MONITOR TEKANAN DARAH DIGITAL

MONITOR TEKANAN DARAH DIGITAL

(DIGITAL BLOOD PRESSURE MONITOR)

Disusun oleh:

Asih Setiarini

0610630020

Eka Desiana H.I0610630031

Nur Annisa M.0610630075

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

I. Pendahuluan

Monitor tekanan darah digital merupakan sebuah piranti yang dirancang portable dan digunakan untuk mengukur tekanan darah pasien dan detak jantung serta mampu memompa cuff. Peralatan tersebut terdiri atas external hardware (cuff, monitor, valve dan LCD), rangkaian analog dan mikrokontroler. Rangkaian analog tersebut digunakan untuk mengkonversi nilai tekanan dalam cuff menjadi bentuk gelombang analog yang menarik dan dapat dipakai. MCU menampilkan bentuk gelombang tersebut dan melaksanakan pengkonversian analog ke digital (A/D) sedemikian sehingga kalkulasi lebih lanjut dapat dibuat. Sebagai tambahan, MCU mengontrol operasi dari piranti yaitu tombol dan LCD display.1) Pengukuran Tekanan Darah

Ketika dokter mengukur tekanan darah pasien, maka dokter tersebut akan memompa udara ke dalam cuff dan menggunakan stetoscope untuk mendengarkan suara darah dalam arteri pasien yang terletak pada lengan (artery brachialis). Pada permulaan, udara dipompakan mencapai di atas nilai sistolik. Pada titik tersebut, dokter tidak akan mendengarkan sesuatu pada stetoscope. Setelah tekanan dikendurkan secara berangsur-angsur, pada titik tersebut dokter akan memulai untuk mendengarkan detak jantung. Pada titik tersebut, tekanan cuff bersesuaian dengan tekanan sistolik. Setelah tekanan menurun lebih jauh, dokter akan melanjutkan pendengaran suara (dengan karakteristik berbeda). Dan beberapa menunjukkan, bunyi akan mulai untuk menghilang lenyap. Dalam posisi tersebut, tekanan di lengan cuff sesuai dengan tekanan diastolik.

Untuk menunjukkan sebuah pengukuran, maka menggunakan metode yang disebut oscilometric. Udara akan dipompakan ke dalam cuff sampai sekitar 20 mmHg di atas nilai rata-rata tekanan sistolik (sekitar 120 mmHg untuk tekanan rata-ratanya). Setelah itu udara dalam cuff akan menurun secara pelan menyebakan tekanan dalam cuff menurun. Seperti cuff pelan-pelan dikempiskan, akan mengukur osilasi yang kecil tekanan udara pada cuff lengan. Tekanan sistolik akan menjadi tekanan di mana pulsasi mulai terjadi. Dengan menggunakan MCU untuk mendeteksi titik mana osilasi terjadi dan kemudian merekam tekanan dalam cuff. Kemudian tekanan dalam cuff berkurang lebih lanjut. Tekanan diastolik akan diperoleh pada titik yang mana osilasi mulai tidak tampak.

2) Diagram Hardware

Gambar 1. Blok Diagram Pengoperasian Piranti

Dalam Gambar 1 menunjukkan bagaimana piranti bekerja. Pengguna akan manggunakan tombol untuk mengontrol operasi dari semua sistem. MCU adalah komponen utama yang mengontrol seluruh operasi seperti mengontrol motor dan valve, pengkonversian A/D dan perhitungan sampai pengukuran secara lengkap. Hasilnya kemudian dikeluarkan melalui LCD agar pengguna dapat melihat hasilnya. Rangkaian tiap blok ditunjukkan dalam Lampiran 1.3) Rangkaian Analog

Rangkaian analog digunakan untuk menguatkan sinyal keluaran bagian DC dan AC dari tranduser tekanan sehingga dapat menggunakan MCU untuk memproses sinyal dan menghasilkan informasi yang berguna tentang kesehatan pasien. Tranduser tekanan menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan tekanan masukan diferensial yang dipergunakan. Tegangan keluaran dari tranduser mempunyai range antara 0-40 mV. Tetapi dalam aplikasinya dibutuhkan 160 mmHg untuk memompakan cuff atau sekitar 21,33 kPa. Hal tersebut sesuai dengan tegangan keluaran kira-kira 18 mV. Jadi memilih untuk menguatkan tegangan sehingga tegangan keluaran DC dari DC amplifier mempunyai keluaran dalam range 0-4 V. Sehingga dibutuhkan penguatan sebesar 200. Kemudian sinyal DC amplifier akan dilewatkan ke band-pass filter.

DC amplifier, digunakan untuk menguatkan sinyal bagian DC dan AC. Filter didesain untuk mempunyai penguatan yang besar pada sekitar 1-4 Hz dan melemahkan sinyal yang keluar dari filter band-pass. Bagian AC dari penapis band-pass merupakan faktor penting untuk ditentukan ketika mengambil tekanan sistole dan diastole dan ketika menentukan detak jantung pasien. Langkah yang terakhir adalah AC coupling bertingkat. Dalam perancangan menggunakan resistor identik untuk menyediakan DC bias level kira-kira 2,5 V. Kapasitor 47F digunakan sebagai kopling hanya untuk bagian AC dari sinyal sehingga dapat menyediakan DC bias level secara bebas.II. Perancangan Hardware1) Tranduser Tekanan

Menggunakan tranduser tekanan MPX2050 sebagai sensor tekanan dari cuff. Tranduser menghasilkan tegangan keluaran sebanding dengan tekanan masukan diferensial yang digunakan. Untuk menghubungkan tabung dari cuff ke salah satu masukan dan membiarkan lainnya tebuka. Dengan jalan ini, tegangan keluaran akan sebanding dengan perbedaan antara tekanan dalam cuff dan tekanan udara dalam ruangan. Karakteristik tegangan keluaran dan tekanan masukan diferensial ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar 2. Tegangan Keluaran dan Tekanan Masukan Diferensial

2) DC Amplifier

Sejak tegangan keluaran dari tranduser sangat kecil, maka harus menguatkan sinyal untuk proses lebih lanjut. Digunakan instrumen amplifier AD620 dari perangkat analog. Resistor RG digunakan untuk menentukan tegangan dari penguat (amplifier) sesuai dengan Persamaan 1.

(1)Karena membutuhkan penguatan sekitar 200 sehingga dipilih RG 240 . Untuk nilai RG= 240 sesuai dengan Persamaan 1, penguatan menjadi 206,8 207. Rangkaian DC amplifier ditunjukkan dalam Gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian DC Amplifier3) Band Pass Filter

Tahap Band-pass filter dirancang sebagai cascade dua band-pass filter aktif. Alasan menggunakan dua tingkat tersebut adalah keseluruhan band-pass akan menyediakan penguatan yang besar dan tanggapan frekuensi dari filter mempunyai cutoff yang lebih runcing (tegak) dibandingkan dengan menggunakan satu tingkat. Metode ini akan meningkatkan perbandingan sinyal terhadap noise pada keluaran. Rangkaian kedua filter ditunjukkan dalam Gambar 4. Persamaan 2 menunjukkan rumusan suatu frekuensi cutoff pada filter.

Gambar 4. Bandpass Filter bertingkatPersamaan frekuensi cutoff pada filter

(2) Perhitungan filter a). Band-pass filter pertama:

Frekuensi cutoff rendah adalah:

Fekuensi cutoff tinggi adalah:

Penguatan pada filter pertama adalah:

b). Band-pass filter kedua Frekuensi cutoff rendah adalah

Frekuensi cutoff tinggi adalah

Penguatan filter kedua

Jadi untuk bandpass filter bertingkat, keseluruhannya mempunyai penguatan 399,6. dengan mengkombinasikan dengan penguatan dari DC amplifier, maka total penguatan AC untuk rangkaian adalah . Pemilihan frekuensi cutoff tinggi dan rendah sangat baik dalam memberikan bentuk gelombang AC yang bersih.

4) AC Coupling

AC coupling digunakan untuk menyediakan tingkat DC bias. Level DC yang diinginkan pada bentuk gelombang berlokasi sekitar VDD yang mana bernilai 2.5 V. rangkaian AC coupling ditunjukkan dalam Gambar 5. Diberikan bias level, agar lebih memudahkan proses sinyal AC yang menggunakan ADC pada mikrokontroler.

Gambar 5. AC Coupling Stage untuk DC Bias Level Keluaran AC dari langkah ini merupakan masukan dari ADC pada mikrokontroler. Gambar 6 menunjukkan bentuk gelombang AC.

Gambar 6. AC WaveformIII. Perancangan Software

1) Perancangan untuk Operasi Control

Diagram blok untuk operasi control terdiri atas tujuh keadaan. Keadaan pertama adalah keadaan start, di mana program menunggu user untuk menekan tombol putih pada piranti. Setelah tombol putih ditekan, proses pengukuran mulai dengan memompa hand cuff. Saat cuff dipompakan, jika user merasakaan keadaan tidak nyaman atau tersiksa, user dapat menekan tombol abu-abu (tombol keadaan darurat) untuk menghentikan motor, dengan cepat cuff mengempis dan menghentikan pengukuran. Bagaimanapun juga, jika prosedur pengukuran cuff dengan halus, udara akan dipompakan ke dalam cuff sampai tekanan dalam cuff menjangkau 160 mmHg. Setelah itu, motor akan berhenti dan udara secara pelan-pelan akan keluar dari cuff. Pada keadaan tersebut, user dapat menggagalkan pemrosesan dengan menekan tombol abu-abu. MCU telah memperoleh nilai dari sistolik, diastolik dan heart rate, valve akan membuka mengeluarkan udara dari cuff secara cepat. Kemudian hasil report dari pengukuran akan ditampilkan pada layar LCD. Setelah itu jika tombol hitam telah ditekan, program akan kembali ke keadaan start lagi menunggu untuk pengukuran selanjutnya. Dengan catatan bahwa tombol abu-abu telah ditekan, tombol hitam perlu ditekan agar kembali kekeadaan start. Gambar 7 menunjukkan diagram keadaan untuk operasi kontrol.

Gambar 7. Diagram Keadaan Proses Kontrol 2) Perancangan untuk Mengukur Metrics

Motor memompakan udara ke dalam cuff hingga tekanan melampaui 160 mmHg, motor kemudian berhenti memompa udara dan cuff mengempis, terus sedikit demi sedikit valve membuka. Tekanan dalam cuff mulai menurun kira-kira secara linear terhadap waktunya. Keadaan tersebut, masuk program mode pengukuran. MCU akan meneliti sinyal AC sampai pin ADC0 dan menentukan secara berturut-turut tekanan sistolik, diastolik dan heart rate pada user. Pengukuran tersebut menggunakan metode oscillometric. Di mana program memonitor denyutan kecil dari tekanan dalam cuff. Diagram keadaan untuk pengukuran ditunjukkan dalam Gambar 8.

Gambar 8. Diagram Keadaan untuk Pengukuran

a) Systolic Pressure Measurement

Setelah motor memompa tekanan sampai 160 mmHg yang mana kira-kira lebih dari tekanan sistolik pada orang sehat, cuff mulai mengempiskan dan masuk program keadaan Sys_Measure.Dalam keadaan ini, program akan menampakkan bentuk gelombang AC dari pin ADC0. Ketika tekanan pada cuff menurun untuk nilai tertentu, darah mulai mengalir terus ke lengan. Pada waktu ini, jika diperlihatkan pada oscilloscope maka tampak osilasi. Tekanan sistolik dapat diperoleh dalam keadaan tersebut.

Dalam program tersebut ditetapkan tegangan threshold 4 V untuk bentuk gelombang AC. Pada permulaan, tidak ada pulsa dan tegangan pada pin ADC0 konstan yaitu kira-kira 2.5 V. Kemudian ketika tekanan dalam cuff menurun sampai jangkauan nilai tekanan sistolik, osilasi mulai dan bertambah. Ketika menghitung angka pulsa bahwa nilai maksimum di atas tegangan threshold. Jika program menghitung sampai empat, masuk ke program keadaan Sys_cal. Dalam keadaan ini, program merekam tegangan DC dari pin ADC1. Kemudian mengkonversi nilai tegangan DC tersebut ke tekanan dalam cuff untuk menghitung tekanan sistolik pada pasien.Dalam karakteristik transfer dari tranduser dan penguatan pengukuran DC amplifier, dapat menentukan tekanan sistolik dengan melihat tegangan DC pada pin ADC1. Akan dijelaskan prosedur pengkonversian tersebut. Tegangan DC yang terbaca pada ADC1 diberi keterangan 'DC_voltage' dan pengutan DC amplifier diberi keterangan 'DC_gain'. Sehingga tegangan diferensial yang keluar dari DC amplifier dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.

(3)

Dari karakteristik transfer tranduser yang ditunjukkan dalam Gambar 2, dapat dihitung tekanan berdasarkan transducer_voltage. Kemiringan pada kurva typical ditunjukkan dalam Persamaan 4.

(4)Jadi, tekanan dalam cuff dengan satuan kPa dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 5.

(5)

Kemudian dapat dikonversi kembali tekanan ke dalam satuan mmHg dengan perbandingan . Sehingga perhitungan tekanan dalam mmHg ditunjukkan dalam Persamaan 6.

(6)

Dengan mengkombinasikan Persamaan 3,4,5 dan 6, dapat menentukan formula pengkonversian tegangan DC ke tekanan dalam cuff yang ditunjukkan dalam Persamaan 7.

Setelah program selesai menghitung, masuk keadaan Rate_measure untuk menentukan pulsa rate patien.

b) Pengukuran Rate Pulsa Setelah program program menghitung tekanan sistolik selesai, kemudian mulai memonitoring rate pulsa pasien. Alasan mengapa memilih untuk menentukan rate pulsa setelah menentukan tekanan sistolik karena osilasi bentuk gelombang pada keadaan tersebut paling kuat. Program mengalami bentuk gelombang AC tiap 40 ms. Kemudian merekam interval waktu ketika nilai tegangan 2.5 volt pada bentuk gelombang AC. Program kemudian mengambil nilai rata-rata dari lima interval waktu sehingga heart rate akan akurat. Variabel digunakan untuk menghitung angka interval waktu, count_average ditunjukkan dalam diagram keadaan. Setelah heart rate ditentukan, program kemudian masuk keadaan Dia_measure, di mana mencoba untuk mengukur tekanan diastolik pasien.

c) Pengukuran Tekanan Diatolik

Setelah rate pulsa ditentukan, program masuk keadaan Dias_Measure. Keadaan ini, program tetap menyampling sinyal tiap 40 ms. Kemudian menetapkan tegangan threshold untuk tekanan diastolik. Saat cuff mengempis, pada beberapa titik/keadaan sebelum tekanan mencapai tekanan diatolik, amplitudo osilasi akan menurun. Untuk menentukan tekanan diastolik dengan cara merekam nilai DC pada keadaan ketika amplitudo osilasi menurun di bawah nilai tegangan threshold. Hal ini dapat dilakukan dengan melihat interval waktu pada 2s. Jika bentuk gelombang AC tidak di atas tegangan threshold pada 2s, itu berarti amplitudo osilasi benar-benar di bawah tegangan threshold. Nilai DC dapat kemudian dikonversi kembali ke tekanan dalam cuff lengan menggunakan prosedur yang sama dalam pengukuran tekanan sistolik.

Dengan catatan bahwa menentukan tekanan diastolik sangat sulit dan rancu sejak tegangan threshold tiap orang berbeda.Jadi diperlukan penyesuaian untuk tegangan ambang sehingga tekanan diastolik sesuai dengan yang dikenal pada umumnya. Setelah selesai menghitung program tekanan diatole, maka informasi pengukuran akan ditampilakan pada layar LCD dan pengukuran selesai.

LAMPIRAN 1

Gambar 9 Skematik Rangkaian Analog

Gambar 10 RangkaianMotor dan Valve Control

Gambar 11. Skematik Tegangan Supply Rangkaian

Gambar 12. Tampilan Alat Monitor Tekanan Darah

_1321624738.unknown

_1321677742.unknown

_1321678302.unknown

_1321678840.unknown

_1321679098.unknown

_1321678740.unknown

_1321678098.unknown

_1321672625.unknown

_1321622607.unknown

_1321623032.unknown

_1321622505.unknown