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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU FACULTE DU GENIE ELECTRIQUE ET D’INFORMATIQUE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE Mémoire de Fin d’Etudes De MASTER ACADEMIQUE Domaine : Sciences et Technologies Filière : Génie électrique Spécialité : Electronique biomédicale Présenté par : Karima CHEBLI Lilia LAOUFI Thème Conception et réalisation d’un ECG à deux électrodes à base d’une carte Arduino UNO Mémoire soutenu publiquement le 16 / 07 / 2016 devant le jury composé de : Mr Mourad LAZRI Maitre de conférences A, UMMTO, Président Mr Fethi OUALLOUCHE Maitre de conférences B, UMMTO, Encadreur Mr Mhenna NACHEF Doctorant, UMMTO, Co- Encadreur Mr Mounir SEHAD Maitre de conférences B, UMMTO, Examinateur Mr Slimane HAMEG Maitre assistant A, UMMTO, Examinateur Remerciement Nous remercions Dieu le tout puissant de nous avoir donné le courage et la volonté de parvenir à la fin de notre parcours universitaire. Nous tenons à remercier énormément et infiniment notre promoteur Monsieur F. OUALOUCHE d’avoir accepté de nous encadré et diriger ce travail. Nous exprimons aussi nous sincère remerciements à Mr NACHEF.Mhenna et Mr MOULOUDJ Kamel prof d’école technique, et tous ceux qui nous ont aidé, conseillé et encourager afin de réaliser ce modeste travail. Nous aimerions remercier vivement nos chères amies et camarades de notre promotion « électronique biomédicale ». Enfin, nous tenons à remercier les membres de jury qui ont acceptés de juger et examiner notre travail. Merci à vous… Dédicaces Je remercie Dieu le tout puissant d’avoir exaucé mon vœu de réaliser ce projet de fin d’études Je voudrais dédier le présent travail aux personnes les plus chère au monde : mes parents qui mon toujours aidé et soutenue dans mon parcours universitaire, sans oublié leurs sacrifice et amour, que dieu les garde et leur donne une longue vie. A mes chères sœurs et frères A toute ma famille et mes amis et à tous ce qui m’aime et je n’ai pas cité, mais que je n’ai pas oublié. Et à tous ceux qui ont aidé de loin ou de près à la réalisation de ce travail. Karima Dédicaces Je dédié ce modeste travail aux personnes les plus chère aux monde : mes parents qui m’ont toujours aidé et encouragé dans mon parcours universitaire, Sans oublié leurs sacrifice et amour. A mes sœurs : Cylia et Kenza A mon cher et unique frère : Rabah A mes très cher oncles et tantes A ma très chère grande mère A mon cher binôme Karima et à tous mes amis A toute personne qui était derrière ma réussite et ma soutenait par tous les moyens. Lilia Sommaire Sommaire Liste des abréviations, sigles et symboles Liste des tableaux Liste des figures Introduction ............................................................................................................................. 1 Chapitre I : Notion de base du système cardiovasculaire 1.Préambule ............................................................................................................................. 3 2. Le Système cardiovasculaire ............................................................................................... 3 2.1 Le Cœur ............................................................................................................................. 3 2.2 Le Système vasculaire ....................................................................................................... 5 3. Cycle cardiaque ................................................................................................................... 6 3.1 Activité électrique du cœur ............................................................................................... 7 3.2 Activité mécanique du cœur .............................................................................................. 9 4. Le débit cardiaque .............................................................................................................. 10 5. La fréquence cardiaque ...................................................................................................... 10 6. La genèse du signal ECG ................................................................................................... 11 7. Discussion .......................................................................................................................... 1 2 Chapitre II : Méthodes de mesure du rythme cardiaque 1. Préambule ........................................................................................................................... 13 2. Méthode invasive ............................................................................................................... 13 2.1.Le cathéter .................................................................................................................... 13 2.2. Méthode hémodynamique ............................................................................................... 14 3. Méthode non invasive ........................................................................................................ 15 3.1. La prise de poules ............................................................................................................ 15 3.2. Le stéthoscope ................................................................................................................. 15 3.3. L’oxymétre de pouls ........................................................................................................ 16 3.3.1. Principe de fonctionnement 17 3.4. Le tensiomètre ................................................................................................................. 18 3.5. Le Cardio-tachymètre ..................................................................................................... 19 3.5.1. Principe du cardio-tachymètre .............................................................................. 19 3.6. Electrocardiographe ....................................................................................................... 20 3.6.1. Electrocardiogramme ............................................................................................ 20 3.6.2. Enregistrement de l’èlectrocardiogramme ................................................................ 21 3.6.3. Les ondes de signal ECG normal .............................................................................. 21 3.6.4. Segment et intervelles du signal ECG normal ......................................................... 23 3.6.5. caractrèristiques d’un ECG dit normal ...................................................................... 24 3.6.6. L’électrode ........................................................................................................... 24 3.6.7. Les dèrivations standards ....................................................................................... 25 3.6.8. Principe de fonctionnement de l’ECG à deux électrodes ....................................... 29 3.6.9. Les sources de bruits influants sur L’ECG ............................................................... 29 3.6.10. Types de bruit .......................................................................................................... 29 4.Discussion ........................................................................................................................... 30 Chapitre III : Conception et réalisation d’un ECG à 2 électrodes 1. Préambule ........................................................................................................................... 31 2. structure générale de système ............................................................................................. 31 2.1. partie analogique ............................................................................................................. 32 2.1.1.aquisition du signal ECG (electode) ........................................................................... 32 2.1.2.conditionnement du signal ......................................................................................... 34 2.1.2.1. Amplificateur d’instrumentation (amplificateur d’instumentationAD624) 34 2.1.2.2. Filtrage 35 2.1.2.3. Etude du comparateur 358 37 2.1.2.4. Circuit imprimé ....................................................................................................... 39 2.1.2.5. Les composants du système ................................................................................... 40 2.2. Partie numérique ............................................................................................................ 41 2.2.1. Description de la carte Arduino ........................................................................ 41 2.2.1.1 les sources d’alimentation de la carte ........................................................ 42 2.2.1.2 Les broches d’alimentation de la carte Arduino UNO ........................................ 43 2.2.1.3 Protection du port USB contre la surcharge en intensité ................................... 43 2.2.1.4 Gestion des Mémoires ......................................................................................... 44 2.2.1.5 Les entrées et sorties ........................................................................................... 44 2.2.1.5.1 Les entrés et sorties numérique ................................................................... 44 2.2.1.5.2. Les entrés analogiques ................................................................................ 45 2.2.1.5.3. Autres broches ............................................................................................. 45 2.2.1.6. Arduino et la communication avec l’extérieur ................................................... 45 2.2.1.7. L’éditeur de programmation .............................................................................. 46 2.2.2. Le microcontrôleur Atmega328 ........................................................................ 46 2.2.2.1. Les principales caractéristiques de l’Atmega328............................................... 47 2.2.3. Les avantages de la carte Arduino .................................................................... 47 3. Discussion ................................................................................................................... 50 Chapitre IV : Programmation et validation expérimentale 1. Préambule ........................................................................................................................... 51 2. L’environnement de programmation Arduino .................................................................. 51 3. Description du logiciel Arduino ........................................................................................ 51 3.1. Description de la barre des menus ................................................................................. 53 3.2. Description de la barre des boutons .............................................................................. 54 3.3. Programme Arduino et les étapes de télé versement vers la carte ................................ 55 4. Tests et résultats ................................................................................................................. 55 4.1. Teste avec le logiciel de simulation Isis proteus ........................................................... 55 4.2. Teste du l’amplificateur AD624 .................................................................................... 56 4.3. Visualisation des signaux à la sortie de la carte électronique ....................................... 57 4.4. Résultats obtenue du système avec la carte Arduino sous porteus................................ 58 4.5. Résultat finale du système ............................................................................................. 60 5. Discussion .......................................................................................................................... 62 Conclusion .............................................................................................................................. 63 Références bibliographiques Annexes Résumé Liste des abréviations, sigles et symboles m/sec : mètre par second. Na+: ion sodium. K+ : ion potassium. Ca++ : ion calcium. Dc: Débit cardiaque. Fc : Fréquence cardiaque. Vs : volume d’éjection systolique. DC : disque compact : un disque optique utilisé pour stocker des données sous forme numérique. ECG : ElectroCardioGramme / ElectroCardioGraphie. EMG : ElectroMyoGraphique. bpm : Battements par minutes. SA : Sino-Auriculaire. AV : Auriculo-ventriculaire. VL : bras gauche. VR : bras droit. VF : jambe gauche. SpO2 : saturation pulsée de l’hémoglobine en oxygène. Hz : unité de fréquence (hertz). fc : fréquence de coupure. mV : unité de tension (millivolts). dB : unité du Gain (décibel). °C : unité de température. EDI : Espace de Développement Intégré. Tableau II.1 : Nomenclature des douze dérivations standards ............................................. 25 Tableau III.2 : Nomenclature de la carte électronique ......................................................... 40 Listes des figures Figure I.1 : Schème fonctionnel du cœur ............................................................................... 4 Figure I.2 : Les cavités cardiaques se séparent en deux cœurs (droite et gauche), Qui se Découpent eux-mêmes en oreillettes et ventricules ................................................................ 5 Figure I.3 : Schéma du circuit sanguin. La couleur bleu indique que le sang est pauvre en oxygène tandis que la couleur rouge correspond au sang chargé en oxygène ........................ 6 Figure I.4 : Les voies de conduction normales de l’influx cardiaque .................................... 8 Figure I.5 : les différentes phases du potentiel d’action d’une cellule du muscle cardiaque . 8 Figure I.6 : Etapes donnant un battement cardiaque ............................................................. 10 Figure I.7 : Système de conduction électrique du cœur et génération du signal de l’électrocardiogramme (ECG) ............................................................................................... 12 Figure II.1 : Technique de mesure continue et invasive de la pression artérielle ................. 14 Figure II.2 : système de mesure invasive du rythme cardiaque ............................................ 14 Figure II.3 : La prise du pouls radiale ................................................................................... 15 Figure II.4 : composants d’un stéthoscope ........................................................................... 16 Figure II.5 : principe d’émission/réception........................................................................... 17 Figure II.6 : principe du tensiomètre .................................................................................... 18 Figure II.7 : principe du cardio-tachymètre .......................................................................... 19 Figure II.8 : Les ondes enregistrées sur un ECG normal ...................................................... 21 Figure II.9 : Electrode bi potentielle ..................................................................................... 24 Figure II.10 : à gauche : Les dérivations bipolaires, à droite : emplacement des électrodes suivant le triangle d'Einthoven ............................................................................................... 26 Figure II.11 : Les dérivations unipolaires ............................................................................. 27 Figure II.12 : les positions des électrodes précordiales ........................................................ 28 Figure II.13 : Une vue de vecteur du 12 ECG plomb standard. Les fils frontaux sont bleu clair et les dérivations précordiales sont bleu foncé ............................................................... 28 Figure III.1 : Schéma synoptique global de la chaine d’acquisition .................................... 32 Figure III.2 : Electrodes d’un ECG ...................................................................................... 33 Figure III.3 : Amplificateur d’instrumentation AD624 ........................................................ 35 Figure III.4 : Circuit du filtre passe-bas ................................................................................ 36 Figure III.5 : Diagramme de Bode (filtre passe-bas) ........................................................... 36 Figure III.6 : filtre passe bas ................................................................................................. 36 Figure III.7 : Comparateur LM358 ....................................................................................... 37 Figure III.8 : Circuit de Comparateur358 ............................................................................. 37 Figure III.9 : circuit réalisé sur la platine d’essai ................................................................. 38 Figure III.10 : circuit électronique de système ..................................................................... 38 Figure III.11 : uploads/Geographie/ ecg-arduino.pdf