Résultats de modélisation

Nous présentons les résultats de la quantité de charges nécessaire à l’activation pour les formes d’onde rectangulaires et non rectangulaires (Tab.4.4). La quantité de charges nécessaire à l’activation est moindre pour les formes quart de sinus non haché (-23.2%) et rampe non hachée (-30.1%) comparée à la forme rectangulaire non haché, pour une même durée de stimulation. Ces résultats sont cohérents avec l’étude de Sahin et collab. [SAHINet TIE,2007].

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 charge rect nC charge ramp nC A. Ramp vs rect Q x=y 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 charge rect nC charge sin nC

B. Quart sin vs rect

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 charge sin nC charge ramp nC

C. Ramp vs quart sin

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

charge chopped quart sin nC

charge rect nC

D. Rect vs chopped quart sin

FIGURE4.7 – Quantité de charges nécessaire à l’activation des fibres gastriques pour : A Rampe 350µs vs Rectangulaire 350µs, B Quart sinus 350µs vs Rectangulaire 350µs, C Rampe 350µs vs Quart sinus 350µs, D Rectangulaire 350µs vs Quart sinus haché (PWsum= 350µs, PWt ot= 1000µs).

Les formes d’onde hachées à PWsum = 350µs sont comparées à la forme d’onde rectan-

gulaire non haché de durée PW = 350µs. Les résultats indiquent une forte augmentation de la quantité de charges nécessaire à l’activation entre la forme rectangulaire haché et la forme rectangulaire non haché (+128.3%) et une augmentation également significative pour les formes rampe hachée (+39.5%) et quart sinus haché (+71.1%).

Les formes d’onde hachées à PWt ot= 1000µs sont comparées à la forme d’onde rectangu-

laire non haché de durée PW = 1000µs. Les résultats indiquent une nette diminution de la quantité de charges nécessaire à l’activation pour toutes les formes d’onde.

La même observation peut être faite sur les formes d’onde hachées à PWt ot= 325µs com-

parée à la forme d’onde rectangulaire non haché de durée PW = 350µs.

TABLEAU4.3 – Différence en terme de quantité de charges entre les formes d’onde non rectangu-

laires et les formes d’onde rectangulaires pour PW = 350µs et PW = 1000µs.

Forme d’onde PWsum PWt ot Différence relative à la forme rectangulaire (%)

Rect PW=350 Rect PW=1000 Rampe 350 350 -30.1 / Quart sin 350 350 -23.2 / Rect H 350 1000 128.3 -20.0 Rampe H 350 1000 39.5 -51.1 Sin H 350 1000 71.1 -40.0 Rect H 125 325 -18.5 / Rampe H 125 325 -45.8 / Sin H 125 325 -35.7 /

Comparaison avec les formes d’onde utilisées en expérimentation.

Le Tab.4.4indique les quantités de charges normalisées nécessaire à l’activation obte- nues par modélisation et par expérimentation sur modèle porcin. La quantité de charges est normalisée par rapport à la quantité de charges nécessaire à l’activation de la forme rectangulaire non haché de durée PW = 350µs.

Pour le modèle porcin, la quantité de charges indiquée pour la forme rectangulaire est une moyenne obtenue en considérant les fibres ayant passé le critère de stabilité des seuils uniquement avec la forme rectangulaire.

Quantitativement les résultats ne sont pas comparables, les deux modèles sous estiment les seuils d’activation. Qualitativement, en comparant les formes d’onde hachées et non hachées à PWsum, les résultats de modélisation corroborent les observations expérimen-

tales. En effet, à même PW la rampe est la forme d’onde la moins consommatrice compa- rée au créneau ou quart de sinus. A PWsum, la quantité de charges nécessaire à l’activa-

tion est moins importante pour la forme quart de sinus haché que pour le créneau, mais à PWt ot, la tendance est inversée.

Concernant le modèle à dynamiqueMRG, le gain pour les formes rampe et quart de si- nus non hachés est du même ordre de grandeur que celui obtenu expérimentalement. Le gain est globalement sous-estimé par le modèle à dynamique CRRSS. Cependant, pour les deux modèles, le gain en terme de quantité de charges est surestimé pour la forme quart de sinus haché de durée PWsum= 350µs, PWsum= 1000µs.

TABLEAU 4.4 – Comparaison de la quantité de charges nécessaire à l’activation pour les pulses

hachés et les pulses non hachés, de type rectangulaire, rampe et quart de sinus. Les valeurs de PWt ot, PWsum, Tonet To f f sont enµs

Forme d’onde Exp. porcines Nombre de pulsons (Ton) PWt ot PWsum Ton To f f Charge normalisée rect 350µs (%) modèle CRRSS Charge normalisée rect 350µs (%) modèle MRG Charge normalisée rect 350µs exp.porc (%)

Rectangulaire (A) Oui 1 350 350 350 0 100 100 100

Rectangulaire (A) Non 1 1000 1000 1000 0 285 205 /

Rampe (B) Oui 14 350 350 25 0 70 85 84

Quart sinus (C) Oui 14 350 350 25 0 77 88 87

Rectangulaire haché (D) Non 14 1000 350 25 50 228 193 /

Rampe hachée (E) Non 14 1000 350 25 50 139 142 /

Quart sinus haché (F) Oui 14 1000 350 25 50 171 154 134 Rectangulaire haché (D) Non 5 325 125 25 50 82 89 /

Rampe hachée (E) Non 5 325 125 25 50 54 74 /

Quart sinus haché (F) Oui 5 325 125 25 50 64 79 91

4.5 Références

ANDREU, D., D. GUIRAUDet G. SOUQUET. 2009, «A distributed architecture for activating

the peripheral nervous system.», Journal of neural engineering, vol. 6, no _{2, doi :10.} 1088/1741-2560/6/2/026001, p. 026 001, ISSN 1741-2552. 104,107

GUIRAUD, D., D. ANDREU, S. BONNET, G. CARRAULT, P. COUDERC, A. HAGÈGE, C. HENRY, A. HERNANDEZ, N. KARAM, V. LEROLLEet collab.. 2016, «Vagus nerve stimulation : state of the art of stimulation and recording strategies to address autonomic function neuro- modulation», Journal of Neural Engineering, vol. 13, no _{4, p. 041 002.101}

JEZERNIK, S., T. SINKJAERet M. MORARI. 2010, «Charge and energy minimization in elec-

trical/magnetic stimulation of nervous tissue», Journal of neural engineering, vol. 7, no _{4, p. 046 004. 101}

MACIEJASZ, P., D. ANDREUet D. GUIRAUD. 2011, «Investigation of fibre size stimulation

selectivity using earthworm model», dans IFESS’2011 : 16th International Conference of Functional Electrical Stimulation Society. 104

MCINTYRE, C. C., W. M. GRILL, D. L. SHERMANet N. V. THAKOR. 2004, «Cellular effects of deep brain stimulation : model-based analysis of activation and inhibition», Journal of neurophysiology, vol. 91, no _{4, p. 1457–1469.108}

MCINTYRE, C. C., A. G. RICHARDSONet W. M. GRILL. 2002, «Modeling the excitability of mammalian nerve fibers : influence of afterpotentials on the recovery cycle», Journal of neurophysiology, vol. 87, no _{2, p. 995–1006. 108}

MERRILL, D. R., M. BIKSON et J. G. JEFFERYS. 2005, «Electrical stimulation of excitable

tissue : design of efficacious and safe protocols», Journal of neuroscience methods, vol. 141, no _{2, p. 171–198. 101}

QING, K. Y., M. P. WARDet P. P. IRAZOQUI. 2015, «Burst-Modulated Waveforms Optimize Electrical Stimuli for Charge Efficiency and Fiber Selectivity.», IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering : a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, vol. 23, no _{6, doi :10.1109/TNSRE.2015.2421732, p.} 936–45, ISSN 1558-0210. 102

SAHIN, M. et Y. TIE. 2007, «Non-rectangular waveforms for neural stimulation with prac-

tical electrodes», Journal of neural engineering, vol. 4, no _{3, p. 227.101,112}

SHEPHERD, R. K. et E. JAVEL. 1999, «Electrical stimulation of the auditory nerve : Ii. effect

of stimulus waveshape on single fibre response properties», Hearing research, vol. 130, no _{1, p. 171–188. 102}

YOSHIDA, K., G. KURSTJENSet K. HENNINGS. 2009, «Experimental validation of the nerve

conduction velocity selective recording technique using a multi-contact cuff elec- trode», Medical Engineering & Physics, vol. 31, no _{10, doi :10.1016/j.medengphy.2009.} 08.005, p. 1261–1270, ISSN 13504533.104

Discussion et conclusion générale

5.1 Discussion

5.1.1 Remarques sur les résultats liés aux applications visées