PRESENTATION DU PROJET

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1 MINI PROJET ISN: MONITORING CARDIAQUE Stéphane / Marc Gyr( ) Langages de programmation : C++ (Arduino), Java (Processing), PHP Langage de présentation : HTML A renvoyer pour le samedi 12/01/13 PRESENTATION DU PROJET En médecine, le monitoring est une technique qui permet d'enregistrer l'évolution temporelle de certains paramètres physiologiques caractéristiques de l'état de santé d'un patient avant, pendant où à la suite d'une intervention chirurgicale par exemple. Un des paramètres vital est la mesure du taux d'oxygène dans le sang que l'on appelle aussi oxymétrie. L'enregistrement de cette mesure, faite à l'aide d'un capteur optique que l'on place au niveau de l'extrémité d'un doigt, permet également d'accéder à la fréquence des pulsations cardiaques après analyse et traitement du signal. Le projet s'articule en deux parties : Partie 1 : Réalisation et enregistrement de fichiers de données à partir de mesures de type oxymétrique. Réalisation d'un enregistrement de type oxymétrique à l'aide d'un capteur optique, de fabrication artisanale, associé à la carte ARDUINO. Représentation graphique des données en temps réel, réalisé à l'aide du logiciel PROCESSING. Cette technique permet d'optimiser la qualité de l'enregistrement dans le but d'obtenir des fichiers de données au format texte facilement exploitables. Chaque fichier de données sera associé à une image de la représentation graphique. Utilisation de commandes au clavier pour déclencher sur l'arduino des fonctions de type signal sonore très utiles pour gérer l'enregistrement. Partie 2 : Traitement des fichiers de données sous PHP et affichage des résultats dans une page HTML. Traitement des données réalisées sous PHP. Recherche de la période et de la fréquence des pulsations cardiaques. Affichage des résultats dans une page HTML ce qui permet d'envisager une consultation à distance via Internet. PARTIE 1 : AVEC MR GYR REALISATION ET ENREGISTREMENT DE FICHIERS DE DONNEES A PARTIR DE MESURES 1. Acquisition des mesures : Le capteur artisanal est du type oxymètre. Il est constitué d'une photodiode associée à un petit montage électronique réalisant une fonction d'amplification et de mise en forme du signal comme l'indique le schéma ci dessous.

2 Schéma du capteur oxymétrique artisanal Photodiode Platine d'expérimentation Ligne + 5V (+) (alim+ AO) + 5V ARDUINO 1 kω 1 μf 100 kω 100 kω Ligne de masse montage 2,5V 1 kω + Ampli Op. TL 081 _ 470 Ω 100 kω 1 μf A0 GND Ligne de masse ARDUINO 0V (-) (alim- AO) Les composants sont déjà implantés sur la platine d'expérimentation, l'ensemble a été testé et fonctionne correctement avec un peu de concentration lors de la réalisation des mesures (le capteur étant très sensible aux variations d'éclairement, il faut éviter de bouger le doigt et la source de lumière sous lors de l'enregistrement). photo de la platine d'expérimentation avec implantation des composants

3 Travail à effectuer : Numériser la tension appliquée sur l'entrée A0 de l'arduino en respectant le cahier des charges suivant: la valeur numérisée sera envoyée dans le port série; le temps entre chaque mesure sera fixé à 10 ms; lorsque la valeur de la mesure descend en dessous d'un seuil que l'on fixera provisoirement à 450, envoyer le temps correspondant à cette valeur dans le port série (on pourra utiliser la fonction micro() qui permet de récupérer le temps écoulé en microseconde depuis le démarrage du programme dans l'arduino). Le but de l'acquisition étant de mesurer la valeur de la tension donnée par le capteur oxymétrique, le programme ne pourra pas envoyer deux valeurs successives du temps si elles sont séparées par un intervalle de temps inférieur à 0,4 seconde. La valeur de l'intervalle de temps doit pouvoir être réglé par la suite si besoin. 2. Représentation graphique des données en temps réel sous PROCESSING L'utilisation du moniteur série de l'arduino ne permet pas de savoir si les données seront exploitables ou non. Il est donc nécessaire de les visualiser sous forme d'une représentation graphique en temps réel. Cela peut se réaliser aisément à l'aide du logiciel PROCESSING comme il a été vu lors des séances de formation sur les possibilités de l'arduino couplé à PROCESSING. Travail à effectuer : Sous PROCESSING, en utilisant comme base de programme le code donné dans "Initiation à l'arduino Niveau 2" afficher une représentation graphique des données en temps réel comportant: un fond de couleur vive; un affichage la valeur mesurée et issue de l'arduino sur l'axe vertical; un affichage de la valeur du temps en seconde sur l'axe horizontal; les affichages des valeurs seront réalisés avec un contraste maximal par rapport au fond pour une bonne lisibilité des données; enregistrer le fichier de données et l'image du graphe réalisé lorsque le temps écoulé depuis la première donnée du graphe vaut 5,00 s. La fenêtre graphique sera alors réinitialisée pour continuer sur un nouveau graphe. Le temps sera par contre conservé d'un graphe à l'autre. Voici ci-dessous un exemple de ce qui est attendu: image graphe Fichier texte associé au graphe 3. Utilisation de commandes pour rendre l'application plus ergonomique Le monitoring est souvent associé à des signaux sonores ce qui présente l'avantage pour la surveillance de ne pas être asservi à la lecture visuel des données sur le graphe. Dans le cas du monitoring cardiaque, chaque battement de cœur est par exemple associé à un "bip". Ces signaux peuvent cependant devenir une

4 contrainte pour le sommeil de la personne sous surveillance. ll faut donc prévoir de pouvoir arrêter ou mettre en fonction les "bips". Travail à effectuer : En utilisant la fonction de commande par les touches du clavier sous PROCESSING et la fonction tone permettant de générer des notes de musique avec l'arduino, réaliser des modifications dans les deux programmes (PROCESSING et ARDUINO) pour: activer la mise en fonction des "bips" par la touche "s" du clavier de l'ordinateur. L'activation se traduira par une suite de trois notes différentes permettant d'identifier clairement que la fonction "bip" est activé. On écoutera le son produit par l'arduino à l'aide d'un casque audio et de la prise adaptée connectée à la platine d'expérimentation; produire des "bips" d'une durée de 0,10 s et de fréquence 1000 Hz; désactiver la mise en fonction des "bips" par n'importe quelle touche du clavier différente de "s". La désactivation se traduira par une suite de trois notes différentes permettant d'identifier clairement que la fonction "bip" est désactivée. Voici un exemple de ce qui est attendu: Cliquez sur le lien : "son BIP!" PARTIE 2 : AVEC MR FOSSE TRAITEMENT DES DONNEES SOUS PHP ET AFFICHAGE DES RESULTATS DANS UNE PAGE HTML Vous avez donc obtenu un fichier de données au format texte et une représentation graphique. Nos objectifs sont maintenant de : 1. Lire le fichier texte, ligne par ligne, et récupérer les données dans un tableau. 2. Traiter les données pour obtenir une estimation de la période (en s) puis la fréquence (en hertz) du signal. 3. Créer un mini site web présentant votre travail. OUVERTURE DU FICHIER ET RECUPERATION DES DONNEES Pour standardiser le travail en groupe, tous les groupes travailleront sur le même fichier de données AmplitudeSignal.txt associé au graphique imagecardio.png. Vous pourrez ensuite tester votre programme avec vos propres mesures. L ouverture d un fichier a déjà été traitée de nombreuses fois, je vous renvoie juste à la fonction php file. Stockez le contenu dans un tableau $lecture ; Créez maintenant une variable de type tableau $donnees. En parcourant le tableau $lecture grâce à la fonction foreach, remplissez le tableau $donnees en utilisant la fonction explode. Attention à la structure du tableau $donnees : $donnees[1]["amplitude"] doit être l amplitude de la 2 ième donnée. $donnees[1]["temps"] doit être le temps de la 2 ième donnée. Sur l affichage ci-contre, on lit : $donnees[1]["amplitude"]= $donnees[1]["temps"]=15.02 Exercice à faire valider avant de continuer : afficher toutes les amplitudes séparées par une virgule.

5 Création TRAITEMENT DES DONNEES Le premier objectif est de récupérer l amplitude maximale dans une variable $max. Complétez votre boucle précédente pour obtenir ce maximum. Aide Maximum Créez les variables $incertitude et $borne_inf. $incertitude=0.1 ; $borne_inf=$max*(1-$incertitude) ; // A quoi correspondent ces nombres? Extrayez du tableau $donnees toutes les amplitudes qui sont supérieures à $borne_inf et les temps correspondants. Ces données seront enregistrées dans un tableau $temporaire ayant la même structure que le tableau $donnees. Aide extraction Maintenant, il faut réfléchir un peu! Que fait cet extrait de code? (vous pouvez le copier/coller dans votre programme) $l=count($temporaire); $debut_intervalle=0; $fin_intervalle=0; $i=0; while($i<$l-1) if(($temporaire[$i+1]['temps']-$temporaire[$i]['temps']>0.3) $i==$l-2) $fin_intervalle=$i; echo "pic d amplitude trouvé entre $debut_intervalle et $fin_intervalle <br>"; $debut_intervalle=$i+1; $i++; Explication du code Que fait ce morceau de code? Complétez le code précédent et testez-le. $maximum=$temporaire[$debut_intervalle]['amplitude']; echo "Au début de l intervalle, maximum vaut $max <br>" ; $temp_max=$temporaire[$debut_intervalle]['temps']; echo "Au début de l intervalle, le temps vaut $temps_max <br>" ; Complétez votre code par une boucle qui permettra la recherche des «pics d amplitude» sur chacun de ces intervalles. Ils seront stockés dans un tableau $maxi qui a toujours la même structure que le tableau $donnees Boucle finale d exploration des intervalles Evaluez le temps entre deux «pics d amplitudes», et en effectuant une moyenne, déterminez une estimation de la période.

6 Période Calculez la fréquence! J espère qu il n y a pas besoin d aide CREATION DE LA PAGE WEB Créez une ou plusieurs pages web : ce sera votre rapport de projet. Expliquez votre démarche, vos difficultés, les limitations du programme, les améliorations possibles. Soyez originaux dans la forme : insérez des images, des vidéos.. Soyez rigoureux dans le code : attention à vos balises, commentez votre code. Et le plus important, créez un formulaire permettant de tester votre programme : il devra permettre le chargement d un fichier texte de données, qui sera traité pour obtenir la période et la fréquence du signal. Bonus : Générez dynamiquement avec php une image qui représente les données (diagramme en bâtons ou nuage de points). Bonus++ : Sur votre image, faites apparaitre $max, $borne_inf, les intervalles, chaque pic d amplitude.. en prenant exemple sur la présentation Geogebra.

7 A I D E D E P RO GRAMMATI O N CREATION DU TABLEAU $DONNEES $i=.; foreach($lecture as ) $t=.('-',$valeur); $donnees[$i]["temps"]=(float)..; $donnees[$i][" "]=(float) $t[1];.; //conversion de donnée grâce à float AIDE MAXIMUM $i=.;$max=0 ; foreach($lecture as ) $t=.('-',$valeur); $donnees[$i]["temps"]=(float)..; $donnees[$i][" "]=(float) $t[1]; If($max<..) $max :=...; AIDE EXTRACTION $l=.. for($i=0;$i<$l-1;$i++) if(..) $temporaire[]=array('temps'=>$donnees[$i]['temps'],'amplitude'=> ) ; EXPLICATION DU CODE Pensez juste à la présentation Geogebra et aux intervalles trouvés. Le 0.3 (condition sur le temps) est pour s assurer que l on change bien d intervalle. BOUCLE FINALE D EXPLORATION DES INTERVALLES $indice=0 ; for($k=.;$k<= ;$k++) if(.) $maximum=$temporaire[$k]['amplitude']; $temp_max=$temporaire[$k]['temps']; $maxi[$indice]['temps']=$temps_max; $maxi[$indice]['amplitude']=$maximum;..;

8 PERIODE Que représente le nombre $maxi[$i+1]['temps']-$maxi[$i]['temps']? Une petite boucle, on stocke le tout dans un tableau $periode par exemple et le tour est joué! Avec cette méthode, on peut utiliser la fonction array_sum pour le calcul de la moyenne