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Acquisition, traitement et analyse des signaux de l hi polysomnographie. MEDATE

Acquisition, traitement et analyse des signaux de l hi polysomnographie. MEDATEC France • Un examen de polysomnographie enregistre de nombreux signaux : - signaux électrophysiologiques : EEG, EOG, EMG, ECG - des signaux respiratoires : flux, efforts, des signaux respiratoires : flux, efforts, ronflement, saturation, position … Les signaux électrophysiologiques • EEG, EOG, EMG, ECG • Leur acquisition nécessite une chaîne de mesure CHAINE DE MESURE • Une chaine de mesure électrophysiologique d comprendra : - un capteur ou transducteur (électrode) p ( ) - Une amplification Un système de mise en forme (filtrage en - Un système de mise en forme (filtrage en particulier) U è d di i li i d - Un système de digitalisation et de visualisation CAPTEURS • Si tous ces dispositifs ont leur importance, il en est un, souvent négligé, sur lequel repose toute la qualité de l’information recueillie : q le capteur et son interface avec le corps humain humain. CAPTEURS • La mesure des potentiels électro- physiologiques passe nécessairement par la transduction d’un courant ionique (surtout q ( Na+ et Cl-) en courant électronique. L’élément transducteur s’appelle une L élément transducteur s appelle une électrode. CAPTEURS • Le fonctionnement de cette électrode s’explique d i i d’él hi i par des principes d’électrochimie: Tout conducteur métallique M plongé dans une solution qui contient des ions Mn+ du même métal q est le siège d’une réaction chimique qui s’équilibre pour un potentiel E entre l’électrode et q p p la solution, défini par l’équation de Nernst : CAPTEURS • E=E0 + (RT* log A(Mn+))/nF avec : - Eo potentiel de demi cellule caractéristique de l’interface considéré et donné dans les tables d’électrochimie (ex Ag/AG+ : 0 799V) Ag/AG+ : 0,799V) - R constante des gaz parfaits - T température absolue (°K) T température absolue ( K) - N valence de l’ion - F nombre de Faraday - A(M+) activité de l’ion égale à la concentration pour les solutions diluées CAPTEURS • Les potentiels générés entre une électrode et un électrolyte sont parfaitement stables à température constante si les couches p ioniques qui entourent l’électrode ne sont pas perturbées Si ces couches sont détruites pas perturbées. Si ces couches sont détruites mécaniquement le potentiel peut changer d’ iè lé t i j ’à d’une manière aléatoire jusqu’à ce que l’équilibre soit de nouveau atteint. CAPTEURS Dans un système qui mesure des potentiels compris entre quelques dizaines de µv et compris entre quelques dizaines de µv et quelques mV, une telle perturbation qui peut être de l’ordre du Volt rend la mesure peut être de l’ordre du Volt, rend la mesure impossible (artefacts de mouvement) CAPTEURS • Dans le cas d’une mesure entre deux électrodes strictement identiques, les deux potentiels d’électrodes opposés se p pp compensent et le résultat est nul sur la mesure Par contre si une dissymétrie existe mesure. Par contre si une dissymétrie existe la mesure en sera affectée. CAPTEURS • Si cette électrode est connectée à un système de é l i i mesure et traversée par un courant, celui-ci va modifier le potentiel d’équilibre selon un hé è l lé POLARISATION phénomène complexe appelé : POLARISATION. • Pour l’utilisateur ce phénomène conduit à des variations dans les mesures réalisées à partir d’un même potentiel physiologique. Les constructeurs se sont particulièrement attachés à réduire cette polarisation. CAPTEURS • L’électrode la plus répandue est constituée d’une plaque d’argent recouverte d’un film de chlorure d’argent appelée communément g pp électrode Ag/AgCl. Cette électrode possède l’avantage d’être très peu polarisable l avantage d être très peu polarisable. CAPTEURS • Il est important de rappeler que le choix des électrodes doit être effectué de façon rationnelle. Si les recommandations d’utilisation et de mise en place ne sont pas respectées la mesure effectuée pourra être respectées, la mesure effectuée pourra être de très mauvaise qualité (présence de bruit ti li ) en particulier) CAPTEURS • Si l’électrode de mesure doit avoir une impédance faible (quelques KOhms) il est important également que l’impédance p g q p d’entrée de l’amplificateur soit maximum. Cela permet de minimiser les courants qui Cela permet de minimiser les courants qui circulent et de conserver pour la mesure la f d t ti l é l forme du potentiel réel. CAPTEURS • On parle pour l’acquisition de signaux électrophysiologiques d’impédance et non pas de résistance car les signaux sont de p g type alternatifs et non pas continus. L’impédance varie en fonction de la L impédance varie en fonction de la fréquence. Il est courant de mesurer l’i éd à f é d 15 H l’impédance à une fréquence de 15 Hz CAPTEURS • Pour mesurer l’impédance on envoie un faible courant de 15 Hz par une électrode (la terre par exemple) et on récupère un ( p p ) p signal au niveau des électrodes actives. L’atténuation du signal est alors L atténuation du signal est alors proportionnelle à l’impédance AMPLIFICATION • Les signaux mesurés sont très petits de l’ordre de quelques microvolts à quelques l ordre de quelques microvolts à quelques centaines de microvolts. Il faut donc les amplifier fortement avant de pouvoir les amplifier fortement avant de pouvoir les travailler. Amplification Schéma classique d’une chaine Schéma classique d une chaine d’amplification AMPLIFICATION Amplification Il convient de distinguer les montages Il convient de distinguer les montages bipolaires et référentiels (monopolaires) AMPLIFICATION • Les EEG sont classiquement acquis en montage référentiel • Les EOG peuvent être acquis en bipolaire Les EOG peuvent être acquis en bipolaire (un seul canal) ou en référentiel (2 canaux) i j bi i • Les EMG mentonnier et jambier sont acquis en bipolaire • L’ECG est acquis en bipolaire. AMPLIFICATION FILTRAGE • Le signal électrophysiologique est soumis à l’action d’un filtrage, Celui-ci précise les fréquences du tracé original destiné à q g l’analyse qualitative et quantitative. FILTRAGE • Le filtrage a son importance : Il limite l’analyse aux seuils grapho éléments que - Il limite l analyse aux seuils grapho éléments que l’utilisateur jugera comme significatifs pour l’examen envisagé. Il soulagera par là même le g g p travail de l’ordinateur lors des traitements ultérieurs. - Il participe à l'élimination de grapho éléments indésirables (lents ou rapides) en particulier indésirables (lents ou rapides) en particulier d’origine artéfactielle FILTRAGE • Filtrage et fréquence d’échantillonnage sont liés. Il ne sert à rien d’avoir une fréquence élevée si le signal est filtré fortement. g FILTRAGE • Le filtrage peut être obtenu par : - Méthode électronique : composants électroniques d l d’ i i i D l fil de la carte d’acquisition. Dans ce cas le filtrage est définitif. Mé h d hé i ’ l l i i l - Méthode mathématique : c’est le logiciel informatique qui filtre le signal. Les filtres peuvent être modifiés ou enlevés lors de la peuvent être modifiés ou enlevés lors de la relecture. FILTRAGE FILTRAGE • Filtrer un signal = en enlever une partie (qui ne nous intéresse pas) g p (q p ) • En polysomnographie, tous les signaux sont filtrés pour les rendre lisibles. • Filtres courants : passe-bas, passe-haut et ‘notch’ • Passe-bas : enlève les variations rapides d’un signal P h t lè l i ti l t d’ i l Passe-haut : enlève les variations lentes d’un signal Notch (ou ‘secteur’): élimine une fréquence particulière (interférences 50Hz secteur) • Un filtre a une fréquence de coupure Fc au dessus/en dessous/à laquelle il élimine Un filtre a une fréquence de coupure Fc au dessus/en dessous/à laquelle il élimine • Parfois le mot CONSTANTE DE TEMPS est utilisé ; identique à un filtre passe-haut, sauf pour les unités utilisées : p TC (en s) = 1 / ( 2 * PI * Fc ) (en Hz) ‘1 ’ l i i if ‘0 16 H ’ ‘1 s’ est plus intuitif que ‘0.16 Hz’ FILTRAGE • Les valeurs de filtre classique pour sont : Electroniques Electroniques - Filtre secteur : 50 ou 60 Hz - Filtre secteur : 50 ou 60 Hz - Filtre passe bas : 100, 70 Hz - Filtre passe haut : DC, 0.16Hz, 0,5Hz Filtre passe haut : DC, 0.16Hz, 0,5Hz Numérique q - Passe haut : 30, 40 Hz - Passe bas : 0,3, 0,1 Hz FILTRAGE • Le filtre passe haut et le filtre passe bas • Le filtre passe haut et le filtre passe bas détermine la bande passante exprimée en Hertz. FILTRAGE • La coupure basse permet d’améliorer la stabilité de la ligne de base en éliminant les très basses fréquences Elle doit de base en éliminant les très basses fréquences. Elle doit être de l’ordre de quelques centièmes à quelques dixièmes de Hertz. Elle est souvent exprimé en secondes. Sous cette f ll t d it l t é i t à l li forme elle traduit le temps nécessaire au retour à la ligne de base après une saturation du signal d’entrée (en fait temps compris entre 90% et 10% de l’excursion maximale) p p ) Plus cette uploads/Philosophie/ medatec-signal.pdf