TRAITEMENT DU SIGNAL

TRAITEMENT DU SIGNAL

Historique de l’électrocardiogramme:

1842 Un physicien italien Carlo Matteucci montre qu’un courant électrique accompagne chaque battement cardiaque.
1887 Un physiologiste anglais John Burden publie le premier électrocardiogramme d’un humain.
1897 Clément Ader, ingénieur électronicien, adapte un système d’amplification appelé galvanomètre à corde, jusque là utilisé pour les communications télégraphiques sous marines.
1903 Einthoven parvient à recueillir ces courants d’une manière satisfaisante en utilisant un montage électrique rappelant le pont de Wheatstone.
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 le 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 cardiocirculatoire, notamment pour la détection des troubles du rythme et la prévention de l’infarctus du myocarde.

Description du signal électrocardiogramme:

L’électrocardiographie explore l’activité électrique du cœur par enregistrement des électrocardiogrammes, tracés bidimensionnels qui inscrivent en fonction du temps les variations du potentiel électrique induites dans les différents points du corps par le cœur en activité. Les innombrables cellules musculaires qui le constituent sont dotées de propriétés spéciales dont les deux plus importantes sont le pouvoir mécanique de contraction et l’activité électrique rythmique, elle-même liée à des déplacements ioniques à travers la membrane des cellules.
La dépolarisation très brusque, se maintient environ durant 0,3 secondes puis est suivie aussitôt de la repolarisation qui rétablira les charges électriques initiales. Elle se propage rapidement de proche en proche, aux cellules voisines et finalement au cœur tout entier en 5 centièmes de seconde environ. Cependant, comme la repolarisation est beaucoup plus lente, la durée totale de l’activation de la masse cardiaque est de l’ordre de 40 centièmes de seconde. L’état de repos électrique dure.

Les pathologies cardiaques:

Le flutter atrial (auriculaire):

Dans le flutter atrial, la dépolarisation anormale parcourt sans cesse un chemin en boucle dans l’oreillette droite (remontant généralement le long du septum inter auriculaire, descendant sur la paroi externe de l’oreillette droite, l’oreillette gauche étant dépolarisée secondairement). La fréquence de rotation est de 300 bat/min. La dépolarisation va donc se présenter à l’entrée du nœud auriculo-ventriculaire 300 fois par minute et ne franchira la jonction vers les ventricules qu’une fois sur deux ou sur trois, voire moins. La fréquence des ventricules sera de ce fait un sous-multiple de 300 bat/min. Cette activité continue des oreillettes s’inscrit sur l’ECG par des ondes auriculaires très caractéristiques appelées ondes F. Elles ont un aspect en dents de scie en D2, D3 et aVF .

La fibrillation atriale (Fibrillation auriculaire):

La fibrillation atriale est une arythmie supra ventriculaire sans aucune organisation. La dépolarisation est fractionnée en une multitude de fronts de directions et d’amplitudes différentes, réalisant une activité électrique au niveau des oreillettes totalement désordonnée. Cette activité, le plus souvent soutenue, ne laisse au myocarde auriculaire aucun « repos » électrique. Elle se traduit sur l’ECG par la disparition des ondes auriculaires organisées au profit d’une activité continue ressemblant à une sorte de sinusoïde irrégulière. La fréquence de dépolarisation est variable d’un point à l’autre au sein des oreillettes, mais de toutes façons le plus souvent très élevée. De multiples fronts de dépolarisation se présentent ainsi au niveau du nœud auriculo ventriculaire qui remplit son rôle de « filtre » en ne laissant passer de façon aléatoire que quelques fronts, la fréquence des ventricules devenant complètement irrégulière, généralement entre 90 et
140/min en fonction de l’état de perméabilité du nœud.

Etat de l’art sur le filtrage du signal ECG :

Lors de l’étape de prétraitement, l’objectif principal est de filtrer les signaux utiles des bruits indésirables. En électrocardiographie, ces bruits sont bien identifiés mais certains d’entre eux ont la particularité de se chevaucher avec la bande spectrale de l’ECG, ce qui les rend parfois difficile à filtrer. [7] IX. Description de la base de données MIT-BIH La base de données MIT-BIH est une base universelle qui contient 48 enregistrements d’une durée d’une demi-heure sur deux voies (DII et V5). Elle a été collectée par des chercheurs afin d’être utilisée comme une référence pour la validation et la comparaison des algorithmes sur le signal ECG.
Chaque enregistrement ECG est échantillonné à une fréquence de 360 Hz. L’avantage majeur de cette base est qu’elle contient un grand nombre de pathologies cardiaques, ce qui permet de valider les algorithmes sur un grand nombre de cas de signaux ECG.
Les enregistrements correspondent à des sujets qui sont 25 hommes âgés de 32 à 89 ans, et 22 femmes âgées de 23 à 89 ans.
Les signaux sont numérotés de 100 à 124 pour le premier groupe qui comporte une variété de formes d’ondes et de 200 à 234 pour le deuxième qui comporte une variété de cas pathologiques.
Chaque enregistrement a été annoté indépendamment par plusieurs cardiologues (deux au moins) ce qui permet d’avoir des études plus fiables. L’annotation correspond au l’instant d’apparition du pic R du complexe QRS et au type du QRS (N, PVC, etc.).

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : ANATOME DU CŒUR ET L’ELECTROCARDIOGRAMME
Introduction
I. Historique de l’électrocardiogramme 
II. Anatomie de cœur 
III. Description du signal électrocardiogramme
IV. Caractéristique du signal ECG 
V. Détection du signal ECG 
VI. Les pathologies cardiaques
VII. Les types de bruit présent dans l’ECG
VII.1. Bruits d’origine technique
VII.1.1. Le Bruit du réseau 50Hz
VII.1.2. Les bruits dus au mauvais contact électrode-peau
VII.1.3. Autres bruits
VII.2 Bruits physiques
VII.2.1. Fluctuations de la ligne de base
VII.2.2. Bruits dus au signal électromyogramme EMG
VII.2.3. Autres artefacts d’origine physique
VIII. Etat de l’art sur le filtrage du signal ECG
IX. Description de la base de données MIT-BIH
IX.1. Fichiers de la base MIT-BIH
IX.1.1. Fichier de données (*.dat)
IX.1.2. Fichier header (*.hea)
IX.1.3. Fichier annotation (*.atr)
Conclusion
Chapitre II : FILTRAGE ADAPTATIF
Introduction
I. Principe du filtrage adaptatif
II. Le filtre de Wiener
II.1. Problème d’estimation linéaire
II.2. Filtre de Wiener de type FIR
II.3. application à l’égalisation de canal
III. Algorithmes de filtrage adaptatif
III.1. Introduction
III.2. Algorithme RLS
III.3. Algorithme LMS
IV. Comparaison
Conclusion
Chapitre III : TRAITEMENT DU SIGNAL
Introduction
I. Filtrage adaptatif 
I.1. Définition
I.2. Algorithmes proposés
I.2.1. Algorithme LMS
I.2.2. Algorithme RLS
II. Paramètres d’évaluation des performances 
II.1. MSE
II.2. RSB
III. résultats et discussion
Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe Annexe A
Annexe B

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