Copyright © 2000-2015 LHERBAUDIERE	4 pages à l'impression			version initiale 2002
	INFORMATION				dernière mise à jour 22 mars 2013

CAPTEURS BIOMEDICAUX

première partie bis : l'ECG pratique

choix des électrodes			un dilemme
électronique associée			ambulatoire
filtrage			une méthode efficace
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choix des électrodes

Les tissus corporels étant très complexes sur le plan de la chimie, mais cependant fortement diélectriques, l'un des gros problèmes rencontré est celui de "la polarisation des électrodes". En fait ce ne sont pas les électrodes qui sont en cause mais bien la nature diélectrique / ionique des tissus. Pour assurer une prise d'information convenable il faut que la résistance de contact entre l'électrode et la peau soit la plus faible possible, ce qui permet alors l'emploi d'électrodes de faible surface et donc une plus grande précision de positionnement. Pour celà on a pris l'habitude d'interposer entre l'électrode métallique et la peau un matériau conducteur à l'état liquide ou, plus récemment, à l'état de gel, à base de chlorure de potassium le plus souvent. Le chlorure de potassium, matériau peu cher et peu agressif, semble effectivement très employé. Pour figer le positionnement, les électrodes sont solidaires d'un anneau autocollant et parfois munies d'une languette facilitant la dépose ultérieure de l'électrode.

Fig. échantillonnage d'électrodes utilisées lors d'examen ECG

La nature du métal ou de l'alliage constitutif de l'électrode a fait l'objet de nombreux essais. Les caractéristiques recherchées sont critiques pour les enregistrements de longue durée : le matériau doit être anallergique. En outre il doit constituer avec le gel conducteur un couple chimiquement stable et nombre de difficultés d'emploi sur de longues périodes (24h et plus) sont liées à ce problème, particulièrement lorsque l'électrode est constituée d'un fil métallique (type cuivre étamé) recouvert d'une fine couche d'alliage ou d'un autre métal (argent ou alliage argentique) et que le très faible courant qui va passer entre les électrodes entraîne un processus d'électrolyse localisé se traduisant globalement par une dérive de potentiel et donc une dérive de la ligne de base de l'enregistrement. Notons que si la température des deux électrodes est légèrement différente ces processus vont avoir une amplitude différente se traduisant sur l'amplificateur différentiel par une ddp parasite apparemment aléatoire. Ce phénomène est généralement sousestimé par les praticiens hospitaliers.

Fig. exemple de positionnement d'électrodes permettant simultanément l'enregistrement d'ECG et d'impédance thoracique

Dans le cas du suivi de nourrissons à risque de mort subite inexpliquée, le problème de la mesure se complique du fait qu'il s'agit de monitorage permanent sur de très longues périodes (entre 3 et 6 mois) et que le bébé n'apprécie pas la procédure de collage et surtout de décollage (arrachement) des électrodes (lors de chaque bain journalier) et développe souvent des allergies voire des dermatoses. Une alternative a été développée constituée d'un vêtement précablé intégrant les électrodes métalliques bombées dont le contact sur la peau est assuré par un simple coussinet presseur qui ne provoque aucune gène au nourrisson.

Fig. pyjama cablé pour ECG de longue durée (doc LCIA-Insa Rouen)

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électronique associée

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Fig. exemple d'enregistreur d'ECG multivoie avec imprimante incorporée et de système ambulatoire

Il s'agit de mesurer des tensions dont l'amplitude s'exprime en millivolts et dont le spectre s'étend entre 0 et environ 100 Hz. L'impédance entre électrodes étant de quelques centaines de k, on est amené à employer des amplificateurs à forte impédance d'entrée et donc être aux prises avec les problèmes de sensibilité aux parasites secteurs, et de fluctuation d'impédance thoracique en liaison avec la respiration, ... L'échantillonnage devra donc être soigné (200Hz ou plus) et la mise en oeuvre de techniques de filtrage optimisé s'impose. En pratique il faudra aussi tenir compte de l'objectif du diagnostic. S'il s'agit d'examiner les troubles du rythme cardiaque, on se contentera d'identifier le pic du signal cardiaque et l'électronique sera très élémentaire, par contre s'il s'agit d'identifier des troubles plus spécifiques tels l'ischémie, alors la forme du signal est significative et, dans ce cas, le signal devra être traité avec beaucoup de soin. Nous donnons ci-après un exemple de technique de filtrage performante, employée pour éliminer les interférences dues au 50Hz.

Dans le cas de suivi des seuls troubles du rythme cardiaque, de nombreux industriels ont cherché à développer des systèmes de prise d'information réduisant au minimum les problèmes d'électrodes et assurant une possibilité de transfert rapide des informations par téléphone portable, intégré ou non à l'appareil. La photo ci-dessous montre un exemple d'un tel dispositif qu'il suffit de tenir à la main et d'appliquer sur la poitrine pour obtenir l'enregistrement d'un ECG et le calcul d'un ensemble de paramètres tels le rythme cardiaque, l'amplitude de l'onde P, les intervalles PR et QT, le segment ST et bien sûr le QRS et leur comparaison avec des événements enregistrés antérieurement. L'afficheur incorporé permet la lecture immédiate de ces diverses informations.

Fig. ex de moniteur intégré

filtrage

Le problème rencontré dans l'exploitation de l'enregistrement d'ECG est que le signal utile est, presque toujours, pollué par un signal à 50Hz, c'est à dire par un signal dont la fréquence se trouve au milieu de la bande utile (0-100Hz). Dans ce cas un simple filtre réjecteur de bande, centré sur 50Hz, ne peut être employé. L'utilisation d'un filtrage adaptatif classique nécessite normalement une entrée de référence représentative du bruit à éliminer (ici 50Hz par exemple) ce dont on ne dispose pas en électrocardiographie. La solution présentée ici, dérivée de la méthode de Widrow, consiste à combiner deux filtres adaptatifs avec un filtre linéaire à coefficients constants. Le premier étage va permettre l'extraction de l'interférence 50Hz que l'on va alors utiliser comme entrée de référence dans un filtre adaptatif classique. Le premier filtre ne possède pas de référence externe, sa sortie en1 donne le signal ECG filtré, la sortie yn1 contient l'interférence 50 Hz et la partie utile du spectre éliminée par cette méthode. Le filtre passe bande permet d'extraire uniquement l'interférence 50Hz du signal en1. Aussi, le choix de sa bande passante dépend du niveau de disjonction entre l'interférence et la bande utile supprimée. Le deuxième filtre adaptatif est classique. Il reçoit l'ECG bruité comme entrée désirée, et l'interférence 50Hz extraite par le filtre passe bande comme référence.

Fig. spectre du signal ECG avant et après filtrage

La figure ci-dessus montre le résultat obtenu avec ce type de filtre et, afin de comparer, on a représenté la bande spectrale éliminée dans ce cas, ainsi que dans le cas d'emploi d'un simple filtre adaptatif de Widrow. On voit très nettement que la méthode classique élimine une partie non négligeable du spectre utile entre 0 et 10 Hz, ce qui n'est pas le cas de la méthode que nous préconisons.