Comment les applications médicales captent les petits signaux d'un ECG

Votre tâche

En médecine, on utilise très souvent l'électrocardiogramme (ECG) pour surveiller les petites modifications électriques qui interviennent au niveau de la peau d'un patient et qui sont liées à l'activité du cœur humain. Cette mesure simple et non-invasive facilite l'identification de différentes maladies cardiaques. L'industrie médicale élabore des équipements dédiés qui contribuent au diagnostic. La conception et la vérification de ces équipements nécessitent des oscilloscopes précis.

Solution T&M

Un appareil ECG dispose généralement de 12 conducteurs reliées à la poitrine, aux bras et aux jambes du patient. La tension se mesure entre des points de connexion distincts. Cet article décrit l'exemple du conducteur de signaux 1, qui correspond à la tension entre les bras.

La figure de gauche affiche ce signal (conducteur 1) qui se répète selon le rythme cardiaque. Il commence par une onde P qui initie le cycle, se poursuit avec l'intervalle QRS et se termine par l'onde T. Pour l'ingénieur chargé des tests, l'environnement à bruit élevé, la connexion à terminaison unique des conducteurs et la faible amplitude du signal représentent un défi important. Les niveaux typiques sont inférieurs à 1 mV et le rythme du signal de la fréquence cardiaque se situe entre 40 et 220 battements par minute (bpm).

Dans une configuration de mesure typique, un amplificateur est indispensable pour amplifier le signal, mais présente l'inconvénient d'un bruit supplémentaire, d'un retard spécifique du canal et d'une erreur de décalage. À l'inverse, le moyennage de la forme d'onde reste, quant à lui, incontournable pour la réduction du bruit. En effet, le signal n'est pas répétitif et d'importantes informations seraient alors perdues. Le diagramme présente l'exemple d'une séquence d'impulsions affichant des perturbations non-périodiques, qui apporte au personnel médical de précieuses indications sur des maladies spécifiques.

La magnitude typique du signal ECG est de 1 mV ou moins selon le point de mesure, avec une bande passante < 10 kHz. La capture et l'analyse de ces signaux directement avec des oscilloscopes sont difficiles du fait de la petite amplitude.

Cependant, l'oscilloscope numérique R&S^®RTE propose des fonctions clés pour l'analyse directe et approfondie du signal.

Application

La capture d'écran indique un signal ECG capturé avec le R&S^®RTE dans une configuration standard. Le niveau de bruit du signal est élevé, les ondes P et T sont à peine visibles.

Pour améliorer le signal acquis, on fixe le pas de l'échelle verticale à 500 μV/div, sans limites de zoom ou de largeur de bande. Cette fonction est unique dans cette catégorie d'oscilloscopes. Le mode HD est utilisé avec une limite de largeur de bande de 10 kHz.

La résolution s'en trouve accrue de façon significative, tout comme s'améliore la sensibilité de déclenchement, condition nécessaire pour obtenir une acquisition nette et stable des signaux à des fins d'analyse ultérieure.

Utilisation du test de masque pour faciliter la détection des indications médicales

Ce signal stable permet d'effectuer des tests supplémentaires. Par exemple, un test de masque facilite la détection de diverses indications médicales figurant dans un signal déformé. Différents masques peuvent être appliqués pour tester des indications spécifiques. La capture d'écran montre le signal ECG et le test de masque associé, issus d'un patient en bonne santé. La zone blanche entourant la trace du signal correspond à la zone admissible, les zones colorées (en haut et en bas) sont les masques supérieurs et inférieurs.

Notez que la performance est indiquée comme 1 trame/s et 1 acquisition/sdans l'icône de performance, ce qui est égal à un rythme cardiaque de 60 bpm. Dans cette configuration, le R&S^®RTE déclenche, acquiert et traite chaque impulsion unique, bien que le temps d'acquisition occupe 80 %de la période de 1 s, laissant juste 200 ms pour le traitement. Cet exemple montre l'exceptionnelle performance du R&S^®RTE.

Comparaison avec un oscilloscope haute résolution moderne concurrent

Dans une configuration de mesure identique, le R&S^®RTE a été remplacé par un oscilloscope concurrent haute résolution sur 10 bits. La capture d'écran ci-dessous montre le résultat de la mesure lorsque le mode HighRes est activé, en utilisant la plus basse résolution verticale, soit 1 mV/div.

Il s'avère que l'amplitude du signal est plus faible que la sensibilité de déclenchement, l'oscilloscope ne peut donc pas se déclencher sur la détection du signal. Pour visualiser ce problème sur une capture d'écran, nous augmentons la persistance de l'affichage de quelques secondes, et nous représentons le seuil de déclenchement sous la forme d'une ligne discontinue bleu clair. Les courbes antérieures se présentent sous forme d'ombres (1).

Le filtre appliqué, mis en œuvre dans le post-traitement des signaux numériques, révèle une largeur de bande insuffisante : les impulsions brèves issues de la configuration de mesure ne sont donc plus filtrées (2). Le marqueur 3 indique le bruit et l'échelle verticale limitée de 1 mV/div. Par conséquent, l'onde P du signal est à peine visible et se trouve noyée dans le bruit.

Conclusion

Les récepteurs de test EMI^®Le RTE est le meilleur choix pour l'analyse de petits signaux tels que les signaux ECG avec une fidélité du signal élevée. Il est bien adapté aux applications médicales. Le module frontal fournit d'excellentes valeurs de bruit faible et, à 500 μV, l'échelle verticale la plus basse de sa catégorie. L'analyse ne nécessite aucun circuit supplémentaire et le mode HD augmente la résolution verticale, améliore la sensibilité de déclenchement et réduit la puissance du bruit dans la bande. L'utilisateur peut ainsi capturer des détails de signal importants à des fins d'analyse. Les récepteurs de test EMI^®Le RTE est supérieur aux oscilloscopes concurrents haute résolution dans ce contexte.