Diaphragm Electrical Activity: Post 2

Post 2: Acquisition et traitement du signal EADi

Le traitement du signal EAdi est un domaine de développement fascinant où de nouveaux matériaux et une puissance de traitement accrue nous ont permis de prendre des décisions sans fin en temps réel. Le blog ci-dessous décrit les principales étapes d'acquisition et de traitement du signal EAdi (ou Edi sur le Servo-i). Notez que les décisions sont prises toutes les 16 ms pendant NAVA, et la surveillance de la commande respiratoire neurale peut être effectuée avec la même résolution.

Le cathéter EADi

Pour obtenir le signal EAdi, nous avons conçu un réseau de 9 électrodes (+1 référence/masse) organisées pour obtenir 8 enregistrements bipolaires. Cet enregistrement bipolaire a été préféré pour minimiser l'influence des perturbations de mode commun sur le signal EAdi. La conception du réseau était simplement de couvrir les mouvements respiratoires du diaphragme. Pour simplifier l'utilisation de ces capteurs et leur introduction dans l'œsophage, nous avons conçu des électrodes pouvant être appliquées sur une sonde nasogastrique ordinaire. En raison de changements anatomiques avec la croissance, nous avons ajusté la distance interélectrodes pour couvrir la plage de mouvement du diaphragme observé à différentes hauteurs de corps.

Acquisition et filtrage du signal

L'acquisition d'EAdi (et de tout signal EMG) suit certaines règles. Le soi-disant théorème de Nyqvist (http://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist%E2%80%93Shannon_sampling_theorem) stipule qu'un signal doit être acquis à une fréquence d'au moins deux fois le contenu de fréquence le plus élevé qu'il contient. Il s'agit d'une étape afin d'éviter ce que l'on appelle «l'aliasing». (http://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist–Shannon_sampling_theorem#Aliasing). Le crénelage peut être considéré comme un effet qui provoque le crénelage des signaux sinusoïdaux vers une autre sinusoïde de la même fréquence, mais avec une phase et une amplitude différentes. L'EAdi mesuré par voie transœsophagienne est acquis à 2KHz, ce qui est au moins 4 fois supérieur à sa composante de fréquence la plus élevée. Une deuxième étape du processus est le filtrage du signal : le filtre passe-bas laisse passer les basses fréquences et est utilisé pour empêcher le crénelage, il est donc également appelé filtre anti-crénelage. Les filtres passe-haut laissent passer les hautes fréquences et sont d'abord appliqués pour stabiliser le niveau DC des signaux et éviter la saturation des amplificateurs. Des filtres passe-haut sont également appliqués pour éliminer les signaux basse fréquence induits par des modifications de l'interface tissu-électrode, appelées «perturbations du mouvement des électrodes», du péristaltisme œsophagien, de l'activité du sphincter œsophagien inférieur et de l'activité cardiaque, qui ont tous un contenu fréquentiel principalement inférieur. que celle de l'EAdi. Cependant, la basse fréquence du spectre EAdi chevauche la haute fréquence, par ex. spectre cardiaque, de sorte qu'un filtre adapté est nécessaire pour optimiser le rapport signal/diaphonie. Les soi-disant filtres coupe-bande sont mis en œuvre pour éliminer les perturbations liées à des fréquences spécifiques et à leurs harmoniques, par ex. 50 ou 60 Hz CA. Plus tard dans le traitement du signal, des algorithmes logiques sont mis en œuvre toutes les 16 ms du signal EAdi pour détecter les signaux non diaphragmatiques et les remplacer par des valeurs prédites. Pour atténuer la variabilité stochastique du signal EAdi et pour extrapoler la tendance de l'EAdi sans provoquer d'emballement, un filtrage récursif de l'EAdi peut être appliqué.

le filtrage de l'électrode

Un problème majeur du traitement du signal EAdi était de surmonter ce que l'on appelle le filtrage des électrodes. Comme le diaphragme se déplace par rapport à l'œsophage et que le cathéter EAdi peut se déplacer à l'intérieur de l'œsophage, les positions des électrodes vis-à-vis du diaphragme changent continuellement.

En utilisant l'amplification par électrode bipolaire, l'amplitude du signal est affectée par la position des paires d'électrodes vis-à-vis du diaphragme. Par exemple, si le diaphragme (c'est-à-dire son activité électrique) est centré entre les électrodes, la disposition des électrodes bipolaires annulera le signal puisque les mêmes signaux sont enregistrés sur les deux électrodes puis soustraits. Cela se traduira par un signal EAdi avec une amplitude réduite et un contenu fréquentiel accru. Le signal EAdi le plus fort utilisant un agencement d'électrodes bipolaires est obtenu lorsqu'une électrode est proche du diaphragme (EAdi élevé) et la seconde est éloignée du diaphragme (EAdi faible). Cette position d'électrode bipolaire permettra l'amplitude la plus élevée d'EAdi (avec un contenu de fréquence relativement plus faible) tout en fournissant une bonne suppression de mode commun annulant les signaux de diaphonie.

En outre, il convient de noter que la distance entre les électrodes agit comme un filtre passe-haut, c'est-à-dire que plus la distance entre les électrodes est petite, moins les formes d'onde à basse fréquence peuvent être mesurées.

Détection de la position du diaphragme sur le réseau d'électrodes (technique de corrélation croisée)

En raison de la conception du réseau d'électrodes EAdi, ayant le même ordre de polarité pour tous les enregistrements d'électrodes bipolaires, les signaux EAdi obtenus au-dessus et au-dessous du diaphragme sont inverses les uns des autres.

Nous avons donc développé la technique dite de cross-corrélation : corréler successivement une paire d'électrodes à la deuxième paire d'électrodes suivante. Cette méthode fournirait une corrélation positive, c'est-à-dire que les signaux sont de la même phase si les deux sont obtenus au-dessus (ou les deux en dessous) du diaphragme, tandis que les signaux obtenus à partir de paires d'électrodes situées au-dessus et en dessous (c'est-à-dire au-dessus du diaphragme) montreront une phase opposée et fourniront le plus coefficient de corrélation négatif.

Technique du double soustraction

To avoid electrode filtering i.e. to reduce the influence of (bipolar) electrode pair position vis-à-vis the diaphragm on the EAdi amplitude, we developed a method called the “double-subtraction technique”. The double-subtraction technique uses the cross-correlation technique to determine the two electrode pairs (one to the second next) that overly the diaphragm. Since these signals are reversed in phase i.e. due to the bipolar electrode array arrangement signal above the diaphragm are inverted to those obtained below the diaphragm, subtraction of these signals creates a summed signal that reduces electrode filtering and improves signal to noise ratio. The RMS of the double-subtracted signal is then added to the RMS of the signal obtained in the center (electrode pair located between the electrode pairs used in the double subtraction). The RMS value obtained with double-subtraction technique is calculated in real time on 16 ms signal segments and constitutes the EAdi signal. In other words this was the story behind the signal waveform representing the neural respiratory drive to the diaphragm used for monitoring and to control NAVA.

Next post will start to address the physiological interpretation of the EAdi signal.

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