PENERAPAN ANFIS UNTUK PENGENALAN SINYAL EKG 11_2... · mendapatkan hasil yang efisien dan analisa pola ECG yang akurat waktunya. Electrocardiogram pada abdomen digunakan untuk menentukan

PENERAPAN ANFIS UNTUK PENGENALAN SINYAL EKG

Ahmad Yani

Program Studi Sistem Komputer, STMIK Triguna DharmaJl. A.H. Nasution No. 73F-Medan

[email protected]

Abstrak

Seiring dengan perkembangan metode pengenalan saat ini, Matlab digunakan sebagai mediauntuk mengenal sinyal jantung dengan ANFIS. Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS)adalah penggabungan mekanisme fuzzy inference system yang digambarkan dalam arsitekturjaringan syaraf. Sistem inferensi fuzzy yang digunakan adalah sistem inferensi fuzzy model Tagaki-Sugeno-Kang (TSK) orde satu dengan pertimbangan kesederhanaan dan kemudahan komputasi.ANFIS merupakan sistem adaptif berbasis inferensi logika fuzzy yang menggabungkan dua metodeyaitu adaptif (neural network) dan metode fuzzy. Jaringan adaptif ini digunakan untukmengadaptasi sistem inferensi logika fuzzy agar dapat mewakili sistem inferensi fuzzy yangdiinginkan. Prinsip kerjanya adalah menggabungkan dua metode yaitu metode adaptif dan metodefuzzy dimana keduanya menggunakan dua sumber informasi yang sama, tetapi representasinyaberbeda.

Kata Kunci: ANFIS, EKG, Jantung

Abstract

Along with the introduction of the current method, MATLAB is used as a medium to get to knowthe heart signal with ANFIS. Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) is a fuzzy inferencesystem merging mechanism described in the neural network architecture. Fuzzy inference systemused is the fuzzy inference system model of Tagaki-Sugeno-Kang (TSK) first order withconsideration of the simplicity and ease of computation. ANFIS is an adaptive system based onfuzzy logic inference which combines two methods: adaptive (neural networks) and fuzzy methods.Adaptive network is used to adapt the fuzzy logic inference system in order to represent a fuzzyinference system is desired. Working principle is to combine the two methods and the method offuzzy adaptive method where they use two sources of the same information, but differentrepresentations.

Keywords: ANFIS, ECG, Heart

Ahmad Yani: Penerapan ANFIS untuk Pengenalan Sinyal EKG

Jurnal SAINTIKOMVol. 11 / No. 2 / Mei 2012

PENDAHULUAN

Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System(ANFIS) adalah penggabungan mekanisme fuzzyinference system yang digambarkan dalamarsitektur jaringan syaraf. Sistem inferensi fuzzyyang digunakan adalah sistem inferensi fuzzymodel Tagaki-Sugeno-Kang (TSK) orde satudengan pertimbangan kesederhanaan dankemudahan komputasi. ANFIS merupakansistem adaptif berbasis inferensi logika fuzzyyang menggabungkan dua metode yaitu adaptif(neural network) dan metode fuzzy. Jaringanadaptif ini digunakan untuk mengadaptasisistem inferensi logika fuzzy agar dapatmewakili sistem inferensi fuzzy yang diinginkan.Prinsip kerjanya adalah menggabungkan duametode yaitu metode adaptif dan metode fuzzydimana keduanya menggunakan dua sumberinformasi yang sama, tetapi representasinyaberbeda.

Pada Penelitian ini ANFIS digunakan untukmelakukan pengenalan sinyal jantung. Hasilpengenalan menggunakan ANFIS ini kemudiandibandingkan dengan hasil pengenalanmenggunakan EKG (elektrokardiografi). Darikedua metode tersebut disimpulkan bahwapengenalan menggunakan EKG menghasilkanerror yang lebih kecil, artinya menampilkansinyal keluaran jantung yang lebih baikdaripada menggunakan ANFIS.

Electrocardiography (ECG) merupakancatatan variasi dari potensi bio elektrikberkenan dengan waktu detak jantungmanusia. Dengan digitalisasi sinyalelectrocardiography, analisa komputer daripola ECG dilakukan untuk mendiagnosapenyakit jantung. Banyak hasil pentingmengenai hal ini telah diperoleh untukmendapatkan hasil yang efisien dan analisapola ECG yang akurat waktunya.Electrocardiogram pada abdomen digunakanuntuk menentukan detak jantung.

Elektrokardigrafi adalah ilmu yangmempelajari aktifitas listrik jantung. Sedangkan

Elektrokardiogram (EKG) adalah suatu grafikyang menggambarkan rekaman listrik jantung.Kegiatan listrik jantung dalam tubuh dapatdicatat dan direkam melalui elektroda –elektroda yang dipasang pada permukaantubuh. Kelainan tata listrik jantung akanmenimbulkan kelainan gambar EKG.

EKG hanyalah salah satu alat bantu dalammenegakkan diagnosis penyakit jantung.Gambaran klinis penderita tetap merupakanpegangan yang penting dalam menentukandiagnosis, karena pasien dengan penyakitjantung mungkin mempunyai gambaran EKGyang normal atau sebaliknya individu yangnormal mungkin mempunyai gambaran EKGyang abnormal.

Penyakit jantung koroner adalah terjadinyapenyumbatan sebagian atau total dari satu ataulebih pembuluh darah koroner. Kondisi inidapat menyebabkan terjadinya kerusakan selotot jantung, yang disebut infark miokard.Salah satu alat untuk diagnosa awal infarkmiokard adalah EKG. Seperti dijelaskan olehDevi Febrianty, Dewantoro R.A., Aradea padaseminar nasional 2007 dalam papernya yangberjudul “Analisis Jaringan Syaraf Tiruan Untukmengenali pola Elektrokardiografi DalamMendeteksi Penyakit Jantung Koroner”.

LANDASAN TEORI1. Jantung

Jantung merupakan organ yang terpentingdalam tubuh kita. Jantung memompa darahkeseluruh tubuh . Jantung merupakan organyang sangat penting. Kedudukannya adalahdiantara bagian hadapan spina (tulangbelakang) dan dibelakang tulang dada(sternum), ukurannya sebesar genggamantertutup (penumbuk). Jantung merupakanorgan yang berotot dan otot-otot ini dikenalsebagai miokardium.

Juga pada tulisan Liang-Yu Shu padajournal internasional 2007 dalam papernyayang berjudul “Intelligent Hybrid Methods forECG Classification-A Review” tentang EKG.

94



Seperti juga pada tulisan R.Benali, M.A.Chikhpada journal internasional 2009 dalampapernya “Neuro-Fuzzy Classifier for CardiacArrythmias Recognition”. Juga seperti tulisanT.M. Nazmy, H. EL-Messiry, B.AL-Bokhity padajournal internasional 2009 dalam papernya“Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System forClassification of ECG Signals” tentang EKG.

Darah merupakan pembawa oksigen danzat makanan yang diperlukan untuk tenaga dantumbuh besaran tubuh. Darah juga membawasisa buangan dan gas keluar dan dibuangmelalui organ ginjal atau buah pinggang danparu-paru. Fungsi utama jantung adalahmemompa darah keseluruh tubuh. Dengankeupayaannya memompa sekitar 5 litersemenit., jantung kita akan memastikan agardarah senantiasa mengalir secara terus-menerus keseluruh bagian tubuh.

Ketika sehat, jantung berdetak sebanyak 60hingga 90 kali semenit dan lebih dari 86.400kali dalam sehari. Bagi anak-anak, jantungmereka terpaksa bekerja lebih kuat dari orangdewasa yaitu diantara 100 hingga 120 detaksemenit. Untuk seumur hidup kita, jantungakan berdetak ± 75,2 million kali. Ketikaseseorang itu melakukan senam, ketikaterangsang atau demam, kadar detak jantungakan meningkat secara mendadak. Tapi kitatidak perlu merasa takut dalam hal ini karenaini adalah perubahan fisiologi yang normaluntuk memperbolehkan kita terus hidup.

Tubuh kita mempunyai rangkaian salurandarah yang dikenal sebagai arteri dan vena.Yang berfungsi untuk mengalirkan darah secarabebas ke seluruh tubuh. Darah yang dipompaoleh jantung akan mengalir melalui rangkaiansaluran ini. Jantung dan kedua saluran iniberperan sebagai system peredaran darah,karena kedua-duanya mengalirkan darah keluarmasuk jantung. Arteri akan membawa darahkeluar dari jantung sedangkan vena akanmembawa darah seluruh bagian tubuh masukkembali kedalam jantung. Cabang-cabang arteriyang kecil akan bergabung kepada saluran

darah kecil yang dikenal sebagai arteriol.Arteriol ini akan bergabung lagi kepada saluranyang lebih halus yang dikenal sebagai kapilari.Kapilari-kapilari ini begitu halus dan tidak dapatdilihat dengan mata biasa. Oksigen dan nutriendari kapilari akan diedarkan ke seluruh tubuh.

Arteri yang terbesar dalam tubuh disebutsebagai aorta. Aorta bercabang, keluar darijantung dan kemudian bergabung kepadaarteri-arteri yang lebih kecil. Aorta merupakansaluran untuk darah yang mengantar kebagiankepala, tangan, kaki, dan organ-organ dalamyang lain. Vena akan membawa darah yangtelah kehabisan oksigen itu, kembali ke dalamparu-paru untuk menyerap lebih banyakoksigen, dan kemudian mengantarkannyakembali ke jantung.

Apabila jantung memompa darah keluarmasuk, ia akan menghasilkan detakan jantung.Sebenarnya terdapat dua bagian untuk setiapdetakan. Bagian pertama yang dikenal sebagaisistol, merupakan kesan dari jantung ketikamemompa. Bagian yang kedua dikenal sebagaidiastol. Ianya berlaku ketika jantungberistirahat dan ruang tersebut diisi semuladengan darah. Setiap kali jantung berdetak,maka terdapat arus denyutan darah yangmelalui arteri-arteri. Kita akan dapat merasakandetakan darah itu dengan meletakkan dua jarikeatas arteri yang terdapat di pergelangantangan (arteri radial) atau di bagian leher (artericarotid). Kadar detakan nadi ini akan memberitahu tentang berapa cepat jantung kitaberdetak.

Ukuran jantung manusia kurang lebihsebesar kepalan tangan seorang laki-lakidewasa. Jantung adalah satu otot tunggal yangterdiri dari lapisan endothelium. Jantungterletak di dalam rongga thoracic, di baliktulang dada /sternum. Struktur jantungberbelok ke bawah dan sedikit ke arah kiri.Jantung hampir sepenuhnya diselubungi olehparu-paru, namun tertutup oleh selaput gandayang bernama pericardium, yang tertempelpada diafragma. Lapisan pertama menempel

95



sangant erat kepada jantung, sedangkanlapisan luarnya lebih longgar dan berair, untukmenghindari gesekan antar organ dalam tubuhyang terjadi karena gerakan memompa konstanjantung.

Jantung dijaga di tempatnya olehpembuluh-pembuluh darah yang meliputidaerah jantung yang merata/datar, seperti didasar dan di samping. Dua garis pembelah(terbentuk dari otot) pada lapisan luar jantungmenunjukkan dimana dinding pemisah diantarasebelah kiri dan kanan serambi (atrium) & bilik(ventrikel).

Secara internal, jantung dipisahkan olehsebuah lapisan otot menjadi dua belah bagian,dari atas ke bawah, menjadi dua pompa. Keduapompa ini sejak lahir tidak pernah tersambung.Belahan ini terdiri dari dua rongga yangdipisahkan oleh dinding jantung . Maka dapatdisimpulkan bahwa jantung terdiri dari empatrongga, serambi kanan dan serambi kiri danbilik kanan dan bilik kiri.

2. Sinyal EKGEKG (Elektrokardiogram) atau disebut juga

Electrocardiogram (ECG) merupakan suatualat/perangkat untuk menganalisa aktivitasjantung si penderita apakah terdapat masalahpada kondisi jantung si penderita tersebut.Aktivitas jantung ini dianalisa berdasarkan datahasil keluaran sinyal EKG yang terbentuk darisinyal sinyal listrik pada tubuh si penderita yangdihubungkan dengan semacam kabel yangditempelkan ke tubuh pasien.

Hasil keluaran dari sinyal EKG ini sangatbergantung pada kualitas perangkatnya untukmendapatkan hasil yang akurat karenakesalahan sedikit saja dapat mempengaruhihasil kesimpulan tentang kondisi penyakit yangdialami oleh si penderita.3. Sinyal Elektrokardiogram

Sewaktu impuls jantung melewati jantung ,arus listrik akan menyebar kedalam jaringandisekeliling jantung dan sebagian kecil dari arustersebut akan menyebar kepermukaan tubuh

yang lain. Bila pada permukaan tubuhdiletakkan elektroda-elektroda maka potensiallistrik yang muncul dapat direkam.Rekaman inidisebut elektrokardiogram (electrocardiogramsignal) dan lebih dikenal dengan sinyal EKG.

EKG adalah grafik hasil catatan potensiallistrik yang dihasilkan oleh denyut jantung.Sinyal EKG terdiri atas:

1) Gelombang P, terjadi akibat kontraksiotot atrium, gelombang ini relatif kecilkarena otot atrium yang relatif tipis.

2) Gelombang QRS, terjadi akibat kontraksiotot ventrikel yang tebal sehinggagelombang QRS cukup tinggi.Gelombang Q merupakan depleksipertama kebawah. Selanjutnya depleksikeatas adalah gelombang R . Depleksikebawah setelah gelombang R disebutgelombang S.

3) Gelombang T ,terjadi akibat kembalinyaotot ventrikel ke keadaan listrik istirahat(repolarisasi).

Gambar sinyal EKG dapat dilihat sepertigambar 1 berikut.

4. Adaptive Neuro Fuzzy Inference System(ANFIS).Adaptive neuro fuzzy inference system

(ANFIS) adalah jaringan adaptive yang berbasispada sistem inference fuzzy. Parameter ANFISdapat dipisahkan menjadi dua, yaitu parameterpremis dan konsekuensi yang dapat di-adaptasikan dengan pelatihan hybrid. Pelatihan

Gambar 1. Sinyal EKG

96



hybrid dilakukan dalam dua (2) langkah yaitulangkah maju dan balik.

5. Arsitektur ANFISArsitektur ANFIS untuk model sugeno

terlihat pada gambar 2.2. Arsitektur anfissugeno terdiri atas lima lapis, dan setiap lapisterdapat node. Terdapat dua macam nodeyaitu node adaptive (bersimbol kotak) dannode tetap (bersimbol lingkaran). StrukturANFIS diperlihatkan pada gambar 2 berikut.

Anfis dilatih dengan algoritma pelatihan hybrid.Algoritma pelatihan hybrid terdiri atas dualangkah, yaitu langkah maju dan langkah balik.

1) Pada langkah maju, parameter premistetap, sedangkan parameterkonsekuensi diidentifikasikan denganmetode LSE (Least Squares Estimator)

2) Pada langkah balik sinyal galat (error)antara keluaran yang diinginkan dankeluaran actual dirambatkan mundursedangkan parameter premisdiperbaharui dengan metodepenurunan gradient.

6. Time Series Analysis (Analisis DeretWaktu)Analisis data deret waktu pada dasarnya

digunakan untuk melakukan analisis data yangmempertimbangkan pengaruh waktu. Data-data yang dikumpulkan secara periodik

berdasarkan urutan waktu, bias dalam jam, hariminggu, bulan, kuartal dan tahun, bisadilakukan analisis menggunakan metodeanalisis data deret waktu. Analisis data deretwaktu tidak hanya bisa dilakukan untuk satuvariable (Univariate) tetapi juga bisa untukbanyak variable (Multivariate). Selain itu padaanalisis data deret waktu bisa dilakukanperamalan data beberapa periode kedepanyang sangat membantu dalam menyusunperencanaan kedepan. Beberapa bentukanalisis data deret waktu dapat dikelompokkanke dalam beberapa kategori. Yaitu;

1) Model ARIMA (Autoregressive IntegratedMoving Average)Seperti halnya pada metode analisis

sebelumnya, model ARIMA dapat digunakanuntuk analisis data deret waktu dan peramalandata. Pada model ARIMA diperlukan penetapankarakteristik data deret berkala seperti:stasioner, musiman dan sebagainya, yangmemerlukan suatu pendekatan sistematis, danakhirnya akan menolong untuk mendapatkangambaran yang jelas mengenai model-modeldasar yang akan ditangani. Hal utama yangmencirikan dari model ARIMA dalam rangkaanalisis data deret waktu dibandingkan metodepemulusan adalah perlunya pemeriksaankeacakan data dengan melihat koefisienautokorelasinya. Model ARIMA juga bisadigunakan untuk mengatasi masalah sifatkeacakan, trend, musiman bahkan sifat siklisdata deret waktu yang dianalisis.

2) Analisis Deret Berkala MultivariateModel ARIMA digunakan untuk analisis

data deret waktu pada kategori data berkala‘tunggal’, atau sering dikategorikan model-model univariate. Untuk data-data dengankategori deret berkala berganda (multiple),tidak bisa dilakukan analisis menggunakanmodel ARIMA, oleh karena itu diperlukanmodel-model multivariate. Model-model yangmasuk kelompok multivariate analisisnya lebih

Gambar 2. Struktur ANFIS

97

97



rumit dibandingkan dengan model-modelunivariate. Pada model multivariate sendiri bisadalam bentukanalisis data bivariat (yaitu, hanyadata dua deret berkala) dan dalam bentuk datamultivariate (yaitu, data terdiri lebih dari duaderet berkala).

Model-model multivariate diantaranya:a. Model fungsi transfer,b. Model analisis intervensi

(intervention analysis),c. Fourier Analysisd. Analisis Spectral, dane. Vector Time Series Models.

A. METODOLOGI PENELITIAN1. Landasan Penelitian

Penggunaan Metode Anfis pada penelitianini adalah untuk melihat seberapa baikpenggunaan Metode ini untuk pengenalansinyal dalam hal ini sinyal EKG. PenggunaanSoftware MATLAB (Matrix LABoratory) padapenelitian ini berfungsi sebagai alat bantuproses pengenalan sinyal EKG.2. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Rumah SakitUmum Pirngadi Medan. Penentuan lokasiPenelitian ini didasarkan pada beberapa hal:1) Tersedianya data sinyal jantung pasien.2) Tersedianya fasilitas yang mendukung

dalam melakukan penelitian-penelitian ini,baik untuk data, maupun gambar darikarakteristik sinyal EKG.

3) Adanya Dokter dan Perawat yang dapatmembantu proses pengambilan data,memberikan masukan baik kritik dan sarandalam penyusunan Penelitian ini.

3. Teknik Pengumpulan DataAdapun teknik pengumpulan data dalam

penulisan Penelitian ini adalah sebagai berikut:1) Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan, jurnal-jurnal dariinternet dan kajian dari buku-buku tekspendukung.

2) Studi Diskusi

Berupa tanya jawab dengan DosenPembimbing, Dokter dan perawat, maupundiskusi dengan orang yang mengetahuiMATLAB (MATrix LABoratory), serta teman-teman lain, mengenai masalah-masalahyang timbul dalam penulisan Penelitian ini.

3) Pengambilan DataMengumpulkan dan mempelajari datasinyal EKG dari Rumah Sakit UmumPirngadi Medan.

4. Alat PenelitianAdapun alat-alat yang digunakan dalam

penelitian ini adalah:1) Satu unit PC dengan spesifikasi intel

Pentium 4 Prosesor 800 Ghz dan Ram512 Mhz.

2) Satu unit Laptop3) Sinyal EKG4) Perangkat Lunak (Soft ware) MATLAB

(MATrix LABoratory) Versi 6.1

5. Proses PenelitianSesuai dengan tujuan penelitian yaitu

untuk mengetahui hasil analisa data yangbersumber dari program MATLAB (MATrixLABoratory), sehingga tahap pelaksanaanpenelitian adalah sebagai berikut:

1) Mencari selisih perbandingan antaradata sinyal EKG dan anfis.

2) Membentuk grafik frekuensi gelombangsinyal EKG yang terjadi.

3) Menghitung frekuensi pengenalan anfisserta membentuk grafikkarakteristiknya.

Karakteristik sinyal EKG diperlihatkan padagambar 3 berikut.

98



Diagram alir penelitian dapat dilihat padagambar 4 berikut.

B. HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN

Kurva EKG jantung koroner dapat dilihatpada gambar 5.

Kurva EKG adalah grafik yang mencatataktivitas elektrik jantung. Grafik EKG terdiri daribeberapa gelombang , namun yang pentingadalah gelombang R (mewakili arus depolarisasiatau aktivitas elektrik dari otot jantung yangsedang berkontraksi) dan gelombang T(mewakili arus repolarisasi atau aktivitas ototjantung yang sedang berelaksasi).

Melalui aktivitas elektrik jantung, dokterdapat mengetahui irama jantung, besarnyajantung, dan kondisi otot jantung. Sebagaicontoh , apabila ada bagian otot jantung yangtidak terekam aktivitas elektrik (tidak adagelombang R), hal ini menunjukkan bahwabagian ini pernah terjadi serangan jantung.Apabila gelombang T di EKG mendatar ataumencekung kebawah , hal ini menunjukkansuplai darah ke otot jantung berkurang. Jadipasien ini mungkin menderita penyakit jantungkoroner.

Kurva EKG normal/sehat dapat dilihat padagambar 6.

Gambar 3. Karakteristik Sinyal EKG

Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

Gambar 5. Kurva EKG Jantung Koroner

99



Gambar 6 memperlihatkan gambarangelombang EKG normal. Gambaran gelombangEKG satu siklus jantung terdiri dari satugelombang P, satu kompleks QRS, dan satugelombang T. Kompleks QRS sebenarnya terdiridari tiga gelombang yang terpisah , yaitugelombang Q, gelombang R, serta gelombang S.Gelombang P dan kompleks QRS merupakangelombang depolarisasi, sedangkan gelombangT adalah gelombang repolarisasi.

Gelombang P merupakan gambaranpotensial listrik yang muncul sewaktu atriumberdepolarisasi. Jadi, gelombang P terjadisebelum kontraksi atrium. Kurva EKG denganmetode ANFIS dapat dilihat pada gambar 7.

SIMPULAN

Dari hasil pengenalan sinyal EKG denganMetode Anfis di Bantu dengan Software Matlabdapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Pengenalan sinyal jantung normaldengan tipe gauss mempunyai nilai rata-rata kesalahan 0,19 sedangkan sinyaljantung koroner dengan fungsikeanggotaan tipe segitiga mempunyainilai rata-rata kesalahan 0,12.

2. Dari grafik perbandingan antara SinyalEKG dan pengenalannya denganmetode Anfis pada gambar terlihatbahwa grafik pengenalan sinyal EKGdengan Metode Anfis menyesuaikandengan data sinyal EKG.

DAFTAR PUSTAKA

K. Gurney. Introduction to Neural Network.http://www.Shef.ac.uk/psychology/gurney/notes/contents.html.

Leslie Smith. 2003. An Introduction to NeuralNetworks, Centre for cognitive andComputational Neuroscience. Departmentof Computing and Mathematic Universityof Stirling. [email protected].

Nikolay Nikolaef. Neural Network.http://homepages.Gold.ac.uk/nikolaef/cis311.html.course outline for fall 2004.

Sri Kusumadewi. 2004. Membangun JaringanSyaraf Tiruan. Yogyakarta: Graha Ilmu.

Suhartono. 2007. Feedforward Neural NetworkUntuk Pemodelan Runtun Waktu.Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.

W. Patterson. 1995. Artificial Neural NteworkTheory and Applications. Jhon Wiley andSons, Inc.

Widodo Azis, Thomas Sri. 2005. Sistem NeuroFuzzy Untuk Pengolahan Informasi,Pemodelan dan Kendali. Edisi Pertama.Yogyakarta: Graha Ilmu.

Gambar 6. Kurva EKG Normal/Sehat

Gambar 7. Kurva EKG dengan Metode ANFIS

100

Documents

PENERAPAN ANFIS UNTUK PENGENALAN SINYAL EKG 11_2... · mendapatkan hasil yang efisien dan analisa pola ECG yang akurat waktunya. Electrocardiogram pada abdomen digunakan untuk menentukan