Plan 4. Bruit et préfiltrage pg 4. Bruit et préfiltrage pg 4. Bruit et

Plan
1. Introduction
2. Le s
y
stème cardiovasculaire
y
3. L’ECG
4 B it t éfilt d ECG
4
.
B
ru
it
e
t
pr
éfilt
rage
d
es
ECG
5. Estimation et anal
y
se des intervalles
y
Aymeric Histace 67
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
L’acquisition de l’ECG, comme tous les processus d’acquisition,
peut être très largement perturbée par le bruit extérieur
peut
être
très
largement
perturbée
par
le
bruit
extérieur
.
On entendra par « bruit extérieur » tout signal autre que
cardiaque
cardiaque
.
Ces bruits peuvent dans une certaine mesure remettre en cause
l
’
information clinique qui est alors potentiellement altérée
l information
clinique
qui
est
alors
potentiellement
altérée
.
Il est donc important de connaître les principaux bruits
susceptibles d
’
altérer le signal ECG
susceptibles
d altérer
le
signal
ECG
.
Nous allons maintenant les étudier.
Aymeric Histace 68
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Les types de bruit présents dans l’ECG :
Les perturbations relatives à l’acquisition des ECG peuvent
être de différentes natures.
Elles peuvent être d’origine physiologique (peau, muscle,
respiration…)
Ou environnementale (courant de secteur, perturbations
électromagnétiques, placement de l’électrode).
Parmi ces bruits, les plus courants sont :
Aymeric Histace 69
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
La dérive de la ligne de base :
On appelle ligne de base de l’ECG la ligne isoélectrique du
cœur.
Elle correspond au tracé de l’électrocardiogramme d’un cœur
sans aucune activité électrique.
Lorsque l’ECG est effectué en cabinet médical par exemple,
cette ligne est le plus souvent horizontale, le patient étant au
calme et ne pratiquant pas d
’
activité physique
calme
et
ne
pratiquant
pas
d activité
physique
.
En revanche, lors d’un ECG d’effort, l’activité musculaire du
patient ainsi que le mouvement relatif des électrodes les unes
patient
ainsi
que
le
mouvement
relatif
des
électrodes
les
unes
par rapport aux autres entraîne une dérive de cette ligne.
Aymeric Histace 70

4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
La dérive de la ligne de base :
Exemple de dérive :
Ce type de perturbation appartient à la famille des
Ce
type
de
perturbation
appartient
à
la
famille
des
perturbations physiologiques (ventilation pulmonaire,
sudation, activité musculaire…).
Aymeric Histace 71
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
La dérive de la ligne de base :
Les composantes fréquentielles de la dérive de la ligne de
base sont habituellement inférieures à 0,5 Hz et limitées à 2
Hz
Hz
.
A l’effort, l’amplitude plus prononcée des respirations peut
étendre l
’
occupation spectrale de cette perturbation
étendre
l occupation
spectrale
de
cette
perturbation
.
Dans certains cas, elles peuvent même se retrouver dans la
même bande fréquentielle que les ondes P et T les rendant
même
bande
fréquentielle
que
les
ondes
P
et
T
les
rendant
ainsi peu visibles sur le tracé.
Aymeric Histace 72
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Interférence d’un signal à 50 Hz :
Les sources principales de ces interférences proviennent
classiquement du réseau de distribution électrique (en France
50 Hz 60 Hz aux Etats
-
Unis) et des rayonnements
50
Hz
,
60
Hz
aux
Etats
Unis)
et
des
rayonnements
électromagnétiques qui en résultent.
Exemple :
Exemple
:
ECG présentant des interférences à 50 Hz
Aymeric Histace 73
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Interférence d’un signal à 50 Hz :
Ce type de perturbation est très difficilement évitable malgré
un blindage des câbles reliées aux électrodes (effet
d
’
antenne)
d antenne)
.
Ce type de bruit peut rendre l’analyse des ECG très
problématique en particulier quand il s
’
agit de déterminer le
problématique
,
en
particulier
quand
il
s agit
de
déterminer
le
début et la fin des ondes.
Aymeric Histace 74

4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Interférence d’origine électromyographique (EMG)
Ce type d’interférence est d’origine biologique (mouvement
des muscles).
Ce type de bruit est particulièrement présent sur les ECG des
personnes ne restant pas immobiles (jeunes enfants,
personnes âgées atteints de la maladie de Parkinson)
personnes
âgées
atteints
de
la
maladie
de
Parkinson)
.
Exemple
Aymeric Histace 75
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Interférence d’origine électromyographique (EMG)
On voit sur la figure précédente que le bruit EMG se présente
de façon chaotique.
Ses composantes fréquentielles touchent l’ensemble de la
bande spectrale de l’ECG.
A l’effort, ses effets peuvent être encore plus important
(augmentation du niveau de bruit), et peut se présenter sous
la forme de bouffées de bruit
la
forme
de
bouffées
de
bruit
.
Aymeric Histace 76
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Autres types de bruit :
La présence d’un stimulateur cardiaque.
At f t d td
A
r
t
e
f
ac
t
s
d
us au mouvemen
t
d
u cœur…
… ou des câbles reliés aux électrodes.
Aymeric Histace 77
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Méthode de filtrage de l’ECG :
Pour pouvoir segmenter efficacement les battements
cardiaques, et ce sans altérer l’information clinique, un certain
nombre de prétraitements sont nécessaires
nombre
de
prétraitements
sont
nécessaires
.
La finalité de cette étape est d’atténuer, ou au mieux
d
’
éliminer les bruits présents dans l
’
ECG
d éliminer
les
bruits
présents
dans
lECG
.
Nous allons maintenant voir les principaux filtrages
classiquement utilisés
classiquement
utilisés
.
Aymeric Histace 78

4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Filtrage de la dérive de la ligne de base :
Pour l’œil exercé du cardiologue, cette dérive n’est pas
vraiment problématique : il compense lui-même cette dérive
lors de l
’
analyse de la hauteur des pics
lors
de
l analyse
de
la
hauteur
des
pics
.
En revanche pour un traitement automatique de l’ECG, il
convient de l
’
éliminer
convient
de
l éliminer
.
La plupart des méthodes existantes proposent de filtrer
passe
-
haut
le signal ECG pour réduire l
’
influence de la ligne
passe
haut
le
signal
ECG
pour
réduire
linfluence
de
la
ligne
de base.
Les filtres les plus courant sont des filtres numériques à
Les
filtres
les
plus
courant
sont
des
filtres
numériques
à
réponse finie.
Aymeric Histace 79
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Filtrage de la dérive de la ligne de base :
Cependant, compte tenu de l’étalement possible du spectre
de la dérive de la ligne de base, ce type de filtre peut
entraîner une distorsion de l
’
ECG
entraîner
une
distorsion
de
lECG
.
Le choix de la fréquence de coupure des filtres doit donc être
un compromis entre la suppression de la dérive de la ligne de
un
compromis
entre
la
suppression
de
la
dérive
de
la
ligne
de
base et la déformation du signal ECG.
En général on choisit donc une fréquence de coupure
En
général
,
on
choisit
donc
une
fréquence
de
coupure
légèrement plus basse que la fréquence cardiaque la plus
faible.
Des méthodes adaptatives ont aussi été présentées dans la
littérature, mais nécessite de nombreux prétraitements (en
particulier la segmentation des ondes R).
Aymeric Histace 80
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Filtrage du signal à 50 Hz (ou 60 Hz) :
Les interférences du bruit se caractérise par un signal de type
sinusoïdal à 50 Hz et de quelques harmoniques.
L’élimination d’un tel bruit est donc réalisable à l’aide des
Notch filters ou filtre à bande étroite. On parlera dans notre
cas de
réjecteur
de 50 Hz
cas
de
réjecteur
de
50
Hz
.
Dans le cas où la perturbation n’est pas stable sur 50 Hz, la
variation de fréquence peut être éliminée par des filtres
variation
de
fréquence
peut
être
éliminée
par
des
filtres
adaptatifs.
Aymeric Histace 81
4. Bruit et
p
réfiltra
g
e
pg
Filtrage du bruit de l’electromyogramme :
Le bruit causé par l’activité musculaire est beaucoup plus
difficile à traiter.
La méthode la plus classique est de moyenner sur plusieurs
battements successifs du signal.
En supposant le bruit aléatoire et stationnaire, la réduction du
bruit est alors proportionnelle à la racine carrée du nombre de
battements utilisés pour ce
moyennage
battements
utilisés
pour
ce
moyennage
.
Ce type de filtre n’est pas applicable lorsqu’on cherche des
informations sur les ondes battement par battement
informations
sur
les
ondes
battement
par
battement
.
Aymeric Histace 82

Plan
1. Introduction
2. Le s
y
stème cardiovasculaire
y
3. L’ECG
4 B it t éfilt d ECG
4
.
B
ru
it
e
t
pr
éfilt
rage
d
es
ECG
5. Estimation et anal
y
se des intervalles
y
Aymeric Histace 83
5. Estimation et anal
y
se des intervalles
y
Introduction :
Les intervalles de temps définis entre 2 ondes
caractéristiques de l’ECG fournissent d’importants indicateurs
pour le diagnostic des maladies cardiaques
pour
le
diagnostic
des
maladies
cardiaques
.
Ils sont en effet le reflet de processus physiologiques.
Exemples :
L’i t ll R
Rt é ttifdléid di
L’i
n
t
erva
ll
e
R
-
R
es
t
repr
é
sen
t
a
tif
d
e
l
a p
é
r
i
o
d
e car
di
aque.
L’intervalle Q-T caractérise le temps de dépolarisation et
d
liti
ti l i U l ti
d
d
e repo
l
ar
i
sa
ti
on ven
t
r
i
cu
l
a
i
re.
U
ne pro
l
onga
ti
on en ms
d
e
cette intervalle peut être le reflet d’une arythmie
ventriculaire (risque de mort subite).
Aymeric Histace 84
5. Estimation et anal
y
se des intervalles
y
Introduction :
En pratique, les intervalles R-R sont « facilement »
détectables de par l’amplitude de l’onde R.
L’intervalle Q-T est généralement mesurée en détectant le
début du complexe QRS et la fin de l’onde T. Cependant,
l
’
onde T peut être difficile à segmenter (bruit faible
l onde
T
peut
être
difficile
à
segmenter
(bruit
,
faible
amplitude).
L
’
estimation des intervalles P
-
R est de par la difficulté de
L estimation
des
intervalles
P
R
est
de
par
la
difficulté
de
segmentation de l’onde P ( possiblement noyée dans le bruit),
très difficilement mesurable automatiquement (d’autant plus à
l’effort ou le rythme cardiaque est élevé).
Ce sont donc les estimations automatiques des intervalles
intracycles (Q-T, P-R, …) qui représente un véritable enjeu.
Aymeric Histace 85
5. Estimation et anal
y
se des intervalles
y
Introduction :
Le problème d’estimation de ces intervalles peut se voir de 2
manières :
Soit on détermine les points caractéristiques
(début/pic/fin) des ondes par des méthodes de
segmentation
puis on en déduit
les intervalles d
’
intérêt
segmentation
,
puis
on
en
déduit
les
intervalles
d intérêt
.
Soit on considère ce problème comme l’estimation d’un
temps de retard (
Time Delay Estimation)
temps
de
retard
(
Time
Delay
Estimation)
.
Dans ce dernier cas, la variation d’un intervalle, entre 2
battements consécutifs
peut se voir comme un retard
battements
consécutifs
,
peut
se
voir
comme
un
retard
subi par la seconde onde P comparée à la 1ère et vis-à-vis
de leur onde R respective.
Aymeric Histace 86