Plan de travail  Introduction  Fonctionnement du membre supérieur  Fonctionnement du bras bionique  Détection du signal électromyographique EMG  Choix des électrodes  Configuration des électrodes  Conclusion

L’amputation du bras provoque un handicap énorme, les mains sont des instruments étonnants et lorsque l’individu perd une, ou pire les deux, les taches quotidiennes deviennent beaucoup plus difficiles à effectuer voire irréalisables. Ceci à pousser les scientifiques à évoluer dans la bionique.

Le membre supérieur est la partie du bras qui part de l’épaule jusqu’à la main.

Nous pouvons déjà distinguer deux types de commandes principales  Le réflexe  La commande volontaire Flexion et extension du membre supérieur Le fonctionnement mécanique du membre supérieur est simple. Lorsque le biceps se contracte, le membre supérieur se fléchit. Le biceps est alors appelé muscle agoniste. Simultanément, le triceps (le muscle opposé) se détend. C’est le muscle antagoniste.

L’inverse se produit lorsque le triceps se contracte pendant que le biceps se détend, le membre supérieur est alors détendu. Le muscle agoniste est alors le triceps et le muscle antagoniste est le biceps.

Le mouvement réflexe Résulte d’une excitation périphérique et se déroule sans l’intervention volontaire Une réponse involontaire et automatique qui sert à protéger l’organisme Réponse unique ou intégrée à un mouvement volontaire

La commande volontaire Les mouvements volontaires sont contrôlés par le cerveau avec précision. C’est lui qui envoie l’ordre d’effectuer un mouvement vers les muscles. C’est grâce au réseau de neurones partants du cerveau jusque dans la moelle épinière, puis jusqu’aux muscles, que l’information parvient jusqu’à ceux-ci.

Une prothèse myoélectrique de main est un système électro-myographique fonctionnant suite à des contractions musculaires. Ces dernières provoquent des signaux électromyographiques (EMG) détectés par des électrodes placées à la surface de la peau, dont chacun se traduit par un mouvement de la main artificielle. L’objectif est d’établir une prothèse de main regroupant les fonctions essentielles d’une main réelle afin d’offrir une meilleure autonomie aux amputés.

La somme des phénomènes électriques causé par la différente contraction des fibres musculaires impliquées dans l´activité du muscle considéré, génère un champ électrique suffisamment important pour pouvoir être recueilli, soit localement (dans le muscle), soit à distance (à la surface de la peau).

On distingue donc deux types de détection : 1. Les électrodes à aiguilles  Touchent directement la fibre musculaire  Obtention du signal émis par une seule fibre  Abiment la peau et le tissu musculaire

2.Les électrodes de surface  Se fixent sur la peau au niveau du muscle cible  Fournissent le signal émis par un ensemble de fibres musculaires  Utilisation beaucoup plus facile que celles des aiguilles Parmi les électrodes de surfaces on distingue: a)Les électrodes humides à base de gel Ag/AgCl  Maintiennent l’impédance électrique désirée  Usage unique et durée de vie limitée b)Les électrodes sèches  Impédance électrique haute et instable  Réutilisables

Choix des électrodes Un enregistrement EMGs est influencé par la forme, la taille, la position, l’orientation des électrodes et la distance inter-électrode (DIE). En effet, ces paramètres sont à prendre en considération car ils affectent l’amplitude et la fréquence du signal EMG. Forme et taille de l’électrode La taille de l’électrode doit être assez importante pour enregistrer un nombre satisfaisant d’unités motrices (UM), mais pas excessive pour éviter de mesurer l’activité d’autres muscles non souhaitée. Alors qu’en pratique différentes tailles d’électrode sont utilisées, il est recommandé en théorie de ne pas dépasser un diamètre de 10 mm. Matériaux de l’électrode Différents types de matériaux sont utilisés, mais les électrodes Ag/AgCl sont les plus répandues en recherche. Ce type d’électrodes, facilement disponibles, offrent donc une bonne stabilité d’un point de vue électrique et contribue à réduire toute sorte de bruit au niveau de l’interface électrode/peau.

Distance inter-électrode Cette distance ne doit pas être trop faible pour éviter le court-circuitage si la surface de la peau devient humide avec la sueur. Cette dérivation électrique entraîne une diminution de l’amplitude du signal, une détérioration du ratio signal/bruit et peut éliminer les valeurs des hautes fréquences. Il est préférable d’opter pour une DIE de 20 mm, qui donnerait lieu à une amplitude EMGs maximale. Conception de l’électrode les câbles reliant les électrodes à l’amplificateur possèdent une résistance intrinsèque, les mesures peuvent se retrouver parasitées. La solution pour limiter ce type de bruit est d’amplifier le signal EMG au niveau des électrodes. Par ailleurs, il est recommandé d’utiliser du matériel léger et de fixer les câbles avec du ruban adhésif.

Préparation de la peau Afin d’obtenir un enregistrement EMGs de qualité il est essentiel de tenir compte des propriétés électriques de la peau. Dans le cadre de l’EMGs, il est recommandé d’avoir la résistance cutanée la plus faible et la plus stable possible. Il est donc nécessaire de procéder à une préparation de la peau en contact avec les électrodes, afin d’obtenir une meilleure fixation des électrodes.  Raser la peau.  Abraser la peau avec du papier de verre ou une pierre ponce, dans le but de diviser l’impédance par 10.  Nettoyer et dégraisser la peau au moyen d’une solution adaptée (alcool, éther, acétone) pour favoriser l’adhérence des électrodes à la peau.

Placement des électrodes Le lieu optimal se situe sur la ligne médiale du ventre musculaire entre la zone d’innervation ZI la plus proche et la jonction myo-tendineuse. A cet endroit, le signal EMG présente la plus grande amplitude. Le placement de l’électrode sur le ventre du muscle est réalisé dans le but de maximiser l’amplitude EMG et d’éviter les régions tendineuses. Bien que cette méthode soit généralement utilisée, il est toutefois nécessaire de rester prudent, car pour certains muscles la zone d’innervation (ZI) peut se trouver près du ventre musculaire. Par ailleurs, en raison de l’influence de l’orientation des électrodes par rapport aux fibres musculaires FM sur les mesures EMG et notamment la durée des potentiels d’action (PA), il est conseillé d’orienter les électrodes parallèlement à la direction des FM. Un mauvais placement d’électrodes entraine également le danger d’enregistrer l’activité électrique d’autres muscles.

On retrouve deux configurations de base 1.Configuration monopolaire  Enregistrement avec une seule électrode placée sur la peau au-dessus du muscle par rapport à une électrode de référence.  Enregistrement des signaux de grande amplitude  La détection des signaux qui proviennent des muscles voisins plutôt que du muscle en question (Phénomène du Crosstalk)

2.Configuration bipolaire  Détection de deux potentiels grâce à deux électrodes (DIE 10 à 20 mm), chacun par rapport à l’électrode de référence  Le crosstalk serait moins susceptible d’étre un problème

Dans cette présentation, nous avons parlé de plusieurs points importants afin de se familiariser avec le fonctionnement du membre supérieur et de clarifier la technique adéquate pour la détection des signaux EMG qui serviront de commande du bras bionique. Nous concluons qu’il nous est recommandé de travailler avec des électrodes de surface Ag/AgCl de part leurs facilité d’utilisation ainsi que leurs disponibilité avec une configuration bipolaire qui présente l’avantage de réduire le phénomène du Crosstalk, tout en prenant en compte plusieurs critères importants comme la taille des électrodes et leurs emplacement précis pour obtenir un signal EMG ayant une amplitude satisfaisante et le moins de bruit possible.