Soutenance mémoire
Filtrage des signaux EMG
Electroencéphalogramme EEG
Introduction :
Le cerveau, entité principale du système nerveux central, et siège de la pensée, reste encore aujourd’hui parmi les plus complexes et les plus mystérieux de tous les organes du corps humain. Si son anatomie est à présent bien décrite, la compréhension de son organisation fonctionnelle ne repose que sur peu de résultats expérimentaux. Plus précisément, s’il a été observé, puis démontré, que certaines régions déterminées jouent un rôle essentiel dans certaines activités cérébrales, la relation entre la « fonction » et sa « signature » (c’est-à-dire d’une part sa localisation anatomique, et, d’autre part, la dynamique temporelle des réseaux d’aires activées) reste à caractériser. Électroencéphalographie (EEG) constitue l’outil principale pour mesurer l’activité électrique cérébrale à l’extérieur de la tête.
Le cerveau représente 2% du poids de notre corps (environ 1400g) mais consomme 20 à 30% de l’énergie corporelle. Il est protégé des rudesses du monde extérieur par les os du crâne et par un liquide dans lequel il baigne : le liquide céphalo-rachidien qui circule à son pourtour dans les méninges, et à l’intérieur dans les ventricules. Dans notre crâne se trouvent également le cervelet sous le cerveau et en arrière, et le tronc cérébral qui est le relais entre le cerveau et la moelle épinière. Le cerveau est constitué de deux hémisphères, le droit et le gauche. Quand on le regarde, on voit une surface toute plissée (ces plissements sont appelés circonvolutions cérébrales) avec deux grands sillons : le sillon central et la scissure de Sylvius. Ces sillons permettent de délimiter des régions cérébrales (ou lobes) : la région frontale est en avant du sillon central et derrière le front, la région pariétale se situe en arrière de ce même sillon, la région temporale est sous la scissure de Sylvius et la région occipitale se situe tout à l’arrière de la tête.
Configuration du système de détection :
Puisqu’il s’agit de détection de deux signaux électro physiologique EEG et EMG, il faudra représenter un schéma bloc qui permet d’avoir une idée sur le principe et les dispositifs électronique utiles afin d’acquérir le mieux possible les signaux désirées.
Le schéma bloc au dessous nous montre les étapes essentielles qui nous permettent la détection des signaux EMG et EEG (figure 3.2.1).
Dans ce qui suit nous allons :
• Expliquer le rôle et le fonctionnement de chaque bloc (définition, propriétés)
• Décrire les caractéristiques des composants et des circuits utilisés pour la mesure des signaux EEG et EMG.
• Conception d’un circuit d’acquisition et de mise en forme pour chaque signal EEG et EMG.
Préamplificateur :
Pour ne pas avoir une distorsion du signal détecter l’amplification doit être divisée en deux étapes la première au niveau de l’amplificateur d’instrumentation comme nous l’avons vu précédemment et la deuxième au niveau d’un simple circuit a base d’AOP et cela pour le signal EEG a cause de sa faible amplitude (quelques microvolts).
• Amplificateur opérationnel
C’est un composant électronique analogique. Il constitue une brique de base dans un circuit électronique. Il peut réaliser diverses opérations sur un signal électrique: amplification, comparaisons, soustractions, additions, déphasages (décalages dans le temps), filtrages, etc… Les différentes fonctions à réaliser par le composant sont définies par les résistances, condensateurs, diodes, etc… Auxquels il est branché ainsi que de la topologie du circuit externe.
C’est un circuit intégré, c’est à dire qu’il est formé d’une multitude de composants électroniques élémentaires (résistances, transistors, condensateurs, diodes, etc…) formant un circuit complexe et intégrés dans un boitier. Ce circuit est connecté à l’extérieur par des bornes de raccordement : 3 bornes fonctionnelles et 2 bornes d’alimentation
• Caractéristiques
– Le gain est le facteur d’amplification de la tension d’entrée et qui doit être trés grand
• résistance d’entrés infinie.
• bande passante très grande.
Filtrage :
Généralités :
Les signaux électro physiologiques qu’on étudie sont toujours plus au moins mêlés à des signaux parasites ne provenant pas des neurones et des muscles. De plus, la peau atténue le signal dans le cas des EMG de surface. Il empêche d’avoir un signal propre à l’activité du muscle à mesurer, On distingue collectivement ces parasites sous le terme de bruit. La possibilité de réaliser un enregistrement dépend en définitive de la possibilité d’amplifier sélectivement le signal intéressant, tout en rejetant le bruit parasite non désiré.
De nombreux signaux électriques interférent avec l’enregistrement des signaux électro physiologique désirés, ils peuvent tantôt masquer les signaux recherchés ou en fausser la mesure les sources de bruit sont multiples, câbles d’alimentation en 50 Hz interférence radio, pour cela nous avons préférés d’alimenter notre circuit par une batterie et utiliser une opération de filtrage.
Le filtrage est une forme de traitement de signal, obtenu en envoyant le signal à travers un ensemble de circuits électroniques, qui modifient son spectre de fréquence et/ou sa phase et donc sa forme temporelle.
On classe les filtres en deux grandes familles : ANALOGIQUE et NUMERIQUE. Ce dernier sera étudié dans les prochains paragraphes.
Le filtrage s’applique à des signaux représentés sous forme analogique (filtres analogiques}, ou sous forme numérique après échantillonnage du signal (filtres numériques).
Les filtres analogique se divise eux même en deux :
Les filtres passifs : Ils ne sont composés que d’éléments passifs (résistances, condensateurs, bobines).
Les filtres actifs : Il y a en plus une amplification du signal d’entrée par un élément actif (AOP, Transistor).
Un filtre est un système linéaire invariant dans le temps permettant de diviser le spectre (spectre fréquentiel) afin de conserver une ou plusieurs parties (bande) de ce spectre.
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Table des matières
Introduction général
Chapitre 1: ELECTROMYOGRAMME EMG
I. 1 Introduction
I. 2 Les principaux mouvements des muscles
I. 3 Les muscles du corps
I. 3.1Forme
I. 3.2Type
I. 4 Anatomie du Muscle
I. 4.1Type de fibre musculaire
I. 4.2Innervation des muscles
I. 4.3 Motricité et unité motrice
I. 4.4 Contraction du muscle
I. 4.4.1 Mécanismes cellulaires de la contraction musculaire
I. 4.4.2 Les différents types de contraction musculaire
I. 5. Electromyographie(EMG)
I. 5.1 Source du signal EMG
I. 5.1.1 Excitabilité de la membrane musculaire et Potentiel d’Action
I. 5.1.2 Potentiel d’action de l’unité motrice (PAUM)
I. 5.2 Configuration des électrodes de détection
I. 5.3 Placement des électrodes
I. 5.4 Les utilisations des électromyogrammes de surface
I. 5.5 caractéristiques du signal EMG
I. 6 Conclusion
Chapitre 2: ELECTROENCEPHALOGRAMME EEG
II. 1 .Introduction
II. 2 .Cerveau
II. 3 .L’électro-encéphalographie
II. 3.1 c’est qu’oi un EEG ?
II. 3.2 Rappel historique
II. 3.3 . Rythme cérébral
II. 3.3.1 Définition
II. 3.3.2 Principaux rythmes cérébraux observés chez l’être humain
II. 3.4 Les capteurs
II. 3.4.1 Electrodes conventionnelles
II. 3.4.2 Electrodes aiguilles
II. 3.4.3 Electrodes cupules
II. 3.5 Emplacement des électrodes
II. 3.5.1 Comment placer les électrodes ?
II. 3.5.2 Où placer les électrodes
II. 3.6 Comment se passe l’examen ?
II. 4. conclusion
Chapitre 3 : Conception et Réalisation Des circuits EMG&EEG
III. 1 Introduction
III. 2 Configuration du système de détection
III. 2.1 Amplificateur d’instrumentation
III. 2.2 Préamplificateur
III. 2.3 Filtrage
III. 2.3.1 Généralités
Filtre passe-bas
Filtre passe-haut
Filtre passe-bande
Filtre coup-bande
III. 2.3.2 Réalisation
Circuit électronique d’acquisition signal EMG
Circuit électronique d’acquisition signal EEG
III. 2.3.4 conversion analogique numérique
III. 2.3.4 Alimentation
III. 3 conclusion
Chapitre 4 : ARDUINO
IV. 1Introduction
IV. 2 Présentation de l’ARDUINO
IV. 3 Caractéristiques
IV. 3.1Microcontroleur
IV. 3.2Alimentation
IV. 3.3Entrés/ sortie
IV. 4 Interface USB/SERIE
IV. 5 Logiciel
IV. 5.1 Moniteur Sériel
IV. 5.2 Langage de programmation(machine)
IV. 5.3 Structure d’un programme Arduino
IV. 5.3programation de l’Arduino pour notre application
IV. 6 conclusions
Chapitre 5 : Résultats & Interprétations
V. 1Introduction
V. 2 Résultats
V. 2 .1 Partie I (signal EMG)
Normalisation
Acquisition de Différents signaux EMG pour différents muscles
Acquisition de Différents signaux pour différents sujets
Filtrage des signaux EMG
L’analyse spectrale
Application de la FFT pour le signal EMG
Détecteur d’enveloppe
Transformé d’Hilbert
Détection d’enveloppe en utilisant la transformé d’Hilbert
Détection d’enveloppe en utilisant la filtre passe-bas
Détection d’enveloppe en utilisant la transformé d’Hilbert puis un filtre passe-bas
Détection d’enveloppe en utilisant la transformé d’Hilbert puis un filtre passe-bas avec différents fréquences
Détection d’enveloppe en utilisant la transformé d’Hilbert puis un filtre passe-bas pour deux autres signaux
Détection d’enveloppe en utilisant la transformé d’Hilbert puis un filtre passe-bande avec différents bandes fréquentielle
V. 2 .2 Partie 2 (signal EEG)
Normalisation
Différents signaux EEG pour différents sujets
Filtrage
Calcul du spectre
Extraction de l’onde Alpha
V. 3 L’interface
Conclusion général
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