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Applications cliniques de l'EMG de surfacedans les pathologies neuromusculaires
Jean-Yves HogrelInstitut de Myologie
GH Pitié-Salpêtrière - 75651 PARIS Cedex 13
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Analyse bibliographique
• Plus du tiers sont des articles à visées technologiques ou méthodologiques
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300
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
année
nom
bre
de p
ublic
atio
ns
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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Matrice d'électrodes haute-densité
(repris de Roeleveld et Stegeman, 2002)
(repris de Kleine et al., 2000)(repris de Zwarts et Stegeman, 2003)
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Matrice d'électrodes haute-densité
(repris de Laptaki et al., 2003)
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Configuration des électrodes
Monopolaire
Bipolaire
Double differentiel
Laplacien1mV
10 ms
+1
-1
+1
-1
+1
-2
+1
+1
+1
-4
+1
+1
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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
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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)
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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)
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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
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Applications cliniques
(repris de Zwarts et al., 2000)
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Pathologies neuromusculaires
(repris de Drost et al., 2001)
• paralysie périodiquedans la myotonie généralisée
blocage de la conductionle long des fibres musculaires
patient sujet contrôle
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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
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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
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Développements futurs...
(repris de Stegeman, 2004)