## Simulator Tekanan Darah: Minimalisasi Pengaruh Laju Inflasi dan Deflasi Terhadap Simulasi Osilasi
ALFIN DARWONGSO 1 , FUAD UGHI 1* , SIDDIQ WAHYU HIDAYAT 2
1 Biomedical Engineering Swiss German University
2 Pusat Penelitian Sistem Mutu dan Teknologi Pengujian – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Email: * fuad.ughi@sgu.ac.id
Received 8 November 2018 | Revised 30 November 2018 | Accepted 7 Januari 2019

## ABSTRAK
Simulator  tekanan  darah  biasa  digunakan  sebagai  nilai  referensi  dalam mengevaluasi  tensimeter  otomatis  (NIBP  monitor).  Penelitian  sebelumnya menunjukkan bahwa simulator tekanan darah dapat dibuat dengan menggunakan micro air pump berbasis motor dc sebagai aktuator. Namun, hasil simulasi yang dihasilkan  berbeda  untuk  setiap  merek  tensimeter.  Hasil  analisa  menunjukkan bahwa laju inflasi dan deflasi yang berbeda mempengaruhi karakteristik simulasi. Studi ini bertujuan untuk mengembangkan firmware simulator baru berdasarkan nilai pulse width modulation (PWM) dan gradien inflasi-deflasi untuk meminimalkan pengaruh tersebut, sehingga simulator dapat memberikan hasil yang sama untuk berbagai jenis dan merek NIBP monitor. Validasi  dengan simulator referensi dan evaluasi  dalam  kondisi  statis  dan  dinamis  menunjukkan  simulator  yang dikembangkan cukup andal untuk melakukan pemeriksaan awal, termasuk evaluasi pengulangan hasil tensimeter otomatis.
Kata kunci : NIBP monitor, PWM, NIBP simulator, gelombang osilasi, laju inflasi, laju deflasi

## ABSTRACT
Blood pressure simulators are commonly used as reference values in evaluating NIBP (noninvasive blood pressure) monitors. Prior research shows that an NIBP simulator  can  be  made  using  dc  motor  based  micro  air  pump  as  the  actuator. However, the simulator yield different results for different brands of NIBP monitor. The analysis result showed that inflation/deflation rates do affect the simulation’s characteristic. This research aims to develop a new simulator firmware based on pulse  width  modulation  (PWM)  values  and  rising-falling  slope  to  minimize  the corresponding  effect  so  that  the  developed  simulator  could  generate  the  same result for various types and brands of NIBP monitor. Validation using a reference simulator  and  evaluation  in  static  and  dynamic  conditions  showed  that  the developed  simulator  is  reliable  enough  to  do  a  quick  pre-checks,  including assessing the repeatability of NIBP monitors.
Keywords :  NIBP  Monitor,  PWM,  NIBP  Simulator,  Oscillometric  Waveform, Inflation Rate, Deflation Rate

## 1. PENDAHULUAN
Tensimeter otomatis yang banyak beredar di pasaran sebagian besar menggunakan metode osilometrik.  Metode  ini  memanfaatkan  osilasi  tekanan  pada  manset  tensimeter  yang disebabkan oleh denyut pada pembuluh darah untuk menentukan nilai tekanan darah tanpa memerlukan  perangkat  tambahan  atau  penilaian  dari  personil  medis.  Salah  satu  masalah dalam penggunaan alat tensimeter otomatis adalah evaluasi atau kalibrasi perangkat tersebut untuk memberikan pengukuran tekanan darah yang tepat dan akurat (Balestrieri, Daponte, &  Rapuano,  2009) .  Proses  evaluasi  dapat  dilakukan  melalui  perangkat  simulator  yang dikenal sebagai Simulator Tekanan Darah Non-Invasif ( NIBP Simulator). Harga perangkat ini cukup  mahal  (mencapai  141  juta  rupiah  untuk  simulator  merek  FLUKE  Biomedical,  Model BPPM2L / ECG-SHK pada November 2017), sehingga dapat menjadi kendala untuk berbagai industri kecil atau rumah sakit kelas bawah yang perlu untuk melakukan pemeriksaan cepat atau  mengevaluasi  perangkat  mereka.  Oleh  karena  itu,  pengembangan  simulator  berbiaya rendah bisa menjadi solusi untuk masalah ini.
Gregorius  Alvin  Dewanto  sebelumnya  telah  melakukan  penelitian  awal  terkait  dengan pengembangan simulator berbiaya rendah, yakni dengan harga ±2,5 juta rupiah yang dibuat dengan menggunakan komponen-komponen elektronik sederhana untuk nilai preset tekanan darah 120/80 mmHg. Namun, dalam pengujian simulator tersebut, hasil simulasi yang baik dan  tepat  hanya  terbatas  pada  alat  tensimeter  merek  tertentu.  Hal  ini  disebabkan  karena program yang dibuat untuk melakukan simulasi mengikuti sifat dari merek tensimeter OMRON, yang  akhirnya  membuat  hasil  simulasi  hanya  bagus  pada  tensimeter  merek  OMRON (Dewanto, 2016) .  Nico Antonio Santoso mengembangkan versi penelitian Dewanto dengan penambahan  nilai  preset  dan  mode  simulasi  baru,  yaitu  metode inflating.  Namun  untuk memberikan  hasil  yang  sama,  diperlukan  program  ( firmware)  simulasi  berbeda  untuk  tiap merek. Ini berbeda dari pengujian dengan simulator NIBP komersial, yang menghasilkan hasil yang sama terlepas dari semua jenis atau merek monitor NIBP (Santoso & Ughi, 2017) .
Gagasan dari metode pada program yang digunakan oleh kedua penelitian tersebut di atas adalah  dengan  menemukan  beberapa  target  osilasi  untuk  tiap  nilai  tekanan  tertentu (Dewanto,  2016) (Santoso  &  Ughi,  2017) .  Ilustrasi  pada  Gambar  1  menjelaskan bagaimana nilai  selisih ditentukan  dari  suatu  grafik  osilasi. Nilai target ini digunakan untuk menentukan  nilai  tekanan  osilasi  yang  perlu  diberikan  oleh  simulator  pada  titik  tekanan tertentu  hingga  mencapai  nilai  target  osilasi  tersebut.  Hal  ini  dapat  dilakukan  dengan menentukan  nilai  "selisih"  ( Difference)  yang  didapat  dari  nilai  osilasi  pada  tekanan  target dikurangi dengan nilai osilasi awal ( Initial Oscillation Value).
Gambar 1. Penentuan Nilai Perbedaan dari Grafik Osilasi terhadap Tekanan

## Simulator Tekanan Darah: Minimalisasi Pengaruh Laju Inflasi dan Deflasi Terhadap Simulasi Osilasi
Metode  ini  bekerja  dengan  memberikan  daya  motor  (nilai  PWM)  berdasarkan  perbedaan antara nilai osilasi target dan nilai osilasi awal. Namun, ada beberapa kasus yang ditunjukkan pada  Gambar  2  yang  membuktikan  bahwa  metode  ini  tidak  ideal  untuk  digunakan  untuk berbagai jenis atau merek monitor NIBP.

## Gambar 2. Osilasi yang Dihasilkan dengan Metode Target Osilasi
Dengan menggunakan nilai target osilasi yang tetap, diharapkan hasilnya akan selalu sama untuk setiap pengukuran. Namun, dari sejumlah pengukuran dan analisis, ditemukan bahwa nilai osilasi awal ( initial oscillation value) dapat berbeda-beda untuk setiap NIBP monitor dan juga  dapat  berbeda  untuk  setiap  pengukuran  (kasus  A).  Sehingga  untuk  beberapa  kasus seperti kasus B dan kasus C pada gambar diatas, di mana nilai osilasi awal sama dengan nilai target (perbedaan=0) atau  melebihi tekanan  target (perbedaannya  minus), tidak  akan ada daya yang diberikan kepada motor, dan motor akan berhenti bekerja untuk waktu tertentu sehingga osilasi  pun tidak  terjadi. Sedangkan pola osilasi  tidak beraturan  (kasus  D)  terjadi ketika monitor tidak dapat menemukan hasil karena osilasi yang diberikan tidak cukup jelas.
Hal  ini  diduga  karena  setiap  monitor  NIBP  otomatis  memiliki  laju  inflasi  atau  deflasi  yang berbeda yang mungkin memiliki pengaruh besar terhadap performa simulator, sehingga hasil simulasi yang dideteksi oleh monitor NIBP berbeda jauh dari yang diinginkan. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan satu firmware simulator yang dapat meminimalkan efek tersebut dan menghasilkan hasil yang sama untuk berbagai merek monitor NIBP.

## 2. METODOLOGI
Studi  ini  menggunakan  referensi  dari  simulator  komersial  yang  terdapat  di  laboratorium Elektromedik,  Pusat Penelitian  Sistem dan Mutu Teknologi Pengujian (P2SMTP) – Lembaga Ilmu  Pengetahuan  Indonesia  (LIPI).  Simulator  referensi  dan  sistem  yang  dirancang  lalu digunakan untuk menguji empat NIBP monitor yang berbeda. Hasilnya kemudian dibandingkan untuk  mengevaluasi  performa  simulator  yang  dirancang.  Perangkat  keras  yang  digunakan merupakan  perangkat  keras  yang  sama  yang  digunakan  oleh  dua  penelitian  sebelumnya, (Dewanto, 2016 & Santoso, 2017) dengan sensor tekanan dikalibrasi ulang sebelumnya.

## 2.1. Validasi Tensimeter Otomatis ( NIBP Monitor)
Empat merek berbeda (OMRON HEM 7203, ABN DU-120, Dr. Care HL888, dan Family Dr. TD- 3124)  dievaluasi  menggunakan  sebuah  referensi  simulator  ( NIBP  Simulator  merek  FLUKE Biomedical  tipe  BP  Pump  2).  Tiga  NIBP  monitor  (OMRON,  ABN,  Dr.  Care)  merupakan  tipe deflating (mengukur tekanan darah ketika tekanan pada manset berkurang), sedangkan satu NIBP monitor (Family Dr.) merupakan tipe inflating (mengukur tekanan darah ketika tekanan
pada  manset  bertambah).  Foto  pada  Gambar  3  menunjukkan  tipe  NIBP  Monitor  yang digunakan pada studi ini. Uji akurasi untuk setiap perangkat dilakukan dengan mengacu ke Standar Nasional Indonesia tentang spesifikasi NIBP monitor pada SNI IEC 80601-2-30:2014 (Badan Standardisasi Nasional, 2014) .

## Gambar 3. Empat Merek Tensimeter Otomatis yang Digunakan
Uji  validasi  ini  dibagi  menjadi  dua  fase  (uji  akurasi  dan  uji  pengulangan),  dengan  masing- masing mencakup tes untuk mode Neonatal (70/40 – 140 beat per minute atau bpm) dan mode Normal (120/80 - 80 bpm) menggunakan manset eksternal. Dalam uji akurasi, total 40 hasil (20 untuk setiap tes – uji pertama dan uji kedua) diperoleh untuk setiap mode (Neonatal dan Normal) dari masing-masing perangkat, dan rentang pengukuran harus kurang dari atau sama  dengan  ±3  mmHg  dari  pembacaan  untuk  tekanan  darah  sistolik  (SBP)  dan  tekanan darah  diastolik  (DBP).  Perbedaan  rata-rata  hasil  yang  dihitung  dalam  Tes  1  dan  Tes  2 dibandingkan sebagai uji pengulangan, dan hasilnya tidak boleh melebihi batas ±3 mmHg.

## 2.2. Blok Diagram Simulator yang Dikembangkan
Perangkat keras simulator yang dikembangkan, diilustrasikan pada blok diagram di Gambar 4.

## Gambar 4. Blok Diagram Simulator NIBP
Prinsip kerjanya secara singkat adalah sebagai berikut, cuff (manset) NIBP monitor yang akan dievaluasi,  disambungkan  dengan air  splitter,  sehingga  tekanan  udara  yang  dipompa  oleh NIBP  monitor  akan  terhubung  dengan  simulator  NIBP.  Pada  simulator  NIBP,  jalur  tekanan udara dibagi lagi untuk dihubungkan ke sensor tekanan dan micro air pump. Display digunakan untuk  menampilkan  preset  tekanan  darah  yang  akan  disimulasikan.  Sensor  tekanan  akan membaca tekanan udara pada manset, kemudian micro air pump akan memberikan osilasi tekanan  sesuai  dengan  tekanan  udara  pada  saat  itu,  untuk  menyimulasikan  osilasi  yang dihasilkan  oleh  denyut  pada  pembuluh  darah.  Gambar  5  mengilustrasikan  penggunaan simulator yang dikembangkan ketika mengevaluasi NIBP monitor.
Simulator Tekanan Darah: Minimalisasi Pengaruh Laju Inflasi dan Deflasi Terhadap Simulasi Osilasi

## Gambar 5. Ilustrasi Penggunaan Simulator yang Dikembangkan

## 2.3. Kalibrasi Sensor Tekanan
Sensor  tekanan  yang  digunakan  (MPX5100GP)  dikalibrasi  menggunakan voltmeter  dan tensimeter manual merkuri. Nilai tegangan dicatat untuk setiap kenaikan tekanan 2 mmHg. Kalibrasi dilakukan sebanyak tiga kali pengukuran dari 0 hingga 300 mmHg, yang merupakan tingkat rentang tekanan yang diperlukan untuk menguji alat tensimeter menurut International Organization  of  Legal  Metrology  OIML  R16-2  Recommendations (International Organization of Legal Metrology, 2002) .

## 2.4. Data Referensi
Pengambilan data referensi dilakukan menggunakan referensi yang sama (simulator FLUKE Biomedical). Lima standar preset tekanan darah (SBP / DBP: 80/50, 100/65, 120/80, 150/100, 200/150  dengan denyut  nadi  80  bpm)  digunakan  dalam  pengambilan  data  referensi  untuk setiap  monitor.  Sejumlah  30  sampel  diambil  untuk  setiap  preset  tekanan  darah  dan  untuk setiap monitor. Hal ini untuk memberikan analisis dan perhitungan yang akurat seperti yang direkomendasikan oleh Probability and Statistical Inference (Hogg & Tanis, 1977) .
Semua data pengukuran yang telah direkam dianalisis menggunakan program Microsoft Excel menjadi dua grafik, yakni grafik tekanan terhadap waktu dan osilasi terhadap waktu seperti diilustrasikan oleh grafik pada Gambar 6.

## Gambar 6. Analisis Bentuk Gelombang Sinyal
Berikut merupakan lima parameter utama yang dianalisis dari grafik yang diperoleh.
1. Start Point : Titik tekanan dimana proses osilasi dimulai (dalam mmHg).
2. End Point : Titik tekanan dimana proses osilasi berakhir (dalam mmHg).
3. MAP  (mean  arterial  pressure) :  Titik  tekanan  pada  amplitudo  osilasi  tertinggi  di dalam satu proses osilasi (dalam mmHg).
4. Deflation/Inflation  rate :  Laju  penurunan/kenaikan  tekanan  dimulai  dari  waktu dimulainya proses osilasi hingga berakhirnya proses osilasi.
5. Valley–Peak  duration :  Jumlah  waktu  yang  diperlukan  untuk  menyelesaikan  satu siklus osilasi (lembah-puncak).
Modus  naik  terjadi  dari  titik  mula  proses  osilasi  hingga  titik  MAP,  sementara  modus  turun terjadi dari titik MAP hingga titik akhir proses osilasi. Laju deflasi atau inflasi ( Deflation/Inflation Rate) dianalisis untuk mengetahui pengaruh laju yang berbeda terhadap performa dan hasil simulasi.  Durasi  waktu  dari  lembah  ke  puncak  serta  durasi  waktu  dari  puncak  ke  lembah digunakan untuk menentukan durasi menyala/ ON dan durasi mati/OFF pada motor micro air pump. Dengan mengatur kecepatan rotasi motor dc (saat kondisi ON) pada micro air pump menggunakan PWM ( pulse width modulation), sinyal osilasi dapat dibuat dari kombinasi motor ON dan OFF.

## 2.5. Algoritma Perangkat Lunak
Gagasan dari algoritma perangkat lunak pada studi ini adalah untuk menemukan nilai PWM terbaik pada nilai tekanan tertentu pada setiap preset tekanan darah. Berbeda dari metode target osilasi pada penelitian sebelumnya, nilai PWM yang digunakan pada tiap nilai tekanan akan tetap, sehingga osilasi yang dihasilkan untuk tiap monitor NIBP akan berbeda.
Nilai  PWM  diatur  sedemikian  rupa  untuk  membentuk envelope  osilasi  berbentuk  gunung dengan  puncak  pada  titik  MAP,  sehingga  monitor  NIBP  dapat  membaca  pulsa  osilasi  dan menangkap nilai sistolik dan diastolik. Untuk mencapai hal tersebut, pada studi ini dibagi lima fase pengaturan nilai PWM, sebagai berikut: (1) tekanan lebih besar titik awal osilasi (20 mmHg di atas nilai sistolik), tidak ada osilasi (PWM = 0); (2) tekanan 20 mmHg di atas nilai sistolik sampai tekanan sistolik, nilai PWM bertambah secara linier tergantung nilai tekanannya; (3) nilai  sistolik  sampai  dengan MAP, PWM bertambah secara linier  juga dengan laju  kenaikan yang  berbeda;  (4)  MAP  sampai  dengan  nilai  diastolik,  PWM  berkurang  secara  linier;  (5) diastolik  sampai  dengan  selesainya  pengukuran,  PWM  berkurang  secara  linier  dengan  laju penurunan yang berbeda.
Gambar 7. Skenario Tentang Bagaimana Nibp Monitor Mencatat Nilai Sistolik dan Diastolik dari Kumpulan Gelombang Osilasi
Skema  pada  Gambar  7  merupakan  ilustrasi  asumsi  panduan  penetapan  PWM  pada  preset tekanan 150/100, di mana simulator akan mulai memberikan osilasi pada tekanan 20 mmHg di atas nilai sistolik (170 mmHg).
Untuk membentuk gelombang osilasi berbentuk gunung, maka nilai PWM yang diberikan harus bertambah besar  untuk setiap turunnya nilai  tekanan ( rising  slope). Pada modus naik, jika rising  slope  terlalu  tinggi  maka  nilai  osilasi  (garis  berwarna  oranye)  akan  terlebih  dahulu menyentuh garis batas/ threshold (garis asumsi pengambilan nilai sistolik/diastolik), sehingga nilai sistolik akan jatuh di atas nilai target sistolik dan begitupun sebaliknya.
Setelah  titik  MAP,  nilai  PWM  yang  diberikan  harus  berkurang  untuk  setiap  turunnya  nilai tekanan ( falling slope). Menyerupai konsep rising slope sebelumnya, untuk titik MAP hingga titik diastolik, jika falling slope terlalu tinggi, maka nilai osilasi akan terlebih dahulu melewati garis batas dan menyebabkan nilai akhir diastolik akan jatuh di atas nilai target diastolik dan sebaliknya.
Pada  nilai  tekanan  tertentu,  jika  nilai  PWM  yang  diberikan  terlalu  kecil,  motor  tidak  akan berputar  karena jumlah tekanan di luar motor jauh  lebih  besar dibandingkan  dengan  daya yang diberikan. Di sisi lain, jika daya yang diberikan terlalu besar, nilai tekanan tidak dapat turun saat proses deflasi karena tekanan yang diberikan terlalu besar.
Untuk menghasilkan osilasi yang sesuai untuk tiap preset, rangkaian nilai PWM yang diberikan berbeda. Tetapi untuk preset yang sama, rangkaian nilai PWM akan sama untuk semua merek NIBP monitor.

## 2.6. Validasi Simulator yang Dikembangkan
Proses validasi dibagi menjadi dua bagian; bagian pertama dilakukan dengan membandingkan hasil  dengan  nilai  referensi  (simulator  FLUKE  Biomedical),  bagian  kedua  dilakukan  dengan membandingkan  hasil  dengan  nilai  set  (sesuai  dengan  preset darah  standar).  Pada  bagian pertama, sejumlah 30 hasil diambil untuk setiap 5 preset tekanan darah standar menggunakan simulator  referensi  yang  terhubung  ke  setiap  monitor  NIBP.  Hasil  rata-rata  dari  nilai-nilai sistolik, nilai-nilai diastolik, dan laju denyut dibandingkan dengan hasil menggunakan simulator yang dikembangkan. Pada bagian kedua, hasil dari simulator secara langsung dibandingkan dengan  nilai  set  standar  preset  BP.  Persentase  kesalahan  antara  nilai  rata-rata  yang  telah dihitung  diambil  sebagai  uji  akurasi,  dan  nilai  standar  deviasi  antara  hasil  pengukuran simulator yang dikembangkan juga diambil sebagai uji pengulangan.

## 2.7. Evaluasi Simulator yang Dikembangkan
Menurut  metode  yang  dikembangkan  pada  penelitian  Gersak  dkk  (2009),  proses  evaluasi simulator yang dikembangkan dapat dibagi menjadi dua kondisi, kondisi statis dan dinamis. Dalam  kondisi  statis,  menyerupai  metode  kalibrasi  sensor  tekanan  sebelumnya,  sensor tekanan  dalam  simulator  yang  dikembangkan  dievaluasi  sekali  lagi  menggunakan sphygmomanometer  merkuri  manual.  Dalam  kondisi  dinamis,  stabilitas  output  simulator ditentukan  dari  kemampuan  perangkat  untuk  menghasilkan  serangkaian  amplitudo  pulsa tekanan yang sama dalam interval waktu 30 detik sementara tekanan manset dipertahankan pada tingkat tekanan tertentu. Tes pengulangan output simulator yang dikembangkan juga diambil dengan membandingkan bentuk kemiringan dan pola setiap gelombang osilasi yang dihasilkan  dari  tiga kali pengukuran  yang  berbeda untuk  setiap monitor NIBP  pada tingkat preset tekanan darah tertentu (Geršak, Žemva, & Drnovšek, 2009) .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Validasi Tensimeter Otomatis
Tabel 1 menunjukkan hasil validasi tensimeter otomatis yang diuji dalam penelitian ini. Tiap pengujian T1 dan T2 merupakan rata-rata dari 20 kali pengukuran. Terlihat pada uji akurasi pertama  dan  kedua, perangkat ABN, OMRON,  dan  Dr.  Care  dapat dikategorikan  baik  yang dapat dilihat dari nilai kesalahan masih dalam rentang toleransi (±3mmHg). Namun, perangkat Family  Dr  menunjukkan  beberapa  hasil  yang  kurang  memuaskan  karena  nilai error  untuk tekanan diastolik normal berada di luar batas rentang toleransi. Dari kedua tes dan menurut standar  BSI,  Family  Dr.  tidak  cukup  andal  untuk  digunakan  dalam  penelitian  lebih  lanjut. Tetapi, hasil dari semua perangkat menunjukkan pengulangan yang baik (perbedaan di bawah 1  mmHg)  antara  pengukuran.  Oleh  karena  itu, perangkat  Family  Dr.  masih  dapat  diterima untuk digunakan dalam penelitian lebih lanjut.
Tabel 1. Validasi Tensimeter Otomatis
NIBP Monitor Tekanan (mmHg) Neonatal (70/40 mmHg) Normal (120/80 mmHg) Tes 1 (T1) Error Tes 2 (T2) Error Selisih T1-T2 Tes 1 (T1) Error Tes 2 (T2) Error Selisih T1-T2 ABN Sistolik 68±0 2 68±0 2 0 119±1 1 118±1 2 1 Diastolik  42±0 2 42±1 2 0 79±0 1 79±1 1 0 OMRON Sistolik  72±0 2 72±0 2 0 117±0 3 117±1 3 0 Diastolik  39±0 1 39±0 1 0 82±1 2 82±1 2 0 Dr.Care Sistolik  69±1 1 69±1 1 0 121±0 1 121±1 1 0 Diastolik  42±1 2 41±0 1 1 80±1 0 81±1 1 1 Family Dr. Sistolik  73±1 3 72±0 2 1 118±1 2 118±1 2 0 Diastolik  43±0 3 43±1 3 0 76±0 4 76±0 4 0

## 3.2. Kalibrasi Sensor Tekanan
Sensor tekanan dikalibrasi sebanyak tiga kali untuk setiap 2 mmHg dari 0 hingga 300 mmHg. Hasil  kalibrasi  sensor  tekanan  dapat  dilihat  pada  grafik  tekanan  terhadap  tegangan  pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik Tekanan Terhadap Tegangan pada Kalibrasi Sensor Tekanan
y = 167,642373218703000x - 31,434167631142500 R² = 0,999969894402788 0 50 100 150 200 250 300 0,0 0,5 1,0 1,5
2,0 2,5
Te ka na n (m m H g) Tegangan (volt) Kalibrasi Sensor Tekanan
Simulator Tekanan Darah: Minimalisasi Pengaruh Laju Inflasi dan Deflasi Terhadap Simulasi Osilasi
Nilai  koefisien  determinasi  (R 2 )  sangat  mendekati  1, yang  menunjukkan korelasi  yang  baik antara persamaan hasil  regresi  dengan hasil  pengukuran. Oleh karena itu, persamaan  dari regresi linier pada grafik di Gambar 8 dapat digunakan untuk mengubah nilai input tegangan menjadi nilai tekanan.

## 3.3. Analisis Data Referensi

## 3.3.1. Karakterisasi Denyut Nadi
Karakterisasi  laju  denyut  dari  simulator  referensi  diambil  untuk  menentukan  waktu  yang diperlukan untuk sinyal osilasi naik (puncak) dan turun (lembah). Sejumlah 30 karakteristik osilasi dengan 80 bpm, masing-masing 10 data dari preset 100/65 (80 bpm), 120/80 (80 bpm), dan  150/100  (80  bpm)  menggunakan  monitor  ABN,  diambil  untuk  fokus  utama  dalam karakterisasi motor. Laju denyut 80 bpm dipilih karena laju 80 bpm biasa digunakan untuk beberapa preset tekanan darah standar. Waktu yang dibutuhkan untuk turun (OFF), naik (ON), dan total (satu siklus ON-OFF) dianalisis dari 12 siklus pertama. Gambar 9 menyajikan ilustrasi total durasi waktu rata-rata 80 denyut per menit dari puncak ke lembah (turun), lembah ke puncak (naik), dan waktu total untuk satu siklus penuh.

## Gambar 9. Grafik Karakterisasi Denyut Nadi 80 bpm
Dari gambar 9 di atas, total waktu yang diperlukan untuk melakukan satu pulsa osilasi dengan laju denyut 80 bpm adalah 0,751 detik (751 milidetik) berdasarkan simulator referensi. Hasil ini mendekati nilai teoritis 80 bpm sesuai dengan rumus 60.000 (milidetik dalam satu menit) dibagi dengan 80 bpm yang setara dengan 750 milidetik (Matthies, 2014) . Nilai dari hasil yang ditunjukkan di atas dibulatkan menjadi 0,250 detik (250ms) dan 0,500 detik (500ms) untuk kemudian digunakan sebagai waktu jeda osilasi antara motor ON dan motor OFF.

## 3.3.2. Analisis Karakteristik Osilasi
Tabel  2  menunjukkan  karakteristik  masing-masing  tensimeter  otomatis  (NIBP  monitor) berdasarkan 4 poin penting: titik awal, titik akhir, MAP, dan laju deflasi/inflasi. NIBP monitor merek  Family  Dr.  menggunakan  mode inflating  yang  menganalisis  gelombang  osilasi (mengukur tekanan darah) ketika proses pemompaan manset, sehingga nilai titik awal osilasi jauh berbeda dari NIBP monitor lainnya.
Menurut penelitian awal yang telah dilakukan oleh Fuad Ughi dan Gregorius Alvin Dewanto titik awal osilasi yang dibuat oleh simulator NIBP adalah 20 mmHg di atas titik sistolik (Ughi & Dewanto, 2017) . Menurut Tabel 2, osilasi dimulai di atas titik sistolik tetapi masih terletak sedikit di bawah titik 20 mmHg di atas titik sistolik. Hal ini disebabkan oleh perbedaan tingkat deflasi dari setiap monitor NIBP. Tingkat deflasi monitor OMRON adalah yang tertinggi di setiap preset tekanan darah di antara semua merek lain dari monitor NIBP tipe- deflating. Oleh karena laju yang dimiliki terlalu cepat, titik awal program simulator (yang seharusnya 20 mmHg di atas titik sistolik) tidak dapat mengikuti kecepatan tekanan saat mengempis, sehingga titik awal lebih rendah yang dapat dilihat dari bagan di atas. Oleh karena itu, untuk preset yang
0.493 ± 0.021 0.258 ± 0.020 0.751 ± 0.0024 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Down (OFF) Up (ON) Total (ON+OFF) W ak tu (s ) Karakterisasi Denyut Nadi 80 bpm
sama, karena titik awal dari masing-masing monitor lain berbeda (besarnya standar deviasi), hasil di atas tidak dapat digunakan sebagai titik awal standar untuk program simulator, karena dapat dipengaruhi oleh tingkat deflasi yang berbeda. Dengan demikian, untuk preset tekanan darah yang sama, dapat disimpulkan bahwa osilasi yang diberikan oleh simulator harus mulai di atas titik sistolik, yang umumnya adalah 20 mmHg di atas titik sistolik.
Tabel 2. Analisis Data Referensi dari 4 NIBP Monitor Berbeda Preset Analisis NIBP monitor ABN (deflating) OMRON (deflating) Dr. Care (deflating) Family Dr. (inflating) 80/50 (80 bpm) Titik Awal (mmHg) 97 ± 2 96 ± 3 98 ± 1 9 ± 0 Titik Akhir (mmHg) 39 ± 1 29 ± 1 47 ± 1 89 ± 1 MAP (mmHg) 62 ± 1 61 ± 2 62 ± 1 63 ± 2 Laju Inflasi/Deflasi (mmHg/s) 5 ± 0 10 ± 0 4 ± 0 5 ± 0 100/65 (80 bpm) Titik Awal (mmHg) 117 ± 2 110 ± 3 117 ± 1 10 ± 1 Titik Akhir (mmHg) 50 ± 1 37 ± 2 60 ± 1 107 ± 1 MAP (mmHg) 78 ± 1 77 ± 3 78 ± 2 79 ± 1 Laju Inflasi/Deflasi (mmHg/s) 6 ± 0 11 ± 0 5 ± 0 5 ± 0 120/80 (80 bpm) Titik Awal (mmHg) 135 ± 3 128 ± 4 137 ± 2 9 ± 1 Titik Akhir (mmHg) 61 ± 2 46 ± 1 72 ± 1 127 ± 1 MAP (mmHg) 95 ± 2 94 ± 2 95 ± 2 97 ± 2 Laju Inflasi/Deflasi (mmHg/s) 8 ± 0 13 ± 0 6 ± 0 5 ± 0 150/100 (80 bpm) Titik Awal (mmHg) 163 ± 3 158 ± 3 162 ± 7 9 ± 0 Titik Akhir (mmHg) 77 ± 1 71 ± 2 93 ± 1 157 ± 1 MAP (mmHg) 120 ± 2 118 ± 3 119 ± 2 119 ± 1 Laju Inflasi/Deflasi (mmHg/s) 9 ± 0 12 ± 0 7 ± 0 5 ± 0 200/150 (80 bpm) Titik Awal (mmHg) 210 ± 3 207 ± 3 219 ± 2 9 ± 1 Titik Akhir (mmHg) 118 ± 2 92 ± 2 141 ± 2 207 ± 1 MAP (mmHg) 170 ± 2 169 ± 4 170 ± 2 171 ± 2 Laju Inflasi/Deflasi (mmHg/s) 10 ± 0 13 ± 0 7 ± 0 5 ± 0 120/80 (100 bpm) Titik Awal (mmHg) 136 ± 2 132 ± 2 139 ± 1 9 ± 1 Titik Akhir (mmHg) 64 ± 1 55 ± 1 77 ± 1 126 ± 1 MAP (mmHg) 96 ± 1 93 ± 2 95 ± 1 97 ± 1 Laju Inflasi/Deflasi (mmHg/s) 7 ± 0 12 ± 0 6 ± 0 5 ± 0
Untuk preset tekanan darah yang sama, terdapat perbedaan besar pada titik akhir osilasi dari setiap NIBP monitor yang digunakan. Hal ini dapat terjadi karena hasil yang ditunjukkan di atas diambil ketika osilasi dalam grafik telah berakhir, yakni ketika setiap NIBP monitor telah menampilkan atau mendapatkan nilai sistolik dan diastolik. Oleh karena itu, hasil tersebut tidak dapat digunakan sebagai titik akhir standar untuk menentukan kapan osilasi yang diberikan harus berhenti.
Untuk analisis nilai MAP dilakukan untuk menentukan nilai tekanan di mana amplitudo osilasi tertinggi  terjadi  (tekanan  arteri  rata-rata)  dari  masing-masing  preset  tekanan  darah. Berdasarkan karakteristik simulator referensi, hanya terdapat perbedaan kecil antara setiap pengukuran  nilai MAP (standar  deviasi  kecil)  dengan menggunakan  monitor tekanan darah yang  berbeda.  Dengan  demikian,  dapat  disimpulkan  bahwa  nilai-nilai  MAP  tergolong  unik untuk setiap preset tekanan darah.

## 3.4. Validasi Simulator yang Dikembangkan
Sejumlah  30  data  diambil  dengan  menggunakan  4  merk  monitor  NIBP  yang  berbeda menggunakan simulator yang dikembangkan dan simulator referensi. Hasil nilai rata-rata dari simulator yang dikembangkan kemudian dibandingkan dengan nilai set ( Error Set. - Sim.) dan nilai referensi ( Error Ref.- Sim.). Standar deviasi dari 30 data sistolik, diastolik, dan laju denyut kemudian  dihitung  untuk  menentukan  performa  pengulangan  dari  hasil  simulator  yang dikembangkan.

## Tabel 3. Validasi Simulator yang Dikembangkan (80/50 dan 100/65)
Monitor NIBP Analisis 80/50 100/65 Sistolik (mmHg) Diastolik (mmHg) denyut (bpm) Sistolik (mmHg) Diastolik (mmHg) denyut (bpm) ABN Nilai Set 80 50 80 100 65 80 Nilai Referensi 77 49 80 99 63 80 Nilai Simulator 79 51 80 100 66 80 Standar Deviasi 1 1 0 1 1 0 Error (Set. - Sim.) 1 1 0 0 1 0 Error (Ref. - Sim.) 2 2 0 1 3 0 OMRON Nilai Set 80 50 80 100 65 80 Nilai Referensi 77 51 80 98 65 80 Nilai Simulator 81 50 80 101 63 80 Standar Deviasi 1 1 1 1 1 1 Error (Set. - Sim.) 1 0 0 1 2 0 Error (Ref. - Sim.) 4 1 0 3 2 0 Dr. Care Nilai Set 80 50 80 100 65 80 Nilai Referensi 81 51 80 93 64 80 Nilai Simulator 80 50 80 98 66 80 Standar Deviasi 1 0 0 1 0 0 Error (Set. - Sim.) 1 0 0 2 1 0 Error (Ref. - Sim.) 1 1 0 5 2 0 Family Dr. Nilai Set 80 50 80 100 65 80 Nilai Referensi 80 52 80 98 64 80 Nilai Simulator 81 52 80 101 63 80 Standar Deviasi 1 1 0 1 1 0 Error (Set. - Sim.) 1 2 0 1 2 0 Error (Ref. - Sim.) 1 0 0 3 1 0
Tabel 4. Validasi Simulator yang Dikembangkan (120/80, 150/100, dan 200/150)
Monitor NIBP Analisis 120/80 150/100 200/150 Sis Dia  BPM  Sis Dia  BPM  Sis Dia  BPM ABN Nilai Set 120 80 80 150  100 80 200  150 80 Nilai Referensi 119 78 80 148 98 80 199  146 80 Nilai Simulator 118 81 80 150  101 80 200  150 80 Standar Deviasi 1 1 0 2 1 0 2 1 0 Error (Set. - Sim.) 2 1 0 0 1 0 0 1 0 Error (Ref. - Sim.) 1 3 0 2 3 0 1 4 0 OMRON Nilai Set 120 80 80 150  100 80 200  150 80 Nilai Referensi 118 80 80 147  102 80 198  151 80 Nilai Simulator 119 80 80 150  100 80 199  150 80 Standar Deviasi 2 1 1 2 1 0 2 1 1 Error (Set. - Sim.) 1 0 0 0 0 0 1 0 0 Error (Ref. - Sim.) 2 0 0 3 2 0 2 1 0 Dr. Care Nilai Set 120 80 80 150  100 80 200  150 80 Nilai Referensi 121 80 80 141 98 80 199  150 80 Nilai Simulator 120 80 80 149  100 80 199  149 80 Standar Deviasi 0 0 0 1 1 0 0 0 0 Error (Set. - Sim.) 0 0 0 1 0 0 1 1 0 Error (Ref. - Sim.) 1 0 0 8 2 0 1 1 0 Family Dr. Nilai Set 120 80 80 150  100 80 200  150 80 Nilai Referensi 117 77 80 146 98 80 196  154 80 Nilai Simulator 121 77 80 150 98 80 202  151 80 Standar Deviasi 1 1 0 1 1 0 1 1 0 Error (Set. - Sim.) 1 3 0 0 2 0 2 1 0 Error (Ref. - Sim.) 4 0 0 4 0 0 6 3 0
Dari hasil validasi pada Tabel 3 dan Tabel 4, hasil uji pengulangan tergolong sangat baik yang dapat dilihat dari nilai standar deviasi yang tergolong sangat kecil antara setiap pengukuran yang diambil dengan menggunakan simulator yang dikembangkan. Namun untuk beberapa nilai  sistolik  dan  diastolik, error  melebihi  batas  ±3  mmHg  (sesuai  standar  SNI  IEC  80601- 2:30:2014). Hal ini dapat terjadi karena pada saat pembuatan program simulator, hasil yang dituju lebih mengikuti nilai set, yang dapat ditunjukkan dari nilai error antara nilai set dan nilai simulator yang  sangat  baik  (dibawah ±3  mmHg). Selain  itu, pada  nilai-nilai error tersebut, hasil evaluasi selisih nilai referensi dengan nilai set melebihi 3 mmHg.
Selain itu, motor pompa yang digunakan terkadang tidak memberikan performa yang sama, yang  mengakibatkan  motor  tidak  sepenuhnya  berputar  dalam  kondisi  tekanan  tertentu, terutama dengan nilai PWM rendah di titik awal yang dapat mengakibatkan perbedaan hasil sistolik  dan  diastolik.  Perlu  diingat  juga  bahwa  NIBP  monitor pun  memiliki  kesalahan  yang dapat mempengaruhi hasil validasi simulator.
Simulator Tekanan Darah: Minimalisasi Pengaruh Laju Inflasi dan Deflasi Terhadap Simulasi Osilasi

## 3.5. Evaluasi Simulator yang Dikembangkan
Evaluasi dari simulator yang dikembangkan dilakukan dalam dua kondisi, kondisi statis dan dinamis.  Untuk  kondisi  statis,  sensor  tekanan  dievaluasi  kembali  (dengan  pembanding tensimeter manual merkuri) setelah digunakan selama lima bulan dan hasilnya dibandingkan dengan hasil dari kalibrasi sensor tekanan yang telah dilakukan pada fase awal studi. Menurut hasil evaluasi yang diilustrasikan oleh grafik pada Gambar 10, nilai koefisien determinasi (R 2 ) sangat dekat dengan nilai 1 dan nilai persentase kesalahan antara kedua hasil tergolong kecil, yakni di bawah 5% kesalahan untuk setiap tingkat tekanan yang menunjukkan bahwa sensor tekanan masih dalam kondisi baik setelah digunakan selama 5 bulan.

## Gambar 10. Evaluasi Sensor Tekanan dalam Kondisi Statis (Tekanan Terhadap Tegangan)
Untuk  evaluasi  dalam  kondisi  dinamis,  stabilitas  hasil  simulator  yang  dikembangkan  diuji dengan  mengevaluasi serangkaian  puncak tekanan  dalam interval  waktu  30 detik. Evaluasi dilakukan  dengan  menggunakan  perangkat  ABN  yang  diatur  sedemikian  rupa  (dengan perbandingan laju deflasi dan nilai PWM yang sesuai) agar tekanan berkisar di nilai 99 mmHg selama 30 detik. Stabilitas hasil simulator sangat baik yang dapat dilihat di grafik pada Gambar 11 dimana amplitudo puncak tekanan terdistribusi dengan baik dan berpusat di sekitar nilai amplitudo  puncak  rata-rata  (Distribusi  Normal/ Bell-Curved),  yaitu  140.431  dengan  standar deviasi 0.145. Juga, total 40 puncak juga dihasilkan oleh simulator dari durasi 30 detik yang membuktikan bahwa karakterisasi denyut nadi 80 bpm (atau 40 ketukan per setengah menit) dari motor bekerja dengan baik sesuai dengan program.

## Gambar 11.  Serangkaian Pulsa Tekanan Pada 99 mmhg dalam Waktu Interval 30 Detik
Uji pengulangan juga dilakukan dengan membandingkan kemiringan dan pola dari tiga bentuk gelombang  osilasi  yang  berbeda  yang  dihasilkan  dari  setiap  monitor  NIBP  pada  preset 200/150.  Hasilnya  diplot  menjadi  grafik  gabungan  untuk  setiap  monitor  NIBP,  seperti ditampilkan pada grafik di Gambar 12.
y1 = 167.6423732187030x - 31.4341676311425 R² = 0.9999698944028
y2 = 167.2909212705200x - 31.3063595515971 R² = 0.9999725456838 0 100 200 300 400 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Te ka na n (m m H g) Tegangan (volt) Evaluasi Sensor Tekanan dalam Kondisi Statis Calibration (y1) Evaluation (y2)
130 135 140 145 0 5 10 15 20 25 30 N ila i O si la si Waktu (detik) Evaluasi Pengulangan Puncak Tekanan pada 99 mmHg
(a) (b)
Gambar 12. Uji Pengulangan Karakteristik Osilasi. (a) Sinyal Osilasi Tiga Pengukuran Berbeda. (b) Envelope Sinyal Osilasi Tiga Pengukuran Berbeda.
Pola gelombang dan envelope sinyal dari 3 pengukuran yang berbeda menggunakan setiap monitor NIBP tergolong baik dan stabil, yang menunjukkan pengulangan dan stabilitas yang baik antara setiap simulasi yang dilakukan oleh simulator yang dikembangkan.

## 4. KESIMPULAN
Metode  simulator  baru  berdasarkan  nilai  PWM,  dengan  mengatur  kemiringan  naik  dan menurun  sehingga  membentuk envelope  osilasi  dengan  puncak  pada  titik  MAP  berhasil dikembangkan. Program ini bekerja dengan baik dan menghasilkan simulasi yang sama untuk berbagai merek monitor NIBP, baik tipe inflating maupun deflating. Hasil validasi dengan nilai- nilai set, cukup memuaskan yang dapat dilihat dari error yang masih dalam rentang toleransi sesuai  standar nasional  (SNI  IEC  80601-2:30:2014).  Tetapi  karena  pada  proses pengembangan  penentuan  nilai  PWM  lebih  mengacu  pada  nilai  set  yang  dibaca  oleh  NIBP monitor, hasil validasi dengan simulator referensi menunjukkan beberapa nilai error di atas ±3 mmHg.
Evaluasi  simulator  yang  dikembangkan  telah  berhasil  dilakukan  dalam  kondisi  statis  dan dinamis.  Untuk  evaluasi  statis,  hasilnya  menunjukkan  bahwa  sensor  tekanan  masih  dalam kondisi  baik  setelah  digunakan  selama  5  bulan.  Dalam  kondisi  dinamis,  stabilitas  output simulator cukup memuaskan dimana distribusi amplitudo puncak tekanan berpusat di sekitar rata-rata amplitudo (140.5 mmHg) dengan nilai standar deviasi 0.145. Pengulangan simulasi yang  dihasilkan  oleh  simulator  juga  cukup  baik  dan  stabil  yang  dapat  dilihat  dari  pola kemiringan dan gelombang dari 3 pengukuran yang berbeda dari masing-masing monitor NIBP berdekatan satu sama lain. Dengan demikian, simulator yang dikembangkan dapat digunakan untuk pra-pemeriksaan akurasi cepat termasuk menilai karakteristik pengulangan tensimeter otomatis.

## DAFTAR RUJUKAN
Badan  Standardisasi  Nasional.  (2014). Peralatan  Elektromedik  -  Bagian  2-30:  Persyaratan Khusus  untuk  keselamatan  dasar  dan  kinerja  esensial  tensimeter  non  invasive otomatis.
Balestrieri, E., Daponte, P., & Rapuano, S. (2009, May). Open questions on unified apporach for  calibration  of  oscillometric  blood  pressure  measurement  devices. 2009  IEEE International  Workshop  on  Medical  Measurements  and  Applications  (pp.  206-211). Cetraro: IEEE. doi:10.1109/MEMEA.2009.5167985
Dewanto, G. A. (2016). Development of Low Cost Blood Pressure Simulator for Automatic Non- Invasive Blood Pressure Monitor. Tangerang: Swiss German University.
Geršak, G., Žemva, A., & Drnovšek, J. (2009). A procedure for evaluation of non-invasive blood pressure  simulators. Medical  &  Biological  Engineering  &  Computing,  47(12),  1221- 1228. doi:10.1007/s11517-009-0532-2
Hogg, R. V., & Tanis, E. A. (1977). Probability and statistical inference. New York: Macmillan. International Organization of Legal Metrology. (2002). International Recommendation OIML R 16-2 . Paris: International Organization of Legal Metrology.
Matthies, A. (2014). How to convert ms (milliseconds) to BPM (beats per minute) and vice versa. Retrieved June 24, 2018, from http://guitargearfinder.com/guides/convert-ms- milliseconds-bpm-beats-per-minute-vice-versa/
Santoso,  N.  A.,  &  Ughi,  F.  (2017).  Optimization  of  Low  Cost  Blood  Pressure  Simulator  for
Automatic Noninvasive Blood Pressure Monitor. 2017 5th International Conference on Instrumentation,  Communications,  Information  Technology,  and  Biomedical Engineering  (pp.  152-156).  Bandung:  IEEE.  doi:https://doi.org/10.1109/ICICI- BME.2017.8537768
Ughi, F., & Dewanto, G. A. (2017). Karakteristik Osilometrik dari Simulator Tekanan Darah.
Elkomika, 5(1). doi:https://doi.org/10.26760/elkomika.v5i1.15