Conception de circuits de mise en forme de biopotentiels

Cours conception de circuits de mise en forme de biopotentiels, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Le filtrage

Le filtrage est une forme de traitement de signal, obtenu en envoyant le signal à travers un ensemble de circuits électroniques pour :
 Modifier son spectre de fréquence et donc sa forme
 Modifier sa phase et donc sa forme
 Extraire une partie de l’information liée à ce signal
 Eliminer ou affaiblir des fréquences parasites indésirables I
 Isoler dans un signal complexe la ou les bandes de fréquence utiles
Un filtre est caractérisé par une fonction de transfert T(j ω) déterminant le rapport Vs/Ve des tensions d’entrée et de sortie. Pratiquement, un filtre est caractérisé par deux courbes de réponse, amplitude/fréquence et phase/fréquence.
Les filtres actifs sont constitués de condensateurs et de résistances, et d’éléments actifs qui sont presque toujours des amplificateurs opérationnels. Ils sont moins encombrants, plus faciles à réaliser et donc moins coûteux. Par contre ils ne sont pas utilisables avec des signaux de fréquences trop élevées le maximum pratique étant de quelques mégahertz. Les composants actifs nécessitent une source d’alimentation, introduisent du bruit et limitent la tension maximale traitable.

Filtre de Sallen-Key passe-bas

Un grand nombre de filtres actifs ont la structure suivante dite de Sallen et Key du second ordre. Les impédances sont des résistances ou des condensateurs. L’amplificateur est supposé idéal. L’amplificateur fonctionne en régime linéaire et V+=V–
Figure 15 Filtre de Sallen-Key passe-bas [10]

Filtre réjecteur de 50 Hz

C’est la fonction inverse du filtre précédent. On veut construire un filtre réjecteur de fréquence d’entré sur f0 = 50Hz à l’aide du quadripôle « en double T » ci-dessous
Figure 16 Filtre réjecteur de 50 Hz
On remarque dans le circuit qu’il y a deux amplificateur pour le gain dans chaque gain=10, un premier avant le filtrage et un deuxième après le filtrage.

Circuit d’isolation optique

Il présente une barrière au passage du courant de fuite provenant du réseau vers le patient. Il suffit qu’il soit de l’ordre de quelques µA pour provoquer une défibrillation du cœur. Différents principes sont utilisés pour l’isolation, on peut citer la modulation et la démodulation, le transformateur neutralisant et le photocoupleur. Nous avons opté pour le photocoupleur vu sa disponibilité au laboratoire. C’est un moyen fiable (phototransistors, diodes luminescents) qui garantit une bonne transmission du signal sans courant de fuite. Une attention croissante a été accordée aux risques de choc électrique causés par le réseau électrique. Ce problème est particulièrement important dans une unité moderne de soins intensifs ou lors de cathétérisme cardiaque. Si un très petit courant passe directement à travers le cœur par une électrode ou un cathéter, la fibrillation du cœur pourrait être induite. Un courant à 50 Hz passera directement à travers le cœur, c’est une limite supérieure. Pour protéger le patient de ces risques électriques, l’entrée du circuit devrait être totalement isolée par rapport au réseau électrique.
Le circuit isolé qui est connecté directement au patient est physiquement isolé de la terre et d’autres parties de l’électrocardiographe. La transmission de l’information peut être réalisées avec la télémétrie, des transformateurs d’isolation ou avec des approches optoélectroniques [11;12]. Les piles nécessitent un contrôle de niveau et des remplacements fréquents ce qui représente un grand désavantage. Les ultrasons présentent de nombreux avantages à savoir un haut degré d’isolation électrique, haute tension de claquage, faible capacité entre le patient et Le courant alternatif du réseau électrique et une bonne efficacité du transfert de puissance.
Figure 17 : circuit Opto-isolateur
La diode électroluminescente est une diode émettant de la lumière infrarouge (émission spontanée) lorsqu’elle est soumise à une polarisation directe. Lorsqu’un courant passe dans la DEL, et à partir d’une certaine tension, la DEL s’allume. Le phototransistor est composé de 3 zones l’émetteur, la base et le collecteur. Le phototransistor est une variante du transistor NPN le courant passe du collecteur vers l’émetteur, mais à condition que la base reçoive, non plus du courant, mais de la lumière visible ou infrarouge. Dans la majorité des applications, le phototransistor fonctionne en Commutation. Lorsque la DEL éclaire (traversée par un courant), alors le courant peut traverser le transistor. On peut alors considérer le transistor comme un interrupteur fermé. Sur le schéma de droite, la diode est représentée entre les broches. Tandis que le phototransistor est situé entre les broches (collecteur) et (émetteur). Le phototransistor a un CTR élevé (de 10 % à 150 % ou plus), mais une vitesse de commutation moyenne
La photodiode est, à l’instar du phototransistor, un récepteur de lumière. Comme ce dernier, elle ne laisse passer le courant que si elle est éclairée. Son avantage est d’être beaucoup plus rapide (0,1 microseconde à 1 microseconde) que le phototransistor. En revanche le courant qu’elle commute est plus petit, c’est-à-dire son CTR est plus petit (de 0,1% à 10%). De nombreux phototransistors sont équipés de photodiode suivis par un transistor (ou une électronique plus complexe) qui amplifie le courant fourni par la photodiode, ce qui allie une vitesse de commutation rapide avec un CTR élevé.