machine ECG

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Contexte

Un électrocardiogramme (ECG ou ECG) est un appareil qui enregistre graphiquement l'activité électrique des muscles du cœur. Il est utilisé pour identifier les battements cardiaques normaux et anormaux. Inventé pour la première fois au début des années 1900, l'électrocardiogramme (dérivé de l'allemand electrokardiogramma) est devenu un important dispositif de diagnostic médical.

Le fonctionnement de l'électrocardiogramme dépend de la capacité du cœur à produire des signaux électriques. Le cœur est composé de quatre chambres qui forment deux pompes. La pompe droite reçoit le sang revenant du corps et le pompe vers les poumons. La pompe gauche extrait le sang des poumons et le pompe vers le reste du corps. Chaque pompe est composée de deux chambres, une oreillette et un ventricule. L'oreillette recueille le sang entrant et, lorsqu'il se contracte, transfère le sang vers le ventricule. Lorsque le ventricule se contracte, le sang est pompé loin du cœur.

L'action de pompage du cœur est régulée par la région du stimulateur cardiaque, ou nœud sino-auriculaire, situé dans l'oreillette droite. Une impulsion électrique est créée dans cette région par la diffusion d'ions calcium, d'ions sodium et d'ions potassium à travers les membranes des cellules. L'impulsion créée par le mouvement de ces ions est d'abord transférée aux oreillettes, les obligeant à se contracter et à pousser le sang dans les ventricules. Après environ 150 millisecondes, l'impulsion se déplace vers les ventricules, les obligeant à se contracter et à pomper le sang hors du cœur. Au fur et à mesure que l'impulsion s'éloigne des cavités cardiaques, ces sections se détendent.

L'utilisation d'un ECG permet aux médecins de mesurer la tension relative de ces impulsions à différentes positions du cœur. Les électrocardiogrammes sont possibles car le corps est un bon conducteur d'électricité. Lorsqu'un potentiel électrique est généré dans une section du cœur, un courant électrique est conduit à la surface du corps dans une zone spécifique. Des électrodes fixées au corps dans ces zones permettent la mesure de ces courants.

Les signaux électriques mesurés par l'ECG ont été caractérisés et représentent différentes phases d'un rythme cardiaque. Chaque fois que le cœur bat, il produit trois ondes ECG distinctes. La première impulsion que l'on voit s'appelle l'onde P. Celui-ci mesure le signal électrique généré par le stimulateur cardiaque. L'impulsion suivante est le signal le plus important et s'appelle le complexe QRS. Ce segment du graphique représente le signal électrique créé par la relaxation des oreillettes et la contraction des ventricules. L'onde T, qui signifie la relaxation ou la repolarisation des ventricules, complète le cycle. Le son caractéristique d'un battement cardiaque correspond au complexe QRS et à l'onde T.

Les ECG fournissent des données utiles et peuvent aider à détecter divers problèmes liés à la fonction cardiaque. Une détermination de base qui peut être faite avec un ECG est la fréquence cardiaque, qui peut être déterminée en mesurant la distance entre les pics. Le diagnostic de certains problèmes médicaux est également possible. Par exemple, chez les patients souffrant d'hypertension artérielle, l'amplitude du complexe QRS est considérablement augmentée. L'équilibre de certains produits chimiques dans le corps peut également être détecté par un ECG, car l'amplitude des signaux est liée aux niveaux de produits chimiques dans le corps. Des dommages au cœur peuvent également être observés par une déformation de l'onde Q. La caractéristique la plus utile de l'ECG est sa capacité à détecter et à décrire les arythmies ou les battements cardiaques anormaux. Les appareils ECG connus sous le nom de moniteurs Holter sont destinés à ces détections. Enfin, les ECG peuvent être utilisés pour observer les obstructions dans les artères. Cela se fait généralement en recherchant un segment déprimé entre les ondes S et T.

Historique

Le développement de l'ECG a commencé avec la découverte du potentiel électronique des tissus vivants. Cet effet électromoteur a été étudié pour la première fois par Aloysio Luigi en 1787. Grâce à ses expériences, il a démontré que les tissus vivants, en particulier les muscles, sont capables de générer de l'électricité. Par la suite, d'autres scientifiques ont étudié cet effet dans le potentiel électronique. La variation du potentiel électronique du cœur battant a été observée dès 1856, mais ce n'est que lorsque Willem Einthoven a inventé le galvanomètre à cordes qu'une machine ECG pratique et fonctionnelle a pu être fabriquée.

Le galvanomètre à cordes était un appareil composé d'une corde grossière suspendue dans un champ magnétique. Lorsque la force du courant cardiaque a été appliquée à cet appareil, la corde s'est déplacée et ces déviations ont ensuite été enregistrées sur du papier photographique. La première machine ECG a été introduite par Einthoven en 1903. Il s'est avéré être un appareil populaire, et la fabrication à grande échelle a rapidement commencé dans divers pays européens. Les premiers fabricants comprennent Edelmann and Sons of Munich et la Cambridge Scientific Instrument Company. L'ECG a été importé aux États-Unis en 1909 et fabriqué par Hindle Instrument Company.

Les améliorations apportées à la conception originale de la machine ECG ont commencé peu de temps après son introduction. Une innovation importante a été la réduction de la taille de l'électro-aimant. Cela a permis à la machine d'être portable. Une autre amélioration a été le développement d'électrodes pouvant être fixées directement sur la peau. Les électrodes d'origine obligeaient le patient à plonger les bras et les jambes dans des pots d'électrodes en verre contenant de grands volumes d'une solution de chlorure de sodium. Des améliorations supplémentaires comprenaient l'incorporation d'amplificateurs, qui ont amélioré le signal électronique, et des instruments d'écriture directe, qui ont rendu les données ECG immédiatement disponibles. L'électrocardiogramme moderne est similaire à ces premiers modèles, mais la microélectronique et les interfaces informatiques ont été incorporées, ce qui les rend plus utiles et plus puissantes. Bien que ces nouvelles machines soient plus pratiques à utiliser, elles ne sont pas plus précises que l'électrocardiogramme d'origine construit par Einthoven.

Matières premières

L'électrocardiogramme se compose d'électrodes, de fils de connexion, d'un amplificateur et d'un dispositif de stockage et de transmission. Les électrodes, ou dérivations, utilisées dans un électrocardiogramme peuvent être divisées en deux types, bipolaires et unipolaires. Les dérivations bipolaires des membres sont utilisées pour enregistrer la différence de tension entre les poignets et les jambes. Ces électrodes sont placées sur la jambe gauche, le poignet droit et le poignet gauche, formant un mouvement triangulaire de l'impulsion électrique dans le cœur qui peut ensuite être enregistré. Contrairement aux sondes bipolaires, les sondes unipolaires enregistrent la différence de tension entre une électrode de référence et la surface corporelle à laquelle elles sont fixées. Ces électrodes sont fixées aux bras droit et gauche et aux jambes droite et gauche. De plus, ils sont placés dans des zones spécifiques de la poitrine et sont utilisés pour visualiser l'évolution de l'activité électrique du cœur.

Divers modèles d'électrodes sont fabriqués, notamment à plaque, à aspiration, à colonne de fluide et flexible, entre autres. Les électrodes plates sont des disques métalliques construits en acier inoxydable, en argent allemand ou en nickel. Ils sont maintenus sur la peau avec du ruban adhésif. Les électrodes d'aspiration utilisent un système de vide pour rester en place. Ils sont conçus en nickel ou en argent et en chlorure d'argent et sont reliés à un compresseur qui crée le vide. Un autre type d'électrode, l'électrode à colonne de fluide, est moins sensible aux mouvements du patient car elle est conçue pour éviter le contact direct avec la peau. L'électrode flexible est la plus utile pour prendre des lectures ECG chez les nourrissons. Il s'agit d'un treillis tissé à partir d'acier inoxydable fin ou de fil d'argent avec un fil de plomb flexible attaché. L'électrode se fixe sur la peau comme un petit pansement.

Les amplificateurs ECG sont nécessaires pour convertir le signal électrique faible du corps en un signal plus lisible pour le périphérique de sortie. Un amplificateur différentiel est utile pour mesurer des signaux de niveau relativement faible. Au cours d'un ECG, le signal électrique du corps est transféré des électrodes à la première section de l'amplificateur, l'amplificateur tampon. Ici, le signal est stabilisé et amplifié d'un facteur 5 à 10. Un réseau électronique suit et le signal des dérivations unipolaires est traduit. Un préamplificateur différentiel filtre et amplifie ensuite le signal d'un facteur 10 à 100.

Les sections de l'amplificateur qui reçoivent des signaux directs du patient sont séparées du circuit d'alimentation principal du reste de l'électrocardiogramme par des isolateurs optiques, évitant ainsi la possibilité d'un choc électrique accidentel. L'amplificateur primaire se trouve dans le circuit d'alimentation principal. Dans cet amplificateur alimenté, le signal est converti en un courant adapté à la sortie vers l'appareil approprié.

La forme de sortie la plus courante pour les appareils ECG est un enregistreur sur bande de papier. Cet appareil fournit une copie papier du signal ECG au fil du temps. De nombreux autres types d'appareils sont également utilisés, notamment des ordinateurs, des oscilloscopes et des unités de bande magnétique. Étant donné que les données collectées sont sous forme analogique, elles doivent être converties sous forme numérique pour être utilisées par la plupart des appareils de sortie électroniques. Pour cette raison, le circuit primaire de l'ECG comporte généralement une section de conversion analogique-numérique intégrée.

Diverses autres pièces sont nécessaires pour compléter l'unité ECG. Étant donné que le signal est faiblement transmis à travers la peau aux électrodes, une pâte électrolytique est généralement utilisée. Cette pâte s'applique directement sur la peau. Il est composé principalement d'ions chlorure qui aident à former un pont conducteur entre la peau et l'électrode, permettant une meilleure transmission du signal. Les autres composants comprennent des clips de montage, divers capteurs et des papiers thermiques.

Le processus de fabrication

Les composants d'une machine ECG sont généralement fabriqués séparément puis assemblés avant l'emballage. Ces composants, y compris les électrodes, l'amplificateur et le dispositif de sortie, peuvent être fournis par des fabricants externes ou fabriqués en interne.

Électrodes

• 1 L'électrode la plus couramment utilisée pour un électrocardiogramme est l'électrode d'argent et de chlorure d'argent car le potentiel d'électrode de ces électrodes est stable lorsqu'il est exposé à un tissu biologique. Les électrodes sont reçues de fournisseurs externes et vérifiées pour voir si elles sont conformes aux spécifications définies. Le type d'électrode utilisé dépend du modèle d'ECG. Souvent, plusieurs types d'électrodes seront fournis avec une seule machine ECG. Chaque électrode contient un câble blindé qui peut être connecté à l'unité principale.

Electronique interne

• 2 Les composants électroniques d'un appareil ECG sont assez sophistiqués et utilisent les dernières technologies de traitement électronique. L'amplificateur et le dispositif de sortie sont assemblés un peu comme ceux des autres équipements électroniques. Cela commence par une carte dont la configuration électronique est tracée. Cette carte est ensuite passée à travers une série de machines qui placent les puces, diodes, condensateurs et autres pièces électroniques appropriées aux endroits appropriés. Une fois terminé, il est envoyé à l'étape suivante pour la soudure.
• 3 Les composants électroniques sont fixés à la carte par une machine à souder à la vague. Les planches qui entrent dans cette machine sont d'abord lavées pour éliminer tout contaminant. Le panneau est ensuite chauffé à l'aide de la chaleur infrarouge. Le dessous de la carte est passé sur une vague de soudure fondue qui remplit les endroits appropriés par action capillaire. Au fur et à mesure que la planche refroidit, la soudure durcit, maintenant les pièces en place.

Afficheur

• 4 Selon le type de dispositif d'affichage, la méthode de fabrication diffère. Certains appareils tels que les magnétophones et les imprimantes papier peuvent être fournis par des fabricants extérieurs. D'autres composants tels que les microprocesseurs informatiques peuvent être conçus et fabriqués avec l'électronique interne principale.

Assemblage final

• 5 Les composants de l'électrocardiogramme sont assemblés et placés dans un cadre métallique approprié. Les appareils finis sont ensuite placés dans un emballage final avec des accessoires tels que des électrodes de rechange, du papier d'impression et des manuels. Ils sont ensuite envoyés aux distributeurs et enfin aux clients.

Contrôle qualité

Pour garantir la qualité de chaque appareil ECG fabriqué, des inspections visuelles et électriques ont lieu tout au long du processus de production et la plupart des défauts sont détectés. Les performances fonctionnelles de chaque appareil ECG terminé sont testées pour s'assurer qu'il fonctionne. Ces tests sont effectués dans différentes conditions environnementales telles qu'une chaleur et une humidité excessives.

La plupart des fabricants définissent leurs propres spécifications de qualité pour les appareils ECG qu'ils produisent. Cependant, des normes et des recommandations de performance ont été proposées par diverses organisations médicales et agences gouvernementales. Certains facteurs considérés comme importants sont les plages de signaux d'entrée normalisées, la réponse en fréquence, la précision du signal d'étalonnage et la durée d'enregistrement.

Le futur

À l'avenir, des appareils ECG plus puissants et améliorés seront développés. Ces machines utiliseront les dernières technologies informatiques, rendant le diagnostic plus rapide et plus précis. Ils seront plus puissants et capables de mesurer de minuscules potentiels électroniques tels que les fréquences cardiaques fœtales. Ils permettront également de construire des modèles tridimensionnels du cœur battant, fournissant aux médecins plus de données diagnostiques. De nouvelles applications pour les appareils ECG peuvent également être trouvées, telles que l'application récente d'un appareil ECG pour déterminer l'efficacité des médicaments.

Une innovation récente pourrait marquer une nouvelle direction dans le développement de l'électrocardiogramme. Une entreprise a développé un moniteur ECG portable qui collecte des données pouvant être transmises directement par téléphone. Le patient place les électrodes sous chaque bras et attache un émetteur à l'embout du téléphone. Le signal est envoyé à un centre de surveillance, où les ordinateurs le convertissent en lectures ECG. Ces informations peuvent ensuite être transmises à un médecin, ce qui permet de détecter beaucoup plus tôt les problèmes cardiaques chez certains patients.