MATLAB : simulation du pacemaker sur la fréquence cardiaque

[Mathieu17]

Bien le bonjour à tous!
Je suis un étudiant en CPGE ingénieur (en PSI), et je réalise un travail traitant sur le stimulateur cardiaque (dans le cadre du TIPE). Le but:

1) J'importe un électrocardiogramme (c'est-à-dire le signal des battements cardiaques au cours du temps) réel sur Matlab, comportant des imperfections sur la fréquence. En l'occurrence je n'en ai pas trouvé, donc j'ai emprunté un programme qui trace un signal périodique des battements sur Matlab. Mais le rythme cardiaque est parfait, il faut donc y ajouter des imperfections sur la fréquence (Pour effectuer sa correction)...

2) Après avoir fait cela, je dois importer cette fonction/fichier de Matlab à mon programme de Simulink : j'y modélise le cœur par une pompe qui prend en entrée la fonction de Matlab (donc le signal de la fréquence cardiaque), et la fin du programme doit sortir la fonction corrigée en fréquence.

Questions: - Comment transmettre un fichier matlab, contenant plusieurs paramètres d'entrées, à simulink ? Quel est le nom du bloc ?
- Ensuite j'ai utiliser le bloc "Variable-Displacement Pump" pour modéliser le coeur. Est-ce cohérent ?

Voilà pour le moment, si vous avez des remarques ou des questions n'hésitez pas. Comme je débute sur Matlab j'ai du mal à trouver les blocs qui correspondraient à mon travail, alors si vous avez des idées en plus à apporter je suis preneur.
Merci pour m'avoir consacré votre temps
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[GBo]

Bien le bonjour à tous!
Je suis un étudiant en CPGE ingénieur (en PSI), et je réalise un travail traitant sur le stimulateur cardiaque (dans le cadre du TIPE). Le but:

1) J'importe un électrocardiogramme (c'est-à-dire le signal des battements cardiaques au cours du temps) réel sur Matlab, comportant des imperfections sur la fréquence. En l'occurrence je n'en ai pas trouvé, donc j'ai emprunté un programme qui trace un signal périodique des battements sur Matlab. Mais le rythme cardiaque est parfait, il faut donc y ajouter des imperfections sur la fréquence (Pour effectuer sa correction)...

Bonjour, d'où sort cet ECG imparfait et pourquoi ne trouves-tu pas les imperfections ? Par curiosité peux-tu le montrer ici ? (en cachant le nom du patient le cas échéant bien sûr). Il faut déjà résoudre cette difficulté avant d'en créer une autre AMHA..

[Mathieu17]

Merci d'avoir répondu aussi vite GBo. Je dois te préciser que je n'ai pas, malheureusement, trouvé un fichier réel d'un patient. J'ai donc tracer le signal d'un battement périodiquement. C'est donc une sorte de signal parfait. Cependant comme le pacemaker se met en route lorsqu'il détecte une imperfection, il faut en y ajouter dans le signal (ici irréel)


Après je ne te cache pas que je préfère avoir un vrai signal. Après il existe une base de données sur internet mais je n'y comprend pas grand chose, et je ne sais pas si un ECG mesuré par un cardiologue peut être envoyé comme fichier sur Matlab (ou Simulink plutôt)
Avez-vous une idée de comment procéder?
Merci!

[Bounoume]

je t' ajoute un avis purement médical (connais rien au traitement numérique du signal)
voici un site où tu trouveras plein de tracés réels
https://www.e-cardiogram.com/artefacts/
dans un pacemaker, le truc doit d' abord détecter tout ce qui peut ressembler au DEBUT de la contraction cardiaque, ( la partie du signal dit "QRS") et éliminer ce qui n' en est sûrement pas.....
Faut d' abord savoir qu' il y a habituellement une seule forme de complexes QRS..... (avec des temps de montée et de descente courts, une largeur totale assez bien définie, et stable....) , après il y a des QRS avec 'bloc de branche', dont la largeur est nettement supérieure, la forme différente [il y en a d' ailleurs plusieurs], les temps de montée ou/et de descente + longs, etc.....
Tu dois te démm.... pour détecter ça.... mais Monsieur Fourier (celui du Spectre) peut t' aider.....

Tu te polarises sur la FREQUENCE (moyenne) du signal....
Saches que ce qui intéresse principalement le pacemaker.... c 'est la PERIODE glissante du signal, plus exactement l' espade dit "RR" entre 2 spikes témoins de 2 contractions consécutives.....
Quand l' espace RR augmente ( de façon stable, mais surtout de façon irrégulière....) c' est là que le stimulateur doit intervenir....
Pour ce qui est des artefacts, en voici:
parasitage par le vulgaire 50 Hz du réseau électrique: filtrage classique nécessaire.....
dérive de la ligne de base (dans les vieux systèmes analogiques, ça saturait les amplificateurs à fort gain....)
contractions musculaires: cherche dans quel spectre de fréquences, c' est ton boulot.....
tous les courants induits par les divers appareils électriques du monde moderne....
et.... l' impulsion du défibrillateur cardiaque externe ( décharge directe d' un condensateur chargé sous 500 volts ou plus....)

et .... , toutefois restant dans la gamme des quelques mV du tracé physiologique:
les tracés de 'fibrillation ventriculaire'......
et aussi à réjecter ce que les cardiologues appellent l' onde "T" : ça correspond au moment où la contraction cardiaque se termine!




Argh, pour la petite histoire, renseigne-toi: ton pacemaker, il fonctionne avec une éléctrode intra-cardiaque monopolaire, ou bipolaire? Cela intervient beaucoup dans le traitement du signal, sa fiabilité, sa forme, les spécifications des impulsions à produire en retour..... et les exigences lors de la mise en place de la sonde.....
j' attends la réponse....

[A voir en vidéo sur Futura]

[Bounoume]

Merci d'avoir répondu aussi vite GBo. Je dois te préciser que je n'ai pas, malheureusement, trouvé un fichier réel d'un patient. J'ai donc tracer le signal d'un battement périodiquement. C'est donc une sorte de signal parfait. Cependant comme le pacemaker se met en route lorsqu'il détecte une imperfection, il faut en y ajouter dans le signal (ici irréel)
Pièce jointe 447672

interprétation:
à 0.3 s, c' est l' onde 'P' qui est la contraction auriculaire. Comme je suppose que ton exercice concerne un pacemaker minimum, uniquement capable d' éviter les syncopes, mais sans intervenir dans des troubles complexes mais non menaçants à court terme, tu peux ignorer .
entre 0.45 et 0.55 s, le complexe "QRS" ..... au demeurant mal représenté (y a pas de palier horizontal entre le Q et le R....
entre 0.55 et 0.60, au contraire, ça devrait être horizontal ('iso-electrique' disent certains....)
entre 0.60 et 0.70, c' est bien l' onde "T".... la repolarisation dirait un cardilolgue....
au-dela, le bitoniau après 0.7, c' est l'onde "U", inconstante en fait, sans aucun intérêt dans ton problème

après, c' est la période de repos du coeur, la "diastole"

conclusion: tu as choisi un très mauvais modèle de représentation de l' ECG typique.....

Après je ne te cache pas que je préfère avoir un vrai signal. Après il existe une base de données sur internet mais je n'y comprend pas grand chose, et je ne sais pas si un ECG mesuré par un cardiologue peut être envoyé comme fichier sur Matlab (ou Simulink plutôt)
Avez-vous une idée de comment procéder?
Merci!

Procède comme les vieux cons:
Tu cherches une bonne image, un bon dessin, représentant l' ECG typique (le mieux est le tracé obtenu dans la dérivation standard dite DII..[D2]... là aussi, donne toi la peine de chercher sur le Net....)
Tu reportes à la main sur 1 feuille blanche
tu digitalises l' image....
et après, le traitement informatique pour trouver les coordonnées y du tracé xy, ça te fera un petit exercice pratique d' ingénieur

courage.... c' est en forgeant qu' on devient forgeron....

[Mathieu17]

Merci Bounoume, je te réponds pour ta première réponse :
- J'ai vu dans un livre de cardiologie que le pacemaker prenait en effet en compte l'amplitude, le temps de monté... Cependant en demandant à un cardiologue, celui-ci m'a confirmé qu'il ne regardait que la fréquence (ou la période entre onde P et complexe QRS), donc le fait que l'oreillette et/ou le ventricule ne se contracte(ent) pas. Je ne comprends donc pas en quoi le temps de monté/descente est important, ou la largeur du QRS (c'est en raison du stimulateur cardiaque que le QRS est plus large: au lieu que les 2 ventricules ne se contractent en même temps, le pacemaker stimule celui de droite - où est l'électrode - qui lui entraîne la contraction du ventricule gauche, donc une durée de contraction plus longue.
Ensuite que signifie se polariser sur telle fréquence ? Après il est vrai que je dois garder que la fréquence des contractions musculaires, mais pourquoi faut-il que je réjecte l'onde T? (Je pensais que ça n'aurait rien changé)

Pour le pacemaker utilisé, c'est celui à doubles chambres, (donc une sonde pour l'oreillette droite et une autre pour le ventricule droit). Je vous donnerez plus de détails sur le pacemaker ce soir

Je te réponds ensuite pour ta deuxième réponse :

[Mathieu17]

En effet le pacemaker que j'utilise détectera essentiellement l'absence d'onde P et de complexe QRS (donc absence de contraction) par rapport à une fréquence moyenne de battements cardiaques.
Ensuite pouvez-vous m'expliquer en quoi le modèle que j'utilise est mauvais (je veux dire il correspond bien à un battement, que je réitère simplement sans palier horizontal entre Q et R, ou c'est le palier entre S et T que j'ai oublié).
Enfin ça consiste en quoi le tracé dans la dérivation standard [D2]?
Merci infiniment!

[Bounoume]

Pour le pacemaker utilisé, c'est celui à doubles chambres, (donc une sonde pour l'oreillette droite et une autre pour le ventricule droit). :

ben tu n' es pas sorti de l' auberge..... c 'est le modèle le + complexe......
réponse à:

Je ne comprends donc pas en quoi le temps de monté/descente est important, ou la largeur du QRS (c'est en raison du stimulateur cardiaque que le QRS est plus large: au lieu que les 2 ventricules ne se contractent en même temps, le pacemaker stimule celui de droite - où est l'électrode - qui lui entraîne la contraction du ventricule gauche, donc une durée de contraction plus longue.

les temps de montée/descente, la largeur du signal: c' est simplement un critère d' identification du complexe QRS, complexe dont la détection signifie que le muscle cardiaque est en train de se contracter == commence la "systole" ..... c' est simplement quelque chose qu' il est facile de mesurer et de comparer à la valeur de référence...

est plus large:

exact! quand la conduction intra-cardiaque est normale, les 2 ventricules commencent leur contraction presque en même temps , parce que l' onde de dépolarisation, provenant de l' oreillette, va passer par 1 relais commun (noeud de Tawara == noeud septal) puis, en parallèle, parcourt les 2 branches du faisceau de His, alors que dans la stimulation ventriculaire c' est bien comme tu dis, d' où le décalage des effets électriques ECG. [pour ta culture générale.... lorsque la conduction (physiologique) intra-cardiaque rencontre une certaine anomalie, nommée 'bloc de branche complet gauche' cette anomalie produit le même décalage entre ventricule G et D ..... et le complexe ECG spontané va ressembler exactement à celui produit par la stimulation ventriculaire droite!-> il sera très difficile de différencier les 2 modes d' excitation!]

voici une source claire qui traite des différents modes de stimulation (avec leur nomenclature standard )

https://www.cardiocases.com/fr/pacin...de-stimulation
ce site te donne aussi les tracés corrects , que ce soit des complexes 'normaux' ou des complexes avec stimulation ventriculaire
anatomie du tissu nodal... et nomenclature de l' ECG:
http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/IM...issu_nodal.gif

[Bounoume]

En effet le pacemaker que j'utilise détectera essentiellement l'absence d'onde P et de complexe QRS (donc absence de contraction) par rapport à une fréquence moyenne de battements cardiaques.

Comme ton modèle prend en compte la contraction auriculaire ou son absence.... c' est bien plus complexe qu' un simple 'et' logique.... ça se base sur la connaissance des 'troubles du rythme cardiaque', chapitre de médecine assez conséquent......
Si la question avait été la stimulation asynchrone (en cas d' absence de contraction ventriculaire au-delà d' un peu plus qu' une période 'normale' égale à (1/fréquence-normale)...... ça aurait été simple , mais dans ton cas idéal, faut traiter plusieurs niveaux de défaillances , niveaux interdépendants bien sûr.... depuis l' excitation du noeud sinusal, le relais par le noeud septal, la conduction aux ventricules.....

Ensuite pouvez-vous m'expliquer en quoi le modèle que j'utilise est mauvais (je veux dire il correspond bien à un battement, que je réitère simplement sans palier horizontal entre Q et R, ou c'est le palier entre S et T que j'ai oublié).

le shéma donné sur ton post #3 =/- son interprétation?
fie-toi à celui donné au-dessus http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/IM...issu_nodal.gif
celui-là il est parfait....
simplement, il faut deviner que la "diastole" c.a.d. la période de décontraction cardiaque, c' est entre le début de l' onde T , et le début de l' onde P suivante .....

Enfin ça consiste en quoi le tracé dans la dérivation standard [D2]?

ça, la dérivation standard DII, c' est seulement le tracé obtenu en mesurant les ddp en mV, mesurés entre une électrode posée sur le bras gauche, et la seconde posée sur la jambe gauche (individu allongé et au repos, bien sûr.... sinon bonjour les signaux parasites.....)

[Mathieu17]

Je pensais pas que le pacemaker double chambres serait si compliquer. Me conseillez-vous de m'orienter uniquement sur un stimulateur ventriculaire (donc je suppose le bon fonctionnement de l'oreillette et la présence de l'onde P) ?
Si j'ai bien compris, la dérivation standard est la mesure sur le patient de son rythme cardiaque, comme lorsqu'on va chez le cardiologue (avec le tracé de l'ecg). L'idée serait alors d'en mesurer/récupérer un qui correspond à l'anomalie ventriculaire?
Ensuite pour les tracés de l'onglet que vous avez joint, ce ne sont que des images et je ne peux pas les récupérer comme fichier/signal je pense.
Merci pour votre implication ! J'essaierai d'effectuer tout ce travail et si je suis vraiment bloqué je poserai mes questions

[GBo]

Oui ne pas partir de figures, mais de fichiers préparés (.csv, .mat etc), j'en ai trouvé sur ce site par exemple:

"PhysioBank ATM"
https://archive.physionet.org/cgi-bin/atm/ATM

ATM1Capture.JPG
ATM2Capture.JPG

Dans Toolbox, au lieu de "Plot waveform", tu peux choisir "Export signal as .mat".

cdlt,
GBo

[Bounoume]

Si j'ai bien compris, la dérivation standard est la mesure sur le patient de son rythme cardiaque, comme lorsqu'on va chez le cardiologue (avec le tracé de l'ecg). L'idée serait alors d'en mesurer/récupérer un qui correspond à l'anomalie ventriculaire?

ce sont effectivement les signaux obtenus chez le cardiologue.... ça présente l' avantage d' être connu et interprétable par tous les médecins....
Cependant dans la situation réelle du pacemaker, les points de mesure sont différents.... le tracé doit être quelque peu différent.....

Si l' électrode endocavitaire est monopolaire (dans le ventricule droit) le signal sera mesuré entre la pointe du Ventricule Droit et.... une plaque métallique placée à la surface du pacemaker(pacemaker situé habituellement vers l' épaule G mais pas toujours...., ce qui changera peu d' ailleurs la forme du signal).
la position de mesure DANS le ventricule doit donner un signal différent (en polarité par exemple) de l' ECG classique, mais je n' ai aucune image à te proposer....

Pire, dans le cas d' une électrode bipolaire, si tu analyses le signal différentiel, il est capté entre deux points très rapprochés: le même état électro-physiologique 'excitation) se propage ett parvient avec un décalage bien plus court que le transit de l' influx d' une partie du cœur entier vers une autre . D' oû s' attendre à un signal diphasique correspondant à l' arrivée de l' excitation au niveau de la sonde endocavitaire..... MAIS avec un avantage que tu peux deviner: les phénomènes locaux sont reçus avec leur amplitude nominale, alors que les phénomènes éloignés seront très atténués....

[Mathieu17]

Merci GBo pour tes liens! Je vais essayer ce soir ou demain pour voir si cela fonctionne.

Merci Bounoume! Donc dans le cas d'une unique sonde dans le ventricule droit il n'y a pas besoin de filtrer les fréquences, la fréquence des contractions est détectable. Mais le signal sera vraiment différent ? Je veux dire que mon travail consisterait à identifier l'absence ou le retard du complexe QRS et de le corriger en envoyant un "spike" (impulsion), et repérer celui-ci dans le signal corriger.
Quand tu dis que le signal sera différent, on peut toujours repérer l'onde P et le QRS non? Ou ça sera plus complexe

[Bounoume]

la réponse nécessite de connaître le vocabulaire médical (différent de celui de l' ingénierie )voici la clé de recherche est "ECG endocavitaire"
un cours de médecine:
http://campus.cerimes.fr/cardiologie...te/html/5.html
la réponse succinte est la figure 12 (les 2 tracés supérieurs) .....

[wissakai]

Bonjour, est ce qu'il est possible de me dire ou vous avez trouver l'algorithme de traçage du signal ecg, et est ce que vous pouvez me dire si vous avez des renseignements sur ou je peux trouver un tableau contenant les amplitudes en fct du temps qui permet le tracage du signal ecg .Merci d'avance!

[Marouan]

Bonjour je suis aussi un étudiant de cpge et je suis intéressé par le même sujet si tu peut m aider par des information que tu a collecté