La polysomnographie (PSG) est un examen médical généralement pratiqué en laboratoire de sommeil, qui consiste à enregistrer de manière continue et simultanée différentes variables physiologiques (électroencéphalogramme, activité musculaire, rythme respiratoire, etc.) durant la veille et le sommeil. Son but est d'établir un diagnostic de normalité ou d'anormalité du sommeil, ou encore, en cas de problème avéré, d'en déterminer les causes (apnées, insomnie, narcolepsie, ou autre).§
15
a) Nature, origine et acquisition des signaux polysomnographiques (Figure 7): D'après les règles de Rechtschaffen et Kales [32], une bonne introspection du sommeil requiert au minimum l'analyse de trois variables physiologiques:
L'électroencéphalogramme qui mesure l'activité électrique du cerveau à la surface du scalp; L'électrooculogramme qui enregistre les variations de potentiels correspondant aux mouvements oculaire
L'électromyogramme qui mesure l'activité électrique des muscles.
Mais il s'avère aujourd'hui que ces seuls paramètres ne suffisent pas à détecter certaines pathologies telles que les apnées du sommeil ou les parasomnies.
Ainsi, il est courant de recueillir également d'autres variables physiologiques telles que: L'électrocardiogramme permettant d'examiner les variations du rythme cardiaque;
La pléthysmographie inductive thoracique et abdominale représentant les mouvements respiratoires; L'enregistrement sonore des éventuels ronflements; Le débit d'air nasal;
La saturation en oxygène dans le sang; Une séquence vidéo pour repérer les mouvements anormaux du sujet (somnambulisme, crises d'épilepsie, etc.).
16
Figure 7 : schéma montrant les différents paramètres enregistrés en PSG L'électroencéphalogramme (EEG) :
L'électroencéphalogramme (EEG) est le reflet de l'activité électrique moyenne d'un ensemble de cellules du cortex, que l'on mesure au moyen d'électrodes disposées à la surface du scalp.
Les électrodes les plus couramment utilisées en électroencéphalographie sont, d'une part, les électrodes faites de métal noble (or ou platine), en forme de coupe, que l'on remplit de gel. Les électrodes sont des senseurs électrochimiques qui effectuent la transduction d'un transport d'ions en un flot d'électrons et que l'on attache sur la peau à l'aide de papier adhésif (Figure 8) ; et d'autre part, les électrodes jetables d'Ag/AgCl plus pratiques puisqu'elles contiennent déjà leur propre gel électrolytique et qu'elles sont auto-adhésives (Figure 9). [33]
17
Figure 8 : photographies d’électrodes en forme de coupe constituées de métal noble
Figure 9 : Représentations et photographies d’électrodes flottantes d’Ag/AgC
La disposition de ces électrodes sur le cuir chevelu se fait d'après le système international 10-20 de Jasper illustré à la Figure 10 [34]. Dans ce système, les positions sont définies en divisant les lignes crâniennes des plans médian et transversal, en segments de 10 et 20 pourcents de leur longueur. Ces positions sont représentées par des lettres obéissant à la logique suivante: A= apophyse mastoïde ou lobe de l'oreille, C=central, Pg=nasopharyngeal, P=pariétal, F=frontal, Fp=frontal polar, O=occipital, T=temporal et z=axe central (ex: Fz=électrode frontale centrale).
18
Figure 10 : Le système 10-20 de Jasper.
Les signaux ainsi obtenus présentent des oscillations plus ou moins régulières en fonction de la synchronisation des cellules corticales. Leurs amplitudes sont de l'ordre de 10 à 200 µV et leurs fréquences sont typiquement de 0.5 à 50 Hz.
En polysomnographie, un minimum de 3 dérivations EEG est nécessaire pour apprécier l’activité des régions frontales, centrales et occipitales. Les dérivations EEG recommandées sont : F4-A1, C4 – A1, O2 – A1. Des électrodes de secours peuvent être positionnées en F3, C3, O1 et A2 (pour permettre un enregistrement F3-A2, C3-A2 et O1-A2) si des électrodes devenaient non fonctionnelles pendant l’enregistrement [34].
On distingue 5 catégories principales d'ondes EEG en fonction de leurs rythmes et amplitudes (Figure 11 et tableau 1):
- Les ondes bêta sont présentes lorsque l'on est éveillé et que l'on garde les yeux
ouverts. Elles apparaissent de manière symétrique et leurs amplitudes sont faibles.
-Le rythme alpha est une activité normale d'un adulte éveillé, mais il est surtout présent
lorsque l'individu se relaxe et garde les yeux fermés. Il apparaît simultanément des deux côtés de la tête généralement plus vers l'arrière qu'à l'avant, et est donc mieux visualisé sur un EEG occipital (Oz-A1) que sur un EEG central (Cz-A1) ou Frontal (FP1-A1). Il disparaît dès que le sujet ouvre les yeux ou en cas d'activité mentale.
19
-L'activité thêta peut aussi bien être normale qu'anormale en fonction de l'âge et de la
pathologie de la personne. En effet, elle est tout à fait naturelle s'il s'agit d'un adulte et que celui-ci est endormi. Par contre, si ce dernier est parfaitement éveillé, la présence d'ondes thêta peut être le signe d'un dysfonctionnement du cerveau
-Le rythme delta n'est normal que si l'individu est plongé dans un sommeil profond. Les
ondes correspondantes présentent alors des amplitudes généralement plus élevées que pour toutes les autres ondes et sont plus marquées sur un EEG frontal (FP1-A1) que central (Cz-A1).
Tableau 1 : montrant les quatre catégories d'ondes EEG classées selon leur rythme
Fréquence Hz Amplitude (µV)
Onde delta 0.5-4 20-200
Onde thêta 4-7 5-100
Onde alpha 8-12 20-60
Onde béta 13-16 5-100
Une fois détectés, les signaux électroencéphalographieques sont envoyés vers un dispositif de prétraitement qui les amplifie et les filtre de manière à éliminer un maximum d'interférences. La constante de temps recommandée par les règles de Rechtschaffen Kales , est de 0.3 seconde
Celle-ci correspond à un filtre passe-haut de 0.5 Hz. Le filtrage passe-bas utilisé doit quant à lui permettre de bien visualiser les ondes rapides du rythme bêta tout en éliminant les interférences haute fréquence provenant notamment des EMG.
Une fréquence de coupure autour de 70 Hz est donc recommandée [35].
Enfin, des rejecteurs de fréquence à 50 Hz sont couramment utilisés afin d'éliminer l'interférence réseau.
20 - Amplitude : en microvolt (µV)
- temps : en seconde (s)
21 L'électrooculogramme (EOG)
L'électrooculogramme (EOG) est l'enregistrement des variations de potentiel induites lors de mouvements oculaires.
En effet, l'arrière de l'œil (côté rétine) est chargé négativement par rapport à l'avant de l'œil (côté cornée). Cette différence de potentiel est de l'ordre de 0,4 à 1 mV. Lors d'un mouvement oculaire, l'axe du dipôle cornéo-rétinien change de position, générant des variations de champs électriques autour des yeux. Ces variations peuvent être mesurées à l'aide d'électrodes de surface (électrodes flottantes d'Ag/Ag Cl) placées à proximité.
En disposant ces électrodes au niveau des canthi latéraux inférieur gauche et supérieur droit et en utilisant une même électrode de référence sur la mastoïde, les signaux obtenus doivent être en opposition de phase puisqu'ils correspondent aux mouvements de l'œil droit et de l'œil gauche qui sont binoculairement synchrones (Figure 12).
Les amplitudes des électrooculogrammes sont comparables à celles des EEG. Ainsi, les paramètres de leur chaîne d'acquisition seront identiques, à l'exception toutefois du filtre passe-bas qui peut être limité à 15 Hz étant donné qu'il n'existe pas de composante aussi rapide dans les EOG [35].
Figure 12 : photographie montrant la disposition des électrodes de l’électro-oculogramme (EOG)
22 L'électromyogramme (EMG)
Les potentiels bioélectriques mesurés en électromyographie correspondent aux potentiels d'action des fibres musculaires. Bien que ce potentiel soit très faible pour une seule fibre (< 100 µV), l'innervation simultanée de plusieurs fibres musculaires par un même motoneurone induit une différence de voltage suffisante pour être détectée par une paire d'électrodes sur la peau. Lors de l'acquisition de l'activité du muscle mentonnier, ces deux électrodes sont positionnées sous la houppe du menton Par contre, en cas d'introspection des mouvements de jambes, ces électrodes sont disposées sur les muscles antérieurs du tibia comme l'illustre le Figure 13.
Les électromyogrammes ainsi obtenus présentent des valeurs allant de 0.1 à 5 mV tandis que leurs fréquences s'étendent typiquement de 2 Hz à 10 kHz.
Bien que ces fréquences soient nettement supérieures à celles des EEG, l'utilisation d'un filtre passe-bas de fréquence de coupure égale à 120 Hz est largement suffisante sachant que seule l'enveloppe basse fréquence de l'EMG est utile pour l'analyse du sommeil. La constante de temps recommandée par les règles de Rechtschaffen et Kales est quant à elle égale à 0.1 s, soit un filtre passe haut de 1.5 Hz. Étant donné que les amplitudes des électromyogrammes peuvent atteindre des valeurs très faibles durant le sommeil, il est conseillé d'utiliser un gain élevé lors de l'acquisition des EMG.
23