L’A ALYSE DE S IGAUX EEG ET ECG P OLYGRAPHIQUES

Toutes les analyses, comme la détermination des stades de sommeil, le calcul des spectres de puissance et l’analyse de la variabilité du rythme cardiaque, sont accomplies sur les données échantillonnées, évitant ainsi les problèmes de synchronisation entre les stades de sommeil et les autres calculs.

3.1. Analyse du tracé électroencéphalographique de sommeil

En utilisant le programme Endymion, un stade de sommeil (1, 2, 3, 4, SP et éveil) est visuellement attribué à chaque époque de 20 secondes selon les critères standard (Rechtschaffen and Kales, 1968).

Pour obtenir les spectres de puissances du signal EEG de sommeil, la transformée rapide de Fourier est appliquée au signal électrique obtenu de la dérivation Cz-Ax. Après soustraction de la moyenne du signal, la transformée rapide de Fourier est appliquée à chaque fenêtre de données de 5 secondes en utilisant une fenêtre rectangulaire. Les résultats obtenus sont alors moyennés par 20 secondes, donnant dès lors une valeur de puissance toutes les 20 secondes. La puissance du spectre total, qui correspond à la puissance totale du signal, est étalonnée de façon à ce que la puissance d’une onde sinusale numérisée de 50 µV corresponde à 1250 (µV)². La puissance totale est constituée des 5 bandes de puissances conventionnelles, dont chacune est

définie dans un spectre de fréquences spécifiques: delta ]0,5-3,0Hz],

thêta ]3,0-8,0 Hz], alpha ]8,0-12,0 Hz], sigma ]12,0-16,0 Hz], bêta ]16,0-25,0 Hz]. Les composantes du spectre des puissances de l’EEG peuvent être exprimées en unités absolues ou normalisées. La valeur normalisée est définie comme étant le rapport entre la valeur de la puissance dans une bande de fréquence spécifique et la

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valeur moyenne de la puissance calculée sur toute la nuit dans cette même bande de fréquence (Borbély et al., 1981; Aeschbach et al., 1997).

3.2. Analyse du tracé électrocardiographique de sommeil

L’ECG est suréchantillonné à la fréquence de 400 Hz afin d’obtenir un maximum de précision dans la mesure de l’intervalle R-R et le calcul de ses composantes spectrales. Un algorithme automatique détecte les complexes QRS et calcule les durées entre l’apparition de chaque onde R du complexe QRS, permettant ainsi le calcul de la série temporelle de l’intervalle R-R (différences temporelles entre deux ondes R successives). Les contractions ventriculaires prématurées, les battements ectopiques et les artefacts sont automatiquement détectés selon les critères suivants: intervalle R-R < 350 ou > 1500 millisecondes. Ces valeurs « anormales » sont enlevées et la série temporelle de l’intervalle R-R est interpolée linéairement avec les valeurs environnantes. Tous les événements détectés et les valeurs interpolées sont visuellement inspectés.

L’analyse des spectres de puissance de l’intervalle R-R est réalisée en accord avec les recommandations de la Task Force (1996). Un algorithme de ré-échantillonnage est appliqué pour obtenir une série temporelle de l’intervalle R-R échantillonnée régulièrement à 8 Hz. Le spectre de puissance est calculé à partir d’une fenêtre de 120 secondes qui est ensuite avancée de 20 secondes en 20 secondes. Pour chaque fenêtre de 120 secondes, la moyenne du signal est soustraite. Ensuite, la transformée rapide de Fourier est calculée avec application d'une fenêtre de Hanning aux données. Dès lors, alors que la fenêtre analysée contient 120 secondes d’intervalles R-R, les déplacements de la fenêtre permettent d’obtenir une valeur de puissance toutes les 20 secondes pour les composantes de très basse, de basse (BF) ]0,04-0,15] Hz et de haute fréquences (HF) ]0,15-0,40] Hz de la variabilité du rythme

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cardiaque (VRC) (fig. 8). Ainsi, les valeurs des puissances de BF ou de HF de la VRC

et la puissance dans la bande delta sont simultanément disponibles toutes les 20 secondes.

Figure 8. Les composantes des spectres de puissance de l’intervalle R-R, Basse et Haute Fréquences, sont obtenues à partir de fenêtres de 120 secondes (sec.) de l’ECG. Ces fenêtres de 120 sec. sont déplacées de 20 sec. en 20 sec. Chaque fenêtre de 120 sec. correspond à une valeur spectrale pour constituer les bandes de puissance de Basse et de Haute Fréquences (en unités normalisées, u.n.) du signal de l’intervalle R-R. Sur cette figure, seule la composante de puissance normalisée de Haute Fréquence est représentée.

La puissance totale de la VRC peut être définie comme la somme des puissances de la VRC à chaque fréquence inférieure ou égale à 0,40 Hz. Les puissances peuvent également s’exprimer en unités normalisées (un), définies comme étant le rapport entre la valeur de la puissance dans une bande de fréquence spécifique (BF ou HF de la variabilité du rythme cardiaque) et la valeur de la puissance totale soustraite de la composante de très basse fréquence (= BF + HF). Et donc,

ECG HF_{u. n}. D urée (s ec. ) D urée (s ec. ) • • • 20 s ec. _{20 sec.} Fenêtre de 120 sec. Fenêtre de 120 sec. 20 sec.

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BF_un=BF/(BF+HF) et HF_un=HF/(BF+HF). Le rapport BF-HF (BF/HF) est aussi calculé

afin de décrire l’influence sympatho-vagale cardiaque (Montano et al., 1994; Pagani et al., 1997).

Remarque

L’analyse des composantes de la VRC et les transformations rapides de Fourier sont réalisées avec le programme Matlab (The Math Works Inc., USA) et son programme complémentaire d’analyses du signal (Matlab 6.1 with signal Processing

Toolbox 5.1) par l'intermédiaire de la fonction « spectrogramme ».

Comme nous travaillons avec des données qui ont été numérisées, il est important d’obtenir un nombre de points du signal numérisé qui est une puissance de 2. Cet algorithme complète les données par des ‘zéros’ afin d’obtenir un nombre qui est une puissance de 2, pour pouvoir ensuite appliquer la transformation rapide de Fourier ou la transformation shirp-z.

Dans notre cas, le signal temporel de l’intervalle R-R échantillonné à 8 Hz est analysé sur 120 secondes (ce qui correspond à 960 points). Il faut donc ajouter 64 points à zéro pour obtenir 1024 points.

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