›› État des lieux

La caractérisation des arythmies cardiaques et l'analyse de la variabilité cardiaque requièrent le repérage des marqueurs temporels (complexe QRS, ondes P et T) de la révolution cardiaque et l'identification des relations mutuelles entre ces événements. La difficulté du problème en Unités de Soins Intensifs repose sur le fait que le signal est entaché de bruits variés (bruits musculaires liés au mouvement du patient, bruit d'interférence 50 Hz, bruit lié aux décollements d'électrodes, etc.).
La multiplicité de ces sources de bruit expliquent que des travaux très importants ont été conduits sur ces vingt dernières années tant pour la détection du QRS que celle de l'onde P et continuent d'être poursuivis.

›› Contributions

Sur le plan traitement du signal, nous avons été amenés à proposer une démarche globale capable de traiter des signaux multivariés - ECG, pression, ECG oesophagien, ... - par une analyse bas niveau pour répondre à ces objectifs de détection, de caractérisation, d'estimation d'événements structurés temporellement,

Pour la détection du complexe QRS, la détection a été abordée essentiellement sous l'angle de la théorie de la détection multivoie dans la thèse d'Université d'Alfredo Hernandez. Les résultats obtenus ont permis de montrer le bénéfice apporté par l'association des capteurs. Ces résultats ont été confortés plus tard par Koulouris. Pour une analyse monosource, le travail a consisté (Thèse d'Université François Portet) à comparer plusieurs algorithmes proposés dans la littérature et à les éprouver en fonction du rythme observé, des bruits superposés. Les résultats (Portet, Mbec) ont montré qu'une stratégie de pilotage doit être absolument mise en oeuvre pour optimiser les performances de détection (cf. partie pilotage de ce site).

Pour la détection de l'onde P, qui demeure un problème difficile de l'analyse du signal ECG non seulement en présence de bruit mais aussi en présence d'arythmies d'origine ventriculaire (onde P noyée dans le complexe QRS), nous avons proposé plusieurs structures d'annulation du complexe QRS et de détection de l'onde P (Thèses d'Universités Alfredo Hernandez 2000 et Feng Wang 2002) Ces dernières ont été comparées objectivement, sur des bases de données annotées (MIT-BIH) aux détecteurs de référence du domaine. Les performances mesurées soulignent leur efficacité. La détection de l'onde P a été enrichie en intégrant un étage de classification à base de réseau de neurones afin de séparer les vraies ondes P, des fausses détection inévitables émises. Les résultats sur l'annulation contribuent également à l'effort, conduit actuellement par plusieurs équipes internationales, sur la prédiction des flutters et fibrillations auriculaires à partir de l'ECG de surface puisque ces stratégies de prédiction utilisent, avant toute analyse, une annulation du complexe QRS.

Pour la classification des complexes, Cette étude repose sur des résultats anciens établis par Lotfi Senhadji lors de sa thèse de Doctorat (1993). En effet, ce dernier avait montré le bienfait d'une représentation des complexes QRS par les extrema de sa décomposition suivant une base d'ondelettes orthogonales. Nos plus récents travaux ont permis d'améliorer le pouvoir de séparation en intégrant un classifieur neuronal à base de fonctions radiales. Les résultats montrent que sur 5 battements d'origine différente (sinusal, ventriculaire, jonctionnel, sinusal avec un bloc de branche gauche, sinusal accompagné d'un faisceau de Kent), des taux de classification proche de 90% peuvent être obtenus pour chaque catégorie.

›› Fonctionnement

La figure ci-dessous est une représentation graphique animée des travaux réalisés. Après une détection du complexe QRS (le détecteur est choisi par le module de pilotage), une décomposition en ondelettes suivant une base orthogonale est effectuée pour retenir les extrema les plus significatifs. Ces derniers, représentatifs du complexe QRS, sont placés à l'entrée d'un classifieur neuronal à base de fonctions radiales (sur cet exemple le classifieur décide entre un battement d'origine sinusal et une extrasystole). Aux alentours des instants du complexe TQRS, la contribution des extrema liés au complexe QRS est omise lors de la reconstruction du signal ECG. Cette étape permet i) de générer un signal ECG débarrassé du complexe QRS et ii) d'identifier plus aisément les ondes P, même celles noyées dans des complexes QRS. Le réseau de neurones (ici feed-forward) décide alors entre les deux hypothèses

• H0 : absence d'onde P,
• H1 : présence d'onde P.

Architecture du module traitement de signal