PENGEMBANGAN teknologi kesehatan tidak hanya berkaitan dengan kemampuan sebuah alat untuk bekerja, tetapi juga bagaimana memastikan hasil pengukurannya dapat dipercaya. Semakin dekat hasil pengukuran terhadap nilai referensi, semakin baik pula gambaran awal mengenai kinerja teknis suatu perangkat. Hal tersebut menjadi salah satu perhatian dalam pengembangan prototipe spirometer portabel berbasis Arduino Uno dan sensor tekanan MPX5500DP di Universitas Baiturrahmah Padang.
Spirometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur fungsi paru melalui proses inspirasi dan ekspirasi. Dalam pengembangannya, prototipe yang dibuat dirancang untuk memperoleh beberapa parameter penting, yaitu Forced Vital Capacity atau FVC, Forced Expiratory Volume in One Second atau FEV1, serta rasio FEV1/FVC. Sistem tersebut mengintegrasikan mouthpiece, sensor tekanan MPX5500DP, Arduino Uno, jalur udara, sumber daya, dan layar Nextion berukuran 3,5 inci.
Untuk mengetahui kemampuan awal alat dalam mengukur volume, dilakukan pengujian menggunakan calibration syringe dengan dua volume referensi, yaitu 1 liter dan 3 liter. Masing-masing volume diuji sebanyak lima kali. Hasil yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan volume referensi untuk mengetahui besarnya penyimpangan atau error pengukuran.
Pada pengujian menggunakan volume referensi 1 liter, alat menghasilkan beberapa variasi hasil pengukuran. Pengukuran pertama memperoleh 0,98 liter, pengukuran kedua 0,99 liter, pengukuran ketiga 1,01 liter, pengukuran keempat 0,99 liter, dan pengukuran kelima 1,00 liter. Dari lima kali pengukuran tersebut diperoleh rata-rata volume sebesar 0,994 liter dengan rata-rata error sebesar 1,00 persen. Jika dibandingkan dengan volume referensi, rata-rata hasil pengukuran tersebut hanya memiliki selisih sebesar 0,006 liter atau sekitar 6 mililiter.
Hasil ini menunjukkan bahwa pada kondisi pengujian dengan volume referensi 1 liter, prototipe mampu menghasilkan pengukuran yang cukup dekat dengan nilai yang diberikan.
Pengujian kemudian dilanjutkan menggunakan calibration syringe dengan volume referensi 3 liter. Pada pengujian pertama, alat menghasilkan 2,96 liter. Pengujian kedua menghasilkan 2,98 liter, pengujian ketiga 3,02 liter, pengujian keempat 2,99 liter, dan pengujian kelima 3,01 liter. Dari lima kali pengukuran tersebut diperoleh rata-rata volume sebesar 2,992 liter dengan rata-rata error sebesar 0,67 persen.
Dengan demikian, rata-rata error pada pengujian 3 liter lebih rendah dibandingkan pengujian 1 liter. Selisih antara volume referensi 3 liter dan rata-rata hasil pengukuran adalah 0,008 liter atau sekitar 8 mililiter.
Secara teknis, hasil tersebut menunjukkan bahwa prototipe mampu menghasilkan nilai pengukuran yang relatif dekat dengan volume referensi pada dua kondisi pengujian yang dilakukan.
Namun, hasil tersebut perlu dipahami secara proporsional. Nilai error sebesar 1,00 persen dan 0,67 persen merupakan hasil evaluasi teknis awal, bukan bukti bahwa alat sudah memiliki akurasi klinis yang setara dengan spirometer standar. Penelitian tersebut secara eksplisit menempatkan pengujian ini sebagai evaluasi awal terhadap performa prototipe karena pengujian masih menggunakan dua titik volume referensi.
Hal ini penting karena dalam pengembangan perangkat medis, angka error yang kecil tidak secara otomatis berarti sebuah alat telah siap digunakan untuk pemeriksaan klinis. Masih terdapat berbagai aspek lain yang perlu dievaluasi, mulai dari konsistensi pengukuran, linearitas, kestabilan sensor, hingga kesesuaian hasil dengan perangkat standar yang telah terkalibrasi.
Dalam prototipe ini, sensor MPX5500DP digunakan untuk mendeteksi perubahan tekanan yang dihasilkan oleh udara ketika pengguna melakukan ekspirasi. Sensor menghasilkan sinyal analog yang kemudian dibaca oleh Arduino Uno. Sinyal tersebut diproses berdasarkan hubungan kalibrasi yang digunakan dalam sistem untuk memperoleh informasi mengenai volume udara.
Karena proses pengukuran melibatkan beberapa tahapan, penyimpangan hasil dapat berasal dari berbagai bagian sistem. Jalur udara, karakteristik tubing, kemungkinan kebocoran, fluktuasi tekanan, respons sensor, proses analog-to-digital conversion, hingga algoritma konversi tekanan menjadi volume dapat memengaruhi hasil akhir.
Dengan kata lain, keberhasilan pengembangan spirometer tidak hanya bergantung pada sensor yang digunakan. Seluruh rantai pengukuran harus bekerja secara konsisten, mulai dari udara yang dihembuskan pengguna hingga hasil akhir yang ditampilkan pada layar.
Pengujian dengan calibration syringe menjadi salah satu cara untuk mengetahui bagaimana sistem merespons volume yang telah diketahui. Akan tetapi, dua titik volume, yaitu 1 liter dan 3 liter, belum cukup untuk menggambarkan seluruh karakteristik sistem. Karena itu, penelitian selanjutnya perlu menggunakan lebih banyak titik kalibrasi agar hubungan antara volume sebenarnya dan volume hasil pengukuran dapat dianalisis dengan lebih lengkap.
Pengulangan pengukuran juga perlu diperbanyak. Dengan jumlah pengulangan yang lebih besar, peneliti dapat mengetahui seberapa konsisten alat menghasilkan nilai ketika pengukuran yang sama dilakukan berulang kali. Analisis seperti standar deviasi, coefficient of variation, mean absolute error, dan analisis agreement juga dapat digunakan untuk memberikan gambaran performa yang lebih komprehensif.
Aspek lain yang tidak kalah penting adalah validasi terhadap spirometer klinis yang telah terkalibrasi. Perbandingan secara langsung dengan perangkat standar akan memberikan bukti yang lebih kuat mengenai performa prototipe. Validasi tersebut diperlukan untuk parameter FVC, FEV1, dan FEV1/FVC.
Khusus untuk FEV1, proses validasinya memiliki tantangan tersendiri. FEV1 merupakan volume udara yang dikeluarkan selama satu detik pertama dari ekspirasi paksa. Artinya, parameter tersebut tidak hanya berkaitan dengan volume, tetapi juga dengan karakteristik waktu.
Pengujian menggunakan calibration syringe lebih kuat untuk mengevaluasi aspek volume, sehingga validasi FEV1 membutuhkan metode pembanding yang mampu mengevaluasi aspek temporal tersebut.
Dalam penelitian yang dilakukan, prototipe juga telah digunakan untuk memperoleh FVC dan FEV1 pada lima responden. Nilai FVC yang diperoleh berada pada rentang 2,91 hingga 4,15 liter, sedangkan FEV1 berada pada rentang 2,48 hingga 3,48 liter. Rasio FEV1/FVC yang diperoleh berada pada rentang 80,8 hingga 85,2 persen.
Data tersebut menunjukkan bahwa sistem telah mampu menjalankan fungsi dasar yang dirancang, yaitu memperoleh parameter fungsi paru dari manuver ekspirasi dan menyajikannya melalui sistem digital. Meski demikian, hasil dari lima responden tersebut masih diposisikan sebagai demonstrasi fungsi sistem dan belum sebagai validasi klinis.
Dari sisi pengembangan perangkat, prototipe ini juga memiliki peluang untuk dikembangkan lebih jauh. Sistem saat ini telah menggunakan layar Nextion 3,5 inci yang mampu menampilkan hasil pengukuran dan informasi grafis.
Peneliti selanjutnya dapat mengembangkan visualisasi spirogram yang lebih detail, menambahkan penyimpanan riwayat pemeriksaan, serta mengembangkan transfer data secara digital. Pengembangan komunikasi nirkabel juga menjadi salah satu peluang pada penelitian berikutnya. Jika kemampuan tersebut berhasil diterapkan, data pemeriksaan fungsi paru dapat diarahkan untuk dikelola secara digital dan mendukung pengembangan sistem pemantauan jarak jauh.
Namun, kemampuan tersebut tetap harus dikembangkan bersama proses validasi dan pengujian yang memadai.
Lalu, seberapa menjanjikan spirometer portabel ini?
Berdasarkan hasil penelitian, prototipe menunjukkan kinerja teknis awal yang cukup menjanjikan. Rata-rata error sebesar 1,00 persen pada volume referensi 1 liter dan 0,67 persen pada volume referensi 3 liter menunjukkan bahwa hasil pengukuran berada relatif dekat dengan nilai referensi pada kondisi pengujian yang dilakukan. Namun, hasil tersebut sebaiknya dipandang sebagai langkah awal, bukan sebagai akhir dari proses pengembangan.
Peneliti masih perlu memperluas titik kalibrasi, meningkatkan jumlah pengulangan, menguji repeatability dan linearity, mengevaluasi kestabilan sensor, serta melakukan perbandingan langsung dengan spirometer klinis terkalibrasi.
Hal tersebut menjadi penting karena perangkat kesehatan membutuhkan tingkat pembuktian yang lebih tinggi sebelum dapat digunakan dalam konteks klinis. Sebuah prototipe dapat dikatakan berhasil pada tahap awal ketika mampu menunjukkan fungsi yang dirancang dan menghasilkan data teknis yang mendukung pengembangan berikutnya.
Dalam konteks penelitian ini, hasil pengujian dengan error rata-rata di bawah satu persen pada volume 3 liter menjadi salah satu indikasi awal yang positif. Hasil tersebut menunjukkan bahwa pendekatan menggunakan sensor tekanan MPX5500DP dan Arduino Uno memiliki potensi untuk terus dikembangkan.
Pada akhirnya, keberhasilan sebuah spirometer tidak hanya ditentukan oleh angka error yang kecil, tetapi juga oleh konsistensi, validitas, dan kemampuan alat menghasilkan pengukuran yang dapat dibandingkan dengan perangkat standar. Karena itu, perjalanan prototipe spirometer Universitas Baiturrahmah ini masih terbuka untuk pengembangan lebih lanjut.
Dengan penelitian lanjutan yang lebih komprehensif, mulai dari kalibrasi multi-titik hingga validasi menggunakan spirometer klinis, prototipe ini diharapkan dapat memiliki bukti kinerja yang semakin kuat.
Pengembangan tersebut sekaligus memperlihatkan bagaimana teknologi elektromedik dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan inovasi perangkat kesehatan yang portabel, terintegrasi, dan berpotensi dikembangkan menuju ekosistem kesehatan digital. *
