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Université Abou Bakr Belkaïd de Tlemcen Faculté de Technologie Département de G

Université Abou Bakr Belkaïd de Tlemcen Faculté de Technologie Département de Génie Biomédical MEMOIRE DE PROJET DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention du Diplôme de MASTER en GENIE BIOMEDICAL Spécialité : Instrumentation Biomédicale Présenté par : LARBAOUI Assia et OUEZZANI Ibtisam ETUDE ET REALISATION D’UN CARDIO- TACHYMETRE NUMERIQUE A L’AIDE DES SIGNAUX ECG ET PPG Soutenu le 02/07/2019 devant le Jury Ms. KERAI Salim MCA Université de Tlemcen Président Ms TAOULI Sid-Ahmed MCB Université de Tlemcen Encadreur Melle HABIBES Naïma MAA Université de Tlemcen Examinateur Année universitaire 2018-2019 Remerciement Avant de commencer la présentation de ce travail Nous remercions en premier lieu DIEU le tout puissant de nous avoir donné le courage, la volonté afin de parvenir à la fin de notre parcours universitaire, doctorat plus tard. Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements pour le respectueux encadreur Mr TAOULI Sid Ahmed d’avoir accepté de nous encadrer pour notre projet de fin d’étude, ainsi que pour son soutien, ces remarques pertinentes, son encouragement, sa disponibilité, sa confiance et les conseils précieuses qui nous a prodiguer tout le long de la réalisation de notre projet. Nos remerciements vont aussi à tout le corps pédagogique, Enseignants, Administrateurs, Employés du département de Génie Biomédicales, et Responsables du laboratoire pour le matériel qu’on nous a fourni afin de réussir nos projets. Nous tenons à remercier tous les membres de jury Mr KERAI Salim et Md HABIBES Naima de nous avoir honorés en acceptant de juger notre modeste travail. Veuillez trouver le témoignage de notre respect le plus profond en signe de reconnaissance. Dédicaces Nous dédions ce modeste travail aux personnes les plus chers au monde. Nos parents Grace à leurs tendres encouragements et leurs grands sacrifices durant tous la période d’étude, ils nous ont créé le climat affectueux et propice à la poursuite de nos études. Nous prions le bon dieu de veiller sur eux et de les bénir, on espérant qu’ils seront toujours fiers de nous. Nos frères et sœurs, amis Pour le soutien qu’ils n’ont pas cesser de nous porter. A nos professeurs Leur générosité et leur soutien, nous oblige de leur témoigner nos profonds respects et nos loyales considérations. A tous nos collèges Ils vont trouver ici le témoignage d’une fidélité et amitiés infinie. SOMMAIRE Remerciement Dédicace Sommaire Liste des figures Liste des tableaux Glossaire Introduction général ………...…………………………………………...………………… 1 Chapitre I : Le système cardiovasculaire et les signaux électro-physiologique. I.1. Introduction…………………………………………………………………………………… ... 2 I.2. Système cardiovasculair...............................................................………………...……………… 2 I.2.1.Le Cœur.................................................................................................................……………2 I.2.1.1.L’Activité Cardiaque…………………………………………………………….…...3 I.2.2. Les vaisseaux ...........................................................................................................…………5 I.2.3. le sang………………………………………………………………………………………...6 I.2.4. Circulation sanguine ............................................................................................................. ..6 I.3. Electrocardiographie E.C.G……………………………………………………...………………. 8 I.3.1. Historique.……………………………………………….…………………………………...8 I.3.2. L’électrocardiogramme : …………………………………………...…………………….….8 I.3.2.a. Définition ………………………………………………………...…………….8 I.3.2.b. Interprétation du Signal ECG…………………………………….…………….8 I.3.3. Dérivation électrocardiographies ………………………………..…………………………..9 I I.3.3.a. Dérivations bipolaire d’Einthoven………………………………………………..9 I I.3.3.b. Dérivations précordiales ………………………………………………………..10 I I.3.4. Les artefacts de l'ECG………………………………………………………………………11 I .4. Photo pléthysmographie PPG ………………………………………………………………….....11 I .4.1. Historique : ………………………………………………………………………………...11 I .4.2. Principe de fonctionnement ……………………………...……………………………...…11 I .4.3. Photopléthysmogramme....................................................................................................... 12 I.4.3.a. Définition ………………………………………………………….…………...12 I.4.3.b. Caractéristique du signal PPG.................................................................................12 I .4.4. Limites de mesure de la photo pléthysmographie de pouls ............................................... 14 I.5. Rythme Cardiaque ………………………………………………………………………………...15 I.5.1. Définition………………………………………………………………….……………..…15 I.5.2. Mesure du rythme cardiaque………….…………..…....…………………………...……...15I I.5.3. Les troubles du rythme………………………………………………….….…………………....16 I.5.3.a. Définition ………………………………………….………………………...…….....16 I.5.3.b. Exemples des troubles du rythme ………………………...………..………………...16 I.5.4. Fréquence cardiaque : ......................................................................................................... 18 I.6. Conclusion………………………………………………………………………………..……….19 CHAPITRE II : Etude Et Réalisation d’un cardio Tachymètre Numérique. II.1. Introduction…………………………………………………………………………………. 20 II.2. Objectif……………………………………………………………………………………….21 II.3. Initiation à la Structure et Principe de Fonctionnement du Cardio-Tachymètre……………..21 I I II.3.1. Etude et Réalisation de la Chaine d‘Acquisition Electrocardiographique…….……………22 I II.3.1.1. Capteur ECG (Electrodes)….…………….…………………………...…………....23 I II.3.1.2.PréAmplification…………………………………………………………………....24 I II.3.1.3. Mise en forme du signal ECG……………………………………………................26 II.3.2. Etude et Réalisation du Circuit d’exploration Photopletysmographique………….......30 I I II.3.2.1. Capteur PPG………………………………………………………………...…..30 I I II.3.2.2. Mise en forme du signal PPG………………………………………………………32 II.3.3. Circuit de la détection des battements cardiaque…………………………………………34 II.3.4.Conception réalisation du système de Traitement numérique à base de microcontrôleur….36 I II.3.4.1. Présentation de la carte ARDUINO………………………………………...……..36 I II.3.4.2. Afficheur LCD…………………………………………………………...………..38 I II.3.4.3. Algorithme de programmation…………………………………………..………...40 I II.3.4.4. Simulation du compteur de fréquence cardiaque……………………..…………...40 II.4. Réalisation du circuit d’alimentation…………………………………...………………………...41 II.5. Conclusion…………………………………………………..……………………………….......43 CHAPITRE III : Tests et Résultats. III.1. Introduction …………………………………………………………………………………….44 III.2. Concrétisation des circuits et mesures pratiques……………………………………………….44 I III.2.1. Carte d’acquisition électrocardiographique : signal ECG…………………………….44 III.2.2. Carte d’acquisition photopletysmographique : signal PPG…………………………48 III.2.3. Carte de traitement numérique automatisé………………………………………….51 III.3. Présentations des cartes réalisées et du dispositif final……………………………………… 52 III.3.1. Carte analogique d’acquisition des signaux ECG et PPG……………………………52 III.3.2. Carte de traitement numérique et d’alimentation……………………………………..53 III.4. Comparaison des résultats des tests…………………………………………………………55 III.5. Test de Validation du dispositif…………………………………………………………….58 III.6. Conclusion :…………………………………………………………………………………59 Conclusion général ……………………………………………………………………….60 BIBLIOGRAPHIE ANNEXE Liste des figures : Figure I.1 : Schéma du système cardiovasculaire. Figure I.2 : L’anatomie du cœur. Figure I.3 : fonctionnement électrique du cœur. Figure I.4. Schéma représentatif de Cycle cardiaque. Figure I.5. Les vaisseaux sanguins. Figure I.6 : Les constituants du sang. Figure I.7 : La petite circulation. Figure I.8 : La grande circulation. Figure I.9 : l’emplacement des électrodes ECG. Figure I.10 : électrocardiogramme normal. Figure I.11 : Triangle de Dérivations Standards (bipolaires). Figure I.12 : placement des électrodes précordiales. Figure I.13 : Le principe photopléthysmographique. Figure I.14 : Les composantes du signal photopléthysmogramme. Figure I.15 : Signal photopléthysmogramme. Figure I.16 : Représentation de rythme cardiaque par l’intervalle R-R et P-P. Figure I.17. Arythmie cardiaque de type ‘ blocs auriculo-ventriculaires’. Figure I.18 Arythmie cardiaque de type ‘Fibrillation et flutter auriculaire’. Figure I.19 Arythmie cardiaque de type ‘Tachycardie supraventriculaire’. Figure I.20 Arythmie cardiaque de type ‘Syndrome de Wolf-Parkinson-White’ Figure I.21 Arythmie cardiaque de type ‘Tachycardie ventriculaire’. Figure I.22 Arythmie cardiaque de type ‘Fibrillation ventriculaire’. Figure I.23 : Mesure de la fréquence cardiaque par l’intervalle R-R. Figure II.1 : les deux types de tachymètres. Figure II.2 : schéma bloc de tachymètre à réaliser. Figure II.3 schéma bloc de chaine d’acquisition de signal ECG. Figure II.4 : types d’électrodes. Figure II.5 circuit standard d’un amplificateur d’instrumentation. Figure II.6 : branchement et représentation de l’AD620. Figure II.7 : Simulation de circuit de pré-amplification. Figure II.8 : la réponse en fréquence de filtre passe bas. Figure II.9 : signal d’entre avant et après filtre passe bas. Figure II.10 à gauche, La simulation du filtre P-B. à droite, le tracé de Bode du filtre. Figure II.11 : à gauche, La simulation du filtre P-H. à droite, le tracé de Bode du filtre. Figure II.12 : simulation filtre passe -bas réalisée et sa fréquence de coupure. Figure II.13 : simulation filtre passe -haut réalisée et sa fréquence de coupure. Figure II.14 : Montage d’un amplificateur non-inverseur avec Gain ajustable. Figure II.15 : Le schéma bloc de mise en forme du signal photoplethysmogramme. Figure II.16 : les différents types de la sonde photopletysmographique. Figure II.17 : diagramme d’émission-réception de la sonde pince Figure II.18 : L’étage d’amplification du signal PPG. Figure II.19 : circuit de filtrage du signal PPG Figure II.20 : signal carre TTL de sortie d’un comparateur standard Figure III.21 : Circuit détecteur de pic. Figure II.22 : circuit générateur d’impulsion des signaux ECG et PPG à comparateur de tension Figure II.23 : présentation des différentes connexions d’une carte ARDUINO UNO. Figure II.24 : organisation structurel d’un programme en ARDUINO Figure II.25 : différentes broches de l’afficheur LCD. Figure II.26 : Algorithme de programmation de l’arduino. Figure II.27 : simulation et test de validité de programme de comptage de fréquence cardiaque. Figure II.28: circuit d’inversion de tension DC via l’ICL7660. Figure II.29 : circuit de conversion de tension DC à 5V par régulateur de tension LM7805. Figure II.30 : simulation du circuit d’alimentation du prototype. Figure III.31 : simulation du circuit d’alimentation Cas de chargeur. Figure III.1 : circuit de détection du signal ECG à 6 points de test. Figure III.2 : Les électrodes réalisées. Figure III.3 : Le signal ECG à la sortie de l’AD620. Figure III.4 signal ECG filtré (Blue : PB), (jeune : PH). Figure III.5 : Le signal ECG final acquit Figure III.6 : la détection du pic R. Figure III.7 : train d’impulsions de pics R. Figure III.8 : circuit de détection du signal PPG à 4 points de test Figure III.9 : capteur PPG réalisé. Figure III.10 : le signal PPG détecté. Figure III.11 : le signal PPG amplifié. Figure III.12 : le signal PPG final. Figure III.13 : train d’impulsions de l’onde P. Figure III.14 : décalage temporel entre le signal ECG-PPG Figure III.15 : Schématisation du circuit d’acquisition ECG et PPG par ARES. Figure III.16 : Représentation de la carte d’acquisition ECG-PPG en 3D Figure III.17 : Circuit imprimé de carte d’acquisition ECG_PPG Figure III.18 : schématisation de la carte de traitement numérique et d’alimentation. Figure III.19 : carte de traitement numérique et d’alimentation en 3D. Figure III.20 : Circuit imprimé de chaine numérique et d’alimentation Figure III.21 : Photographie du dispositif réalisé finale sans boite Figure III.22 : Test et Résultats du premier patient. Figure III.23 : Test et Résultats du Deuxièmes patient. Figure III.24 : Test et Résultat du troisième patient. Figure III.25 : Test de mesure de FC par un tensiomètre électronique et notre dispositif. Figure III.26 : Résultats de test de validation de notre tachymètre par rapporta a un tensiomètre uploads/Geographie/ ms-gbm-larbaoui-ouezzani.pdf