Perpustakaan Digital ITB

Penyakit kardiovaskular adalah salah satu penyebab utama kematian tidak hanya di Indonesia, tetapi juga di seluruh dunia. Pemantauan rutin terhadap irama jantung dan kelainannya semakin diperlukan dalam menunjukkan kemungkinan penyakit kardiovaskular fatal secara dini. Menyadari terbatasnya akses masyarakat terhadap pemantauan detak jantung konvensional berbasis ECG, disusun tugas akhir perangkat wearable pemantau detak jantung berbasis photoplethysmography dengan tujuan untuk menyediakan pemantauan detak jantung yang mudah diakses, mudah digunakan dalam kehidupan sehari-hari, serta dapat digunakan tanpa bantuan tenaga medis. Photoplethysmography merupakan metode optik untuk memperoleh sinyal detak jantung menggunakan LED dan photodetector; perbedaan intensitas sinar LED yang direfleksikan kulit menuju photodetector membawa informasi mengenai volume darah yang mengalir di bawah kulit. Perangkat yang dirancang tim bekerja dengan konsep Android-based computing, yakni perangkat wearable hanya berfungsi untuk mengirimkan data secara wireless menuju perangkat Android, sementara perangkat Android yang akan melakukan estimasi detak jantung. Fitur sekaligus kebaruan yang diberikan oleh rancangan adalah kemampuan untuk memberikan peringatan takikardia (detak jantung istirahat di atas ambang normal) dan takikardia (detak jantung istirahat di atas ambang normal) yang diwujudkan melalui perhitungan rata-rata detak jantung dan klasifikasi aktivitas berbasis RNN-LSTM. Proses perancangan meliputi perancangan perangkat wearable dan aplikasi Android yang berfungsi sebagai lokasi pemrosesan sinyal dan antarmuka pengguna. Kedua bagian utama ini dirancang melalui pendekatan top down dan terbagi menjadi empat subsistem, meliputi subsistem Data Acquisition, subsistem User I/O & Control, subsistem Data Processing, serta subsistem Graphic User Interface. Buku tugas akhir ini membahas secara lebih dalam mengenai pemilihan komponen hardware dan algoritma pemrosesan detak jantung yang menjadi tanggung jawab penulis. Komponen perangkat keras tersusun atas sensor PPG Gravity, sensor akselerometer MPU6050 sebagai referensi pergerakan, rangkaian power path pengatur daya, controller ESP32, dua buah LED, switch MSS22D18, serta charging module TP4056 yang direalisasikan ke dalam tiga lapis PCB berukuran 44 ? 38 mm. Sebagai algoritma estimasi detak jantung, digunakan algoritma Galli berbasis Subspace ii Decomposition dan Kalman Filtering yang terbukti memiliki akurasi tertinggi dari lima algoritma pembanding yang diuji tim. Perangkat berhasil mencapai lima dari enam spesifikasi yang ditargetkan, meliputi rentang detak jantung yakni 30 – 250 bpm, akurasi AAE (Average Absolute Error) < 6 bpm (perangkat mencapai angka akurasi 3.646 bpm) dengan resolusi 1 bpm, sampling rate > 50 Hz (mencapai 59 Hz), output rate estimasi sebesar 0.5 – 1.5 Hz (mencapai 0.988 Hz), dan jarak maksimum antara perangkat wearable dan Android sebesar > 7 meter (mencapai 40 meter). Produk mencapai ukuran panjang, lebar, dan massa (< 50 ? 40 mm, < 200 gram) sesuai spesifikasi, namun memiliki tinggi lebih 3 mm dari spesifikasi sebesar maksimum 20 mm; hal ini dapat diperbaiki di masa mendatang dengan mengurangi penggunaan breakout module dalam rancangan. Perangkat yang dirancang berhasil mengatasi masalah utama karena menyediakan alternatif pemantauan detak jantung yang mudah digunakan dari segi bentuk dan ukuran, mudah diakses masyarakat, dapat digunakan tanpa bantuan medis, serta terbukti akurat dalam berbagai aktivitas. Mengenai pengembangan, akurasi produk dapat ditingkatkan di masa mendatang melalui penggunaan sensor dengan signal-to-noise ratio yang lebih tinggi dan kualitas sinyal yang konsisten dalam kondisi bergerak, sementara daya tahan baterai dapat ditingkatkan dengan pemilihan kontroler yang membutuhkan arus lebih kecil dari ESP32.