Sensor (Electrophysiology)

5/25/2018 Sensor (Electrophysiology)

1/7

Sensor (Elecrophysiology)

Osmalina Nur Rahma

Pascasarjana Jurusan Teknologi Biomedis, Universitas Indonesia

I. PendahuluanTubuh manusia menghasilkan sinyal-

sinyal listrik yang disebut biopotensial dan

untuk mengetahui besar biopotensial tubuh

dibutuhkan sensor yang dapat mengukur

aktivitas listrik dalam biologis dan jaringan

tubu. Sensor tersebut dikenal dengan

electrophysiology sensor. Sensor fisiologi

banyak digunakan dalam peralatan medis

seperti ECG (electrocardiogram), EEG

(electroenchephalogram) dan EMG

(electromyogram) dengan elektroda

biopotensial sebagai transdusernya.

Elektroda memiliki berbagai macam jenis

dan saat ini telah mulai dikembangkan

sensor fisiologi dengan menggunakan

elektroda biopotensial kering, sehingga

tidak perlu menggunakan gel sebagai

perantara namun tetap dapat berfungsi

dengan baik dan dengan noise kecil.

II. Sensor dan TransduserD Sharon, dkk (1982), mengatakan

sensor adalah suatu peralatan yang

berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala

atau sinyal-sinyal yang berasal dari

perubahan suatu energi seperti energi

listrik, energi fisika, energi kimia, energi

biologi, energi mekanik dan sebagainya.

Sensor terdiri dari transduser yang

berfungsi untuk mengubah energi satu ke

bentuk energi yang lain. Menurut William

D.C, (1993), transduser adalah sebuah alat

yang bila digerakan oleh suatu energi di

dalam sebuah sistem transmisi, akan

menyalurkan energi tersebut dalam

bentuk yang sama atau dalam bentuk yang

berlainan ke sistem transmisi berikutnya.

Transmisi energi ini bisa berupa listrik,

mekanik, kimia, optic (radiasi) atau

thermal (panas).


2/7

III. ElektrodaElektroda adalah konduktor yang

digunakan untuk bersentuhan dengan

bagian atau media non-logam dari sebuah

sirkuit (misal semikonduktor, elektrolit

atau vakum). Umumnya eletroda terbuat

dari bahan Ag yang dilapisi AgCl.

Jenis eletroda dibgi menjadi 2

macam, yaitu elektroda permukaan tubuh

(non-invasive) dan elektroda internal

(invasive). Elektroda permukaan tubuh

lebih sering digunakan karena sifatnya

tidak melukai. Jenis elektroda biopotensial

permukaan tubuh diantaranya adalah : [1]

a. Elektroda Metal-Plate

Gambar 1 ElektrodaMetal-Plate

Elektroda ini terdiri dari konduktor

metal yang bersentuhan atau kontak

dengan kulit menggunakan gel sebagai

media atau perantara untuk

mempertahankan kontak tersebut.

Ada berbagai bentuk elektroda

metal-plate yang terutama digunakan

untuk elektroda anggota tubuh pada

ECG. Bentuk pertama adalah terdiri dari

plat metal seperti silinder. Terminalnya

terletak di atas pelat tersebut dan ada

karet yang melekatkan elektroda ke

anggota tubuh. Elektrodanya dibuat dari

german silver (nickel-silver alloy).

Sebelum dilekatkan ke anggota tubuh,

bagian permukaan yang konkaf diberi

gel elektrolit. [1] [2]

Bentuk kedua adalah bentuk metal

disk. Terminalnya juga terletak di atas

metal disk. Digunakan pada ECG

sebagai elektoda di dada dan juga untuk

memonitor jantung untuk jangka waktu

yang panjang. Elektroda terbuat dari

bahan Ag dengan lapisan AgCl pada

permukaan kontak kemudian dilapisi gel

elektrolit dan direkatkan di dada pasien.

Bentuk elektoda ini juga populer untuk

pencatatan potensial permukaan pada

EMG dan EEG.


3/7

Variasi ketiga adalah berbentuk disk

yang besar dari busa plastik dengan

silver-plated disk pada satu sisi

kemudian dihubungkan dengan kabel ke

monitor. Silver-plated disk bertindak

sebagai elektroda yang dilapisi dengan

AgCl dan gel elektrolit menutupi kulit.

Bagian busa plastik tempat elektoda

diberi perekat untuk ditempelkan di

kulit. [1] [2]

b. Elektroda Suction

Gambar 2 Elektrodasuction

Eletroda ini merupakan modifikasi

dari bentuk metal-plate tetapi berbentuk

suction atau penghisap karet. Elektroda

ini sering digunakan pada ECG sebagai

pre-cordial leads, karena bisa di mana

saja diletakkan di dada untuk

pencatatannya. Elektroda suction terdiri

dari lekukan elektroda berbentuk silinder

dari metal yang dapat kontak dengan

kulit pada basisnya. Terminal untuk

kabel terletak di metal silindernya.

Kemudian pengisap karet berbentuk bola

dilekatkan di atasnya. Gel elektrolit

diletakkan pada permukaan elektrodanya

dan bila bola karet ditekan dan

diletakkan di dada kemudian dilepaskan

maka elektroda akan menempel di kulit

dada. Elektroda ini hanya digunakan

pada jangka waktu yang pendek karena

pengisapan dan penekanan pada dada

dapat menyebabkan iritasi jika dilakukan

dalam waktu yang lama meskipun

elektrodanya cukup besar. [1]

c. Elektroda Floating

Gambar 3 Elektrodafloating

Eletroda ini terdiri dari metal disk

pada suatu ruangan yang dikelilingi oleh

gel elektrolit. Ruangan ini tidak bisa

bergerak sehingga tidak menimbulkan


4/7

gerakan mekanik. Elektroda direkatkan

dengan plaster ke kulit dada. Elektroda

terbuat dari bahan Ag/AgCl yang sangat

stabil. Elektroda floating disposable

terbuat dari busa disk yang berisi gel

elektrolit dan diletakkan di sekitar

elektroda metalnya. [1]

d. Elektroda Flexible

Gambar 4 Elektrodaflexible

Eletroda flexible dapat

menyesuaikan dengan bentuk

permukaan tubuh yang tidak selalu datar.

Salah satu tipenya dibuat dari kain nilon

yang dapat diregang, diliputi dengan

partikel perak. Kabel penghubung

dilekatkan dengan lem epoxy. Bantalan

gel digunakan untuk memonitor jangka

pendek. Elektroda ini umumnya

digunakan untuk memonitor bayi

prematur. Elektroda untuk memonitor

detak jantung dan pernapasan

dihubungkan ke dada bayi prematur.

Elektroda konvensional tidak dapat

mengikuti bentuk kelengkungan pada

bayi dan dapat menyebabkan ulserasi

kulit yang berat. Elektroda konvensional

juga harus diangkat bila akan dilakukan

X-Ray dada karena elektroda ini gelap

dan dapat menghambat pemandangan

rongga dada di belakangnya. Namun,

elektrodaflexible mempunyai lapisan Ag

yang cukup tipis sehingga tidak diperlu

diangkat bila akan dilakukan X-Ray

dada dan kulit bayi terhindari dari iritasi

karena pengangkatan dan pemasangan

elektroda dilakukan dengan adhesive

tape. [1] [2]

e. Elektroda Kering (Dry)

Jenis eletroda yang telah disebutkan

sebelumnya semuanya menggunakan gel

eletrolit sebagai media perantaranya,

namun pada elektrode kering ini tidak

menggunakan gel atau media apapun

sebagai penghantar. Penelitian-penelitian

saat ini telah banyak mengacu pada


5/7

bentuk elektroda kering yang dapat

kontak langsung dengan kulit tetapi

dengan noise yang kecil.

Gambar 5 (a)Elektroda konvensional dan

macam-macam jenis elektroda kering

(b)metal-disc, (c)elektroda material

fleksibel, (d)electrode fabric.

Elektroda ini menggunakan konsep

impedansi input yang sangat tinggi

untuk memperkecil noise yang

dihasilkan. Untuk hasil yang baik, input

impedansi dari amplifier pada elektroda

harus berada pada orde 1 G.

Contohnya adalah elektroda yang

dikembangkan oleh Ko dan Hynececk

(1974) yang terdiri dari suatu disk yang

stainless steel dengan diameter 7 mm.

Suatu IC mikroelectronic impedance

converting amplifier diletakkan pada

bagian belakang disk elektroda dan

inputnya dihubungkan ke disk elektroda.

[1] [2]

IV. Elektrode Kering (Dry Electrode)dibandingkan dengan Elektrode Gel

Elektrode kering tanpa penggunaan

gel elektrolit tetap memberikan hasil yang

sama dengan elektrode gel. Gambar 6 dan

7 menunjukkan bahwa pada pada elektroda

gel, elektrode kontak dengan kulit melalui

gel , sedangkan pada elektroda kering,

elektroda kontak dengan kulit

menggunakan carbon nanotube arrays

(CNT Arrays) yang dapat menembus

lapisan terluar kulit (Stratum Corneum).

Bentuk elektroda kering dapat

bermacam-macam sesui kebutuhan dan

fungsinya. Misalnya elektroda kering untuk

EEG, pin elektroda nya perlu panjang

tertentu untuk menjangkau kulit dari

Gambar 6 Elektroda gel Gambar 7 Elektrode kering


6/7

tebalnya rambut sehingga bentuk elektroda

kering EEG tampak seperti gambar 8.

Gambar 8 Elektroda kering EEG

Akurasi hasil elektroda gel dibanding

elektroda kering tidak menunjukkan

perbedaan yang signifikan atau tidak jauh

berbeda.

Gambar 9 Perbandingan akurasi elektroda

kering dan elektroda gel

Saab,J., dkk dalam penelitiannya yang

berjudul Simultaneous EEG Recordings

with Dry and Wet Electrodes in Motor-

Imagery menunjukkan akurasi dari

performa eletroda kering aktif dan

elektroda gel pasif sebesar 60,83% dan

63,88%.

V. KesimpulanSensor fisiologi (electrophysiology)

digunakan untuk mengukur aktivitas

biopotensial tubuh dan saat ini telah

banyak berkembang sensor fisiologi

dengan elektroda kering sebagai

transdusernya. Elektroda kering tidak

menggunakan gel elektrolit sebagai

perantara namun menggunakan carbon

nanotube arrays (CNT Arrays) yang dapat

menembus lapisan terluar kulit.

Penggunaan elektroda kering ini lebih

praktis dan lebih nyaman untuk pasien

dibanding elektroda gel, misalnya untuk

pasien rehabilitasi stroke yang memakai

eletroda dalam waktu cukup lama untuk

monitoring. Selain itu penggunaan eletroda

kering juga lebih praktis untuk

pemeriksaan lainnya karna pasien tidak

perlu membersihkan sisa gel elektrolit yang

menempel pada tubuh.


7/7

VI. Referensi[1] Z. Arifin, Biopotensial Elektroda di

Bidang Medis, Majalah Kedokteran

Nusantara, vol. 38, no. 2, pp. 195-198,

Juni 2005.

[2] J. Webster, Medical Instrumentation

Application and Design 4nd Ed., New

York: John Wiley & Son Inc., 2010.

[3] J. Saab, B. Battes dan M. Grosse-

Wentrup, Simultaneous EEG

Recording with Dry and Wet Electrodes

in Motor-Imagery, Teubingen,

Germany.

[4] N. Meziane, J. Webster, M. Attari dan

J. Nimunkar, Dry Electrodes for

Electrocardiography, Physiological

Measurement, vol. 34, pp. R47-R69,

2013.

[5] G. Ruffini, S. Dunne, E. Farres, J.

Marco-Pallares, C. Ray, E. Mendoza,

R. Silva dan C. Grau, A Dry

Electrophysiology Electrode Using

CNT Arrays.

[6] ,. E. J. D. Bronzino dan M. R. Neuman,

Biopotential Electrode, dalam The

Biomedical Engineering Handbook,

second Edition, Boca Raton, CRC Pres

LLC, 2000, p. 853.

[7] S. Grandis, Instrumentation for

Coronary Care, London, Cambridge

University Press, 1988, pp. 186, 197.

Documents

Sensor (Electrophysiology)