Les bases de l’électrocardiographie

Dans ce chapitre, les bases de l’électrocardiographe sont d’abord décrites. Cette description est suivie d’une étude plus détaillée des différentes composantes constituant le signal électrocardiogramme. Cette étude met en relief l’importance de l’intervalle QT, qui en fait traduit la repolarisation ventriculaire et sa relation avec le rythme cardiaque. Ce chapitre est finalisé par une description succincte des différents types de bruit pouvant affecter le signal ECG ainsi qu’une description de certains cas de pathologies cardiaques. Le potentiel électrique généré par l’activité musculaire est connu depuis les travaux de Carlo Matteucci en 1842. Les premières expérimentations sont réalisées en 1878 par John Burden Sanderson et Frederick Page qui détectent à l’aide d’un électromètre capillaire les Phases QRS et T. A cette même période, E. Marey , et Augustus Waller montrent que l’activité électrique cardiaque peut être suivie à partir de la peau. En 1887 le premier électrocardiogramme humain est publié par Augustus Waller.

En 1895, Willem Einthoven , met en évidence les cinq déflexions P, Q, R, S et T. Il utilise le galvanomètre à cordes en 1901 et publie les premières classifications d’électrocardiogrammes pathologiques en 1906. Il obtiendra en 1924 un prix Nobel pour ses travaux sur l’électrocardiographie. Les dérivations précordiales sont utilisées pour le diagnostic médical à partir de 1932 et les dérivations frontales unipolaires à partir de 1942, ce qui permet à Emanuel Goldberger de réaliser le premier tracé sur 12 voies. Aujourd’hui, l’électrocardiographie est une technique relativement peu coûteuse, permettant à l’aide d’un examen indolore et sans danger, de surveiller l’appareil cardiovasculaire, notamment pour la détection des troubles du rythme et la prévention de l’infarctus du myocarde [1].

Dans ce paragraphe l’objectif est de dresser une description non exhaustive de l’anatomie du coeur. Il s’agit plutôt de donner un aperçu, sur les constituants, et sur le fonctionnement du coeur. Le coeur est un organe musclé constitué de quatre chambres, les deux chambres supérieur du coeur sont appelées les oreillettes, tandis que les deux chambres (pompe) inférieures sont appelées les ventricules, le coeur est aussi séparé en deux parties : la droite( coeur droit) et la gauche (coeur gauche) tel que le ventricule gauche à la paroi la plus épaisse. Chacune de deux parties comprend donc une oreillette et un ventricule, la partie qui sépare les oreillettes et les ventricules en coeur droit et coeur gauche est appelé le septum. L’oreillette droite collecte le sang qui a parcouru tout le corps (le sang non oxygéné) et l’envoie vers le ventricule droit afin qu’il soit éjecté dans les poumons pour y être ré oxygéné.

De la même façon l’oreillette gauche collecte passivement le sang qui a traversé les poumons et l’achemine au ventricule gauche qui éjecte le sang fraîchement oxygéné dans l’ensemble du corps , le sang circule toujours dans le coeur dans la même direction grâce au quatre valves cardiaques appelés respectivement valve tricuspide , pulmonaire mitrale , et aortique. Le sang entre dans le coeur depuis les veines caves inférieurs et supérieurs transite dans l’oreillette droite et est éjecté par le ventricule droit. De façon similaire, le sang parvient au coeur gauche, et est éjecte dans le corps par le ventricule droit vers l’oreillette gauche, et la valve aortique prévient le reflux depuis l’aorte vers le ventricule gauche [2].

Fonctionnement électrique : Comme pour tous les muscles du corps, la contraction du myocarde est provoquée par la propagation d’une impulsion électrique le long des fibres musculaires cardiaques induite par la dépolarisation des cellules musculaires. Dans le coeur, la dépolarisation prend normalement naissance dans le haut de l’oreillette droite (le sinus), et se propage ensuite dans les oreillettes, induisant la systole auriculaire qui est suivie d’une diastole (décontraction du muscle). L’impulsion électrique arrive alors au noeud auriculo-ventriculaire (AV), seul point de passage possible pour le courant électrique entre les oreillettes et les ventricules. Là, l’impulsion électrique subit une courte pause permettant au sang de pénétrer dans les ventricules. Elle emprunte alors le faisceau de His, qui est composé de deux branches principales allant chacune dans un ventricule.

Les fibres constituant ce faisceau, complétées par les fibres de Purkinje, grâce à leur conduction rapide, propagent l’impulsion électrique en plusieurs points des ventricules, et permettent ainsi une dépolarisation quasi instantanée de l’ensemble du muscle ventriculaire, malgré sa taille importante, ce qui assure une efficacité optimale dans la propulsion du sang ; cette contraction constitue la phase de systole ventriculaire. Puis suit la diastole ventriculaire (décontraction du muscle) ; les fibres musculaires se re-polarisent et reviennent ainsi dans leur état initial [2]. L’activité électrique instantanée peut être définie par un vecteur orienté suivant la différence de potentiel présente dans le coeur, et de module proportionnel à celle-ci. Le couple d’électrodes enregistre à chaque instant l’amplitude de la projection de ce vecteur suivant leur axe : ainsi, lorsque le vecteur électrique est orienté de l’électrode – à l’électrode +, on observe sur l’enregistreur une déflexion positive, et lorsque le vecteur est orienté en sens inverse, la déflexion est négative. À l’échelle d’une cellule, le détail des tracés est indiqué sur la Figure (1.4).

Trace électrique du cœur

Le battement cardiaque peut donc être suivi grâce à l’enregistrement en surface du signal électrique qui l’accompagne. En effet, chaque phase du battement possède une trace électrique particulière. Un oeil exercé peut donc, dans la plupart des cas, différencier de manière rapide la trace d’une contraction auriculaire de la trace de contraction ventriculaire. Appliquons le principe de l’ECG, expliqué au paragraphe (I-3-1), à l’activité électrique d’un battement cardiaque normal. L’impulsion initiale vient du sinus : elle n’est pas visible sur l’ECG. L’onde électrique qui se propage ensuite dans les oreillettes, entraînant leurs contractions, laisse la trace d’une petite déflexion positive sur l’ECG : l’onde P (Figure I.5.a). L’impulsion arrive alors au noeud auriculo-ventriculaire (AV), où se produit la courte pause qui se traduit sur l’ECG par un petit segment plat ; puis elle emprunte les voies de conductions rapides (le faisceau de His) pour entraîner la contraction des ventricules, suivie de leur repolarisation. Cette propagation de l’impulsion, et la contraction brève et puissante de l’ensemble du muscle ventriculaire, dessinent sur l’ECG une succession de 3 ondes (Q, R et S) appelé complexe QRS (Figure I.5.b).

L’onde Q est la première : c’est une onde dirigée vers le bas, qui n’est pas toujours visible sur le tracé ; la seconde est l’onde R : elle est de grande amplitude et dirigée vers le haut ; la dernière est dirigée vers le bas : c’est l’onde S. C’est l’ensemble de ces trois ondes qui constitue le complexe QRS. Après chaque complexe QRS, on observe sur l’ECG une onde appelée onde T. Entre cette onde et l’onde précédente, on note une courte pause appelée le segment ST, dont l’étude est très importante pour l’identification de certaines pathologies. L’onde T traduit la phase de repolarisation des cellules constituant les ventricules ; c’est un phénomène purement électrique et pendant cette phase le coeur est mécaniquement inactif (Figure I.5.c) [2].

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Les bases de l’électrocardiographie
I.1. Introduction
I.2. Historique
I.3. Anatomie du coeur
I.4. L’acquisition du signal électrique ECG
I.4.1. Fonctionnement électrique
I.4.2. Trace électrique du coeur
I.5.Les segments de l’ECG
I.6. Les dérivations et disposition des électrodes de mesure
I.6.1. les dérivations périphériques standards (Einthoven)
I.6.2. les dérivations périphériques unipolaires (Wilson
I.6.3. les dérivations périphériques unipolaires (Goldberger)
I.6.4. les dérivations précordiales unipolaires
I.7. Les sources de bruits affectant l’ECG
I.7.1.Bruit physiologique
I.7.2.Bruit électronique
I.7.3. Bruit de l’environnement
I.7.4.Influence des mouvements
I.7.5.Bruit dû aux techniques numériques
I.8. Les pathologies cardiaques
I.8 .1. Extrasystoles auriculaires ou ventriculaires
I.8.1.a. Extrasystoles auriculaires ESA
I.8 .1.b. Extrasystole ventriculaire (ESV
I.8 .2. Le syndrome du QT long (LQTS) et la torsade de pointe
I.8 .3. Bradycardie
I.8.4. La tachycardie
I.8.5. Arythmies, ou troubles de la régularité
I.8.6. Les Blocs
I.9. Conclusion
Chapitre II : Détection des pics R
II.1. Introduction
II.2. Filtrage du signal ECG
II.3. Résultats expérimentaux
II.4. Description de l’algorithme
II.4.1. Application de la prédiction linéaire et le calcule de l’erreur résiduelle
1I.4.2. Transformation non linéaire
II.4.3. détection des pics R
II.5. Résultats expérimentaux
II.5.1 Mesure de la fréquence cardiaque
II.5.2 Evaluation des résultats de détection
II.5.3 Interprétation des résultats
II.6. Conclusion
Chapitre III : Détection des ondes Q et T
III.1. Introduction
III.2. Détection du début et de la fin du complexe QRS
III.2.1. description de l’algorithme
Résultats de détection des ondes Q
III.3. Détection de l’onde T
IV.3.1. Détection de la fin de l’onde T
III.3.2. Résultats de détection des ondes T
III.4. Conclusion
Chapitre IV : Analyse temporelle et fréquentielle de la variabilité du rythme cardiaque, de l’intervalle QT et de l’interaction entre les deux
IV.1. Introduction
IV.2. Mesure de la variabilité
IV.3. Analyse spectrale
IV.3.1. La densité spectrale
IV.3.2. Péridogramme
IV.3.2.1. Définition
IV.3.3. Application
IV.4. Amélioration de la fiabilité du périodogramme (méthode de Welch
IV.4.1.1. Fenêtrage
IV.4.1.2. Fenêtre rectangulaire
IV.4.1.3. Fenêtres utilisées
IV.4.2. Application de la méthode de Welch sur les séries HRV et QTV
IV.4.3. Les résultats obtenus
IV.4.3. Interprétation des résultats
IV.5 Analyse temporelle
IV.5.1 Application des paramètres temporels sur les séries RR et QT
IV.5.2 Interprétation et discussion
IV.5.3 Index de l a variabilité de QT (QTVI
VI.5.4 Interprétation et discussion
IV.6 Conclusion
Chapitre V : Identification des séries HRV et QTV par le modèle ARX
V.1. Introduction
V.2. Les différents types de modèles
V.3 Le modèle ARX
V.4 Procédure d’identification
V.5 Application du modèle paramétrique
V.5.1 identification des séries HRV
V.6 Interprétation
V.7 Conclusion
Conclusion générale