Par Bryce Beamer
L’électrocardiographie, souvent abrégée en ECG ou EKG, a fait ses débuts au début des années 1900 et reste une technologie essentielle pour le diagnostic et le suivi des affections cardiaques. L’innovation matérielle a permis de réduire la taille et le coût de la technologie ECG, ce qui ouvre de nouvelles perspectives en matière de santé et de bien-être sur la base des formes d’ondes ECG et de la variabilité de la fréquence cardiaque. Associée à une infrastructure IOT portable et à l’IA, la surveillance cardiaque par ECG pourrait être la clé permettant d’obtenir de nouvelles informations favorisant la santé cardiaque tout au long de la vie.
Combien d’électrodes sont utilisées pour un ECG ?
L’ECG crée un circuit de mesure du courant, qui mesure la charge différentielle entre deux ou plusieurs électrodes placées sur le corps. Cette illustration montre comment le placement des électrodes ECG donne trois ondes ECG différentes en fonction de la direction de la dérivation.
Un simple ECG à une seule dérivation (deux électrodes) est suffisant pour mesurer la fréquence cardiaque et la variabilité de la fréquence cardiaque dans les applications de sport et de bien-être. Le placement d’électrodes supplémentaires aux endroits appropriés permet d’obtenir une vision plus complète du fonctionnement du cœur. Dans les diagnostics médicaux avancés, les systèmes ECG comportent jusqu’à 10 électrodes pouvant fournir 12 à 18 dérivations qui aident les médecins à évaluer la fonction et la structure du cœur afin de diagnostiquer les arythmies complexes.
Comment fonctionnent les électrodes ECG ?
La qualité du signal dans un circuit de mesure du courant est essentielle dans tout dispositif de surveillance cardiaque pour capturer des données propres qui peuvent fournir des informations concrètes. Dans le cas de l’ECG, tout débute avec la conception des électrodes. Le couplage des électrodes est crucial pour minimiser le bruit et préserver l’onde ECG.
Lorsque les ions du courant ionique du corps atteignent l’électrolyte d’une électrode, ils participent à des réactions d’oxydoréduction à la surface de l’électrode. Dans ces réactions, les électrons sont transférés des ions à l’électrode, ce qui convertit le courant ionique en courant électrique. Cela est possible grâce à un phénomène connu sous le nom de double couche de Helmholtz.
Un signal ECG n’a généralement qu’une amplitude de 0,5 à 1 mV, ce qui le rend très sensible à différents types de bruits ou de distorsions. Les artefacts de mouvement sont la cause la plus courante de bruit, provenant d’un capteur qui se déplace ou glisse sur la surface de la peau, de la peau qui s’étire ou change de zone d’interface, ou d’un changement de distance ou d’une déconnexion totale entre l’électrode et la peau. Un simple changement de position du patient peut potentiellement provoquer des artefacts de mouvement.
Pour atténuer ces difficultés, la conception des électrodes doit être soigneusement étudiée. Les matériaux, la forme, la taille et les méthodes d’adhésion ont tous un rôle à jouer dans la réduction des artefacts de mouvement et d’autres sources de bruit. Dans les applications médicales, des électrodes collantes sont utilisées pour éviter tout mouvement des électrodes ; toutefois, les moniteurs ECG portables et les électrodes vestimentaires traditionnellement utilisées dans les applications sportives et de fitness peuvent améliorer la précision du positionnement et le confort, ce qui se traduit par une plus grande conformité.
Types d’électrodes ECG
Les deux principales catégories d’électrodes sont les électrodes "humides" et les électrodes "sèches". Ces deux types d’électrodes ont la même fonction, mais une électrode humide contient un électrolyte qui interfère avec la peau. En revanche, une électrode sèche utilise l’humidité et la sueur de la peau pour créer le conducteur ionique nécessaire.
Le conducteur ionique est essentiel pour former la couche de Helmholtz décrite ci-dessus avec l’un ou l’autre type. Sans une couche d’électrolyte adéquate, le bruit du signal et les problèmes d’impédance réduiront considérablement le rapport signal/bruit. Les variations de la peau humaine, telles que les poils, les lotions, les traitements cutanés et les peaux mortes, peuvent également introduire des contaminants, augmenter l’impédance ou avoir un impact sur la fonction de l’électrolyte.
L’utilisation d’une électrode humide est un moyen de garantir une bonne couche d’électrolyte et de créer rapidement une interface peau-électrode à faible impédance. Toutefois, avec le temps, l’électrode peut se dessécher, entraînant une diminution imprévisible de l’amplitude du signal. Une électrode collante - où une mousse adhésive encapsule un gel électrolytique entre un claquement métallique (Ag AgCl) et la peau - est la forme la plus courante d’électrode humide.
Les électrodes sèches sont pratiques et confortables pour l’utilisateur. Elles se présentent sous de nombreux facteurs formes, telles que des films polymères dopés au carbone, des tissus métallisés ou des liens conducteurs sérigraphiés. Cependant, dans de nombreux cas, il faut un certain temps pour créer une interface électrolytique appropriée entre la peau et l’électrode. Ce processus entraîne un phénomène appelé bruit de démarrage, où le bruit du signal masque l’onde ECG.
Dans les applications d’électrodes humides ou sèches, les couches d’électrolyte peuvent se dessécher et entraîner des changements dynamiques d’impédance qui ont un impact considérable sur l’amplitude du signal, mais pas sur la période. Par conséquent si le rapport signal/bruit est suffisamment faible pour détecter les caractéristiques nécessaires, l’amplitude peut être compensée dynamiquement dans de nombreuses applications.
Les enseignements à tirer de la conception d’un système d’ECG
Le choix de l’électrode et de l’embout appropriés est crucial dans la conception des systèmes ECG. Cependant, il est préférable de définir les exigences du système pour toute nouvelle application en identifiant d’abord les données requises dans la proposition de valeur du produit. En combinant ces exigences technologiques de base avec les besoins des utilisateurs et des prestataires de soins, on obtient une vision holistique des exigences du produit.
Le développement de la prochaine génération de produits ECG permettra d’obtenir de nouvelles informations sur la santé cardiaque, mais il faudra trouver un équilibre entre la convivialité et les performances techniques.
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