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Master Spécialisé Système Embarqué & Ingénierie Biomédicale « SEIB » Mémoire pr

Master Spécialisé Système Embarqué & Ingénierie Biomédicale « SEIB » Mémoire présenté à l’École Nationale des Sciences Appliquées d’Agadir (ENSA) en vue d’obtenir le Diplôme du Master Spécialisé Sous le thème : Soutenu le 02/10/2021 Réalisé par : Encadré par : Mr. Said OUDAHA Pr. Wissam JENKAL (Laboratoire LISTI/ENSA) Pr. Mostafa LAABOUBI (ENSA d’Agadir) Devant la commission d’examen : Pr. Wissam JENKAL Pr. Rachid LATIF Pr. Mostafa LAABOUBI M. Amine SADDIK Année universitaire 2020/2021 Développement d’une plateforme labVIEW pour la génération des signaux ECG et réalisation d’un ECG synthétique et conception matérielle vers une architecture FPGA pour la détection du complexe QRS a l’aide du DWT Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB Dédicace Au Dieu Tout Puissant, qui nous a accordé santé, force et courage pendant ces années d’études. Je dédie cet humble travail en premier lieu à nos parents qui nous ont donné toutes les possibilités pour continuer mes études, à nos chers amis, à nos formateurs. A notre Encadrant Pr. Mostafa LAABOUBI notre encadrant à ENSA Agadir et M. Wissam JENKAL au sein de laboratoire, pour nous avoir donné l’’opportunité de s’intégrer son ambitieuse équipe, ainsi que pour son soutien durant tout période de stage. Nous espérons que notre rapport donnera satisfaction à toutes ces personnes et à tous ceux qui auront l'occasion de le lire. Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB 1 Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB 2 Remerciement Avant tout, nous remercions ALLAH, le Clément, le Miséricordieux, pour nous avoir donné la volonté, la patience et l’opportunité de faire ce modeste travail. Nos parents pour tous les bienfaits qu’ils nous ont accordés, leur écoute, leur disponibilité et leur grand Amour. Nous tenons à remercier sincèrement Monsieur WISSAM JENKAL, professeur chercheur à l’ENSA, pour son encadrement, ses conseils, son soutien, et le temps qu'il a bien voulu nous consacrer tout au long de notre stage. Il a été toujours disponible à l’écoute de nos nombreuses questions et toujours intéressé par l’avancement de notre thème de stage. A Monsieur le professeur Mostafa LAABOUBI, notre encadrant à ENSA Agadir (ENSAA), qui par ses indications nous a permis de venir à bout de diverses difficultés. Nous remercions aussi Monsieur RACHID LATIF, responsable de master spécialisé SEIB, pour son soutien et ses conseils. Amine Saddik, pour ses explications et ses informations, qui nous ont aidées pour réussir notre thème. Nos vifs remerciements sont adressés au personnel du laboratoire LISTI pour leur générosité et encouragement. Nous tenons à leur adresser toute notre gratitude et notre sympathie pour l’enthousiasme et l’attention qu’ils ont manifesté à notre égard et pour leur participation active à la réussite de ce stage. Mes sincères remerciements à tout le corps enseignant de l’école. Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB 3 Résumé L'objectif de ce projet est de réaliser une plate-forme graphique à base de langage labview pour l'acquisition du signal cardiaque ECG, cette plate-forme permet de visualiser tous les signes cardiaques qui se trouvent dans physionet, nous donnons aussi la possibilité de changer le degré de bruit, par la suite on a utilisé la carte NI 6009 de national instrument pour l'acquisition de ces données. Dans la deuxième partie on a traité des données cardiaques en utilisant la transformer en ondelettes discrètes DWT, ce traitement regroupe deux techniques essentiels pour ce type des données. La premièr technique est le filtrage de signal ECG, et la deuxième c’est la détection des complexes QRS. La dernière partie de ce projet inclut la conception du filtre étudié sous le langage VHDL. La dernière partie de ce projet consiste à réaliser un modul de communication entre la la carte NI 6009 de national instruments et la carte FPGA pour traiter et détecter le complexe QRS des signaux qu'on a utilisé dans cette plate-forme. Abstract The objective of this project is to realize a graphic platform based on labVIEW language for the acquisition of cardiac signal ECG, This platform allows to visualize all the cardiac signs that is in physionet, also gives us the possibility to change the degree of noise, Subsequently the national instrument NI 6009 card was used for the acquisition of this data. In the second part cardiac data were processed using the discrete DWT wavelet transform, this treatment combines two techniques essential for this type of data. The first technique is ECG signal filtering, and the second is QRS complex detection The last part of this project includes the design of the filter studied under the VHDL language. The final part of this project is to construct a communication module between the national instruments NI 6009 and the FPGA to process and detect the QRS complex of signals used in this platform. ملخص الكتساب تخطيط القلب بإشارة القلب(LabVIEW) الهدف من هذا المشروع هو تحقيق منصة رسومية تعتمد على لغة ، تتيح لنا هذه المنصة تصور جميع عالمات القلب الموجودة في الجهاز الفيزيائي ، كما تمنحنا إمكانية تغيير درجة الضوضاء ، بعد ذلك ، لألداة الوطنية للحصول على هذه البيانات. (NI 6009) تم استخدام بطاقة (DWT) في الجزء الثاني ، تمت معالجة بيانات القلب باستخدام التحويل المويج المنفصل ، يجمع هذا العالج (ECG) بين تقنيتين أساسيتين لهذا النوع من البيانات. األسلوب األول هو ترشيح إشارة بناء على استخدام خوارزمية التحويل المويجي المتقطعECG من اشارة QRS في القسم الثاني تم اقتراح تقنية NI 6009 والجزء األخير من هذا المشروع هو إنشاء وحدة اتصال بين األجهزة وFPGA لمعالجة وكشف مجمع اإلشارات المستخدمة في هذه المنصة..DWT الستخراج مركبات Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB 4 Table des matières Table des matières .................................................................................................................................. 4 Liste des figures....................................................................................................................................... 6 Partie 1 .................................................................................................................................................... 7 Développement d’une plateforme LabeVIEW pour la génération des signaux ECG et Réalisation d’un ECG Synthétique ..................................................................................................................................... 7 Chapitre 1 ................................................................................................................................................ 9 Présentation de l’organisme d’accueil, l’électrocardiographie et du contexte du projet ......................... 9 I. Introduction ................................................................................................................................... 12 II. Présentation du laboratoire LISTI ................................................................................................. 12 III. Système cardiovasculaire .......................................................................................................... 14 1) Fonctions du système cardiovasculaire ..................................................................................... 15 2) Composants du système cardiovasculaire ................................................................................. 15 IV. Anatomie du cœurss .................................................................................................................. 16 1) Composants du cœurssss ........................................................................................................... 16 2) Fonctionnement électrique du cœur .......................................................................................... 17 V. Généralités sur ECG ...................................................................................................................... 17 1) Electrocardiographie ................................................................................................................. 17 2) Electrocardiographe ................................................................................................................... 17 3) Electrocardiogramme ................................................................................................................ 18 3.1) Dérivations ............................................................................................................................. 19 3.2) Ondes ..................................................................................................................................... 20 3.3) Intervalles et segments ........................................................................................................... 21 VI. Base de données des signaux ECG ............................................................................................ 22 VII. Conclusion ................................................................................................................................. 23 Chapitre 2 .............................................................................................................................................. 24 Realisation d’une plateforme LabVIEW pour la génération des signaux ECG et Réalisation d’un ECG Synthétique ............................................................................................................................................ 24 I. Introduction ................................................................................................................................... 25 II. Qu’est ce que LabView NI ............................................................................................................ 25 1) Présentation de National Instrument « NI » .............................................................................. 25 1.1) Bases de la programmation en LabVIEW ......................................................................... 26 Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB 5 1.2) Notion de Virtual instruments VI ...................................................................................... 26 1.3) Origines de LabVIEW ....................................................................................................... 27 1.4) Les palettes ........................................................................................................................ 27 1.5) Les palettes de commande ................................................................................................. 28 1.6) Les palettes d’outils ........................................................................................................... 28 1.7) Les Palette de fonctions ..................................................................................................... 29 2) Developpement de l’application d’aquisition ............................................................................ 30 2.1) Création du diagramme ......................................................................................................... 31 2.2) Etapes de la construction du diagramme ................................................................................ 32 2.3) Résultats et validation ............................................................................................................ 33 3) Signale ECG synthétique ........................................................................................................... 37 3.1) Création du diagramme ......................................................................................................... 38 Partie2 ................................................................................................................................................... 39 Conception Matérielle sur une architecture FPGA pour la détecion du complexe QRS a l’aide du DWT ...................................................................................................................................................... 39 Chapitre1 ............................................................................................................................................... 41 Détection du complexe QRS a l’aide du transformée en Ondelettes.................................................... 41 4.2) Description de la transformée des ondelettes discrète DWT ................................................. 49 3.3) Résultats de l’algorithme basé sur DWT................................................................................ 51 4) Algorithme pour la détection du complexe QRS basé sur la DWT ........................................... 55 5.1) Description de l’algorithme d’extraction QRS du signal ECG à base de la DWT ................. 55 5.2) Résultats de l’algorithme d’extraction QRS du signal ECG .................................................. 57 III. Conclusion ................................................................................................................................. 61 Chapitre2 ............................................................................................................................................... 62 Conception Matérielle sur une architecture FPGA pour la détecion du complexe QRS du signaux ECG ....................................................................................................................................................... 62 I. Introduction ................................................................................................................................... 63 III. Conclusion. ................................................................................................................................ 78 Conclusion générale .............................................................................................................................. 78 Références et bibliographiques.............................................................................................................. 79 Annexes ................................................................................................................................................. 81 Mémoire présenté à l’ENSA en vue d’obtenir le diplôme du Master Spécialisé en SEIB 6 Liste des figures Figure 1: Organigramme de Laboratoire LISTI....................................................................................... 12 Figure 2: Système cardiovasculaire ....................................................................................................... 15 Figure 3: Composants du cœur ............................................................................................................. 16 Figure 4: Différents types d'électrocardiographe. ................................................................................ 18 Figure 5: Eléments principaux d'électrocardiographe. ......................................................................... 18 Figure 6: Emplacement des électrodes d'extrémités ............................................................................ 19 Figure 7: Dérivations frontales. a dérivation unipolaire, b dérivation bipolaire. .................................. 19 Figure 8: Dérivations précordiales ........................................................................................................ 20 Figure 9: Exemple d’un ECG représentant les dérivations frontales et précordiales ........................... 20 Figure 10: Intervalle PR ......................................................................................................................... 21 Figure 11: Intervalle QRS ....................................................................................................................... 22 Figure 12: Intervalle QT ......................................................................................................................... 22 Figure 13: Segment ST ........................................................................................................................... 22 Figure 14: National instruments Labview .............................................................................................. 25 Figure 15: les deux faces du LabVIEW diagramme uploads/Geographie/ pfe-oudaha-said-ecg-dwt-labview.pdf