Etude d’un circuit de mesure du rythme cardiaque: le Cardio tachymètre digital

Pour certaines pathologies cardiaques, le rythme cardiaque ainsi que le taux d’oxygénation du sang sont des indicateurs d’alerte laissant malheureusement et indéniablement présager des problèmes cardiovasculaires. En effet, Les troubles cardiaques représentent actuellement la principale cause de la mortalité dans le monde aussi bien dans les pays développés que dans les pays en voie de développement.

En fait, le cœur possède sa propre activité rythmique, et n n’a besoin d’aucun stimulus pour se contracter. Il peut donc être vu comme une pompe automatique qui bat normalement à une fréquence de 72 battements par minutes. En effet, les cellules qui rentrent dans la composition du cœur possèdent leur propre excitation électrique, ainsi le rythme cardiaque est imposé par la contraction des cellules du tissu nodal. L’excitation des cellules cardiaque est entièrement indépendante du système nerveux et c’est justement ces cellules qui engendrent le rythme cardiaque, qu’on appelle communément le pouls. De ce fait ,l’analyse des signaux électriques provenant du cœur est un passage bien obligé pour tout cardiologue . En effet l’analyse de ces signaux électrique permettra la compréhension du l’électrophysiologie cardiaque d’une part , et l’aide au diagnostic d’autre part. L’un des paramètres des plus importants à surveiller chez l’individu est sa fréquence cardiaque qui définit le nombre de battements du cœur par minute. En effet, cette fréquence cardiaque est considérée comme un facteur d’alerte mettant en évidence un bon nombre de pathologies cardiaque.

Le cardio-tachymètre est l’ un des instruments non invasive qui permet en effet de détecter le nombre de battement cardiaque par minute et ceci principalement à partir d’un signal lumineux transmis à travers les tissue biologiques, cette transmission est assurer grâce , par exemple à une LED infrarouge par exemple ou une petite lampe et capté par un composant photosensible tel qu’un phototransistor qui est sensible à cette lumière.

Notions de base sur le système cardiovasculaire

Le système cardiovasculaire, appelé aussi appareil circulatoire ou même système sanguin, est un système circulatoire fonctionnant en circuit fermé . Sa principale fonction est d’assurer le transport du sang adéquat du cœur vers les extrémités et vers les divers organes et tissus pour satisfaire les besoins en énergie et permettre le renouvellement des cellules. Le système cardiovasculaire assure par ailleurs le retour du sang vers le cœur .

Le système cardiovasculaire comporte le cœur et des vaisseaux sanguins qui forment le système vasculaire, les vaisseaux lymphatique qui composent le système lymphatique sont parfois associés au système cardiovasculaire [1] .Notons donc que la circulation sanguine permet non seulement le transport mais aussi l’échange interne de substances biochimiques. Ainsi, elle permet donc d’acheminer des nutriments, du dioxygène ainsi que des hormones aux différentes cellules de l’organisme. Tous ces éléments acheminés proviennent du tube digestif, des poumons et pour finir des glandes endocrines. D’autre part, le système cardiovasculaire assure la collecte des déchets métaboliques des cellules, comme le dioxyde de carbone ou l’urée, acheminés vers les poumons, le foie et les reins. Enfin, ce système complexe participe à la régulation de nombreux facteurs, comme le sucre. Le cœur est considéré comme l’élément le plus important dans ce système.

Le cœur 

Le cœur représente alors l’élément central du système cardiovasculaire principalement grâce à sa capacité de pompage du sang. En effet c’est un muscle creux qui se situe dans le médiastin antérieur, en forme de cône. Sa taille est d’environ 1,5 fois la taille du poing de l’être humain et mesure en moyenne 105 mm de largeur, 98 mm de hauteur, 205 mm de circonférence et a un poids de 300 à 350 grammes .

Les parois du cœur sont formées par une tunique musculaire soit le myocarde  contractile. L’endocarde, qui est une membrane extrêmement mince continue, et qui tapisse intérieurement la cavité cardiaque et ses annexes et qui a pour rôle d’empêcher la coagulation du sang au contact de la paroi cardiaque. Le péricarde à l’extérieur , est une enveloppe protectrice qui recouvre le myocarde .

Le cœur est ainsi comprends deux parties, la partie droite et la partie gauche et chacune des deux parties comprend deux cavités, une oreillette et un ventricule, qui communiquent par une valvule auriculo-ventriculaire.

La partie droite du cœur contient du sang pauvre en oxygène, elle assure la circulation pulmonaire alors que sa partie gauche contient du sang riche en oxygène qu’elle propulse dans tous les tissus.

Ainsi, les valvules qui sont situées entre les oreillettes et les ventricules ainsi que celles situées entre ventricules et artères permettent l’orientation de l’écoulement sanguin de l’oreillette vers le ventricule et du ventricule vers l’artère tout en empêchant son reflux. Le myocarde se contracte de manière autonome et propulse le sang sous pression dans les vaisseaux de façon rythmique : c’est l’automatisme cardiaque. Son fonctionnement décrit un cycle appelé révolution cardiaque .

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L’activité cardiaque 

Le cœur génère un cycle cardiaque débutant par le déclenchement d’une activité électrique qui ensuite va déclencher l’activité mécanique cardiaque et contrôler sa chronologie .

Ainsi, pour une personne saine, son rythme cardiaque se compose de deux phases. la phase de remplissage ou Diastole où le sang pauvre en O2 s’écoule de la circulation sanguine dans l’oreillette droite, à travers la valve, et dans le ventricule droit. Au même moment, le sang riche en O2 s’écoule des poumons dans l’oreillette gauche, à travers la valve et dans le ventricule gauche. La phase de contraction dite Systole suit et le muscle cardiaque se contracte dans ce cas les valves entre les oreillettes et les ventricules se ferment et la pression dans les ventricules augmente et les valves semi-lunaires s’ouvrent. Par un telle mécanisme complexe le sang du ventricule droit appauvri en oxygène est pompé vers les poumons, et le sang riche en oxygène est acheminé vers la circulation dans le corps. Pendant que les ventricules se vident, les oreillettes elles se remplissent déjà de sang neuf et le processus reprend . La fréquence à laquelle le cœur bat pour pomper le sang dans tout le corps représente le rythme cardiaque qui possède deux composantes:
• Une composante mécanique : le cycle cardiaque est donc la succession des phases de contraction ou systole qui éjecteront le sang hors du ventricule gauche et des phases de relaxation ou diastole qui , elles, permettent le remplissage de la cavité cardiaque.
• Une composante électrique, qui est responsable de la phase mécanique avec laquelle elle est synchronisée.

L’activité électrique 

Un courant électrique naît en un point précis du cœur, ce petit point est de l’ordre de quelques millimètres de diamètre et est appelé nœud sinusal, il est situé au sommet de l’oreillette droite.

Les cellules du nœud sinusal sont capables de générer un courant électrique de quelques millivolts. Partant du nœud sinusal, ce courant se propage en tache d’huile dans le muscle cardiaque. Ce courant circule alors dans les deux oreillettes droite et gauche jusqu’à leur base, pour provoquer leur contraction. Depuis cette base, il va converger vers la cloison qui sépare les oreillettes et les ventricules, au niveau d’un relais électrique nommé nœud auriculo-ventriculaire (NAV) à partir duquel l’influx progresse concurremment dans les deux ventricules empruntant des voies conductrices très rapides soit le faisceau de Hys et le réseau de Purkinje , jusqu’à la pointe du cœur, pour provoquer la contraction des deux ventricules.

L’examen qui va permettre au praticien la mesure de l’activité électrique du cœur s’appelle l’électrocardiogramme, ayant pour acronyme ECG. Cet examen non invasif permet d’ enregistrer une succession de séquences de l’activité électrique du cœur, représentées par des ondes appelées P, QRS et T:
• l’onde P est l’onde des oreillettes au moment de leur contraction, cette onde représente la dépolarisation auriculaire. Cette onde peut être positive ou négative avec une durée de l’ordre de 90 ms.
• l’ensemble QRS correspond à la contraction des ventricules, et à la dépolarisation ventriculaire précédant l’effet mécanique de contraction et il possède la plus grande amplitude de l’ECG .Sa durée normale est comprise entre 85 et 95 m
• l’onde T reflète la repolarisation et donc le retour à la phase de repos des ventricules. Elle corresponde à la repolarisation des ventricules, qui peut être positive ,négative, ou bi-phasique et qui a habituellement une amplitude plus faible que le complexe QRS .

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Notions de base sur le système cardiovasculaire
I. 1.Introduction
I.2. Le cœur
I.3.L’activité cardiaque
I.4.L’activité électrique
I.5 .Rythme Cardiaque
I.6.La fréquence cardiaque
I.7. Les arythmies cardiaques ou trouble du rythme cardiaque
I.7.1. La tachycardie
I.7.2. .Bradycardie
I.7.3.Insuffisance cardiaque
I.8. Conclusion
Chapitre II: Présentation et étude de montages du circuit
II.1.Introduction
II.2.Capteur lumineux
II.2.1.La Photodiode
II.2.2.principe de fonctionnement de la photodiode
II.3. Amplification
II.3.1. Généralités sur les AOP
II.3.2.Caractéristiques essentielles et applications de l’AOP
II.3.3. Montages de base d’un AOP
II. 4.Trigger de Schmitt
II.5: Les multivibrateurs
II.5.1: Le monostable
II.6. L’astable
II.7 Les oscillateurs CMOS à quartz
II.8. Les compteurs
II.8.1. Compteur asynchrone
II.8.2.Compteur synchrone
II.9. Le décodeur
II.10. Les afficheurs
II.9.2.Afficheur à cathode commune
Chapitre III: Etude du circuit et résultats de simulation
III.1.Analyse du circuit
III.2.Résultats de simulation sous environnement ISIS PROTEUS
III.2.1 Amplification du signal à la sortie des AOP
III.2.2 Le monostable à base des portes AND
III.2.3.Génération du signal carré à la sortie de l’astable
III.2.4.Le signal aux sorties des compteurs
III.2.5 Génération du signal carré à la sortie du monostable
III.3. Le circuit imprimé
Conclusion générale

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