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1 2 Remerciement Avant de commencer la présentation de ce travail Nous remercio

1 2 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 Hamza Cherif Lotfi 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 Soulimane Sofiane et Mr RAHMOUN Fethi 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. 3 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. Abdennour et Larbi 4 Résumé Le cœur est une pompe automatique qui bat normalement 72 fois chaque minute, c’est un rythme imposé par la contraction des cellules de tissu nodale. La membrane des cellules myocardiques peut être considérée comme un condensateur électrique. A l’application d’une stimulation cardiaque il en résulte un déclenchement du potentiel d’action de dépolarisation, cette dépolarisation locale membranaire se propage suivant une voie de conduction électrique pour conquérir l’ensemble du muscle cardiaque et provoquer l’activité mécanique de contraction qui dure 0.22 secondes, au même temps générer le signal électrocardiogramme. Ce signal est le principe et entrée pour la conception et la mise en œuvre d’un compteur d’impulsions cardiaques, commander par un microcontrôleur. Ce système a été fabriqué pour compter le nombre totale de battements cardiaque dans une minute, les pics du signal ECG sont convertit en un train d’impulsion sous forme de signal logique, le microcontrôleur compte le nombre de signaux d’entrées TTL et affiche le rythme cardiaque-BPM-. Ce système est très efficace, précis et économique, donc peut être utile et compètent. Mots clés : cœur, nœud sinusal, stimulation cardiaque, ECG, rythme cardiaque, signal logique, microcontrôleur. 5 Abstract The heart is an automatic pump that normally beats 72 times a minute, this is a pace set by the contraction of nodal tissue cells. The membrane of myocardial cells can be regarded as an electrical capacitor. On application of a cardiac stimulation result is a triggering potential depolarization action, this local membrane depolarization propagates along an electrical conduction path to capture the entire heart muscle and cause the mechanical activity of contraction which lasts 0.22 seconds at the same time generate the ECG signal. This signal is the principle and input for the design and implementation of a cardiac pulse counter, order a microcontroller. This system was made to count the total number of heart beats in a minute, the peaks of the ECG signal is converted into a pulse train as a logic signal, the microcontroller counts the number of TTL input signals and displays the BPM- heart-rhythm. This system is very efficient, accurate and cost, so can be useful and are incumbent. Keywords: heart, sinus node, cardiac stimulation, ECG, heart rate, logic signal, microcontroller. ملخص القلب هو مضخة التلقائي الذي يدق عادة27 .مرة في الدقيقة، وهذا هو وتيرة التي وضعتها انكماش خاليا األنسجة العقدية ويمكن اعتبار غشاء خاليا عضلة القلب كما مكثف كهربائي. بناء على طلب أحد نتيجة التحفيز القلب هو التسبب العمل االستقطاب المحتملين، وهذا االستقطاب غشاء المحلي ينتشر على طول مسار التوصيل الكهربائي للقبض على عضلة القلب بأكملها وتتسبب في النشاط الميكانيكي لالنكماش الذي يستمر2.77 ثانية في نفس الوقت تولد إشارة ECG. هذه اإلشارة هي المبدأ ومدخالت لتصميم وتنفيذ عداد نبض القلب، أن تأمر بإجراء متحكم. وقدم هذا النظام لحساب إجمالي عدد دقات القلب في الدقيقة، يتم تحويل قمم إشارة ECG الى قطار نبض كإشارة المنطق، متحكم بحساب عدد إشار ات الدخل TTL ويعرض BPM- القلب اإليقاع. هذا النظام فعال جدا ودقيقة والتكلفة، لذلك يمكن أن تكون مفيدة وهي شاغل الوظيفة. المفاتيح : القلب، العقدة الجيبية، سرعة، تخطيط القلب، معدل ضربات القلب، إشارة المنطق، متحكم. 6 Plan Sommaire REMERCIEMENT ET DEDICACES ………………………………………………………………1 RESUME …………………………………………………………………………………………….3 SOMMAIRE ………………………………………………………………………………………..5 LISTE DES FIGURES ……………………………………………………………………………..8 INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………………………10 CHAPITRE 1 : Notions de Base sur l’Electrocardiogramme ……………………………………..13 1.1 Introduction …………………………………………………………………………………..14 1.2 Le Système Cardiovasculaire …………………………………………………………………14 1.3 Le Réseau de Conduction Electrique …………………………………………………………15 1.4 L’Activité Cardiaque et Formation du Signal ECG…………………………………………...16 1.4.1 L’Activité Electrique………………………………………………………………..16 1.4.2 L‘Activité Mécanique ………………………………………………………………17 1.4.3 Interprétation du Signal ECG……………………………………………………….19 1.5 Rythme Cardiaque ……………………………………………………………………………20 1.5.1 Méthodes de Mesure du Rythme Cardiaque………………………………………..21 1.6 L’Electrocardiographie ……………………………………………………………………….22 1.6.1 Les Dérivations………………………………………………………………………..22 A. Dérivations Standards d’Einthoven …………………………………………………23 B. Dérivations Précordiales …………………………………………………………….23 1.7 Les Sources d’Influence……………………………………………………………………….24 1.7.1 Bruits Techniques……………………………………………………………………...25 1.7.2 Artefacts Physiques ………………………………………………………………......26 1.8 Conclusion……………………………………………………………………………………..27 CHAPITRE 2 : Système à Base du Microcontrôleur………………………………………………28 2.1 Introduction ……………………………………………………………………………….....29 2.2 Définition ……………………………………………………………………………………29 2.3 Microcontrôleur de la Famille Pic…………………………………………………………...30 2.3.1 Généralités…………………………………………………………………………..30 2.3.2 Classification des PIC………………………………………………………………30 2.3.3 Identification des PIC……………………………………………………………….30 2.4 Choix du PIC 16F……………………………………………………………………………31 2.5 Présentation du PIC 16F……………………………………………………………………..31 7 2.6 Architecture du PIC 16F……………………………………………………………………..33 2.6.1 Caractéristiques Principales…………………………………………………………33 2.7 Fonctionnement du PIC……………………………………………………………………...33 2.7.1 Principe……………………………………………………………………………...35 2.7.2 Déroulement d’un Programme……………………………………………………...35 2.8 Programmation………………………………………………………………………………36 2.8.1 Outils de Développements………………………………………………………….36 2.8.2 Structure d’un Programme………………………………………………………….38 2.9 Conclusion…………………………………………………………………………………...38 CHAPITRE 3 : Etude et Réalisation du Système Pour la Mesure de la Fréquence Cardiaque……39 3.1 Introduction ………………………………………………………………………………..40 3.2 Présentation du Système …………………………………………………………………..40 3.3 Etudes du Système…………………………………………………………………………41 3.3.1 l’Electrocardiographe……………………………………………………………...41 a. Capteur………………………………………………………………………...41 b. Amplificateur ECG……………………………………………………………43 c. Circuit du Pied Droit …………………………………………………………45 3.3.2 Mise en Forme……………………………………………………………………47 a. Filtre…………………………………………………………………………..47 b. Etage d’Amplification (amplificateur non inverseur) ………………………..47 3.3.3 Générateur d’Impulsions………………………………………………………….48 3.3.4 Système Final…………………………………………………………………….50 3.3.5 Conception de la Chaine Numérique……………………………………………...50 a. Quelques Caractéristiques du PIC16F84A……………………………………51 b. Fonctions et Tâches Principales de la Carte Numérique………………………52 c. Organigramme de Programmation du PIC 16F84A…………………………..53 3.4 Simulation ……………………………………………………………………………..54 3.4.1 Simulation de la Chaine Analogique par Multisim ………………………………54 3.4.2 Simulation de la Carte d’Acquisition par ISIS……………………………………56 3.4.3 Simulation du Circuit d’Alimentation……………………………………………57 3.5 Conclusion………………………………………………………………………………58 CHAPITRE 4 : Tests et Présentation de Résultats………………………………………………...59 4.1 Introduction………………………………………………………………………………60 4.2 Réalisation sur Plaque d’Essai …………………………………………………………..60 4.3 Présentation des Tests et Résultats………………………………………………………61 8 4.3.1 Le Signal ECG …………………………………………………………………….62 4.3.2 Signal Logique TTL ………………………………………………………………64 4.3.3 Affichage du Rythme Cardiaque -BPM- ………………………………………….64 4.4 Test de l’Appareil sur Plusieurs Personnes……………………………………………….65 4.5 Conclusion ……………………………………………………………………………….66 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES ………………………………………………67 BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………………………….70 ANNEXE …………………………………………………………………………………………..71 9 Liste des Figures CHAPITRE 1 : Notions de Base sur l’Electrocardiogramme Figure 1.1 : la circulation du sang dans le corps (petite et grande circulation)…………………….15 Figure 1.2 : La conduction de stimulation cardiaque ………………………………………………16 Figure 1.3 : fonctionnement électrique du cœur et trajectoire du potentiel d’action………………..17 Figure 1.4 : cycle cardiaque................................................................................................................18 Figure 1.5 : Système de conduction électrique du cœur et génération du signal ECG……………..19 Figure 1.6 : électrocardiogramme normal…………………………………………………………..19 Figure 1.7 : mesure du rythme cardiaque par l’intervalle R-R……………………………………...20 Figure 1.8 : le triangle de Dérivations Standards (bipolaires)………………………………………23 Figure 1.9 : placement des électrodes précordiales…………………………………………………24 Figure 1.10 : Bruit dû au secteur 50 H……………………………………………………………...25 Figure 1.11 : Bruit du aux mouvements des électrodes…………………………………………….26 Figure 1.12 : Bruit dû au Mouvements de la ligne de base…………………………………………26 Figure 1.13 : Bruit musculaire………………………………………………………………………27 CHAPITRE 2 : Système à Base du Microcontrôleur Figure 2.1 : Structure de l’architecture interne et diagramme de blocs des PIC16F84A et 16F84…..............................................................................................................................................32 Figure 2.2 : Architecture externe et brochage des pins du PIC16F8X……………………………...33 Figure 2.3 : Conception des différentes configurations de l’oscillateur des PIC16F……………….34 Figure 2.4 : principe de fonctionnement des PIC avec représentation du chemin de circulation des instructions et de données…………………………………………………………………………...35 Figure 2.5 : structure générale de programmation des PIC…………………………………………36 Figure 2.6 : kit programmateur de PIC reliés au PC via une prise USB pour transplanter les fichiers .hex au circuit intégrés………………………………………………………………………………37 Figure 2.7 : Le logiciel pilotant le programmateur de PIC (logiciel WinPic800 V3.55G)…………37 Figure 2.8 : Le squelette d’un programme pour PIC 16F…………………………………………...38 CHAPITRE 3 : Etude et Réalisation du Système Pour la Mesure de la Fréquence Cardiaque Figure 3.1 : schéma bloc de la chaine d’acquisition de données……………………………………41 Figure 3.2 : schéma bloc d’un Electrocardiographe ………………………………………………..41 Figure 3.3 : Circuit équivalent du système de contact électrode-tissu ……………………………..42 Figure 3.4 : circuit standard amplificateur d’instrumentation du signal ECG……………………...43 10 Figure 3.5 : amplificateur d’instrumentation AD620……………………………………………….44 Figure 3.6 : courbe comparative des performances d’amplificateur d’instrumentation AD620 par rapport à l’amplificateur d’instrumentation standard……………………………………………….45 Figure 3.7 : système d’enregistrement d’ECG avec un circuit du pied droit de rétroaction ……….45 Figure 3.8 : système d’enregistrement d’ECG réalisé à l’aide d’amplificateur d’instrumentation AD620 associé à un circuit uploads/Finance/ ms-ebm-mebarek-kharroubi.pdf