Enregistrements Neurophysiologiques Actimétrie

Dr. M. REYCentre du Sommeil Service de Neurophysiologie Clinique

Assistance Publique – Hôpitaux de Marseillee-mail : marc.rey@ap-hm.fr

Les capteursDes signaux neurophysiologiques: les électrodes Du signal videographique: camera et microphoneDe l’activité: l’actimètre

L’acquisition du signalAmplification Filtrage Numérisation Synchronisation

L’analyse du signal

Les Capteurs

Électrodes

Camera Microphone

Actimètre

Les électrodes: Nature Electrodes cupules impolarisables en Argent chloruré (Ag/AgCl) dont il convient de s’assurer de la bonne chloruration en les faisant tremper dans de l ’eau de Javel.Electrodes autocollantes de surface à usage unique, elles ne peuvent s’utiliser que sur des surfaces glabresElectrodes « aquabond » collantes à l’eau chaude à usage unique (1$)

Les électrodes: localisationPour l’analyse du sommeil selon Rechtschaffen et Kales: une voie d’EEG (C4-A1 selon le système 10-20) une d ’EMG et 2 d ’EOG

10µV

50µV

Les électrodes: localisation

Fz

Cz

Pz

F3

C3

P3

O1

Fp1 Fp2

F7 F8

T3

T5

T4

T6

O2

P4

F4

C4

50%20% 20%

20%

20%

10%

10%

A1

Pour l’analyse des pathologies neurologiques (épilepsie) mise en place d’un plus grand nombre d’électrodes selon le système 10-20

Les électrodes: localisation

Pour l’enregistrement de l’activité musculaire: la localisation des électrodes se fait en regard de la partie la plus saillante du corps musculaire. Les muscles jambiers antérieurs et deltoïdes sont les plus fréquemment enregistrés.

Les électrodes: fixation

Pour les électrodes autocollantes la fixation est très facile en peau glabre après décapage de la peau pour diminuer la résistance cutanée, mais ces électrodes ont des qualités conductrices moins bonnes et une résistance mécanique inférieure.

Pour les électrodes « acquabond » la fixation est facile (application après mise dans l’eau chaude et séchage au séchoir) même au milieu des cheveux, la résistance mécanique est satisfaisante sauf en cas de sudation profuse. Le prix est élevé.

Les électrodes: fixation

Pour les électrodes cupules fixation de chaque électrode avec des pâtes adhésives après décapage soigneux. L’avantage est la soliditéde la fixation y compris sur le cuir chevelu. Les inconvénients sont le temps de pose, le prix. Le collodion doit être évité.

Les électrodes: fixation

La stabilité mécanique de l’ensemble des électrodes céphaliques est assuré par un filet de type surgifix.

Les fils des électrodes d ’EMG et d ’EOG sont maintenues sur la peau au moyen de sparadrad.

De la mise en place correcte des électrodes dépend la qualité de l’enregistrement. Cette mise en place dure entre 45 et 90 minutes.

Les enregistrements audiovidéoLa camera doit avoir une grande sensibilité (0,1 lux) pour pouvoir filmer en lumière infrarouge. La couleur n’est pas indispensable. Un diaphragme autoréglable selon le niveau de luminosité est très utile, de même qu’une possibilité de zoom.

Le microphone peut être placé sur le sujet (enregistrement du ronflement avec les autres voies de polygraphie) ou être un micro d’ambiance.

L’actimètreCapteur de type piezo-électrique placé dans un boîtier mis en place au niveau du poignet non dominant. Ce capteur détecte les accélérations donc les mouvements et permet donc une mesure du cycle repos activité sur de longues périodes (semaines)

Actimètrie: exemples

L’acquisition du signal sur polygraphe numérique

Amplification

Filtrage

Numérisation

Synchronisation

L’amplificationIl ne faut pas confondre amplification numérique (pseudo-amplification par convention graphique) et amplification analogique!!!

Elle doit être adaptée aux valeurs probables du signal:

- pour l’EEG l’amplitude varie entre 10 et 300 µV

- pour l’EMG l’amplitude varie entre 5 µV ( muscle de la houppe du menton) et 10 mV.

- pour l’EOG l’amplification sera analogue à celle de l ’EEG.

Si l ’amplification est trop faible on ne voit pas le signal, si elle est trop forte les amplificateurs sont « saturés » et on ne voit plus le signal.

Les filtresTous les signaux neurophysiologiques peuvent se ramener à une somme de sinusoïdes élémentaires dont les fréquences varient entre 2 extrêmes qui constitue la bande passante du signal.

Filtrer le signal consiste à ne pas amplifier les fréquences qui n’appartiennent pas au signal. Les filtres peuvent faire disparaître les basses fréquences, ils sont appelé filtres passe-haut ou constante de temps; ils peuvent aussi faire disparaître les hautes fréquences et sont appelés filtres passe-bas. Il existe aussi des filtres sélectifs pour certaines fréquences comme le 50Hz (courant industriel en Europe)

1 sec

Spectre de puissance du signal EEG: pic alpha à 10 Hz

Effet d’un filtre 50 Hz sur l ’EEG

Non filtré

Filtré

Les filtres selon les signaux

Signal Filtre (PH) Filtre (PB)

EEG 0.5 Hz 60-120 Hz

EMG 5 Hz 120 Hz

EOG 0.5 Hz 15 Hz

Plus le signal est rapide plus il faut couper les basses fréquences, plus il est lent plus il faut couper les hautes fréquences.

La numérisationDes signaux électrophysiologiques

Deux paramètres vont intervenir:

la fréquence d’échantillonnage elle conditionne les fréquences que l’on peut analyser (EEG: 128 Hz)

le nombre de bit de codage il conditionne le nombre de niveau d’amplitude (codage sur 8 bit = 28 =256 niveaux d’amplitude, codage sur 12 bit = 212 = 4096 niveaux d’amplitude)

De l’image video elle nécessite de gros disques durs!!! Fichiers AVI, MPEG dont le taux de compression varient!!

La synchronisationEntre les voies polygraphiques: elle peut poser problème quand plusieurs bases de temps sont affichées sur le même écran, ce qui permet de mieux voir simultanément les signaux rapides (EEG: base de temps maximum 30 sec) et lent (Respiration: base de temps 1 à20 minutes)

La synchronisationEntre le signal polygraphique et la video: elle est de précision variable, elle est très importante pour l ’analyse des parasomnies et des crises d’épilepsie. Elle peut être manuelle (heure commune sur le magnétoscope et le polygraphe), mécanique (le polygraphe dispose d’une carte de synchronisation qui pilote le magnétoscope), logicielle (acquisition de video numérique)

L’analyse du sommeilAnalyse de la macrostructure

Objectif: mise en évidence de l ’organisation cyclique du sommeil avec une succession d’états stables

Méthode: Visuelle selon Rechtschaffen et Kales

Numérique en particulier spectrale

Analyse de la microstructure

Préalable: elle ne se conçoit que si la macrostructure est globalement préservée

Méthode: détection d’éléments tels que les microeveils, le CAP…..

Analyse visuelle de la macrostructure du sommeil: de Rechtschaffen et Kales 1968 à l’AASM Manual for

the Scoring of Sleep 2007Elle repose sur l’enregistrement de 3 types de signaux (EOG, EMG, EEG: 3 voies F, C, O) et 2 principes:

- reconnaissance d’éléments caractéristiques permettant de définir un stade

- classification par époques (30 secondes) selon la règle des 50%: quand la moitié de l’époque est typique d’un stade l’époque entière est scorée comme appartenant à ce stade

1 Époque (20 sec)

Les stades de sommeil lent

Ils sont basés sur la reconnaissance de graphoéléments EEG caractéristiques :

- rythme alpha,

- pointes vertex (transition stade 1-2),

- fuseaux (stade 2-3-4), les K complexes (stade 2-3),

- l ’activité delta (stade3-4),

Les ondes en dents de scie (sommeil paradoxal et lent léger)

Les éléments EEG pour le SL

Veille

Stade N1: l ’alpha se morcelle, parfois PV

Stade N2 fuseaux et K complexes

Stade N3 : delta >75µV

Le sommeil paradoxal

Définition des différents stadesStade EEG EMG EOG

Veille ++ ±

Som. Lent

St1 + MOL

St2 + 0

St3 + 0

St4 ± 0

Som. Par. 0 MOR

Les difficultés de la classification

La classification des époques ambiguës repose sur l’analyse des époques précédentes et suivantes.

Ces époques ambiguës concernent

- l’endormissement chez les sujets dépourvus d’alpha

- la distinction entre les stades de sommeil paradoxal et de sommeil lent léger (1 et 2). Un tracé EEG de bas voltage compris entre 2 fuseaux ou K complexe sera scoré stade N2 quelque soit le tonus EMG s’il n’existe ni mouvement oculaires rapide ni éveil dans l’intervalle et si l ’intervalle dure moins de 3 minutes.

Le résultats de la classification : l’hypnogramme

Quantification du sommeil:PSTTSTDurée et % des différents stadesLatence d’endormissement et du SP…...

Les limites de la classification de Rechtschaffen et Kales

Elles ont été définies dés le préambule du manuel de la classification

Elles sont liées aux modifications physiologiques ou pathologiques des éléments caractéristiques permettant de scorer:

- Absence d ’alpha chez le jeune enfant- Présence de theta chez le sujet âgé- Présence d’activité delta en fin d’apnée- Présence de rythmes rapides chez les sujets traités par

psychotropes- Disparition des fuseaux dans les lésions thalamiques- Disparition de l’hypotonie du SP dans les troubles du

comportement en SP…..

Les limites de la classification

Ainsi cette classification est inapplicable en tout ou partie dans certaines situations cliniques:

- en cas d’altération globale de l ’EEG (démence, traitements psychotropes)

- en cas de désorganisation majeure du sommeil comme dans certains SAS

- en cas d’altération partielle (disparition des fuseaux, de l ’hypotonie du SP…)

Cependant même si ces sujet n’ont plus de sommeil selon R et K, ils continuent à dormir!!!

Le sommeil au delà des stades classiquesPour dépasser les limites de R et K et accélérer l’analyse du sommeil des méthodes d’analyse numérique ont été développées. Elles restent sous utilisées, souvent confinées à la construction d’un pseudo-hypnogramme plus faux qu’utile (analyses dites automatiques).

L’analyse spectrale: elle consiste à déterminer par FFT l’amplitude des différentes fréquences contenues dans le signal EEG, et au fur et àmesure que le sommeil s’approfondi l’EEG se ralenti.

Cette analyse donne une bonne idée des variations cycliques de l ’EEG au cours de la nuit. Elle ne permet pas de quantification.

1 sec

Transformée de Fourier RapideTransformée de Fourier Rapide

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

µV2

Hz

Analyse spectrale

Sec0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

EEGSec

+50

-50

µV

Rappels : EEGRappels : EEG

La macrostructure du sommeil au delà de Rechtschaffen et Kales

Nuit normale avec 4 cycles de sommeil: rythme alpha et fuseaux bien visibles

Nuit désorganisée avec 2 phase de SLP en fin de nuit

La microstructure du sommeilElle repose soit sur l’étude des éléments phasiques du sommeil en particulier les fuseaux (spindle), les K complexes dont on a mesurél’abondance dans des situations physiologiques et pathologiques variées, soit sur l’étude de certains graphoéléments pathologiques.

Les microéveils sont les éléments qui sont actuellement le plus utilisés en pratique clinique. Selon l’ASDA (1992) ils sont caractérisés par une accélération de l’EEG durant plus de 3 secondes et moins de 10, associée ou non à des signes végétatifs ou musculaires. Ils recoupent un certain nombre de situations neurophysiologiques décrites antérieurement (Phase d ’activation transitoire, Cycling Alternating Pattern, K alpha). Ils témoignent d’une fragmentation du sommeil.

Conclusion

Les enregistrements neurophysiologiques ont permis de mesurer lesommeil. Ils ont conduit à la mise en évidence de l ’hétérogénéitétemporelle du sommeil.

Cependant la classification actuelle du sommeil en 5 stades est trop réductrice pour rendre compte de la richesse des pathologies du sommeil humain, nous appelons parfois du même nom (stade 2 de sommeil) des réalités neurophysiologiques diverses dont les patients parlent différemment.