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LES NOTIONS DE BASE DE L’ELECTROCARDIOGRAPHIE
Le système cardiovasculaire
Le système cardiovasculaire a pour fonction d’assurer à l’ensemble de l’organisme la distribution en oxygène et en nutriments. L’organe moteur de ce système est le coeur, muscle creux protégé par une enveloppe appelée le péricarde, et possédant quatre cavités. Le coeur fonctionne comme une pompe musclée propulsant vers les autres organes la masse sanguine (4 à 5 litres par minute) chargée d’oxygène au niveau des poumons. Il possède sa propre énergie électrique et assure lui-même son alimentation en oxygène. Il est divisé en quatre cavités que l’on groupe deux à deux en « coeur gauche » et « coeur droit » (Figure I.1). Chaque « coeur » est formé d’une oreillette et d’un ventricule. Les oreillettes droite et gauche reçoivent le sang des veines; les ventricules droit et gauche envoient le sang dans les artères respectivement vers la petite circulation (circulation pulmonaire) et la grande circulation (circulation générale). Ainsi le sang oxygéné circule dans le coeur gauche, et le sang chargé de gaz carbonique circule dans le coeur droit. Le cycle de fonctionnement cardiaque est fait d’une succession de contractions (systoles) et de relaxations (diastoles). La contraction permet l’éjection, et la relaxation le remplissage. Ces deux fonctions sont engendrées par l’activité électrique cardiaque, c’est-à-dire par la circulation d’un courant électrique
Le cycle cardiaque :
Un cycle complet de battements du coeur comprend deux phases : la systole ou contraction et la diastole ou décontraction. Le sang appauvri en oxygène entre dans l’oreillette droite par deux grandes veines, en se contractant, l’oreillette l’envoi dans le ventricule, les valvules s’ouvrent, le ventricule se contracte à son tour expulse le sang par les artères pulmonaires vers les poumons, là il est rechargé en oxygène. Le sang enrichit revient dans l’oreillette gauche puis dans le ventricule gauche, la contraction du ventricule envoie le sang dans tout l’organisme par les artères (Figure I.2), la contraction-décontraction des deux parties du coeur se déroule simultanément environ 70 fois par minute [2]. S’est en se refermant que les valvules [auriculo-ventriculaires] : tricuspide et mitrale, et sigmoïdes (aortique et pulmonaire) émettent les bruits des battements. La durée de tout le cycle cardiaque est d’environ 0.8s. Le coeur se relâche à peu prés (0.4s) [2]. Un tel repos dans les intervalles entre les contractions est suffisant pour que la capacité de travail du muscle cardiaque se rétablisse tout le temps (figure I.2).
Le battement cardiaque : Chaque battement du coeur entraine une séquence d’évènements collectivement appelés la révolution cardiaque. Celle-ci consiste en trois étapes majeures : la systole auriculaire, la systole ventriculaire et la diastole. Dans la systole auriculaire, les oreillettes se contractent et projettent le sang vers les ventricules. Une fois le sang expulsé des oreillettes, les valvules atrio-ventricules entre les oreillettes et les ventricules se ferment. Ceci évite un reflux du sang vers les oreillettes. La fermeture de ces valvules produit le son familier du battement du coeur. La systole ventriculaire 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. Enfin, la diastole est la relaxation de toutes les parties du coeur, permettent le remplissage passif des ventricules et l’arrivée de nouveau sang.
Fonctionnement électrique de coeur : La stimulation électrique d’une cellule musculaire détermine l’apparition d’une activité électrique et mécanique. Sous l’effet de la stimulation, la surface cellulaire se dépolarise rapidement, ce qui donne lieu à un courant électrique, qui entraine la contraction. Puis la phase de repolarisation survient, plus lente, ramenant la cellule dans son état électrique initial. Le courant électrique (quelques millivolts) naît en un point précis du coeur (de l’ordre de quelques millimètres de diamètre), appelé noeud sinusal, situé au sommet de l’oreillette droite ; c’est là où débute l’activation électrique rythmique du coeur. Il y a aussi le noeud auriculo ventriculaire (appelé noeud d’Aschoff-Tawara), situé à la jonction auriculo-ventriculaire. Il s’agit d’un tissu spécialisé permettant la transmission et le filtrage de l’activité électrique auriculaire (de l’oreillette) aux ventricules ; grâce à lui une stimulation auriculaire trop rapide n’est que partiellement transmise [3]. Le noeud auriculo ventriculaire est relié au faisceau de His (à la partie haute du septum inter ventriculaire) qui se divise en deux branches, allant vers les ventricules droit et gauche. (Figure I.5)
Filtres numériques : Un filtre numérique se caractérise par un traitement entièrement numérique du signal. Au préalable, le signal est numérisé par un convertisseur analogique-numérique (CAN). Un filtre numérique traite un flot continu d’informatiton et calcule en temps réel un nouveau flot de données sortantes, qui correspondent au signal filtré désiré. Les données de sorties peuvent apparaitre au même rythme ou à un rythme différent des données entrantes. Ces filtres ont l’avantage de pouvoir être intégrés dans des circuits numériques miniaturisés à l’extrême, tels des processeurs (pics … etc) et ne nécissite aucun composant analogique, ce qui garanti de caractéristiques strictements reproductibles d’un appareil à l’autre : en d’autres termes la précision est bien meilleure puisqu’il y a moins de composants analogiques. Le filtre numérique permet aussi d’obtenir des caractéristiques spectrales dont certaines ne peuvent être reproduites par aucun filtre analogique (acitif ou non) : par exemple, ils peuvent être très sélectifs ou éliminer toutes une série de composantes harmoniques (filtre en peigne). C’est uniquement une question de calcule mathématique. On trouve aussi différentes caractéristiques des réponses des filtres existantes. Elles différent selon leurs réponses en bande passante ou en de coupure par exemple : filtre de BUTTERWORTH. Ce type de filtre fournit une réponse d’amplitude très uniforme dans la bande passante et un taux d’atténuation de -20db/décade/pôle. La réponse en phase n’est pas linéaire. Il est fréquemment utilisé lorsque toutes les fréquences de la bande passante doivent posséder la même valeur de gain. Cette réponse est souvent qualifie comme étant la plus uniforme.
Circuit d’isolation optique (figure II.10): Le circuit d’isolation optique, présente une barrière au passage du courant de fuite provenant du réseau vers le patient. Il suffit qu’il soit de l’ordre de quelques μA pour provoquer une défibrillation du coeur. Différents principes sont utilisés pour l’isolation, on peut citer la modulation et la démodulation, le transformateur neutralisant et le photocoupleur. Nous avons opté pour le photocoupleur vu sa disponibilité au laboratoire : C’est un moyen fiable (phototransistors, diodes luminescents) qui garantit une bonne transmission du signal sans courant de fuite. Une attention croissante a été accordée aux risques de choc électrique causés par le réseau électrique. Ce problème est particulièrement important dans une unité moderne de soins intensifs ou lors du cathétérisme cardiaque. Si un très petit courant passe directement à travers le coeur par une électrode ou un cathéter, la fibrillation du coeur pourrait être induite.
Un courant à 50 Hz passera directement à travers le coeur, c’est une limite supérieure. Pour protéger le patient de ces risques électriques, l’entrée du circuit devrait être totalement isolée par rapport au réseau électrique. Le circuit isolé qui est connecté directement au patient est physiquement isolé de la terre et d’autres parties de l’électrocardiographe. La transmission de l’information peut être réalisées avec la télémétrie, des transformateurs d’isolation ou avec des approches optoélectroniques [8;9]. Les piles nécessitent un contrôle de niveau et des remplacements fréquents ce qui représente un grand désavantage. Les ultrasons présentent de nombreux avantages à savoir un haut degré d’isolation électrique, haute tension décalquage, faible capacité entre le patient et le courant alternatif du réseau électrique et une bonne efficacité du transfert de puissance.
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Table des matières
CHAPITRE I : LES NOTIONS DE BASE DE L’ELECTROCARDIOGRAPHIE
I.1. Introduction
I.2. Anatomie de coeur
I.2.1. Le système cardiovasculaire
I.2.2. Le cycle cardiaque
I.2.3. Le coeur
I.2.3.1. structure du coeur
I.2.3.1.a. Les oreillettes
I.2.3.1.b. Les ventricules
I.3. L’activité électrique cardiaque
I.3.1. Le battement cardiaque
I.3.2. Fonctionnement électrique de coeur
I.3.3. L’axe électrique du coeur
I.3.4. Le potentiel d’action
I.4. L’électrocardiogramme
I.4.1. Définition
I.4.2. Dérivations électro-cardiographiques
I.4.2.1. Dérivations standards d’Einthoven
I.4.2.1. Dérivations précordiales
I.5. Conclusion
CHAPITRE II : Développement et réalisation du système
II.1. Introduction
II.2. Système d’acquisition de biopotentiels
II.2.1. L’amplificateur d’instrumentation
II.2.1.1. Tensions et gains des modes commun et différentiel
II.2.1.2. Taux de réjection de la tension de mode commun
II.2.1.3. La fonction de sortie de l’amplificateur
II.2.2. Le circuit de pied droit
II.2.3. Circuit de protection contre les transitoires :
II.2.4. Le filtrage
II.2.4.1. Classification des filtres
II.2.4.2. Filtre passifs
II.2.4.2. Filtres actifs
II.2.5. Filtres numériques
II.2.6. Circuit d’amplification et de filtrage
II.3. Circuit d’isolation optique
II.4. Circuit de la détection des battements
II.5. Conclusion
CHAPITRE III : Présentation des résultats obtenus
III.1. Introduction
III.2. Mesures et interprétations
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