Applications cliniques de l'EMG de surfacedans les pathologies neuromusculaires

Jean-Yves HogrelInstitut de Myologie

GH Pitié-Salpêtrière - 75651 PARIS Cedex 13

Analyse bibliographique

• Plus du tiers sont des articles à visées technologiques ou méthodologiques

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1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

année

nom

bre

de p

ublic

atio

ns

Génération du signal EMG

• Contraction volontaire • Stimulation

(repris de Basmajian et De Luca, 1985)

• L'EMG de surface ne peut s'affranchir des effets des tissus situés entre les sources du signal (les fibres)et les sites de détection (les électrodes)

Variables dont l'EMG est tributaire

Potentiel d'action d'unité motrice (PAUM) détecté en surface

Filtrage spatial

Vitesse de conduction sur les fibres musculaires

(moyenne et distribution statistique)

Longueur et distribution de la vague de dépolarisation

Type de fibre Circulation sanguine Mouvements ioniques

Niveau de contraction

Amplitude et forme du potentiel

d'action

Température intra-musculaire

Facteurs géométriques

Profondeur des fibres Zone d'innervationLocalisation des électrodes

pH intra-musculaire

Production H

Dissipation H

Diamètre des fibres

musculaires

++

Configuration des électrodes

Pathologies neuromusculaires

Dwell time over RMS (s)

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16

Surface

Aig

uille

R = 0.610; p<0.0001

(repris de Huppertz et al., 1997)

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

mV

-1

-0.5

0

0.5

1

mV

Détection du signal

1. Electrode aiguille2. Electrode jetable Ag/AgCl3. Electrode réutilisable Ag/AgCl4. Electrodes Laplaciennes5. Matrice d'électrodes sèches6. Electrodes barre

1

2

3

4

5

6

Territoires musculaires explorés

Membrane Cellule Unité motrice Muscle Coordination inter-musculaire

Micro-électrode

Macro-EMG

Electrode de surface conventionnelle

Matrice d'électrodes

Electrode de fibre unique

Electrode monopolaire conventionnelleDétection invasive

Détection non-invasive

EMG clinique EMG de surface "classique"

- invasif (aiguille)- douloureux- risques de contamination- destruction de fibres musculaires- mesure sélective

- non invasif- grande sensibilité aux conditions de mesure- mesure représentative mais peu sélective

EMG à haute résolution spatiale

compromis entre la sélectivité de l'aiguilleet la représentativité de l'électrode de surface classique

Caractérisation du signal

MDF = 81 Hz

MPF = 92 Hz

R2 = 0.946VCPA = 4.26 m.s-1

T

RMS = 0.360 mV

• Analyse temporelle

• Analyse spectrale

• Analyse de propagation

Pathologies neuromusculaires

• Domaine temporel:

augmentation de l'amplitude pour un niveau de force absolu (en daN)diminution de l'amplitude pour un niveau de force relatif (en %MVC)

diminution de l'efficience neuromusculaire modifications des tissus péri-et intra-musculaires

• Domaine fréquentiel:

plus de composantes haute-fréquences dans les myopathiesplus de composantes basse-fréquences dans les neuropathies

nombre d'études restreint: pas de conclusions définitives

• Modifications de la propagation:

diminution de la VCPA dans les myopathiescomportement variable dans les neuropathies

atrophie ou dénervation (sélective) des fibres musculairestroubles de la conduction

Principe de détection pour l'étude de la VCPA

Directions de propagation

Unité motrice

Zone d'innervation

+ -

-+

S1

S2

VCPA =d

T

dT

• Méthodes globales

T

• Méthodes locales

Electrodes en ligne

(repris de Farina et al., 2002)

enregistrement bipolairebiceps brachii

génération

extinction

extinction

propagation

propagation

tendon

tendon

JNM

(aimablement fourni par R Merletti)

Matrice d'électrodes haute-densité

(repris de Roeleveld et Stegeman, 2002)

(repris de Kleine et al., 2000)(repris de Zwarts et Stegeman, 2003)

Matrice d'électrodes haute-densité

(repris de Laptaki et al., 2003)

Configuration des électrodes

Monopolaire

Bipolaire

Double differentiel

Laplacien1mV

10 ms

+1

-1

+1

-1

+1

-2

+1

+1

+1

-4

+1

+1

Pathologies neuromusculaires

(repris de Huppertz et al., 1997)

• Valeur diagnostic équivalente de l’EMG à haute résolution spatiale et de l’EMG à l’aiguille

Vitesse de conduction des potentiels d'action

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Controls Duchenne Myotonicdystrophy

Familialhypokalemic

periodicparalysis

McArdle SLA

VC

PA

(m

/s)

Vitesse de conduction des potentiels d'action

0 20 40 60 80 0 1 2 3 4 5

Duchenne

Normal

VCPA des fibres musculaires (m/s)

repris de Cruz Martinez et Lopez Terradas, 1990repris de Watkins et Cullen, 1985

Diamètre des fibres musculaires (m)

Estimation de distributions de VCPA

1 2 3 4 5 6VCPA (m/s)

1 2 3 4 5 6VCPA (m/s)

VCPA=3.54 ±0.37 m.s-1 VCPA=2.17 ±0.13 m.s-1 VCPA=3.01 ±0.20 m.s-1

10 ms1 mV

sujet sain dystrophie musculaire canal carpien sévère

1 2 3 4 5 6VCPA (m/s)

contraction paramaximaleabductor pollicis brevisélectrodes Laplaciennes3 voies

Applications cliniques

(repris de Zwarts et al., 2000)

Pathologies neuromusculaires

(repris de Drost et al., 2001)

• paralysie périodiquedans la myotonie généralisée

blocage de la conductionle long des fibres musculaires

patient sujet contrôle

Conclusions et perspectives

• L'EMG de surface ne peut s'affranchir des effets des tissus situés entre les sources du signalet leurs sites de détection

• La configuration des électrodes détermine les propriétés du signal et les analyses qui vontpouvoir en être faites

• La qualité du signal conditionne celle de son analyse

• L'EMG de surface est un outil complémentaire à l'EMG invasif

Fibre musculaire Unité motrice Muscle

Electrode aiguille

EMG de surface multi-électrodes

• Activités spontanées• Activités d'insertion• Transmission neuromusculaire

• Densité de fibres• Activités polyphasiques

• Taille• Nombre• Patron de recrutement

• Morphologie• Type I, II• Fatigue

• Homogénéité fonctionnelle • Morphologie• Propriétés membranaires• Fatigue

Conclusions et perspectives

• L'EMG de surface est répétable sans contraintes pour le patient et l’équipe médicale

• Le développement d’indicateurs robustes pour le suivi des patients est pertinent etopportun (évaluation des effets de thérapies)

amplitude du signal en contraction volontaire (en relation avec la force)VCPA (diamètre des fibres et propriétés membranaires)paramètres des potentiels d’action des unités motrices paramètres de la réponse motriceindices de fatigabilité

• Les améliorations technologiques et méthodologiques sont encore nombreuses(reproductibilité des mesures, décomposition du signal…)

• Utilisations spécifiques et non généralistes

• Implication d'un support industriel

Développements futurs...

(repris de Stegeman, 2004)