62
BAB IPENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANGDiabetes mellitus (DM) atau yang biasa disebut
dengan kencing manis merupakan suatu penyakit metabolik dengan
karakteristik hiperglikemia. Ada 2 tipe diabetes mellitus, yang
pertama adalah DM tipe 1 yang bergantung dengan insulin karena
adanya kelainan pada sekresi insulin sedangkan DM tipe 2 tidak
bergantung insulin. Kasus yang banyak terjadi saat ini adalah DM
tipe 2. Hal ini dikarenakan banyaknya penderita yang tidak mampu
mengatur serta menjaga pola makannya (Soegondo, 2005).
1Diabetes mellitus ini merupakan penyakit yang sudah umum
menjangkiti penduduk di seluruh belahan dunia termasuk Indonesia.
Menurut organisasi kesehatan dunia (WHO) penderita diabetes
mellitus di Indonesia memiliki jumlah yang sangat besar. Jumlah
penderita diabetes mellitus pada tahun 2000 telah mencapai 8,4 juta
jiwa, pada tahun 2003 jumlah penderita 13.797.470 jiwa sedangkan
pada tahun 2005 jumlahnya telah mencapai sekitar 24 juta orang.
Jumlah ini diperkirakan akan terus meningkat pada tahun tahun
berikutnya. Berbagai penelitian epidemiologis di Indonesia
menunjukkan bahwa prevalensi nasional diabetes mellitus tahun 2007
pada penduduk yang berusia lebih dari lima belas tahun adalah
sebesar 5,7%. Menurut WHO, apabila dilihat dari pola pertambahan
penduduk saat ini, diperkirakan pada tahun 2030 nanti akan terjadi
kenaikan sebesar 21,3 juta penduduk di Indonesia menderita diabetes
mellitus dibandingkan pada tahun 2007 (diabetes.xtreemhost.com,
2013).Fakta menunjukkan bahwa sampai saat ini masih banyak para
penderita diabetes yang masih belum mampu mengontrol kadar gula
darahnya akibat perawatan yang kurang tepat. Kendala ini justru
mampu menimbulkan efek yang lebih komplek yakni munculnya
komplikasi. Oleh karena itu, penderita diabetes ini dianjurkan
untuk senantiasa melakukan pengecekan terhadap kadar gula darahnya.
Penderita diabetes akan ditusuk salah satu jari tangannya
menggunakan lanset untuk mengambil sampel darah penderita dan diuji
kadar gula darahnya. Metode secara invasive ini menyebabkan
penderita merasa nyeri dan tidak nyaman.Seorang peneliti dari
Massachusetts Institute of Technology ( MIT ) di Laboratorium
Spektroskopi mencari solusi untuk mengurangi rasa sakit dan
ketidaknyamanan tersebut dengan metode non-invasive untuk mengukur
kadar glukosa darah dengan menggunakan lampu yang dinamakan dengan
Raman Spektroskopi Inframerah. Metode ini melihat spektroskopi dari
penyerapan radiasi inframerah dengan panjang gelombang menengah
untuk mengukur kadar glukosa darah. The Mid infrared region has
certainly distinct advantages over the other electromagnetic
radiation in terms of selectivity to be absorbed by specific
analyte for a qualitative and quantitative analysis of the ana
Teknik ini dapat mengungkapkan kadar glukosa dengan hanya memindai
tangan pasien atau jari dengan menggunakan near infrared, sehingga
menghilangkan keharusan untuk mengambil darah (Trafton,
2010)Penelitian yang dilakukan oleh peneliti dari MIT ini
berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh A.L.Hull
(2004) yang menunjukkan penyinaran infrared dengan jarak dekat
mampu mendeteksi kadar gula darah secara non invasive. Kemudian
hasil penelitian ini diperkuat oleh penelitian J. Kapalan, dkk
(2010) tentang pengukuran glukosa darah pada daerah transkutan
dengan menggunakan inframerah menunjukan bahwa metode Raman
spektroskopi inframerah secara akurat dapat memprediksi kadar
glukosa plasma selama hipoglikemia pada manusia. Hanya saja
penelitian dengan menggunakan spektroskopi ini menghasilkan alat
yang terlalu besar untuk dibawa kemana mana sehingga cenderung
tidak efisien.Eric C. Green memulai penelitian pada tahun 2005
untuk mencari metode yang tepat dalam mengukur kadar gula darah
secara non invasive menggunakan gelombang mikro dengan memanfaatkan
keadaan permitivitas tubuh. Eric memfokuskan penelitiannya pada
bentuk mikrostrip yang digunakan sebagai elektroda. Ada beberapa
macam jenis miksrostrip yang diujikan pada penelitian ini dan dari
pengujian tersebut didapatkan hasil bahwa bentuk mikrostrip yang
paling baik untuk menangkap nilai permitivitas tubuh adalah
mikrostrip dengan bentuk single-spiral.Mellanie McClung
menyempurnakan penelitian yang dilakukan Eric pada tahun 2008
dengan memodifikasi bentuk mikrostrip agar lebih mudah digunakan.
McClung juga mendapatkan hasil bahwa frekuensi microwaves yang
untuk digunakan adalah pada kisaran 0.5 GHz 5 GHz. Seorang
mahasiswa dari UTM, Muhammad Bin Nurdin pada tahun 2010 kembali
meneliti tentang tipe tipe single-spiral untuk memperkuat hasil
penelitian sebelumnya.Penelitian yang akan dilakukan ini adalah
mengembangkan sebuah set up penelitian kadar gula darah secara non
- invasive menggunakan microwaves berbasis Labview yang dilengkapi
dengan penyimpanan data pengukuran sehingga penderita diabetes
dapat melakukan kontroling terhadap dirinya sendiri.
1.2 RUMUSAN MASALAHRumusan masalah dalam penelitian ini adalah
:1. Apakah sensor microwaves dapat digunakan untuk mendeteksi kadar
gula darah secara non invasive?2. Bagaimana hasil perbandingan
pengukuran glukosa darah dari alat hasil penelitian dengan
glukometer invasive biasa? 3. Apakah pengukuran kadar gula darah
secara non invasive ini dapat dijadikan solusi alternatif untuk
menggantikan alat pengukur kadar gula darah secara invasive?
1.3 BATASAN MASALAHUntuk memudahkan penelitian agar topik
penelitian tidak meluas, maka penulis membatasi masalah penelitian
ini dengan hal hal berikut :1. Rentang frekuensi microwaves yang
digunakan adalah 0.5 GHz 2 GHz berasal dari osilator dalam VNA.2.
Menggunakan sensor microwaves yang merupakan antenna mikrostrip
tipe single-spiral.3. Proses pengukuran parameter-S dilakukan oleh
VNA dan kemudian data dari VNA diolah di Labview.4. Penelitian ini
di set up dalam skala laboratorium.1.4 TUJUAN PENELITIANTujuan
penelitian ini adalah:1. Membuat rancang bangun alat ukur kadar
gula darah secara non invasive menggunakan detektor microwaves.2.
Mengetahui karakteristik sensor microwaves ketika digunakan sebagai
sensor untuk mengukur kadar gula darah.3. Mengetahui perbandingan
pengukuran glukosa darah dari alat hasil penelitian dengan
glukometer invasive biasa.
1.5 MANFAAT PENELITIANManfaat dari penelitian ini adalah :1.
Penelitian ini diharapkan mampu menghasilkan sebuah rancang bangun
alat yang nantinya akan memudahkan prosedur pengukuran kadar gula
darah dengan hasil yang cukup baik sehingga bisa menjadi salah satu
alternatif pengukuran kadar gula darah yang nyaman dengan hasil
yang akurat.2. Penelitian ini dapat dijadikan sebagai dasar dari
pengembangan penelitian selanjutnya sehingga nantinya alat ini bisa
benar benar diterapkan di bidang medis dan digunakan oleh
masyarakat luas.
BAB IIDASAR TEORI
2.1 Diabetes Mellitus dan Glukosa DarahDiabetes Mellitus
merupakan jenis penyakit yang ditandai dengan tingginya kadar gula
dalam darah akibat kurangnya insulin yang diproduksi oleh tubuh
atau insulin yang dihasilkan tidak bisa digunakan secara efektif
oleh tubuh. Keadaan ini menyebabkan glukosa tetap berada di dalam
darah dan tidak mampu untuk masuk ke dalam jaringan terlebih sel
tubuh (CDC, 2012). Insulin merupakan hormon peptida yang
disekresikan oleh sel dari kelenjar pankreas. Fungsi dari insulin
adalah untuk mengatur kadar glukosa darah untuk tetap berada dalam
keadaan normal. Kerja insulin ini dengan cara memperantarai uptake
glukosa seluler, regulasi metabolisme karbohidrat, lemak, dan
protein, serta mendorong pemisahan dan pertumbuhan sel melalui efek
motigenik pada insulin (Wilcox, 2005).
6Kontrol utama atas sekresi insulin adalah sistem umpan balik
negatif langsung antara sel pankreas yang menghasilkan insulin
dengan konsentrasi glukosa dalam darah. Peningkatan kadar glukosa
darah, sepeti yang terjadi setelah proses pencernaan makanan secara
langsung akan merangsang sintesa dan sekresi insulin oleh sel
pancreas. Peningkatan kadar insulin akan menurunkan kadar glukosa
darah ke tingkat yang normal karena terjadi peningkatan pemakaian
dan penyimpanan glukosa (Brooks GA, 1984).Sebaliknya penurunan
kadar glukosa darah akan secara langsung menghambat sekresi
insulin. Penurunan kecepatan sekresi insulin ini menyebabkan
perubahan metabolisme dari keadaan absorptif ke keadaan pasca
absorptif. Sistem umpan balik negatif sederhana ini mampu
mempertahankan pasokan glukosa ke jaringan secara konstan tanpa
memerlukan fungsi hormon insulin. Faktor lain yang mengontrol
sekresi hormon insulin adalah: (1) Peningkatan kadar asam amino
plasma. (2) Hormon pencernaan utama yang disekresikan oleh saluran
pencernaan sebagai respon adanya makanan.
Konsentrasi asam amino meningkatKonsentrasi glukosa
meningkatHomon pencernaan meningkat(3) Sistem saraf otonom
Kontrol utamaAsupan makanan++ +
Stimulasi simpatis (dan ephinephrine)Sel sel pankreasStimulasi
parasimpatis + + -
Asupan makanan
Glukosa darah , asam lemak darah , asam amino darah , sintesa
protein , simpanan glukosa
Gambar 2.1 alur sekresi hormone insulin (sumber : Brooks GA,
1984)2.1.1 Jenis Jenis Diabetes MellitusMenurut National Center for
Chronic Disease Prevention and Health Promotion, 2012, Ada 3 jenis
penyakit diabetes, yakni diabetes tipe 1, tipe 2 dan diabetes
gestasional.1. Diabetes Mellitus tipe 1Diabetes Mellitus tipe 1
adalah penyakit diabetes mellitus dimana tubuh penderita tidak
mampu menghasilkan insulin akibat dari kerusakan sel beta pankreas,
sehingga untuk tetap bertahan hidup harus menggunakan injeksi
insulin secara terus - menerus. Diabetes tipe 1 ini dapat sering
terjadi ketika penderita masih anak anak atau remaja tetapi juga
bisa terjadi pada orang dewasa akibat dari faktor lingkungan
seperti pola hidup (CDC, 2012). 2. Diabetes Mellitus tipe 2Diabetes
Mellitus tipe 2 adalah keadaan dimana insulin yang dihasilkan
seseorang tidak mampu bekerja secara efektif. Berdasarkan data dari
seluruh kasus Diabetes Mellitus yang ada, 95% diantaranya menderita
Diabetes Mellitus tipe 2 dan terjadi pada usia dewasa. Beberapa
studi telah menunjukkan bahwa pola makan sehat, olahraga teratur
dan mengikuti resep dari dokter dapat mengontrol kadar gula darah
pada penderita diabetes tipe ini (CDC, 2012).Kelenjar pankreas yang
dimiliki oleh penderita Diabetes tipe 2 berada dalam kondisi normal
dan dapat terus menghasilkan insulin, bahkan terkadang pada tingkat
lebih tinggi dari normal akan tetapi, tubuh manusia resisten
terhadap efek insulin, sehingga tidak ada insulin yang cukup untuk
memenuhi kebutuhan tubuh (Merck, 2008).3. Diabetes Mellitus
GestasionalDiabetes Mellitus Gestasional menurut American Diabetes
Association (ADA), adalah intoleransi glukosa pada waktu kehamilan,
pada wanita normal atau yang mempunyai gangguan toleransi glukosa
setelah terminasi kehamilan. Teori yang lain mengatakan bahwa
diabetes tipe 2 ini disebut sebagai unmasked atau baru ditemukan
saat hamil dan patut dicurigai pada wanita yang memiliki ciri
gemuk, riwayat keluarga diabetes, riwayat melahirkan bayi > 4
kg, riwayat bayi lahir mati, dan riwayat abortus berulang
(Anonimus, 2010).Masalah yang ditemukan pada bayi yang ibunya
menderita diabetes dalam kehamilan adalah kelainan bawaan,
makrosomia (bayi besar > 4 kg), hipoglikemia (kadar gula darah
rendah), hipokalsemia (kadar kalsium dalam tubuh rendah),
hiperbilirubinemia (bilirubun berlebihan dalam tubuh), sindrom
gawat napas, dan kematian janin. Faktor maternal (pada ibu) yang
berkaitan dengan peningkatan angka kejadian makrosomia adalah
obesitas, hiperglikemia, usia tua, dan multiparitas (jumlah
kehamilan > 4). Makrosomia memiliki risiko kematian janin saat
dilahirkan karena ketika melahirkan, bahu janin dapat nyangkut
serta dan peningkatan jumlah operasi caesar. Hipoglikemia pada bayi
dapat terjadi beberapa jam setelah bayi dilahirkan. Hal ini terjadi
karena ibu mengalami hiperglikemia (kadar gula darah berlebihan)
yang menyebabkan bayi menjadi hiperinsulinemia (kadar hormon
insulin dalam tubuh janin berlebihan).Komplikasi yang didapatkan
pada ibu dengan diabetes gestasional berkaitan dengan hipertensi,
preeklampsia, dan peningkatan risiko operasi Caesar (Anonimus,
2010).
2.1.2 Komplikasi Penyakit Diabetes MellitusKadar gula darah pada
penderita diabetes tidak terkontrol akan menyebabkan komplikasi
hingga kematian. Resiko kematian pada pasien penderita diabetes
menjadi dua kali lebih besar daripada pasien yang tidak menderita
diabetes.Diabetes merupakan penyebab terbesar dari munculnya
penyakit jantung ataupun stroke. Angka kematian akibat penyakit
jantung dan stroke yang disertai diabetes 2 4 kali lebih tinggi
dibandingkan yang tidak disertai dengan diabetes. Beradasarkan
sebuah penelitian di Amerika Serikat, 67% penderita diabetes juga
menderita penyakit lain seperti hipertensi, kolesterol, penyakit
jantung dan stroke. penyakit tersebut, diabetes mellitus dapat
menjadi pemicu penyakit lain seperti gagal ginjal, kehilangan
penglihatan, dan amputasi karena gangren.
2.2 Jaringan Tubuh ManusiaJaringan tubuh manusia memiliki
beberapa daerah disperse dalam rentang frekuensi yang besar.
Perubahan permitivitas jaringan berbanding terbalik dengan
perubahan frekuensi yang ada. Berdasarkan hasil penelitian,
didapatkan hasil bahwa bagian imajiner dari permitivitas kompleks
tidak menjelaskan perubahan frekuensi, akan tetapi bagian
permitivitas imajiner dapat menunjukkan perubahan frekuensi pada
beberapa nilai disperse yang ditunjukkan dengan adanya penurunan
grafik pada gambar 2.2. Para ilmuan memberi nama pada daerah
penurunan permitivitas itu dengan sebutan , , dan . Dispersi
terjadi pada frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dispersi .
Dispersi nilai terdapat pada kisaran microwave, begitu juga dengan
dispersi yang merupakan tambahan dari wilayah dispersi juga masuk
dalam kisaran microwave.Para peneliti menempatkan sensor pada tubuh
manusia dan mencari untuk mengetahui efek dari setiap sel yang
berbeda seperti kulit, lemak, otot, tulang dan yang terpenting
adalah darah. Peneliti ini sudah memiliki beberapa model matematika
untuk kesemua jaringan tersebut. Model Cole Cole adalah salah satu
dari persamaan matematis yang paling terkenal untuk menghitung
permitivitas sel yang berbeda pada rentang frekuensi yang luas
(Gabriel, 1996).
Gambar 2.2 Wilayah Dispersi yang ideal dalam jaringan tubuh
manusiaNilai nilai dari parameter di atas di ambil dari buku The
dielectric properties of biological tissues: III. Parametric models
for the dielectric spectrum of tissues karya S. Gabriel, R. W. Lau,
and C. Gabriel. Akan tetapi, penulis buku ini tdak mengikuti metode
regresi last-square yang populer untuk model data Chole Chole
tersebut. Alasan tidak digunakannya regresi tersebut karena nilai
nilai permitivitas pada frekuensi rendah jauh lebih tinggi sehingga
model yang digunakan memiliki kecenderungan untuk memberikan
tingkat akurasi yang lebih rendah untuk data frekuensi tinggi.
Penulis lebih menggunakan pendekatan grafis dengan cara model data
yang digunakan sebagai parameter utama diamsumsikan pada parameter
distribusi ke nol dan model data dari frekuensi rendah ke frekuensi
tinggi, kemudian nilai sehingga lebih sesuai. Nilai dari tetap
konstan pada kisaran 2,5 4 pada keadaan tinggi atau rendahnya kadar
air dalam sebuah jaringan. Parameter dari persamaan tersebut
dijelaskan pada tabel 2.1 dan pejabaran dari permitivitas
dijelaskan pada gambar 2.3 (Eric, 2005).
Tabel 2.1 Nilai parameter dari model Chole Chole (sumber : Eric,
2005)
Gambar 2.3 Konstanta dielektrik di jaringan pada frekuensi 10Hz
100Hz (sumber : Eric, 2005)Pengamatan terpenting dalam pembahasan
ini adalah permitivitas darah tidak mengalami banyak perubahan
ketika berada pada frekuensi 1 MHz. Daerah dispersi ini penting
karena perubahan permitivitas darah terjadi akibat perubahan kadar
glukosa dalam darah yang menyebabkan perubahan frekuensi
resonansi.
2.3 Permitivitas Darah dan Konsentrasi Glukosa
Gambar 2.4 Model hipotesis dari perubahan permitivitas membrane
selsebanding dengan konsentrsi glukosa dalam darah (sumber :
Hayashi, 2003)Hayashi dan kawan - kawan mengatakan bahwa perubahan
sifat dielektrik darah sebanding dengan konsentrasi glukosa dalam
darah. Mereka beranggapan bahwa perubahan kapasitansi pada membran
sel dalam sel darah merah menunjukkan perubahan konsentrasi glukosa
dalam darah. Gambar 2.4 menjelaskan model hipotesis dari perubahan
permitivitas membrane sel sebanding dengan konsentrsi glukosa dalam
darah.Semua struktur glukosa dapat diklasifikasikan menjadi 2
kategori, yakni glukosa-D dan glukosa-L. Glukosa-D umumnya dikenal
sebagai dektrosa karena strukturnya berputar ke arah cahaya
polarisasi secara tepat, sedangkan struktur glukosa-L merupakan
pencerminan dari glukosa-D. Glukosa-D inilah yang berperan terhadap
penyakit diabetes mellitus. Seperti yang dapat dilihat pada gambar
2.4 dimana penambahan glukosa-D pada transporter glukosa GLUT1
dapat mengubah transporter tersebut menjadi ATP melalui proses
metabolisme. ATP ini kemudia bereperan untuk mengatur regulasi
kanal pada membran sel untuk prosesn tranportasi partikel ion
seperti Na+ dan K+ sehingga menyebabkan ternjadinya perubahan
kapasitasi pada membran sel.Livshits dan kawan kawan mencari
hubungan perubahan kapasitansi membran dengan perubahan konsentrasi
gukosa. Gambar 2.5 memperlihatkan nilai dari kapasitansi ketika
konsentasi glukosa bernilai 0 20mM. Gambar tersebut menjelaskan
bahwa bahwa kapasitansi membran meningkat sekitar 30% ketika
konsentrasi glukosa mengalami kenaikan dari 0 mM ke 20 Mm.
Gambar 2.5 Normalisasi kapasitansi membran sel pada suspensi sel
darah merah dibandingkan glukosa-D dan glukosa-L (sumber : Hayashi,
2003)
2.4 Gelombang ElektromagnetikGelombang elektromagnetik adalah
gelombang yang dapat merambat walaupun tidak ada medium dan terdiri
dari medan listrik dan medan magnetik seperti yang diilustrasikan
pada Gambar 2.6 energi elektromagnetik merambat dalam gelombang
dengan beberapa parameter yang bisa diukur, yaitu : panjang
gelombang, frekuensi, amplitudo, dan kecepatan. Amplitudo adalah
tinggi gelombangnya, sedangkan panjang gelombang adalah jarak
antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui
suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari
kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi
elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang
gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu
gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu
gelombang semakin tinggi frekuensinya (Lorrain et al, 1970).
Gambar 2.6 Perambatan gelombang elektromagnetik yang terdiri
dari medanlistrik E dan medan magnetik B (Sumber : anonym,
2004)Beberapa sifat yang dimiliki oleh gelombang elektromagnetik
adalah : 1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang
tanpa medium. 2. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi
pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga
maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.
3. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan
keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (transversal).
4. Gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan,
pembiasan, dan difraksi.
2.4.1 Perambatan Gelombang ElektromagnetikMenurut Cowan, 1968,
ada beberapa mekanisme dasar perambatan gelombang elektromagnetik
yang dikenal, yaitu : 1. Refleksi (Pemantulan) Refleksi terjadi
ketika gelombang elektromagnetik mengenai obyek yang memiliki
dimensi lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang sinyal
dari pemancar gelombang. Refleksi ini terjadi pada permukaan bumi,
bangunan, tembok, dan penghalang yang lain. Ketika gelombang
elektromagnetik mengenai bahan dielektrik sempurna, sebagian dari
energinya ditransmisikan ke medium kedua, dan sebagian lagi
dipantulkan kembali ke medium pertama sehingga tidak ada kehilangan
energi karena penyerapan. Jika medium kedua adalah konduktor yang
sempurna, maka semua energinya terpantul kembali ke medium pertama
tanpa kehilangan energi.2.Scattering (Hamburan/Penyebaran)
Scattering terjadi ketika medium dimana gelombang merambat
mengandung obyek yang lebih kecil dibandingkan dengan panjang
sinyal gelombang tersebut dan jumlah obyek perunit volume sangat
besar. Gelombang tersebar dihasilkan dari permukaan kasar, benda
kecil, atau obyek seperti tiang lampu dan pohon.3.Refraksi
(Pembiasan) Refraksi digambarkan sebagai pembelokan gelombang radio
yang melewati medium yang memiliki kepadatan yang berbeda. Dalam
ruang hampa udara, gelombang elektromagnetik merambat pada
kecepatan sekitar 300.000 km/detik. Ini adalah nilai konstan c,
yang umum disebut dengan kecepatan cahaya tetapi sebenarnya merujuk
kepada kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Dalam udara, air, gelas,
dan media transparan, gelombang elektromagnetik merambat pada
kecepatan yang lebih rendah dari c. Ketika suatu gelombang
elektromagnetik merambat dari satu medium ke medium lain dengan
kepadatan berbeda maka kecepatannya akan berubah. Akibatnya adalah
pembelokan arah gelombang pada batas kedua medium tersebut. Jika
merambat dari medium yang kurang padat ke medium yang lebih padat,
maka gelombang akan membelok ke arah medium yang lebih
padat.4.Difraksi (Lenturan) Difraksi terjadi ketika garis edar
radio antara pengirim dan penerima dihambat oleh permukaan yang
tajam atau dengan kata lain kasar. Pada frekuensi tinggi, difraksi,
seperti halnya pada refleksi, tergantung pada ukuran objek yang
menghambat dan amplitudo, fase, dan polarisasi dari gelombang pada
titik difraksi.
2.4.2 Interaksi Gelombang Elektromagnetik dengan Materi di
Jaringan TubuhMenurut Vorst et al dalam bukunya yang berjudul
RF/Microwaves Interaction with Biological Tissue pada tahun 2006,
ketika material konduktif seperti tubuh manusia terkena gelombang
elektromagnetik, material tersebut akan memiliki nilai dielektrik
karena pergerakan ion ion yang terjadi pada material tersebut. Arus
yang dimiliki material tersebut berada pada nilai yang terbatas
karena adanya tabrakan electron terhadap ion positif.Konduktor yang
baik seperti emas, perak dan tembaga akan mengabaikan nilai
dielektrik karena pergerakan ion sehingga nilai konduktivitas
sebanding dengan nilai medan listrik yang melewati material
tersebut. Material biologi, salah satu contohnya adalah tubuh
manusia, bukanlah suatu konduktor yang baik. Material biologi
bersifat konduktif untuk melewatkan arus akan tetapi nilai arus
yang hilang juga cukup besar.
(1)(1)Propagasi gelombang elektromagnetik dalam materi di atur
oleh persamaan difusi yang terjadi dalam suatu bahan. Persamaan
difusi ini merupakan penurunan dari persamaan Maxwell dan berlaku
terutama pada suatu material dengan nilai konduktivitas yang baik,
dimana besarnya nilai konduktivitas arus berhubungan dengan
perpindahan arus dan memperlihatkan peluruhan nilai medan listrik
secara eksponensial ketika berinteraksi dengan materi. Untuk
mengetahui seberapa dalam gelombang elektromagnetik menembus suatu
jaringan, persamaan yang digunakan adalah :
Nilai disini adalah kedalaman kulit dan nilai ini sama dengan
ketebalan yang dimiliki suatu material dimana keberadaan partikel
dalam material akan mengurangi nilai frekuensi gelombang
elektromagnetik yang masuk hingga setengahnya (sekitar 37%) dari
nilai frekuensi yang dimiliki oleh gelombang elektromagnetik
tersebut ketika berada di permukaan. Berkurangnya kedalaman kulit
akan meningkatkan nilai frekuensi dan konduktivitas material
kulit.Efek dari material kulit ketika ditembus oleh gelombang
elektromagnetik adalah adanya medan listrik, arus dan konsentrasi
di sekitar permukaan material. Aplikasi gelombang elektromagnetik
pada bidang medis menunjukkan semakin tingi frekuensi maka akan
semakin kecil nilai penetrasi yang dapat dilakukan sehingga akan
menurunkan nilai efisiensi dari aplikasi gelombang elektromagnetik
itu sendiri sehingga pemilihan nilai frekuensi yang tepat akan
berpengaruh pada kualitas pengukuran. Aplikasi di bidang media
menunjukkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi tinggi membuat
organ organ tubuh lebih terlindungi dibanding pada frekuensi
rendah.
2.5 Microwaves
(2)Microwaves merupakan salah satu gelombang elektromagnetik
yang mempunyai frekuensi 100MHz 300GHz. Microwaves dikatakan
sebagai gelombang mikro karena panjang gelombangnya yang sangat
pendek yakni sekitar 1 30 cm. Panjang gelombang dari microwaves
dapat dijabarkan dalam persamaan :
Gambar 2.7 Gelombang Elektromagnetik (Sumber : Nurdin, 2010)
Microwaves lebih memungkinkan untuk melakukan penetrasi pada
beberapa jenis material karena memiliki panjang gelombang yang
lebih panjang. Banyak metode pengukuran yang digunakan saat ini
mampu mengukur panjang gelombang hingga mencapai frekuensi 50Hz
(L.C. Shen, 1995).
2.5.1 Penggunaan Microwaves dalam Aplikasi MedisJenis
LingkunganJumlah paparan di seluruh tubuhJumlah paparan di separuh
tubuhJumlah paparan di tangan, kaki, pergelangan kaki dan
tangan
Terkontrol0,4 W/kg8 W/kg20 W/kg
tidak terkontrol0,08 W/Kg1,6 W/kg4 W/kg
Tabel 2.2 Tingkat SAR yang diterima untuk paparan di dalam tubuh
manusia pada rentang frekuensi 3 MHz 6 GHz (sumber : IEEE,
1999)Saat ini, microwaves telah banyak digunakan dalam kehidupan
sehari hari seperti pada radar, satelit, ponsel maupun koneksi
internet nirkabel. Selain itu, mulai banyak aplikasi medis yang
menggunakan teknologi microwaves seperti Short Wave Diathermy
(SWD), tomografi dan obat obatan terapeutik. Hal ini menyebabkan
banyaknya penggunaan microwaves dalam kehidupan sehari hari. Salah
satu isu yang berkembang adalah adanya paparan radiasi akibat dari
penggunaan ponsel.Radiasi ini diukur berdasarkan Specific
Absorption Rate (SAR) yang merupakan spesifikasi tingkat penyerapan
atau banyaknya waktu dimana energi elektromagnetik frekuensi radio
disampaikan pada unsur massa dari jaringan tubuh. Semua alat yang
di desain dan disetujui untuk digunakan harus memenuhi uji standar
yang sangat ketat sehingga perangkat yang dibuat tidak berbahaya
untuk jaringan tubuh manusia. Menurut Institute of Electrical and
Electronics Engineers ada perbedaan radiasi yang diterima di setiap
jaringan tubuh. Hal ini bergantung pada lingkungan dimana radiasi
tersebut terjadi. Besarnya radiasi yang terjadi pada bagian tubuh
tertentu dengan frekuensi radiasi 3 MHz 6 GHz dapat dilihat pada
tabel 2.2 (IEEE, 1999)
2.6 Sensor MicrowavesAda beberapa peralatan yang bisa digunakan
untuk pengukuran nilai parameter S seperti probe dielektrik,
radiometer, waveguide, semua jenis sensor yang dapat dihubungkan
dengan VNA dan digunakan untuk mengukur respon material pada
gelombang mikro. Probe koaksial, seperti yang ditunjukkan oleh
gambar 2.10 merupakan suatu bahan yang tersegel dengan bahan logam
yang strukturnya tidak beraturan, sehingga tahan terhadap bahan
kimia yang korosif dan juga segel yang digunakan mampu bertahan
pada suhu yang tinggi sehingga memungkinkan untuk melakukan
pengukuran menggunakan variabel frekuensi dan suhu pengukuran
dilakukan dengan cara menempelkan probe pertama ke probe kedua lalu
membenamkannya ke material yang akan diuji (Anonimus, 2006). Namun
kelemahan dari material ini adalah bahan-bahan pengukuran yang
harus berbentuk padat untuk mengurangi adanya kontak dengan
udara.Hal tersebut membuat sensor ini tidak lagi memungkinkan untuk
mengukur permitivitas darah secara non-invasive karena tubuh
manusia bukanlah materi yang memungkinkan tidak adanya kontak
dengan udara. Dalam kasus ini, probe dielektrik dapat digunakan
untuk pengukuran secara non-invasive.Metode pengukuran permitivitas
yang lain adalah dengan menggunakan waveguide. Waveguide ini
membatasi adanya ruang bebas bagi perambatan gelombang
elektromagnetik untuk dimensi tunggal. Nilai dari refleksi
waveguide yang hilang cenderung rendah yang mempelihatkan bahwa
gelombang dapat merambat dengan adanya lintasan perambatan tanpa
adanya atenuasi yang tinggi.
Gambar 2.10 (a) probe dengan temperature tinggi (b) skema probe
(sumber : Nurdin, 2010)2.6.1 Antena MikrostripAntena mikrostrip
merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah untuk
difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat
ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil
dibandingkan dengan antena jenis lain, karena sifat yang
dimilikinya, antena mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat
ini sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi
lain yang berukuran kecil, akan tetapi antena mikrostrip juga
memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth yang sempit, gain dan
directivity yang kecil, serta efisiensi rendah. Struktur dari
sebuah antena mikrostrip ditunjukkan oleh gambar 2.11. Secara umum,
antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan
ground plane. Patch terletak di atas substrat, sementara ground
plane terletak pada bagian paling bawah.
Gambar 2.11 Struktur Antena MiksrostripPada umumnya, patch
terbuat dari logam konduktor seperti tembaga atau emas dan
mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Bentuk patch antena
mikrostrip yang sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga,
lingkaran, dan lain-lain. Patch berfungsi sebagai pemancar
(radiator). Patch dan saluran pencatu biasanya terletak di atas
substrat. Tebal patch relatif jauh lebih tipis dibandingkan dengan
tebal substrat. Substrat sendiri bisa terbuat dari berbagai macam
material yang memiliki nilai konstanta dielektrik sesuai dengan
karakteristik dibutuhkan oleh suatu antena. Nilai konstanta
dielektrik yang terdapat pada suatu material antara 2,2 < r <
12 yang digunakan untuk membuat antena dengan frekuensi operasi 1
GHz 12 GHz.Antena mikrostrip mempunyai nilai radiasi yang paling
kuat terutama pada daerah pinggiran di antara tepi patch. Untuk
performa antena yang baik, biasanya substrat dibuat tebal dengan
konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini akan menghasilkan
efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta bandwidth yang lebih
lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu sendiri. Oleh
sebab itu, kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran, dan
performa akan menghasilkan antena mikrostrip yang mempunyai ukuran
yang kompak dengan performa yang masih dalam batas toleransi.
2.6.2 Permitivitas dan Parameter SSeluruh material yang berisi
partikel, ketika bersinggungan dengan medan magnet dan medan
listrik akan menghasilkan medan sekunder. Medan listrik dan medan
magnet yang melewati suatu material akan menghasilkan konduksi,
polarisasi ataupun magnetisasi pada partikel di material tersebut.
Polarisasi yang terjadi pada partikel akan menyebabkan material
tersebut memiliki nilai dielektrik (Rao, 1987).Permitivitas ()
adalah nilai dari efek medan listrik terhadap suatu material ketika
suatu medan listrik melewati bidang dielektrik dari awal sampai
akhir. Inti dari permitivitas adalah kemampuan suatu material untuk
mentransmisikan medan listrik dan ditentukan oleh kemampuan
material tersebut untuk mempolarisasi partikel sehingga terpengaruh
oleh medan listrik (Anonimus melalui McClung, 2006). Permitivitas
relatif (r) dari suatu material disebut sebagai konstanta
dielektrik dan hal merupakan parameter hasil pengukuran (Rao,
1987). Permitivitas relatif adalah perbandingan dari permitivitas
suatu material dan permitivitas ruang.
(3)
(4)Ketika medan listrik melewati medium yang besifat konduktif,
maka persamaan yang digunakan untuk permitivitas kompleks adalah
:
Bagian real untuk permitivitas yang kompleks adalah konstanta
dielektrik dari sebuat material atau persediaan energi yang
dimiliki oleh material tersebut. Sedangkan bagian imajinernya
adalah hilangnya energi yang dimiliki oleh medan listrik ketika
melewati suatu material (Cheng, 1993). Banyak dari material di
dalam tubuh yang bersifat tidak permeabel terhadap keadaan di luar
material tersebut, sehingga permeabilitas tidak menjadi perhatian
dalam tes kadar gula darah, yang memungkinkan tes untuk fokus pada
variasi frekuensi dari permitivitas relatif dari hasil tes
tersebut. Sifat dielektrik dari suatu material bergantung pada
struktur molekul dari material tersebut, karenanya perubahan
struktur molekul dari suatu material akan menyebabkan perubahan
sifat dielektrik dari material tersebut. Pengukuran sifat
dielektrik suatu material secara tidak langsung akan mengukur sifat
lain dari material tersebut yang memiliki korelasi dengan struktur
molekulnya. Hal ini menjadi sesuatu yang penting ketika sifat yang
ingin diketahui sulit diukur secara langsung.Rata rata pengukuran
yang menggunakan prinsip microwaves dan permitivitas dilakukan
dengan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA). VNA adalah
perangkat yang digunakan untuk mengukur parameter S dalam rentang
frekuensi yang dimiliki oleh microwaves.
Gambar 2.12 Vector Network Analyzer (VNA) (sumber : McClung,
2006)Parameter S menggambarkan kinerja dari 2 puah port jaringan
secara menyeluruh. Hal ini berhubungan dengan pola gelombang yang
tersebar atau dipantulkan ketika jaringan dimasukkan ke dalam
saluran transmisi dengan karakteristik impedansi tertentu dan hal
ini juga menunjukkan pola linier dari 2 buah port jaringan ini.
|S11| dan |S21| adalah 2 buah parameter yang menarik dari
penelitian ini dan hal ini ditentukan dengan mengukur besarnya
magnitude, fase, refleksi dan transmisi sinyal ketika nilai output
di akhiri dengan sempurna. Parameter |S11| merepresentasikan
refleksi yang merupakan respon dari port yang sinyalnya dikirim
keluar dan parameter |S21| merepresentasikan transmisi dimana
responnya merupakan kebalikan dari sinyal yang sudah dikirim
(Sischka, 2002). Gambar 2.13 merepresentasikan 2 buah port
jaringan.
V1+V2+2 PortNetwork
V1-V2-
Gambar 2.13 2 buah port jaringan (Sumber : McClung,
2006)Persamaan matematis berasal dari pemodelan parameter S pada 2
buah port jaringan. Pertama, persamaan matriks yang berhubungan
dengan tegangan masukan dan keluaran dari gelombang :
(5)parameter |S11| merepresentasikan input port koefisien
refleksi tegangan,
(6)parameter |S12| adalah penguatan tegangan reserve,
(7)parameter |S21| adalah penguatan tegangan masukan,
(8)parameter |S22| adalah port keluaran dari nilai koefisien
tegangan refleksi,
(9)
2.6.3 Penempatan Sensor
(10)Penempatan sensor untuk mengukur kadar glukosa darah
disarankan pada tempat yang memiliki sedikit kandungan lemak.
Tujuan dari desain sensor untuk memaksimalkan jumlah energi yang
masuk dan kembali keluar dari jaringan. Untuk melakukan transmisi
microwaves ini lapisan antar jaringan harus dimaksimalkan
penggunaannya. Koefisien transmisi yang melewatkan sinyal di antara
lapisan yang memiliki konstanta dielektrik berbeda dapat dinyatakan
dalam persamaan :
(10)dimana i adalah nilai impedansi dalam material yang
didefinisikan sebagai :
(11)dimana adalah permeabilitas magnetik dari suatu material
(Green, 2005). Apabila kedua persamaan di atas disubstitusikan,
akan menjadi :
(12) Pada frekuensi 1 GHz, perjalanan gelombang di antara
jaringan kulit dan jaringan lemak mengalami transmisi gelombang
sekitar 50%, sedangkan perjalanan gelombang antara jaringan kulit
dan otot mengalami transmisi gelombang sebesar 93%. Hal ini
dikarenakan jaringan lemak kurang tervaskularisasi dibandingkan
jaringan otot sehingga sensor yang melakukan kontak dengan darah
lebih banyak melakukan transmisi gelombang pada jaringan otot
dibandingkan jaringan lemak. Apabila lebih banyak darah yang
mengalami transmisi gelombang maka kadar gula darah yang didapatkan
akan lebih baik. Akan tetapi dari ini semua, sensor harus mampu
mendeteksi perubahan permitivitas darah. Darah merupakan cairan
homogen, tetapi sebenarnya terdiri dari suspense sel, hormon,
protein, glukosa, serta partikel lainnya. Permitivitas darah
dipengaruhi oleh masing masing kandungannya. Oleh karena itu
dibutuhkan sensor microwaves yang mampu mengukur suatu parameter
spesifik dalam suatu lingkungan yang memiliki beberapa parameter
yang dapat berubah, sehingga secara spesifik akan mengukur kadar
glukosa dalam darah.
2.7 LabVIEW LabVIEW adalah sebuah software pemograman yang
diproduksi oleh National Instruments dengan konsep yang berbeda.
Seperti bahasa pemograman lainnya yaitu C++, matlab atau Visual
basic , LabVIEW juga mempunyai fungsi dan peranan yang sama,
perbedaannya bahwa labVIEW menggunakan bahasa pemrograman berbasis
grafis atau blok diagram sementara bahasa pemrograman lainnya
menggunakan basis text. Program labVIEW dikenal dengan sebutan Vi
atau Virtual instruments karena penampilan dan operasinya dapat
meniru sebuah instrument. Pada labVIEW, user pertama-tama membuat
user interface atau front panel dengan menggunakan control dan
indikator, yang dimaksud dengan kontrol adalah knobs, push buttons,
dials dan peralatan input lainnya sedangkan yang dimaksud dengan
indikator adalah graphs, LEDs dan peralatan display lainnya.
Setelah menyusun user interface, lalu user menyusun blok diagram
yang berisi kode-kode VIs untuk mengontrol front panel. Software
LabVIEW terdiri dari tiga komponen utama, yaitu :1. Front panel
Front panel adalah bagian window yang berlatar belakang abu-abu
serta mengandung control dan indikator. front panel digunakan untuk
membangun sebuah VI, menjalankan program dan mendebug program.
Tampilan dari front panel dapat di lihat pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Front Panel2. Blok diagram dari Vi Blok diagram
adalah bagian window yang berlatar belakang putih berisi source
code yang dibuat dan berfungsi sebagai instruksi untuk front panel.
Tampilan dari blok diagram dapat lihat pada Gambar 2.15. 3. Control
Pallete Control dan Functions Pallete digunakan untuk membangun
sebuah Vi. Control Pallete merupakan tempat beberapa control dan
indikator pada front panel, control pallete hanya tersedia di front
panel, untuk menampilkan control pallete dapat dilakukan dengan
mengkilk windows >> show control pallete atau klik kanan pada
front panel. Contoh control pallete ditunjukkan pada Gambar
2.16.
Gambar 2.15 Blok Diagram Vi
Gambar 2.16 Control Pallete4. Functions Pallete Functions
Pallete di gunakan untuk membangun sebuah blok diagram, functions
pallete hanya tersedia pada blok diagram, untuk menampilkannya
dapat dilakukan dengan mengklik windows >> show control
pallete atau klik kanan pada lembar kerja blok diagram. Contoh dari
functions pallete ditunjukkan pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Function Pallete
34BAB IIIMETODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di
Laboratorium Instrumentasi Medis Program Studi Teknobiomedik,
Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Airlangga dan Laboratorium Antena dan Propagasi, Jurusan Teknik
Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh
September, Surabaya selama 4 bulan dimulai dari bulan Februari
sampai dengan Mei 2014.
3.2 Bahan dan Alat Penelitian3.2.1 BahanBerikut ini disampaikan
bahan-bahan yang diperlukan dalam pembuatan alat pengukur kadar
gula secara non invasive untuk penderita diabetes mellitus :1.
TimahSebagai bahan untuk merekatkan sensor microwaves dengan SMA
Female PCB.2. FR4Merupakan material PCB dari bahan fiber dengan
harga yang cukup terjangkau dengan konstanta dielektrik bernilai
4.3 dan ketebalan substrat 1.6 mm.
3. Roger 3010Material PCB yang merupakan komposit dari polimer
PTFE yang di isi keramik dengan nilai uji mekanik yang baik
sehingga ideal untuk digunakan untuk pembuatan sensor microwaves.
Roger 3010 ini memiliki konstanta dielektrik 10.2 dengan ketebalan
substrat 0.64 mm.4. TembagaBahan untuk membuat jalur transmisi
microwaves pada PCB Roger 3010 dan FR4.5. SMA Female PCBKomponen
untuk menghubungkan Antara PCB dengan konektor SMA Male pada kabel
koaksial.6. Lem EpoxyLem untuk merekatkan PCB Roger 3010 dengan
FR4.
3.2.2 AlatSebagai penunjang dalam melaksanakan pembuatan,
pengukuran, pengamatan, maupun pengujian alat pengukur kadar gula
darah secara non invasive, akan digunakan beberapa alat sebagai
berikut :1. SolderAlat untuk memanaskan timah sehingga bisa
menempel pada tembaga di jalur sensor microwaves dan SMA Female
PCB.
2. Penyedot TimahAlat untuk menyedot timah ketika terjadi
kesalahan pencatuan pada sensor microwaves.3. Kabel koaksialKabel
yang menghubungkan sensor Microwaves dengan Vector Network Analyzer
(VNA)4. Vector Network Analyzer (VNA)Alat untuk mengukur parameter
S21 yang dihasilkan oleh sensor sehingga bisa mengetahui nilai
frekuensi yang dibutuhkan untuk menguku nilai kadar gula dalam
darah.
3.2.3SoftwareAda beberapa macam software yang dibutuhkan untuk
menunjang pembuatan sensor microwaves ini, yaitu :1. CST Suite
Studio 2011Software ini digunakan untuk mendesain sensor microwaves
kemudian disimulasikan untuk melihat apakah sensor yang di desain
sudah memenuhi syarat yang dibutuhkan yakni bisa menangkap sinyal
dengan frekuensi 500 MHz 2000 MHz.2. CorelDRAW X7Software ini
merupakan software untuk mengolah hasil desain sensor yang sudah
dibuat di CST Suite Studio 2011 hingga kemudian menjadi desain yang
siap cetak.3. LabVIEW 2011LabVIEW 2011 merupakan software untuk
mengolah data dari VNA yang disimpan di USB.
3.3 Prosedur PenelitianProsedur penelitian pada Rancang Bangun
Alat Pengukur Kadar Gula Darah Secara Non Invasive (Glucometer Non
Invasive) akan dilaksanakan dalam beberapa tahap pelaksanaan.
Adapun tahapan-tahapan tersebut mulai dari persiapan alat dan
bahan, perancangan sensor microwaves, fabrikasi dan pencatuan
sensor microwaves, pengujian sensor, pengkalibrasian sistem,
pengambilan data, perancangan software, serta uji validitas
metode.
3.3.1 Perancangan sensorDiagram Alir Penelitian
Fabrikasi dan pencatuan sensor
Pengujian sensor
Pegambilan data
Perancangan software
Uji validitas metodeGambar 3.1 Diagram alir penelitian3.3.2
Perancangan Sensor MicrowavesDesain sensor microwaves yang dibuat
ditunjukkan pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 single spiral microstrip menggunakan pemodelan CST -
MWSGambar 3.2 menunjukkan jenis microstrip dari sensor microwaves
yang digunakan dalam penelitian untuk mengetahui kadar gula dalam
darah secara non - invasive. Penelitian Green, 2005 menunjukkan
bahwa single spiral microstrip memberikan hasil terbaik dari uji
pengukuran kadar gula darah.Bentuk dari single spiral microtsrip
ini akan mengalami sedikit perubahan dari yang awalnya berpola
circular mejadi pola ovular. Hal ini merujuk dari hasil penelitian
Nurdin, 2010 yang menyatakan bahwa pola ovular spiral menghasilkan
nilai yang lebih akurat karena seluruh area perasa pada ibu jari
akan tercover.Sensor mikrostrip ini terdiri dari dua lapisan yang
kemudian ditempelkan menjadi satu. Lapisan sensor yang pertama
berbahan material FR4 dan yang kedua Roger seri 3010. Roger seri
3010 adalah material komposit dari polimer PTFE yang diisi oleh
keramik. Digunakannya kedua material tersebut karena keduanya
memiliki sifat mekanik yang stabil sehingga ideal untuk merancang
sensor mikrostrip ini.Perancangan desain ini menggunakan CST Suite
Studio 2011 dengan spesifikasi CST Microwaves Studio (CST MWS) yang
mampu mendesain sensor sehingga sensor bisa bekerja pada frekuensi
gelombang mikro. Desain sensor ini kemudian disimulasikan untuk
megetahui apakah sensor yang didesain sudah memenuhi kebutuhan dan
siap dicetak.Ada 3 kombinasi ketebalan material sensor yang dibuat
dalam penelitian ini. Tujuan dari kombinasi material sensor adalah
untuk mengetahui perbandingan hasil keakuratan sensor antara
kombinasi material pertama, kedua dan ketiga sehingga bisa
dihasilkan sebuat set-up alat ukur kadar gula darah yang memiliki
nilai ketelitian tinggi. Ketiga kombinasi sensor menggunakan
material FR4 dengan ketebalan yang sama yakni 1,6 mm, adapun
variasi ketebalan dari sensor terdapat pada material Roger3010
dimana sensor pertama memiliki ketebalan 0.13 mm, sensor kedua 0.64
mm dan sensor ketiga dengan ketebalan 1.28 mm. Tabel 3.1
menjabarkan kombinasi dari ketebalan material sensor yang
dibuat.Tabel 3.1 Kombinasi ketebalan material sensor
microwavesKetebalanSensor 1Sensor 2Sensor 3
FR 41.6 mm1.6 mm1.6 mm
Roger 30100.13 mm0.64 mm1.28 mm
3.3.3 Fabrikasi dan Pencatuan Sensor MicrowavesDesain sensor
yang sudah di-export dari CST Suite Studio 2011 ke CorelDRAWX7
dicetak ke plastik transparan kemudian dicetak ke PCB FR4 dan
Roger3010. PCB FR4 untuk mencetak bagian jalur sensor microwaves
sementara PCB Roger3010 sebagai bagian grounding untuk
menghilangkan sinyal sinyal yang tidak diinginkan (noise). Waktu
yang dibutuhkan untuk fabrikasi sensor ini selama 1 minggu.Setelah
selesai difabrikasi, dilakukan pencatuan sensor dengan menggunakan
timah dan solder. Penyolderan dilakukan untuk menyambungkan antara
sensor microwaves dengan SMA Female PCB. SMA ini yang menghubungkan
Antara sensor microwaves dengan kabel koaksial. Gambar 3.4
menunjukkan hasil sensor microwaves setelah selesai difabrikasi dan
dicatu sehingga siap untuk di uji menggunakan VNA.
Gambar 3.4 Sensor microwaves yang sudah selesai dan siap di uji
coba.
3.3.4 Set-up PenelitianSensor microwaves yang sudah didesain,
difabrikasi, dan dicatu digunakan untuk mendeteksi kadar gula darah
menggunakan gelombang mikro. Gambar dari sensor microwaves
diperlihatkan pada gambar 3.4. Skema dari penelitian yang dilakukan
ditunjukkan pada gambar 3.5 dan untuk Set Up alat pada gambar
3.6.
OscillatorVNASensor MicrowavesUSBLabVIEW
Oscillator dan VNASensor microwavesGambar 3.5 Skema Alat
USB
LabVIEWGambar 3.6 Set Up PenelitianMekanisme kinerja alat yaitu
ibu jari sebagai bagian tubuh yang diukur detempelkan pada sensor
microwaves dengan pola penempatan yang sesuai dengan pola sensor.
Kemudian ketika power pada VNA dinyalakan maka akan dimulai proses
pengukuran kadar gula dalam darah. Oscillator pada VNA akan
mentransmisikan gelombang-gelombang mikro pada sensor melalui kabel
koaksial, kemudian sensor mentransmisikan gelombang mikro ke tubuh
melalui ibu jari yang berupa jaringan. Gelombang yang masuk ke
dalam tubuh kemudian mengalami absorbsi sehingga frekuensi
gelombang yang ditransmisikan dengan gelombang yang kembali tidak
akan sama. Gelombang yang kembali ini ditangkap oleh detektor
kemudian dikembalikan lagi dalam VNA untuk kemudian diolah. Dalam
VNA nilai frekuensi gelombang yang kembali akan diolah untuk dengan
cara mencari parameter S, dari nilai parameter S ini akan diketahui
berapa nilai frekuensi gelombang mikro yang kembali. Nilai
frekuensi yang didapat kemudian diolah hingga berubah menjadi
satuan kadar gula darah dan ditampilkan pada from panel LabVIEW
dalam bentuk angka serta informasi apakah kadar gula darahnya
berada pada level normal atau tidak.
3.3.5 Pembuatan SoftwareAlur kerja software dari alat ukur kadar
gula darah ini berdasarkan dari flowchart gambar 3.7. Software yang
digunakan adalah LabVIEW 2011
Start
Ambil data
Menentukan nilai frekuensi ketika Intensitas Minimum
Nilai Frekuensi dan S21
Hitung BGL
YBGL