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Projet de fin d`étude

1. jection systolique Kubicek et Sramek Bernstein ainsi qu une troisi me n ayant notre connaissance jamais t utilis e La valeur standard du SV d pend du patient Pour essayer de le normaliser on peut rapporter cette valeur la surface corporelle du patient et ainsi obtenir l index systolique Stroke Index SI donn par la formule suivante SV SI BSA 38 La valeur normale du SI est consid r e comme se trouvant entre 35 et 65 mL m 44 H Le volume ventriculaire a la fin de la diastole End Diastolic Volume EDV La fraction d jection repr sente la partie du volume du ventricule gauche la fin de la diastole qui est ject pendant la systole De plus cette fraction du volume correspond au volume d jection systolique On obtient donc la formule SV EDV x EF 39 EDV 40 oe 40 23 e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance La valeur du EDV est obtenue en mL et d pend du patient comme la valeur de SV I Le d bit cardiaque Cardiac Output CO Le d bit cardiaque est en g n ral le principal indice recherch lorsqu on utilise ICG Il s agit du volume de sang quittant le c ur chaque minute Il se calcule de la mani re suivante 44 CO SV x HR 41 avec HR fr quence cardiaque Heart Rate en min Le d bit cardiaque est donn en L min On consid re sa valeur normale comme tant d environ
2. n est pas connue Des tudes sont men es sur cette origine en partant du principe que le manque de reproductibilit des r sultats notamment chez des sujets malades est d des erreurs sur les hypoth ses de d part concernant l origine du signal voir le chapitre III de cette partie IL Les signaux ICG A Le signal AZ t Comme nous l avons vu pr c demment l aide d au minimum deux lectrodes g n ralement quatre sont utilis es comme en figure 9 on fait circuler un courant dans le corps du sujet en l occurrence dans son thorax Gr ce deux autres lectrodes on enregistre une diff rence de tension qui sert calculer la variation d imp dance du segment tudi Figure 9 Passage du courant au cours du temps On appelle le trac obtenu le signal AZ t http www medscape com En 1981 G Granerus et R Elg 15 ont tent d utiliser ce signal pour calculer le volume d jection du ventricule gauche figure 10 mais cette m thode n a pas t retenu et n a fait suite a notre connaissance a aucune nouvelle publication Figure 10 Signal AZ t 15 utilisant une m thode similaire B Le signal dZ dt Dans toutes les exp riences men es sur PICG l exception de l tude de G Granerus et al 15 et cela Ph T depuis les premi res exp riences de W G Kubicek en 1966 report de 48 dz dt Figure 11 Signal dZ dt 15 13 Utilisation
3. quation d imp dance correspondant ce circuit est d finie comme suit 1 Fan AG AGGatz soit avec Ro R 1 AG avec 7 _ Ro a Ro ie Gwtz Ro r sistance du milieu a tr s basse fr quence en Q R r sistance du milieu tr s haute fr quence en Q 14 15 a coefficient constant sans unit reli la phase du CPE par la loi de Fricke a p 90 Le CPE n est pas un l ment physique mais un concept math matique En ne consid rant que leur aspect math matique une r sistance et une capacit peuvent tre vues comme des l ments similaires dont seule la phase change En effet comme le montre la figure 3 une r sistance aura une phase de 0 alors qu une capacit aura une phase de 90 Le CPE est un l ment qui poss de une phase constante comprise entre 0 et 90 R actances ohms Z img s0 Courbe th orique Courbe exp rimentale 40 30 20 10 0 380 4 430 480 530 580 Z f gt Rinf R sistances ohms Z r elle Z f 4 0 Re Figure 7 Courbe de Cole Cole 39 Dans la formule de Cole l imp dance est calcul e l aide des termes Ro et Ro qui repr sentent les r sistances du milieu des fr quences respectivement nulle et infinie Physiquement il est impossible d obtenir un signal alternatif fr quence nulle de 10 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d
4. tudi s et approuv s par le comit II Prototype actuel Comme nous l avons vu dans la revue bibliographique l enregistrement d indices cardiaques par cardiographie d imp dance n cessite l obtention de valeurs venant du signal d imp dance mais galement de valeurs provenant d un ECG Il n cessit galement un programme d acquisition permettant de synchroniser l acquisition des deux quipements Pour ce projet il tait l origine pr vu d utiliser un prototype de cardiographe d imp dance le ZFlow d velopp par la soci t BioparHom Il est compos de trois parties un quipement d analyse de la composition corporel qui permet d enregistrer le signal d imp dance une carte ECG et un programme d acquisition d velopp pour cet quipement 39 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance A Le ZM trix Le ZM trix figure 26 est un quipement de composition corporelle commercialis par la soci t BioparHom Le premier prototype de cet quipement est issu de la th se de Marie Val rie Moreno aujourd hui responsable Recherche amp D veloppement de la soci t L quipement poss de aujourd hui le marquage CE m dical et est commercialis comme un dispositif m dical de classe Figure 26 ZM trix Ila risque moyen en raison de l injection obligatoire d un courant lectrique dans le corps humain 1 Caract ristique
5. d un segment d fini par deux lectrodes Ces segments sont respectivement d finis par les lectrodes a gauche comme a droite 2et5 2Zet3 3et4 Pour enregistrer le signal la soci t BioparHom recommande l utilisation d lectrodes en chlorure d argent de type Ag AgCl de la marque 3M Il s agit Figure 28 Electrodes Red Dot 2660 5 d lectrodes usage unique r f renc es sous le code Red Dot 2660 5 Elles ont une surface conductrice carr e de 10 1cm2 avec un gel pr appliqu Ces lectrodes ont une valeur d imp dance tr s faible permettant l enregistrement d un signal fiable Un autre point important du ZM trix est sa fr quence d acquisition La carte lectronique du ZM trix contient un software embarqu permettant un r glage et un pr traitement des donn es comme par exemple la s paration de la partie r elle de l imp dance la r sistance de sa partie imaginaire la r actance Ces algorithmes imposent une vitesse maximale d enregistrement d un point toute les 150ms par voie La fr quence d acquisition globale du ZM trix est donc fonction du nombre de voies utilis es et est comprise entre 0 83Hz dans le cas d une utilisation de toutes les voies et 6 67Hz si une seule voie est utilis e Si cela est n cessaire la fr quence du courant appliqu peut tre modifi e au cours de la mesure 2 Avantages pour la recherche en cardiographie d imp dance
6. dance 16 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Pour son calcul du volume d jection systolique Kubicek a fait d autres simplifications La premi re est que le taux d jection de sang par le c ur est constant tout au long de la systole La seconde est que le volume d jection systolique du c ur est gal au d bit systolique maximal de sang dans l aorte multipli par le temps d jection systolique du coeur temps de la systole pendant lequel le sang est ject du c ur vers aorte dV sv B LVET 20 dt max avec dV dt max d bit systolique maximal de sang dans l aorte LVET Left Ventricular Ejection Time temps d jection systolique De cette mani re Kubicek a pu obtenir une quation du volume d jection systolique en fonction de la variation d imp dance thoracique sv po 2 wer 21 Pb A dt min 21 avec dZ dt min variation maximum d imp dance correspondant au maximum de la variation de volume On voit donc que suivant les A hypoth ses de Kubicek le volume usr d jection systolique est bien obtenu a Z partir de la courbe dZ dt Pour une plus grande lisibilit de l information par le corps m dical Kubicek a cherch repr senter la courbe de O28 sorte qu une augmentation de la variation de volume soit repr sent e par une augmentation de la variation du signal ICG Il a donc
7. et est consid r e comme constante pour un patient donn Elle n est donc pas cens e varier d un battement cardiaque l autre 20 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Cette valeur est mesur e en Q et sa norme est consid r e comme tant d environ 25Q en moyenne Les valeurs diff rent entre les hommes et les femmes Pour un homme les valeurs normales vont de 20 33Q environ alors que pour une femme elles vont de 27 480 44 Il faut pr ciser que ces valeurs d pendent de la m thode d acquisition des donn es type d lectrodes positionnement fr quence du courant sinusoidal appliqu B Le contenu fluidique thoracique Thoracic Fluid Content TFC Comme son nom l indique cette valeur refl te le contenu en fluide intrathoracique zak 1 intra et extravasculaire et s exprime g n ralement en mQ 44 Cette valeur se calcule de la mani re suivante 1 TFC 33 A 33 Les valeurs vont g n ralement de 30 50mQ pour un homme et de 21 37m pour une femme Une hausse du TFC peut tre expliqu e par une augmentation de la quantit de fluide dans le thorax par exemple un ced me mais galement par une augmentation de la masse musculaire qui est tissu relativement conducteur ou une diminution de la masse grasse ou de la quantit d air dans le thorax qui sont des l ments tr s peu conducteur L interpr tation d
8. le circuit est repr sent non pas par les r sistances des compartiments cellulaires s par s par la membrane cellulaire mais par la r sistance obtenue tr s haute fr quence quand le courant traverse les cellules d crite par le composant Ra et par un circuit repr sentant une conductance variable en parall le avec la capacit membranaire Ce circuit repr sente la d pendance de l imp dance la fr quence du courant utilis alors que le facteur Re repr sente la r sistance des fluides corporels ind pendant de cette fr quence L quation de l imp dance obtenue par ce circuit est la suivante 16 1 Z Ro 12 Gear OCG 2 Qe Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance avec 1 Z R C capacit suppos e parfaite en farad F Gyar conductance ind pendante en siemens S fr quence angulaire en s tz C Gva constante de temps de relaxation en s Ce mod le a ensuite t repris par Kenneth Cole 1940 report de 16 qui l a modifi en rempla ant la capacit parfaite de Debye par un CPE Constant Phase Element qui rendait mieux compte math matiquement des r sultats trouv s exp rimentalement Le sch ma correspondant est repr sent en figure 6 Guar Guarj WTz R r sistance du milieu tr s haute fr quence en Q 13 AG Le CPE Figure 6 Mod le lectrique de Cole 16 L
9. report de 48 A Mod le de Kubicek Le mod le de Kubicek est lui m me un mod le Pis d riv de l quation trouv e par J Nyober dans les ann es f A Dp 1950 pour calculer la variation de volume dans les os extr mit s Kubicek a repr sent le thorax comme un fi ensemble de cylindre imbriqu s l un dans l autre comme repr sent dans la figure 13 ci contre 43 Le cylindre int rieur repr sente l aorte Il poss de une section A constante selon l axe descendant mais variable dans le temps et une faible r sistivit constante En we pr Le cylindre ext rieur repr sente les autres tissus du gt _ D oe thorax Il poss de une section A constante dans l espace Figure 13 Cylindre thoracique de et dans le temps et une forte r sistivit p Les deux Kubicek 43 cylindres poss dent une longueur Li 15e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Dans cette configuration l imp dance du cylindre aortique Z est calcul e de la mani re suivante L Zp Pb 16 b Pb A 16 soit 12 Z p 17 b Pb V 17 avec pp r sistivit du sang suppos e constante en Q cm L longueur du cylindre thoracique en cm V volume de sang dans l aorte en mL Vp Ap Ly D apr s l hypoth se de Kubicek les variations d imp dance du thorax sont exclusivement dues a des variations d imp dance de l aorte Il c
10. 05 mais reste cependant tr s utilis e car sa forme semble mieux repr senter une r alit physiologique prise en consid ration de la taille et du poids du patient que la formule de Kubicek 18 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance C Nouvelle formule de Bernstein Suite aux nombreuses tudes sur l origine du signal d imp dance et la controverse sur l utilisation des formules de Kubicek et de Sramek Bernstein D P Bernstein a propos en 2005 une nouvelle formule pour le calcul du volume d jection systolique 03 Cette formule est assez diff rente des deux autres dans le sens o les quations de Kubicek et Sramek Bernstein pouvaient se r sumer la formule suivante SV V LVET 27 Vey Z 0 dt max avec Vc volume conducteur intrathoracique en mL Dans les deux premi res quations seul ce facteur Vc tait diff rent repr sentant les pee Z az 2 diff rences de formes suppos es du thorax Le terme LVET repr sente les 0 max hypoth ses de Kubicek savoir que le changement d imp dance est uniquement ou tout du moins principalement d la variation maximale d imp dance dZ dt max dont l origine est attribu e au changement maximal de volume dans l aorte rapport e l imp dance de base du thorax 1 20 et consid r e comme constante durant toute la p riode d jection systolique LVET La nouvelle qu
11. 21 C La p riode de pr jection Pre Ejection Period PEP ce eeeeceeeeeceeeteeeeeteeeeneeees 21 D Le temps d jection systolique Left Ventricular Ejection Time LVET 22 E Le rapport des temps systoliques Systolic Time Ration STR 22 F La fraction d jection Ejection Fraction EF 23 G Le volume d jection systolique Stroke Volume SV 23 H Le volume ventriculaire la fin de la diastole End Diastolic Volume EDV 23 I Le d bit cardiaque Cardiac Output CO 24 J D indice de vitesse d jection sanguine Velocity Index VI 24 K L indice d acc l ration ACceleration Index ACT 24 L Lea QC QC te AOC bien ie 25 M L ind x d Heath r Heather Index A nsrennstisunennneemases 25 N Les indices de r sistance m canique de vaisseaux eee eeseeeeeceeeeeseeeeseeeeeeeeeeeeneees 25 O La surface corporelle Body Surface Area BSA cee eecscecsseceeesececsscceesseeeenseeesnes 26 Va LES Code pense dei ocenscntaesanrnanceinPanarynetsesecnagasanceansenconvszantqaetranceuentansstei 26 A Longme SR AA Damas 27 B L acquisition et le traitement des donn es eee eeceseceecneeeseeeeeeseeeaecaecneeeneeeneees 30 VI MC OUT VS ROW sca cas dak cach eclectic dee desi eda ainiai Eaa E EERE E E a EE 35 Pattie 4 Projet ZFIOW in mt nd 36 I Demandes au Comit d Ethique de la Recherche CER 36 A BR a E do ue 3
12. 4580 4583 August 2007 20 D W Kim L E Baker J A Pearce W K Kim Origins of the Impedance Change in Impedance Cardiography by a Three Dimensional Finite Element Model IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol 35 n 12 December 1988 21 J Kosicki L Chen R Hobbie R Patterson E Ackerman Contributions to the Impedance Cardiogram Waveform Annals of Biomedical Engineering Vol 14 p 67 80 1986 22 P Kotanko N W Levin F Zhu Current State of Bioimpedance Technologies in Dialysis Nephrology Dialysis Transplantation Vol 23 n 3 p 808 812 2008 23 W G Kubicek On the Source of Peak First Time Derivative dZ dt During Impedance Cardiography Annals of Biomedical Engineering Vol 17 p 459 462 1989 24 A Lozano J Rosell R Pallas Areny Two Frequencies Impedance Plethysmograph Real and Imaginary Parts Medical and Biologicak Engineering and Computing Vol 28 p 38 42 1990 25 J H Meijer S Boesveldt E Elbertse H W Berendse Method to Measure Autonomic Control of Cardiac Function Using Time Interval Parameters From Impedance Cardiography Physiological Measurement Vol 29 p 383 391 2008 26 S N Mohapatra D W Hill The Changes in Blood Resistivity with Haematocrit and Temperature European Journal of Intensive Care Medicine Vol 1 p 153 162 1975 27 J H Nagel L Y Shyu S P Reddy B E Hurwitz P M McCabe N Schneiderman New Signal Processing Techniques for Improv
13. 5 L min mais elle d pend grandement du patient On calcule donc galement l index cardiaque Cardiac Index CT de la mani re suivante 44 CO CI BSA 42 feel 2 EEE Le CI se donne en L min m et sa valeur est consid r e comme normale entre les valeurs 2 5 et 4 7 L min m 44 J L indice de vitesse d jection sanguine Velocity Index VI Le VI permet de repr senter le pic de vitesse du sang dans l aorte durant la systole 44 Cette valeur n est qu une repr sentation de ce pic il ne s agit pas d une vitesse La formule utilis e est la suivante VI 1000 x 43 Zo dt max Cet indice est donn en en ms et sa plage de valeurs normales se situe entre 33 et 65ms 44 Une baisse de cet indice signifie que la vitesse du sang dans l aorte est plus faible qu elle ne devrait et donc que le ventricule gauche fonctionne mal Il est galement parfois appel index de contractilit dans la litt rature 33 et est alors donn en s K L indice d acc l ration ACceleration Index ACI Cette valeur refl te le pic d acc l ration du sang dans l aorte pendant la systole L indice est calcul par la formule suivante 44 1 Z ACI 100 x ze 44 avec d Z dt max valeur maximum de la seconde d riv e du signal AZ 24 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Cet indice est donn en 100s et sa
14. Imp dance m me qu un signal a fr quence infinie Ces valeurs sont donc extrapol es partir de la courbe de Cole Cole voir figure 7 La figure 7 repr sente la r actance partie imaginaire de l imp dance en fonction de la r sistance partie r elle de l imp dance Les parties r elles et imaginaires sont enregistr es diff rentes fr quences et sont report es sur la courbe On observe alors une courbe en forme d arc Cette courbe est ensuite extrapol e pour obtenir les valeurs de r sistances quand la r actance est nulle Ces valeurs repr sentent la r sistance du milieu ext rieur quand la membrane cellulaire emp che le courant de passer dans la cellule et la r sistance totale du milieu quand la membrane cellulaire ne peut plus emp cher le passage du courant dans le milieu intracellulaire 11e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Partie 3 Revue bibliographique La Cardiographie d Imp dance I Dans quels buts Une bonne contraction cardiaque est un facteur essentiel a la sant des individus Pour s assurer de cette contraction on peut utiliser des valeurs d indices h modynamiques comme par exemple le d bit cardiaque A Vheure actuelle diff rentes m thodes existent pour mesurer ces param tres h modynamiques 04 Il existe par exemple des m thodes de dilutions consistant injecter au patient un produit pouvant tre trac par la
15. Pour cela les chercheurs responsables de l tude doivent remplir un formulaire de mani re pr cise qu ils remettront au CER pour d lib ration 36 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Trois possibilit s de r ponses du CER peuvent tre envisag es une acceptation du dossier de demande et donc l autorisation de pratiquer la recherche un refus ou un report de d cision si le CER consid re le dossier comme incomplet Le CER se r unit jusqu avoir tudi tous les dossiers de demandes qui lui sont soumis mais les d p ts de dossier de demandes ne peuvent se faire qu chaque d but de mois Apr s d p t du dossier il faut compter entre 3 et 6 semaines d attentes de r ponse du comit cela d pendant de l importance de la recherche concern e et de ses implications Si la r ponse est que le dossier n est pas suffisamment complet les chercheurs doivent compl ter leur demande et attendre la r union suivante pour la resoumettre B Les points consid r s par le CER Dans son formulaire de demande le CER pose un certain nombre de questions visant a clarifier diff rents themes reli s a la recherche Ces questions doivent obtenir des r ponses claires et pr cises pour que le CER donne son accord pour la pratique de la recherche 1 L int r t du sujet Le premier point consid r par le comit d thique concerne l int r t du sujet et les rais
16. Sans apr s l tude sur un CD en possession du professeur Fenech CD qui sera d truit la fin de ces cinq ann es 3 Dangers li s l quipement Comme nous l avons vu dans la revue bibliographique l enregistrement de la variation de r sistance du corps n cessite l injection d un courant de faible intensit dans celui ci Bien que l intensit du courant utilis par l quipement ne soit que de 70uA environ 10 fois moins que le seuil de perception pour un courant alternatif avec une fr quence comprise entre 15 et 1000Hz il a t class en France comme dispositif m dical de classe Ia risque moyen L quipement a obtenu le marquage CE en France mais n a actuellement pass aucun test de conformit aux normes canadiennes Le CER de l Universit d Ottawa a repouss sa d cision d approbation pour la pratique des essais et cela jusqu a ce que la conformit aux normes canadiennes soit prouv e Pour cela le comit nous a orient s vers une agence gouvernementale canadienne Sant Canada charg e de nous orienter dans ces d marches Comme nous le verrons ult rieurement l quipement actuel devra tre modifi et donc cette d marche de tests de conformit ne peut tre lanc e tant que le nouveau prototype n est pas cr Cette tape est la derni re pour obtenir les approbations du Comit d Ethique de la Recherche de l Universit d Ottawa tous les autres points ayant d j t
17. Woltjer B W G J Arntzen H J Bogaard P M J M de Vries Optimalisation of the Spot Electrode Array in Impedance Cardiography Medical and Biological Engineering and Computing Vol 34 p 84 87 1996 57 H H Woltjer H J Bogaard P M J M de Vries The Technique of Impedance Cardiography European Heart Journal Vol 18 p 1396 1403 1997 58 J Wtorek A Polinski Multyfrequency Impedance Plethysmograph IEEE Instrumentation and Measurements Technology Conference p 1452 1455 June 1996 59 Y Yamamoto K Mokushi S Tamura Y Mutoh M Miyashita H Hamamoto Design and Implementation of a Digital Filter for Beat by Beat Impedance Cardiography IEEE Transactions on Biomedicals Engineering Vol 35 n 12 p 1086 1090 December 1988 60 V V Zvyagintsev Measurements of Blood Resistivity Meditsinskaya Tekhnika n 5 p 30 32 1981 61 Safe Current Limits for Electromedical Appartus rapport de l Association of Advancement of Medical Instrumentation version 2005 r f rence ANSI AAMI ES1 2005 68
18. a partir des points C la mani re du point Q d tect partir du point R sur ECG Le point B peut tre d fini de trois mani res diff rentes 04 comme nous l avons vu dans le chapitre V B 2 de la partie 3 Pour rappel il peut tre d fini comme le dernier point du signal dZ dt avant le point C ayant une valeur nulle le dernier point du signal dZ dt avant le point C ayant une valeur gale a 15 de celle de dZ dt max 5 le dernier point du signal dZ dt dont la pente 4 gauche du point est inf rieure a la pente a droite du point L algorithme que je voulais utiliser consistait remonter le signal point par point a partir du point C jusqu a trouver le premier point r pondant a la d finition choisie 62e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance De la m me mani re le point X serait d tect en descendant le signal point par point a partir du point C jusqu a trouver le premier point tel que d Z dt soit nul VI Conclusion Le projet ZFlow en est donc a son commencement Les diff rentes tapes de la mise en place d essais m dicaux ont t amorc es mais prennent trop de temps pour avoir pu tre finalis es pendant ce stage Les d marches ont n anmoins t d crites dans ce rapport ce qui permettra de les reprendre plus tard de mani re simple et efficace quand le projet pourra reprendre Les demandes d thiques pour pratiquer d
19. actuellement quatre lectrodes pour faire circuler le courant lectrique dans le corps des sujets Comme nous l avons mentionn dans la revue bibliographique une tude de H H Woltjer et al 57 avaient d montr que ce sch ma entrainait une inhomog n it du courant dans le corps humain conduisant l introduction d un bruit d inhomog n it dans le signal obtenu Pour palier ce probl me ils avaient d fini un nouveau sch ma bas sur huit lectrodes injectrices sch ma Semi Circulaire de la figure 20 Pour la partie recherche de ce projet l utilisation de bandes d lectrodes comme celles que Kubicek utilisait l origine sch ma Bande de la figure 20 serait pr f rable puisque ce type d lectrode semble produire le champ lectrique le plus homog ne N anmoins la phase finale du projet tant de d velopper un quipement utilisable sur diff rents types de sujets sujets sains malades alit s l utilisation d lectrodes facilement positionnables dans tous types de situations me semble tre le meilleur choix 4 Les lectrodes r ceptrices de tension Le ZM trix poss de actuellement huit lectrodes r ceptrices de tension Avec ces lectrodes j ai d fini mon protocole pour mesurer un certain nombre de segments corporels Cependant il m est oblig de choisir entre la mesure du segment pulmonaire et celle du segment cardio pulmonaire Pour pouvoir enregistrer tous les
20. alors indispensable de d finir des positionnements clairs localis s par des zones physiologiques et ou des distances pr cises s parant les lectrodes 32 e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance c La fr quence du courant alternatif Une autre erreur d acquisition a t nonc e dans un article de T Palko et al 29 de 1995 o il tait expliqu que la fr quence du courant alternatif utilis pouvait modifier les valeurs enregistr es Comme nous l avons vu dans les chapitres pr c dents l effet capacitif des membranes cellulaires varie selon la fr quence de courant utilis e Dans la plupart des tudes sur l ICG la fr quence de courant est comprise entre 70 et 100kHz La composante capacitive de l imp dance est alors consid r e comme n gligeable devant la composante r sistive Cependant T Palko et al ont d montr que dans une plage de fr quence allant de 20kHz 200kHz la valeur de Zo changeaient de 30 7 20 2Q et que la valeur de l angle de phase variait de 4 9 a 10 4 Il est galement pr cis que dans la plage de fr quence 20kHz 100kHz qui comprend celle utilis e dans les tudes men es sur l ICG la valeur de changeait de 4 La conclusion de cette tude tait qu il fallait d terminer une norme de fr quence de courant utiliser pour pouvoir comparer les valeurs des diff rentes tudes Une tude ant rieure de A Lo
21. cependant deux inconv nients majeurs qui sont le manque de fiabilit et de r p tabilit des r sultats inconv nients responsables de la faible utilisation de l ICG dans le milieu m dical Le projet ZFlow a t lanc dans le but d tudier une branche de la cardiographie d imp dance encore tr s peu exploit e la spectroscopie multifr quence Ce principe qui consiste modifier la fr quence du courant lectrique appliqu est d j largement utilis dans d autres utilisation de la bioimp dance telle que la composition corporelle mais n a ce jour que tr s peu t test sur l ICG Ce projet qui comporte une phase de cr ation d un prototype une phase d acquisition des donn es sur sujets sains et pathologiques et une phase de traitement des donn es sera notre connaissance le projet le plus avanc dans ce domaine de la cardiographie d imp dance De plus les r sultats obtenus de nouvelles fr quences de courant ne sont aujourd hui pas connues et la possibilit de nouvelles d couvertes n est pas exclure Si l utilisation de nouvelles fr quences permet effectivement de s parer diff rentes causes de la variation du signal d imp dance thoracique il est galement possible que ce projet m ne l utilisation du ZFlow pour l exploration d autres fonctions physiologiques que la fonction cardiaque comme par exemple la fonction pulmonaire Je regrette de ne pas avoir pu avancer da
22. configuration Lat rale configuration repr sent e au centre de la figure 20 Bien qu elle soit la plus simple utiliser elle semble galement tre celle pr sentant le signal le plus bruit d l inhomog n it du courant Cr Le second inconv nient et le plus important concerne la fr quence d acquisition du ZM trix Comme nous l avons vu au chapitre II A 1 de cette partie le ZM trix poss de une fr quence d acquisition maximale de 6 67 Hz et cela uniquement si on n enregistre que la valeur d imp dance d un segment corporel Dans le cas de l utilisation de tous les segments la fr quence d acquisition ne permet d enregistrer qu un point toute les 1 2s Si le signal cardiaque enregistr concerne une personne avec une fr quence cardiaque de 60 battements par minute la norme tant comprise entre environ 60 et 80 battements par minute au repos on enregistrera moins d un point par battement Et ce constat empire si la fr quence cardiaque augmente principalement dans le cas de personnes malades Cette fr quence d acquisition est bien trop faible pour une tude fiable de la fonction cardiaque par bioimp dance 42 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance B La carte ECG La carte ECG utilis e est une carte EG01000 de la marque MedLab figure 29 A l aide de trois lectrodes dont une servant de masse elle permet d enregistrer
23. cr ne comme 36 repr sent en figure 21 31e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance b Electrodes r ceptrices Les lectrodes injectrices de courant ne sont pas les seules dont la disposition a t tudi e pour maximiser la fiabilit des r sultats Plusieurs tudes sugg rent que le positionnement lat ral des lectrodes aa 7 NZ J pi Ag VIN rare FA J rns LA a a K r ceptrices n est pas le mieux adapt au uf calcul du volume d jection systolique et et que les lectrodes devraient se situer le long du sternum et cela pour diverses raisons En 1986 M Qu et al 35 d finissaient un Figure 22 Sch ma de Qu et al 35 nouveau sch ma pour les lectrodes en positionnant les lectrodes injectrices de courant l arri re du corps du patient une au niveau de la 4 vert bre cervicale et une autre au niveau de la 9 vert bre thoracique et les lectrodes r ceptrices de tension sur la face avant du corps une 4cm au dessus de la clavicule et une autre au niveau de la 4 c te figure 22 Ce sch ma permet de limiter le bruit de mouvement du thorax pendant la respiration Le positionnement des lectrodes r ceptrices permettrait galement de discriminer les ph nom nes physiologiques autres que la variation de sang dans l aorte qui contribueraient quand m me la variat
24. de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance le signal AZ t est d riv pour obtenir un nouveau signal le signal dZ dt figure 11 d o sont extraits un certain nombre de points caract ristiques permettant le calcul des indices voulus Ce signal est commun ment appel le signal ICG Il peut tre tudi simultan ment avec d autres signaux comme un ECG ou un PCG PhonoCardioGramme pour en extraire des informations ou calculer de nouveau indices C Les points caract ristiques Depuis le signal ICG donc le signal dZ dt on peut extraire des points et des ondes correspondant diff rents ph nom nes physiologiques figure 12 Ponde A semble coincider avec l onde P de ECG En 1970 Lababidi et al et Karnegis et al ont fait l hypoth se que cette onde tait associ e la contraction des oreillettes D autres tudes ont apport es des preuves tendant montrer qu il s agirait du reflux sanguin des oreillettes vers les veines avec un impact plus important de l oreillette gauche mais l origine exacte de cette onde n est pas encore d termin e report de 57 le point B est l un des points les plus importants d celer car il contribue aux calculs de la quasi totalit des indices h modynamiques voir le chapitre IV de cette partie En tudiant simultan ment l ICG et le PCG Lababidi et al ont d couvert que ce point correspondrait l ouverture des valves aort
25. du point B bas sur une nouvelle d finition Le point B est alors consid r comme le dernier point avant le point C dont la pente du signal dZ dt gauche est inf rieure la pente du signal a Z d2z dt gauche dt droite donc rep rer le point C puis remonter le signal dans le temps jusqu trouver ce point Les temps entre l onde R de l ECG et l ouverture de la valve aortique calcul s par cet algorithme droite c est dire le premier point pour lequel L algorithme consiste ont t compar s avec les temps entre cette m me onde R et l ouverture enregistr e par chographie Doppler et une r gression lin aire a d montr un coefficient de corr lation de 0 995 entre les deux m thodes b Elimination du bruit Une fois que les points ont t clairement d finis il reste encore traiter les signaux pour les rep rer sp cifiquement sur le trac Pour cela il faut liminer le bruit d la respiration et aux mouvements des sujets Plusieurs m thodes simples ont d abord t utilis es pour d terminer la localisation de ces points des m thodes de seuillage ou de moyennage classique de signaux sur plusieurs battements synchronis s sur l onde R de ECG pour r duire le bruit Ces m thodes ne sont n anmoins pas applicables sur des signaux ap riodiques si on cherche obtenir des r sultats pr cis Pour r duire le bruit d la respiration il a galement t demand aux sujets de re
26. fr quences de courant utilis es 50 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Une autre configuration possible serait d utiliser le segment 3D 4D comme segment aortique et le segment 3G 4G comme segment cardio pulmonaire en pla ant ces lectrodes au m me niveau mais sur la partie gauche du thorax au niveau du c ur Cela oo permettrait de s parer les composantes cardiaque et pulmonaire de la za 7 composante aortique mais sans pouvoir distinguer la composante ry Y cardiaque et la composante pulmonaire l une de l autre Le nombre d lectrodes actuellement disponibles sur le ZM trix est insuffisant pour enregistrer les segments aortique pulmonaire et cardio Figure 40 Segment pulmonaire en m me temps pulmonaire modifi de 36 3D 5 Fr quences de courant utilis es Pour tudier l effet de diff rentes fr quences de courant sur les r sultats obtenus j ai d finit une s rie de dix fr quences en kHz utiliser sur chaque participant 10 25 50 70 80 90 100 150 250 et 500 Ces fr quences peuvent tre s par es en trois cat gories basses moyennes et hautes fr quences chacune ayant un but distinct a Basses fr quences Cette cat gorie regroupe les fr quences 10 25 et 50 kHz Si l on se r f re l tude de A Lozano et al 24 il semble que la composante aortique du signal d imp dance que A Lozano appelai
27. mesures de composition corporelle dans le protocole et d en tester l utilisation dans le domaine de l ICG Pour cela le protocole commencerait par la mesure classique de composition corporelle l aide du ZM trix Il existe deux modes de mesure corporelle avec le ZM trix un mode de mesure global mesurant la composition du corps comme un seul l ment et un mode dit Segmentaire permettant d enregistrer s par ment les valeurs de composition des diff rents membres bras jambes et buste Dans un souci de pr cision et bien que ce mode requiert l utilisation des douze lectrodes du ZM trix il est pr f rable d utiliser le mode de mesure segmentaire permettant d obtenir les volumes de liquides intra et Figure 33 extracellulaires du buste Il est important cependant de pr ciser que le Positionnement des buste regroupe le thorax la partie qui nous int resse en cardiographie lectrodes pour la g mesure decomposition d imp dance et l abdomen corporelle 39 Pour la mesure en mode Segmentaire les lectrodes doivent tre plac es comme en figure 33 2 Placement des lectrodes ECG Pour la mesure de l ECG trois lectrodes sont plac es suivant le triangle d Eindhoven Selon le placement des lectrodes nous pouvons donc obtenir trois d rivations bipolaires I II et HI Comme il s agit d une carte ECG 1 voie il n est possible que d obtenir une d rivation bipolai
28. plage de valeurs normales va de 70 a 150 100s pour les hommes et de 90 170 100s pour les femmes 44 Comme pour le VI une valeur d ACI inf rieure la normale peut se traduire par une perte d efficacit du ventricule gauche L L intervalle QC QC Interval QCi Il s agit d un indice de contractilit du c ur 45 Il permet de ECG d finir le temps entre le d but de la systole lectrique d termin e par le point Q de ECG et le moment o le d bit sanguin est maximal d termin par le point C de l ICG Q ICG Cet indice donn en ms permet comme les autres indices de d finir si l activit contractile du ventricule gauche est normale ou non ee Figure 18 Temps QC j sch ma modifi de Aucune valeur standard n a pu tre trouv e 45 M L index d Heather Heather Index HI En 1969 Heather a d finit un nouvel indice pour caract riser l activit contractile du ventricule gauche bas e sur la forme de l ICG 48 Il consiste calculer le rapport de l amplitude du d bit maximale dZ dt max sur le temps entre le d but de la systole lectrique et le moment o le d bit maximal est atteint l intervalle QC HI ae 45 Cet indice est donn en Qs mais l encore aucune valeur standard n a pu tre trouv e D apr s une tude men e en 2004 par Z Peng et al 33 il s agirait avec l ACI d un des deux meilleurs indicateurs de la co
29. pour la plupart de la premi re moiti du 0 si cle mais sont encore utilis s aujourd hui Le mod le principalement utilis est le mod le de Cole 1940 ou des mod les qui en sont d riv s Ce mod le lui m me d riv du mod le de Fricke 1932 figure 4 et de Debye 1929 report de 16 est bas sur l existence de deux compartiments liquides forte Milieu intracellulaire Milieu extracellulaire __ Cm Courant Haute Fr quence Re conductivit le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire s par s par une barri re faible conductivit la Vv membrane cellulaire Figure 4 Mod le cellulaire de Fricke gauche et sch ma lectrique quivalent a droite Courant Basse Fr quence Dans le sch ma ci dessus correspondant au mod le de Fricke l imp dance Z quivalente au sch ma lectrique est la suivante R RER C Z 10m 11 Re Re Ri 56 avec Re r sistance lectrique du milieu extracellulaire Ri r sistance lectrique du milieu intracellulaire Cm capacit membranaire Par la suite Debye a ajout des ph nom nes de relaxation lectrique dans les tissus biologiques aboutissant au sch ma lectrique de la figure 5 17 Dans ce mod le tous les composants sont consid r s parfaits Figure 5 Mod le de Debye 12 Contrairement au sch ma pr c dent
30. pouvoir fournir des renseignements en temps r el et en continu des variations h modynamiques mesur es ce qui n est pas le cas pour la majeure partie des m thodes nonc es dans la figure 8 Cependant malgr un fort potentiel cette technique n cessite encore des recherches et des am liorations avant de pouvoir tre utilis e de mani re s re 12 e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Bien que son utilit soit reconnue par les milieux scientifique et m dical 09 et qu elle ait fait l objet de recherches depuis les ann es 1960 son utilisation comme une m thode de r f rence est encore rejet e pour deux principales raisons les r sultats obtenus ne semblent pas tre fiables compar s aux m thodes nonc es dans la figure 8 Bien que plusieurs publications attestent de bonnes corr lations entre les r sultats de d bit cardiaque trouv s par thermodilution ou par des m thodes de Fick d une part et par ICG d autre part ces r sultats ne semblent par reproductibles sur de grandes populations Ce ph nom ne est amplifi quand il s agit de populations atteintes de problemes pathologiques comme par exemple des valves cardiaques d fectueuses Le but principal d un quipement m dical de diagnostic comme ICG tant de d celer des pathologies chez des personnes malades ce probl me n en devient que plus important l origine exacte du signal enregistr
31. segments utiles il faudrait que le nouvel quipement de bioimp dance poss de deux lectrodes r ceptrices suppl mentaires En contrepartie en suivant le mode de fonctionnement du ZM trix il serait possible de r duire le nombre de voies de la carte lectronique de l quipement En effet le ZM trix poss de une carte huit voies avec chaque voie attribu e un segment d fini par deux lectrodes Dans le protocole que je d cris seulement cinq segments seront enregistr s les deux segments classiques et les segments aortique pulmonaire et cardio pulmonaire 53 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance B La carte ECG La carte ECG actuellement utilis e permet de faire un rep rage pr cis des points indispensables sur l ECG les points Q et R Cependant la carte est actuellement limit e par le programme d acquisition une fr quence d acquisition de 100Hz alors que sa capacit maximale est de 300Hz Dans un souci de pr cision il serait pr f rable d augmenter la fr quence d acquisition de la carte sa capacit maximale C Le programme d acquisition A Vheure actuelle le programme d acquisition permet de param trer l acquisition suivant plusieurs modes et options puis exporte l ensemble des donn es enregistr es dans un unique fichier Excel Ce programme est tr s efficace pour une utilisation de recherche puisqu il permet de r cup rer
32. un set de donn es sur lequel plusieurs types de traitements peuvent tre appliqu s Cependant il ne permet pas d exploiter l un des avantages de la cardiographie d imp dance savoir la mesure d indices cardiaques en continu Un programme de traitement des donn es en temps r el devra tre cr en fonction des r sultats de ce projet de recherche pour l quipement final qui sera commercialis Le programme de recherche n cessaire consiste uniquement en le mode 2 du programme ZFlow actuel Il s agit donc d un programme capable d enregistrer les valeurs d ECG ainsi que les valeurs d imp dance brutes de chaque segment une fr quence de courant donn e et cela pour une dur e d termin e La fr quence ainsi que la dur e d enregistrement doivent tre r glables comme c est le cas actuellement Cependant les modes 1 et 3 permettant de faire varier la fr quence durant l enregistrement ne me semblent pas utilisables En effet compte tenu de la rapidit des v nements cardiaques le changement de fr quence prend trop de temps pour utiliser deux fr quences en parall le sur un seul enregistrement et changer de fr quence d un battement l autre n apportera pas d informations suppl mentaires par rapport deux enregistrements faits sur le m me sujet des fr quences diff rentes V Traitements des donn es Une fois les donn es enregistr es elles sont export es dans un unique fich
33. universit bilingue d Am rique du Nord et permet ses tudiants et Canada s university employ s de travailler en fran ais ou en anglais L universit compte aujourd hui plus de 4 000 membres dans son personnel et plus de 36 000 tudiants temps plein ou a temps partiel Ces personnes sont r parties entre administration de l universit et les diff rentes facult s dix au total Arts Droit Ecole de gestion Education Etudes sup rieures et postdoctorales G nie M decine Sciences Sciences de la sant et Sciences sociales J ai effectu mon stage dans la facult de G nie et plus pr cis ment dans le d partement de G nie M canique dans le laboratoire du professeur FENECH La Facult de G nie comporte quatre d partements Ecole d Ing nierie et de Technologie de Information G nie Chimique et Biologique G nie Civil et G nie M canique destin s comme l UTC a former des ing nieurs et des chercheurs multidisciplinaires ayant un lien troit avec les entreprises Au 1 Novembre 2009 la Facult de G nie comptait 2650 tudiants inscrits tous niveaux langues et nationalit s confondues dont 138 en fili re G nie M canique Biom dical soit 34 de plus qu en 2008 Le laboratoire du professeur FENECH est un laboratoire de m canique fluidique sp cialis dans l h modynamique la microcirculation sanguine et la composition hydrique du corps Utilisation de la Spectroscopie Mu
34. 04 nous pouvons d duire que la valeur de l imp dance peut tre calcul e de la mani re suivante 2 2 NRA EE 09 Nous pouvons galement calculer l angle de phase en degr d finie de la mani re suivante arctan 5 10 Comme nous pouvons le voir sur la figure 3 un angle de phase de 0 correspond une imp dance purement r sistive alors qu un angle de 90 correspond une imp dance purement capacitive En composition corporelle cet indice pr cise la qualit de fonctionnement des canaux ioniques et des prot ines membranaires ce qui correspond la capacit cellulaire liminer les d chets m taboliques et maintenir des concentrations osmotiques 39 90 En cardiographie d imp dance la partie imaginaire de l imp dance est souvent consid r e comme n gligeable Cependant comme nous le verrons ult rieurement voir le chapitre V B 1 c de la partie 3 cette approximation pourrait tre une source d erreurs non n gligeables 29 Les utilisations de l angle de phase n ont ce jour pas trouv Phase d applications dans la cardiographie d imp dance Reactance Resistance Figure 3 Angle de phase Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance B Les mod les cellulaires lectriques Pour d finir au mieux les effets du courant sur les cellules plusieurs mod les cellulaires ont t cr s Ces mod les datent
35. 6 B Les points consid r s par le CERN ans 37 IT Prototype acel eeuse a n A O E i 39 DA Cn a b E E 40 B La carte BO seg nan E E E E E ERE 43 C L programme d acg isitioi sissies eneiniad aes 43 D La n cessit d un nouvel Cquip emi mt sos sscaencescasacasvaecensdeacavanrvindenrstaceecatnsecearcoienanceasss 45 MW Pr tocol beetle aa E S 45 Va D EE E E E E 45 By Les Conditions de Mesure animent nelle 46 Utilisation de la Spectroscopie Mutlifr quence en Cardiographie d Imp dance CL S ESS a ns 46 IVe IL CS MSTA OA ne a es 52 A L quipement de biommp dance siennes 52 B Lacarte ECG nn en E st mn einen 54 C L programime CAC Oc assadcastesiessnqasuticdcnnwdusasnenaveaneuupenavacdenandesvsussnauveteaucavpensaeite 54 We Trait ements des CONG OS sssri isidi dd ne ie 54 S paration des OMS Sn se 55 Traitement de ECG inia onsena ie aaa aa E 56 C Traitement des signaux d IMP dAN S nd eee 60 COCO A E EE 63 CONCOS ON ermee e E E A E E a E er 64 ES SEA nE eE ere Se reer ee 65 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Introduction Depuis ses d buts la recherche m dicale a cherch a d velopper des m thodes permettant la pratique d examens et de traitements toujours plus efficaces Cependant cette efficacit est souvent accompagn e d inconv nients comme le co t d utilisation la difficult de la pratique ou encore l invasivit de la m thod
36. En tant qu quipement de composition corporelle le ZM trix poss de certaines caract ristiques que ne poss dent pas les cardiographes d imp dance classiques et qui sont au coeur de ce projet Le premier avantage est la possibilit de changer la fr quence du courant inject Pour la composition corporelle il est tr s utile voire indispensable de pouvoir modifier automatiquement la fr quence du courant pendant la mesure Le ZM trix est galement dot d un syst me permettant de s lectionner une fr quence particuli re et de faire toute la mesure cette unique fr quence Il permettrait donc de faire des mesures de cardiographie d imp dance des fr quences g n ralement utilis es entre 70 et 100 kHz mais galement de nouvelles fr quences notre connaissance jamais utilis es en cardiographie d imp dance Le second avantage concerne le nombre de segments enregistrables par le ZM trix Comme nous l avons vu dans la revue bibliographique plusieurs positionnements d lectrodes ont t test s pour tenter de mettre en avant certaines origines des variations du signal d imp dance ou encore pour augmenter le rapport signal bruit 19 35 54 41e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance L utilisation d un plus grand nombre de segment permettrait ventuellement de voir quel segment est le plus r v lateur en fonction de la fr quence utilis e
37. L universit Carleton avait t inscrite car elle poss de un d partement de recherche biom dical o le professeur Fenech poss de des contacts qui pourraient tre potentiellement int ress s par l tude et donc y participer L accord de l Universit Carleton pour recruter son personnel et ses tudiants a t obtenu dans la mesure o notre demande d approbation serait accept e par le CER de l Universit d Ottawa Pour la salle de sport le principe de recrutement consiste passer par les coachs sportifs de la salle qui m accorderaient quelques minutes lors de leurs s ances pour pr senter le projet et recruter les personnes int ress es 33e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance La conservation des donn es tout en prot geant la vie priv e des participants a galement t tudi e La solution propos e au CER est de conserver les donn es en nommant les fichiers par un code comprenant le sexe et l ordre de passage du participant Ainsi aucune information comprenant le nom l ge ou toue autre information personnelle du participant ne sera utilis e pour conserver les fichiers Un fichier informatique contenant la correspondance entre les noms et les codes de chaque participant serait cependant conserv par le professeur Fenech dans le cas o un participant voudrait acc der ses donn es Les fichiers cod s seront alors conserv s pour une p riode de
38. Le protocole exp rimental que j ai d velopp est bas sur les r sultats de la revue bibliographique Bien qu il n ait pas pu tre test il s inspire au maximum des diff rentes tudes pratiqu es sur le positionnement des lectrodes 19 35 36 48 54 55 56 tout en essayant de profiter au maximum des caract ristiques apport es par le ZFlow Il comprend galement le type de participants et les conditions d exp rimentations A Les sujets Le but de ce projet est de cr er un nouveau cardiographe d imp dance permettant de mesurer des indices cardiaques sur tous types de sujets sujets sains et sujets malades souffrant de divers sympt mes Cependant ce stage ne concernait que la premi re partie du projet savoir valider l quipement et la m thode sur des sujets sains Pour cette raison les participants l tude devaient remplir un certain nombre de crit res dans le but d obtenir des donn es dans des conditions physiologiques les plus normales possibles Ces crit res sont tre g e de 18 60 ans ne pas avoir d ant c dents connus de pathologies cardiaques ou pulmonaires ne pas porter de dispositif m dical actif type pacemaker ou inactif type proth se pour les femmes ne pas tre enceinte ou pr sum e l tre 45 o Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance A l exception des personnes portant un disp
39. R EU A IV Imaginaire F Phase M Reactance Resistance W reele FN Imaginaire F Phase M Reactance Resistance W reele amp 500 PR Meee sae Pe Te rere ery eee er eer ee KW imaginaire KW Phase Reactance Resistance Figure 30 Ecran de mesures du ZFlow Une fois les signaux cardiaques enregistr s les donn es sont sauvegard es sur le disque dur par le programme mais ne sont alors pas utilisables Une fonction permet d exporter ces donn es pour les traiter Actuellement les donn es se pr sentent sous forme d un tableau Excel organis de la mani re suivante T ECG Pulse Fr quence emps Seen See ms 1 2 Valeur 1 as Temps 1 Valeur 1 Valeur 1 Valeur 2 L on Temps 2 Valeur 2 Valeur 2 Fr Valeur 3 Pulse 1 ae Temps 3 Valeur 3 Valeur 3 Figure 31 Tableau Excel Les diff rentes colonnes sont d finies comme ci dessous ECG cette colonne contient les valeurs transmises par la carte ECG permettant de tracer le signal ECG Pulse cette colonne contient les valeurs du rythme cardiaque du sujet transmises par la carte ECG La valeur du rythme est actualis e par la carte ECG chaque battement cardiaque et envoy e l ordinateur en m me temps que la valeur d ECG enregistr e au moment de l actualisation Pour ces raisons les cases de cette colonne so
40. S sentinelle ess ir etienne 2 B D MANSS D ACTE dl 2 C Certifications Cl T ECOMmpPenSE Seci teen entente rene 3 IL E universit ON dei nie 3 Pattie 2 Principe d la BIO PEAR nn sensuel 4 I histoire de la bioimp dance nn een 4 IL Le principe de la bioimp dance ni a oran 4 Courant WIS soeces a E EEEE E EiS 5 B Mes rede limp d ah nis ai 5 M PDutilisation de la ATEN ass 6 Les eft ts de la Wan sn ea 6 B Les mod les cellulaires lectriques jasssccasiassesasessendassaaveaedoaacesadiasseaawtastetassedeeccanjenenaans 9 Partie 3 Revue bibliographique La Cardiographie d Imp dance 12 L Dansiq els Dis dinde innere E Ne x 12 M LS Saut Loca eed ennui Galata aea tac aunts 13 As MESIAL AAC ro 13 B MS dE iananpeauteddunydasend anauadcesadacauned uvaedealvdaness eeateccessuengeast 13 C Les points CAPTER ie end dans 14 IH Mod les thoraciques et quations associ es 0 0 eee ceseceseeereeenseceeeeeseeeeaeessaeeneesenes 15 Models de Subicek sun nds nan Ne NN 15 B Mod le de Sramek Bernstein sanguines 18 C Nouvelle formule de Bernstein ica oscanacdeaizcscensszeecenedsancauarecsnseaectaveaviaasesentiancdnectanceeese 19 IV Le calcul des indices h modyndiques 20 Utilisation de la Spectroscopie Mutlifr quence en Cardiographie d Imp dance Pe Limp dancede pase AUD nn en 20 B Le contenu fluidique thoracique Thoracic Fluid Content TFC
41. TR est parfois normalis par rapport la dur e d un battement calcul comme tant le temps entre deux points R de ECG On parle alors de STRI Systolic Time Ratio Index donn en s par la formule suivante STR RR avec RR intervalle entre deux points R sur l ECG en s STRI 36 22e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance F La fraction d jection Ejection Fraction EF La fraction d jection correspond au volume de sang expuls du ventricule gauche pendant la systole rapport au volume de sang que contenait ce m me ventricule la fin de la diastole 33 Il est g n ralement donn en pourcentage du volume de sang dans le ventricule gauche la fin de la diastole Il peut tre calcul par l ICG grace la formule de Capan et al 33 EF 0 84 0 64 x STR 37 Cette formule est la formule le plus souvent utilis e pour le calcul de PEF par imp dance mais semble cependant ne pas tre tr s fiable quand elle est appliqu e sur des patients critiques report de 12 La valeur normale de la fraction d jection est sup rieure ou gale 55 Une valeur inf rieure est un signe que le cceur ne pompe pas suffisamment de sang pour alimenter les organes G Le volume d jection systolique Stroke Volume SV Comme pr cis plus t t chapitre III de cette partie il existe deux formules principales pour calculer le volume d
42. al les difficult s actuelles rencontr es par la m thode et l apport de la spectroscopie multifr quence dans ce domaine Les m thodes de traitement de donn es utilis es seront revues ult rieurement dans ce rapport chapitre V de cette partie 37e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 2 Recrutement des participants Pour toute demande d tude incluant la participation de personnes une importante partie du formulaire concerne les participants Cette partie est celle sur laquelle le CER est le plus attentif et le plus exigeant Les points d int r ts du CER concernent les crit res d inclusion ou d exclusion des participants l tude les lieux de recrutement ainsi qu une description pr cise de la m thode de recrutement la relation ventuelle des participants avec les chercheurs responsables de l tude et enfin les m thodes permettant d assurer la protection de la vie priv e des participants Pour chaque partie le comit exige le maximum de d tails sur le protocole utilis Par exemple concernant les crit res d exclusion le comit demande par quel s proc d s les chercheurs comptent s assurer qu un participant ne r pond pas un ou plusieurs crit res qui pourraient le mettre en danger s il participait l tude Concernant les lieux de recrutement le CER exige que l adresse exacte de chaque lieu soit pr cis e et que l accord de
43. aleur normale de Zp est consid r e comme tant comprise entre 20 et 48 Q selon le sexe avec une moyenne de 25 Q 44 ce qui implique que le facteur C n est pas suppos intervenir dans la majorit des cas Une simple analyse dimensionnelle permet de se rendre compte que cette quation ne semble pas tre viable Bernstein est conscient de ce probl me et l explique en d finissant la valeur dZ dt max comme tant la repr sentation bio lectrique du pic d acc l ration du sang dans l aorte et assume donc que cette valeur a pour unit des Q s Cette quation n a jamais t utilis e dans une autre tude notre connaissance IV Le calcul des indices h modynamiques Comme nous l avons vu pr c demment le but premier de l ICG est de d terminer de mani re simple et non invasive un ensemble de param tres h modynamiques cardiaques aujourd hui obtenus par des m thodes invasives La plupart de ces param tres sont obtenus partir de calculs bas s sur les points caract ristiques des signaux ICG et ECG figure 12 Il est primordial de rappeler que ces indices sont calcul s en supposant que les hypoth ses de Kubicek sont av r es A L imp dance de base Zo Comme nous pouvons le voir sur la figure 12 l imp dance de base est mesur e directement sur la courbe dZ dt elle peut galement l tre sur la courbe AZ t Elle correspond a la valeur d imp dance du thorax mesur e pendant la diastole
44. ation de Bernstein se pr sente sous la forme suivante 1 dZ SV Ve 5 LVET 28 Zo dt max On voit qu une racine carr e appara t au niveau du terme de variation d imp dance thoracique De plus le volume conducteur du signal du thorax Vc a t compl tement revu et se d finit de la mani re suivante Virve Virgy 16 P 30 Ze ZeZo K 31 OF Zo 3ZcZo K avec Virpyv volume de sang intrathoracique en mL P poids du patient en kg index de conduction transthoracique anormal sans dimension Zo imp dance de base statique du thorax en Q Zc seuil critique d imp dance de base Zc 200 K facteur ind termin tel que K gt 0 aucune d finition de ce facteur n est donn dans la publication de Bernstein 19 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance On arrive donc a la nouvelle quation de Bernstein qui est la suivante 16 Pt 1 dZ sv E E aa 2 oak Zo dt 2Zc Zo 3ZcZo K LVET 32 max Bernstein a donc conserv dans son quation un facteur prenant en compte le poids du patient par le calcul du volume de sang intrathoracique mais a galement inclus un facteur de correction permettant d inclure des variations de conduction dans le thorax Ce facteur est bas sur la valeur de l imp dance thoracique de base Zo et suit la loi suivante DORE lt 1 si Zo lt Ze l Cl si Ly Zc La v
45. ations physiologiques fixes qui seront valables pour tous les sujets Compte tenu de cela et de l tude de E Raaijmakers et al 36 qui stipule que les lectrodes injectrices de courant plac es sur le cou doivent tre le plus loign es possibles de la zone de jonction cou thorax j ai d finit l emplacement des lectrodes injectrices sup rieures celles plac es sur le cou sur les carotides au niveau du bas des branches montantes de l os maxillaire Ces lectrodes correspondent aux lectrodes 1G et 1D du ZM trix Les lectrodes injectrices inf rieures celles plac es sur le thorax sont plac es de chaque c t du thorax au niveau de la 12 c te Elles correspondent aux lectrodes 6G et 6D du ZMetrix 4 Placement des lectrodes r ceptrices de tension Tout comme les lectrodes injectrices les lectrodes r ceptrices doivent tre plac es sur des parties sp cifiques du corps morphologiquement clairement d finies Cela permettra d obtenir une configuration pr cise d emplacement des lectrodes adapt e a la morphologie de chaque sujet Une remarque importante concerne Figure 36 Sens du segment mesur modifi de 36 48 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance l orientation des segments corporels tudi s Conform ment l article de S Grimnes et al 17 les quations de Maxwell sur les champs lectriques peuvent s appli
46. ations possibles de la bioimp dance MM ADLER Andy et MOUTTHAM Alain travaillant sur des projets li s la bioimp dance pour leur aide et leur implication dans ce projet L ensemble des doctorants travaillant dans le m me bureau que moi qui m ont aid dans toutes mes d marches administratives et personnelles et qui m ont permis de m int grer dans un pays qui n est pas le mien L ensemble du personnel de la soci t BioparHom pour leur accueil et leur gentillesse pendant ma semaine de formation dans leurs locaux Je tiens galement a remercier Mme PIGET Dominique responsable des stages du d partement G nie Biologique de l Universit Technologique de Compi gne ainsi que le professeur LERALLUT Jean Fran ois responsable de la fili re Biom dical de l Universit Technologique de Compi gne pour m avoir fait confiance et avoir accept ma candidature ce stage Je remercie enfin Mme MARQUE Catherine enseignant chercheur l Universit Technologique de Compi gne d avoir choisi de suivre ce stage et de m avoir accord de son temps pour r pondre mes questions Utilisation de la Spectroscopie Mutlifr quence en Cardiographie d Imp dance Sommaire IRN Me SR cna ea aveaconie AaS asec eu EEES EEOSE RS na D non JEANA EU ATOI nA A EE E E 1 Partie 1 Partenariat Universite Entreprise sissniesianemesrineterneeennisnarenten 2 I Lasoci t TAO ea Sn nd 2 CRMC ALE
47. ax Z t signal d imp dance enregistr sur le segment normal gauche Za t signal d imp dance enregistr sur le segment normal droit 58 60 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Cependant dans le cas o les valeurs enregistr es sur les deux segments sont diff rentes il est possible d envisager une approche plus g n ralis e avec le calcul d une moyenne pond r e a Zg t b Zq t a ae avec a facteur de pond ration du segment normal gauche b facteur de pond ration du segment normal droit 59 Les valeurs optimales des facteurs de pond ration a et b sont tudier en fonction de la fr quence de courant utilis e Par exemple si la fr quence utilis e permet au courant de circuler plus librement dans les tissus la valeur d imp dance enregistr e par les deux segments ne sera probablement pas la m me puisque les tissus travers s de chaque c t ne seront pas les m mes tissu pulmonaire droite et cardiaque et pulmonaire gauche Les valeurs trouv es pour Z peuvent galement tre compar es avec la valeur d imp dance enregistr e par le segment aortique l aide d une r gression lin aire pour d finir des valeurs pour a et b en fonction de la fr quence de courant appliqu 3 Approche diff rentielle des segments aortique et pulmonaire L apport principal de ces segments se fera principalement en hautes fr quence
48. bicek on consid re que la variation d imp dance est uniquement li e la variation de volume sanguin dans l aorte Par temps d jection systolique on entend donc le temps d jection du ventricule gauche Figure 17 LVET Ce temps est mesur sur l ICG entre les points B et X 44 Il est sch ma modifi de _ 45 exprim en ms E Le rapport des temps systoliques Systolic Time Ration STR Les valeurs de PEP et LVET peuvent tre significatives de certaines pathologies par exemple faiblesse du muscle cardiaque ou probl mes des valves mais d pendent aussi de la condition du patient sportif ag C est pour cela qu on utilise plut t le rapport entre ces valeurs le STR Tea 35 Ce coefficient sans unit permet de d terminer une r partition temporelle anormale entre la systole lectrique et la systole m canique Sa valeur normale est consid r e comme se trouvant entre 0 30 et 0 50 44 A partir de l quation 35 on comprend qu une valeur anormale du STR peut provenir soit d une valeur anormale de la PEP soit du LVET Il est donc important de corr ler la valeur du STR avec celles de PEP et de LVET pour l interpr tation Par exemple une valeur de STR sup rieure la normale peut tre due une PEP trop grande qui traduirait une ventuelle faiblesse du muscle cardiaque ou un LVET trop faible qui pourrait correspondre un probl me de la valve aortique Le S
49. capacitif de la membrane varie Ainsi en consid rant l imp dance comme une valeur complexe on peut d finir l imp dance g n rale du milieu Z comme la somme de deux termes Z R jX 04 avec R r sistance ou partie r elle de l imp dance due l effet r sistif des milieux liquides d pendante des milieux travers s en Q X r actance ou partie imaginaire de l imp dance due l effet capacitif de la membrane cellulaire d pendante de la fr quence utilis e en Q j unit imaginaire a Acquisition de R et de X Les parties r elle et imaginaire de l imp dance sont acquises par d tection synchrone Il s agit d une m thode math matique bas e sur la multiplication du signal sinuso dal obtenu par une fonction sinuso dale de m me fr quence Comme nous l avons vu dans le chapitre ILB de cette partie la tension obtenue aux bornes des lectrodes r ceptrices est une tension sinuso dale avec la m me fr quence que le courant appliqu Elle peut donc s crire de la mani re suivante V t A sin 2rft 05 V t A sin wt 06 avec pulsation caract ristique du signal f fr quence de courant appliqu e A valeur que l on cherche calculer dans notre cas partie r elle ou imaginaire de la tension En multipliant ce signal par un signal sinuso dal de m me fr quence mais d phas d un angle 6 on obtient la formule suivante A sin wt sin wt 0 cos c
50. chaleur m thodes de thermodilution ou par la couleur qu il met suivant sa concentration dilution de vert d indocyanine On peut galement calculer les indices h modynamiques par des m thodes de Fick bas es sur les concentrations gazeuses sanguines ou encore par chographie Doppler Cependant toutes les m thodes utilis es pr sentent au moins un inconv nient majeur qu il s agisse d un co t d utilisation lev d une difficult de pratique d une faible fiabilit des r sultats voire m me d une forte invasivit de la m thode Pour ces raisons la recherche m dicale se tourne vers la cr ation de nouvelles m thodes de r f rence be Non Facilit Faible co t aes oe invasivit d utilisation d utilisation RES ue Thermodilution Mehide i plus utilis e La fiabilit Echo Doppler 7 d pend de l utilisateur M thode de M thode de Fick directe a _ E r f rence Aussi appel e R inhalation M thode de de CO ii Fick indirecte Dilution de Rarement colorants _ utilis e Figure 8 Comparaison des m thodes de mesure du d bit cardiaque http www physioflow com products L une des m thodes pouvant r pondre aux attentes du milieu m dical est donc la cardiographie d imp dance ayant comme avantages d tre non invasive de pouvoir tre pratiqu e faible co t et de mani re simple Elle a de plus l avantage de
51. de la bioimp dance pour des m decins des chercheurs des nutritionnistes des coachs sportifs une activit de service le Z Eval permettant des sportifs professionnels et des particuliers d avoir un suivi de leur composition corporelle ainsi que des conseils en nutrition et en pr paration sportive une activit de recherche et de d veloppement pour d autres soci t s Cette activit est uniquement orient e vers la bioimp dance mais dans des domaines plus vari s que la composition corporelle Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance C Certifications et recompenses Le 10 Ao t 2009 la soci t BioparHom a obtenu la certification ISO 13485 2003 concernant la conception la fabrication et la commercialisation d quipements biom dicaux Son quipement le ZM trix a obtenu le marquage CE m dical au cours de l ann e pass e La soci t a galement obtenue plusieurs prix et r compenses qui sont Laur at National du Concours de Innovation du Minist re de la Recherche Laur at r gional Rh ne alpes du concours de l innovation Creacc Laur at du r seau Entreprendre Savoie Laur at du r seau National Innotech des entreprises innovantes II L universit d Ottawa L universit d Ottawa a t fond e en 1848 et portait alors le nom de Coll ge de ByTown Elle est aujourd hui la plus grande wj uOttawa L Universit canadienne
52. e cet indice est donc faire en corr lation avec des donn es morphologiques pour obtenir une bonne interpr tation Pour adapter un peu plus la valeur de cet indice la morphologie des patients on peut utiliser le TFCI Thoracic Fluid Content Index qui normalise le TFC par rapport la surface corporelle TFCI ane 34 BSA ot avec TFCIen mQ m BSA surface corporelle Body Surface Area en m Ces indices ne sont cependant pas tr s r v lateurs des modifications internes du corps changement de masse grasse ou de masse de masse musculaire C La p riode de pr jection Pre Ejection Period PEP ECG La p riode de pr jection figure 16 ou parfois appel e systole lectrique correspond au temps entre le d but de l onde QRS de PECG le d but de contraction des ventricules et l ouverture des valves aortique et j ICG pulmonaire qui correspond au d but de l jection sanguine 45 a E Figure 16 PEP sch ma modifi de 45 21e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Ce temps donn en ms est d finit comme tant le temps entre le point Q de ECG et le point B de ICG D Le temps d jection systolique Left Ventricular Ejection Time LVET Le temps d jection systolique figure 17 parfois appel la systole m canique correspond au temps d jection du sang des ECG ventricules 45 Dans l hypoth se de Ku
53. e fr quence fixe pour une dur e d termin e L utilisateur a la possibilit de r gler la fr quence utilis e ainsi que la dur e d enregistrement le mode 3 permet comme le mode 1 de faire varier la fr quence du courant pendant la mesure Cependant contrairement au mode 1 les fr quences utilis es ne sont pas r glables et l quipement suit une s quence de fr quences pr d finies Une fois le mode s lectionn le programme permet la visualisation en temps r elle de l enregistrement des signaux ECG et ICG Sur la figure 30 le graphe du haut repr sente le signal ECG alors que les huit graphes du bas repr sentent les signaux d imp dance enregistr s pour chaque segment corporel Pour chaque battement la fr quence cardiaque est actualis e par un calcul de la carte ECG et affich e sous le signal ECG 43 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Export Excel mn LL Oo EF Bie we R pertoire R sum Editer Mesure ZFlow R sultat Export Excel R glages FAQ Nom Ma Date 31 05 2010 14 18 06 Orientation Sportive _Synchro on of _ Synchro On Off F Resize on off ECG tt HW ANN SUN RIT Mr Rythme Cardiaque oN FN Imaginaire A NINA aS W Phase Reactance Resistance W reele 7 F Imaginaire a eeeeee AE 200 F Phase p E TIE M Reactance Resistance W reele am RE
54. e par le Professeur Marianne FENECH professeur adjointe du d partement de G nie M canique de l universit et de la soci t BioparHom repr sent e par Marie Val rie MORENO responsable Recherche et D veloppement de la soci t I La soci t Bioparhom A G n ralit s a La cr ation de la soci t BioparHom a d but en 2003 Elle DODO comptait l origine les trois associ s principaux qui sont Marie BIOPARHOM 7 Val rie MORENO responsable Recherche et D veloppement Florent HUBERT responsable Commercial et Clarisse NGUEDAM NTOUKO responsable Gestion Finances Trois autres personnes ont ensuite rejoint la soci t pour un total de six personnes Ceci place BioparHom dans la cat gorie de TPE Tr s Petites Entreprises Cette soci t a t fond e sur les recherches et l quipement d velopp notamment par Marie Val rie MORENO pendant sa th se l Universit Technologique de Compi gne B Domaines d activit La soci t BioparHom a sp cialis son activit dans le domaine de la bioimp dance et s est d velopp e dans quatre secteurs d activit s le d veloppement et la commercialisation d quipements de composition corporelle le ZM trix et le ZBox bas s sur les variations de r sistance du corps humain dans diff rentes conditions physiologiques et pathologiques la formation associ e aux produits incluant la description du fonctionnement et des applications
55. e pour le patient Les b n fices d une pratique peuvent donc tre contrebalanc s par les inconv nients qu elle comporte Par exemple l utilisation de la thermodilution pour obtenir le d bit cardiaque exige l insertion d un cath ter dans le corps du patient ce qui est dangereux en particulier pour des patients en tat critique La recherche se trouve alors confront e de nouveaux imp ratifs de s curit parfois plus importants que la d couverte ou l radication d une pathologie Les nouvelles m thodes d explorations et de traitements m dicaux doivent prendre en compte ces imp ratifs Parmi ces m thodes on trouve la cardiographie d imp dance ou ICG Impedance CardioGraphy Elle a l avantage de permettre une mesure simple peu ch re et de mani re totalement non invasive d indices cardiaques aujourd hui obtenus par des moyens chers difficiles d utilisation ou m me invasifs Contrairement d autres m thodes comme la thermodilution ou les m thodes de Fick la cardiographie d imp dance permet galement d enregistrer tous ces indices de mani re continue Les premi res tentatives d enregistrement d indices cardiaques par ICG remontent aux ann es 1960 Mais bien que ses b n fices soient largement reconnus par la communaut scientifique l absence de r p tabilit des r sultats surtout dans des cas pathologiques et la controverse sur l origine physiologique du signal obtenu rend
56. ed Precision of Non Invasive Impedance Cardiography Annals of Biomedical Engineering Vol 17 p 517 534 1989 28 A Nowakoski T Palko J Wtorek Advances in Electrical Impedance Methods in Medical Diagnostics Bulletin of the Polish Academy of Sciences Vol 53 n 3 p 231 243 2005 29 T Palko F Bialokoz J Weglarz Multifrequency Device for Measurement of the Complex Electrical Bioimpedance Design and Application IEEE Engineering in Medicine and Biology Society p 1 45 1 46 1995 30 V K Pandey P C Pandey Wavelet Based Cancellation of Respiratory Artifacts in Impedance Cardiography Proceedings of the 15th International Conference on Digital Signal Processing p 191 194 2007 31 R P Patterson Sources of the Thoracic Cardiogenic Electrical Impedance Signal as Determined by a Model Medical and Biological Engineering and Computing Vol 23 p 411 417 1985 32 R P Patterson Fundamentals of Impedance Cardiography IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine p 35 38 March 1989 33 Z Peng L A H Critchley B S P Fok A E James Evaluation of Impedance Based Indices of Cardiac Contractility in Dogs Journal of Clinical Monitoring and Computing Vol 18 p 103 109 2004 34 D J Peters T L Rhyne A 3 Dimensional FEM of the Human Thoracic Cavity for Simulation of Impedance Cardiography Computers in Cardiology 1988 Proceedings p 111 114 1988 35 M Qu Y Zhang J G Webster W J To
57. embrane cellulaire emp che le courant d entrer dans la cellule limitant celui ci passer dans le liquide extracellulaire Si on augmente la fr quence du courant des ions vont se condenser de part et d autre de la membrane cr ant un effet capacitif au niveau de la celle ci Si la fr quence du courant est suffisamment lev e l accumulation de charges de chaque c t de la membrane devient trop longue se mettre en place et le courant passe librement la membrane par les canaux ioniques et les prot ines membranaires par exemple les aquaporines pr sents dans la membrane Le courant traverse alors les liquides extracellulaire et intracellulaire On peut alors tudier les variations de volume de tous les compartiments cellulaires l aide de mod les cellulaires que nous reverrons dans le chapitre II B de cette partie Les valeurs de faible et forte fr quences ne sont pas clairement d finies dans la litt rature car la travers e de la membrane d pend du type cellulaire Selon l exp rience de la soci t BioparHom dans ce domaine une fr quence de 100kHz le courant permet principalement le passage du courant dans le milieu extracellulaire A une fr quence de 500kHz nous pouvons consid rer que la majeure partie des membranes cellulaires sont travers es 6e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 2 R sistance et R actance Selon la fr quence utilis e l effet
58. ence 35 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Partie 4 Projet ZFlow A l origine le but de ce stage tait de valider la capacit d un prototype d quipement de cardiographie d imp dance le ZFlow donner des indices cardiaques de mani re simple pr cise et fiable Cette validation devait se faire sur une population de 80 personnes dont si possible la moiti d hommes et l autre moiti de femmes Les nouvelles fonctionnalit s du prototype par rapport aux autres cardiographes d imp dance savoir la possibilit de r gler la fr quence du courant lectrique appliqu au corps devaient galement tre utilis es dans un but de recherche pour tenter d am liorer la fiabilit de ce type d quipement Les nouvelles donn es obtenues taient alors cens es me permettre de commencer un mod le en l ments finis du thorax pour de futures applications biom dicales Suite ma recherche bibliographique et plusieurs impr vus rencontr s le sujet a t modifi et consistait pr parer les diff rentes tapes de la recherche sur l utilisation de la spectroscopie multifr quence pour une recherche future Ces tapes sont pr sent es ci dessous Elles comprennent la demande d autorisations aupr s du Comit d Ethique de la Recherche de l Universit d Ottawa pour pratiquer des essais en toute l galit la description pr cise d un protoco
59. ent cette m thode peu fiable raison pour laquelle elle n est que tr s peu utilis e dans le milieu m dical Le but de ce projet est d utiliser les capacit s multi fr quentielles du prototype de cardiographe d imp dance le ZFlow d velopp par la soci t fran aise BioparHom pour mieux comprendre l origine des variations du signal d imp dance thoracique et ainsi avancer vers l obtention des r sultats d ICG pr cis et fiables La finalit de ce projet est de d velopper un cardiographe d imp dance fiable qui permettra l obtention d indices cardiaques de mani re s re simple et peu on reuse Lors du stage synth tis dans ce rapport il a t question de mettre en place le protocole de mesure et de faire un premier travail sur l utilisation de la spectroscopie multifr quence dans l obtention de param tres cardiaques par bioimp dance Dans le pr sent rapport seront succinctement pr sent s les diff rents partenaires de ce projet les principes de la bioimp dance sur lesquels reposent ce projet une revue bibliographique de l tat actuel de la recherche en cardiographie d imp dance et enfin les diff rentes tapes du projet ZFlow men es durant mon stage Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Partie 1 Partenariat Universit Entreprise Ce projet est men en cotutelle sous la responsabilit de l Universit d Ottawa repr sent
60. es d lectrodes Les valeurs de tension enregistr es sont alors soumises un bruit d inhomog n it Un nouveau sch ma de positionnement est alors propos comportant plus d lectrodes que le sch ma Lat ral le sch ma Semi circulaire figure 20 Il poss de les m mes lectrodes que le sch ma Lat ral mais comporte en plus un autre lot de quatre lectrodes deux injectrices et deux r ceptrices positionn es aux m mes niveaux que les pr c dentes mais sur la face ant rieure du corps Ce dernier sch ma permet d obtenir des r sultats similaires au sch ma Bandes mais tout en conservant des lectrodes patch Dans une tude suivante Woltjer et al 56 proposent une nouvelle disposition avec des r sultats similaires au sch ma Semi circulaire et qui permet de n utiliser que dix lectrodes mais avec six lectrodes injectrices de courant Ces probl mes d homog n it du courant sont galement dus la complexit de la g om trie thoracique En effet une tude de E y Raaijmakers et al 36 bas sur un mod le thoracique en l ment fini Fa k pr cise que la jonction cou thorax est une zone de forte inhomog n it de courant Pour diminuer l effet d inhomog n it de cette r gion il faut en loigner au maximum les lectrodes injectrices en les montant igure Sch ma 10 lectrodes modifi de plus haut sur le cou voir en les pla ant sur une partie du
61. es essais sur des sujets sains ont t approuv es par le Comit d Ethique et de la Recherche de l Universit d Ottawa mais uniquement condition que l quipement soit valider par le d partement des Etudes Cliniques des Mat riels M dicaux de l agence gouvernementale Sant Canada Les caract ristiques id ales du nouveau prototype ont t d finies mais aucun test ne peut tre pratiqu tant qu un quipement avec une fr quence d acquisition d au minimum 100Hz ne sera disponible En ce qui concerne le protocole exp rimental et le traitement des donn es les m thodes d crites ici n ont pas pu tre test es et ne sont s rement que des tapes pr liminaires de la vraie validation scientifique dans le sens o elles devront tre adapt es aux conditions d exp rimentations lieu sujets sains ou pathologiques comparaison des r sultats avec une nouvelle m thode de r f rence et des premiers r sultats qui seront obtenus et qui me sont aujourd hui inconnus 63 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Conclusion La cardiographie d imp dance ou ICG est une m thode d obtention d indices cardiaques dont notamment le d bit cardiaque Cette m thode comporte de nombreux avantages qui sont sa non invasivit son faible co t et sa facilit d utilisation mais galement la possibilit de mesurer le d bit cardiaque en continu Elle comporte
62. es trouv s dans les diff rents articles 1 Elimination du bruit La carte ECG EG01000 poss de d j un programme embarqu pour le traitement du signal ECG Ce programme permet de r duire le bruit d acquisition ainsi que de limiter les variations du signal dues a la respiration du sujet figure 43 Temps en ms Figure 43 ECG enregistr par la carte EG01000 Malgr l utilisation de divers filtres on peut toujours visualiser les effets de la respiration sur le signal obtenu figure 44 56 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance A A tA fl i TO EN i i I i EH j j i f LA EE jl a A if Ay i A LA LA FA j AE a LA ZA t nl Lt lo Pad AW 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 iJ 1 4000 0 5000 0 6000 0 7000 0 8000 0 9000 0 10000 0 11000 0 12000 0 13000 0 14000 0 15000 0 16000 0 Temps en ms Figure 44 Trac ECG en blanc et ligne de respiration en rouge Cependant comme nous allons le voir maintenant le traitement utilis par la suite ne requiert pas d liminer plus de bruit que ce que le programme embarqu de la carte ne permet 2 D tection des points Le premier point d tecter est le point R Pour cela une m thode bas e sur la transform e de Hilbert a t utilis e 06 La transform e de Hilbert est utilis e en traitement du signal pour en d crire l enveloppe Pour un signal temporel donn elle
63. faible pour ne pas tre dangereuse pour le sujet Conform ment a un rapport am ricain d velopp par Association of Advancement of Medical Instrumentation en 2005 61 les valeurs acceptables pour un quipement tel que le ZM trix sont inf rieures 300uA Pour information le courant utilis par l quipement ZM trix est de l ordre 70H A Deux types de courant sont utilisables pour les mesures de bioimp dance 22 un courant continu ou un courant alternatif L utilisation d un courant alternatif permet d en modifier la fr quence Le but de ce projet tant justement de modifier cette fr quence pour en tudier I effet sur les valeurs d indices cardiaques il ne sera question dans ce rapport que de courants alternatifs et plus pr cis ment de courants alternatifs sinusoidaux B Mesure de l imp dance Dans cette optique la tension U enregistr e est galement une tension alternative sinuso dale avec la m me fr quence d oscillation que le courant I mais d phas e par rapport celui ci Il devient alors tr s facile de calculer la r sistance R du segment d fini par les lectrodes r ceptrices grace la loi d Ohm U RXI 01 R 02 U I avec R r sistance en Q U tension en V I intensit du courant en A Dans les formules pr sent es 01 et 02 le courant I la tension U et la r sistance R sont des valeurs r elles Si on consid re la valeur R comme tant comp
64. guine en fonction du diam tre du vaisseau et de la vitesse du sang dans ce vaisseau Vv 9 39 Ap 0 2318 pst 1 exp 0 26 gt I 53 avec Ap variation de r sistivit sanguine en Q cm Pst valeur statique de r sistivit sanguine en Q cm v vitesse moyenne du sang dans le vaisseau en cm s r rayon du vaisseau en cm B L acquisition et le traitement des donn es Il existe une autre branche de la recherche d di e a l ICG En admettant que les hypoth ses de Kubicek sont valides tout du moins dans une certaine limite l absence de r p tabilit dans les mesures d une exp rience l autre pourrait tre due des erreurs dans l acquisition et le traitement des donn es 1 Erreurs d acquisition Les erreurs d acquisition de donn es sont g n ralement consid r es comme ayant deux origines un mauvais positionnement des lectrodes injectrices de courant et un mauvais positionnement des lectrodes r ceptrices de courant a Electrodes injectrices La premi re cause c est dire un mauvais positionnement des lectrodes injectrices se traduira par une mauvaise homog n it du courant lectrique passant dans le corps Cette homog n it est un pr requis indispensable pour avoir des mesures fiables avec un quipement ICG puisque la valeur de l imp dance calcul e est directement li e la valeur de l intensit du courant Si le courant ne passe pas par les
65. ier actuellement sous format Excel Les donn es d imp dance seront des donn es brutes alors que les donn es d ECG auront d j subi un pr traitement par le software embarqu de la carte ECG N anmoins pour tirer des signaux des informations utiles il est indispensable de leur faire subir le traitement appropri Une remarque importante est qu aucun signal d imp dance cardiaque n a pu tre obtenu en raison de la trop faible fr quence d acquisition actuelle du ZMetrix Seul le signal 540 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance ECG a pu tre convenablement enregistr permettant de travailler sur la m thode de d tection des points R et Q Les m thodes de traitement des donn es d imp dance sont th oriques et n ont a ce jour pas pu tre test es L organigramme ci dessous repr sente les diff rentes tapes d analyses des donn es que j avais pr vu de mettre en place lors de ce stage Acquisition des donn es S paration des donn es Fr quence Segments Segment Segment cardiaque normaux aortique pulmonaire D tection des Elimination Elimination Elimination points du bruit du bruit du bruit D tection des D tection des Approche Approche D tection des points points diff rentielle diff rentielle points Figure 41 Traitement des donn es A S paration des donn es Comme nous l avons vu pr c demment le programme d acq
66. ion du signal Une tude de 2001 men e par Y Wang et al 54 estimait que le sang sortant des ventricules jouait un r le important dans les variations du signal ICG Cette tude indiquait galement que si les lectrodes r ceptrices taient positionn es proximit du c ur la diminution de volume sanguin dans les ventricules pouvait repr senter jusqu 82 du signal enregistr et que placer des lectrodes r ceptrices suppl mentaires cet endroit pourrait permettre de discriminer ce facteur pour ne garder que la partie du signal correspondant l v nement physiologique que l on cherche mesurer A Ikarashi et al 19 ont publi leur tude la fois num rique et exp rimentale en 2007 dans laquelle leurs r sultats indiquaient que le signal enregistr par des lectrodes r ceptrices plac es dans le dos tait trop faible et que le meilleur positionnement pour calculer le volume d jection systolique tait une lectrode r ceptrice sur l axe m dian du corps au niveau des clavicules et une juste au dessus du xipho de figure 23 Il existe certaines diff rences entre les positionnements Figure 23 Sch ma de pr conis s par les diff rentes tudes mais toutes sont d accord sur Ikarashi et al modifi de oe A s a ace F 361 un point la position des lectrodes aussi bien injectrices que r ceptrices est un facteur important dans le bruit d acquisition et la valeur de Zo Il est
67. ique et pulmonaire report de 57 Cependant aucune d finition exacte de l emplacement du point B sur un signal ICG n a jusqu alors t donn e 07 Diff rentes hypoth ses et les m thodes associ es de d tection de ce point ont donc t utilis es 07 le point C correspond au point maximum du signal dZ dt sur un battement cardiaque donn soit dZ dt max Il correspondrait au pic de d bit d jection du sang par les ventricules Il s agit du second des trois points a trouver avec pr cision pour une ECG bonne utilisation de ICG clectrocardiogram IMP le point X correspondrait a Press la fermeture de la valve aortique Avec les points B et C c est le dernier point ae away d terminer avec exactitude 57 le point Y semble correspondre la fermeture de la valve CEP MET INET ET pulmonaire 44 Figure 12 Courbes ICG et points associ s ECG Electrocardiographe IMP Courbe d imp dance ICG Cardiographe d imp dance PEP P riode de pr jection Ponde O intervient pendant VET Temps d jection ventriculaire IVRT Temps de relaxation isovolum trique FT Remplissage des ventricules 45 la diastole Elle est consid r e comme 14 0 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance refl tant le passage passif du sang entre les oreillettes et les ventricules 57 Le pic de l onde O que l on peut consid rer co
68. ir de plusieurs tudes comparatives des coefficients de corr lation allant de 0 17 1 0 entre les valeurs de d bit cardiaques enregistr s par ICG et par d autres m thodes valid es dans le domaine m dical D autres tudes ont alors t men es pour d terminer les causes de variations du signal d imp dance En 1987 W G Kubicek 23 utilisa ICG coupl un ballistographe quipement permettant de mesurer les mouvements du corps humains dus aux contractions cardiaques et au passage du sang dans les vaisseaux majeurs pour d montrer que la variation d imp dance tait temporellement simultan e l jection du sang dans l aorte En 2007 J K Hayes et al 18 utilisaient la sonomicrom trie m thode permettant d enregistrer la d formation locale d un vaisseau l aide d ultrasons sur des chiens pour prouver que la variation d imp dance se produisait de mani re quasi instantan e au passage du sang dans l aorte mais avant le passage du sang dans l art re pulmonaire Ils concluaient donc que 28 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance celle ci n intervient pas dans le signal ICG r sultat en contradiction avec plusieurs tudes th oriques La r sistivit sanguine La plupart de ces tudes semblent confirmer les hypoth ses de Kubicek l exception de la r sistivit du sang que Kubicek avait consid r e comme constante En effet de n
69. isposition il m aurait t possible de tester les m thodes pr sent es dans ces articles utilisation de spectrogrammes de transform es en ondelettes ou encore de reconnaissance de formes 2 Utilisation simultan e des deux segments classiques Pour rappel les segments normaux sont les segments utilis s dans la configuration Lat ral du positionnement des lectrodes configuration centrale de la figure 20 N anmoins aucun article n explique comment ces deux segments sont utilis s simultan ment pour obtenir une valeur unique d imp dance repr sentant l ensemble du thorax Cette partie reste donc exp rimenter Si l on se r f re l hypoth se de Kubicek la variation d imp dance thoracique est majoritairement due aux variations du volume sanguin dans l aorte les autres causes tant n gligeables Si cette hypoth se est av r e il est logique que les valeurs d imp dance enregistr es sur chaque segment le segment normal gauche d fini par les lectrodes 2G 5G et le segment normal droit d fini par les lectrodes 2D 5D soient les m mes une erreur pr s l erreur due au bruit d acquisition de respiration ou encore de mouvement Pour limiter cette erreur il est alors possible de pratiquer une simple moyenne arithm tique des valeurs enregistr es pour chaque segment et en obtenir un signal d imp dance g n rale du thorax 20 204240 avec Z t signal d imp dance globale du thor
70. l enveloppe calcul e les pics d ondes R sont d tect s l aide d un simple seuil Ce seuil est actuellement d fini comme tant 50 de la valeur maximale du signal mais un moyen de contr le a t programm en cas de n cessit La d tection des points Q a t faite partir de la localisation des points R Un point Q a t d fini comme le premier point avant le point R o la d riv e premi re du signal est nulle La d tection des ces points consiste donc dans un algorithme de traitement point par point o on remonte le signal depuis les indices de chaque point R trouv jusqu au premier dECG point tel que a 0 Pour r sumer les diff rentes tapes de d tection des points sont dans l ordre calcul de la d riv e premi re de ECG calcul de la transform e de Hilbert de la d riv e premi re calcul de la repr sentation analytique du signal calcul du module de la repr sentation seuillage d tection des points R d tection des points Q 58 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 3 R sultats En raison de la non obtention des autorisations du Comit d Ethique peu de mesures d ECG ont pu tre pratiqu es ne permettant pas de tester l algorithme utilis dans de nombreux cas N anmoins les r sultats obtenus sur les mesures faites pr sentent des r sultats encourageants Le sch ma ci dessous repr sen
71. l 17 p 463 473 1989 50 L Wang RP Patterson S B Raza Respiration Effects on Cardiac Related Impedance Indices Measured Under Voluntary Cardio Respiratory Synchronisation VCRS Medical and Biological Engineering and Computing Vol 29 p 505 510 1991 51 L Wang R P Patterson Multiple Sources of the Impedance Cardiogram Based on 3D Finite Difference Human Thorax Models EEE Transactions on Biomedical Engineering Vol 42 n 2 p 141 148 February 1995 52 X Wang H H Sun D Adamson J M Van der Water An Impedance Cardiography System A New Design Annals of Biomedicals Engineering Vol 17 p 535 556 1989 53 X Wang H H Sun J M van de Water An Advanced Signal Processing Technique for Impedance Cardiography IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol 42 n 2 p 224 230 February 1995 54 Y Wang D R Haynor Y Kim A Finite Element Study of the Effects of Electrode Position on the Measured Impedance Change in Impedance Cardiography IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol 48 n 12 p 1390 1401 2001 67e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 55 H H Woltjer B J M van der Meer H J Bogaard P M J M de Vries Comparison Between Spot and Band Electrodes and Between Two Equations for Calculations of Stroke Volume by Means of Impedance Cardiography Medical and Biological Engineering and Computing Vol 33 p 330 334 1995 56 H H
72. l ICG Dans notre cas ce segment est plut t utilis pour l application de courants hautes fr quences A ce jour les fr quences de courant utilis es sont toujours rest es dans des domaines limitant le courant passer principalement dans le milieu extracellulaire Ainsi si les hypoth ses de Kubicek sont exactes le courant prenait le chemin le plus conducteur et passait essentiellement par le sang aortique Cependant ceci est une simplification et une partie du courant passe travers les tissus et circule dans d autres parties du thorax ce qui implique que la valeur d imp dance enregistr e pourrait tre r v latrice d autres ph nom nes que seulement la variation de volume sanguin dans l aorte surtout de hautes fr quences o le courant traverse plus facilement les tissus 3G va Figure 39 Segment aortique modifi de 36 Pour cette raison j ai d finit un segment qui n enregistre que les variations d imp dance aux abords de l aorte descendante contrairement aux segments classiques qui enregistrent les variations globales du thorax c Le segment pulmonaire Le segment 3D 4D est parall le au segment aortique figure 40 Il permettra par une approche diff rentielle entre les valeurs trouv es pour le segment aortique et celles trouv es pour le segment pulmonaire de d terminer la part de la composante pulmonaire dans le signal enregistr et cela pour les diff rentes
73. le exp rimental de mesures la d finition d un cahier des charges de l quipement requis pour les manipulations et enfin la description d une m thode de traitement de donn es accompagn e d un programme informatique le plus avanc possible en fonction de l avancement des autres tapes pour rendre ce traitement le plus automatique possible Aucune de ces tapes n a cependant pu tre achev e avant la fin de mon permis de travail et elles devront donc tre adapt es en fonction des v nements venir I Demandes au Comit d Ethique de la Recherche CER A Le CER Le Comit d Ethique de le Recherche CER de l Universit d Ottawa se compose de deux parties le CER en Sciences Sociales et Humanit s et le CER en Sciences de la Sant et Sciences Nous avons d pos une demande aupr s de ce second comit Le CER en Sciences de la Sant et Sciences se compose de onze personnes dont un pr sident un secr taire un juriste un repr sentant tudiant et sept personnes venant des diff rentes facult s de sciences et de l ext rieur de l universit Son r le consiste tudier toute les recherches men es l universit d Ottawa en s appuyant sur un nombre de points thiques et l gaux Il doit s assurer que les chercheurs sont pleinement conscients des implications l gales et thiques de leurs recherches et qu ils respectent un certain code thique avant tout lancement de projet
74. lectrodes 4G et SD l lectrode 3D est plac e au niveau de l lectrode 3G sur l axe de l lectrode 4D Cette configuration a t d finie par rapport aux diff rents segments corporels dont on veur mesurer la valeur d imp dance Ces segments sont aux nombres de quatre mais peuvent tre r unis en trois cat gories les segments classiques le segment aortique et le segment pulmonaire Comme nous le verrons un cinqui me segment peut tre d fini comme le segment cardio pulmonaire Figure 37 Positionnement des lectrodes 49 o Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance a Les segments classiques Les segments 2G 5G et 2D 5D figure 38 d crivent les segments corporels g n ralement utilis s par les quipements d ICG actuels configuration Lat rale Ils permettront de valider le ZFlow comme tant au moins quivalent aux autres quipements d ICG en travaillant des fr quences couramment utilis es et peut tre de d montrer que cette configuration est galement fiable soit de nouvelles fr quences de courant inject soit avec de nouvelles quations Figure 38 Segments normaux modifi de 36 b Le segment aortique Le segment 3G 4G suit l aorte descendante figure 39 Ce sch ma est inspir de l tude de A Ikarashi et al 19 qui avaient d fini un segment similaire comme le meilleur pour l enregistrement du signa
75. les points caract ristiques sont tir s des signaux filtr s De nouvelles m thodes bas es sur les progr s apport s en traitement du m wo so o B i gt signal ont fait leur Figure 25 Transform e en Ondelettes 53 apparition ces derni res ann es En 1995 une premi re tude sur l utilisation de l analyse temps fr quence a fait son apparition 53 o un spectrogramme tait calcul pour faire ressortir les points B X et C figure 25 Des tudes sur l utilisation de transform es en ondelettes ont galement t publi es avec des r sultats prometteurs 30 42 VI Conclusion La cardiographie d imp dance est un proc d comportant de nombreux avantages qu ils soient pratiques conomiques ou m dicaux Elle permet l obtention de nombreux indices et a le potentiel pour devenir une pratique m dicale de routine Les r sultats th oriques et exp rimentaux tendent prouver que cette m thode peut tre utilis e pour la mesure d indices cardiaques comme le volume d jection Cependant les tudes th oriques le manque de connaissances sur ses origines physiologiques et plus encore l absence d un taux suffisamment lev de r p tabilit des r sultats font qu elle n est pas encore pr te tre utilis e dans le monde m dical De nombreuses recherches restent mener recherches dans lesquelles s inscrit ce projet sur l utilisation de la spectroscopie multifr qu
76. lexe cause d effets membranaires dont nous reparlerons au chapitre II B de cette partie on ne parle plus de r sistance R mais d imp dance Z et la loi d Ohm s crit de la mani re suivante zs 03 avec U et Z et I des valeurs complexes Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance III L utilisation de la multifr quence A Les effets de la multifr quence 1 Milieux intra et extracellulaires Comme nous l avons vu le courant utilis est alternatif et sa fr quence peut aujourd hui tre ajust e de mani re pr cise gr ce des quipements modernes comme le ZM trix Dans ce sens l utilisation de la spectroscopie multifr quence a t tudi e sur plusieurs mesures physiologiques comme la composition corporelle 39 ou encore la d tection de cancers 28 High Frequency Low Frequency Lorsque le courant inject traverse le Current Current corps il traverse en fait des milieux cellulaires Les cellules contiennent et sont entour es par des Col ne milieux liquides conducteurs Elles sont cependant entour es par une membrane cellulaire compos e d une bicouche lipidique tr s peu conductrice de _Intra Cellular Water courant qui s pare ces milieux i Extra Cellulan ven Comme nous pouvons le voir sur la figure Figure 2 Passage du courant selon la fr quence 2 lors de l application d un courant faible utilis e 39 fr quence la m
77. ltifr quence en Cardiographie d Imp dance Partie 2 Principe de la Bioimp dance Le terme bioimp dance peut avoir deux significations 48 Si l on consid re chaque cellule prise s par ment il revient tudier l isolation et le type de r cepteurs cellulaires Si par contre on consid re des tissus entiers la bioimp dance revient tudier la r partition des fluides corporels Dans ce rapport il ne sera jamais fait allusion la premi re d finition de la bioimp dance I L histoire de la bioimp dance La bioimp dance telle que nous la consid rons ici est donc utilis e pour la mesure de variation de volumes l int rieur du corps humain Cette mesure est bas e sur les propri t s lectriques des tissus vivant utilis e pour la premi re fois par H Mullers dans les ann es 1870 report de 48 Le principe d utilisation de la cardiographie d imp dance a t pour la premi re fois nonc par J Nyober en 1940 dans le Journal of Clinical Investigation report de 48 Il y d crivait la bioimp dance thoracique plus commun ment appel TEB Thoracic Electrical Bioimpedance comme une alternative non invasive de mesure des fonctions cardiaques Depuis lors des tudes ont t men es sur la r action du corps humain au passage d un courant lectrique de faible intensit dans l espoir d en tirer des m thodes non invasives de diagnostiques m dicaux tudes dont font par
78. mations sont les causes r elles d erreurs dans les mesures d ICG Les diff rentes causes cit es dans la litt rature sont la variation de volume sanguin dans l aorte 20 21 23 31 34 40 46 50 51 la variation de volume sanguin dans les autres vaisseaux majeurs veine cave art re pulmonaire 20 21 31 40 46 5 1 la variation de volume sanguin dans les diff rents compartiments cardiaques oreillettes et ventricules 21 31 40 46 51 la variation de volume sanguin dans les carotides 21 la variation de r sistivit sanguine 20 21 51 le mouvement et la variation de volume sanguin dans les autres organes thoraciques notamment les poumons 20 31 40 46 5 1 la variation de volume du thorax chaque respiration 50 Nous pouvons encore s parer cette cole de pens e en deux sous cat gories les tudes th oriques et les tudes empiriques 1 Les tudes th oriques Ce type d tude consiste simuler d une mani re ou d une autre l origine du signal et se rapprocher au maximum de la forme du signal dZ dt Dans ces tudes il est souvent question de simuler les v nements physiologiques intra thoraciques l aide de mod les en l ments finis et d en tirer un signal dZ dt th orique le plus proche possible d un signal dZ dt exp rimental L inconv nient de cette approche est que les mod les utilis s sont nombreux et souve
79. mme le point O est souvent consid r comme le moment d ouverture de la valve mitrale En 1986 une exp rience de Donovan et al concluaient qu un rapport de hauteurs d ondes O C sup rieur 0 3 est anormal et significatif de pathologies pulmonaires report de 57 Il est important de pr ciser que toutes les correspondances entre des points du graphe dZ dt et des v nements physiologiques sont hypoth tiques De nombreuses tudes ont t men es et sont actuellement en cours pour d terminer l origine exacte du signal ICG voir le chapitre V A de cette partie Ces points sont coupl s avec les points QRS et plus sp cifiquement les points R et Q pour calculer les indices cardiaques III Mod les thoraciques et quations associ es Pour tenter d expliquer l origine des variations d imp dance dans le thorax des mod les thoraciques ont t imagin s associ s des quations permettant de calculer des indices cardiaques Ces mod les sont souvent critiqu s cause de leurs simplifications mais certains sont encore utilis s aujourd hui comme des mod les de r f rence Nous pouvons en citer deux principaux qui sont aujourd hui fr quemment utilis s Ces mod les sont celui de Kubicek d une part datant de 1966 qui fut le premier r aliser un quipement d ICG et celui de Sramek Bernstein d velopp par Sramek en 1983 et am lior par Bernstein en 1986 qui est un mod le d riv du premier
80. mouvements ce qui diminue le bruit dans le signal elle permet une r partition des fluides corporels plus homog nes en opposition une accumulation de ces liquides dans les membres inf rieurs en position assise ou debout ce qui limite galement le bruit d des accumulations de liquide C Les mesures Le but de ce projet est de faire des mesures diff rentes fr quences pour s parer les origines du signal d imp dance et ne conserver que les informations utiles Pour cela j ai d finit des emplacements exacts des lectrodes aussi bien injectrice que r ceptrices J ai galement d finit un certain nombre de fr quences auxquelles il serait int ressant de travailler Pour rappel ces protocoles n ont pas pu tre test s expliquant l absence de r sultat et l aspect th orique des b n fices esp r s 46 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 1 Mesures de compositions corporelles Dans le chapitre II A 2 de cette partie nous avons vu que le ZM trix pouvait apporter de nouvelles informations en cardiographie d imp dance par l tude des r sultats d indices cardiaques obtenus en comparaison avec des valeurs de composition corporelle Pour cela et bien que l utilisation de valeurs de composition corporelle pour am liorer la m thode de cardiographie d imp dance ne soit pas la raison d tre de ce projet il a t d cid d inclure des
81. mpkins Motion Artifact from Spot and Band Electrodes During Impedance Cardiography IEEE Transactions on Biomedicals Engineering Vol BME 333 n 11 p 1029 1036 November 1986 36 E Raaijmakers T J C Faes H G Goovaerts J H Meijer P M J M de Vries R M Heethaar Thoracic Geometry and Its Relation to Electrical Current Distribution Consequences for 66 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Electrode Placement in Electrical Impedance Cardiography Medical and Biological Engineering and Computing Vol 36 p 592 597 1998 37 S B Raza R P Patterson L Wang Removal of Respiratory Artifacts From Cardiogenic Impedance Signal by Digital Filtering 11th Annual International Conference of the IEEE EMBS p 634 635 1989 38 S B Raza R P Patterson L Wang Filtering Respiration and Low Frequency Movement Artefacts From the Cardiogenic Electrical Impedance Signal Medical and Biological Engineering and Computing Vol 30 p 556 561 1992 39 E Ribbe D veloppement de Mod les de Composition Corporelle par Bioimp dance Rapport de stage UTC 2009 40 K Sakamoto K Mute H Kanai M Iizuka Problems of impedance cardiography Medical and Biological Engineering and Computing Vol 17 p 697 709 1979 41 K Sakamoto H Kanai Electrical Characteristics of Flowing Blood IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol BME 26 n 12 December 1979 42 Z Sh
82. nce variable dans le temps car la fr quence cardiaque n est pas fixe De plus l origine des variations du signal d imp dance n tant pas toujours connue on risque toujours d liminer une partie du signal voulu avec ce qu on consid re comme tant du bruit ou de conserver trop de bruit dans le signal malgr le traitement et de perdre en termes de pr cision des valeurs 33e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance a D finition des points caract ristiques La premi re remarque faire est que comme nous l avons d j pr cis plus t t les points caract ristiques B et X du signal ICG ont t d finis l aide d un phonocardiogramme et des sons que produisent la valve aortique lorsqu elle s ouvre et se ferme Mais aucune localisation pr cise de ces points n a t normalis e sur le signal dZ dt 07 G n ralement le point B est consid r comme le point sur la courbe ascendante en amont du point C pour lequel la valeur de dZ dt correspond 15 de dZ dt max Cependant une autre d finition est parfois utilis e savoir que le point B correspond au dernier moment o le signal dZ dt passe par la valeur 0 avant d atteindre le point C figure 24 k LVET aza Goes Figure 24 D finitions possibles du point B F S sch ma odie de 07 j En 1996 A P Demarzo et al 07 ont propos un nouvel algorithme de d tection automatique
83. nes pulmonaires de petit et large calibre alors que l aorte n aurait qu un r le mineur Dans la plupart de ces tudes les causes majoritaires de la variation d imp dance ne sont pas le changement de volume sanguin dans l aorte Ces r sultats sont cependant discutables puisqu ils sont souvent purement th oriques contradictoires d une tude une autre et contradictoires avec la plupart des tudes empiriques dont nous parlerons dans le chapitre suivant En revanche ils nous permettent de nous interroger sur la fiabilit des r sultats obtenus par l ICG dans la mesure o les ph nom nes physiologiques associ s aux variations d imp dance ne seraient pas ceux que l on suppose 2 Les tudes empiriques Ces tudes consistent faire des mesures physiologiques dans des conditions contr l es souvent sur des animaux et comparer les mesures simultan es d ICG et d autres examens valid s pour d terminer la concordance des variations d imp dance avec des v nements connus La premi re est bien videmment la comparaison entre les volumes d jection systolique calcul s par ICG et mesur par d autres m thodes comme les m thodes de dilution Cependant les r sultats variables de ces comparaisons sont la raison principale de doute concernant l ICG 51 En 1991 un rapport de l AHCPR Agency for Health Care Policy and Research du Service de Sant Publique des Etats Unis enregistrait part
84. nish B J Thomas The Electrical Impedance of Pulsatile Blood Flowing Through Rigid Tubes an experimental investigation IFMBE Proceedings Vol 17 p 73 76 2007 14 C L Garrard A M Weissler H T Dodge The Relationship of Alterations in Systolic Time Intervals to Ejection Fraction in Patients with Cardiac Disease Circulation Vol 42 p 455 462 September 1970 15 G Granerus R Elg Stroke Volume Measurement by Impedance Cardiography Using a Formula Based on the Az Waveform Clinical Physics and Physiological Measurement Vol 3 n 2 p 131 139 1982 16 S Grimnes O G Martinsen Cole Electrical Impedance Model A Critique and an Alternative IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol 52 n 1 2005 17 S Grimnes O G Martinsen Bioimpedance Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering 2006 18 J K Hayes J L Peters B D Hare L E Baker The Relationship Between Vascular Expansion of the Aorta and Pulmonary Artery and the Genesis of the Impedance Cardiogram Using the Technique of Sonomicrometry Journal of Medical Engineering amp Technology Vol 31 n 6 p 419 427 2007 65 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 19 A Ikarashi M Nogawa S Tanaka K Yamakoshi Experimental and Numerical Study on Optimal Spot Electrodes Arrays in Transthoracic Electrical Impedance Cardiography 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS p
85. nt vides tant qu une nouvelle valeur de rythme cardiaque n est pas envoy e par la carte Cette nouvelle valeur est inscrite sur la m me ligne que la valeur d ECG envoy e au m me instant 44 e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Fr quence cette colonne contient la valeur de la fr quence du courant inject par le ZMetrix Tant que cette fr quence ne change pas la valeur est r p t e dans la case suivante du tableau Temps cette colonne contient la valeur de temps en ms auquel les points sur la m me ligne ont t enregistr s La fr quence d acquisition de la carte ECG tant de 100Hz le tableau contient une ligne pour chaque 10ms Segment ces colonnes repr sentent chaque segment corporel correspondant chacun a une voie de sortie de la carte ZMetrix il y en a donc huit Elles sont en fait toutes s par es en plusieurs sous colonnes incluant la r sistance la r actance et l angle de phase calcul D La n cessit d un nouvel quipement La fr quence d acquisition trop faible du ZM trix est un probl me trop important qu il faut corriger avant de pouvoir continuer ce projet Pour cette raison j ai d finit au chapitre IV de cette partie les caract ristiques d un nouveau prototype pour ce projet bas sur les capacit s du prototype actuel et sur le protocole exp rimental d crit ci dessous III Protocole exp rimental
86. nt bas s sur des hypoth ses diff rentes ce qui rend leurs r sultats parfois compl tement oppos s et difficiles comparer Ainsi en 1989 D J Peters et al 34 concluaient partir de leur mod le que les variations de volume dans l aorte taient la cause majoritaire de la variation d imp dance et que les autres causes taient n gligeables En 1995 L Wang et al 51 estimaient l aide d un mod le bas sur des images IRM que les changements de r sistivit du sang sont la premi re cause de variation d imp dance thoracique et que le sang allant vers les poumons est la seconde cause majoritaire Une autre approche th orique avait t tent e en 1999 par B B Taylor et al 46 qui simul rent un signal ICG th orique l aide d un programme Simulink en int grant comme variables 14 types de variations de volume sanguin dans l aorte dans les compartiments cardiaques dans les vaisseaux pulmonaires et syst miques calibre large moyen et petit 27e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance dZ a d1X1 t a2x2 t a14x14t 51 avec xi t variable i ai coefficients Les coefficients a permettent de d terminer l importance de chaque variable dans la forme du signal Ce sont ces coefficients qui sont calcul s par le programme Les r sultats de cette tude ont sugg r que la variation du signal tait majoritairement due aux vei
87. ntractilit cardiaque enregistr s par l ICG N Les indices de r sistance m canique de vaisseaux Les indices suivants peuvent tre obtenus en combinant l quipement d ICG avec un quipement de mesures de pressions sanguines 44 la r sistance syst mique vasculaire la r sistance syst mique d jection la compliance art rielle totale le travail du c ur gauche lors de l jection Ces indices ne peuvent pas tre obtenus sans l aide d un quipement de mesure de pressions sanguines permettant de mesurer au minimum la pression moyenne art rielle Cet quipement n tant pas disponible pour notre tude cette partie ne sera pas plus d taill e 25e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance O La surface corporelle Body Surface Area BSA Comme nous l avons vu plusieurs indicateurs sont rapport s la surface corporelle du patient pour une plus grande fiabilit d interpr tation des r sultats La surface corporelle peut tre obtenue par cinq formules donnant des r sultats quivalents avec une diff rence maximale d environ 0 05m 2 Les formules sont les suivantes la formule de Mosteller H xP la formule de Dubois et Dubois BSApp 0 007184 x H 7 5 x p 425 47 la formule de Haycock BSAy 0 024265 x H 3964 x p05378 48 la formule de Gehan et George BSAgg 0 0235 x H042246 x p0 51456 49 la formule de Bo
88. ombreuses tudes sont men es ce sujet donnant des explications possibles de la variabilit dans les r sultats d ICG Si l on consid re la formule de Kubicek la valeur du volume d jection est directement proportionnelle la valeur de r sistivit sanguine Dans la formule de Sramek Bernstein cette composante est limin e En consid rant la valeur de la r sistivit sanguine comme un facteur important l ignorer ou faire une erreur sur sa valeur peut entra ner d importantes erreurs de r sultats d indices h modynamiques par l ICG Quand bien m me on consid rerait la valeur de la r sistivit sanguine constante le choix de cette valeur reste primordial A nsi on consid re souvent une valeur constante de r sistivit sanguine comprise entre 135 et 160Q cm Cependant T J C Faes et al 10 ont men une tude bibliographique sur plusieurs exp riences visant d terminer les r sistivit s des diff rents tissus Cette tude rapporte une valeur moyenne de r sistivit sanguine de 151Q cm avec un intervalle de 95 de confiance compris entre 121 et 191Q cm De meilleurs r sultats d ICG sont d ailleurs g n ralement obtenus quand on mesure l h matocrite de chaque patient et que l on en tire des valeurs sp cifiques de r sistivit sanguine pour chaque patient m me si elles restent consid r es comme constantes tout au long de la mesure ICG que quand on consid re des valeurs normalis es de r si
89. on and Clinical Applications Physiological Measurement Vol 18 p 95 105 1997 06 J C Cexus Analyse des signaux non stationnaires par Transformation de Huang Op rateur de Teager Kaiser et Transformation de Huang Teager THT M moire de Th se Universit Rennes 1 p 21 22 2005 07 A P DeMarzo R M Lang A New Algorithm for Improved Detection of Aortic Valve Opening by Impedance Cardiography Computers in Cardiology 1996 p 373 376 1996 08 O Dromer O Alata O Bernard Impedance Cardiography Filtering Using Scale Fourier Linear Combiner Based on RLS Algorithm 31th Annual International Conference of the IEEE EMBS p 6930 6933 September 2009 09 S Faddy J Boland D W M Muller Accuracy and Reliability of Non Invasive Cardiac Output The Future in Cardiology Computers in Cardiology Vol 30 p 251 253 2003 10 T J C Faes H A van der Meij J C de Munck R M Heethaar The Electric Resistivity of Human Tissues 100Hz 10 Mhz a Meta Analysis of Review Studies Physiological Measurements Vol 20 p R1 R10 1999 11 M Fenech Suivi des volumes plasmatique interstitiel et intracellulaire pendant l h modyalise par bioimp dance multifr quence et mesure d h matocrite Th se de Doctorat de l UTC Novembre 2003 12 H D Fuller Evaluation of Left Ventricular Function by Impedance Cardiography A Review Progress in Cardiovascular Diseases Vol 36 n 4 p 267 273 1994 13 R L Gaw B H Cor
90. ons qui poussent les chercheurs s int resser ce domaine Pour justifier la recherche le comit demande dans son formulaire de demande de pr ciser les objectifs de l tude ainsi que de lister les questions scientifiques auxquelles la recherche est cens e r pondre Elle doit galement tre plac e dans un contexte pr existant Pour cela une revue bibliographique doit tre faite avant la demande d approbation pour pr ciser la place de la recherche consid r e dans le monde scientifique actuel Le CER demande galement en quoi les d couvertes issues de l tude pourront tre d une quelconque utilit pour la soci t Enfin une partie du formulaire est consacr e la description des m thodes de traitements des donn es obtenus pour s assurer que des donn es ne seront pas collect es puis mal utilis es Concernant ce projet les int r ts retir s du projet aussi bien pour le monde scientifique que pour la soci t ont t d crits comme une avanc e dans l obtention simple peu ch re et surtout totalement sans danger d indices cardiaques aujourd hui obtenus par des moyens hautement invasifs ou peu fiables La revue bibliographique pr sent e pour l obtention de l approbation se r sume une partie de la bibliographie pr sent e la fin de ce rapport Ont t inclus dans la demande au CER uniquement les articles pr sentant les avantages de la cardiographie d imp dance pour le milieu m dic
91. onsid re les variations d imp dance des autres tissus thoracique comme tant suffisamment faibles pour tre n glig es raison pour laquelle la section du cylindre thoracique de son mod le ne varie pas dans le temps Une autre supposition de Kubicek explique que les variations d imp dance dans l aorte sont exclusivement dues au passage de l onde systolique En effet au passage de l onde l aorte se d forme localement augmentant sa section De l quation 16 nous pouvons d duire que l imp dance va galement varier de mani re inversement proportionnelle Dans son mod le Kubicek a simplifi la r alit physiologique en consid rant que l aorte ne se d forme pas localement mais sur toute sa longueur Il assume donc que la section de l aorte est constante en tout point de l axe descendant un instant donn de sorte que la variation d imp dance ne d pende que du temps Il devient alors possible partir de l quation 17 de mesurer la variation du volume de l aorte partir de la variation d imp dance L2 Vp Pp Z 18 A partir de cette formule et des hypoth ses de Kubicek il est facile d obtenir la variation de volume dans le thorax partir de la variation d imp dance comme suit 2 L Zo avec Zo imp dance de base du thorax en Q Le signe n gatif dans cette formule traduit le fait qu une augmentation de volume dans le thorax va entrainer une diminution de son imp
92. os 2wt 8 07 NIDS Il est possible de r gler la valeur de 9 et on peut alors consid rer deux cas 0 Dans ce cas l quation 07 devient l galit suivante A A A sin wt sin wt a7 7 sot 08 Nous obtenons donc un terme constant et un terme en cosinus la fr quence 2f En filtrant le signal avec un filtre passe bas avec une fr quence de coupure sup rieure 2f on obtient un signal constant ind pendant de la fr quence utilis e En multipliant la valeur constante de ce signal par 2 on obtient la valeur de A Cette valeur qui ne d pend donc plus de la fr quence utilis e est la partie r elle de la tension enregistr e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 7 2 Dans ce cas l quation 07 devient A sin wt sin we a cos 2 t 5 08 A partir de l quation 08 on obtient donc un signal sinuso dal la fr quence 2f Ce signal en cosinus repr sente l effet capacitif des membranes qui d rive le sinus en cosinus En prenant l amplitude maximale de ce signal et en le multipliant par 2 on obtient la valeur A qui repr sente la partie imaginaire de la tension On parle de mesure en quadrature Les parties r elle et imaginaire de la tension sont ensuite divis es par la valeur de l amp rage I pour obtenir respectivement la r sistance et la r actance b Valeur d imp dance et angle de phase De l quation
93. ositif m dical actif sur qui l application d un courant lectrique m me faible pourrait tre dangereuse participer l exp rience ne pr sente aucun risque La seule raison d exclusion de certaines personnes est de ne pas fausser les r sultats par des mesures sur des sujets aux conditions physiologiques hors normes et cela pour la validation sur sujets sains de l quipement ZFlow et de la m thode B Les conditions de mesure Avoir des sujets aux conditions physiologiques normales est un point essentiel pour la validation des capacit s du ZFlow Cependant pour que les r sultats obtenus soient vraiment interpr tables il faut que les mesures soient faites dans les m mes conditions pour chaque participant l tude Si l on se r f re la revue d articles de H D Fuller 12 certaines valeurs d indices varient selon Le SO a eee A la position du sujet par exemple quand il passe de la p aie ihe position assise a la position allong e Dans la plupart D S a D des tudes exception des tudes faites avec des Figure 32 Position D cubitus dorsal sujets faisant de l exercice les participants sont en position d cubitus dorsal c est dire qu ils sont allong s sur le dos les bras le long du corps figure 32 Cette position doit tre prise environ 10 minutes avant le d but des mesures pour deux raisons principales elle permet le repos du participant et un minimum d activit physique et de
94. pris l oppos Figure 14 Courbe ICG obtenue en haut et utilis e en bas modifi de 45 de la courbe d origine comme montr en figure 14 Cette derni re modification nous am ne la v ritable quation de Kubicek encore tr s utilis e aujourd hui sv o Z wer 22 Pb Zo dt max avec L longueur entre les lectrodes r ceptrices de courant en cm Bien qu obtenue partir d un grand nombre d hypoth ses et de simplifications ce mod le permet selon plusieurs tudes l enregistrement de r sultats comparables aux r sultats trouv s par d autres m thodes comme la thermodilution ou des m thodes de Fick Mais ces r sultats sont variables d une exp rience l autre et la fiabilit des r sultats est fortement diminu e chez les patients souffrant de pathologies cardiaques et pulmonaires 04 17 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance B Mod le de Sramek Bernstein En 1986 B B Sramek d veloppe un nouveau mod le thoracique bas sur le mod le de Kubicek report de 48 En conservant les m mes hypoth ses que son pr d cesseur Sramek imagine le thorax comme un c ne tronqu figure 15 Il a galement cherch a d finir le volume de conduction lectrique du thorax sans tenir compte de la r sistivit du sang suppos e constante par Kubicek Comme nous le verrons chapitre V A 2 de cette partie ce param tre pourrait
95. quer au cas de la bioimp dance Bien que cet aspect du probl me n ait pas t trait en profondeur durant ce stage le point retirer est qu il faut traiter math matiquement le courant inject et la tension relev e comme des vecteurs et non comme de simples valeurs Ainsi il est indispensable de mesurer une tension sur un segment corporel orient dans la m me direction que le courant inject figure 36 Ceci s explique physiologiquement par le fait que le courant inject va majoritairement pass par le sang et plus pr cis ment par l aorte Le courant passant dans les autres tissus est trop faible et surtout trop inhomog ne pour en tirer une quelconque interpr tation En prenant en consid ration le nombre d lectrodes r ceptrices disponibles le nombre de voies du ZM trix et les segments associ s ainsi que l orientation des segments corporels j ai d fini les emplacements suivants les lectrodes 2G et 2D sont respectivement plac es sous les lectrodes 1G et 1D au niveau de la jonction cou thorax les lectrodes 5G et 5D sont respectivement plac es au dessus des lectrodes 6G et 6D au niveau du processus xipho de petit os situ l extr mit basse du sternum l lectrode 3G est plac e sur le sternum au niveau de la me c te l lectrode 4G est plac e sur le processus xiphoide l lectrode 4D est plac e au m me niveau que l lectrode 4G mi distance entre les
96. r les signaux d imp dance est l tape finale du traitement du signal Une fois les points B C et X d tect s l ensemble des indices cardiaques est calculable par les formules pr sent es plus t t dans ce rapport Dans ce cas galement le manque de signaux d imp dance ne m a permis que d imaginer les traitements possibles appliquer mais pas de les tester Le fait de travailler avec de nouvelles fr quences de courant risque galement de donner de nouvelles formes de signaux requ rant des adaptations des m thodes de d tection de points utilis es Des tudes ont t men es pour d velopper des algorithmes de d tection des points 07 42 53 Ces m thodes auraient pu tre test es en fonction du temps ma disposition mais l algorithme que je comptais utiliser dans un premier temps tait plus simple a Point C La premi re tape consiste s parer le signal d imp dance en segments chaque segment correspondant un battement cardiaque Pour cela on s lectionne la partie du signal d imp dance comprise entre deux indices de points R cons cutifs indices rep r s sur le signal ECG et utilis s sur le signal ICG Le point C du signal ICG correspond la valeur maximale de ce segment du signal Les valeurs de temps et d amplitude des points d tect s sont ensuite enregistr es pour le calcul des indices b Points B et X Les points B et X sont d tect s par des m thodes point par point
97. re la fois J ai choisi de mesurer la d rivation I savoir l onde cardiaque allant du bras droit au bras gauche Pour cela l lectrode rouge est plac e au niveau du poignet droit sur la face int rieure de l avant bras l lectrode jaune sur la m me partie du bras gauche et l lectrode noire est plac e au niveau de la cheville droite sur la face Figure 34 Triangle oe d Einthoven int rieure de la jambe figure 35 http resmed univ rennes1 fr Ce positionnement permet conform ment au manuel d utilisation de la carte ECG d obtenir un signal ECG fiable rendant possible une d tection pr cise des points Q et R du signal 47e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Figure 35 Positionnement des lectrodes ECG rouge pour la main droite jaune pour la main gauche noir pour le pied droit 3 Placement des lectrodes injectrices de courant Le nombre d lectrodes injectrices du ZFlow tant de quatre il n est pour l instant possible d utiliser que la configuration Lat ral de positionnement d lectrodes injectrices figure 21 configuration centrale Il est assez difficile de d finir des emplacements exacts en consid rant un espacement en centim tres entre les lectrodes et cela car les diff rences morphologiques entre les individus rendent ces valeurs obsol tes Il est beaucoup plus r v lateur de d finir des loc
98. s Le ZM trix permet d appliquer sur un sujet un courant sinuso dal d intensit inf rieure 77uA et avec une fr quence modifiable comprise entre 1kHz et 1MHz avec un pas de 1kHz Il est aliment par un ensemble de 6 piles de 1 5V pour une alimentation totale de 9V Cet quipement poss de douze lectrodes alimentation s par es en deux lots de six lectrodes num rot es de 1 6 figure 27 Un lot d lectrodes est utilis pour mesurer la composition corporelle partir du c t droit donc num rot 1D 6D et le second lot est utilis pour le c t gauche donc num rot de 1G 6G Pour chaque lot les lectrodes 1 et Connectique pour 6 servent faire circuler le lordinateur USB courant alors que les lectrodes 2 5 servent Figure 27 Connectiques du ZM trix enregistrer les variations d imp dance du corps Pour enregistrer une variation d imp dance il est indispensable d avoir au minimum deux lectrodes injectrices pour faire circuler le courant et deux lectrodes r ceptrices pour d finir un segment corporel sur lequel l imp dance est enregistr e En retirant les lectrodes injectrices de courant le ZM trix poss de donc huit lectrodes r ceptrices de tension Sa carte lectronique est une carte huit voies chaque voie tant attribu e la valeur de r sistance 40 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance
99. s du courant appliqu L utilisation d un segment similaire au segment aortique a d j t tudi dans d autres recherches 19 35 Cependant son utilisation tait limit e des courants sinusoidaux de fr quences inf rieures ou gales 100 kHz L utilisation du segment aortique n a notre connaissance jamais t tudi e des fr quences plus lev es Cette approche n ayant pas encore t test e et si d autres l ments que la variation de volume sanguin dans l aorte interviennent dans les variations du signal d imp dance thoracique il est possible que le signal d imp dance enregistr sur le segment aortique soit parasit par d autres causes que les variations volumiques dans l aorte Pour palier cet ventuel probl me j ai d fini le segment pulmonaire et le segment cardio pulmonaire dans le but d extraire le signal utile du signal total enregistr L extraction se ferait par une approche diff rentielle de la forme Zutile C Za d Zp 60 avec Zautiie Signal d imp dance utile Za Signal d imp dance enregistr sur le segment aortique Zp Signal d imp dance enregistr sur le segment pulmonaire c coefficient de pond ration du segment aortique d coefficient de pond ration du segment pulmonaire 6le Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance 4 D tection des points La d tection des points su
100. s personnes ou organismes en charge de chacun de ces lieux soit obtenu avant de donner son approbation Une description exacte des moyens de recrutement dans ces lieux doit galement tre donn e Nous verrons les crit res d inclusion ult rieurement dans ce rapport mais il est important de pr ciser que cette premi re partie du projet faite pendant mon stage devait uniquement porter sur des sujets sains Pour s assurer que les participants r pondent bien aux crit res requis et comme aucun moyen de contr le n a pu tre mis en place pour v rifier que chaque participant potentiel r ponde bien aux crit res un formulaire d information et de consentement a t r dig en fran ais et en anglais que chaque participant devra signer pour pouvoir participer Ce formulaire r pond aux attentes du CER savoir comprendre des informations dans un langage simple sur l tude sur les crit res d admission et d exclusion et sur le protocole utilis ainsi qu une fiche de consentement signer pour engager la responsabilit de chaque participant en cas de mensonge de ce dernier Ce formulaire a t approuv par le comit Concernant les lieux de recrutement notre demande d approbation incluait la salle de sport Gee Gees appartenant l universit d Ottawa ainsi que l universit Carleton Le premier lieu nous permettait d avoir acc s des personnes en bonne condition physique et donc apparemment saines
101. se d finit de la mani re suivante 1 HISG s t 54 00 s t 55 1 also avec s t signal temporel H s t transform e de Hilbert du signal temporel La transform e de Hilbert du signal est ensuite utilis e pour une repr sentation analytique du signal d finie de la mani re suivante Salt s t i H s t 56 avec t repr sentation analytique du signal s t Cette repr sentation est appliqu e la d riv e premi re du signal En effet l onde R est caract ris e par des variations plus rapides du signal ECG et donc des valeurs de d riv e premi re plus importantes L tude de l enveloppe de la d riv e permet donc d accro tre l efficacit de la d tection L utilisation de la d riv e premi re du signal permet galement de limiter les probl mes de d tection dus au bruit restant dans le signal La repr sentation analytique est une valeur complexe Avant d tection des points on calcule donc le module de chaque point pour obtenir le signal qui sera utilis 57e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Isa ys A s t 57 5000 0 6000 0 11000 0 Temps en ms ono H h A We k JA RUE k FL id i fines ak nal Naat ad ad al 1 11000 0 Temps en ms Figure 45 Signal ECG en haut et la repr sentation analytique de sa d riv e premi re en bas Une fois
102. stivit De nombreuses tudes ont t r alis es pour trouver des formules permettant de d terminer la r sistivit sanguine Le principal facteur est l h matocrite soit le pourcentage de cellules dans le sang De tr s nombreuses formules ont fait leur apparition 26 60 mais la plus largement utilis e est la formule de 1973 de Geddes et Saddler 05 p 53 2 x e0022 Hct 52 avec Hct h matocrite en Mais cette hypoth se atteint galement ses limites Au repos le sang est consid r comme isotropique en raison de orientation al atoire des globules rouges Cependant a chaque battement cardiaque le flux sanguin entraine un alignement des globules rouges rendant le sang anisotropique Dans leur mod le en l ment fini L Wang et al 51 estimaient 20 de sa valeur la diminution de la r sistivit sanguine dans le sens du flux et a 10 dans le sens transversal Figure 19 Orientation des globules rouges http cardiotronic net 29 e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Une autre tude men e par R L Gaw et al 13 d montrait que la r sistivit du sang est fonction de son h matocrite de sa vitesse mais galement de son acc l ration Aucune formule n a t donn e pour permettre de prendre en compte tous ces param tres mais Visser et al 49 ont d velopp une formule permettant de calculer la variation de r sistivit san
103. t composante cardiaque soit plus importante aux basses fr quences L utilisation de ces fr quences a pour but d tudier en d tail ce ph nom ne voire d utiliser l une de ces fr quences pour le produit ZFlow final b Fr quences moyennes Cette cat gorie comprend les fr quences 70 80 90 et 100 kHz Le but de pr cis ment s par cette troite plage de fr quence est qu il s agit de la plage la plus fr quemment utilis e en cardiographie d imp dance L tude de T Palko et al 29 concluait que l utilisation de diff rentes fr quences de courant entre les tudes pouvait introduire une erreur d interpr tation des r sultats Cependant la plage de fr quence utilis e tait plus grande que celle ci et aucune fr quence pr f rentielle n apparaissait dans cette tude Le but de l utilisation de cette plage est donc de s assurer qu une modification d une dizaine de hertz du courant appliqu a un impact significatif 51e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance c Hautes fr quences Cette cat gorie inclut les fr quences restantes savoir 150 250 et 500 kHz L int r t de mesures a ces fr quences est d obtenir la variation d imp dance globale du thorax en passant travers les cellules et de cherche tirer de ce signal la partie utile savoir les variations de volume sanguin dans l aorte En effet l utilisation de tr s ha
104. te trois signaux ECG diff rents pris chez diff rents sujets le premier est un ECG classique sans bruit de mouvements le second est un ECG classique mais contenant un artefact de mouvement le troisi me est un ECG avec une onde T d amplitude importante parfois sup rieure celle de l onde R 100 0 7 1 I J 1 I 1 1 1 1 1 1 1 2000 0 2500 0 3000 0 3500 0 4000 0 4500 0 5000 0 5500 0 6000 0 6500 0 7000 0 7500 0 8000 0 8500 0 90000 9500 0 10000 0 10500 0 11000 0 Time 105 0 2000 0 2500 0 3000 Time Figure 46 D tection des points Q en vert et R en rouge 59 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance C Traitement des signaux d imp dance 1 Elimination du bruit Comme cela a d j t pr cis auparavant il ne m a pas t possible de faire de mesures d imp dance me privant des signaux d imp dance n cessaires aux traitements des donn es Aucune m thode de traitement du signal n a donc pu tre test e Cependant la revue bibliographique pr sent e plus t t dans ce rapport comporte plusieurs articles sur le traitement de ces signaux 27 30 37 38 42 53 59 Ma premi re approche aurait consist en l application d un filtre passe bande pour lequel il m aurait fallu d terminer les fr quences de coupure haute et basse optimales ainsi que le bon ordre du filtre En fonction des r sultats obtenus et du temps ma d
105. tenir leur respiration ou de la caler sur leur rythme cardiaque ce qui non seulement est impraticable sur la majeure partie de patients en mauvaise sant mais qui peut de plus perturber la valeur du volume d jection 59 Des m thodes de filtrage simple ont galement t utilis es essayant de ne conserver que le signal utile mais ces m thodes avaient de nombreux inconv nients comme la variation 34 o Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance indispensable de la fr quence de coupure au cours du temps qui doit suivre la fr quence cardiaque ou encore la distorsion de phase D autres m thodes ont alors t investigu es En 1988 Y Yamamoto et al 59 proposaient un filtre passe bande de largeur constante mais dont la fr quence m diane de la bande variait en fonction de la fr quence cardiaque En 1989 J H Nagel et al 27 utilisaient un signal ICG id al qu ils superposaient au signal enregistr pour d terminer les points caract ristiques En m me temps S B Raza et al 37 proposaient un filtre passe haut classique mais avec une fr quence de coupure gale 35 de la fr quence cardiaque La m me quipe proposa trois ans plus tard un filtre passe bande adaptatif pour viter les distorsions de phase 38 mais la m thode n cessitait une synchronisation entre la fr quence cardiaque et la fr quence respiratoire avec un ratio 1 5 Suite ces traitements
106. tie celles utilis es dans la bibliographie de ce rapport En raison de probl mes de fiabilit de la m thode et car d autres m thodes de diagnostic plus pr cises comme l IRM ou le scanner ont t tudi es 48 la recherche sur la cardiographie d imp dance a t limit e pendant de nombreuses ann es ne disposant que de peu d tudes pour faire progresser la m thode N anmoins sur ces deux derni res d cennies on a pu constater un regain d int r t pour la bioimp dance en raison des am liorations en termes de technologie et de traitement du signal qui pourraient faire de ce domaine une m thode de certaines mesures corporelles id ale comme par exemple des mesure hydriques ou cardiaques II Le principe de la bioimp dance Application d un courant La bioimp dance repose sur un principe lectrique tr s connu la loi d Ohm figure 1 Pour cela on fait passer un courant I l aide de deux lectrodes appel es les lectrodes injectrices Gr ce deux autres lectrodes Calcul d une les lectrodes r ceptrices on enregistre une tension U impedance traversant le segment corporel qu elles d limitent et cela R colte d une tension pour obtenir l imp dance de ce segment Figure 1 Principe de la bioimp dance 17 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance A Courant utilis Le courant utilis se doit d tre d une amplitude suffisamment
107. tre une grande cause d erreur dans le calcul du volume d jection L quation obtenue par Sramek est la suivante sv LS 2 wer 23 4 4 25 Zo dt max a avec L longueur entre les lectrodes r ceptrices de courant en cm Il a galement d finit la longueur L consid r e comme la longueur Figure 15 Mod le utile du thorax comme tant gale en moyenne 17 de la taille du nn di patient Cette modification appara t parfois dans la litt rature lorsqu il est http www om question de l quation de Sramek L quation est alors la suivante sy com icg htm 0 17 H 1 dZ ET x LVET 24 avec H taille du patient en cm Par la suite D P Bernstein a repris cette quation en ajoutant un facteur de correction bas sur le poids du patient car un patient plus lourd aura en th orie une fraction d jection plus importante La nouvelle quation appel e quation de Sramek Bernstein se d finit comme suit 03 wag LVET 25 7 425 Zy dt max a IMC patient sald 26 DA 26 avec 6 facteur de correction de Bernstein sans unit IMC patient Indice de masse corporel du patient en kg m IMCpatient avec P poids du patient en kg H taille du patient en m 24 valeur d IMC id al suppos par Bernstein en kg m Cette formule semble avoir de moins bons r sultats que la formule de Kubicek en prenant comme r f rence des m thodes de thermodilution
108. uguang F Yanhong Z Hailong T Min Detection of Impedance Cardiography s Characteristic Points Based on Wavelet Transform 27th Annual International Conference of the IEEE EMBS p 2730 2732 September 2005 43 B T H M Sleutjes Measurements of Cardiac Output During Exercise in Patients with Chronic Heart Failure MSc Thesis p 19 23 August 2007 44 P Radovanovic D Bajec R Perunovic D Stojanovic D Stevnovic Thoracic Electrical Stevanovic R Scepanovic D Bioimpedance Theory and Clinical Possibilities in Perioperative Medicine Signa Vitae Vol 03 Suppl ment 01 p 22 27 2008 45 R L Summers W C Shoemaker W F Peacock DS Ander T G Coleman Electrophysiologic and Clinical Principles of Noninvasive Hemodynamic Monitoring Using Impedance Cardiography ACAD Emerg Med Vol 10 n 6 p 669 680 June 2003 46 B C Taylor W D Timmons A S Hines A Modeling Solution to the Origin of Electrical Impedance Cardiogram Proceedings of the First BMES EMBS Conference p 233 1999 47 S H L Thomas Impedance Cardiography using Sramek Bernstein method accuracy and variability at rest and during exercise British Journal of Clinical Pharmacology Vol 34 p 467 476 1992 48 S Tsadok The Historical Evolution of Bioimpedance AACN Clinical Issues Vol 10 n 3 p 371 384 August 1999 49 K R Visser Electric Properties of Flowing Blood and Impedance Cardiography Annals of Biomedical Engineering Vo
109. uisition des donn es ZFlow enregistre JB CAUsers Dagege toutes les donn es sous un seul fichier Excel La premi re Sarik sen baron tape consiste donc s parer les diff rentes donn es en sous fas D1000 cat gories ECG pulse segment 1 segment 2 pour pouvoir les traiter Figure 42 Module de s lection du gis ieee i tableau Pour cela j ai utilis un module Labview permettant l ouverture d un fichier Excel et la s lection d une zone dans ce fichier Cette zone est ensuite export e sous forme d un tableau 2 dimensions pour un traitement dans Labview Chaque colonne du tableau est ensuite s par e des autres pour obtenir plusieurs tableaux 1D partir du tableau 2D initial 55 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance X Y X Y x1 yl xl yl x2 y2 x2 y2 Figure 37 S paration du tableau Les donn es ainsi s par es peuvent tre trait es individuellement Dans le programme final les donn es devront tre enregistr es s par ment et trait es au fur et mesure de leur acquisition liminant cette partie du traitement B Traitement de ECG Le traitement du signal ECG a pour but final l extraction de deux instants le moment d apparition du point Q et celui du point R La valeur de l ECG ces points n est pas utile conform ment aux m thodes de calculs d indic
110. une d rivation bipolaire Selon le positionnement des lectrodes on peut enregistrer les d rivations DI DII ou DIII du triangle d Einthoven voir figure 34 Cette carte permet d enregistrer un signal cardiaque avec une fr quence cardiaque compris entre 30 et 250 battements par minute Elle int gre d j un traitement du signal contenant un filtre r jecteur avec une fr quence de coupure r glable soit 50Hz soit 60Hz La fr quence d acquisition est galement r glable selon trois valeurs 50 100 ou 300Hz Figure 29 Carte EG01000 C Le programme d acquisition Pour synchroniser l acquisition des signaux depuis le ZM trix et la carte ECG l quipement ZFlow est utilis avec un programme informatique du m me nom Ce programme est configur de sorte que toutes les voies de la carte du ZMetrix soient utilis es limitant sa fr quence d acquisition 0 83Hz et que la fr quence d acquisition de la carte ECG soit fix e 100Hz Le programme ZFlow propose trois modes de fonctionnement le mode 1 permet d enregistrer un signal d imp dance en faisant varier la fr quence du courant sinuso dal inject pendant la mesure Pour cela l utilisateur r gle la fr quence de d part puis la fr quence d arriv e ainsi que le pas de changement La fr quence change alors toutes les 4s jusqu atteindre la fr quence d arriv e le mode 2 permet d enregistrer un signal d imp dance un
111. utc 29QP M uOttawa Uni it de Technologi Compi gne ins BIOPARH YM L Universit canadienne Canada s university Printemps 2010 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Alain RAYNAUD Etudiant Ing nieur Biom dical Superviseurs FENECH Marianne professeur l Universit d Ottawa d partement de G nie M canique MORENO Marie Val rie Responsable R amp D de l entreprise BioparHom Suiveur UTC MARQUE Catherine Professeur l Universit Technologique de Compi gne Utilisation de la Spectroscopie Mutlifr quence en Cardiographie d Imp dance Utilisation de la Spectroscopie Mutlifr quence en Cardiographie d Imp dance Remerciements Plusieurs personnes m ont permis de r aliser ce projet de fin d tudes dans les meilleures conditions possibles de par leurs conseils et leur soutien Pour ces raisons je tiens les en remercier Le professeur Marianne FENECH de l Universit d Ottawa qui m a accept comme son tudiant et qui m a accompagn tout au long de mon stage aussi bien sur des aspects scientifiques relatifs mon travail que sur des aspects administratifs relatifs mon installation au Canada Mme MORENO Marie Val rie responsable R amp D de la soci t BioparHom pour m avoir accord sa confiance sur ce projet et pour m avoir apport conseils et connaissances sur les utilis
112. utes fr quences permettra au courant de passer facilement travers les cellules liminant les effets suppos s de l orientation des globules rouges sur le signal d imp dance Il reste v rifier s il est possible partir du signal obtenu d extraire les informations permettant de calculer par exemple le volume d jection systolique Si l hypoth se de Kubicek non ant que seule la variation du volume dans l aorte est responsable de la variation d imp dance thoracique s av re exacte ce proc d devrait permettre d obtenir une relation lin aire entre la valeur d imp dance enregistr e et la valeur du volume de sang ject chaque battement IV L quipement id al Compte tenu des lacunes actuelles du ZFlow ainsi que des sp cifications de mon protocole exp rimental j ai d fini les caract ristiques du prochain prototype de sorte qu il r ponde aux exigences du projet A L quipement de bioimp dance 1 La fr quence d acquisition des donn es Le ZM trix poss de plusieurs caract ristiques int ressantes pour la cardiographie d imp dance mais elles sont actuellement inutilisables Le principal inconv nient du ZM trix est sa fr quence d acquisition de donn es trop faible Pour une analyse correcte la fr quence d acquisition de l quipement de bioimp dance celui qui injecte le courant et enregistre l imp dance corporelle doit tre la m me que celle de la carte ECG
113. utilis pour chaque voieavec une fr quence d chantillonnage minimum d environ 100Hz En cons quence si la carte de l quipement de bioimp dance poss de huit voies sa fr quence d chantillonnage devrait tre d au minimum 800Hz 2 La s paration de la r sistance et de la r actance Actuellement le ZM trix comporte des algorithmes de traitement permettant de s parer les parties r elle et imaginaire de l imp dance voir le chapitre IIL A 2 de la partie 2 Une tude de A Lozano et al 24 montraient qu entre l utilisation d un courant sinusoidal une fr quence de 6 8 kHz et celle d un courant sinusoidal une fr quence de 110 kHz la 52 e Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance valeur de r sistance subissait d importantes variations alors que la valeur de r actance ne variait que tr s peu Ils consid raient galement que dans les deux cas la r actance tait suffisamment faible pour approximer la valeur d imp dance par celle de la r sistance Ainsi sur le nouveau prototype la s paration de la r actance et de la r sistance ne semble pas tre un point indispensable Il faut pourtant consid rer que ce projet consiste utiliser des fr quences encore non utilis es et que l apport de la valeur de r actance en tr s hautes fr quences est inconnu l heure actuelle 3 Les lectrodes injectrices de courant Le ZM trix poss de
114. vantage dans ce projet Les diff rentes exigences du Comit d Ethique et de la Recherche ainsi que les modifications apporter au prototype ZFlow actuel ne m ont pas permis de faire de mesures sur sujets sains et je n ai pas pu tester les protocoles et les traitements de donn es d crites dans ce rapport J esp re n anmoins qu ils seront une bonne base pour la suite du projet 64 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance Bibliographie 01 M Akhand A Trakic P Terril F Liu S Wilson S Crozier Optimal Tissue Types in the Thoracic Electrical Impedance Model for Thoracic Electrical Bioimpedance Studies 31st Annual International Conference of the IEEE EMBS p 3913 3916 September 2009 02 A K Barros M Yoshizawa Y Yasuda Filtering Noncorrelated Noise in Impedance Cardiography IEEE Transactions on Biomedicals Engineering Vol 42 n 3 p 324 327 March 1995 03 D P Bernstein H J M Lemmens Stroke Volume Equation for Impedance Cardiography Medical and Biological Engineering and Computing Vol 43 p 443 450 2005 04 P Bizouarn Y Blanloeil J E de La Coussaye M thodes de mesures du d bit cardiaque en r animation Conf rences d actualisation p 377 398 1996 05 H J Bogaard H H Woltjer P E Postmus P M J M de Vries Assessment of the Haemodynamic Response to Exercise by Means of Electrical Impedance Cardiography Method Validati
115. voire m me d utiliser une approche diff rentielle bas e sur les valeurs d imp dance entre deux segments pour liminer certaines origines des variations et ne garder que l information utile Un autre avantage du ZM trix est sa nature m me d quipement de mesure de la composition corporelle En effet plusieurs indices calcul s par cardiographie d imp dance incluent aujourd hui les valeurs de BSA ou d IMC dans les formules Ces indices repr sentent une certaine r alit morphologique mais non physiologique Il pourrait se r v ler plus int ressant d inclure dans les calculs des indices de composition corporelle comme par exemple des valeurs de volumes de liquides intra et extracellulaire qui conduisent le courant appliqu et tenter de d finir de nouvelles formules de calculs pour certains indices 3 Inconv nients Bien que le ZM trix poss de plusieurs avantages pour la recherche en cardiographie d imp dance certaines de ses caract ristiques actuelles posent des probl mes pour la recherche Le premier inconv nient est le nombre d lectrodes injectrices de courant Dans la figure 20 nous pouvons voir les trois configurations classiques du positionnement d lectrodes Les figures 21 23 pr sentent d autres configurations possibles Le ZM trix poss dant quatre lectrodes injectrices et compte tenu de la m thode de fonctionnement de sa carte lectronique la seule configuration utilisable est la
116. yd BSAp 0 0003207 x H x p 0 7285 0 0188 logP 50 V Les coles de pens e de l ICG Nous l avons vu plusieurs reprises dans les paragraphes pr c dents ICG est utilis e pour le calcul d indices h modynamiques de fa on non invasive Cependant bien que des r sultats satisfaisant aient t trouv s dans diff rentes tudes dans des cas sp cifiques et contr l s ces r sultats ne semblent pas suffisamment r p tables pour que l ICG devienne encore une m thode de routine en milieu hospitalier A partir de l se sont d velopp es deux voies de recherches sur l am lioration des r sultats La premi re consiste remettre en cause les hypoth ses de Kubicek non ant que les variations d imp dance thoracique sont presque exclusivement d origine aortique La seconde suppose cette hypoth se comme acceptable tout du moins dans une certaine limite et part du principe que le manque de r p tabilit des r sultats est d des lacunes dans les m thodes d acquisition et de traitement des donn es d imp dance 26 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance A L origine du signal Les hypoth ses de Kubicek sur lesquelles se reposent toutes les formules de calcul de volume d jection systolique et par cons quent tous les quipements de mesure ICG sont en fait des approximations de la complexit du thorax Pour beaucoup de scientifiques ces approxi
117. zano et al 24 de 1990 tudiait d j l influence de la fr quence en ICG en pratiquant des mesures une fr quence de 6 8kHz puis 110kHz Les parties r elles et imaginaires chaque fr quence ont t s par es et filtr es pour essayer de ne faire ressortir que les composantes cardiaques dans chaque cas La conclusion de l tude a t que la composante cardiaque du signal d imp dance est environ 20 plus importante 6 8kHz qu 110kHz L id e de l utilisation de diff rentes fr quences pour s parer les diff rentes origines physiologiques du signal ICG a par la suite t nonc e en 1996 dans un article de J Wtorek et al 58 mais n a notre connaissance pas t test e 2 Erreurs de traitement Comme tout signal et encore plus particuli rement les signaux biom dicaux le signal ICG comporte une partie de bruit quand bien m me il serait enregistr de mani re limiter ce bruit Il est alors difficile d extraire du signal des informations sp cifiques sans un traitement pr alable L ICG comporte des sp cificit s qui le rendent difficile traiter de sorte qu il est difficile d en tirer des informations fiables et pr cises Tout d abord l ICG est un signal que l on peut qualifier au mieux de quasi p riodique En effet comme pour un ECG et en faisant abstraction du bruit contenu dans le signal le motif du signal se r p te dans le cas d un sujet sain mais une fr que
118. zones corporelles dont on cherche mesurer l imp dance il para t donc certains que les valeurs enregistr es ne seront pas significatives des l ments physiologiques que l on cherche tudier Ainsi des tudes ont t men es sur l homog n it du courant dans le corps pour d finir le positionnement id al des lectrodes injectrices 30 Utilisation de la Spectroscopie Multifr quence en Cardiographie d Imp dance La premi re remarque concerne le type d lectrode utilis A l origine 48 Kubicek avait d finit des bandes d lectrodes situ es autour du cou et du thorax le sch ma Bandes de la figure 20 Ce syst me avait cependant un norme Figure 20 Sch mas d lectrodes Bandes gauche Lat ral au milieu Semi circulaire droite 55 inconv nient pratique savoir placer ce genre de bandes sur des patients souvent alit s avec parfois des zones corporelles abim es o il est impossible de poser des lectrodes Sramek a alors d finit un nouveau type d lectrodes en m me temps que son quation les lectrodes patchs Dans cette configuration quatre lectrodes sont pos es sur chaque face lat rale du cou et du thorax deux lectrodes injectrices et deux r ceptrices le sch ma Lat ral de la figure 20 Cependant une tude de H H Woltjer et al 55 d terminent que ce type d lectrodes produit un champ de courant moins homog ne que les band

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