I – 3 Matériel et méthodes
Les signaux physiologiques analogiques obtenus par le spiromètre et l’ECG sont synchronisés et numérisés grâce à un convertisseur analogique digital PowerLab 8/35 ADInstruments.
I – 3.1 -‐ Le spiromètre
Le sujet est équipé du dispositif ADInstruments « Human Respiratory kit » constitué d’un embout buccal réutilisable positionné sur un filtre. Le dispositif est raccordé au spiromètre par tube flexible. Après chaque utilisation les embouts son nettoyés et stérilisés à froid avec une solution de type Milton®. Pour la mesure l’embout est positionné entre les dents, les lèvres entourent l’embout pour parfaire l’étanchéité. Un trépied avec une potence est installé à coté et au-‐dessus du sujet pour suspendre le capteur du spiromètre afin de supprimer les contraintes de rotations induites par le poids du dispositif (figure 1.1) et de diminuer l’ « effet instrumental » avancé par Niérat (Niérat et al., 2017). Le sujet prend quelques instants pour s’adapter à la contrainte. Le pince-‐nez est appliqué pour obtenir une respiration exclusivement buccale.
Figure – 1.1 : Sujet positionné en décubitus dorsal équipé du spiromètre suspendu à une potence afin de maintenir confortablement la tête dans l’axe.
Trois mesures de 7 minutes sont réalisées pour chacun des sujets avec un temps de pose entre chaque mesure d’au moins 7 minutes. Pendant le temps de repos les sujets restent allongés et ne bougent pas. La fréquence respiratoire contrôlée est arrêtée. L’embout buccal du spiromètre et le pince-‐nez sont enlevés. Après 7 minutes de repos une nouvelle mesure est effectuée dans les mêmes conditions que la précédente.
L’acquisition du signal spirométrique est réalisée avec un module Spirometer
ADInstruments relié au PowerLab. Le logiciel LabChart® 7 ADInstruments permet la
visualisation et l’analyse des données du PowerLab. La fréquence d’échantillonnage retenue est 1000 Hz. Après vérification de la qualité du signal du spiromètre l’enregistrement est sauvegardé au format .mat (format Matlab).
Chaque mesure est sauvegardée. Après les trois mesures le sujet est déséquipé et le matériel est nettoyé et stérilisé.
I – 3.2 – L’ECG
Le sujet est préparé pour la pose des électrodes de l’ECG. La peau en regard du positionnement des électrodes est nettoyée avec du gel Nuprep Weaver & Co puis séchée avec une gaze stérile. La connexion cutanée à l’ECG est réalisée par l’intermédiaire d’électrodes autocollantes prégélifiées 3M de type ELE2228. Trois électrodes sont disposées en regard des points : médio-‐claviculaire gauche (rouge) ; médio-‐claviculaire droit (vert) ; en regard de l’apex du cœur (espace sous mamelonnaire gauche au niveau de l’arc latéral de la 5e ou 6e côte à gauche) (noir). Les électrodes sont reliées à l’ECG par un câble trois voies vert, rouge, noir (figure 1.2).
Après chacune des mesures de 7 minutes, pendant le temps de repos, les sujets restent allongés, équipés de l’ECG et ne bougent pas.
Figure – 1.2 : Sujet positionné en décubitus dorsal équipé des trois électrodes de l’ECG.
L’acquisition du signal électrocardiographique est réalisée avec un amplificateur Dual Bio Amp FE232 ADInstruments relié au PowerLab équipé d’une dérivation à 3 voies. Le logiciel LabChart® 7 ADInstriments permet la visualisation et le prétraitement des données du PowerLab. La fréquence d’échantillonnage retenue est 1000 Hz pour extraire l’intervalle RR du signal ECG.
I – 3.3 – Le Vicon
Pour mesurer les variations du volume thoracique des sujets douze marqueurs réfléchissants de 12 mm de diamètre sont positionnés avec du scotch hypoallergénique
double face sur la zone thoracique inférieure du sujet après analyse des études de Ferrigno, Wang, Alnowam et Shafiq (Ferrigno et al., 1994), (Wang et al., 2009), (Alnowam et al., 2010), (Shafiq & Veluvolu, 2017). Les marqueurs sont placés aux intersections de 6 plans, deux à deux, et de la surface du thorax du sujet : le plan coronal, passant par les sommets des courbures costales latérales droites et gauches ; les deux plans médio-‐claviculaires passant par les articulations costochondrales des 7e cotes, s’intersectant avec les trois plans transversaux : un plan sous-‐xiphoïdien ; un plan subcostal ; un plan intermédiaire passant par le milieu des deux autres plans (figure 1.3). Les intersections des plans et de la surface de la peau définissent 12 points : Thoracique Droit Haut THDH ; Thoracique Droit Milieu THDM ; Thoracique Droit Bas
THDB ; Thoracique Médian Droit Haut TMDH ; Thoracique Médian Droit Milieu TMDM ;
Thoracique Médian Droit Bas TMDB ; Thoracique Médian Gauche Haut TMGH ; Thoracique Médian Gauche Milieu TMGM ; Thoracique Médian Gauche Bas TMGB ; Thoracique Gauche Haut THGH ; Thoracique Gauche Milieu THGM ; Thoracique Gauche Bas THGB.
Figure – 1.3 : positionnement des douze marqueurs thoraciques inférieurs à l’intersection des plans et de la surface du thorax du sujet.
L’acquisition des coordonnées 3D des capteurs positionnés sur le thorax du sujet pour étudier la fréquence respiratoire est réalisée avec un système Vicon. Le système
d’acquisition est constitué de 8 caméras synchrones infrarouges MX T10 (fréquence d’acquisition à 100 Hz), d’une unité Giganet MX (unité de synchronisation des caméras) et d’un système Vicon Nexus 1.8.5. La configuration des caméras dans la salle d’analyse du mouvement est fixe. La salle fait 11,20 x 5,10 mètres et les huit caméras sont situées à 2 mètres du sol. La distance des caméras est donc comprise entre 5 et 7,5 mètres du sujet de l’expérimentation.
Le système Vicon est calibré avec une incertitude de 0,062 mm, calcule réalisé à l’aide des marqueurs réfléchissants TAOR (Table Origine) et TAPG (Table Pied Gauche) collés sur le dessus du revêtement de la table (figure 1.4) en suivant la démarche de Ferrigno et al 1994(Ferrigno et al., 1994). Les marqueurs permettent également de construire un plan de référence correspondant à la table est à la surface postérieure du thorax, comme dans les études d’Aliverti et al 2000, 2001(Aliverti et al., 2000)(Aliverti et al., 2001) et Delleca et al 2010(Dellaca’ et al., 2010). Deux marqueurs sont positionnés de part et d’autre de la tête TAOR et TATD (Table Tête Droite) et le troisième TAPG, sur le bord externe de la table, du côté du membre inférieur gauche.
Figure – 1.4 : disposition des marqueurs rétro-‐réfléchissants : 12 marqueurs thoraciques et 3 marqueurs définissant une surface de référence sur la table.
I – 3.4 Synchronisation et sauvegarde des données du LabChart et du Vicon
La qualité des signaux est vérifiée sur le logiciel LabChart. La localisation des marqueurs est vérifiée sur le Vicon puis les acquisitions sont lancées simultanément avec le LabChart. La synchronisation des outils est réalisée en demandant au sujet d’effectuer une inspiration complète suivie d’une expiration maximum à la fin des 7 minutes d’acquisition. Après vérification de la qualité des acquisitions l’enregistrement du Vicon est sauvegardé au format .csv (Comma-separated values) et l’enregistrement du LabChart est sauvegardé au format .mat.