PERKEMBANGAN teknologi kesehatan terus membuka peluang bagi lahirnya perangkat medis yang lebih praktis, portabel, dan terintegrasi. Salah satu inovasi tersebut dikembangkan oleh dosen Universitas Baiturrahmah (Unbrah) Padang melalui pengembangan prototipe spirometer portabel berbasis Arduino Uno dan sensor tekanan MPX5500DP.
Penelitian ini mengembangkan sebuah sistem yang dirancang untuk melakukan pengukuran fungsi paru melalui sejumlah parameter penting, yaitu Forced Vital Capacity (FVC), Forced Expiratory Volume in One Second (FEV1), serta rasio FEV1/FVC.
Spirometer merupakan perangkat yang digunakan untuk mengevaluasi fungsi paru melalui pengukuran volume dan aliran udara ketika seseorang melakukan manuver pernapasan. Pemeriksaan fungsi paru dapat memberikan informasi mengenai kemampuan sistem pernapasan dalam menggerakkan udara.
Dalam penelitian yang dilakukan di Universitas Baiturrahmah, pengembangan perangkat diarahkan pada integrasi beberapa komponen elektronik dan mekanik dalam satu sistem portabel. Komponen utama yang digunakan meliputi mouthpiece, sensor tekanan MPX5500DP, Arduino Uno, jalur udara, sumber daya, dan layar Nextion berukuran 3,5 inci.
Cara kerja alat dimulai ketika pengguna menarik napas secara maksimal kemudian melakukan ekspirasi paksa melalui mouthpiece. Udara yang dikeluarkan menghasilkan perubahan tekanan pada jalur pengukuran.
Perubahan tekanan tersebut kemudian dideteksi oleh sensor MPX5500DP. Sensor menghasilkan sinyal analog yang selanjutnya dibaca oleh Arduino Uno.
Arduino Uno berperan sebagai pusat pemrosesan sistem. Mikrokontroler ini menerima sinyal dari sensor, melakukan pengolahan data, mengonversi respons sensor berdasarkan hubungan kalibrasi, kemudian menghasilkan informasi yang berkaitan dengan volume udara.
Data tersebut selanjutnya digunakan untuk mendapatkan nilai FVC dan FEV1 serta menghitung rasio FEV1/FVC.
Salah satu aspek yang menjadi perhatian dalam pengembangan alat adalah bagaimana hasil pengukuran dapat disajikan kepada pengguna. Untuk itu, penelitian ini menggunakan Nextion display berukuran 3,5 inci sebagai antarmuka pengguna.
Berbeda dari LCD karakter sederhana, layar grafis tersebut memungkinkan beberapa informasi ditampilkan secara bersamaan. Hasil pengukuran dapat ditampilkan dalam bentuk angka sekaligus grafik sehingga informasi fungsi paru dapat dilihat dengan lebih terintegrasi.
Peneliti juga memasukkan karakteristik pengguna berupa usia, jenis kelamin, dan tinggi badan sebagai informasi untuk membandingkan hasil pengukuran dengan nilai fungsi paru yang diprediksi.
Untuk mengetahui performa teknis awal sistem, pengujian dilakukan menggunakan calibration syringe dengan volume referensi 1 liter dan 3 liter. Masing-masing volume dilakukan sebanyak lima kali pengukuran.
Pada pengujian menggunakan referensi 1 liter, alat menghasilkan rata-rata volume sebesar 0,994 liter dengan error rata-rata 1,00 persen.
Sementara itu, pada volume referensi 3 liter, rata-rata hasil pengukuran mencapai 2,992 liter dengan error rata-rata 0,67 persen.
Hasil pengujian tersebut menunjukkan bahwa perbedaan antara volume yang dihasilkan alat dengan volume referensi relatif kecil pada kondisi pengujian yang dilakukan. Pada referensi 1 liter, selisih rata-rata tercatat 0,006 liter, sedangkan pada referensi 3 liter selisihnya 0,008 liter.
Namun demikian, peneliti memberikan catatan bahwa hasil tersebut masih merupakan evaluasi teknis awal dan belum dapat digunakan untuk menyimpulkan bahwa prototipe telah memiliki performa klinis yang setara dengan spirometer standar.
Hal tersebut karena pengujian baru dilakukan pada dua titik volume referensi. Untuk mendapatkan gambaran karakteristik alat yang lebih lengkap, diperlukan pengujian menggunakan lebih banyak titik volume, pengulangan yang lebih banyak, serta analisis tambahan seperti repeatability dan linearity.
Selain itu, validasi menggunakan spirometer klinis terkalibrasi juga menjadi tahap penting berikutnya.
Validasi tersebut terutama diperlukan untuk memastikan kemampuan sistem dalam mengukur parameter yang tidak hanya berkaitan dengan volume, tetapi juga parameter berbasis waktu seperti FEV1.
Peneliti menyebutkan bahwa pengembangan berikutnya dapat mencakup peningkatan algoritma pemrosesan sinyal, evaluasi noise, kestabilan sensor, pengaruh lingkungan, serta pengembangan penyimpanan data dan komunikasi nirkabel.
Dengan demikian, pengembangan spirometer portabel ini tidak hanya memperlihatkan pemanfaatan Arduino sebagai mikrokontroler, tetapi juga memperlihatkan bagaimana teknologi elektromedik dapat menggabungkan sensor, sistem elektronik, perangkat lunak, dan antarmuka pengguna menjadi sebuah perangkat kesehatan yang terintegrasi.
Penelitian ini menjadi salah satu contoh bahwa inovasi alat kesehatan dapat dikembangkan dari lingkungan perguruan tinggi dengan memanfaatkan komponen elektronik yang relatif sederhana.
Ke depan, proses validasi dan pengembangan lebih lanjut menjadi bagian penting untuk membawa prototipe dari tahap pengujian teknis menuju sistem yang memiliki bukti kinerja lebih kuat.
Peneliti juga merekomendasikan perbandingan langsung dengan spirometer klinis terkalibrasi sebelum perangkat diarahkan untuk penggunaan klinis. *
