Traitement des signaux physiologiques F.KOHLER. Traitement des signaux physiologiques Objectifs...

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  • Traitement des signaux physiologiques F.KOHLER
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  • Traitement des signaux physiologiques Objectifs Citer les principes de la numrisation des signaux physiologiques Connatre l'aide apporte par les techniques de traitement du signal la pratique clinique courante. Argumenter partir d'exemple Expliquer la ncessit d'intgrer les donnes en provenance de plusieurs sources pour aider la dcision
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  • Traitement des signaux physiologiques Situations Mesures rptitives et rapproche de paramtres physiologiques : enregistrement des signaux lectriques (ECG, EEG, potentiel voqus...), de meurer des pressions (TAS, TAD...), des frquences (FC, FR), des dbits ou des tempratures. D'une faon gnrale, les signaux physiologiques varient de manire continue au cours du temps. Le recueil s'effectue grce un capteur d'entre qui transforme le signal d'entre (pression, temprature...) en un signal lectrique qui peut tre amplifi et visualis sur un cran cathodique.
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  • Traitement des signaux physiologiques Principes de la numrisation Le signal lectrique issu du capteur fait l'objet d'un traitement analogique (amplification, filtrage...) puis subit une conversion analogique->digitale qui consiste chantillonner frquence fixe le signal pour en donner une valeur comprise entre un minimum et un maximum avec un nombre de valeurs possibles fini (256 si on utilise une conversion A/D sur 8 bits) Patient CapteurTraitement Analogique Conversion Analogique/Digitale Traitement Numrique Appareillage Biomdical classique Micro-ordinateur Amplitude Signal analogique Valeurs des points acquis
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  • Conversion analogique->numrique La transformation analogique-> numrique est imparfaite. La perte d'information due la transformation peut tre contrle par le choix de la frquence d'chantillonnage et par le nombre de bits affect chaque mesure. Pour N bits affect la mesure, on peut distinguer 2 puissance N valeurs. La frquence d'chantillonnage doit tre au moins du double de la frquence du signal chantillonn. Par exemple pour le traitement de l'lectrocardiogramme, on chantillonne une frquence de 500 HZ. D'aprs "Informatiqu e mdicale P. Degoulet, M. Fieschi" Masson
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  • Techniques de base Amlioration du signal recherch Augmentation du rapport signal/bruit par des techniques de moyennage de signal et d'autocorrlation ou par des techniques de filtrage numrique. Extraction de traits pertinents Analyse de Fourier pour l'EEG quantifi par exemple Reconnaissances de formes Reconnaissance d'extrasystoles auriculaires ou ventriculaires
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  • Applications mdicales Analyse de l'ECG Aux USA 50% des tracs ECG sont analyss de manire automatique par un ordinateur. Les enregistrements peuvent tre stocks sous forme numrique. A partir des squence ECG, les programmes permettent la mesure des diffrents paramtres (P-R, Q-T, R-R...) mais galement l'interprtation des tracs pathologiques (extrasystole, trouble de la repolarisation) La technique de Holter d'enregistrement continu de l'lectrocardiogramme en ambulatoire aboutit une cassette magntique lue et interprte par un ordinateur.
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  • Applications mdicales Analyse de l'EEG Il s'agit essentiellement d'une quantification et d'une aide l'interprtation. Utilis pour le PEV et PEA mais aussi pour l'analyse du sommeil Mesure ambulatoire de la tension artrielle Comme pour le signal ECG, la pression artrielle est mesure priodiquement (la frquence est dtermine par le clinicien : toutes les 5, 10,... minutes) l'aide d'un brassard et d'un enregistrement sur une cassette magntique qui est ensuite analyse par un ordinateur.
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  • Surveillance en soins intensifs Certains systmes commercialiss (HP notamment) permettent d'intgrer la plupart des paramtres physiologiques qui sont surveills en ranimation (pression artrielle, ECG, frquence cardiaque, dbit urinaire, dbits de perfusion, paramtres biologique fondamentaux (PO2, glycmie...) Les fonctions disponibles permettent : De prsenter les rsultats sous forme approprie (graphique) D'interprter les informations (calculs instantans, calcul de tendances sur des priodes prolonges... D'interprter des profils d'volutions De dclencher des alarmes de plus en plus "intelligentes" sachant distinguer artefacts (dplacement d'une lectrode par exemple) de phnomnes rels d'effectuer des rtrocontrles automatiques La multiplicit des sources de saisie de signaux physiologiques ncessite le dveloppement d'interfaces standards tant matriels que logiciels tels le medical information bus Ces systmes peuvent s'intgrer dans les SIH
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  • Conclusions La numrisation des signaux amliore la qualit par les traitements qu'elle permet facilite la transmission sur longues distances facilite l'interprtation (analyse automatique, tendance) apporte une aide la dcision permet la surveillance automatique L'intgration dans un SIH permet de tenir compte des autres informations quelque soit la nature et l'origine des donnes facilitant la conception de systmes globaux d'aide la dcision.
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  • Traitement des images mdicales Objectifs Connatre les principes de la numrisation des images mdicales Dcrire la chane de traitement des images Citer les avantages de la numrisation des images mdicales Connatre quelques traitements de base pratiqus sur les images numriques Savoir dfinir un systme de communication et d'archivage d'images (PACS) dans un SIH
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  • Traitement des images mdicales L'image en mdecine Occupe une place prpondrante et vient juste aprs l'interrogatoire et l'examen clinique. Provient soit d'une observation directe : lsion cutane, lame d'histologie, endoscopie, soit de systme biophysique : radiographie, chographie, soit enfin d'une reconstruction mathmatique scintigraphie, TDM, IRM... Peut tre statique : RP, ou dynamique coronarographie
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  • Traitement des images mdicales La numrisation primaire (scintigraphie) ou secondaire (histologie) des images : Facilite leur traitement Permet un stockage aise (place, indexation, recherche...) Permet la transmission distance Les traitement des images Ncessite des stations de travail puissantes tant en terme de capacit de calcul que de mmoire de masse Reprsente tout une branche de l'informatique mdicale rattache la biophysique
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  • L'informatique et le traitement des images L'informatique intervient Directement dans la gnration de certains types d'images qui ne peuvent tre obtenues autrement TDM, Scintigraphie... Dans le traitement de tous types d'images pour Amliorer la qualit de l'image : luminosit, contraste, filtrage... Dterminer des paramtres quantitatifs d'intrt clinique : taille d'une tumeur, densit osseuse... Proposer des interprtations : reconnaissance de forme, calcul de doses de radiothrapie, calcul de trajets... Etablir des boucles de rtrocontrle : gestes chirurgicaux assists par ordinateur Le stockage des images numrises sur des priphriques adapts (disques magntiques, CD-ROM, CD-photo facilite la gestion des images et leur accessibilit La tltransmission des images aussi bien l'intrieur d'un hpital qu'entre hpitaux est la base de la tlmdecine en permettant plusieurs experts distants d'mettre un avis pour une meilleure prise en charge du patient
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  • Numrisation des images Les trois codages Codage spatial Codage en intensit Codage temporelle 141
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  • Codage spatial Les images sont traites sous la forme d'un tableau de chiffres. Un tableau 2 dimensions (x,y) permet de reprsenter une image simple dite 2D. Chaque lment du tableau (cellule) correspond une surface carre lmentaire ou pixel. Si l'on considre un volume, un tableau 3 dimensions est ncessaire (x,y,z). Chaque lment reprsente alors un volume lmentaire ou voxel. La taille d'un pixel reprsente la rsolution spatiale. Plus la taille est petite (donc plus le nombre de pixel par unit de surface est grand) moins la numrisation fait perdre d'information par rapport l'image source. Pour une radiographie standard on considre que la taille maximale d'un pixel doit tre de 0,2*0,2 mm.
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  • Numrisation des images Codage en intensit La densit (sombre ou claire) de chaque pixel est code sur un nombre d de bits. Si d =1, on ne sait par pixel que coder du noir ou du blanc. A partir d'un certain seuil, on dcide que c'est noir, avant c'est blanc. Si d = 8, on sait reprsenter 256 (2 la puissance d) niveaux de gris. Ce nombre dtermine la rsolution de contraste. Ainsi, si N et M reprsente le nombre de lignes et de colonnes d'un tableau de pixel et d le nombre de bits ncessaire pour coder un pixel, il faut N * M * d bits pour coder la totalit de l'image. Exemple une radio 300 mm * 400 mm (RP) reprsente un tableau de 300 * 400 * 5 pixels = 600 000 pixel. Si l'on dsire obtenir 256 niveaux de gris on aura une taille de 600 000 * 8 = 4 800 000 bits ou 600 000 octets soit environ 586 Ko. Ainsi, vous stockez environ 2 RP sur une disquette !!!
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  • Codage temporelle Il s'applique pour les images dynamiques. La rsolution temporelle mesure le temps ncessaire pour crer une image. Une application temps relle peut ncessiter la gnration de 30 images par seconde pour obtenir une image nette de l'organe (coeur par exple).
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  • Dans la pratique Les systmes d'acquisition d'image (comme les scanner utiliss en PAO) utilisent des matrices de puissance de 2. Le codage de la couleur se fait sur chaque pixel par un certains nombres de bits pour les 3 couleurs Ro