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

Pour éviter le filtrage des électrodes, c'est-à-dire réduire l'influence de la position de la paire d'électrodes (bipolaires) par rapport au diaphragme sur l'amplitude EAdi, nous avons développé une méthode appelée « technique de double soustraction ». La technique de double soustraction utilise la technique de corrélation croisée pour déterminer les deux paires d'électrodes (une à la seconde suivante) qui recouvrent le diaphragme. Étant donné que ces signaux sont inversés en phase, c'est-à-dire qu'en raison de la disposition du réseau d'électrodes bipolaires, les signaux au-dessus du diaphragme sont inversés par rapport à ceux obtenus au-dessous du diaphragme, la soustraction de ces signaux crée un signal additionné qui réduit le filtrage des électrodes et améliore le rapport signal/bruit. Le RMS du signal double soustrait est ensuite ajouté au RMS du signal obtenu au centre (paire d'électrodes située entre les paires d'électrodes utilisées dans la double soustraction). La valeur RMS obtenue par la technique de double soustraction est calculée en temps réel sur des segments de signal de 16 ms et constitue le signal EAdi. En d’autres termes, c’était l’histoire derrière la forme d’onde du signal représentant la commande respiratoire neuronale du diaphragme utilisé pour surveiller et contrôler NAVA.

Le prochain article commencera à aborder l'interprétation physiologique du signal EAdi.