Soutenance mémoire
Introduction
L’électromyogramme (EMG) est un signal physiologique de nature électrique qui peut être recueilli sur le corps humain (muscles) au moyen d’électrodes appropriées : capteurs de surface (simplement posés sur le muscle observé) ou de profondeur (aiguilles disposant de deux capteurs ou plus à son extrémité). Ce fameux signal présente une variabilité aléatoire en fonction de plusieurs paramètres: l’âge, le sexe, la taille du muscle et l’état physiopathologique du sujet.
Le traitement numérique dont bénéficie ce signal, permet de mettre à la disposition du médecin des informations qui aident ce dernier à établir un diagnostic rapide [63].
Parmi les techniques de traitement des signaux électromyogrammes (EMGs) les plus anciennes et qui ont été largement utilisées pour faciliter son analyse et extraire les paramètres pertinentes, dans le domaine temporel on trouve :
Un électromyogramme rectifié [Figure III.1]
Cette étape consiste à rendre positive les différences potentielles négatives (obtenues par les électrodes) en conservant leur amplitudes, et en calculant la valeur absolus du signal EMG brute. Sachant que la plupart des potentiels biologiques ont un aspect presque symétrique par rapport à la ligne de base, et par conséquence si on veut intégrer un signal non rectifié sur un temps relativement long on aura des valeurs qui tendent vers le zéro (des valeurs faibles). Donc la rectification du signal EMG nous aide pour l’intégration.
Un électromyogramme moyen (ou intégré) sur un intervalle de temps
Pour quantifier le niveau moyen d’excitation sur un intervalle de temps fixé, on utilise souvent la moyenne (ou l’intégration) du signal EMG rectifié [13] .
Un électromyogramme lissé
EMG lissé représente l’enveloppe du signal redressé (rectifié), obtenu a l’aide d’un filtrage passe bas comme une phase de prétraitement afin d’éliminer les bruit de haut fréquences. [Figure III.2] .Cet outil peut permettre d’obtenir des résultats utiles pour l’analyse, comme il fournit une agréable visualisation des périodes d’activation du muscle (meilleure détection du début et de la fin d’une bouffée).
Moyenne quadratique de l’EMG sur un intervalle de temps (Root Mean Square, RMS)
La plupart du temps, le signal EMG est quantifié dans le domaine temporel au moyen de sa moyenne quadratique (RMS), qui représente l’amplitude du signal EMG sur un intervalle de temps donné :
Etude énergétique du signal
Dans la littérature diverses approches peuvent être trouvées pour extraire des paramètres qui seront utiles dans le diagnostic des différents cas pathologiques. Il existe plusieurs méthodes pour extraire ces paramètres comme le calcul du carré du signal ou de la valeur absolue, voir l’équation (III.2) et (III.3).
La valeur absolue donne le même poids à tous les échantillons sans tenir compte de leur valeur ou intensité. Par contre, l’énergie (carré) change la mesure par l’accentuation des hautes intensités par rapport aux faibles intensités.
Deux autres approches peuvent être utilisées, sont l’entropie et l’énergie de Shannon [13], voir l’équation (III.4) et (III.5). Ces approches donnent le plus grand poids aux intensités moyennes du signal, par conséquent, le bruit de faible intensité et les perturbations de hautes intensités seront atténués.
Les représentations énergétiques du signal EMG illustrées sur la Figure III.4 (a, b, c, d et e) mettent en évidence l’intérêt de l’énergie de Shannon.
Selon cette figure [Figure III.4] nous pouvons constater que seule l’entropie de Shannon et l’énergie de Shannon permettent d’amortir l’ampleur des oscillations de haute intensité [60]. Le carré et la valeur absolue des échantillons favorisent d’autant plus les oscillations de grandes amplitudes. La forme de la courbe d’énergie de Shannon favorise les faibles oscillations. On peut constater aussi que l’enveloppe obtenue à travers l’énergie de Shannon est la plus adéquate pour le traitement du signal électromyogramme puisqu’elle permet de mieux représenter les oscillations de faibles amplitudes en évitant leurs exténuations au profit de celles de valeurs plus élevées.
L’objectif fondamental fixé derrière ce projet « Analyse spectro-temporelle des signaux électromyogrammes (EMGs) » et d’utiliser une nouvelle base de données concerne les signaux électromyogrammes EMGs.
Dans se sens, l’EMGLAB [66], qui est un laboratoire de recherche situé au Centre des sciences de santé a l’hôpital Universitaire London, élabore chaque année plus de 3000 examens ambulatoire EMG avec une durée des tests environ de 4 semaines. Les consultations complètes sont considérées en moyenne dans les 10 semaines.
La base de données utilisée est constituée de 20 enregistrements électromyogrammes EMGs sous forme de fichiers audio (.wav), donné par [Table III.1] ci-dessous. Ces enregistrements sont des signaux EMGs normaux, des quatre différents muscles : jambier antérieur ou muscle tibial antérieur (JA), biceps brachial
(BB), Brachioradial (BD) et du premier muscle interosseux dorsal (ID). Ils ont été enregistrés par différents types d’électrodes d’aiguille, et échantillonnées avec une fréquence de 44.1 KHz.
En effet, les neufs premiers enregistrements du premier type musculaire : jambier antérieur ou muscle tibial antérieur (JA), ont été enregistrés par deux fils fins mono- polaire et une électrode d’aiguille monopolaire inséré à la même profondeur en un point 0,5 cm des fils. Il s’agit des signaux multicanaux avec contraction isométrique modérées.
Les sept enregistrements suivants sont des signaux du deuxième type musculaire : biceps brachial (BB) d’un sujet normal. Ils ont été enregistrés par deux différents types d’électrodes (Aiguille monopolaire et Deux paires d’électrodes de fil fin).
Les premiers enregistrements (BB1, BB2, BB3, BB4, BB5), sont des enregistrements monocanal avec des contractions isométriques faible.
Pour les deux derniers cas (BB6, BB7), deux paires d’électrodes de fil fin ont été insérés par un médecin dans le bon Biceps Brachial. L’insertion était d’environ 10 mm de profondeur. Chaque paire séparée par 10 à 15 mm, avec des trajectoires orientées perpendiculairement à la surface de la peau. L’électrode de référence a été placée au-dessus de l’os du cubitus proche du poignet.
L’enregistrement du troisième type musculaire, représente un signal EMG multi-canal (BR) des muscles Brachioradial d’un sujet normal. Il a été enregistré simultanément à partir de trois ou quatre paires d’électrodes en fil fin et une électrode à aiguille insérée à différents endroits le long de l’axe proximo-distal du muscle pendant 20 s. Les électrodes ont été insérées presque à la même profondeur, avec des longueurs des surfaces ≈ 0,5 mm. Ainsi chaque fils de chaque paire sont séparées d’environ 2 mm, et les paires sont séparées l’une de l’autre, et à partir de l’aiguille, par des distances allant de 10 à 100 mm.
Les trois derniers cas (ID1, ID2 et ID3) sont des signaux EMGs à quatre voies du premier muscle interosseux dorsal (FID). Ils ont été enregistrés pendant la contraction trapézoïdale du muscle.
N.B : La représentation temporelle de différents cas est représentée dans l’annexe .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Aspect Médical
I.1- Introduction
I.2- Revue bibliographique
I.2.1-Les types de muscle
I.2.2-Anatomie du muscle squelettique
I.2.2.1- Les types des fibres musculaires
I.2.2.2- Différents muscles du corps humain
I.2.3-Unite motrice
I.2.4-La contraction musculaire
I.3- Phénomène électrique de la contraction musculaire
I.3.1- Potentiel d’action (PA)
I.3.2- Potentiel d’action d’une unité motrice (PAUM)
I.4-L’électromyographie et électromyogramme
I.4.1- L’électromyogramme d’un sujet normal
I.4.2 – Electromyographe (Appareillage)
I.4.2.1- Les électrodes
I.4.2.1.1- Electrodes-aiguilles
I.4.2.2.2- Electrodes de surface
I.4.2.2- Amplification
I.4.2.3- Stimulateurs
I.4.2.4- Filtrage du signal EMG
I.5- Les pathologies
I.6- Conclusion
Chapitre II : Outils théoriques de l’analyse spectro-temporelle
II.1 Introduction
II.2- Classification des signaux
II.3-La transformée de Fourier (FFT)
II.4- Analyse temps-fréquence
II.4.1-Transformée de Fourier avec fenêtre (T.F.C.T)
II.4. 2- La distribution de Wigner-ville
II.5- La transformée en ondelette (TO)
II.6- Conclusion
Chapitre III : Analyse des signaux électromyogrammes (EMGs)
III.1- Introduction
III.1.1- Un électromyogramme rectifié
III.1.2-Un électromyogramme moyen (ou intégré) sur un intervalle de temps
III.1.3-Un électromyogramme lissé
III.1.4-Moyenne quadratique de l’EMG sur un intervalle de temps (Root Mean Square, RMS)
III.2- Etude énergitique du signal
III.3-Une description générale sur EMGLAB et la basse de données
III.4-Analyse des signaux normaux
III.4.1-Paramètres d’ analyse temporelle des signaux EMGs
III.4.1.1-Premier paramètre d’analyse
III.4.1.2-Deuxième paramètre d’analyse
III.4.1.3-Le troisième paramètre d’analyse
III.4.1.4-Le quatriéme paramètre d’analyse :Root Mean Square (RMS)
III.4.1.5- Cinquième et le sixième paramètre d’analyse :« la valeur absolue de la moyenne(Mean)et l’écart type (std)
III.4.2-Analyse fréquentielle des signaux EMGs par application de la transformée de fourier(TF)
III.4.3-Paramètre d’analyse fréquentiel des signaux EMGs
III.5- Discusion des résultat obtenue (Table .III .2 et Table .III.3)
III.6-Analyse des signaux EMGs pathologiques
III.6.1- Paramétres temporels d’analyse des signaux EMG pathologique
III.6.2-Analyse fréquentiel des signaux EMG pathologiques
III.6.3-Paramètres fréquentiels d’analyse des signaux EMGs pathologiques
III.7-Analyse spectro-temporelle des signaux EMGs
III.8-Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe
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