Detection invasive des signaux emg : électrode intramusculaire

Aspect médical

Notre vie, notre morphologie, notre mobilité (par exemple : Marcher, courir, sauter ou lancer un ballon), tous nos gestes et capacités physiques sont liées à notre constitution musculaire. La musculature est donc un élément indispensable à nos besoins quotidiens. Alors dans notre travail nous intéressons à étudier le système musculaire, car il est très importante pour bien comprendre le fonctionnement des mouvements des muscles et la naissance du signal électromyogramme EMG. L’électromyogramme (EMG) est une aide importante dans la pratique de la neurochirurgie, l’orthopédie et la neurologie. Cette aide a contribué aux études sur les phénomènes de faiblesse, fatigue, et paralysie musculaires, ainsi que les vitesses de conduction nerveuse, les lésions des unités motrices (UM) ou neuro-génétique et des problèmes myogéniques [1] . Anatomie et physiologie musculaire Le mot muscle vient du mot latin « MUSCULUS » qui signifie (petite souris). Les muscles peuvent être considérés comme les « moteurs » de l’organisme. [2].

Le muscle est un tissu du corps composé des longues cellules spécialisées regroupées en faisceaux capable de contractions et de décontractions permettant de produire un mouvement ; Ils participent à diverses fonctions essentielles à la vie de l’organisme (respiration, digestion…) Forme Classiquement, le muscle est décrit par un corps ou ventre qui est contractile et de une ou plusieurs extrémités tendineuses qui sont plus fines et surtout plus résistantes. Ces extrémités sont alors nommées tendons (figure I-1). Elles peuvent être plus larges et sont alors nommées aponévroses. La disposition du ventre et des tendons permet de classer les muscles selon leurs formes [3]. Figure I-1 La forme générale de muscle [2] Le nombre de points d’insertion d’un muscle peut aussi être un critère (par exemple, les biceps en ont 2, les triceps 3 et les quadriceps 4) (figure I- 2) Types de muscles On distingue 3 types de tissu musculaire : squelettique, lisse ou viscéral et cardiaque. Ces différents types de muscles diffèrent par leurs structures de leurs cellules, leurs situations dans le corps et leurs fonctions (figureI-3) [1]. Les muscles lisses ou viscère Se situe dans la paroi des organes creux du corps comme l’estomac, la vessie et les organes des voies respiratoires, les vaisseaux sanguins, intestins, les appareils urinaires et génitaux utérus…).Innervés par le système nerveux autonome, Leur contraction est involontaire mais dure plus longtemps (figure I-4) . Le muscle cardiaque : (myocarde) Le muscle cardiaque est un muscle creux constitué de myocytes de contraction involontaire Il assure les contractions et les relaxations rythmiques et continues du coeur (figure I-5).

L’état de l’art (Un peu d’historique)

C’est l’italien Francesco Redi (1626-1698) qui fût le premier en 1666 a montré que le muscle peut générer de l’électricité [11]. En 1773, Walsh avait été en mesure de démontrer clairement que le tissu musculaire pourrait générer Une étincelle d’électricité [12]. Plus tard en 1790, Galvani a obtenu une preuve directe qu’il existe une relation entre la contraction des muscles et de l’électricité au cours d’une série d’études sur les muscles de la grenouille Par l’utilisation des premiers galvanomètres [13]. Carlo Matteucci a prouvé en 1838 que les courants électriques sont générés par les muscles pendant leur contraction [13]. L’étude de la fonction du muscle à l’aide de l’activité électrique qui accompagne la contraction du muscle est devenue une discipline appelée électromyographie. Les signaux liés à cette activité sont appelés signaux électromyographie. Au début du 19ème siècle, les études de l’activité électrique des muscles sont devenues fréquentes. Il a été connu par le travail de H. Piper (1912), que les contenus du signal EMG aussi bien l’amplitude que la fréquence change durant une contraction musculaire soutenue en cas de fatigue [14]. En 1922, H. Gasser S. et J. Erlanger ont utilisé l’oscilloscope pour observer la morphologie du signal EMG. Ce travail leur a permis de remporter le prix Nobel de la médecine en 1944 [15].

Hodgkin et Huxley en 1950 ont trouvé que, durant la réaction du potentiel d’action, la polarité du potentiel de la membrane s’inverse brièvement et atteint une valeur pic de +40 /+50 mV avant de retomber à sa valeur de repos d’environ -70/-90 mV [16] Blanc YOL en 1994 , il a étudié Apport de l’EMG cinésiologique dans l’analyse de la marche de l’enfant, il a trouvé que le muscle en repos ne produit pas un EMG, et que analyse de mouvements et une modalités particulières de détection [17] Plus récent ,en 2010 zuber à développer un circuit EMG de détection de mouvement de pieds à partir de signal EMG du muscle quadriceps , Les résultats d’une analyse expérimentale basée sur cinq sujets ont montré que le signal de sortie du circuit EMG délivrait avec succès la sortie de tension requise pour la prochaine étape d’analyse [18] En 2012 , zahak et all , Les scientifiques travaillant sur les prothèses du membre supérieur et inferieur définissent leur objectif dans ce domaine basant sur le signal EMG pour avoir la flexion des membres artificielles [19] Les travaux relatifs aux techniques EMG ne peuvent pas être tous cités dans ce mémoire. La technologie liée à l’informatique et les nouvelles méthodes utilisées en traitement du signal ont toutes contribué à la progression de l’électromyographie connue de nos jours.

Conclusion générale

Dans notre projet de fin d’études, nous avons étudié et réalisé un dispositif permettant la détection de mouvement des pieds à travers le signal Electromyogramme (EMG) de surface. Nous avons abordé notre PFE par une étude théorique sur l’anatomie et la physiologie des muscles. Cette étude a été suivie par une autre sur les différents circuits pouvant être exploités dans la réalisation de ce dispositif. Basant sur cette étude, une réalisation pratique a été faite. Le circuit réalisé contient un étage d’amplificateur, un étage de filtrage, un étage d’offset et un autre étage de conversion analogique numérique basé sur la carte Arduino. Un algorithme de détection d’enveloppe a été aussi développé. Les résultats obtenus sont très satisfaisants. Ce PFE, nous a permet d’appliquer les notions que nous avons vues durant notre cursus universitaire et de les exploité afin de réaliser un circuit fonctionnel. Nous envisageons comme perspectives la transmission sans fils, la neurostimulation, l’application sur smartphone , l’amélioration de l’interface d’acquisition par l’ajout de programmes qui permettront par exemple l’aide au diagnostic en utilisant les outils de classification ou l’acquisition en temps réel.