TEKNIK, 43 (3), 2022, 287-295
doi: 10.14710/teknik.v43i3.42888               Copyright © 2022, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919

## Rancang Bangun Kanula Hidung Aliran Tinggi dilengkapi Sistem Humidifikasi untuk Hipoksemik Akut
Ernia Susana, Indah Nursyamsi Handayani * , Agus Komarudin
Jurusan Teknik Elektromedik, Poltekkes Kemenkes Jakarta II Pusat Unggulan Pengembangan, Pengujian dan Kalibrasi Peralatan Kesehatan, Poltekkes Kemenkes Jakarta II Jl. Hang Jebat III/F3 Kebayoran Baru, Jakarta Selatan, Indonesia 12120

## Abstrak
High  Flow  Nasal  Cannula  (HFNC)  adalah  perangkat  terapi  oksigen  non-invasif  yang  membantu pemberian  oksigen  aliran  tinggi  kepada  pasien  dengan  sindrom  gangguan  pernapasan  akut.  Sejak  akhir 2019,  permintaan  perangkat  HFNC  di  seluruh  dunia  meningkat  secara  tajam  karena  wabah  Covid-19. Berbagai penelitian telah mendukung HFNC sebagai strategi pengobatan untuk individu pada fase infeksi awal  (tahap  1)  hingga  mereka  memasuki  fase  paru  (fase  paru).  Oleh  karena  itu,  untuk  mengantisipasi kebutuhan  alat  tersebut,  Kemenkes  RI  mendorong  pengembangan  HFNC  sebagai  langkah  menuju swasembada produk alat kesehatan dalam negeri. Artikel ini menjelaskan tentang desain prototipe HFNC berdasarkan  komponen  yang  dapat  diakses  di  pasar  lokal  dan  sistem  perangkat  lunak  berbasis  open source. Desain penelitian menggunakan rancang bangun. Perangkat HFNC dimaksudkan untuk membuat fraksi oksigen inspirasi (FiO 2 ) dalam kisaran 30-100%, yang diatur dari dua sumber input yaitu laju aliran oksigen  dan  udara  terkompresi.  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  nilai  koreksi  FiO 2 memenuhi persyaratan  metode  pengujian  produk  HFNC  yaitu  kurang  dari  5%  untuk  setiap  laju  aliran  udara  dan udara  tekan.  Selain  itu,  pengukuran  laju  aliran  udara  memenuhi  standar  peralatan  terapi  oksigen aliran tinggi dengan nilai ambang batas hingga 60 lpm. Berdasarkan pengujian menggunakan alat ukur kinerja, dapat disimpulkan bahwa desain prototipe HFNC dapat digunakan sebagai alat terapi untuk hipoksia akut.
Kata kunci : high flow nasal cannula; humidifikasi; aliran udara; fraksi oksigen; hipoksia akut

## Abstract
[Title:  Design  of  High-Flow  Nasal  Cannula  Equipped  with  Humidification  System  for  Acute Hypoxemic] High-Flow  Nasal  Cannula  (HFNC)  is  a  non-invasive  oxygen  therapy  device  that  aids  in administering high-flow oxygen to patients with acute respiratory distress syndrome. Since the end of 2019, the  worldwide  demand  for  HFNC  devices  has  risen  dramatically  because  of  the  Covid-19  outbreak. Multiple studies have endorsed HFNC as a treatment strategy for individuals in the early infection phase (stage 1) until they enter the pulmonary phase (pulmonary phase). Therefore, in anticipation of the need for these devices, the Indonesian Ministry of Health encourages the development of HFNC as a step towards self-sufficiency  in  domestic  medical  device  products.  This  article  describes  the  design  of  an  HFNC prototype  based  on  components  accessible  on  the  local  market  and  a  software  system  based  on  open source. The research design uses engineering design. The HFNC device is intended to create a fraction of inspired oxygen (FiO 2 ) in the range of 30-100%, which is regulated by two settings: oxygen flow rate and compressed air. The test results demonstrate that the FiO 2 correction value satisfies the HFNC product test method  requirements  of  less  than  5%  Oxygen  for  every  air  flow  rate  and  compressed  air  setting.  In addition,  the  airflow  rate  measurement  meets  the  threshold  value  of  60  lpm.  Based  on  testing  using performance measurement tools, it can be  concluded  that the HFNC design can be  used  as a therapeutic tool for acute hypoxia.
Keywords :
high-flow
nasal cannula; humidification;  air-flow;  fraksi  oxygen;  acute hypoxemic ------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi. E-mail: indah.nursyamsi@poltekkesjkt2.ac.id

## TEKNIK, 43 (3), 2022, 288

## 1. Pendahuluan
Terapi  oksigen  dapat  diberikan  dengan  dua metode yaitu melalui sistem aliran rendah menggunakan kanula  hidung  atau  masker  dan  sistem  aliran  tinggi dengan  menggunakan  masker  venturi  (Helviz  &  Einav, 2018). Sistem konvensional seperti itu tidak memberikan  fraksi  oksigen  inspirasi  yang  andal,  dan umumnya  tidak  dapat  ditoleransi  dengan  baik  untuk waktu  yang  lama  karena  pemanasan  dan  pelembaban yang  tidak  memadai  dari  gas  inspirasi  (Rochwerg  & Granton, 2019).
Metode  sistem  aliran  tinggi  merupakan  suatu intervensi  medis  berupa  upaya  pengobatan  dengan pemberian oksigen (O2) dengan  konsentrasi lebih besar dari  konsentrasi  oksigen  di  udara  (21%)  untuk meningkatkan  atau  memenuhi  asupan  oksigen  (O2) dalam  darah  di  pembuluh  arteri  dan  seluruh  jaringan tubuh.  Terapi  oksigen  umumnya  diberikan  pada  pasien yang  mampu  bernapas  spontan  tetapi  kondisi  tubuhnya tidak memiliki cukup asupan
oksigen
(hipoksemia/hipoksia)  yang ditandai dengan  nilai SPO2 <90% atau PaO 2 <60mmHg.
High-Flow Nasal Cannula (HFNC) adalah terapi oksigen  yang  digunakan  untuk  membantu  pemberian oksigen aliran tinggi pada pasien dewasa dan anak yang juga  dilengkapi  dengan  sistem  penghangat  dan pelembab  udara  melalui  nasal  kanula  (Rochwerg  & Granton,  2019).  Alat  ini  umumnya  digunakan  untuk kondisi pasien dengan gangguan pernafasan akut seperti kasus  hipoksemia,  bronkitis,  asma  dan  lain-lain (Katarina, 2021; Kurnia & Sudaryanto, 2020). Terapi ini merupakan  salah  satu  terapi  non  invasif  atau non- invasive ventilation (NIV). HFNC biasa dimanfaatkan di unit  gawat  darurat,  ruang  perawatan  dan  ruang  intensif yang  digunakan  sebagai  alat  suportif  yang  dapat mencegah  pasien  masuk  pada  tingkat  keparahan  yang lebih mengkhawatirkan hingga menbutuhkan penanganan dengan ventilator.
Penelitian (Geng & Mei, 2020) yang dikutip dari Heart  &  Lung  Journal,  European  Respirastory  Journal menyatakan  bahwa  HFNC  dilaporkan  efektif  untuk meningkatkan  oksigenasi  untuk  perawatan suportif bagi pasien  hipoksemik.  Terapi  oksigen  direkomendasikan untuk  semua  kasus  COVID-19  yang  diakibatkan  oleh virus  yang  awalnya  diberi  nama  2019nCoV  dan kemudian  diberi  nama  WHO  dengan Severe  Acute Respiratory  Syndrome  Coronavirus atau  SARS-CoV-2. Covid  19  adalah  penyakit  pernafasan  yang  terlebih dahulu  akan  menyerang  paru-paru  khususnya  alveoli. Tingkat  keparahannya  bervariasi  dari  tanpa  gejala, gejala ringan hingga sindrom gangguan pernafasan akut (Carter & Aedy, 2020).
Sejak  2  Maret  2020,  terjadi  peningkatan  jumlah pasien positif COVID-19 secara signifikan di Indonesia. Jumlah  pasien  dalam  pengawasan  (PDP)  stage  1  ( early
infection )  dan  stage  2  ( pulmonary  phase )  yang ditangani,  pastinya  lebih  banyak  dibanding  stage  3 (ARDS/ acute  respiratory  distress  syndrome ).  Pasien stage  1 jumlahnya  mencapai  80%,  pasien stage  2 yang ditandai  dengan  terjadinya hypoxia mencapai  15%. Penanganan dengan ventilator mekanis hanya digunakan untuk  pasien  pada  fase stage  3 yang  jumlahnya  hanya sekitar  5%  (Procopio  &  Cancelliere,  2020).  Pendekatan penanganan  klinis  dengan  alat  kesehatan  yang  tepat dapat  mencegah  pasien  dalam  pengawasan  (PDP)  jatuh ke fase gagal nafas ARDS yang lebih berat, baik karena covid-19  maupun  diperparah  karena  adanya  penyakit klinis  penyerta.  Hal  ini  sesuai  dengan  pengalaman penanganan  Covid-19  yang  didapatkan  dari  situasi  di China (Wang & Zhao, 2020) dan beberapa negara lain.
Saat  ini  ketersediaan  produk  HFNC  di  dalam negeri  masih  didominasi  oleh  produk  impor,  seperti merk HEYER yang berasal dari Jerman, Merk Fisher & Paykel  Healthcare  Ltd.  buatan  New  Zealand,  Aeonmed dengan negara asal produk China dan masih banyak lagi. Oleh  karena  itu,  b elajar  dari  pengalaman  pandemi Covid-19, keterbatasan ketersediaan alat kesehatan yang dibutuhkan  saat  pandemi  seperti  halnya  Covid-19 menuntut bangsa Indonesia menjadi mandiri dan mampu memaksimalkan  sumber  daya  yang  ada  dalam menghasilkan  atau  mengembangkan  produk  alat kesehatan  yang  berguna (useful), dapat  digunakan (useable), dan bermanfaat (used outputs) bagi pengguna baik itu pemerintah, industri maupun masyarakat . Baru-baru  ini  telah  dilaporkan  perancangan prototipe HFNC  yang  dilengkapi  parameter flow  rate (Utomo, 2022). Prototipe yang dilaporkan memiliki fitur pengaturan  laju  aliran  udara  yang  dilakukan  secara manual  untuk  menghasilkan  konsentrasi  oksigen  dari 20%  hingga  100%  serta  nilai  laju  aliran  udara  dari  10 LPM  sampai  dengan  60  LPM.  Peneliti  lain  juga melaporkan perancangan ulang sistem otomatis pencampuran fraksi oksigen pada alat HFNC lokal yang tersedia  di  pasaran  dalam  negeri  dengan  merek GERLINK menggunakan mikrokontroler Arduino . Alat ini bekerja pada tekanan 2 Bar, menggunakan blower 12 volt,  dan  HEPA  filter  untuk  menyaring  debu,  bakteri, virus, dan partikel kecil (Rasyiid & Subardjah, 2021).
Sebagai  alat  terapi  oksigen,  HFNC  harus memenuhi beberapa parameter standar. Selain pemenuhan  parameter  laju  aliran  udara  ( flow  rate )  dan nilai  fraksi  oksigen  (FiO2),  standar  parameter  HFNC harus  dilengkapi    dengan  sistem penghangat  dan pelembab  udara  (Rochwerg  &  Granton,  2019).  Sistem penghangat dan pelembab udara ini juga dikenal dengan istilah  humidifikasi  yang  bisa  diperoleh  dengan penambahan humidifier pada alat HFNC.
Trend  perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan teknologi menunjukkan bahwa software telah mengendalikan hardware. Ketersediaan sebagian
Gambar 1. Kerangka Kerja Penelitian
komponen lokal dan system open source memungkinkan peneliti  untuk  melakukan  pengembangan  peralatan kesehatan  yang compact,  low  cost dan  siap  pakai. Menggabungkan  beberapa  fitur  terkait  pada  alat  utama akan  menjadikan  fungsi  alat  lebih  optimal  dan memberikan  nilai  tambah  suatu  produk.  Hasil  riset  dan inovasi karya anak bangsa khususnya pada pengembangan  alat  kesehatan  perlu  didukung  untuk menumbuhkan  kemandirian  bangsa  dalam  mengurangi ketergantungan  terhadap  impor  peralatan  kesehatan (Nasrullah, 2021).
Berdasarkan  latar  belakang  di  atas,  diperlukan perancangan  dan  pembuatan prototipe HFNC  yang dapat digunakan sebagai alat terapi oksigen aliran tinggi yang memiliki kemampuan mempertahankan nilai fraksi oksigen  sesuai  kebutuhan  pasien  dan  dilengkapi  sistem humidifikasi.
Prototipe tersebut  dibuat  dengan  sistem open source dan    menggunakan  100%  komponen  yang tersedia  di  pasar  dalam  negeri.  Beberapa  komponen dibeli  melalui e-commerce dengan  lokasi  pembelian  di Indonesia,  dan  sebagian  lainnya  diberi  langsung  dari penjual  toko  offline  seputar  wilayah  Glodok. Prototipe ini  telah  melalui  proses  pengujian  skala  laboratorium menggunakan  alat  ukur  kinerja  yang  relevan  dengan parameter output yang akan diukur.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  adalah  penelitian Research  and Development berbasis reverse  engineering (Blanche  & Mankefors-Christiernin,  2007;  Raja,  2008)  yang menghasilkan prototipe HFNC  yang  dilengkapi  sistem humidifikasi sebagai alat terapi oksigen aliran tinggi.
Pembuatan prototipe dilakukan  dalam empat tahap  yang  ditunjukkan  dalam  kerangka  kerja  yang dijelaskan pada Gambar 1. Tahapan tersebut terdiri dari: Tahap intelligent dari  produk  yang  telah  ada  (proses penelusuran  dan  identifikasi  masalah),  tahap design (proses  perencanaan hardware,  software dan  desain mekanis  yang  akan  dibuat  sesuai  kriteria  yang  telah ditetapkan),  tahap  pemilihan/ Choice  ( proses  analisa terhadap  alat  dan  bahan  serta hardware  dan  software yang  akan  digunakan  dan  disesuaikan  dengan  kriteria yang telah ditetapkan dalam tahapan design ) serta tahap implementasi  (proses  penerapan  dari  fase  yang  telah dirancang  sebelumnya  termasuk  didalamnya  kegiatan pengujian kinerja prototipe ).
Setelah  proses  perencanaan  dan  perancangan, tahapan selanjutnya adalah  melakukan proses uji  fungsi dan  pengujian  unjuk  kinerja  masing-masing  parameter. Uji  fungsi  merupakan  pemeriksaan  sistem  secara kualitatif  berupa  pengecekan  fungsi  bagian-bagian  alat baik yang ada di unit utama maupun asesoris pendukung yang  menyertainya.  Sedangkan,  pengujian  output merupakan  pengujian  unjuk  kinerja  alat  secara
kuantitatif. Pengujian kuantitatis dilakukan dengan  cara membandingkan  output  yang  dihasilkan  masing-masing parameter  dengan  alat  ukur  standar  yang  sesuai  dengan parameter  yang  diukur.  Adapun  jenis  alat  ukur  kinerja yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  antara  lain  adalah: (1) electro safety analyzer untuk pengujian keselamatan listrik; (2) thermohygrometer untuk suhu dan kelembaban;  (3) gas  flow  analyzer untuk  aliran  udara; dan (4) o xygen monitor untuk fraksi oksigen (FiO2).
Selain  uji  fungsi  dan  pengujian  unjuk  kinerja, dilakukan  pula  uji  keandalan  baterai  sebagai  kapasitas catu  daya  listrik  cadangan  selama  16  jam.  Pengujian  ini ditujukan  untuk  mengetahui  kemampuan  pengoperasian prototipe menggunakan  catu  daya  cadangan  dengan  cara observasi sistem secara keseluruhan dan perubahan visual yang terjadi pada tampilan prototipe secara keseluruhan selama beroperasi dengan catu daya baterai.
Keseluruhan  data  hasil  pengujian  kemudian diolah lebih lanjut untuk memperoleh kesimpulan terkait keberhasilan prototipe HFNC  secara  umum,  baik  dari sisi  kinerja  maupun  keselamatan  listriknya  mengacu pada lembar kerja (LK) HFNC dari Badan Pengamanan Fasilitas Kesehatan (BPFK).
BPFK  adalah  salah  satu  unit  pelaksana  teknis (UPT)  di  lingkungan  Direktorat  Jenderal  Pelayanan Kesehatan  yang  memiliki  tugas  pokok  dan  fungsi (tupoksi) memberikan pelayanan pengamanan fasilitas/alat  kesehatan  berupa  pengujian,  kalibrasi  dan inspeksi  yang  akurat  untuk  memastikan  keamanan  dan
Gambar 1. Diagram Alir Prototipe HFNC
keselamatan pengguna baik sejak pre-market (sejak alat diproduksi)  hingga post-market (utilisasi  alat  setelah dimanfaatkan di fasilitas pelayanan kesehatan).
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Rancangan prototipe Proses  menghasilkan prototipe alat  terapi oksigen aliran tinggi – high flow nasal cannula ( HFNC) melalui  tiga  tahapan  utama  yaitu  rancangan  perangkat keras,  rancangan  perangkat  lunak  dan  desain  produk. Ketiga  tahapan  ini  dilalui  untuk  mewujudkan prototipe alat  yang  terkemas  dalam  suatu  sistem  yang  saling terintegrasi.  Tahapan  untuk  perancangan  perangkat lunak  dilakukan  dengan  membuat  diagram  alir  yang digunakan  sebagai  acuan  membuat listing  program . Diagram  alir  perangkat  lunak prototipe HFNC  dapat dilihat pada Gambar 2.
Dari  diagram  alir  pada  Gambar  2,  dapat dijelaskan  bahwasanya  ketika prototipe dihidupkan maka  dilakukan  pendeteksian  terhadap  ketersediaan sumber  gas  oksigen,  udara  tekan,  parameter  tanda  vital tubuh  dan  temperatur  serta  kelembaban  perangkat humidifier .  Penjelasan  mengenai  rancang  bangun humidifier dan parameter pengukuran tanda vital tubuh akan  dijelaskan  pada  artikel  terpisah.  Nilai  tekanan udara  dari  sumber  oksigen  dan  udara  tekan  yang diizinkan  pada  rancangan prototipe HFNC  ini  haruslah sebesar  lebih  dari  2  bar.  Jika  kurang  dari  nilai  tersebut, maka  alarm low-flow dan  atau low-pressure akan berbunyi  sebagai  penanda  dan  juga  sistem  keamanan penggunaan alat.
3.2. Desain produk
Program  komputer  SketchUp  digunakan  untuk mendesain  dan  melakukan  pemodelan  grafis  tiga
dimensi  (3D)  dari  kemasan  alat  HFNC.  Hasil  desain produk dari berbagai sudut pandang di capture menjadi satu kesatuan gambar yang dapat dilihat pada Gambar 3. Desain mekanis prototipe alat HFNC dibuat sedemikian rupa terintegrasi antara unit utama HFNC dengan sistem humidifier .  Hal  ini  untuk  memudahkan  pengguna membawa dan memindahkan alat jika dibutuhkan dalam kondisi mobilitas.
3.3. Pemanfaatan Komponen Lokal
Setelah  dilakukan  perancangan  dan  pembuatan prototipe ,  kegiatan  selanjutnya  adalah  penentuan hardware  dan  software  yang  dibutuhkan.  Pemilihan software  menggunakan  sistem open-source dengan pemilihan  komponen  secara  keseluruhan  menggunakan jenis  yang  dapat  ditemukan  ketersediaannya  di  pasar lokal  Indonesia.  Adapun  daftar  komponen  yang digunakan  dengan  justifikasi  penggunaannya  dapat dilihat pada Tabel 1.
3.4 Prototipe alat HFNC
Hasil  perancangan  pada  Gambar  3  telah diwujudkan kedalam satu bentuk nyata berupa prototipe HFNC  yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  4. Prototipe HFNC didesain dengan kelengkapan parameter pengaturan  laju  aliran  oksigen  dan  laju  aliran  udara tekan untuk menghasilkan nilai fraksi oksigen.
Karenanya,  perangkat  HFNC  membutuhkan sumber gas berupa oksigen dan udara tekan. Komposisi oksigen dan udara tekan diatur sedemikian proporsional hingga  menghasilkan  persentase  fraksi  oksigen  yang sesuai  kebutuhan.  Aplikator  yang  menghubungkan  unit utama dan pengguna dikenal dengan breathing circuit . Selain  itu  terdapat  pula  perangkat humidifier yang  mengatur  suhu  dan  kelembaban  yang  aman  dan nyaman  bagi  pengguna.  Aliran  udara  inspirasi  dalam
Tabel 1. Justifikasi Penggunaan Komponen
Nama Komponen Justifikasi Penggunaan High Flow meter (medical grade) Pengatur laju aliran udara Regulator oksigen Pengatur tekanan udara oksigen Arduino mega + shield Pemroses data LCD TFT 3,5" + shield Tampilan/layer Pressure sensor MPX 5500 Sensor tekanan Fitting neppel T 1/4" Konektor Konektor T plastik Konektor Fitting pneumatic 1/4" Konektor Extend fitting 1/4" Konektor Inlet socket AC 220V Konektor catu daya Kabel Power 220VAC Kabel Power supply 12Vdc 5A Catu daya Modul charger battery Catu daya Lithium battery 3200 mAh, 3.7V Catu daya Rotary encoder + knob Setting menu Switch ON/OFF Switch Module Buzzer Alarm
Gambar 2. Desain Mekanis Prototipe
Gambar 4. Desain Mekanis Prototipe
breathing  circuit dilewatkan  terlebih  dahulu  melalui perangkat  sistem  humidifikasi  sebelum  masuk  ke pengguna.  Pengaturan  suhu  disesuaikan  dengan  suhu tubuh  yaitu  32  –  37 0 C.  Dalam  anatomi  tubuh,  fungsi sistem  humidifikasi  diibaratkan  fungsi  hidung  dalam sistem pernafasan manusia.
Pengembangan humidifier yang terintegrasi dengan unit utama sistem HFNC menjadikan desain yang diusulkan  menjadi  lebih  kompak  dibanding    penelitian sebelumnya.  Penelitian  sebelumnya,  tidak  menyertakan humidifier dalam  sistem  (Utomo,  2022) atau humidifier dibuat  terpisah  dari  unit  utama  HFNC  (Rasyiid  & Subardjah,  2021).  Sistem  humidifikasi  sangat  penting dalam  menciptakan  sistem  oksigenasi  yang  efektif. Kelembaban  yang  tepat  dan  udara  yang  sesuai  dengan suhu  tubuh  diperlukan  dalam  mengkondisikan  udara  dan meningkatkan kenyamanan pasien.
Humidifier merupakan sistem kontrol penghangat dan  pelembap  udara  yang  dapat  diatur  sesuai  kebutuhan.
Sebelum  memasuki  sistem  pernapasan  pasien,  oksigen dan udara bebas bertekanan dicampur untuk menyamakan temperatur  dan  kelembapan  udara.  Sebelum  memasuki sistem  pernapasan  pasien,  oksigen  dan  udara  bebas bertekanan  dicampur  untuk  menyamakan  temperatur  dan kelembapan  udara.    Hal  ini  penting,  mengingat  jika temperatur  31 0 C  sd  37 0 C  dan  kelembapan  udara  tidak seimbang  berpotensi  berdampak  negatif  pada  sistem saluran pernapasan. Secara klinis, penggunaan humidifier dapat membantu mengatasi iritasi yang dipicu oleh udara kering yang berasal dari oksigen dan udara tekan.
Spesifikasi  dari  pengembangan  alat  High  Flow Nasal  Cannula-  Low  Power  Consumption  adalah:  catu daya  menggunakan  baterai  12  VDC;  FiO2  sebesar  21  – 100%; flow sebesar  ≤  60  LPM; safety  alarm menggunakan low  battery,  low  pressure serta near/end oksigen empty, low flow ; adapun dimensi alat 25 x 20 x 20 cm.
Tabel 4. Peralatan Uji Kinerja
No Peralatan Merek Tipe Nomer Seri 1 Safety Analyzer Fluke ESA615 2519026 2 Thermohygrometer Fluke 5020A 2.08.08.06.011.01 3 Gas Flow Analyzer Citrex VT Plus HF 4707001 4 Oxygen Monitor Maxtech Max2 BH20099002 Tabel 5. Hasil Pengujian Keamanan Listrik
Parameter Pengukuran Keamanan Listrik Terukur Toleransi Tegangan jala-jala
Tahanan isolasi kabel catu daya
Tahanan hubungan pertahanan
Arus bocor tanpa pembumian Arus bocor polaritas terbalik dengan pembumian
Arus bocor polaritas terbalik tanpa pembumian 219.5 V ac 0.5 MΩ 0.127 Ω 0.1 μA 0.2 μA 0.2 μA 220 V ac ±10%
≥ 20 MΩ ≥ 2 Ω
≤ 500 μA
≤ 100 μA ≤ 100 μA
Tabel 2. Hasil Pengukuran Kondisi Ruangan No Parameter Nilai 1 Suhu Sebelum 23.5 0 C Sesudah 23.7 0 C 2 Kelembaban Sebelum 65% RH Sesudah 66% RH Tabel 3. Hasil Pemeriksaan Fisik dan Fungsi Prototipe No    No Parameter Kondisi Berfungsi   Tidak 1 Main Unit Mixer system √ Pengaturan Flow O2 √ Pengaturan Udara tekan √ Safety Alarm √ Pengisian Baterai √ 2 Penunjukkan/Display Alat: FiO 2 √ Flow O 2 √ Indikator Pengisian Baterai √ 3 Regulator Oksigen √ Prototipe ini telah melalui proses pengujian skala laboratorium  dengan  fase  pengujian  awal  ( self assessment )  yang  terdiri  dari  uji  fungsi  alat,  pengujian kinerja  alat  dan  pengujian  keselamatan  listrik  serta  uji kehandalan  catu  daya  cadangan.  Lokasi  pengujian dilaksanakan  di  Laboratorium  Life  Support  jurusan Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes Jakarta II.
Sesuai  prosedur,  sebelum  pengujian  alat  perlu dilakukan  pengukuran  kondisi  ruangan  baik  sebelum dan  sesudah  kegiatan  berlangsung.  Hal  ini  ditujukan untuk  memastikan  kondisi  ruangan  terjaga.  Hasil pengukuran suhu dan kelembaban ruangan laboratorium life  support  jurusan  Teknik  Elektromedik  dapat  dilihat pada Tabel 2.
Setelah  proses  pengujian  kondisi  ruangan dilanjutkan  dengan  kegiatan  pemeriksaan  fisik  dan fungsi  alat  yang  hasilnya  ditunjukkan  pada  Tabel  3. Hasil  pemeriksaan  fisik  dan  pengujian  fungsi prototipe , menunjukkan  fitur-fitur  pengaturan  yang  ada  di  unit utama  HFNC,  seluruhnya  mampu  ditampilkan  pada Nexian  7”  diantaranya  nilai  fraksi  oksigen  (FiO 2 ), temperatur humidifier , flow (laju  aliran  oksigen)  dan indikator baterai.
Tahapan  uji  selanjutnya  berupa  pengukuran parameter  output  unit  utama prototipe HFNC.  Adapun persiapan alat yang dibutuhkan dapat dilihat pada Tabel 4.  Pengujian  output  selanjutnya  adalah  pengujian keamanan  kelistrikan  yang  dilihat  dari  parameter tegangan  jala-jala,  tahanan  kabel,  dan  arus  bocor  yang
sesuai  dengan  standar  IEC60601-1.  Pengukuran keamanan listrik dilakukan  menggunakan alat electrical safety  analyzer (ESA) dengan  hasil  pengujian ditunjukkan pada Tabel 5.
Setelah  melakukan  pengujian  keamanan  listrik, diperlukan pengujian tambahan yaitu pengujian keandalan  catu  daya  yang  digunakan,  dalam  hal  ini adalah rechargeable battery . Hasil pengujian menunjukkan  ketahanan  baterai  sebagai  catu  daya cadangan mampu bertahan hingga 16 jam.
Hasil  pengujian  sistem humidifier yang ditunjukkan pada Tabel 6, menunjukkan nilai kelembaban dan suhu berada pada nilai yang memenuhi batas toleransi yang ditetapkan yaitu sd 100% RH untuk kelembaban  dan  31 0 C  sd  37 0 C  untuk  temperatur.  Hasil tersebut  memperlihatkan  bahwa  nilai  suhu  dan kelembaban rerata yang terukur memenuhi nilai ambang batas  yang  diizinkan.  Pengujian  suhu  dan  kelembaban udara  yang  dihasilkan  oleh prototipe humidifier
doi: 10.14710/teknik.v43i3.42888                 Copyright © 2022, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
Gambar 5. Pengujian Capaian Fraksi Oksigen (%FiO2)
Tabel 6. Pengujian Humidifier
No  Parameter Rerata ukur Ambang Batas 1 Suhu 33,72+0.5 0 C 31-37 0 C
2 Kelembaban  98+1%RH
s.d100%RH
mengacu  pada  standar  ASTM  F1690-96,  2004  tentang standar  spesifikasi  untuk humidifier s  yang  digunakan untuk keperluan kesehatan (ASTM_International, 2004).
Seperti  yang  telah  dilaporkan  dalam  sejumlah tinjauan  baru-baru  ini,  terapi  HFNC  terdiri  dari  udara atau kombinasi oksigen dan udara  tekan  yang diberikan dengan  laju  aliran  terus  menerus  >20  LPM  atau  lebih tinggi pada orang dewasa (Ward, 2013) (Lee & Rehder, 2013).  Semua  sistem  HFNC  kontemporer  memanaskan dan melembabkan gas untuk meningkatkan kenyamanan pasien dan mengurangi beban termodinamika paru-paru. Meskipun  diakui  bahwa  penghangatan  dan  pelembaban aliran  udara  yang  diperlukan  untuk  terapi  HFNC  yang efektif,  tingkat  panas  dan  kelembapannya  belum  diukur secara objektif (Ward, 2013).
Terapi  HFNC  yang  efektif  dimaksudkan  untuk memberikan gas yang telah dihangatkan dan dilembabkan  kepada  pasien.  Kondisi  tersebut  dapat diterima  sepadan  dengan  suhu  anterior  hidung  untuk menjaga kenyamanan pasien dan memberikan kehangatan  gas  pernapasan  yang  diasumsikan  berada pada  kondisi  32 0 C  ±  2 0 C.  Penelitian  Lindemann  (2002) melaporkan studi in-vivo pada manusia yang menunjukkan  bahwa  selama  inspirasi  dan  ekspirasi,
suhu  permukaan  mukosa  hidung  dicatat  menggunakan respon  termokopel  kecil  yang  cepat  di  beberapa  lokasi hidung.  Suhu  permukaan  bervariasi  berdasarkan  lokasi dan  siklus  respirasi.  Katup  hidung  dan concha  anterior dilaporkan sebagai area  yang  paling signifikan terhadap paparan gas dari kanula hidung. Profil temperatur sesaat pada  wilayah  ini  berada  pada  kisaran  28 0 C–32 0 C, dengan  nilai  rata-rata  (rata-rata  waktu)  30 0 C–32 0 C (Lindemann & Leiacker, 2002).
Tahap  pengujian  selanjutnya  adalah  pengujian kinerja  fraksi  oksigen  yang  dihasilkan  dari  komposisi aliran  oksigen  dan  udara  tekan  yang  diatur  sedemikian proporsional  hingga  menghasilkan  persentase  fraksi oksigen yang sesuai kebutuhan.
Hasil  pengujian  kinerja prototipe ditunjukkan pada  grafik  Gambar  5.  Secara  keseluruhan,    grafik tersebut  menunjukkan  pengaturan  laju  aliran  oksigen dari  20-60  lpm  dengan  tekanan  udara  beragam  dari  0 hingga  15  lpm  menghasilkan  fraksi  oksigen  (FiO 2 ) antara  30-100%  dan  nilai  penyimpangan  rata-rata dibawah 5%.
Nilai    penyimpangan    yang    diijinkan  +5%O 2 sesuai  lembar  kerja  (LK)  HFNC  dari  Badan Pengamanan  Fasilitas  Kesehatan  (BPFK).    Selain  itu, berdasarkan  grafik  Gambar  5, prototipe mampu menghasilkan  oksigen  beraliran  tinggi  hingga  nilai ambang  batas  <  60  lpm.  Hasil  pengujian  pemenuhan fraksi oksigen dan laju aliran  oksigen  yang ditunjukkan pada  Gambar  5,  menunjukkan prototipe HFNC  yang dibuat  memenuhi  syarat  sebagai  alat  terapi  oksigen beraliran  tinggi  yaitu  mampu  mengatur  nilai  laju  aliran
doi: 10.14710/teknik.v43i3.42888                 Copyright © 2022, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
udara  sebesar  20-60  LPM  dengan  menghasilkan  nilai fraksi  oksigen  sampai  dengan  100%  (Liu  &  Cheng, 2022).

## 4. Kesimpulan
Penelitian  ini  telah  menghasilkan prototipe HFNC  (high  flow  nasal  cannula).  Secara  seluruhan desain mekanis alat telah sesuai perencanaan dan terlihat kompak  karena humidifier terintegrasi  dengan  unit utama.  Hasil  pengujian  output  menunjukkan prototipe HFNC  memiliki  kemampuan  yang  dipersyaratkan sebagai  alat  terapi  aliran  tinggi  nasal  cannula  yaitu  laju aliran  tinggi  hingga  60  lpm  dan  menghasilkan  nilai fraksi  oksigen  antara  30-100%.  Selain  itu,  pengujian output  pada humidifier menunjukkan  nilai  kelembaban dan  temperature  yang  terukur  memenuhi  nilai  ambang batas  yang  diizinkan.  Hasil  uji  keselamatan  listrik  dan kehandalan baterai telah menunjukkan hasil yang sesuai dengan perencanaan awal. Perancangan prototipe HFNC berbasis  ketersediaan  komponen  lokal  ini  memiliki potensi  untuk  mendukung  ketersediaan  alat  kesehatan buatan  dalam  negeri.  Di  masa  mendatang,  penelitian akan  dikembangkan  melalui  integrasi prototipe HFNC dengan  sistem  monitoring  pasien.  Selain  itu,  pengujian output  tidak  hanya  dilakukan  dengan  alat  ukur  standar, tetapi juga membandingkannya dengan alat sejenis.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada  Poltekkes Kemenkes  Jakarta  II  yang  telah  memberikan  bantuan dana penelitian melalui skema Hibah Penelitian Terapan Unggulan  Perguruan  Tinggi  (PTUPT)  tahun  2021 dengan  No.  SK  HK.02.03/I/0092/2021,  Tanggal    4 Januari 2021

## Daftar Pustaka
ASTM: F1690-96 Standard Specification for Humidifiers  for  Medical  Use,  American Society for Testing Materials  (2004).
Blanche,  A.  d.,  &  Mankefors-Christiernin,  S.  (2007). A Comparative  Study  of  Forward  and  Reverse Engineering  in  UML  Tools .  Paper  presented  at the  International  Conference  on  Applied Computing, Salamanca, Spain
Carter, C., & Aedy, H. (2020). COVID-19 disease: Non- Invasive  Ventilation  and  high  frequency  nasal oxygenation. Clinics  in  Integrated  Care,  1 . doi:10.1016/j.intcar.2020.100006
Geng, S., & Mei, Q. (2020). High flow nasal cannula is a  good  treatment  option  for  COVID-19. Heart
Lung, 49 (5), 444-445. doi:10.1016/j.hrtlng.2020.03.018 Helviz, Y., & Einav, S. (2018). A Systematic Review of the  High-flow  Nasal  Cannula  for  Adult Patients. Crit Care, 22 (1), 71.
doi:10.1186/s13054-018-1990-4
Katarina,  I.  (2021).  Penggunan  High  Flow  Nasal Cannula  (HFNC)  pada  penderita  COVID-19; Sebuah tinjauan literatur Wellness And Healthy Magazine,  3,  Issue  1,  February  2021,  p.  21  – 27(1), 21 – 27.
Kurnia,  D.  A.,  &  Sudaryanto,  A.  (2020). Penggunaan High  Flow  Nasal  Cannula  pada  Pasien  Anak dengan Asma Di UGD: Kajian Literatur . Paper presented  at  the  Prosiding  The  11th  Industrial Research  Workshop  and  National  Seminar Bandung, 26-27 Agustus 2020, Bandung
Lee,  J.  H.,  &  Rehder,  K.  J.  (2013).  Use  of  high  flow nasal  cannula  in  critically  ill  infants,  children, and  adults:  a  critical  review  of  the  literature. Intensive Care Med, 39 (2), 247-257. doi:10.1007/s00134-012-2743-5
Lindemann,  J.,  &  Leiacker,  R.  (2002).  Nasal  mucosal temperature during respiration. Clin
Otolaryngol  Allied  Sci,  27 (3),  135-139. doi:10.1046/j.1365-2273.2002.00544.x
Nasrullah,  N.  (2021).  Kolaborasi  Wujudkan  Target Hilirisasi  Riset  Alkes  Lokal.  Retrieved  from https://www.republika.co.id/berita/qqo28r320/k olaborasi-wujudkan-target-hilirisasi-riset-alkes- lokal
Procopio, G., & Cancelliere, A. (2020). Oxygen therapy via  high  flow  nasal  cannula  in  severe respiratory  failure  caused  by  Sars-Cov-2 infection:  a  real-life  observational  study. Ther Adv Respir Dis, 14 , 1-10. doi:10.1177/1753466620963016
Raja, V. (2008). Introduction to Reverse Engineering. In Reverse Engineering (pp. 1-9).
Rasyiid,  R.  A.,  &  Subardjah,  A.  M.  (2021). Perancangan  Konsep  Sistem  Pencampuran FiO2  Pada  Mesin  GLP  HFNC-01  Secara Otomatis  dengan  Menggunakan  Metode  Pahl and Beitz. Paper presented at the Prosiding The 12th  Industrial  Research  Workshop  and National Seminar Bandung
Rochwerg,  B.,  &  Granton,  D.  (2019).  High  flow  nasal cannula  compared  with  conventional  oxygen therapy for acute hypoxemic respiratory failure: a systematic review and meta-analysis.
Intensive Care Med, 45 (5), 563-572. doi:10.1007/s00134-019-05590-5
Utomo, R. S. (2022). Rancang Bangun High Flow Nasal Cannula  dengan  Parameter  Flow  Rate. Medika Teknika : Jurnal Teknik Elektromedik
Indonesia, 3 (2), 71-83.
doi:10.18196/mt.v3i2.13844
Wang, K., & Zhao, W. (2020). The experience of high- flow nasal cannula in hospitalized patients with 2019  novel  coronavirus-infected  pneumonia  in two  hospitals  of  Chongqing,  China. Ann Intensive Care, 10 (37), 1-5. doi:10.1186/s13613-020-00653-z Ward, J. J. (2013). High-flow oxygen administration by nasal  cannula  for  adult  and  perinatal  patients. Respir Care, 58 (1), 98-122. doi:10.4187/respcare.01941