Thème: Electrocardiogramme (ECG)
INTRODUCTION
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Figure
Le cœur est donc séparé en deux moitiés indépendan
d’une oreillette et d’un ventricule. Sa partie dr
venant des org...
 la diastole
Correspond est la relaxation de toutes les parties du cœur, permettant le remplissage passif des
ventricules...
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Le faisceau de His, les branches droite et gauch
constituent le véritable distributeur de l’influx électrique, qu
s...
 L'onde P est une déflexion correspondant à la dépolarisation des oreillettes
droite et gauche
 Le complexe QRS
dépolari...
Figure : Présence de Fibrillation
Flèche rouge : trémulations de la ligne isoélectrique
Flèche violette : onde P (ECG norm...
Dans le cadre de la mise en place d’un dispositif mobile et
l’intervention des secouristes sur
patients à risque cardiaque...
Figures a) b) c) d) : Exemples de dispositifs d’enregistrement de l’ECG
Pour enregistrer l’ECG, il faut au moins trois éle...
Figure : modèle électrique du patient pour l’ECG
Il existe des dispositifs à base de 7 ou 12
topographie complète du cœur
...
Une fois le signal est informatisé
avant d’en extraire le rythme cardiaque
informations, dont le cardiologue
Entre autre o...
La décomposition modale Empirique EMD
La décomposition modale empirique ou EMD est une méthode d’analyse de signal m
point...
Sur l’ECG on constate [figure B] que l’EMD [1] a permis d’extraire les composantes
PQRST qui étaient noyées dans le signal...
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traitement numérique du signal cardiaque ( ECG )

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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.

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traitement numérique du signal cardiaque ( ECG )

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.

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