Projet de TP - .Le cycle cardiaque complet ... Finie (RIF) – ou Moving Average filter (MA filter)

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  • GALIO Claire GB05 Projet BM04 GOMBERT Florence GB04 Automne 2003

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    BM04

    Acquisition et traitement de donnes biomdicales Responsable : Catherine Marque Charg de TP : Jrmy Terrien

    Projet de TP

    Sujet N3 :

    Construction de la courbe dvolution du rythme cardiaque et de la respiration partir dun ECG

    GALIO Claire GBM05 GOMBERT Florence GBM04

    A03

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    Sujet N 3 : Construction de la courbe dvolution du rythme cardiaque et de la respiration partir dun ECG La respiration implique une variation de volume de la cage thoracique, donc une variation des caractristiques du signal ECG (D1, D2, D3, ou thorax). On veut exploiter ce phnomne pour dduire de lECG une courbe permettant de dfinir, en plus du rythme cardiaque, le rythme respiratoire. Pendant lacquisition continue de lECG, il faut :

    tracer la courbe dvolution des amplitudes des pics, tracer la courbe dvolution des intervalles R-R.

    Pour apprcier qualitativement les modifications de lECG, la visualisation de chaque onde ECG est demande. Celle-ci sera centr sur le pic QRS.

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    SOMMAIRE

    INTRODUCTION p. 3 I BIBIOGRAPHIE p. 4

    1. Physiologie de lECG P. 4 2. Dtection des pics R P. 7 3. Dtection de la respiration p.11

    II MATERIELS ET METHODES p.13

    1. Acquisition du signal analogique . p.13 2. Le signal numrique p.15 3. Dtection des pics R p.16 4. Courbes des intervalles RR et de la respiration p.20

    III RESULTATS p.21

    1. Statistique de dtection des pics p.21 2. Calcul de la frquence cardiaque . p.22 3. Courbe dvolution des intervalles R-R p.22 4. Courbe dvolution des amplitudes des pics R p. 23 5. Estimation de la frquence respiratoire .. p.23

    CONCLUSION p.24 LIMITES ET PERSPECTIVES p.25 REFERENCES p.27 ANNEXES p.28

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    INTRODUCTION : La respiration et lactivit cardiaque sont des phnomnes physiologiques primordiaux la vie de lHomme. Ce sont des fonctions vitales. Elles sont cependant sujettes de nombreuses pathologies. Lexploration fonctionnelle des fonctions cardiaques et respiratoires permet de les dtecter. Llectrocardiogramme (ECG), examen de base de lactivit cardiaque, et son analyse, reprsentent des lments dterminants pour le diagnostic cardiaque. Cest un examen simple, qui permet le recueil facile de lactivit lectrique du cur par simple pose dlectrodes. Il ncessite un examen complmentaire car une morphologie normale dECG peut cacher une pathologie. Car lECG napporte aucune information sur la fonction pompe du cur. Lexploration parallle de la fonction respiratoire prcise donc lexamen ECG. Notre projet de BM04 sinscrit dans lexploration des fonctions cardiaque et respiratoire, ainsi que leur relation. On souhaite, par lintermdiaire du seul recueil ECG, explorer les deux fonctions. Il sagit ici, de construire les courbes dvolution du rythme cardiaque et de la respiratoire. La premire phase de notre projet a donc consist tout dabord en loptimisation du recueil du signal ECG analogique, puis en la numrisation du signal. Elle sest accompagne dun familiarisation avec la thmatique, le matriel dacquisition et le logiciel HPVEE de traitement des signaux. Nous nous sommes ensuite attaches limplmentation de notre interface de traitement, au paramtrage des glyphs pour loptimisation de la construction des nos courbes. Enfin, nous nous sommes consacres la construction des courbes dvolution des intervalles R-R (et lextraction de la frquence cardiaque), ainsi que des amplitudes des pics R (valuation de la courbe respiratoire). Les aspects physiologiques et thoriques sur lECG, ainsi que nos recherches bibliographiques sur la dtection de pics seront prsentes en premire partie. Le matriel employ et les mthodes utilises seront ensuite abords. Puis nous nous attarderons sur les rsultats de notre projet et terminerons en voquant les limites, les difficults rencontres et les perspectives doptimisation de notre projet.

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    I BIBLIOGRAPHIE

    1. Physiologie de lECG :

    Physiologie L'lectrocardiographie est l'tude des variations de l'enregistrement de

    l'activit lectrique des cellules cardiaques, dont dpend la contraction du cur. LECG enregistre les impulsions lectriques qui dclenchent les contractions cardiaques. Au repos, les cellules sont charges ngativement lintrieur. Lors de la contraction, les cellules se dpolarisent. Ainsi, une onde progressive de stimulation traverse le cur, entranant la contraction du myocarde. Les ondes de dpolarisation et de repolarisation sont enregistres sur lECG. Le signal graphique enregistrable est l'lectrocardiogramme (ECG). Ce signal, modifi en cas d'anomalie de la commande de l'influx lectrique ou de sa propagation, de la masse globale et rgionale des cellules ou de leur souffrance ventuelle, donne des renseignements importants et trs utiliss en mdecine.

    Morphologie

    Il est form de plusieurs ondes qui correspondent l'activation lectrique des diverses parties du cur, dsignes sur l'ECG de surface standard par les lettres de l'alphabet P, Q, R, S, T et U. La morphologie et l'amplitude de ces diverses ondes mais non leur dure varient selon les drivations ECG utilises. chaque cycle cardiaque, on distingue successivement: - l'onde P, correspondant la dpolarisation des oreillettes et de petite amplitude ; sa dure est de lordre de 90 ms. C'est une onde positive dont l'amplitude est normalement infrieure ou gale 0.2 mV. - le complexe QRS, correspondant la dpolarisation des ventricules et de grande amplitude (signal de quelques millivolts), car la masse des ventricules est trs suprieure celle des oreillettes; Sa dure normale vaut entre 85 et 95 ms. - l'onde T, correspondant la repolarisation des ventricules et damplitude normalement plus faible que le complexe QRS. - l'onde U, inconstante, qui traduirait la repolarisation du rseau de Purkinje.

    Pour chaque battement cardiaque, llectrocardiogramme enregistre 3 ondes successives :

    Drivations

    Fig. 1

    Le cycle cardiaque complet [extrait de Tortora et al., 1988]

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    Un systme de drivations consiste en un ensemble cohrent de

    drivations, chacune dfinie par la disposition de ses lectrodes sur le thorax du patient. L'emplacement des lectrodes est choisi de sorte explorer la quasi totalit du champ lectrique cardiaque en offrant un ensemble cohrent de drivations non redondantes. Plusieurs systmes standardiss existent : le systme 12 drivations est le plus utilis.

    Les drivations priphriques (ou drivations des membres), au nombre de 6, permettent d'tudier l'activit lectrique du cur sur le plan frontal. Les bipolaires DI, DII, DIII ont t dtermines par Einthoven en 1912, et compltes ensuite par Wilson, qui a dcrit les unipolaires R, L, F.

    Les drivations standards d'Einthoven (bipolaires DI, DII, DIII) :

    Ce sont des drivations bipolaires, c'est--dire dtermines partir de 2 lectrodes actives. Elles sont issues du triangle d'Einthoven (fig. 2) et correspondent une diffrence de potentiels entre les lectrodes considres. Les 3 drivations d'Einthoven : - DI est positive dans le sens R vers L, - DII est positive dans le sens R vers F, - DIII est positive dans le sens L vers F. Les drivations unipolaires R,L,F (Wilson) :

    Ces drivations unipolaires sont

    dtermines partir dune seule borne active, et dun point de rfrence dfini par Wilson : la borne centrale de Wilson (Wilson Central Terminal, CT). Cette borne centrale est une moyenne des potentiels des 3 membres, et se situe au centre du triangle quilatral constitu par le corps. La diffrence de potentiels est cette fois calcule entre chaque lectrode des membres et la borne centrale : on obtient ainsi les 3 drivation unipolaires R, L, F (fig. 3).

    Fig. 2 : Triangle dEinthoven. Le corps est suppos avoir une configuration triangulaire du point de vue de ses caractristiques lectriques [extrait de Macfarlane, Comprehensive Electrocardiology, NY, 1989, p. 317] R=Right hand, L=Left hand, F=Foot

    R L

    F

    R L

    F

    CT

    Fig. 3 : La borne centrale de Wilson (CT) et les drivations unipolaires R, L, F

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    On distingue aussi 6 autres drivations : les drivations unipolaires

    prcordiales V1,,V6, mises proximit du cur, dans le plan frontal : V1 V6. Ces 6 lectrodes places sur la surface antrieure et latrale gauche du thorax en des points trs prcis V1 (point parasternal droit) V6 (point axillaire gauche). Le potentiel de chaque lectrode est enregistr par rapport la borne centrale. Ces 6 drivations, reliant 6 points cutans un mme point central, composent une sorte dventail qui se situerait dans un plan horizontal

    LECG standard est donc enregistr sur les 12 drivations.

    Le rythme cardiaque

    Lorsque l'on parle du rythme cardiaque, on parle la fois du lieu de gense de l'activit lectrique du cur et de la rgularit ou non de sa propagation. Ainsi, on parle de rythme sinusal rgulier lorsqu'il est - rgulier (espace R-R identique sur tout le trac, avec des complexes QRS

    similaires) - sinusal (l'activit lectrique est gnre par le nud sinusal.)

    L'analyse du rythme cardiaque sur l'lectrocardiogramme se fait donc en 2 tapes, vrifiant d'une part la rgularit du rythme,