2019 : DESAIN PROGRAMMABLE FES SYSTEM DENGAN WEARABLE SENSOR

Rachmad Setiawan S.T,MT
Achmad Arifin S.T.M.Eng.,Ph.D

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Beberapa penyakit, seperti stroke dan spinal cord injury, dapat mengakibatkan kelumpuhan serta hilangnya fungsi dasar anggota gerak pada individu yang mengalaminya. Fungsi tersebut dapat dikembalikan melalui rehabilitasi medik menggunakan metode Functional Electrical Stimulation (FES). Agar rehabilitasi dapat berjalan efektif serta dapat meningkatkan kualitas hidup dan kemandirian individu, maka sistem FES harus dibuat dengan sistem kontrol closed-loop. Dibutuhkan dua parameter gait yang digunakan sebagai feedback, yaitu fase gait dan sudut persendian tungkai bawah. Penerapan sistem ini akan menimbulkan masalah yaitu pergerakan pasien yang terbatas dan faktor psikologis pasien yang terganggu akibat pemasangan sensor dan pengkabelan yang rumit. Oleh karena itu dibutuhkan sensor yang wearable. Pada penelitian ini, untuk mengukur sudut sendi hip, knee dan ankle digunakan sensor inersia yang terdiri dari akselerometer dan giroskop. Sedangkan untuk mendeteksi fase gait digunakan force sensing resistor (FSR) dengan metode theresholding. Karena sensor giroskop mengalami dc error drift offset sedang sensor akselerometer mengalami gangguan karena gerakan translasi, maka diperlukan Filter Kalman untuk estimasi sudut tilt tiap segmen. Semua proses dilakukan secara real time oleh sebuah mikrokontroler 16-bit, dsPIC4013. Data hasil pengukuran dikirim ke PC secara nir-kabel lewat Bluetooth. Stimulator FES yang bisa diatur durasi dan amplitudonya akan lebih bisa diterima oleh pasien. Dari hasil pengujian akselerometer, digunakan pre-processing dengan filter digital Butterworth LPF order 2, dengan frekuensi cut-off 4Hz. Koefisien A = 0,013359; B=0,026718; C=0,013359; D=1,647462; dan E=-0,700899. Sedangkan dari pengujian sistem dengan model kaki statis, didapat rata-rata RMSE sudut sendi hip = 0,32o; sendi knee = 0,56o; sendi ankle = 0,83o. Dengan nilai RMSE ini, joint angles hasil Filter Kalman mewakili nilai aktual. Hasil perbandingan data pengukuran pergerakan lower limb joint angles dengan data penelitian yang sudah ada, menunjukkan pola sinyal yang sama, dengan magnitudo masih berada dalam nilai standard deviasi data pembanding. Frekuensi FES = 337 Hz dengan duty cycle mulai dari 1% sampai 14%, dengan nilai amplitudo linier dari 22.6V sampai 133.4V. Desain FES dan sistem pengukuran joint angles ini diharapkan bisa digunakan untuk penerapan beberapa metode kontrol untuk rehabilitasi lower limb karena durasi dan amplitudonya yang bisa diatur secara programmable. Rencana selanjutnya ditujukan untuk menerapkan stimulator yang dikembangkan dan diuji dalam penelitian ini ke dalam metode siklus siklus kontrol untuk meningkatkan kinerja kontrolnya