1. Pendahuluan
Penyakit kardiovaskular masih menjadi salah satu penyebab kematian tertinggi di dunia. Deteksi dini terhadap kelainan jantung menjadi kunci utama dalam pencegahan dan penanganan medis yang lebih efektif. Salah satu metode diagnostik yang paling umum dan vital adalah Elektrokardiografi (EKG atau ECG).
Elektrokardiografi adalah teknik pencatatan aktivitas listrik jantung seiring waktu. Aktivitas ini dihasilkan oleh depolarisasi dan repolarisasi otot jantung (miokardium) yang terdeteksi melalui elektroda yang ditempatkan di permukaan kulit. Secara klinis, alat EKG komersial tersedia luas namun seringkali memiliki harga yang mahal dan kompleksitas operasional yang tinggi untuk pemantauan rumahan sederhana.
Perancangan alat EKG berbasis Arduino ini bertujuan untuk menghasilkan prototipe yang akurat, portabel, dan terjangkau. Penggunaan 3 channel (kanal) dalam sistem ini diharapkan dapat memberikan data yang lebih komprehensif dibandingkan dengan single-channel, memungkinkan analisis sinyal P-QRS-T yang lebih detail dari Lead I, Lead II, dan Lead III secara bersamaan.
2. Tujuan Perancangan
Perancangan sistem EKG 3 channel ini memiliki beberapa tujuan teknis dan fungsional sebagai berikut:
- Merancang Hardware: Membangun rangkaian elektronika yang mampu mendeteksi sinyal bio-potensial jantung yang sangat lemah (orde mikrovolt) dan menguatinya tanpa noise yang signifikan.
- Implementasi Mikrokontroler: Memanfaatkan Arduino sebagai unit pemrosesan pusat untuk melakukan konversi sinyal analog ke digital (ADC) dari tiga channel secara simultan.
- Visualisasi Data: Menampilkan hasil rekaman sinyal EKG secara real-time pada perangkat komputer melalui antarmuka grafis sederhana.
- Analisis Lead Dasar: Menampilkan representasi Lead I, II, dan III untuk melihat perbedaan potensial listrik antar titik elektroda (Right Arm, Left Arm, Left Leg).
3. Metodologi dan Perancangan Sistem
Sistem secara garis besar dibagi menjadi dua bagian utama: blok frontend (penerima sinyal tubuh) dan blok backend (pemrosesan data). Karena Arduino Uno hanya memiliki 6 pin analog dengan 1 ADC tunggal (yang bergantian membaca pin), untuk aplikasi 3 channel yang benar-benar simultan seringkali direkomendasikan menggunakan Arduino Mega atau teknik sampling berkecepatan tinggi (multiplexing internal pada chip ATmega328).
3.1. Diagram Blok Sistem
3.2. Komponen Perangkat Keras
Pemilihan komponen sangat krusial untuk menjaga integritas sinyal. Berikut adalah daftar komponen utama yang digunakan:
Mikrokontroler
Arduino Mega 2560 (ATmega2560) dipilih karena jumlah pin analog yang banyak (16 pin) dan memori yang lebih besar untuk buffering data tiga channel.
Modul Sensor EKG
Tiga buah modul AD8232 Single Lead Heart Rate Monitor. Modul ini berisi penguat instrumen dan filter sinyal.
Elektroda
Elektroda EKG gel (Ag/AgCl) tipe snap yang direkatkan pada kulit untuk transmisi sinyal yang optimal.
Kabel Konektor
Kabel jumper shielded dan kabel snap elektroda untuk mengurangi interferensi elektromagnetik eksternal.
3.3. Prinsip Kerja Sensor AD8232
Sinyal jantung memiliki amplitudo yang sangat kecil (sekitar 0.5 mV hingga 5 mV) dan rentan terhadap noise gerak (motion artifact) serta sinyal jaringan listrik AC (50 Hz/60 Hz). Modul AD8232 didesain khusus untuk kondisi ini. Fitur utamanya meliputi:
- Instrumentation Amplifier: Memperkuat sinyal diferensial antara dua elektroda sambil menolak sinyal common-mode.
- High Pass Filter: Menghapus sinyal DC offset agar baseline sinyal stabil.
- Low Pass Filter: Mengurangi noise frekuensi tinggi.
- Operational Amplifier (Op-Amp):strong> Penguat tahap akhir dengan gain adjustable.
3.4. Skema Pemasangan Elektroda (3 Channel)
Untuk mendapatkan 3 kanal (Lead I, II, dan III) secara simultan menggunakan tiga modul sensor tunggal, kita memerlukan penempatan elektroda standar (Einhovens Triangle):
- RA (Right Arm):strong> Ditempatkan di lengan kanan atau bahu kanan.
- LA (Left Arm):strong> Ditempatkan di lengan kiri atau bahu kiri.
- RL (Right Leg):strong> Ditempatkan di kaki kanan (berfungsi sebagai Ground/Drive Right Leg).
- LL (Left Leg):strong> Ditempatkan di kaki kiri.
| Kanal (Lead) | Input Positif (+) | Input Negatif (-) | Modul Analog Output |
|---|---|---|---|
| Lead I | LA (Kiri) | RA (Kanan) | Connect ke A0 |
| Lead II | LL (Kiri Bawah) | RA (Kanan) | Connect ke A1 |
| Lead III | LL (Kiri Bawah) | LA (Kiri) | Connect ke A2 |
*Catatan: Setiap modul AD8232 memerlukan referensi Ground (RL). Kabel RL dari ketiga modul dapat di-groundkan bersama ke pin GND Arduino dan elektroda kaki kanan pasien.
4. Implementasi Software
Pemrograman dilakukan menggunakan Arduino IDE. Logika utama adalah membaca nilai analog dari tiga pin input secara berurutan mengingat ADC pada ATmega bersifat single-ended sequential meskipun secara fisik berjalan sangat cepat. Sampling rate harus diatur cukup tinggi (minimal 200-300 Hz per channel) menurut standar medis dasar untuk merekonstruksi gelombang EKG.
Data yang terbaca kemudian dikirim ke komputer melalui komunikasi serial (USB). Format pengiriman data dapat berupa format CSV (Comma Separated Values) untuk kemudahan parsing oleh aplikasi visualisasi seperti Python, MATLAB, atau software pencatat data serial.
// Snippet Kode Arduino untuk Membaca 3 Channelvoid setup() { Serial.begin(115200); // Setup pin mode jika diperlukan}void loop() { // Baca nilai analog dari 3 sensor (Rentang 0-1023) int valLeadI = analogRead(A0); int valLeadII = analogRead(A1); int valLeadIII = analogRead(A2); // Kirim data dalam format: LeadI,LeadII,LeadIII Serial.print(valLeadI); Serial.print(","); Serial.print(valLeadII); Serial.print(","); Serial.println(valLeadIII); // Kontrol kecepatan sampling (approx 250Hz per channel) // delay(1); // Opsional, tergantung kecepatan serial baudrate}5. Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan pada subjek manusia dalam kondisi istirahat. Elektroda ditempatkan sesuai posisi Lead I, II, dan III. Pasien diminta untuk diam dan tidak berbicara saat pengambilan data guna meminimalkan noise elektromiografik (otot) dan artefak gerak.
Hasil menunjukkan bahwa:
- Sinyal ke tiga channel berhasil ditampilkan secara bersamaan.
- Gelombang kompleks P-QRS-T dapat terlihat jelas, meskipun sedikit terdengar noise dasar (noise latar belakang).
Hubungan magnitude antar lead mengikuti hukum Einthoven di mana Lead II = Lead I + Lead III. Pada pengujian dasar, pola gelombang Lead II menunjukkan amplitudo tertinggi dan paling jelas, yang konsisten dengan teori pemantauan jantung dasar.
Kendala yang dihadapi adalah pengaruh noise frekuensi rendah dari gerakan pasien. Penggunaan modul AD8232 terbukti cukup efektif melakukan filter bandpass, namun isolasi pasien dari grounding jaringan listrik diperlukan untuk hasil yang medis-grade yang bersih sempurna.
6. Kesimpulan
Sistem 3 Channel EKG berbasis Arduino berhasil dirancang dan diimplementasikan. Sistem ini mampu mengakuisisi sinyal biopotensial jantung dari tiga sudut pandang (Lead I, II, III) secara bersamaan dan menampilkannya secara real-time.
Alat ini menawarkan solusi hemat biaya dan edukatif untuk memahami prinsip kerja elektrokardiografi dibandingkan alat EKG klinis yang mahal. Walaupun akurasi diagnostik alat masih berada pada tingkat prototipe dan tidak disarankan untuk pemeriksaan medis klinis tanpa kalibrasi dan validasi standar medis yang ketat, namun alat ini sangat berpotensi dikembangkan menjadi alat monitoring jantung personal (Home Healthcare) masa depan dengan penambahan fitur pemrosesan sinyal digital lebih lanjut dan filter digital aktif.
