Upload
others
View
9
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
Abstrak—Dengan berkembangnya teknologi pada
dunia medis, telah banyak perangkat medis yang dapat
diintegrasikan dengan perangkat lain, salah satunya
adalah integrasi dengan aplikasi pada perangkat
bergerak. Sistem tersebut akan dapat digunakan secara
individu dengan mudah oleh pengguna. Pengawasan
detak jantung merupakan aspek penting bagi kesehatan.
Pengawasan biasanya dilakukan dengan cara melakukan
pemeriksaan rutin di rumah sakit menggunakan
perangkat yang disebut Electrocardiogram (ECG). ECG
tersebut dapat menghasilkan data secara akurat, namun
perangkat tersebut sangat mahal dan tidak bisa dibawa
kemana-mana karena hanya bisa dilakukan dengan
kunjungan rutin ke rumah sakit.
Dengan adanya aplikasi visualisasi detak jantung
yang diperoleh dari ECG, maka akan dapat membantu
penggunanya untuk melakukan pengawasan detak
jantung secara rutin dan mandiri karena pengguna dapat
mengirimkan data hasil proses visualisasi detak jantung
kepada dokter melalui email dan pengguna dapat
memperoleh informasi hasil diagnosa dari dokter yang
bersangkutan. Selain itu, pada aplikasi ini terdapat fitur
untuk menunjukkan informasi lokasi rumah sakit dan
dokter terdekat. Kata kunci — Electrocardiogram, Mikrokontroler, Aplikasi
pada Perangkat Bergerak.
I. PENDAHULUAN
engan adanya perkembangan medis yang begitu pesat di
kalangan masyarakat modern, sistem atau perangkat
yang digunakan untuk penanganan di bidang kesehatan
menjadi semakin canggih dan profesional. Migrasi teknologi
yang digunakan pada klinik atau rumah sakit menjadi suatu
sistem atau perangkat yang dapat digunakan secara individu
dengan mudah. Untuk mendesentralisasikan beban sistem
kesehatan masyarakat saat ini dan mempromosikan
popularitas dari pemeriksaan kesehatan secara mandiri dan
rutin, banyak cara yang sudah dikembangkan untuk
mempermudah dan mempercepat diagnosa suatu penyakit
dengan akurat.
Dewasa ini, perangkat mobile sudah mulai diintegrasikan
dengan berbagai macam perangkat keras pendukung untuk
menyediakan fungsi yang lebih banyak untuk pengguna, yang
juga mengarah pada integrasi sebuah perangkat pendeteksi
detak jantung yang akan memonitor detak jantung dari
seorang pengguna.
Pengawasan detak jantung merupakan suatu aspek penting
bagi manusia. Pengawasan ini biasanya dilakukan dengan
cara pemeriksaan kesehatan di rumah sakit. Namun demikian,
terdapat berbagai situasi di mana detak jantung tidak dapat
dimonitor ketika sedang berada di rumah, di kantor, atau
bahkan sedang mengemudi kendaraan ataupun ketika sedang
berolahraga secara terus-menerus. Biasanya pengawasan
detak jantung dilakukan di rumah sakit dengan menggunakan
perangkat yang disebut ECG (Electrocardiogram). Meskipun
ECG tersebut dapat menghasilkan data secara akurat, namun
perangkat tersebut sangatlah mahal dan tidak bisa dibawa
kemana-mana karena hanya bisa dilakukan dengan kunjungan
rutin ke rumah sakit. Untuk memecahkan masalah ini, maka
pada paper ini dibuat suatu sistem yang dapat
memvisualisasikan detak jantung dari alat ECG ke aplikasi
mobile dengan memanfaatkan mikrokontroler sebagai sensor.
Sistem ini dapat menyimpan data hasil rekam detak jantung.
Data tersebut dapat dikirim ke dokter melalui fasilitas
pengiriman email yang disediakan di dalam aplikasi dan
dapat dibuka kembali untuk melihat hasil visualisasinya
melalui aplikasi ini. Selain itu, pada aplikasi ini juga terdapat
fitur untuk memberikan informasi lokasi rumah sakit dan
dokter terdekat dengan tujuan dapat membantu pengguna jika
dalam keadaan darurat.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Electrocardiogram (ECG)
Electrocardiogram (ECG) adalah representasi dari suatu
sinyal yang dihasilkan oleh aktifitas listrik otot jantung. EKG
ini merupakan rekaman informasi kondisi jantung yang
diambil dengan memasang electroda pada badan. Rekaman
EKG ini digunakan oleh dokter ahli untuk menentukan kodisi
jantung dari pasien. Sinyal EKG direkam menggunakan
perangkat elektrokardiograf. Tindakan pemeriksaan
elektrokardiogram disebut elektrokardiografi. Tes ECG
atau pemeriksaan ECG biasanya dilakukan oleh dokter, hasil
ECG dinilai oleh dokter spesialis misalnya spesialis penyakit
HeartDroid: Rancang Bangun Visualisasi
Electrocardiogram (ECG) menggunakan
Mikrokontroler Arduino
Muhammad Faridh Dj., Ary Mazharuddin S., Hudan Studiawan
Teknik Informatika, Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: [email protected]
D
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
2
jantung, spesialis penyakit dalam, spesialis elektrofisiologi,
spesialis anestesi, atau spesialis bedah. ECG adalah tes
kesehatan yang umum yang merupakan bagian dari check-up
kesehatan berkala [1].
B. Mikrokontroler ARM STM32F4-series (Cortex-M4)
STM32 adalah mikrokontroler buatan
STMicroelectronics menggunakan arsitektur 32 Bit RISC
berdasarkan ARM core buatan ARM Holdings. STM32
terbagi dalam beberapa jenis core, seperti Cortex-M4F,
Cortex-M3, Cortex-M0+ dan Cortex-M0. Tidak seperti AVR
dan PIC yang tersedia dalam package DIP dan SMD, semua
variant STM32 hanya tersedia dalam package SMD ( TQFP,
QFP, FQFP, LQFP). Sehingga cukup menyulitkan bagi
pengembang yang ingin membuat rangkaian menggunakan
breadboard (protoboard).
STM32 terbagi menjadi bererapa varian sebagai berikut:
1. STM32 L1-series (Cortex-M3)
2. STM32 F0-series (Cortex-M0)
3. STM32 F1-series (Cortex-M3)
4. STM32 F2-series (Cortex-M3)
5. STM32 F4-series (Cortex-M4)
6. STM32 F3-series (Cortex-M4)
Varian yang sering sekali digunakan didalam proyek
opensource dan edukasi adalah STM32 F1, STM32 F3 dan
STM32 F4. Beberapa seri mikrokontroler dari keluarga
STM32 F4-series ada STM32F407VGT6 dan
STM32F405RGT6.
STM32 F4-series adalah kelompok pertama dari STM32
mikrokontroler berdasarkan inti ARM Cortex-M4F. F4-series
juga merupakan seri STM32 yang pertama yang memiliki
DSP dan instruksi floating point. F4 merupakan seri yang
kompatibel dengan STM32 F2-seri apabila komunikasi
secara pin-to-pin dan memiliki kecepatan clock yang lebih
tinggi, 64K CCM RAM statis, full duplex I²S, meningkatkan
real-time clock, dan memiliki ADC yang lebih cepat[2].
Pada paper ini, mikrokontroler yang digunakan adalah
mikrokontroler STM32F4 Discovery. STM32F4 Discovery
adalah development board dengan mikrokontroler ARM
Cortex-M4 yang memiliki tingkat kecepatan clock sampai
dengan 168 MHz, mampu mengeksekusi perintah sampai
dengan 210 MIPS (Million Instruction per Second).
Mikrokontroller ini memiliki 1 MByte Flash PEROM (Flash
Programmable and Eraseble Read Only Memory), 192
Kbyte SRAM, 100 pin, 5 buah port I/O yang mana setiap pin
dalam masing masing port dapat diprogram tersendiri,
memiliki dua belas buah timer/counter 16 bit dan dua buah
timer/counter 32 bit. Mikrokontroler STM32F4 Discovery
dapat dilihat pada Gambar. 1.
III. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK
A. Arsitektur Perangkat Lunak
Pada Gambar 2 di atas merupakan arsitektur sistem
yang akan dibangun pada Tugas Akhir ini. Aplikasi ini
berjalan pada saat elektroda yang ada pada alat ECG
dipasang di bagian tertentu pada tubuh manusia. Kemudian
sinyal dari ECG akan diterima dan diterjemahkan dari sinyal
analog ke digital oleh mikrokontroler. Proses ini dinamakan
signal conditioning. Sinyal tersebut nantinya direkam dan
akan dikirim melalui bluetooth ke perangkat mobile secara
real-time untuk melihat hasil visualisasi sinyal detak jantung
dalam bentuk grafik. Data dari hasil dari visualisasi detak
jantung dapat disimpan dan dibuka kembali apabila
pengguna membutuhkannya. Setelah selesai maka pengguna
dapat mengirim email yang isinya data hasil visualisasi detak
jantung yang baru saja dilakukan ke alamat email dokter
yang telah disimpan sebelumnya.
Selain itu, aplikasi ini juga menyediakan fitur
pendukung, dimana aplikasi ini akan menunjukan lokasi
rumah sakit terdekat apabila dalam keadaan darurat. Aplikasi
akan memanfaatkan layanan dari Google places API yang
dapat digunakan untuk mengetahui lokasi seseorang dengan
cara memperoleh posisi longitude dan latitude pengguna
tersebut. Begitu pula dengan menentukan lokasi rumah sakit.
Layanan tersebut memanfaatkan sistem GPS yang terdapat
pada Android dan menggunakan Google Maps sebagai
penentu lokasi.
Gambar. 1. STM32F4 Discovery
Gambar. 2. Arsitektur Perangkat Lunak
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
3
B. Deskripsi Alur Sistem
Pada sistem ini hanya terdapat 1 aktor, yaitu pengguna.
Pengguna adalah aktor yang dapat menggunakan semua fitur
yang ada pada sistem visualisasi detak jantung. Proses
dimulai pada saat elektroda yang ada pada alat ECG dipasang
di bagian atau titik-titik tertentu pada tubuh manusia.
Kemudian sinyal dari ECG akan diterima dan diterjemahkan
dari sinyal analog ke digital oleh mikrokontroler. Proses ini
dinamakan signal conditioning. Sinyal tersebut dikirim
melalui bluetooth module yang juga telah terpasang pada
mikrokontroler ke perangkat bergerak dan akan ditampilkan
dalam bentuk grafik secara real-time. Berikut adalah alur
diagram sistem pada proses visualisasi detak jantung
ditunjukan pada Gambar. 3.
C. Fitur Aplikasi
Aplikasi HeartDroid memiliki beberapa fitur sebagai
berikut:
1. Menampilkan grafik hasil visualisasi dari ECG.
2. Menyimpan data detak jantung.
3. Melihat kembali grafik hasil visualisasi detak jantung dari
ECG dari data detak jantung yang telah disimpan.
4. Mengirim email hasil data detak jantung.
5. Menampilkan informasi lokasi rumah sakit dan dokter
terdekat.
IV. IMPLEMENTASI
A. Implementasi Aplikasi
Berikut ini akan dijabarkan tentang implementasi fitur
yang terdapat pada aplikasi.
1. Impelementasi fitur menampilkan grafik hasil visualisasi
terdapat pada Gambar .4.
2. Implementasi fitur menyimpan data detak jantung terdapat
pada Gambar .5.
3. Implementasi fitur melihat grafik hasil visualisasi detak
jantung dari data yang telah disimpan terdapat pada
Gambar .6.
4. Implementasi fitur mengirim email hasil data detak jantung
terdapat pada Gambar .7.
5. Impelementasi fitur menampilkan informasi lokasi rumah
sakit dan dokter terdekat terdapat pada Gambar .8.
Mempersiapkan
EKG
Menghubungkan
dengan
Mikrokontroler
Melakukan Login
pada Aplikasi Mobile
HeartDroid
Klik Menu
Heart Rate
Klik Tombol
Connect
Cek
Bluetooth
AKtif
Aktifkan
Bluetooth
Melakukan Scan
Paired Device
Melihat Grafik
Secara Real-
Time
Menampilkan Hasil
scan paired Device
dan memilih device
yang akan
disambungkan
Memilih device
yang akan
disambungkan
Klik
Tombol
Disconnect
NO YES
MULAI
SELESAI
Gambar. 3. Diagram Alir Kasus Penggunaan Melakukan Pencarian Diskon
byte[] readBuf = (byte[]) msg.obj; String strIncom = new String(readBuf, 0, 1); String cek = toBinary(strIncom.getBytes()); int nilaiy= Integer.parseInt(cek.substring(0,8),2); Series.appendData(new GraphViewData(graph2LastXValue,(double)nilaiy),AutoScrollX);
Gambar. 4. Implementasi Fitur Menampilkan Grafik Hasil Visualisasi ECG
File file = Environment.getExternalStorageDirectory(); File filename = new File(file, namaFile+".txt"); BufferedWriter writer; writer = new BufferedWriter(new FileWriter(filename, true)); writer.write(Integer.toString(nilaiy)); writer.newLine(); writer.close();
Gambar. 5. Implementasi Fitur Menyimpan Data Detak Jantung
File file = Environment.getExternalStorageDirectory(); FileReader fin; fin = new FileReader(m_chosen); Scanner src = new Scanner(fin); while (src.hasNext()) { if (src.hasNextInt()) { i = src.nextInt(); Series.appendData(new GraphViewData(x+=0.01,(double)i),AutoScrollX); } fin.close();}
Gambar. 6. Implementasi Fitur Melihat Hasil Visualisasi Detak Jantung dari Data
yang Disimpan
protected void sendEmail() { String[] recipients = {recipient.getText().toString()}; Intent email = new Intent(Intent.ACTION_SEND, Uri.parse("mailto:")); email.setType("message/rfc822"); email.putExtra(Intent.EXTRA_EMAIL, recipients); email.putExtra(Intent.EXTRA_SUBJECT,subject.getText().toString());email.putExtra(Intent.EXTRA_TEXT,body.getText().toString()); try {startActivity(Intent.createChooser(email, "Choose an email client from...")); } catch
(android.content.ActivityNotFoundException ex) {Toast.makeText(SendEmail.this, "No email client installed.",Toast.LENGTH_LONG).show();}}
Gambar. 7. Implementasi Fitur Pengiriman Email
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
4
B. Implementasi Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah perangkat berupa chip
yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan
umumnya dapat menyimpan program didalamnya.
Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central
Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung
seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah
terintegrasi di dalamnya. Kelebihan utama dari
mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan I/O
pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi
sangat ringkas.
Mikrokontroler yang telah diimplementasikan akan
menerima data berupa tegangan listrik dari ECG yang sedang
dipasangkan pada tubuh manusia dan nantinya setelah
melalui proses maka akan memberikan output sebuah data
bertipe byte array 8 bit. Data tersebut harus diolah terlebih
dahulu agar dapat digunakan pada proses aplikasi. Untuk itu
dibutuhkan sebuah fungsi yang digunakan untuk merubah
sinyal yang didapat dari ECG dan mentransfer data setelah
melalui proses pengkondisian sinyal. Selanjutnya data
tersebut akan digunakan untuk diproses agar datanya dapat
ditampilkan pada layar smartphone dalam bentuk grafik
secara real-time. Tools yang digunakan adalah CoIDE
Coocox. Pada CoIDE telah tersedia library untuk mengolah
data masukan dari ECG dan mengubahnya dari analog
menjadi digital dengan menggunakan ADC (Analog-to-
Digital Converter). Kemudian data tersebut akan ditransfer
melalui Bluetooth module yang juga telah terpasang pada
mikrokontroler.
V. PENGUJIAN DAN EVALUASI
Pengujian dilakukan untuk menguji apakah fungsionalitas
sistem sudah berjalan dengan benar. Rincian pengujian
adalah sebagai berikut:
1. Pengujian Menampilkan Grafik Detak Jantung Secara
Real-Time
Hasil pengujian menampilkan grafik detak jantung
secara realtime dapat dilihat pada Gambar. 9. Dari
pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi
menampilkan grafik detak jantung secara realtime dapat
berjalan dengan benar.
2. Pengujian Menampilkan Data Visualisasi Grafik Detak
Jantung dari data yang telah disimpan
Hasil pengujian menampilkan data visualisasi grafik
detak jantung dari data yang telah disimpan dapat
dilihat pada Gambar. 10. Dari pengujian tersebut dapat
dibuktikan bahwa fungsi open file grafik detak jantung
dapat berjalan dengan benar.
3. Pengujian Menampilkan Lokasi Rumah Sakit dan
Dokter Terdekat.
Gambar. 9. Hasil Pengujian Menampilkan Grafik Detak Jantung secara Realtime
Gambar. 10. Hasil Pengujian Menampilkan Visualisasi Grafik Detak Jantung
dari data yang telah disimpan
Gambar. 11. Hasil Pengujian Menampilkan Lokasi Rumah Sakit dan Dokter
Terdekat
String types = "hospital|doctor"; try { types = URLEncoder.encode(types, "UTF-8"); } catch (UnsupportedEncodingException e1) { // TODO Auto-generated catch block e1.printStackTrace(); } String placesSearchStr = "https://maps.googleapis.com/maps/api/place/nearbysearch/" + "json?location="+lat+","+lng+ "&radius=5000&sensor=true" + "&types=" + types + "&key=AIzaSyAFW15pMmzl2-TSUQ8jndBrwqeABqDOpqc"; //ADD KEY new GetPlaces().execute(placesSearchStr); locMan.requestLocationUpdates(LocationManager.NETWORK_PROVIDER, 30000, 100, this);
Gambar. 8. Implementasi Fitur Menampilkan Informasi Rumah Sakit dan Dokter
Terdekat
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
5
Hasil pengujian menampilkan lokasi rumah sakit dan
dokter terdekat dapat dilihat pada Gambar. 11. Dari
pengujian tersebut dapat dibuktikan bahwa fungsi
menampilkan lokasi rumah sakit dan dokter terdekat
dapat berjalan dengan benar.
4. Pengujian Pengiriman Email
Hasil pengujian pengiriman email dapat dilihat pada
Gambar. 12. Dari pengujian tersebut dapat dibuktikan
bahwa fungsi mengirim email data detak jantung dapat
berjalan dengan benar.
VI. KESIMPULAN & SARAN
Dari proses perancangan, implementasi, serta
pengujian sistem dapat ditarik kesimpulan-kesimpulan
sebagai berikut.
1. Sistem dapat menampilkan visualisasi detak jantung
dari ECG dengan mengubah input sinyal data analog
menjadi digital dengan menggunakan mikrokontroler
dan dapat dibuka kembali untuk menampilkan data
dalam bentuk grafik.
2. Sistem dapat menerjemahkan data input sinyal yang
dikirim melalui ECG dengan cara mengubah sinyal data
analog ke digital oleh mikrokontroler agar dapat dibaca
oleh aplikasi perangkat bergerak dan ditampilkan dalam
bentuk grafik secara real-time pada layar perangkat
bergerak.
3. Penggunaan ECG tanpa dihubungkan dengan aplikasi
HeartDroid memerlukan waktu untuk mentransfer data
yang kemudian data tersebut akan ditampilkan setiap 2
detik sekali. Sedangkan dengan menggunakan ECG
yang dihubungkan dengan aplikasi HeartDroid, waktu
yang diperlukan untuk mentransfer data dan
menampilkannya pada layar perangkat bergerak hanya
memiliki selisih 1 detik (menampilkan data setiap 1
detik sekali).
4. Sistem dapat melakukan pencarian lokasi rumah sakit
atau dokter terdekat apabila membutuhkan. Untuk
proses penentuan lokasi, penggunaan teknologi GPS,
Google Maps dan geolocation terbukti cukup mampu
menampilkan lokasi dengan akurat. Selain itu, pada saat
aplikasi menampilkan informasi lokasi rumah sakit atau
dokter pengguna dapat memilih lokasi terdekat dengan
melihat jarak yang ditampilkan setiap pengguna
menekan marker pada map. Kemudian, pada saat lokasi
pengguna berubah atau sedang berjalan maka aplikasi
akan otomatis melakukan update perubahan lokasi baik
itu lokasi pengguna maupun lokasi rumah sakit atau
dokter selama pengguna tetap bergerak.
5. Sistem menyediakan fitur mengirim pesan pada aplikasi
sebagai alat bantu bagi pengguna untuk dapat
berkomunikasi dengan pihak dokter.
Saran yang dapat digunakan untuk perbaikan adalah
sebagai berikut:
1. Aplikasi dapat langsung melakukan diagnosa atas proses
visualisasi yang dilakukan oleh pengguna.
2. Tampilan grafik diperhalus dengan menggunakan filter
untuk mengurangi noise grafik.
3. Perlu dipercepat kalibrasi untuk penerimaan data.
4. Aplikasi dapat diimplementasikan pada semua platform
perangkat bergerak.
5. Dengan sistem ini maka diharapkan membantu dan
memudahkan pengguna untuk dapat mengetahui gejala
penyakit jantung lebih dini.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis M.F.D. mengucapkan terima kasih kepada Tuhan
Yang Maha Esa, kedua orangtua dan keluarga penulis, dosen
pembimbing, seluruh dosen Teknik Informatika ITS, kerabat
dekat, serta berbagai pihak yang telah membantu penulis
dalam menyelesaikan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Guyton. AC, Hall. JE, Textbook of Medical Physiology,
Philadelphia: WB Saunders Company, 2006.
[2] “STM32F407VG: High-performance and DSP with
FPU, ARM Cortex-M4 MCU with 1 Mbyte Flash, 168
MHz CPU, Art Accelerator, Ethernet,” [Online].
Available:
http://www.st.com/web/catalog/mmc/FM141/SC1169/S
S1577/LN11/PF252140?s_searchtype=partnumber.
[Accessed 24 Mei 2014].
Gambar. 12. Hasil Pengujian Pengiriman Email