C'est un esposé que j'ai eu à présenter en classe (3èm année télécom & réseaux) qui avait pour but , de faire l'étude du traitement du signal cardiaque.

1. Thème: Electrocardiogramme (ECG)
INTRODUCTION
L'électrocardiogramme (ECG) est un signal qui représente l'activité électrique du cœur.
L'ECG est un élément essentiel que ce soit dans la surveillance des patients ou dans le
diagnostic des maladies cardiovasculaires.
Dans le monde occidental, la première cause de mortalité provient des maladies
cardiovasculaires. Pourtant les médecins disposent de nombreux moyens pour étudier et
vérifier son bon fonctionnement. Notamment, ils utilisent l’électrocardiogramme, qui est une
représentation graphique temporelle des différences de potentiels des forces électriques qui
conduisent à la contraction musculaire cardiaque. L’électrocardiogramme contient
énormément d’informations sur le fonctionnement et les éventuelles pathologies du cœur.
Toutefois, les enregistrements des électrocardiogrammes sont bien souvent bruités et parfois
peu exploitables ; c’est alors qu’intervient le domaine du traitement du signal. Grâce aux
différents outils que ce domaine nous propose, il est par exemple possible de débruiter et
d’analyser les électrocardiogrammes de façon automatique. L’importation des méthodes de
traitement du signal appliquées au domaine du médical, et en particulier au cardiaque,
fournissent alors une aide au diagnostic. Il est par ailleurs nécessaire d’avoir une fine
connaissance du fonctionnement cardiaque afin de restituer de façon la plus fidèle son cycle
naturel.
1) Anatomie du cœur humain
Le cœur est un organe creux et musculaire comparable à une pompe, qui assure la circulation
du sang dans les veines et les artères. Dans le corps humain, le cœur se situe un peu à gauche
du centre du thorax, en arrière du sternum. Il est l’élément central du système
cardiovasculaire. Il est connecté au reste de l’organisme par le biais de vaisseaux associés : les
deux veines caves (inférieure et supérieure), les artères pulmonaires, et l’artère aorte, comme
l’illustre la figure suivante.

2. Figure
Le cœur est donc séparé en deux moitiés indépendan
d’une oreillette et d’un ventricule. Sa partie dr
venant des organes) et assure la circulati
riche en oxygène, et le propulse vers le reste du corps, hormis les poumons.
2)Le battement cardiaque
Chaque battement du cœur entraîne une séquence d’événements mécaniques et électriques
collectivement appelés la révolution cardiaque. Ce
systole auriculaire, la systole ventriculaire et la diastole.
 la systole auriculaire
Les oreillettes se contractent et projettent le sang vers les ventricules. Une fois le sang
des oreillettes, les valvules auriculo
ferment. Ceci évite un reflux du sang vers les oreillettes. La fermeture de ces valv
le son familier du battement du cœur.
 La systole ventriculaire
Cette phase implique la contraction des ventricules expulsant le sang vers le système
circulatoire. Une fois le sang expulsé, les deux
droite et la valvule aortique à gauc
Figure : schéma fonctionnel du cœur
Le cœur est donc séparé en deux moitiés indépendantes (droite et gauche), chacune
d’une oreillette et d’un ventricule. Sa partie droite contient du sang pauvre en
et assure la circulation pulmonaire ; sa partie gauche renferme du sang
oxygène, et le propulse vers le reste du corps, hormis les poumons.
Le battement cardiaque
Chaque battement du cœur entraîne une séquence d’événements mécaniques et électriques
lés la révolution cardiaque. Celle-ci consiste en trois étapes
systole auriculaire, la systole ventriculaire et la diastole.
la systole auriculaire
et projettent le sang vers les ventricules. Une fois le sang
des oreillettes, les valvules auriculo-ventriculaires entre les oreillettes et les ventri
reflux du sang vers les oreillettes. La fermeture de ces valv
battement du cœur.
riculaire
implique la contraction des ventricules expulsant le sang vers le système
circulatoire. Une fois le sang expulsé, les deux valvules sigmoïdes (la valvule pulmonaire à
droite et la valvule aortique à gauche) se ferment.
tes (droite et gauche), chacune composée
oite contient du sang pauvre en oxygène (sang
auche renferme du sang
oxygène, et le propulse vers le reste du corps, hormis les poumons.
Chaque battement du cœur entraîne une séquence d’événements mécaniques et électriques
ci consiste en trois étapes majeures : la
et projettent le sang vers les ventricules. Une fois le sang expulsé
ventriculaires entre les oreillettes et les ventricules se
reflux du sang vers les oreillettes. La fermeture de ces valvules produit
implique la contraction des ventricules expulsant le sang vers le système
la valvule pulmonaire à

3.  la diastole
Correspond est la relaxation de toutes les parties du cœur, permettant le remplissage passif des
ventricules et l’arrivée de nouveau sang.
Les phases de contractions harmonieuses des oreillettes et des ventricules sont commandées
par la propagation d’une impulsion électrique. Lorsque
diastole est raccourcie ou rallongée tandis que la durée d
3)Genèse du signal cardiaque
Comme tous les muscles du corps, la contraction du myocarde est
propagation d’une impulsion électrique le long des fibres mus
la dépolarisation des cellules musculaires. En effet, le cœur
cellules conductrices qui produisent et propagent
cellules qui répondent à ces impulsions par une contraction
Lors d’une activité cardiaque normale, la stimulation électrique du myocarde naît du nœud
sinusal (ou nœud de Keith & Flack), pacemaker naturel du cœur.
l’oreillette, cette stimulation électrique transite par le nœud auriculo
d’Aschoff Tawara) avant de rejoindre les ventricules via le réseau de distribution no
dire, le faisceau de His, les branches de
Figure : Schéma du cœur et de son réseau de conduction électrique
est la relaxation de toutes les parties du cœur, permettant le remplissage passif des
ventricules et l’arrivée de nouveau sang.
Les phases de contractions harmonieuses des oreillettes et des ventricules sont commandées
mpulsion électrique. Lorsque la fréquence cardiaque change,
diastole est raccourcie ou rallongée tandis que la durée de la systole reste relativement
Genèse du signal cardiaque
Comme tous les muscles du corps, la contraction du myocarde est provoquée par la
propagation d’une impulsion électrique le long des fibres musculaires cardiaques induite par
la dépolarisation des cellules musculaires. En effet, le cœur comporte un réseau intrinsèque
cellules conductrices qui produisent et propagent des impulsions électriques,
cellules qui répondent à ces impulsions par une contraction.
activité cardiaque normale, la stimulation électrique du myocarde naît du nœud
(ou nœud de Keith & Flack), pacemaker naturel du cœur. Après avoir traversé
cette stimulation électrique transite par le nœud auriculo-ventriculaire (ou nœud
Tawara) avant de rejoindre les ventricules via le réseau de distribution no
faisceau de His, les branches de Tawara et le réseau terminal de Purkinje
Schéma du cœur et de son réseau de conduction électrique
est la relaxation de toutes les parties du cœur, permettant le remplissage passif des
Les phases de contractions harmonieuses des oreillettes et des ventricules sont commandées
la fréquence cardiaque change, la
e la systole reste relativement stable.
provoquée par la
culaires cardiaques induite par
comporte un réseau intrinsèque de
des impulsions électriques, ainsi que des
activité cardiaque normale, la stimulation électrique du myocarde naît du nœud
ès avoir traversé
ventriculaire (ou nœud
Tawara) avant de rejoindre les ventricules via le réseau de distribution nodal c’est à
Tawara et le réseau terminal de Purkinje.
Schéma du cœur et de son réseau de conduction électrique

4. Figure
Le faisceau de His, les branches droite et gauch
constituent le véritable distributeur de l’influx électrique, qu
sinusal, aux ventricules.
4)L’électrocardiographie
L’électrocardiographie explore l’activité électrique du cœur par
électrocardiogrammes (tracés bidimensionnels qui inscrivent en f
variations du potentiel électrique induites dans les différents points d
activité). L’ECG représente l’activité électrique
notées: P-Q-R-S-T. L’enregistrement s’est fait grâce à
l'apparition de processus de dépolarisation et de
peuvent être recueillis par des électrodes pla
donnent lieu à la forme d'onde globale d'un ECG dit
Figure : Parcours du signal électrique cardiaque
Le faisceau de His, les branches droite et gauche de Tawara, et le réseau de Purkinje
constituent le véritable distributeur de l’influx électrique, qui a pris naissance dans le nœud
L’électrocardiographie
L’électrocardiographie explore l’activité électrique du cœur par enregistrement des
tracés bidimensionnels qui inscrivent en fonction du temps les
du potentiel électrique induites dans les différents points du corps par le cœur en
représente l’activité électrique du cœur. Il est constitué de cinq
L’enregistrement s’est fait grâce à l’onde d'activation qui
cessus de dépolarisation et de repolarisation des cellules du cœur qui
ar des électrodes placées dans des endroits précis. Ces processus
me d'onde globale d'un ECG dit normal, illustré sur la figure
awara, et le réseau de Purkinje
i a pris naissance dans le nœud
enregistrement des
onction du temps les
u corps par le cœur en
r. Il est constitué de cinq ondes
qui permet
repolarisation des cellules du cœur qui
des endroits précis. Ces processus
normal, illustré sur la figure suivante :

5.  L'onde P est une déflexion correspondant à la dépolarisation des oreillettes
droite et gauche
 Le complexe QRS
dépolarisation des ventricules
 L'onde T est une déflexion correspondant à la repolarisation ventriculaire
 L’intervalle P-R (ou P
dépolarisation à travers les oreillettes, le nœud auriculo
His et le réseau de Purkinje, jusqu’aux cellules myocardiques ventriculaires. Il
représente le temps de
 L’intervalle Q-T : correspond au temps de systole ve
l’excitation des ventricules jusqu’à la fin de leur relaxation
 Le segment S-T : correspond à la phase de repolarisation ventriculaire, phase durant
laquelle les cellules ventriculaires sont toutes dépolarisées : il n’y a donc
de propagation électrique
 L’intervalle P-P : représente le cycle cardiaque. Classiquement, il n’est pas mesuré.
 L’intervalle R-R : sépare les sommets de deux ondes R successives et représente le
cycle de repolarisation ventriculaire. Il est
Dans la suite on va mettre en parallèle, un cas d’ECG normal et le cas d’une ECG anormal.
est une déflexion correspondant à la dépolarisation des oreillettes
droite et gauche
QRS correspond à un ensemble de déflexions dues à la
dépolarisation des ventricules
est une déflexion correspondant à la repolarisation ventriculaire
R (ou P-Q) : correspond au temps de propagation de l’onde de
s les oreillettes, le nœud auriculo-ventriculaire, le faisceau de
Purkinje, jusqu’aux cellules myocardiques ventriculaires. Il
conduction auriculo-ventriculaire
correspond au temps de systole ventriculaire qui va du début de
l’excitation des ventricules jusqu’à la fin de leur relaxation
correspond à la phase de repolarisation ventriculaire, phase durant
laquelle les cellules ventriculaires sont toutes dépolarisées : il n’y a donc
de propagation électrique
représente le cycle cardiaque. Classiquement, il n’est pas mesuré.
sépare les sommets de deux ondes R successives et représente le
de repolarisation ventriculaire. Il est associé à la période cardiaque.
Dans la suite on va mettre en parallèle, un cas d’ECG normal et le cas d’une ECG anormal.
est une déflexion correspondant à la dépolarisation des oreillettes
correspond à un ensemble de déflexions dues à la
est une déflexion correspondant à la repolarisation ventriculaire
temps de propagation de l’onde de
ventriculaire, le faisceau de
Purkinje, jusqu’aux cellules myocardiques ventriculaires. Il
ntriculaire qui va du début de
correspond à la phase de repolarisation ventriculaire, phase durant
laquelle les cellules ventriculaires sont toutes dépolarisées : il n’y a donc pas a priori
représente le cycle cardiaque. Classiquement, il n’est pas mesuré.
sépare les sommets de deux ondes R successives et représente le
associé à la période cardiaque.
Dans la suite on va mettre en parallèle, un cas d’ECG normal et le cas d’une ECG anormal.

6. Figure : Présence de Fibrillation
Flèche rouge : trémulations de la ligne isoélectrique
Flèche violette : onde P (ECG normal, rythme sinusal)
La fréquence cardiaque normale varie entre 50
bradycardie en dessous de 50-
tachycardies, on distingue le flutter, la fibrillation auriculaire et la fibr
Une fibrillation correspond à des contractions rapides et ir
cœur empêchant le cœur de travailler comme un tout. La
l’action de pompage, et si elle persiste, il y aura arrêt de la circulation et mort cérébrale.
La FA est caractérisée par l’absence d’ondes
oscillations rapides (400 à 700 pa
5)De l’acquisition au diagnostique
Afin de permettre le traitement cardiologique des patients
software et diagnostic.
 Partie électronique: C’est une cascade de blocs, allant de l’acquisition,
l’amplification…jusqu’à l’affichage par un ordinateur ou sur un moniteur de
surveillance.
 Partie informatique:
l’extraction des différents
 Le diagnostic médical par un cardiologue
ibrillation Auriculaire sur l’ECG.
ions de la ligne isoélectrique (Fibrillation auriculaire)
: onde P (ECG normal, rythme sinusal)
e normale varie entre 50-60 BPM (selon les personnes) ; on parle de
-60 BPM et de tachycardie au-dessus de 90-100 BPM. Parmi les
cardies, on distingue le flutter, la fibrillation auriculaire et la fibrillation ventriculaire.
Une fibrillation correspond à des contractions rapides et irrégulières de plusieurs régions
cœur empêchant le cœur de travailler comme un tout. La fibrillation ventriculaire abolit
l’action de pompage, et si elle persiste, il y aura arrêt de la circulation et mort cérébrale.
actérisée par l’absence d’ondes P sur l’ECG : celles-ci sont remplacées par des
rapides (400 à 700 par minute) de la ligne de base.
De l’acquisition au diagnostique
Afin de permettre le traitement cardiologique des patients, il y a trois phases
C’est une cascade de blocs, allant de l’acquisition,
l’amplification…jusqu’à l’affichage par un ordinateur ou sur un moniteur de
Des algorithmes permettant le traitement, le stockage,
l’extraction des différents paramètres du signal numérique
médical par un cardiologue
tion auriculaire)
on les personnes) ; on parle de
100 BPM. Parmi les
illation ventriculaire.
régulières de plusieurs régions du
fibrillation ventriculaire abolit
l’action de pompage, et si elle persiste, il y aura arrêt de la circulation et mort cérébrale.
ci sont remplacées par des
, il y a trois phases : hardware,
C’est une cascade de blocs, allant de l’acquisition,
l’amplification…jusqu’à l’affichage par un ordinateur ou sur un moniteur de
permettant le traitement, le stockage,

7. Dans le cadre de la mise en place d’un dispositif mobile et
l’intervention des secouristes sur
patients à risque cardiaque. Des entreprises ont développés
facile d’utilisation.
lace d’un dispositif mobile et ergonomique simplifiant
l’intervention des secouristes sur les lieux d’accidents ou pour la surveillance
Des entreprises ont développés différents appareils miniatures et
ergonomique simplifiant
la surveillance à distance de
différents appareils miniatures et

8. Figures a) b) c) d) : Exemples de dispositifs d’enregistrement de l’ECG
Pour enregistrer l’ECG, il faut au moins trois électrodes
électrodes sont placées au bras droit (RA)
gauche (LA) pour la tension
proposer une modélisation électrique du patien
Exemples de dispositifs d’enregistrement de l’ECG
Pour enregistrer l’ECG, il faut au moins trois électrodes (dispositif à 3 dérivations). Ces
sont placées au bras droit (RA) pour collecter la tension Ur(t), au bras
Ul(t) au pied gauche (LL) c’est la masse. Alors, on peut
électrique du patient.
dérivations). Ces
r(t), au bras
gauche (LL) c’est la masse. Alors, on peut

9. Figure : modèle électrique du patient pour l’ECG
Il existe des dispositifs à base de 7 ou 12
topographie complète du cœur
réduire le nombre d’électrodes
A la sortie du capteur, aussi bien le signal analogique ECG ou PCG doit
débruiter, échantillonner puis transmis vers un ordinateur
et traiter.
Figure : chaine de traitement électrique de l’ECG
Pour le ECG la fréquence est limitée entre 10 Hz vibrations de la peau) et 100
éliminer les différents parasites il faut un filtre anti
∆ƒ = 400 Hz
Afin de transférer le signal cardiaque vers un PC, il faut le
(convertisseur analogique numérique) de fréquence d’échantillonnage de 2kHz ou 4kHz
parfaire la résolution du signal
(Réponse Impulsionnelle Infinie) avant la
centre de décision d’urgence.
: modèle électrique du patient pour l’ECG
es dispositifs à base de 7 ou 12 dérivations qui permettent de réaliser
complète du cœur mais restent contraignants pour le patient. Il est important
odes tout en améliorant la qualité du signal ECG.
bien le signal analogique ECG ou PCG doit-être
er, échantillonner puis transmis vers un ordinateur ou un moniteur pour y être
: chaine de traitement électrique de l’ECG
e est limitée entre 10 Hz vibrations de la peau) et 100
miner les différents parasites il faut un filtre anti-repliement passe-bas de bande pas
rdiaque vers un PC, il faut le numériser par le biais d’un CNA
(convertisseur analogique numérique) de fréquence d’échantillonnage de 2kHz ou 4kHz
parfaire la résolution du signal cardiaque. Ce CNA sera suivi d’un filtre numérique R
(Réponse Impulsionnelle Infinie) avant la transmission du signal vers un ordinateur
permettent de réaliser une
Il est important de
qualité du signal ECG.
être amplifier,
u un moniteur pour y être afficher
e est limitée entre 10 Hz vibrations de la peau) et 100 Hz. Pour
bas de bande passante :
numériser par le biais d’un CNA
(convertisseur analogique numérique) de fréquence d’échantillonnage de 2kHz ou 4kHz pour
d’un filtre numérique RII
du signal vers un ordinateur ou un

10. Une fois le signal est informatisé
avant d’en extraire le rythme cardiaque
informations, dont le cardiologue
Entre autre on a :
Transformée de Fourier discrète
Après application de la TFD (Transformée de Fourier di
d’un patient normal, on peut constater que l’ECG est limité à 100 Hz
Transformée en Ondelette TOD
Elle est utilisée pour la compression
son. C’est le cas en écographie ou
Elle permet de débruiter les signaux, c’est le cas d’un ECG
Une fois le signal est informatisé on peut traiter par des algorithmes de traitements du signal
le rythme cardiaque, spectre, densité spectrale. Ces différentes
cardiologue a besoin dans son diagnostique et sa prise de décision
Transformée de Fourier discrète :
a TFD (Transformée de Fourier discrète) sur des signaux
peut constater que l’ECG est limité à 100 Hz.
Transformée en Ondelette TOD :
compression des données numériques des images, de la vidéo ou du
C’est le cas en écographie ou en imagerie médicale et satellitaire.
Elle permet de débruiter les signaux, c’est le cas d’un ECG.
des algorithmes de traitements du signal
. Ces différentes
et sa prise de décision.
) sur des signaux cardiaques
images, de la vidéo ou du

11. La décomposition modale Empirique EMD
La décomposition modale empirique ou EMD est une méthode d’analyse de signal m
point en 1998, par N.E. HUANG ingénieur à la
océanographiques. Par la suite, elle a été introduite dans
Figure A : composantes a(t) et d(t) d’un signal s(t)
Son principe est que tout signal
composante lente a(t) (basses fréquences) appelée
rapide d(t) (hautes fréquences) appelée
(Fonctions Modales Intrinsèques) interprétées
stationnaires.
Si on applique cette méthode sur des signaux
qu’on obtient après 4 itérations
(b) onde ECG après 4 itérations
Figure B : Décomposition par l’EMD de l’ECG
La décomposition modale Empirique EMD :
ition modale empirique ou EMD est une méthode d’analyse de signal m
point en 1998, par N.E. HUANG ingénieur à la NASA, pour l’étude de données
. Par la suite, elle a été introduite dans d’autres domaines d’applications.
composantes a(t) et d(t) d’un signal s(t)
Son principe est que tout signal s(t), peut-être considéré comme superposition d’une
composante lente a(t) (basses fréquences) appelée approximation
rapide d(t) (hautes fréquences) appelée détail. Ces composantes sont des
(Fonctions Modales Intrinsèques) interprétées comme étant des ondes
Si on applique cette méthode sur des signaux cardiaques voici le genre de
4 itérations seulement.
(b) onde ECG après 4 itérations
Décomposition par l’EMD de l’ECG
ition modale empirique ou EMD est une méthode d’analyse de signal mise au
A, pour l’étude de données
d’autres domaines d’applications.
être considéré comme superposition d’une
et une composante
composantes sont des IMF
comme étant des ondes non
voici le genre de résultats

12. Sur l’ECG on constate [figure B] que l’EMD [1] a permis d’extraire les composantes
PQRST qui étaient noyées dans le signal initial. La mise en évidence de ces ondes permet de
mesurer les décalages temporaires entre ces pics afin de vérifier si la phase systole
(contraction du cœur) se passe correctement. Il peut facilement déterminer le rythme
cardiaque par la mesure de l’intervalle RR.
CONCLUSION
Le traitement du signal est intégré dans la plupart des systèmes d’analyse et d’interprétation
de l’ECG. Ses objectifs sont multiples et comprennent principalement la compensation de
l’ajout d’artéfacts aux signaux d’intérêt, et l’extraction d’informations qui ne sont pas visibles
par une analyse visuelle directe. Puisque des informations cliniques utiles se trouvent dans les
intervalles de temps définis par les ondes caractéristiques de l’ECG, le développement de
méthodes robustes et fiables revêt une grande importance.
Les intervalles de temps définis entre deux ondes caractéristiques de l’ECG fournissent
d’importants indicateurs pour le diagnostic de maladies cardiaques car ils sont le reflet de
processus physiologiques.
Tout comme pour l’onde T, la détection de l’onde P n’est pas évidente, voire davantage
complexe. Effectivement, l’onde P est souvent de faible amplitude et noyée dans le bruit.
Alors que beaucoup d’études portent sur la détection de l’intervalle Q-T, les méthodes
automatiques pour estimer les intervalles P-R sont rares notamment dans le cas où la
fréquence cardiaque est élevée.