Vol.1, No.2, Agustus 2017, hal.103-107 ISSN 2549-3698 (printed)/ 2549-3701 (online)

## Simulasi Alat Photoplethysmograph (PPG)
Indra Jaya 1 , Wisma 2
Akademi Teknik Elektromedik, KUPULA ACEH e-mail: indra.jaya1981@gmail.com , atemla@yahoo.co.id

## Abstract
Heart is a vital organ in the human body. The heart functions circulated the blood throughout the body. The volume of blood in a body organ will vary due to blood pumping by the heart. Photoplethysmograph (PPG) is a device that can detect changes in blood volume using optical sensors. The purpose of this research is to  make  Photoplethysmograph  monitoring  system  online.  That  is  a  device  to  monitor  blood  volume changes  and  display  the  change  graph.  Fluctuations  in  blood  volume  changes  are  influenced  by  the rhythm  of  blood  pumping  by  the  heart.  Each  peak  on  the  PPG  signal  is  correlated  with  one  heartbeat. Photoplethysmograph charts can be used to determine the condition and abnormalities of a person's heart. Photoplethysmograph  system  online  is  realized  in the  form  of  sensors,  amplifiers,  LPF,  ADC,  and microcontroller  as  serial  interface,  wiz610wi  module,  and  web  applications  as  online  PPG  graph  viewer. Sensors composed of red LED and photoresistor (LDR) are placed on the fingers. The rays emitted by the LEDs  are  received  by  the  LDR.  The  signals  received  by  the  LDR  vary  according  to  the volume  of  blood changes. The sensor output signal is then amplified and filtered. Incoming filter output signal ADC, serial interface  by  AT89C2051  then  by  wiz610wi  module  transmitted  for  display  and  monitored.  Obtained Devices  and  apps  created  have  worked  well.  The  signal  shown  is  pretty  good,  clean  of  noise. Transmission  distance  measured  up  to  70  m  with  delay  less  than  200  ms. The  average  heart  rate calculation was in error 3%
Keywords: Heart, Photoplethysmograph (PPG), monitored, online, telemedicine.

## Abstrak
Jantung  merupakan  organ  vital  didalam  tubuh  manusia.  Jantung  berfungsi  mensirkulasikan  darah  ke seluruh tubuh. Volume darah pada suatu organ tubuh akan berubah-ubah akibat pemompaan darah oleh jantung.  Photoplethysmograph  (PPG)  merupakan  perangkat  yang  dapat  mendeteksi  perubahan  volume darah  menggunakan  sensor  optik.  Tujuan penelitian ini  adalah  membuat  sistem  monitoring Photoplethysmograph  secara  online.  Yaitu  suatu perangkat  untuk  memonitor  perubahan  volume  darah dan  menampilkan  grafik  perubahan  tersebut.  Fluktuasi  perubahan  volume  darah  dipengaruhi  oleh  irama pemompaan darah oleh jantung. Setiap puncak pada sinyal PPG berkorelasi dengan satu detak jantung. Grafik photoplethysmograph dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan kelainan jantung seseorang. Sistem  Photoplethysmograph  secara  online  ini  direalisasikan  berupa  sensor,  penguat,  LPF,  ADC,  serta mikrokontroler sebagai antarmuka serial, modul wiz610wi, dan aplikasi web sebagai penampil grafik PPG secara  online.  Sensor  yang  tersusun  atas  LED  merah  dan  fotoresistor  (LDR)  ditempatkan  pada  jari tangan.  Sinar  yang  dipancarkan  oleh  LED  diterima  oleh  LDR.  Sinyal  yang  diterima  oleh  LDR  berubah- ubah  sesuai  dengan  perubahan  volume  darah.  Sinyal  keluaran  sensor  kemudian  dikuatkan  dan  difilter. Sinyal  keluaran  filter  masuk  ADC,  antarmuka  serial  oleh  AT89C2051  kemudian  oleh  modul  wiz610wi ditransmisikan  untuk  ditampilkan  dan  dimonitoring. Perangkat  dan  aplikasi  yang  dibuat  telah  bekerja dengan baik. Sinyal yang ditampilkan cukup bagus, bersih dari noise. Jarak transmisi terukur sampai 70 m dengan delay kurang dari 200 ms. Kesalahan perhitungan denyut jantung rata-rata 3%.
Keywords: Jantung, Photoplethysmograph (PPG), monitoring, online, telemedicine.

## 1. Pendahuluan
Jantung  merupakan  organ  vital  didalam  tubuh  manusia.  Jantung  berfungsi  mensirkulasikan atau  memompa  darah  ke  seluruh  tubuh.  Akibat  dari  pemompaan  tersebut  volume  darah  di suatu  organ  akan  berubah-ubah.  Photoplethysmograph  merupakan  perangkat  yang  dapat digunakan  untuk  mendeteksi  perubahan  volume  darah  tersebut.  Meskipun  cara  bekerjanya mendeteksi  perubahan  darah,  penggunaan  photoplethysmograph    yang  umum  hanya  untuk menghitung dan menampilkan detak jantung per menit, sedangkan informasi perubahan volume darah  tersebut  tidak  ditampilkan.  Akan  lebih  berguna  jika  photoplethysmograph  juga menampilkan  data  dalam  bentuk  grafik  perubahan  volume  darah  secara  kontinyu,  karena  dari grafik tersebut dapat diamati kondisi jantung seseorang. Dalam kenyataanya dokter ahli jantung yang  ada  tidak  sebanding  dengan  jumlah  rumah  sakit  yang  tersedia.  Dengan  kata  lain,  tiap rumah  sakit  belum  tentu  terdapat  dokter  ahli  jantung  yang  siaga.  Dan  kebanyakan  dokter  ahli jantung  bekerja  untuk beberapa  rumah  sakit.  Hal  ini  merupakan  suatu  kendala  di  dunia kesehatan.
Oleh  karena  itu,  sistem  pemeriksaan  kondisi  jantung  berdasarkan  pencuplikan  denyut  jantung ini  dilakukan  secara  online.    Sistem  monitoring  PPG  secara  online  merupakan  realisasi telemedicine, yaitu mempemudah interaksi antara dokter (ahli medis) dengan user tanpa harus bertatap  muka  secara  langsung.  Dokter  dapat  melihat  grafik  PPG  user  pada  saat  pengukuran dan dapat memberikan diagnosa melalui aplikasi web.

## 1. 2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana merealisasikan sensor PPG.
2. Bagaimana merealisasikan perangkat PPG analog ke digital.
3. Baagaimana mikrokontroler AT89C2051 dijadikan sebagai modem serial UART.
4. Bagaimana proses transmisi data dari perangkat PPG ke aplikasi web.
5. Bagaiamana  menampilkan  data  berupa  grafik  dari  pencuplikan  denyut  jantung  ke aplikasi web.

## 1. 3 Tujuan Penelitian
1.  Merealisasikan sensor PPG.
2.  Merealisasikan perangkat PPG analog ke digital.
3.  Merealisasikan mikrokontroler AT89C2051 dijadikan sebagai modem serial UART.
4.  Menampilkan data berupa grafik dari pencuplikan denyut jantung ke aplikasi web.
5.  Menerapkan metode pengaksesan database server untuk kemudian ditrampilkan dalam bentuk  grafik dinamis dengan menggunakan PHP.

## 1. 3 Sistematika Penelitian
Sistematika  penulisan  diperlukan  agar  laporan  yang  dibuat  menjadi  sistematis  dan  ilmiah. Sitematika penulisan yang diterapkan dalam karya tulis ilmiah ini adalah sebagai berikut:
e-ISSN  2549-3701

## 2. Landasan Teori

## 2.1 Teori Photoplethysmograph
Plethysmograph  merupakan  suatu  instrumen  yang  digunakan  untuk  mengukur  perubahan volume  darah  di  dalam  suatu  organ  atau  seluruh  tubuh.    Biasanya    merupakan    hasil    dari fluktuasi    volume    darah    atau    udara    yang    terkandung    di  dalamnya.  Photoplethysmograph (PPG)    merupakan    instrumen    plesthysmograph    yang    bekerja   menggunakan    sensor  optic. Dalam teknik PPG dikenal dua macam mode konfigurasi pemasangan sensor:  Mode transmisi: Sumber  cahaya  (LED)  dipasang  berhadapan  dengan  sensor  cahaya  (LDR).  Kemudian  LDR mendeteksi perubahan    cahaya    yang    dipancarkan    oleh    LED    akibat    penyerapan    oleh organ    (darah,    kulit,    dan  daging/otot)  secara  langsung.  Mode  refleksi:  Dalam  mode  refleksi LED  dan  LDR  dipasang  berjajar.  Sinyal/perubahan  cahaya  yang  dideteksi  oleh  LDR  adalah sinyal pantulan/refleksi.

## 3. Metodologi Penelitian
Sistem dirancang seperti pada gambar 3.1

## Gambar 3.1 Sistem PPG
Tegangan  luaran  sensor  relatif  sangat  kecil  umumnya  berkisar  antara  10-30mV.  Agar  sinyal dapat  diolah  dengan  mudah pada  proses  ADC  maka  tegangan  perlu  dikuatkan.  Penguatan dilakukan  bertingkat  sebanyak  3  kali.  Hal  ini  dilakukan  untuk  meminimalisasi  noise  yang ditimbulkan perangkat.  Penguat  pertama  dirancang  dengan  gain  sebesar  10  kali, penguat kedua  dirancang dengan  gain  10  kali,  dan  penguat  ketiga  dirancang  dengan  gain  5  kali. Penguat ketiga ini diletakkan setelah low pass filter (LPF).

## 4. Hasil Penelitian

## 4.1  Sinyal Keluaran Sensor
Sinyal  keluaran  sensor  ini  merupakan  sinyal  yang  belum  mengalami  penguatan.  Sinyal keluaran  tersebut  masih  mengandung  banyak  noise,  baik  yang  berupa  noise  dari  sensor  itu sendiri maupun noise jala-jala listrik 50 Hz, sehingga sinyal dasar PPG belum bisa dilihat.
WEB Pengiriman data serial Mikrokontr oller ADC Komputer Sensor Penguat Filter

## 4.2  Sinyal Hasil Penguatan dan Filtering
Jenis  penguatan  yang  direalisasikan  pada  penguatan  awal  ini  adalah  jenis  penguatan  non- inverting  dengan  menggunakan  2  blok  penguatan  non-inverting  yang  disusun  secara  seri. Penguatan    akhir    digunakan    untuk    menyesuaikan    sinyal  informasi    agar    mempunyai amplitudo    sekitar    ±5    volt    disesuaikan    dengan    karakteristik    blok    selanjutnya    dalam pengolahan  sinyal  informasi  berikutnya.  Penguatan  yang  digunakan  pada  penguatan  akhir  ini ±5  kali  dengan konfigurasi  non-inverting.  Sinyal  keluaran  proses  penguatan  dan  filtering sebelum masuk ke blok digital.

## 4.3 Pengukuran Hasil Perhitungan Denyut Jantung
Salah    satu    kegunaan    dari    PPG    adalah    untuk    menghitung    denyut    jantung.  Untuk mengetahui  akurasi  dari  kemampuan  menghitung  denyut  jantung  dari  perangkat  PPG  yang dibuat,  perangkat  ini  dibandingkan  dengan  perangkat  standar.  Tabel  4.1  menunjukkan  hasil pengukuran  PPG  yang  dibuat  tidak  berbeda  jauh  dari  hasil  pengukuran  dengan  peralatan standar.

## Tabel 4.1 Data hasil pengamatan
Pengukuran PPG (Bpm) Philips (BPM) 1 90 92 2 93 97 3 93 95 4 87 91 5 90 91 6 90 95 7 87 89
Dari  data  tabel  4.1  diperoleh  Perangkat  dan  aplikasi  yang  dibuat  telah  bekerja  dengan  baik. Sinyal  yang  ditampilkan  cukup  bagus,  bersih  dari  noise.  Jarak  transmisi  terukur  sampai  70 m dengan  delay  kurang  dari  200  ms.  Kesalahan  perhitungan  denyut  jantung  rata-rata  3%. Permasalahan yang masih muncul adalah noise pergerakan yang masih cukup mengganggu.

## 5. Penutup
5.1 Kesimpulan
1. Sensor  PPG  berhasil  direalisasikan  namun  masih  sensitif  akan  gerakan  user  dan penempatan sensor harus tepat pada ujung jari untuk mendapatkan grafik sinyal PPG sesuai bentuk aslinya.
2.  Filter analog yang direalisasikan  sudah bekerja dengan baik terbukti sinyal PPG yang ditampilkan tampak halus sehingga tidak diperlukan pemrosesan filter digital.
3.  Perangkat  PPG  analog  ke  digital  dapat  direalisasikan  hingga  dapat  dilakukan monitoring PPG secara online.
4.  Jarak  dan  halangan  antara  penerima  dan  pemancar  pada  wireless  LAN  tidak mempengaruhi bentuk sinyal Photoplethysmograph.
e-ISSN  2549-3701

## 5.2 SARAN
1.  Sistem  PPG dapat dikembangkan lagi untuk mengukur saturasi oksigen dalam darah serta dapat mengukur  konsumsi energi berdasar denyut nadi.
2. Perlu  dikembangkan  atau  dicari  solusi  untuk  sensor  yang  tidak  terpengaruh  oleh gerakan jika sistem ini akan digunakan oleh objek yang bergerak, misalnya digunakan oleh seorang atlet.
3.  Aplikasi  monitoring  PPG  dikembangkan  menjadi  sistem  cerdas  dan  perbaikan  pada perhitungan bpm.

## REFERENSI
[1] Ami Carr, Joseph and Brown, John M. “Introduction to Biomedical Equipment Technology” .Prentice Hall. 2001
[2] Gunawan, Hanapi.Prinsip-Prinsip Elektronik. Erlangga. Jakarta. Indratno, Ikhwan Puji. 1981
[3] Perancangan  dan  Implementasi  Alat  Penghitung  Denyut  Aerobic  Berbasis  Mikrokontroller  MCS-51. 2008
[4] Kadir, Abdul. Dasar Pemograman Web Dinamis Menggunakan PHP. ANDI.Yogyakarta. 2008
[5] Putra,  Agfianto  Eko. Belajar  Mikrokontroller  AT89C51/52/55  (Teori  dan  Aplikasi).  Gava Media.Yogyakarta. 2004
[6] Setiadi, Resma.Perancangan dan Realisasi Sistem Fotoplethysmograf Wireless Berbasis Komputer. 2007
[7] Sutanto,  Ahmad. Implementasi  Embedded  Wireless  LAN  (802.11b)  sebagai  Pengirim  Data  Pada Sistem Monitoring Elektrokardiograf Digital. 2008
[8] Willis J Tompskin. Biomedical Signal Processing, Prentice Hall, New Jersey. 1993