PRÉSENTATION DU DISPOSITIF MULTI + 01 PARTIE 1 PARTIE 2 PARTIE 3 PARTIE 4 SURTITRE.
1 IntroductionEtat de lart Partie 1 Grand volume Partie 2 Petit volume Conclusions et Perspectives...
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
PerspectivesModélisation 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
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
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 )
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Définir les niveaux de complexité
Recherche d’approches génériques
Confrontation à l’expérience
Stratégie d’analyse du problème
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Genèse du rythme respiratoire
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Recueil des unités motrices diaphragmatiques d’après Butler et al., 1999
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Cage thoracique d’après Netter et al., 1997
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Positionnement du problème sur le recueil SEMGD d’après Verin et al,. 2002
Epaisseur chape
Deux aspects à prendre en
compte:
-Large distribution des mesures
- Positionnement spécifique ,
Inhomogénéité locale (côte)
Deux niveaux d’échelles
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Deux approches sont proposées
Partie 1 : Grand volume (structure homogène)
Partie 2 : Petit volume (présence d’inhomogénéité)
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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.
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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.”
Pertinence des paramètres distance et conductivitéStimulation électrique et magnétique phrénique
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Modèle analytiqueproposé par Farina et al,.2001
Contexte de la modélisation
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Tissu adipeux
Peau
Muscle anisotrope
Fibre musculaire : lieu d’innervation
Électrodes de surface
Y Z
X
Complexité : multi couches – muscle anisotrope Simplification : volume de conduction semi infini
X=X0
Le Modèle :
Z
Air
Dépolarisation d’une fibre musculaire
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
))(( ))(cosh()1())(( ))(cosh()1(
1
2 , ,
111120 0
dhkdhkRdhkdhkRykkH
yycyyc
yk
azxvc e ya
En écrivant les équations générales de l’électrocinétique
JdivI
gradE
EJ
Correction du modèle
i (z,t) : courant transmembranaire Hvc Hele IFFT
(t) FFT
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Programmation de l’algorithme
Source de courant
Volume conducteur et le système de détection
IFFT => Signal
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
- Comparaison modèle /expérience.
Étude expérimentale : stimulation phrénique
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Signaux exploités, issus de la stimulation électrique
Paire B
Paire A Paire B/A
Paire C
(a) (b)
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Variatio
n d
e la con
du
ctivité du
p
ou
mo
n
Variation de la distance
Prépondérance distance
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
X02 =110 mm
X01 =20 mm
Paire C
Paire B
Paire C
Paire B
Notre modèle analytique
La fibre du diaphragme crural
D’après Cluzel et al : image du diaphragme à la capacité fonctionnelle résiduelle
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Simulation de données
Simulation :
σ = 0.06 S/m
Expérience :
Rapport d’atténuation :
Paire C
Paire B/A
Paire B/A
Paire C
r = 6 r = 9
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Apport du plan d’expériences
Gamme de variation de la distance [100-180 mm]
Gamme de variation de la conductivité [0.06-0.12 S/m]
Distance
(mm)
Conductivité (S/m)
Atténuation :r
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Apport du plan d’expériences
Modèle r, choix de l’optimum
- Optimum pour X0 = 125 mm et σ = 0,12 S/m
- Les valeurs des paramètres sont physiologiques.C
onductivité (S
/m)
Distance (mm)
Atténuation : r
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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
Conclusion de la partie 1
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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 ?
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Positionnement des électrodes pour le recueil du signal ?
Epaisseur chape
Espace intercostal
Positionnement sur la côte
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Etude de l’effet d’inhomogéneité (présence d’une côte)
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Proposition d’un modèle local simplifié
Vérification de la localisation du phenomène
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Signal recueilli avec deux côtes Signal recueilli avec une seule côte
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Modèle 2D avec deux côtes
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Signal recueilli avec deux côtes Signal recueilli avec une seule côte
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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 de la partie 2
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
construction d’un modèle de thorax
Exemple 2D
Vers la construction d’un modèle à partir d’imagerie 3D
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
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Introduction Etat de l’art Partie 1
Grand volume
Partie 2
Petit volume
Conclusions et
Perspectives
Travail effectué en collaboration avec :
Merci !
Jean-Pierre Caire de Grenoble INP
Jacques Bouteillon
André Eberhard
Pierre Baconnier
Fabien N’Dagijimana