Techniques de mise en forme de l’électrocardiogramme

Comme le cœur subit des dépolarisations et repolarisations en continu, les courants électriques générés ne s’étendent pas uniquement à l’intérieur du cœur mais également à travers tout le corps. Cette activité électrique est mesurable via des électrodes placées sur la peau, selon des diagnostics standardisées. Afin de mettre à disposition du médecin des signaux électrophysiologiques exploitables, il est nécessaire d’abord de les mettre en forme bien avant de procéder à l’acquisition de données.Ces signaux de très faible amplitude requièrent des circuits de mise en forme adéquats à de tels signaux. Les signaux électrophysiologiques sont généralement bidimensionnels et requièrent un circuit différentiel pour pouvoir observer un signal unidimensionnel représentant ainsi l’activité électrique mesurée. Dans ce chapitre, nous présentons les circuits de mise en forme du signal ECG comme exemple de signal.Les autres signaux électrophysiologiques feront l’objet des mêmes techniques de mise en forme avec de légères nuances en termes de valeurs de composants dans les circuits d’amplification et de filtrage. Ces signaux sont souvent contaminés par différentes sources de bruit, ce qui nous incitent à prendre considération de ces sources de bruit afin d’y remédier .

Source de bruit qui affecte le signal ECG

L’énergie véhiculée par l’ECG est extrêmement faible d’où une sensibilité importante par rapport aux énergies rayonnées par l’environnement. Cet effet est caractérisé par un bruit qui se superpose au signal utile et altère ainsi l’information qu’il véhicule. Afin d’apprécier le niveau de contamination du signal par ce bruit, nous évaluons le rapport signal sur bruit défini comme étant le quotient de la puissance du signal utile sur la puissance du bruit additionnel. Ce rapport est généralement exprimé en décibel. Les sources principales d’interférences proviennent du réseau électrique   et des rayonnements électromagnétiques environnants .

Influence électromagnétique 

De multiples sources d’interférences autres que le réseau de distribution peuvent aussi perturber les signaux électrophysiologiques (ECG, EEG, etc.), . En effet la présence de champs électromagnétiques due à la proximité d’émetteurs (radio, TV, radar, téléphone portable, etc.), peuvent induire des courants dans le patient, et les cordons. En milieu hospitalier des générateurs haute fréquence utilisés en électrochirurgie ou en radiologie, peuvent être source de telles perturbations, tout comme de simples éclairages de type tube fluorescent[11]. Il est à noter aussi que les câbles de prélèvement du signal ECG doivent être torsadés d’une façon à réduire les surfaces d’interférences électromagnétiques.

Carte de mise en forme

Amplificateur d’instrumentation
Généralement les signaux électrophysiologiques sont des signaux de faibles niveaux. Pour avoir une bonne précision il est nécessaire de les amplifier. Mais cette amplification ne doit concerner que le signal utile. Mais souvent on a une présence d’une tension parasite ainsi qu’une tension de mode commun due au conditionneur associée au capteur. Pour éliminer ou atténuer fortement tout signal ne contenant pas d’information et pour ne garder que le signal utile on fait appel à un amplificateur d’instrumentation. C’est amplificateur différentiel à fort taux de rejection du mode commun.

Caractéristiques de l’amplificateur d’instrumentation
L’amplificateur d’instrumentation a les caractéristiques suivantes :
– Une impédance d’entrée infinie
– Une impédance de sortie nulle
– Un taux de réjection du mode commun TRMC infinie
– Un Gain différentiel Gd réglable.

Isolation optique

Photocoupleur
Un photocoupleur est un composant ou un ensemble de composants qui permet le transfert d’information entre deux parties électroniques isolées l’une de l’autre du point de vue électronique. Ce dispositif est comporte un émetteur et un récepteur .

La diode électroluminescente(LED) émet une lumière suite à un courant électrique. Pou&r la réception on peut utiliser soit un phototransistor soit une photodiode. Le phototransistor est composé de trois pattes : l’émetteur, la base, et le collecteur. Le courant ne passe du collecteur vers l’émetteur que si la base reçoit un flux lumineux. La photodiode est, comme le phototransistor, est un récepteur de lumière. Comme ce dernier, elle ne laisse passer le courant que si elle est éclairée. Son avantage est d’être beaucoup plus rapide (0,1 microseconde à 1 microseconde) que le phototransistor. En revanche le courant qu’elle commute est plus faible.

Circuit d’acquisition
Une chaine d’acquisition comporte :
– Une source d’information, c’est le signal à acquérir.
– Les capteurs capables de transformer l’information physiologique en une grandeur électrique.
– Les circuits de mise en forme réalisant les fonctions d’amplification, de filtrage, de calibration, etc.
– La carte d’acquisition de données
– Un support logiciel réalisant l’acquisition, l’affichage, le traitement et la transmission des données conformément a un protocole de communication .

Carte d’acquisition
Les microcontrôleurs PIC comporte souvent un convertisseur analogique digital. Les opérations de numérisation et de stockage s’effectuent dans le microcontrôleur même. L’unité de traitement de l’information est le microcontrôleur PIC16f877. Nous avons opter pour ce PIC suite à ses performances et ses caractéristiques qui sont directement liées aux besoins tels une mémoire Flash (8Kx14bits), une mémoire EEPROM de 256 octets, et un convertisseur analogique numérique. Le 16F877 contient des entrées analogiques numériques (PORTA et PORTE) adaptés aux signaux électrophysiologiques. Ce microcontrôleur PIC 16f877 commande à la fois le système d’acquisition, et celui de l’émission. Pour relier le PIC au module de transmission, nous avons utilisé le circuit d’adaptation MAX232 qui assure l’interfaçage entre le PIC et le port série RS232.

Description du pic 16F877
Le 16F877 est un PIC de la série Mid-range. Il consomme moins de 2mA sous 5V à 4MHz, contient 35 instructions de durée d’un ou deux cycles. Ces caractéristiques principales sont :
– Une mémoire programme de type flash de 8K de 14 bits.
– Une mémoire Ram de données de 368 octets.
– Une mémoire EEROM de données de 256 octets.
– Cinq ports d’entrée sortie.
– Un convertisseur analogique numérique de 10bits.
– Ports série (USART, MSSP).
– Un port parallèle.
– Trois timer/compteur cadencés par une horloge interne ou externe qui peut être générer par 4 types d’oscillateurs sélectionnables.
– PORTA :6 entrées-sortie RA0 à RA5dans 5 entrées du CAN.
– PORTB : 8entrées-sorties RB0 à RB7.
– PORTC : 8entrées-sorties RC0 à RC7.
– PORTD : 8entrées-sorties RD0 à RD7, c’est le port interface du microprocesseur.
– PORTE : 3 entrées-sorties RE0 à RE2 (CAN).