Systèmes d’exploration et de monitorage cardiovasculaire

SYSTEME CARDIOVASCULAIRE

PRESENTATION DU SYSTEME CARDIOVASCULAIRE

Le système cardiovasculaire est constitué du cœur et du système vasculaire dont les fonctionnalités sont schématisées sur la figure I.1. Sa fonction principale est d’assurer la circulation du sang dans l’organisme afin de satisfaire aux besoins énergétiques et au renouvellement cellulaire, quelles que soient les conditions ambiantes et l’activité de l’individu [5]. Le coeur constitue l’organe moteur du système cardiovasculaire, dont le rôle est de fournir la pression nécessaire à la circulation sanguine [3]. Le coeur propulse le sang à travers des milliers de kilomètres de vaisseaux sanguins et est conçu pour accomplir cette tâche. En circulant dans les tissus du corps, le sang fournit les nutriments et l’oxygène au liquide interstitiel puis aux cellules. En même temps, il recueille les déchets, le gaz carbonique et la chaleur.

Le fonctionnement du coeur se base sur l’enchainement temporel d’événements mécaniques et électriques complexes régulés de manière dynamique. L’activité cardiaque est cyclique, la séquence de tous ces événements qui la composent dure une seconde environ au repos. Elle se répété durant toute la vie, assurant une circulation sanguine et une oxygénation incessantes. Ainsi, un coeur moyen pompe environ 6 litres de sang par minute, soit prés de 220 millions de litres de sang en 70 ans de vie [5]. La principale mission du système cardio-vasculaire (SCV), la fourniture d’oxygène et de nutriments aux différents tissus de l’organisme, est assurée par une double circulation sanguine, systémique (du coeur vers les tissus par les artères et retour par les veines) et pulmonaire (du coeur vers le poumon et retour), chacun de ces deux compartiments étant mis en mouvement par la pompe cardiaque correspondante (ventricule gauche ou droit).

Le réseau vasculaire :

Le réseau artériel de la grande circulation est un circuit à haute pression, il conduit le sang oxygéné à travers le corps dans des vaisseaux sanguins appelés, selon leurs tailles, artères, artérioles ou capillaires artériels (Figure I.1). Ce dernier niveau est constitué de multiples petites ramifications qui facilitent le transfert de l’oxygène du sang aux organes. Le sang, devenu pauvre en oxygène, revient au coeur par les veines caves, puis est envoyé par les artères pulmonaires dans la petite circulation où il est oxygéné dans les poumons. Le réseau veineux est le principal réservoir de sang : il contient environ 70% du volume total, qui est de 5 à 6 litres pour un adulte [1]. Sa fonction principale est de permettre une communication entre les différents organes, tissus, cellules de l’organisme.

Les vaisseaux constituent un système de conduction. On distingue les artères qui sont, par définition anatomique, des vaisseaux qui partent du coeur vers les organes, les veines partent des organes vers le coeur. Les capillaires se situent entre les artères et les veines : ce sont de tous petits vaisseaux (quelques μm de diamètre) qui sont le lieu exclusif des échanges entre le sang et les cellules. Il n’existe aucun échange au niveau des artères et des veines avec les cellules environnantes [40]. Le circuit sanguin est présente schématiquement par la figure I.2. Du sang dépourvu, d’oxygène par son passage dans le corps entre dans l’oreillette droite par deux veines caves, supérieure et inferieure. Il traverse ensuite le ventricule droit d’où il est éjecté dans l’artère pulmonaire vers les poumons. Ce cycle correspond à la circulation dite pulmonaire, ou la petite circulation [5]. Apres avoir perdu son dioxyde de carbone et être réoxygéné dans les poumons, le sang passe par les veines pulmonaires vers l’oreillette gauche. De là, le sang oxygéné entre dans le ventricule gauche. Celui-ci est la chambre pompante principale, ayant pour but d’expulser le sang oxygéné par l’aorte vers toutes les parties du corps, sauf les poumons. On parle alors de circulation dite systémique ou générale [5]. Le coeur pulsant le sang de manière synchrone dans les circulations pulmonaire et systémique qui rétroagissent sur son fonctionnement et adaptant le débit sanguin qu’il produit aux besoins de l’organisme grâce à un système de régulation nerveux et humoral.

LES DISPOSITIFS D’EXPLORATION ET DE MONITORAGE

Le terme moniteur vient d’un mot latin signifiant avertir. Un moniteur est donc une alarme, dont l’impact sur le devenir des patients tient exclusivement aux conséquences thérapeutiques que l’on en tire [13]. Le monitoring est d’un point de vue théorique assez simple à expliquer. Il s’agit en fait de répéter de manière régulière un processus de test ou de surveillance d’une personne ou d’un bien. Le but étant d’obtenir très rapidement et simplement une vision précise des événements ou anomalies sur la période analysée [41]. La surveillance de l’état physiologique du patient est toujours l’intérêt du personnel soignant. Par conséquent, les systèmes de monitorage cardiovasculaire sont des dispositifs médicaux répandus dans la majorité des services de soins des établissements de santé [42]. Les grandes avancées sur la surveillance du patient ont été associées au développement de nouvelles mesures cliniques, ou aux améliorations du traitement de celles existantes.

Plutôt que simplement fournir des mesures pour être interprétées par les cliniciens, le but à présent est de développer des moniteurs intelligents qui assistent le personnel médical dans la prise en charge de l’interprétation elle même. Le moniteur devient un écran multi paramètres, ou un ensemble de paramètre centralisé sur un écran. Les moniteurs sont des dispositifs médicaux dont la fonction est d’assurer un processus de collecte et d’analyse quotidienne et régulière d’un ensemble de paramètres vitaux d’un patient. Ces données recueillies permettent de surveiller l’état du patient et d’alerter en cas de sa modification. De plus elles aident au diagnostic (aspect exploration) et à la prise de décision sur le traitement médical et la santé du patient [43]. Ce dispositif médical est constitué d’un écran qui permet de visualiser sous forme de tracés les paramètres physiologiques, des boutons pour réaliser sa configuration selon les besoins des utilisateurs dans les services des soins et des capteurs comme le capteur US, capteur SPO2 et électrodes ECG pour acquérir les informations physiologiques des patients.

L’électrocardiogramme ECG

L’électrocardiographie est l’étude des variations de l’enregistrement de l’activité électrique des cellules cardiaques, dont dépend la contraction du coeur. Cet examen permet une évaluation sémiologique et diagnostique pour aboutir à une action thérapeutique [25]. L’ECG enregistre les impulsions électriques qui déclenchent les contractions cardiaques. Au repos, les cellules sont chargées négativement à l’intérieur. Lors de la contraction, les cellules se dépolarisent. Ainsi, une onde progressive de stimulation traverse le coeur, entraînant la contraction du myocarde. Les ondes de dépolarisation et de repolarisation sont enregistrées sur l’ECG. Le signal graphique enregistrable est l’électrocardiogramme (ECG). Ce signal, modifié en cas d’anomalie de la commande de l’influx électrique ou de sa propagation, de la masse globale et régionale des cellules ou de leur souffrance éventuelle, donne des renseignements importants et très utilisés en cardiologie [14]. Un électrocardiogramme (ECG) est une trace graphique du courant électrique généré par le muscle du coeur durant un battement cardiaque. Il offre une information sur la condition et la performance du coeur.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 1 : Etat de l’art sur les systèmes d’exploration et de monitorage cardiovasculaire
INTRODUCTION
I.PRESENTATION DU SYSTEME CARDIOVASCULAIRE
I.1. Le réseau vasculaire
I.1.1. la circulation systémique
I.1.2. La circulation pulmonaire
I.1.3. La circulation artérielle
I.1.4. La circulation veineuse
I.2. Le débit cardiaque
I.3. Relation entre le débit cardiaque, vélocité sanguine, et fréquence Cardiaque
II.LES DISPOSITIFS D’EXPLORATION ET DE MONITORAGE
II.1. Les type des moniteurs
II.2. Principe de mesure des principaux paramètres vitaux
III. RAPPEL PHYSIOLOGIQUE
III.1. Description des signaux physiologique et électro physiologique
III.1.1. Le potentiel d’action des cellules du myocarde
III.1.2. Rythme cardiaque
III.1.3. Relation de l’hémodynamique avec le système respiratoire
III.1.4. Le sang
III.1.5. Mesure de la saturation d’O2
CONCLUSION
Référence bibliographique
Chapitre 2: Etude théorique des capteurs, amplificateurs, filtres analogiques et oscillateurs
I- Etude théorique des capteurs
I-1.Généralités
I-1.1. Principales caractéristiques des capteurs
I-1.2. Modes de fonctionnement des capteurs
I-1.3. Choix d’un capteur
I-1.4. Conditionneur associé
I-2. Applications médicales
I-2.1. Les capteurs biomédicaux
II.Etude théorique des amplificateurs
II.1. Les amplificateurs opérationnels
II.1.1. Présentation de l’ampli-op (Rappels)
II.1.2. Représentations symboliques
II.1.3. Caractéristique d’amplificateur opérationnel
II.1.4. L’ampli-op idéal en contre-réaction: montages fondamentaux
II.1.5. Taux de réjection en mode commun
II.2. Les amplificateurs d’instrumentation
II.3. Applications
III. Etude théorique des filtres analogiques
III.1. Source du bruit
III.1.1. Problématiques des capteurs électrophysiologiques
III.1.2. Influence du réseau sur le cordon ECG
III.1.3. Influence électromagnétique
III.1.4. Influence du mouvement
III.2. Notion de filtrage (Rappel)
III.3. Réalisation à l’aide d’un filtre RC simple
III.4. Réalisation à l’aide d’un amplificateur opérationnel
Etude théorique des oscillateurs
1.Définition
2. Principe d’un oscillateur
2.1. Conditions d’oscillations
3. Oscillateurs à quartz
3.1. Schéma équivalent d’un quartz
Conclusion
Référence bibliographique
Chapitre 3 : Réalisation pratique des différents dispositifs
Introduction
I.La mise en forme d’un signal
I.1 Réalisation pratique de la chaîne d’amplification de l’Electrocardiogramme (ECG)
I.2 Réalisation pratique de la chaîne de mesure d’une vélocimétrie pariétale
I.2.1 Le temporisateur NE555 (Timer 555)
I.3 Réalisation pratique de la chaîne de mesure du signal respiratoire
I.3.1 Structure et identification des différents éléments
I.3.2 Condition de démarrage des oscillations
I.4. Réalisation pratique de la chaîne de mesure photopléthysmographiques
Conclusion
Chapitre 4 : Etude et réalisation d’une carte d’acquisition de données Universelle.
I .Chaine d’acquisition
I .1.Schéma bloc d’une chaine d’acquisition
I.1 Carte d’acquisition
I.2 Schéma bloc d’une carte d’acquisition
I.3 Principe de fonctionnement de la carte
I.3.1 Les filtres anti-repliements
I.3.2 L’échantillonneur bloqueur (Te ; Fe)
I.3.3 Le convertisseur analogique – numérique (ADC)
I.3.4 Liaison série RS232
II.Etude Pratique
II.1.Du microprocesseur au microcontrôleur
II.2.Architecture d’un microcontrôleur
II.2.1.L’unité centrale ou CPU
III.PIC16F876A
III.1.Architecture
III.1.1.Modèle de type (CISC)
III.1.2.Modèle de type Harward (RISC)
III.2.Description générale de la famille PIC 16F87X
III.2.1.Caractéristiques générales
III.2.2.Brochage
III.3.La fonction RESET
III.4.Les ports d’Entrées/Sorties
III.5 L’Horloge
III.6 Le Timer TMR0
III.7 Les interruptions
III.8 La conversion analogique numérique
III.8.1 Déroulement d’une Conversion
III.8.2.Temps de conversion
III.8.3 Temps d’acquisition
III.8.4 Fréquence d’échantillonnage
III.8.5 Valeur numérique obtenue
III.9 L’USART
III.9.1 Emission
III.9.2 Réception
III.10 La vitesse de communication
IV.Liaison RS232
IV.1.Principe
IV.2 Brochage du connecteur RS232
IV.3 Choix de la transmission série
IV.4 La norme RS232
La conversion des niveaux
Algorithme d’acquisition
Référence bibliographique
Chapitre 5 : Interprétation des résultats
I.ACQUISITION ECG
I.1 Sous forme graphique
I.2 Sous forme de données archivés (*.DAT)
II.ACQUISITION USG
II.1 Sous forme graphique
II.2 Sous forme de données archivés (*.DAT)
III. ACQUISITION PPG
III.1 Sous forme graphique
III.2 Sous forme de données archivés (*.DAT)
IV.ACQUISITION PTG
IV.1 Sous forme graphique
ACQUISITION SIMULTANEE DE TROIS SIGNAUX
PREMIERE VERSION DU TRAITEMENT CORRELATIF DES SIGNAUX
VI.1 ANALYSE SPATIALE
VI.2 ANALYSE TEMPORELLE
VII. CONCLUSION
CONCLISION GENERALE

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