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1 SOMMAIRE SOMMAIRE ...........................................................

1 SOMMAIRE SOMMAIRE .......................................................................................................................................... 1 Table des Illustrations ....................................................................................................................... 4 Introduction générale ........................................................................................................................ 6 Chapitre I ............................................................................................................................................... 7 Electrophysiologie cardiaque ............................................................................................................... 7 Introduction ....................................................................................................................................... 8 I.1. Structure et rôle du cœur ........................................................................................................... 8 I.2. Activité électrique du cœur ...................................................................................................... 10 I.2.1. Électrophysiologie cellulaire ................................................................................................. 10 I.2.2. Electrocardiogramme de surface ......................................................................................... 12 I.2.3. Electrocardiogramme intracardiaque .................................................................................. 14 I.2.4. Excitation et système de conduction ................................................................................... 15 Conclusion ........................................................................................................................................ 16 Chapitre II : ......................................................................................................................................... 17 LE GENERATEUR ELECTRIQUE NATUREL (NŒUD SINUSAL) .......................................... 17 Introduction ..................................................................................................................................... 18 II.1. Notions anatomiques et histologiques du tissu de conduction cardiaque ........................... 18 II.2. Troubles du rythme et de la conduction cardiaque .............................................................. 20 II.2.1. La pathologie du sinus ......................................................................................................... 20 II.2.2. Blocs cardiaques .................................................................................................................. 21 II.3. Concepts techniques de base de la stimulation cardiaque ................................................... 24 Conclusion ........................................................................................................................................ 25 Chapitre III : ........................................................................................................................................ 26 EVOLUTION TECHNOLOGIQUE DES STIMULATEURS CARDIAQUES ............................ 26 Introduction ..................................................................................................................................... 27 III.1. Conception générale d’un pacemaker .................................................................................. 28 III.2. Historique et développements des stimulateurs cardiaques. ............................................. 30 III.2.1 La naissance du concept ...................................................................................................... 30 III.2.2 Le pacemaker de Hyman ..................................................................................................... 30 III.2.3 Le pacemaker à la demande ................................................................................................ 32 III.2.3 Etude du pacemaker de Berkovits ....................................................................................... 34 III.2.3 Les stimulateurs cardiaques modernes ............................................................................... 36 III.3. La sonde de stimulation ......................................................................................................... 37 2 III.3.1. Le connecteur ..................................................................................................................... 37 III.3.2. Le conducteur ..................................................................................................................... 37 III.3.2. L’électrode .......................................................................................................................... 38 III.3.3 Les moyens de fixation de la sonde ..................................................................................... 38 III.4. La programmation et la télémétrie ...................................................................................... 40 III.5. Les différents types de stimulateurs cardiaques ................................................................. 41 III.5.1 Le code international ........................................................................................................... 41 III.5.2 Evolution .............................................................................................................................. 44 III.5.3 Les interférences face aux stimulateurs cardiaques .......................................................... 44 Conclusion ........................................................................................................................................ 48 Chapitre IV .......................................................................................................................................... 49 DEVELOPPEMENT DU PROTOTYPE DU STIMULATEUR CARDIAQUE ........................... 49 Introduction ..................................................................................................................................... 50 IV.1. Le microcontrôleur 16F84 ..................................................................................................... 52 IV. 1.1 Généralités ......................................................................................................................... 52 IV.1.2 Choix du PIC 16F84 .............................................................................................................. 53 IV. 1.3 Présentation du PIC 16F84 ................................................................................................. 54 IV.2. Programmation ...................................................................................................................... 58 IV.2.2 Différentes façon de programmer ...................................................................................... 58 IV.2.2.1 Avantages et inconvénients de la programmation en langage ASSEMBLEUR ......... 58 IV.2.2.2 Avantages et inconvénients de la programmation en langage BASIC ........................ 58 IV.2.3 Les outils nécessaires pour programmer en langage ASSEMBLEUR ................................... 59 IV.2.4. Structure d’un programme ................................................................................................ 59 IV.2.5. La Conception Assistée par Ordinateur.............................................................................. 61 IV.3. Description du prototype réalisé ........................................................................................... 62 Partie A : Etude d’un Electrocardiographe et de l’étage de comparaison ................................. 62 A.1. Réalisation d’un électrocardiographe .................................................................................... 62 A.1.1.Rappel : Rythme sinusal, Dérivation frontale.................................................................. 62 A.1.2.Schéma bloc de l’ECG .................................................................................................... 64 A.1.3.Réalisation d’un amplificateur ECG ................................................................................ 64 A.2. Etage de comparaison ............................................................................................................ 67 Partie B. Réalisation d’un stimulateur cardiaque à base de 16F84 ............................................ 69 B.1. Modélisation d’un stimulateur cardiaque .............................................................................. 69 B.2. Implémentation d’un stimulateur cardiaque : utilisation du PIC 16F84 ................................. 73 Réalisation du programme embarqué ........................................................................................... 74 IV.4. Automatisation ....................................................................................................................... 78 3 IV.5. Tests et mesures ...................................................................................................................... 81 IV.4.1. Les tests .............................................................................................................................. 81 IV.4.2. Les mesures et conclusion ................................................................................................. 81 CONCLUSION GENERALE ET ...................................................................................................... 83 PERSPECTIVES ................................................................................................................................. 83 Références ............................................................................................................................................ 85 ANNEXE .............................................................................................................................................. 86 Annexe 1 : Alimentation de secours ............................................................................................... 87 Annexe 2 : Filtre du second ordre de Sallen-Key ......................................................................... 88 Annexe 3 : TL072 ............................................................................................................................ 88 Annexe 4 : Nomenclature du circuit d’amplificateur ECG ......................................................... 90 Annexe 5 : Photographies de plaques réalisées ............................................................................. 90 Annexe 6 : Gain et bande passante de l’amplificateur ECG (simulation PSpice) ..................... 91 Annexe 7 : Simulation du Stimulateur cardiaque Sous Proteus Isis........................................... 91 RESUME .......................................................................................................................................... 92 4 Table des Illustrations Chapitre I. Electrophysiologie Cardiaque Figure I.1 Rapports du cœur dans le médiastin antérieur Figure I.2 Anatomie cardiaque Figure I.4 Le potentiel d’action : myocardique et celui du nœud sinusal Figure I.5 Différentes morphologies du potentiel d’action selon les régions Figure I.5 Caractéristique d’un tracé Electrocardiographique Figure I.6 Tracé Electrocardiogramme endocavitaire Figure I.7 : Le nœud sinusal et le système de conduction cardiaque Chapitre II. Le générateur électrique naturel (Nœud sinusal) FigureII.1. Classification de blocs sino-auriculaires Figure II.2 Classification de blocs auriculo-ventriculaires Figure II.3 Exemples d'ECG normal et bloc de branche gauche Figure II.4 Potentiel d’action des cellules cardiaques et celui des cellules automatiques Chapitre III. Evolution technologique des Pacemakers Figure III.1. Les différentes parties d’un Pacemaker Figure III.2 Le programmateur externe Figure III.3 schéma fonctionnel de base d’un pacemaker Figure III.4. Le premier stimulateur cardiaque, A. Hyman Figure III.5. Diagramme bloc du stimulateur cardiaque de Hyman Figure III.6 Schéma synoptique du pacemaker à la demande Figure III.7 Schéma électronique du pacemaker à la demande de berkovits Figure III.8 Schéma synoptique d’un stimulateur cardiaque moderne Figure III.9. Vue d’ensemble d’une sonde d’un pacemaker Figure III.10. Types de fixation des sondes passive à barbes et active à vis fixe Figure III.11. Différentes configurations de sondes uni- ou monopolaire et bipolaire Figure III.12 Le code de classification international des stimulateurs 5 Chapitre IV. Développement du prototype du Stimulateur Cardiaque Figure IV.1. Brochage du 16F84 Figure IV.2. L’oscillateur du 16F84 Figure. IV.3. Les points de mesures des dérivations de membres DI, DII et D3 Figure IV.4. Les points de mesures des dérivations de membres aVR, aVL, aVF Figure IV.6 Schéma électrique de l’Electrocardiographe Figure IV.7 Circuit imprimé et implantation des composants de l’ECG Figure IV.8 Etage de comparaison Figure IV.9 Schéma simplifié d’un stimulateur cardiaque Figure IV.10 charge d’un condensateur Figure IV.11 Evolution de la tension UC aux bornes du condensateur Figure IV.12 L’allure de UR (t) et impulsions électriques Figure IV.13. Schéma synoptique d’un stimulateur cardiaque microcontrôlé Figure IV.14. Pilotage et connexion du PIC 16F84 Figure IV.15 Schéma Electrique du Générateur d’impulsion électrique Figure IV.16 Schéma du circuit imprimé du générateur d’impulsion électrique Figure IV. 17 Circuit Electrique d’automatisation du stimulateur cardiaque Figure IV.18 : sortie U1(2) du module Figure IV.19 : sortie U3(2) du module Figure IV.20 ECG de l’Etudiant Figure IV 21 ECG de l’Etudiant 2 Figure IV.22 Impulsions générées à l’aide du 16F84 6 Introduction générale Le cœur (Chapitre I) se contracte environ 72 fois par minute au repos, plus rapidement lors de l’effort ou d’émotion. Cette fonction est commandée par un stimulateur naturel (Chapitre II) appelé « nœud sinusal », qui se trouve dans l’oreillette droite du cœur et qui produit une impulsion électrique grâce aux phénomènes de polarisation et dépolarisation des cellules myocardiques. Cette impulsion est d’abord transmis aux oreillettes et atteint les ventricules par une structure intermédiaire située entre les oreillettes et les ventricules appelée nœud atrio-ventriculaire. Ce système de propagation de l’impulsion électrique produit par le nœud sinusal de contraction d’abord aux oreillettes puis après un bref décalage aux ventricules. Une étude détaillée de la propagation de l’onde électrique sinusale permet la construction des différentes ondes constituants le signal ECG, qui n’est autre que le potentiel électrique recueilli à la surface de la peau et produit par les variations de la distribution des charges électriques dans le territoire atrio-ventriculaire. C’est à partir de ces ondes de ce signal que peuvent se révéler les troubles de fonctionnement passagers ou permanents. Le stimulateur naturel (nœud sinusal) peut par exemple s’arrêter et ne reprendre son activité qu’après quelques secondes ; ou encore la conduction électrique peut être temporairement interrompue entre les oreillettes et les ventricules. Cela entrainera un arrêt de contraction du cœur pendant quelques secondes. Les troubles de la génération ou de conduction de l’impulsion électrique, à côté des diverses pathologies cardiaques, sont caractérisés par un ralentissement ou un arrêt passager des battements cardiaques. Ces troubles sont regroupés sous le terme bradycardie. Le stimulateur cardiaque (Chapitre III), communément appelé Pacemaker permet de pallier à ces troubles du système de conduction en produisant une impulsion électrique en cas de besoin. Après une étude approfondie sur les techniques de stimulations cardiaques, nous présenterons un prototype de ce genre de dispositif médical dont les détails seront donnés au fur et à mesure (Chapitre IV). 7 Chapitre I Electrophysiologie cardiaque 8 Figure I.1 Rapports du cœur dans le médiastin antérieur [11] Introduction Depuis des siècles le cœur est au centre des préoccupations humaines. La fonction principale qui nous préoccupe est l'activité de pompe du cœur. La pompe n'est efficace que quand les cellules se contractent dans un certain ordre : Synchronisme. La contraction globale (cycle cardiaque) est commandée et précédée par une activité électrique qui joue le rôle de générateur oscillant. Ce générateur commande la périodicité du fonctionnement et donc la fréquence cardiaque. Trois propriétés électriques fondamentales pour les cellules cardiaques : Automatisme, Conduction, Excitabilité. L'enregistrement de l'activité électrique globale du cœur (ECG) nous renseigne sur son état de fonctionnement. L'origine de ces phénomènes électriques est dans la membrane cellulaire. I.1. Structure et rôle du cœur Le muscle cardiaque, le myocarde assure le rôle de pompe du système sanguin. Cet organe musculaire creux permet donc la circulation du sang dans le corps et l’apport d’oxygène et nutriments à l’ensemble des cellules de l’organisme. Le cœur est situé dans la partie médiane de la cage thoracique (le médiastin) délimitée par les 2 poumons, le sternum et la colonne vertébrale (Fig. I.1). 9 Mesurant entre 14 et 16 cm pour un diamètre de 12 à 14 cm chez l’adulte, le cœur représente uploads/Philosophie/ memoire-pacemaker-2.pdf