuai dengan tujuan perancangan, namun berdasarkan teori yang ada,  gelombang spike diyakini  lebih  baik atau  lebih  nyaman  digunakan  untuk  terapi pasien  daripada  gelombang square .  FES yang  akan  dirancang  pada  penelitian  ini akan lebih difokuskan untuk mengembalikan    fungsional    ekstremitas atas.  Hal  tersebut  dilakukan  karena  tujuan perancangan  FES  ini  adalah  sebagai  alat bantu  rehabilitasi  pasca stroke yang diharapkan lebih unggul dan  mudah dibawa ( portable ), dengan menggunakan gelombang biphasic  spike berbasis Arduino Uno  membantu  fungsi  ektrimitas  atas  pada penderita pasca stroke.

## 2.1 Ekstrimitas Atas
Ekstrimitas
atas merupakan fungsional   gerak   atas   ynag   terdiri   dari
pundak,    siku,    pergelangan   tangan    dan tangan.  Menurut  Floyd  (2007)  gerakan pergelangan  tangan  dibagi  menjadi  empat gerakan:  fleksi,  ekstensi  abduksi  dan adduksi,  seperti  pada  gambar  2.1  Gerakan yang  dipilih  adalah  gerakan  fleksi  yang dipengaruhi  oleh  tiga  otot:  flexor  carpi radialis,  flexor  carpi  ulnaris  dan  Palmaris longus
Gambar. 2.1 . Gerakan Pergelangan Tangan (Floyd, 2007)

## 2.1.1 Potensial Aksi Motor Unit
Stimulus  saraf  terbagi  menjadi  tiga fase:  fase  istirahat,  depolarisasi,  dan repolarisasi  sebagaimana  ditunjukkan  pada Gambar  2.2.  Potensial  membrane  istirahat adalah   keadaan   dimana   beda   potensial antara  didalam  dan  diluar  sel  stabil  (tidak tereksitasi). Pada keadaan potensial membran  istirahat,  beda  potensial  membran dalam  dan  luar  berada  pada  range  nilai  - 80mV    hingga-90mV.    Beda    potensial tersebut disebabkan oleh perbedaan konsentrasi   ionik  antara   membran   dalam dan  luar.  Diluar  sel,  konsentrasi  Na+  lebih tinggi,  sedangkan  didalam  sel,  konsentrasi K+ lebih tinggi (Lopez, 2012).
Depolarisasi  terjadi  pada  saat  beda potensial  antara  ekstrasel  dan  intrasel mengalami  perubahan..  Aktivasi  voltage- gated    sodium    channel    terjadi    ketika potensial  membran  menjadi  lebih  tidak negatif  dari  keadaaan  istirahat  yaitu  pada saat beda potensial naik menjadi -70 hingga -50mV.    Hal    tersebut    akan    membuka voltage-gated sodium channel dan meningkatkan permeabilitas membran terhadap ion sodium sebesar 500-5000 lipat (Guyton dan Hall, 2006).
Gambar 2.2 Fase stimulus syaraf
Potensial  aksi  pada  saraf  tidak  akan terjadi selama beda potensial tidak terdistribusi  merata  sepanjang  membran. Potensial  membran  yang  dibutuhkan  untuk mencapai  potensial  aksi  adalah  15-30mV. Repolarisasi  adalah  kondisi  dimana  kanal sodium    tertutup    dan    kanal    potassium terbuka  sehingga  ion  K + keluar  melintasi membran.
2.1.2   Gangguan   Ekstrimitas   Atas   pada Penderita Stroke
Cedera otak, termasuk stroke menghasilkan  ketidakseimbangan  impuls penghambatan    dan    rangsang    yang mengarah  ke  gejala  neuron  motorik  atas. Lokasi  dan  luasnya  lesi  mengakibatkan gejala    dan    tingkat    keparahan    kejang berbeda-beda  pada  tiap  pasien  (Ward  AB, 2012). Efek fisik setelah stroke diantaranya: kelemahan  otot,  drop  foot,  stamina,  rasa sakit, dan spasticity.
Kelemahan  otot  umumnya  terjadi pada  satu  bagian  tubuh  atau  disebut hemiparesis.  Hemiparesis  disebabkan  oleh perubahan  fisiologi  yang  terjadi  pada  saraf dan  otot.  perubahan  fisiologi  yang  terjadi diantaranya:  penurunan  jumlah  satuan  saraf motor,  perubahan  pada  konduksi  saraf  tepi, dan  perubahan  pada  morfologi  dan  sifat mekanik otot (Bourbonnais, 1989).
Spasticity atau    kekejangan    otot paska stroke terjadi akibat
ketidaksinambungan    atau    disintegrasi antara    respon    motor    dan    input    sensorik yang   mengarah   ke   eksitasi   berlebih   dari
𝑝 1
sistem  saraf  pusat.  Timbulnya spasticity berkaitan  dengan  reorganisasi  neuronal setelah    lesi    otak.    Hasil    reorganisasi neuronal  patologis  ini  dapat  meningkatkan aktivitas  pada  otot  dan  respon  refleks  yang berlebihan terhadap stimulasi perifer. Kekakuan  otot  mengakibatkan  penderita pasca  stroke  mengalami  kesulitan  dalam melakukan  aktivitas  sehari-hari.  Kekakuan otot  juga  dapat  menyebabkan  rasa  sakit, ankilosis, tendon    retraction, atau kelemahan  otot  pada  pasien  yang  dapat menjadi  hambatan  potensi  keberhasilan rehabilitasi (Thibaut et al ,2013).

## 2.2 Functional Electrical Stimulator
Electrical  Stimulation merupakan suatu    peralatan    elektronik    yang memberikan  rangsangan  listrik  pada  tubuh dengan  bentuk  gelombang,  intensitas,  dan frekuensi  tertentu.  Dalam  pemakaiannya, elektrostimulator  berfungsi  sebagai  sumber rangsangan    listrik    yang    mampu menciptakan  keseimbangan  bioenergi tubuh (Astuti, 2015).
Functional  Electrical  Stimulation (FES) adalah Electrical  Stimulation yang dikendalikan oleh
kontroller yang
merangsang   sistem   saraf   perifer   untuk tujuan  memberikan  bantuan  dinamis  dalam kegiatan  fungsional,  seperti  berjalan  atau fungsi  ekstremitas  atas.  FES  digunakan terutama  pada  pasien  yang  mengalami cedera   tulang   belakang   atau   menderita stroke    untuk    mencapai    pola    gerakan tertentu (Prentice, 2002).
Gambar 2.3. Pola gelombang spike FES
Salah    satu    faktor    penting    yang menentukan  keberhasilan  terapi  dengan elektrostimulator adalah ketepatan penentuan dosis energy  yang diberikan pada setiap  terapi.  Jika  ditinjau  dari  bentuk gelombang keluaran spike (Astuti, 2015).
Gambar 2.4. Jenis pulsa spike (astuti, 2015)
Berdasarkan    gambar    2.4,    dapat dirumuskan bahwa periode pulsa
𝑇   = 1 ………………….…. (2.1)
� Persamaan    besarnya    tegangan    keluaran efektif (V eff ) :
Parameter  yang  harus  diperhatikan dalam  perancangan  electrical  stimulation adalah:  frekuensi,   frekuensi,   lebar   pulsa,
𝑉 ��� = √ 12 . 𝑉 2 . � . �� ……….(2.2)
amplitude, duty cycle, pola pulsa ( Cheng et al ,  2004).  Pola  gelombang Functional
Electrical Stimulation berdasarkan bentuknya  terbagi  menjadi  tiga  macam: sinus,    square    dan    spike.    Ketiga    pola
Dimana Vp adalah tegangan puncak (Volt),  f  adalah  frekuensi  (Hz)  dan  s adalah lebar  pulsa.  Sedangkan daya  yang diberikan dapat dihitung berdasarkan  persamaan berikut
gel om bang  tersebut  dapat  dihasilkan menjadi monophasic, biphasic dan
© (2021) Sekolah Pascasarjana Universitas Airlangga, Indonesia
polyphasic sebagaimana  ditunjukkan  pada
𝑃 = �� 2 � � � ……………. …….(2.3)
𝑅
Gambar 2.3 (Prentice, 2002).
Dimana  P  adalah  daya  listrik,  Veff adalah tegangan efektif (Volt) dan R adalah resistansi    (rata-rata    bernilai    500    ohm).
Sedangkan dosis energi yang masuk ke dalam tubuh dapat dihitung dengan persamaan:
𝐸  = �� . � …………………….(2.4)
Dimana    E    adalah    dosis    energi (Joule) dan t adalah waktu (detik). Sehingga lama waktu terapi  dengan  dosis energi  yang telah  ditentukan  dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan:
�� . 𝑅 � = 1⁄     . �� 2 . � . 𝑓 12 𝑝
Berdasarkan       kajian       biofisika, elektrostimulator   yang   aman   dan   efektif untuk     terapi     mempunyai     karakteristik (Astuti,      2015)      Arus      efektif      yang dikeluarkan alat maksimum 0,5 mA, Untuk bentuk   pulsa spike, tegangan   maksimum (Vp)  setinggi  mungkin,  semakin  besar  Vp rangsangan semakin cepat, dan 3.      Lebar pulsa  (s)  sekecil  mungkin,  karena  semakin kecil nilai s semakin tidak terasa sakit.

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1 Diagram Blok
Sistem  kerja Functional  Electrical Stimulation (FES) dimulai dengan pemilihan menu frekuensi dengan menggunakan button switch yang
dihubungkan
pada mikrokontroler  arduino  uno.  Selanjutnya Arduino  akan  melakukan  aktivasi  stimulus berupa gelombang wm dengan lebar pulsa dan frekuensi    yang  diinginkan.    Rangkaian power  supply sebagai  sumber  tegangan.
Output Arduino  akan  berupa  pulsa  pwm biphasic  square dengan  lebar  pulsa  serta frekuensi tertentu  namun dengan amplitudo yang  relatif  kecil  yang  dihubungkan  ke rangkaian    penguat.    Selanjutnya    pulsa output dari Arduino tersebut akan masuk ke rangkaian penguat untuk dikuatkan tegangannya  sekaligus untuk merubah pulsa biphasic  square menjadi biphasic  spike. Rangkaian penguat ini berupa transformator yang    dikendalikan    transistor    daya. Tegangan keluaran transformator ini diharapkan  berbentuk  pulsa  spike,  dengan lebar pulsa sangat sempit tetapi tinggi pulsa yang    sangat    tinggi.    Dengan    tegangan
keluaran  transformator  berupa  pulsa  yang sempit  dan  tajam,  kemudian  dialirkan  ke tubuh    pasien    menggunakan    elektroda sebagai penghubung.

## Gambar 3.1 Diagram blok penelitian

## 3.2 Desain Rangkaian Penguat
Rangkaian penguat terdiri dari
transistor dan transformator. Untuk memperkuat  tegangan  amplitudo  pulsa keluaran  dari  Arduino.  Selain  itu  pada rangkaian  penguat  ini  pulsa  dari  keluaran Arduiono  yang  berupa  pulsa  pwm biphasic square akan  diubah  menjadi  pulsa biphasic spike karena  adanya  ggl  induksi.  Selain sebagai  pelipat  tegangan  dan  pembentuk pulsa spike , transformator sekaligus berfungsi  sebagai  rangkaian osilasi .  Sistem demikian    menjamin    keamanan    terapi, karena  tidak  ada  arus  DC  sistem  elektronik yang mengalir pada pasien.
Gambar 3.2 Skema rangkaian penguat

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Rangkaian  penguat  digunakan  untuk dapat  menaikkan  tegangan  stimulasi  sesuai dengan  parameter  FES (Functional  electrical stimulation),  yaitu  mendapatkan  tegangan puncak  Vp  tinggi  (200  Vp)  digunakan transformator  OT  240.  Resistor  digunakan untuk    mengecilkan    isyarat    masukan    arus agar    tidak    membebani    rangkaian sebelumnya,  kemudian  arus  dan  tegangan outputnya diperkuat dengan penguat darlington yang tersusun dari transistor C945 dan C2703. Dari penguatan tersebut kemudian  diteruskan  menuju  transformator OT   240   yang   keluarannya   menghasilkan
10 10 0.161554944 Besar  tegangan  keluaran  dari  penguat Darlington  sebelum  masuk  adalah  12  Volt, dimana pada keadaan ini bentuk gelombang 20 19.95 0.014282857 30 29.96 0.030594117 40 39.94 0.296216137 50 50 0.040144863 setelah   melewati   penguat   tersebut   adalah 60 59.98 0.030594117 berbentuk      gelombang      square,      ketika 70 69.07 0.044271887 gelombang masukan diteruskan menuju trafo 80 79.95 0.397427981 OT,  dimana  trafo  tersebut  memiliki  sumber 90 88.93 0.402462421 100 100 0.717216843
rangkaian.  Hasil  penguatan  tegangan  oleh
gelombang spike dengan tegangan stimulasi puncak (Vp) antara 0-400 volt.
Arduino berguna untuk mengeluarkan  gelombang  dengan  frekuensi antara 10 Hz hingga 100 Hz dengan 10 variasi duty  cycle  dengan  satuan  1  hingga  10  bit, pada resolusi sinyal PWM 8 bit. Adapun hasil pengujian  frekuensi  keluaran  dari  frekuensi keluaran     Arduino      ditunjukkan  pada  tabel 4.1  dan  hasil  perhitungan  duty  cycle ditunjukkan pada tabel 4.2.
Tabel    4.1. Hasil    pengujian    frekuensi keluaran Arduino
program    maka    semakin    besar    pula presentase  PWM  yang  dihasilkan,  semakin besar    pula    gelombang    square    yang dihasilkan  maka  akan  bertambah  lebar  pula bentuk    sinyal    gelombang   spike    ketika diamati  di  osiloskop.  Sehingga,  dapat disimpulkan  bahwa  semakin  lebar  sinyal gelombang  square  maka  semakin  tinggi tegangan    yang    dihasilkan.    Perubahan tersebut  akan  mempengaruhi  pada  tingkat rasa sakit  yang ditimbulkan  perangkat terapi dan beresiko bila diterapkan pada pasien.
Pengujian        rangkaian        penguat dilakukan     dengan     mengukur     tegangan
Frekuensi Frekuensi               ∆F masukan    dan    tegangan    keluaran    dari program (Hz)        Output (Hz
rangkaian  dengan  menggunakan  osiloskop.
∆F  (Standar  deviasi  dari  Frekuensi) yang    diperoleh    dari    Tabel    4.1    sangatlah kecil,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  semakin kecil ketidakpastian pada pengukuran berulang yang telah terlampir, maka semakin besar  ketelitian  pengukuran  tersebut  dan program yang dijalankan telah sesuai.
Tabel 4.2. Hasil pengujian perhitungan duty cycle
Bit PWM                        Nilai DC (%) 1                               0.392156863 2                               0.784313725
langsung    sebesar    12V    yang    dihasilkan trafo,  pada  lilitan  input  lebih  kecil  daripada lilitan output sehingga hasil penguatan sinyal gelobang  square  sebesar  12V  masuk  pada input  trafo  menjadi  160V  yang  kemudian sinyal    gelobangnya    berbentuk    spike,    lalu pada    output    trafo    sinyal    gelombang dikuatkan  kembali  sehingga  menjadi  400V. Sinyal  gelombang  spike  yang  berbentuk pasak tinggi memiliki lebar pulsa  yang kecil yaitu sebesar 0.2 ms.
Tabel  4.3. Hasil  Tegangan  Puncak  (Vpp) dan    Arus    Keluaran    FES    pada
Frekuensi 100 Hz 3                               1.176470588 4                               1.568627451 Frekuensi Program Duty Cycle Vpp (V) Veff (V) R (Ω) I (mA) 5                               1.960784314 6                               2.352941176 7                               2.745098039 8                               3.137254902 9                               3.529411765 10                              3.921568627 Berdasarkan Tabel 4.2. dapat
disimpulkan  bahwa  semakin  besar  nilai  duty cycle   (bit)   yang   dimasukkan   ke   dalam
100 2.745 295  13.060  1000  0.013 100 3.137 300  119.228  1000  0.119 100 3.529 400  160.984  1000  0.160 100 3.921 400  286.886  1000  0.286 (Hz) (%) 100          0.392       60      9.693     1000    0.009 100          0.784       90      1.285     1000    0.001 100          1.176      135     4.130     1000    0.004 100          1.568      155    45.913    1000    0.045 100          1.960      160     6.423     1000    0.006 100          2.352      190     5.812     1000    0.005
Tegangan  puncak,  efektif  dan  arus keluaran perangkat FES pada frekuensi 100 Hz  dengan  masing-masing  keadaan duty cycle ditunjukkan    Tabel    4.3.    sedangkan data  keseluruhan  untuk  frekuensi  10-90Hz dengan  masing-masing  keadaan duty  cycle terlampir. Pemilihan frekuensi 100Hz dengan  masing-masing  keadaan duty  cycle ini  dikarenakan  pada  keadaan  tersebut didapatkan  variasi  tegangan  yang  mana tegangan    puncak    yang    dapat    diamati dengan  osiloskop  analog  yaitu  400  Vp.  Hal tersebut  dikarenakan  keterbatasan  osiloskop analog  dalam  menampilkan  sebuah  sinyal gelombang.  Untuk  mengetahui  besar  arus keluaran FES, ditambahkan resistor sebesar 1000Ω   yang   dipasang   secara   seri   pada output  FES.  Sedangkan  data  perhitungan daya keluaran dari rangkaian FES
ditunjukkan pada tabel 4.4 berikut
Tabel  4.4. Hasil  Tegangan  Puncak  (Vpp) dan    Arus    Keluaran    FES    pada Frekuensi 100 Hz
Berdasarkan  nilai  yang  didapatkan dari perhitungan daya, diperoleh perhitungan nilai   intensitas.   Rumus   intensitas   adalah daya    per    satuan    luas    (W/m2).    Pada penelitian  ini  luas  elektroda  yang  berukuran sama  pada  setiap  pengujian   yaitu  sebesar 3.14  cm2  atau  0.000314  m2.  Besarnya intesitas keluaran dari  FES ditunjukkan pada tabel 4.5 berikut
Tabel 4.5. Hasil pengujian perhitungan duty cycle
Frekuensi (Hz)              Intensitas (Watt/m2) 100                                 735.643 90                                  668.766 80                                  613.036 70                                  525.459 60                                  525.459 50                                  459.777 40                                  459.777 30                                  459.777 20                                  459.777 10                                  459.777 Alat  perangkat  FES  yang  telah berhasil dirancang serta telah diuji kinerjanya  kemudian  diujikan  pada  pasien Frekuensi (Hz) Duty Cycle Vpp (V) Veff (V) Daya (Watt) pasca    stroke,    yaitu    pasien    yang    telah (bit)
sembuh  dari  penyakit  stroke,  namun  masih
100 9 400 15.198 0.230
menjalani      rehabilitasi      medis      untuk
90 8 400 14.491 0.209 mengembalikan  fungsi   geraknya.   Adapun 80              7            400         13.874         0.192 70              6            400         12.845         0.164 60              6            400         12.845         0.164 50              5            400         12.015         0.144 40              4            400         12.015         0.144 30              3            400        12.0154        0.144 20              2            400        12.0154        0.144 10              1            400        12.0154        0.144
Berdasarkan   referensi   uji   kinerja FES  yang  telah  dilakukan  diketahui  bahwa tegangan  puncak  maksimum  ialah 400  V di setiap  variasi  keadaan duty  cycle terhadap setiap  frekuensi.  Seharusnya  nilai  yang didapatkan  semakin  tinggi  frekuensi  maka semakin  kecil  nilai  tegangannya.  Akan tetapi,  pada  tabel  data  diperoleh  nilai tegangan  efektifnya  tidak  selalu  lebih  kecil ketika  pada  frekuensi  yang lebih  tinggi,  hal ini  dikarenakan  untuk  mendapatkan  nilai
tegangan    efektif  digunakan    rumus  dengan mengalikan nilai frekuensinya.
© (2021) Sekolah Pascasarjana Universitas Airlangga, Indonesia
hasil  pengujian  selama  7  hari  terhadap pasien pasca stroke dapat dilihat pada Tabel 4.5.  Pengujian  dilakukan  pada  tiga  orang pasien  pasca  stroke  dengan  nilai  MMT  3, MMT  1,  dan  MMT  0.  Seluruh  naracoba pasien pasca stroke berusia 50 tahunan.
Pada pemilihan variasi frekuensi dan tegangan  stimulus  dilakukan  secara  acak. Naracoba  pasien  1  dengan  nilai  MMT  3 pada  hari  kesatu  hingga  hari  ketujuh  mulai merespon  stimulus  yang  diberikan  yaitu ditandai  dengan mulai  bergeraknya jari-jari tangan   pada   frekuensi   33   Hz   dengan tegangan   sebesar   196   Vpp.   Pada   hari keempat mengalami kemajuan (nilai ambang  tegangan  stimulasi  untuk  dapat memberi  respon  menurun)  yaitu  mulai bergeraknya  jari-jari  tangan  pada  frekuensi 30  Hz  dengan  tegangan  sebesar  244  Vpp. Naracoba pasien 1  merasakan  adanya  kemajuan  setelah pemberian stimulasi ketika lebih mudah dan
tidak terlalu merasakan sakit sesaat menggerakkan tangan.
Naracoba   pasien   2   dengan   nilai MMT  1  mengalami  kemajuan  hampir  di setiap  hari  pemberian  stimulasi.  Naracoba pasien  2  pada  hari  kesatu  mulai  merespon pada  frekuensi  25  Hz  tegangan  387  Vpp, hari  kedua  mulai  merespon  pada  frekuensi 26  Hz  tegangan  336  Vpp,  hari  ketiga  dan keempat  mulai  merespon  pada  frekuensi  30 Hz  tegangan  244  Vpp.  Pasien  2  dapat dikatakan  mengalami  kemajuan  yang  lebih signifikan  daripada  naracoba  pasien  1  yang memiliki   nilai   MMT   lebih   besar,   karena naracoba  pasien  2  rutin  melakukan  terapi serupa yaitu   pemberian   stimulasi   dengan Functional Electrical Stimulation   di   rumah serta      rutin  melakukan  terapi  di  Instalasi Rehabilitasi  Medik  RSUD  Dr.  Soetomo Surabaya.  Naracoba  pasien  2  juga  merasa lebih       mudah       untuk       menggerakkan tangannya.
Naracoba  pasien  3  dengan  MMT  0 pada  hari  kesatu  hingga  keempat baru mulai merespon  pada  frekuensi  22  Hz  tegangan 200    Vpp.    Naracoba    pasien    3    tidak mengalami  kemajuan  selama  pemberian stimulasi. Hal ini dapat disebabkan naracoba pasien 3 memiliki nilai MMT terendah. Selain itu, naracoba pasien 3 baru saja sembuh dari stroke sekitar satu bulan sehingga terapi yang diterima  selama  proses  rehabilitasi    juga masih  belum  terlalu optimal. Ada pun grafik kemajuan  respons  pasien  ditunjukkan  pada gambar 4.1 berikut.
Gambar   4.1.    Grafik    Kemajuan    Respon Pasien Setelah Pemberian Stimulasi
Bentuk   gelombang   pada  penelitian ini  adalah  spike  dengan  efektivitas  bentuk
gelombang    didasarkan    pada    dosis    energi yang  diberikan.  Dosis  energi  diperoleh  dari perkalian  antara  daya  dan  waktu.  Waktu pemberian  stimulus  dalam  penelitian  ini sebesar  ±2  menit  atau  120  sekon.  Daya merupakan  pembagian  dari  tegangan  efektif kuadrat  dengan  hambatan  rangkaian.  Dari hasil pengukuran dan perhitungan,  diperoleh nilai   tegangan   efektif   pulsa   spike   yang sangat kecil. Hal ini menyebabkan gelombang  spike  lebih  terasa  nyaman  saat mengenai tubuh.
Pada  penelitian  ini,  tegangan  efektif maksimal       yang       dihasilkan       adalah 15.19842296  V  dimana  tegangan  tersebut masuk  dalam  kategori  tegangan  rendah. Pemilihan  tegangan  rendah  karena  tegangan rendah  terasa  lebih  nyaman  daripada tegangan  tinggi  (Wong,  1986).  Semakin tinggi  tegangan  efektif  yang  diberikan semakin  besar  pula  energi  yang  diberikan. Sedangkan  arus  yang  dihasilkan  pada penilitian  ini  adalah  0.015198  mA  yang termasuk  dalam  kategori  arus  yang  rendah karena  dimana  1mA adalah batas aman arus yang  diperbolehkan  masuk  ke  dalam  tubuh (Mayor,2007).

## 5. KESIMPULAN
Telah  dibuat  Functional  electrical stimulation  (FES)  untuk  membantu  fungsi ektremitas    atas pada penderita pasca stroke dengan  lebar  pulsa  20  µs,  beberapa  variasi frekuensi  yaitu  20-50  Hz  dimana  tiap frekuensi memiliki beragam variasi tegangan antara  0-400  Vp  yang  dapat  diatur  dengan menggunakan potensiometer.  Nilai frekuensi berbanding  terbalik  terhadap  nilai  tegangan puncak.  10  variasi  frekuensi  yang  diujikan ke  naracoba  pasien  pasca  stroke  adalah  22, 23,  24,  25,26,  30,  33,  36,  48,  dan  50  Hz. Pemberian stimulasi  untuk  naracoba  pasien dengan   nilai   MMT    3  mencapai  optimal pada  frekuensi  22-33  Hz,  untuk  naracoba pasien  dengan  MMT  1  mencapai  optimal pada   frekuensi   22-30    Hz,   dan    untuk naracoba  pasien  dengan  MMT  1  mencapai optimal pada frekuensi 22 Hz.
Nilai  tegangan,  frekuensi  dan  lebar pulsa    yang   dibutuhkan   naracoba   pasien
pasca  stroke  dengan  karakteristik  inklusi MMT  0-3  untuk  dapat  merespon  dan menyebabkan  gerakan  fleksi  daerah  sekitar pergelangan  tangan  beragam.  Bagi  naracoba pasca  stroke  dengan  nilai  MMT  0-3 dibutuhkan    nilai    tegangan,    frekuensi    dan lebar  pulsa minimal  sebesar  200  Vp,  22 Hz, dan 20 µs dengan daya 0.0014667 Watt.

## DAFTAR PUSTAKA
Adawwiyah,   Robi’ah.   2016.   Rancang   Bangun Functional  Electrical  Stimulator  untuk Membantu  Fungsi  Ekstremitas  Atas  Pada Penderita  Stroke.  Surabaya  :  Skripsi  tidak diterbitkan.  Jurusan  Teknobiomedik  FST
UNAIR.
Astuti,  Suryani  Dyah.  2015.  Laporan  Program Pengabdian  Kepada  Masyarakat  Pelatihan Komunitas;   Pembuatan   Desain   Peralatan Fisika   Medis   di  SMA  Negeri  1  Pacitan.
Surabaya  :  Fakultas  Sains  dan  Teknologi, Universitas Airlangga.
Bourbonnais,  Daniel  and  Sharyn  Vanden  Noven. 1989. Weakness In Patients With
Cheng,  Eric,  Yan  Lu,  Kai-Yu  Tong,  A.  B.  Rad,
Daniel  H.  K.  Chow,  dan  Danny.  2004. Development  of  a  Circuit  for  Functional Electrical    Stimulation.    IEEE    Transactions On  Neural  Systems  And  Rehabilitation Engineering.Vol 12, No. 1. 43 – 47.
Conable,  Katharine  M  and  Anthony  L.  Rosner. 2011.  A  Narrative  Review  Of  Manual Muscle Testing And Implications For Muscle Testing  Research.  Journal  of  Chiropractic
Medicine 10, 157–165. Floyd,    R.J.    2007.    Manual    Of    Structural
Kinesiology, (17th Ed). WCB McGraw- Hill.
Guyton  dan  Hall.  2006.  Text  Book  of Medical
Phisiology  11th      Ed.    Chicago:  Elsevier
Saunders.
Hutomo AP, Buditomo IP, Putra AP, Suhariningsih and Astuti SD, 2019. Design of Monophasic
Spike-Exponential Waveform  for Functional
Electrical  Stimulator  Based  on  Pulse  Width Modulation, Iranian Journal of Electrical and Electronic Engineering, 15(4):434-443 Hutomo   AP,   Suhariningsih,   Astuti   SD,   2018,
Rancang Bangun Sistem Pengendali Tegangan Stimulasi Elektrostimulator Otomatis  Berbasis  Resistansi  Tubuh,  Jurnal Biosains Pascasarjana vol 20: 146-162
Lum,   Peter   S,   Lum,   Sara   Mulroy,   Richard   L.
Amdur,  Philip  Requejo,  Boris  I.  Prilutsky,
dan      Alexander      W.    Dromerick.      2009. Gains   in   Upper Extremity Function After Stroke  via  Recovery  or  Compensation: Potential  Differential  Effects  on  Amount  of Real-World Limb Use. Top Stroke Rehabil;16(4):237–253. Thomas Land Publishers, Inc Mayor.D.F.     2007.     Electroacupuncture     :     A Practical        Manual        and        Resourse.
Livingstone   Elsevier.   Churchill.   National Institute    of    Neurological    Disorder    and Stroke.    2014.   Brain   basics;    preventing stroke.                    Diakses                    dari www.ninds.nih.gov/disorder/stroke/preventi ng_stroke.htm   pada   tanggal 25 November 2016.
Prentice,  William  E.  2002.  Theraupetic  Modalities for  Physical  Therapist  Second  Edition. United   States   of   America:   McGraw-Hill Company
Thibaut,  Aurore,  Camille  Chatelle,  Erik  Ziegler,
Marie-Aurelie  Burno,  Steven  Laureys  dan Olivia   Gosseries.   2013.   Spasticity   after stroke:      Physiology,      assessment      and treatment.UK:  Informa UK Ltd. 1-13 WHO. 2012. The top 10 causes of death diakses dari www.who.int     pada     tanggal     10 Desember 2016
Wiwit,  S.  2010.  Stroke  dan  Penanganannya; memahami,  mencegah,  dan  mengobati. Yogyakarta    :    Katalog    dalam    Terbitan, KATAHATI.