STUDI KARAKTERISASI SENSOR TEKANAN STATIS UNTUK EVALUASI SISTEM KENDALI VENTILASI PADA VENTILATOR COVID-19 UGM

ADINDRA VICKAR EGA, Ir. Eka Firmansyah, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM. ; Dzuhri Radityo Utomo, S.T, M.E., Ph.D

2022 | Tesis | MAGISTER TEKNIK ELEKTRO

Ventilator Ambu-bag otomatis (AAV) merupakan alat bantu pernapasan yang banyak dikembangkan, khususnya pada masa pandemi COVID-19 secara darurat. Untuk menghindari terjadinya kerusakan paru-paru, karakteristik tekanan yang dihasilkan oleh AAV perlu dievaluasi lebih lanjut, sehingga sistem kendali yang tepat untuk mekanisme kompresi Ambu-bag dapat direncanakan. Dalam penelitian tesis ini, dijelaskan karakteristik tekanan yang dihasilkan oleh purwarupa AAV yang dikembangkan secara mandiri, dengan variasi gerakan dari stepper motor sebagai penggerak aktuator. Tekanan yang dihasilkan oleh purwarupa AAV tersebut diukur dan diakuisisi dengan menggunakan sensor tekanan yang terintegrasi dengan sistem data akuisisi 16-bit, yang telah dikalibrasi dengan menggunakan standar primer tekanan yang dimiliki Laboratorium Standar Nasional Satuan Ukuran - Badan Standardisasi Nasional (SNSU-BSN). Hasil penelitian menunjukkan bahwa microstep 1/4 merupakan mode stepping stepper motor yang paling tepat untuk digunakan, karena menghasilkan tekanan dengan efek getaran lebih kecil dibandingkan full-step dan half-step. Profil kecepatan linear merupakan profil kecepatan kompresi Ambu-bag yang paling tepat, jika dibandingkan dengan profil kecepatan logaritmik atau ramp. Purwarupa AAV juga diuji dengan simulasi penyakit paru pada pasien, melalui pengaturan nilai resistansi yang tinggi dan kompliansi yang rendah pada alat paru uji. Hasil menunjukkan bahwa terdapat rentang operasi AAV yang berbahaya pada masing-masing kondisi paru uji normal maupun abnormal dengan tekanan maksimum melebihi batas kemampuan paru-paru manusia, yaitu 40 cmH2O. Dengan demikian, resiko tekanan berlebih dalam pengoperasi ventilator berbasis Ambu-bag perlu diperhatikan, khususnya dalam penggunaan AAV secara nyata di lapangan.

The automated Ambu-bag ventilator (AAV) is a type of simple respiratory equipment that is getting a lot of attention, especially during the latest COVID-19 pandemic. In order to avoid lung injury, the pressure character of the AAV needs to be known in advance. Therefore, a proper driving control strategy could be planned properly. This thesis describes pressure character generated by pinch-type self-developed AAV prototype under several stepper motor movement strategies. The pressure generated by the device was measured using 16-bit data acquisition (DAQ) equipment which was then calibrated with the pneumatic pressure reference standard used in the Laboratory of "Standar Nasional Satuan Ukuran-Badan Standardisasi Nasional" (SNSU-BSN). Experimental results show that the 1/4 step gives the least pressure vibration compared with the full-step and half-step modes. The linear movement profile of the actuator gives the most appropriate compression profile compared to other movement profiles such as logarithmic or ramp. The AAV has also been tested to service for a simulated patient condition: high airway resistance and smaller compliance. The result shows that the AAV has its critical operating area for normal and abnormal lung, which is indicated by the peak pressure reach the human lung capability limit of 40 cmH2O. Thus, overpressure risk condition should be taken care of properly in a real application.

Kata Kunci : ventilator Ambu-bag, tekanan, stepper motor, paru uji, kalibrasi