Conception et réalisation d’un système embarque temps réel a base de circuit FPGA pour le diagnostic automatique D’IDM ST+ utilisant le standard ECG a 12 dérivations

Abstract

L’interprétation d’ECG par ordinateur est de plus en plus utilisée pour aider les cliniciens à réduire les délais de reperfusion, pour les patients suspects d’infarctus du myocarde avec sus décalage du segment ST (IDM ST+). Dans ce contexte, nous avons développé un système embarqué, à base de circuit FPGA, pour la détection de ce trouble cardiaque, utilisant le processeur MicroBlaze de Xilinx. Plus spécifiquement, ce travail vise l’implémentation d’un algorithme en 4 étapes, basé sur expertise médicale, pour le diagnostic d’IDM ST+, utilisant le standard ECG à 12 dérivations. Comme carte de développement, nous avons employé la Nexys 3 de Digilent équipée du FPGA Spartan-6 XC6SLX16 de Xilinx. Pour l’évaluation de cette application, nous avons utilisé différents signaux ECG en relation avec l’IDM ST+, de différentes bases de données standards des archives Physiobank, particulièrement la PTB Diagnostic contenant les 12 dérivations conventionnelles de l’ECG. Dans un premier temps, l’implémentation a été testée en différé (offline), traitant les 12 signaux. Dans un deuxième temps, adoptant une approche temps réel, seulement 6 dérivations ont été traitées vu les ressources limitées de la carte de développement ; dans cette optique, comme alternative, nous avons aussi proposé et testé, partiellement et avec succès, une structure parallèle à base de MPSoC (MultipProcessor System on Chip). Le système a été aussi testé avec une dérivation réelle (DII) prélevée à la surface de la peau. Les performances du système ont été évaluées principalement avec 9 enregistrements, soit 108 signaux, produisant une sensibilité de 62.5%. Concernant l’opération cruciale de la détection du complexe QRS, nous avons développé une version authentique du célèbre algorithme de Pan & Tompkins. La sensibilité de notre version a atteint les 99.41% pour les 108 signaux principaux que nous avons manipulés. En termes de ressources FPGA, notre implémentation occupait 97% de l’ensemble des Slices du FPGA utilisé. Avec cette étude expérimentale, nous avons démontré, dans une certaine limite, la faisabilité et l’efficacité du système proposé, contribuant par la même occasion aux efforts de la communauté de développement pour prouver l’efficacité du circuit FPGA, dans le développement de systèmes embarqués notamment relevant du génie biomédical. A notre connaissance, cette implémentation basée sur FPGA, menée avec succès, pour la détection d’IDM ST+, est nouvelle et authentique ; en plus, nous pensons qu’elle est certainement évolutive.