Mod lisation de l att nuation du signal emg diaphragmatique de surface
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Modélisation de l’Atténuation du signal EMG Diaphragmatique de Surface PowerPoint PPT Presentation


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Modélisation de l’Atténuation du signal EMG Diaphragmatique de Surface. Cheick-S. Konté Sous la direction des professeurs Pierre-Yves Gumery et Hervé Roux-Buisson. École doctorale : Ingénierie pour la Santé, la Cognition et l’Environnement. Plan global. I . Introduction

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Modélisation de l’Atténuation du signal EMG Diaphragmatique de Surface

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Presentation Transcript


Modélisation de l’Atténuation du signal EMG Diaphragmatique de Surface

Cheick-S. Konté

Sous la direction des professeurs

Pierre-Yves Gumery et Hervé Roux-Buisson

École doctorale : Ingénierie pour la Santé, la Cognition et l’Environnement


Plan global

I . Introduction

II . Etat de l’art :

  • Genèse du rythme respiratoire

  • Recueil du signal EMG diaphragmatique de surface (SEMGD) et ses difficultés

    III . Modélisation aspect grand volume

    IV . Modélisation aspect petit volume

    V . Conclusions et perspectives


Contexte et objectif scientifiques du travail

  • Modèle pour la validation des méthodes de recueil des signaux diaphragmatiques de surface.

    • Difficulté du recueil ( Rapport Signal Bruit)

    • Nouvelles techniques multi capteurs ( réseau d’électrodes).

  • Evaluer l’atténuation du signal diaphragmatique (structure inhomogène )


Stratégie d’analyse du problème

  • Définir les niveaux de complexité

  • Recherche d’approches génériques

  • Confrontation à l’expérience


Genèse du rythme respiratoire


Recueil des unités motrices diaphragmatiques d’après Butler et al., 1999


Cage thoracique d’après Netter et al., 1997


Positionnement du problème sur le recueil SEMGD d’après Verin et al,. 2002

  • Deux aspects à prendre en compte:

  • Large distribution des mesures

  • - Positionnement spécifique ,

  • Inhomogénéité locale (côte)

Epaisseur chape

Deux niveaux d’échelles


Deux approches sont proposées

Partie 1 : Grand volume (structure homogène)

Partie 2 : Petit volume (présence d’inhomogénéité)


Partie 1 : grand volume

Stratégie :

- recherche des paramètres d’influence à prendre en compte,

- confrontation du modèle à l’expérience

Moyens : se baser sur la littérature pour trouver des études expérimentales.

EMG œsophagien + Stimulation phrénique électrique.


Pertinence des paramètres distance et conductivité

Stimulation électrique et magnétique phrénique

Y.M. Luo et al Effect of lung volume on the oesophageal diaphragm EMG assessed by magnetic phrenic nerve stimulation. Eur Respir J 2000;

“…the diaphragm compound muscle action potential recorded from an oesophageal electrode just above the diaphragm is relatively stable over the lung volume range residual volume to functional residual capacity+2.0 L.”

“… the influence of lung volume on the esophageal diaphragm compound muscle action potential is affected by the recording electrode position.”

Grassino AE & al. “Influence of lung volume and electrode position on electromyography of the diaphragm”. J Appl Physiol 1976

“…the average peak-to-peak deflection of the potentials recorded at different lung volumes was practically unchanged.”


Modèle analytiqueproposé par Farina et al,.2001

Contexte de la modélisation


Y

Z

X

Électrodes de surface

Peau

Tissu adipeux

Muscle anisotrope

Fibre musculaire : lieu d’innervation

Le Modèle :

Complexité : multi couches – muscle anisotrope

Simplification : volume de conduction semi infini

Air

X=X0

Z

Dépolarisation d’une fibre musculaire


i (z,t) : courant transmembranaire

 (t)

FFT

Hvc

Hele

IFFT

Correction du modèle

En écrivant les équations générales de l’électrocinétique


Programmation de l’algorithme

Volume conducteur et le

système de détection

Source de courant

IFFT => Signal


- Comparaison modèle /expérience.

Étudeexpérimentale : stimulation phrénique


Signaux exploités, issus de la stimulation électrique

Paire C

Paire B

Paire B/A

Paire A

(b)

(a)


Variation de la distance

Variation de la conductivité du poumon

Prépondérance

distance


Paire C

Paire C

X02 =110 mm

X01 =20 mm

Paire B

Paire B

La fibre du diaphragme crural

D’après Cluzel et al : image du diaphragme à la capacité fonctionnelle résiduelle

Notre modèle analytique


Paire C

Paire B/A

Paire C

Paire B/A

Simulation de données

Expérience :

r = 9

Simulation :

σ = 0.06 S/m

r = 6

Rapport d’atténuation :


Apport du plan d’expériences

Atténuation :r

Distance (mm)

Conductivité (S/m)

Gamme de variation de la distance [100-180 mm]

Gamme de variation de la conductivité [0.06-0.12 S/m]


Apport du plan d’expériences

Modèle r, choix de l’optimum

Atténuation : r

Conductivité (S/m)

Distance (mm)

  • Optimum pour X0 = 125 mm et σ = 0,12 S/m

  • Les valeurs des paramètres sont physiologiques.


Conclusion de la partie 1

  • Compte tenu de la simplification faite dans la description de la cage thoracique et les limites du modèle analytique, la différence entre résultat expérimental et résultat simulé n’est pas surprenante :

  • Les optimums étant dans la gamme possible pour les deux paramètres, nous pouvons dire que du point physiologique, ces valeurs des paramètres concordent.

  • L’étude de la sensibilité aux paramètres nous permet de confirmer que la conductivité influe très peu et que seul l’effet distance est important.

  • Validation d’un modèle restreint au poumon


Approche petit volume

  • estimation de l’influence de la côte

  • est-il nécessaire de modéliser toute la cage thoracique ?

  • faut-il un modèle à 2D ou 3D ?


Positionnement des électrodes pour le recueil du signal ?

Espace intercostal

Positionnement sur la côte

Epaisseur chape


Etude de l’effet d’inhomogéneité (présence d’une côte)


Proposition d’un modèle local simplifié

Vérification de la localisation du phenomène


Signal recueilli avec deux côtes

Signal recueilli avec une seule côte


Modèle 2D avec deux côtes


Signal recueilli avec deux côtes

Signal recueilli avec une seule côte


Conclusion de la partie 2

  • L’approche réductrice en 2D démontre une influence non négligeable de la côte

  • Nécessité d’élaborer un modèle 3D pour quantifier l’effet d’atténuation


Conclusion globale

  • Deux approches différentes

  • En grand volume la démarche analytique garde tout son sens

  • Nécessité de prendre en compte des inhomogénéités plus complexes à décrire

  • qui justifie l’emploi de la FEM

  • Ce travail à suivi l’évolution de la littérature

  • Nécessité de prendre en compte une structure anatomique proche de la réalité

  • les perspectives sont portées par l’utilisation de la FEM


construction d’un modèle de thorax

Exemple 2D

Vers la construction d’un modèle à partir d’imagerie 3D


Travail effectué en collaboration avec :

Jean-Pierre Caire de Grenoble INP

Jacques Bouteillon

André Eberhard

Pierre Baconnier

Fabien N’Dagijimana

Merci !


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