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Détection de l’onde R fœtale dans l’ECG abdominal à l’aide du produit  multiéchelle des coefficients d’ondelettes

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Détection de l’onde R fœtale dans l’ECG abdominal à l’aide du produit multiéchelle des coefficients d’ondelettes Malek Najeh ,Aicha Bouzid and Noureddine Ellouze École Nationale d’ingénieurs de Tunis, Laboratoire SITI Campus Universitaire d’EL MANAR BP 37, 1002, Le Bélvédère, Tunisie najeh.malek@gmail.com Résume : Cet article propose une méthode de détection du rythme cardiaque fœtal à travers la localisation des QRS fœtaux dans le signal composite de l’ECG abdominal maternel. Cette méthode est basée sur le calcul du produit des coefficients de la transformée en ondelettes continue (TOC) pour différentes échelles successives. Un seuillage a été moyenné pour la détection des minima et maxima locaux ce qui a permis la détection des QRS d’abord maternels et ensuite fœtaux. La méthode a été testé sur des signaux réels de différentes durées et la sensibilité et la précision ont été calculées et évaluées. 1. Introduction L’ECG fœtal reste un bon moyen de surveillance de l’activité cardiaque fœtal ainsi qu’un indicateur précieux sur la santé du fœtus que ce soit durant la grossesse ou pendant l’accouchement. En effet l’analyse de l’ECG fœtal et notamment la détection du rythme cardiaque peuvent soulever une souffrance fœtal ou révéler des malformations et maladies cardiaques précoces. Le cycle cardiaque est décrit dans un ECG pas une onde P, un complexe QRS et une onde T. La détection du pic le plus prononcé à savoir l’onde R du complexe QRS suffit pour retrouver le rythme cardiaque et en déceler les anomalies. Néanmoins l’obtention de ce signal demeure assez complexe du fait qu’il ne peut être directement enregistré .Il est généralement extrait à partir de l’ECG abdominal de la mère. L’ECG abdominal est un signal obtenu en posant des électrodes sur la peau du ventre de la mère. C’est un signal composite regroupant l’ECG maternel et celui du fœtus, parasité par du bruit provenant de plusieurs sources d’interférence tels que les bruits musculaires, les perturbations de la ligne de base etc. [1] Ce qui en fait un signal fortement bruité avec de faibles rapports SNR. De plus l’ECG fœtal est un signal de faible amplitude pouvant être de 5 à 10 fois plus faible que l’ECG maternel, il a une allure variable selon les semaines de grossesses et la position des électrodes lors de la prise de mesures, et ses pics R peuvent coïncider avec les ondes R maternelles. Ce qui fait de son extraction un problème complexe sur lequel ont porté plusieurs travaux de recherche. Différentes approches ont été proposées dans la littérature telles que les méthodes neuronales [2], celles intégrant de la logique floue [3].La séparation aveugle des sources [4] ou la décomposition en valeurs singulières [5] constituent aussi de bons moyens d’extraction de l’ECG fœtal. Des méthodes de filtrage à travers des filtres adaptatifs [6] ou un filtre en peigne [7] ont aussi été testées. Les méthodes basées sur les transformées en ondelettes étant connues pour être robustes aux bruits s’avèrent s’adapter particulièrement à ce type de problèmes. Elles ont souvent été utilisées qu’elles soient associées avec d’autres méthodes, comme la séparation aveugle des sources [8] ou du filtrage [9], ou utilisées seules [10,11] elles arrivent à de très bons résultats. Elles sont également considérées comme simples et peu couteuses à implémenter puisque c’est une approche qui ne nécessite pas des signaux multi- canaux ou l’utilisation d’un grand nombre d’électrodes comme c’est le cas pour les techniques basées sur l’analyse indépendantes des composantes (ICA) [12] Dans cet article est proposée une méthode pour la détection du rythme cardiaque fœtal RCF partir de l’ECG abdominal maternel .La détermination du RCF est faite à travers la localisation des positions des pics –R fœtaux. Notre méthode est basée sur le produit multiéchelle des transformées en ondelettes pour la détection des singularités. En effet nous réalisons des transformées en ondelettes en utilisant l’ondelette dérivée première de la gaussienne, avec des échelles différentes le produit est ensuite établi et une détection des maxima locaux est faite. Les valeurs des échelles choisies diffèrent selon si c’est pour retrouver les pics R maternels ou fœtaux. Des règles heuristiques sont en outre introduites pour corriger les fausses détections et définir les valeurs du seuillage. 2. Méthode 2.1 Transformée en ondelette continue (TOC) La transformée en ondelettes consiste à représenter le signal en fonction d’une famille d’atomes temps-fréquence appelés des ondelettes Une ondelette est une fonction ( )2 Lψ ∈ ψ de moyenne nulle. Elle est normalisé || ψ || = 1, et centrée au voisinage de t = 0. La fonction décrivant l’ondelette s’écrit en fonction d’un facteur d’échelle s et un paramètre de décalage u qui permettent en les modifiant de dilater ou de translater l’ondelette et d’obtenir ainsi une famille d’ondelettes. ψ