Fiche de révision : Techniques en électrophysiologie

📋 Plan du Cours

1. Disciplines et instrumentation biomédicale
2. Chaîne et types de mesure
3. Environnement et sites de mesure
4. Métrologie
5. Capteurs
6. Caractéristiques métrologiques des capteurs
7. Instrumentation et Amplificateur
8. Filtrage et échantillonnage

📖 1. Disciplines et instrumentation biomédicale

🔑 Définition

• Instrumentation : Technique de mise en œuvre d’appareils de mesure, d’actionneurs, de capteurs et de régulateurs pour créer un système d’acquisition de données ou de commande.

📖 2. Chaîne et types de mesure

📝 Points essentiels

🔄 La chaîne d’instrumentation suit quatre étapes:

Grandeur physique → capteur → traitement du signal → exploitation.

→ Les mesures biomédicales peuvent porter sur une variable : physique, chimique, électrique, biologique ou électrophysiologique.

→ Une mesure passive recueille le signal sans interaction avec le système, tandis qu’une mesure active interagit avec le paramètre mesuré.

📌 Un capteur passif utilise un corps d’épreuve qui transforme le mesurande en une grandeur physique mesurable, souvent une résistivité variable.

📌 Un capteur actif est alimenté électriquement, possède une impédance contrôlée et peut préamplifier les signaux directement sur le site de recueil.

📖 3. Environnement et sites de mesure

→ Objet de la mesure dans le biomédical: l’Homme.

🔑 Définition

• Artéfact : Phénomène ou signal artificiel lié à la méthode ou aux conditions de mesure et susceptible de provoquer une erreur d’analyse.

📝 Points essentiels

• Les principaux sites ou modes de mesure sont: à distance (imagerie), par capteurs de surface (ECG), par capteurs implantés (SEEG), par voie percutanée (PO2), par/dans l’arborescence vasculaire, par voie endocavitaire (oreille, bouche...), par coelioscopie/laparoscopie (chirurgie abdominale), thoracoscopie (chirurgie thoracique) ou arthroscopie (orthopédie)

📌 L’EEG et la SEEG mesurent la même grandeur mais utilisent des sites de mesure différents.

💡 Astuce mémo

Environnement et interactions → bruit de mesure et artéfacts.

📖 4. Métrologie

🔑 DéfinitionS

• Grandeur : Paramètre à mesurer/contrôler (ex: température, pression…).

• Mesurage : Ensemble des opérations ayant pour but de déterminer la valeur d’une grandeur.

• Mesurande (val. théorique) : Grandeur particulière soumise au mesurage, c’est-à-dire l’échantillon considéré (T° salle cours, Résistance R1 d’un circuit…).

• Mesure (x) (val. mathématique): évaluation du mesurande. C'est-à-dire = Mesurande + incertitudes.

• Justesse : Aptitude d’un capteur à donner, en moyenne, des indications correspondant à la valeur vraie ou conventionnellement vraie de la grandeur mesurée.

• Fidélité : Aptitude d’un capteur à donner la même indication pour une même valeur de mesurande.📌 Un capteur fidèle doit produire la même valeur de sortie s lorsqu’il est soumis à la même valeur du mesurande m.

• Précision/Exactitude : La combinaison de la justesse et de la fidélité. 📌 La précision décrit le degré de concordance d’une série de mesures individuelles et est souvent exprimée par l’écart type σ (racine carrée de la variance).

• Résolution : La plus petite différence d'indication pouvant être perçue de manière significative.

📐 L’erreur absolue est donnée par : e = mesure - mesurande

📐 L’erreur relative est donnée par : er = e / mesurande

📖 5. Capteurs

🔑 Définition

• Capteur : Dispositif qui transforme l’état d’une grandeur physique observée en une grandeur utilisable ou mesurable, souvent électrique.

📐 La caractéristique d’un capteur relie sa sortie s au mesurande m selon S = F(m).

💡 Astuce mémo

Le capteur est une interface, tandis que l’instrument mesure et affiche ou stocke.

(Un instrument peut contenir un capteur).

📖 6. Caractéristiques métrologiques des capteurs

🔑 Définitions

Les performances de détection :

• Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport au signal d'entrée.

• Mobilité : Aptitude d’un capteur à réagir aux petites variations du signal d’entrée.

• Zone morte : Intervalle maximal où le signal d'entrée peut varier sans provoquer de variations de la réponse du capteur.

Les limites physiques et d'utilisation :

• Zone nominale d'emploi : Zone où le mesurande peut évoluer sans modification des caractéristiques du capteur.

• Zone de non détérioration : Le capteur subit des surcharges mais retrouve ses caractéristiques normales ensuite.

• Zone de non destruction : Limite garantissant la non destruction du capteur mais dans laquelle il peut y avoir des modifications permanentes des caractéristiques du capteur

📐 La sensibilité d’un capteur est la pente de sa courbe d’étalonnage, donnée par : **S = (Δs/Δm)

→ Elle permet :

• d’estimer l’ordre de grandeur de la réponse connaissant l’ordre de grandeur des variations du mesurande
• et de choisir le capteur de façon que la chaîne d’acquisition satisfasse aux conditions de mesure imposées.

📖 7. Instrumentation et Amplificateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Instrumentation : Interface située entre les électrodes et la carte d’acquisition du PC ; elle amplifie, filtre et convertit les signaux.

📝 Points essentiels

• Le gain d’un amplificateur est le rapport entre la tension de sortie et la tension d’entrée, soit : G=Vs/Ve

📌 La mesure d’une différence de potentiel entre une paire d’électrodes nécessite un amplificateur différentiel et au moins deux électrodes.

💡 Astuce mémo

Électrodes → amplification → filtrage → conversion analogique numérique.

📖 8. Filtrage et échantillonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Bande passante : Étendue des fréquences qui ne sont pas altérées par le filtrage.

📝 Points essentiels

📌 Les filtres hautes fréquences sont des filtres passe-bas, tandis que les filtres basses fréquences sont des filtres passe-haut.

La fréquence d’échantillonnage est le nombre de points prélevés sur un signal par unité de temps.

📌 Le théorème de Shannon impose une fréquence d’échantillonnage au moins égale à deux fois la fréquence maximale du signal étudié.

💡 Astuce mémo

Bande trop étroite → perte de signal ; bande trop large → surcharge en bruit.