Quelques aspects de la quantification de l'activité musculaire par l'EMG 


Une bonne référence sur les fondements de l'EMG : Muscle posture et mouvement, Simon Bouisset et Bernard Maton, Hermann editeur.

 L'EMG global 

On appelle EMG global, l'EMG mesuré en surface et qui correspond donc à l'activité dun nombre important d'unites motrices. L'EMG global est enregistré via des électrodes de surface de dimension assez importantes (non ponctuelle).

Un fil électrique parcouru par un courant électrique produit autour de lui un champ électrique. Si le courant est variable le champ electrique induit est variable lui aussi et ces inductions sont susceptibles de dépolariser un porteur de charge placé dans l'entourage du fil comme une électrode par exemple. L'intensité de cette dépolarisation de l'électrode est notemment fonction de la distance électrode-fil.

La fibre musculaire et sa dépolarisation joue le role du fil.

L'électromyogramme global résulte de la sommation algébrique de nombreux potentiels des fibres musculaires, plus ou moins déformés selon les distances respectives de celles-ci par rapport aux electrodes et selon les caractéristiques mêmes de ces dernieres.

Exemple d'enregistrement EMG de surface (mollet pendant plusieurs sauts verticaux)

L'analyse fréquentielle de l'EMG global d'un muscle montre que l'EMG est composé de signaux de fréquences comprise entee 5 et 500 HZ environ alors que le spectre relatif au potentiel d'une fibre unique peut lui contenir du signal allant jusqu'a quelques kHz.

L'ensemble des transformations que subissent les potentiels de fibre avant de constituer l'EMG global peut être representé sous la forme d'une cascade de filtres correspondant chacun à un phénomène physique déterminé:

On peut en distinguer au moins quatre:

  1. la puissance du signal generé par la fibre augmente de facon linéaire avec la fréquence. Le champ éléctrique décroit en fonction de la distance entre la fibre et l'électrode, de facon telle que les composantes de fréquences hautes du signal soit d'avantage attenuées que celle de fréquences basses (filtre passe bas= qui laisse passer les basses frequence)
  2. Le signal engistré résulte de la sommation algébrique de ces signaux élémentaires et dépend donc de leur relation temporelle. La propbabilité d'une concordances de phase est plus élévée pour les composantes de fréquences basses que pour les composantes de fréquences hautes. La sommation en amplitude des composantes basse fréquences est donc meilleure que celle des composante hautes fréquences. (de nouveau cette sommation agit comme un filtre passe-bas)
  3. Le signal enregistré dépend ensuite des caracteristiques de l'electrode elle même. Une électrode de surface importante joue le role de filtre passe bas. Les potentiels de fibres ou d'unité motrice proche de l'électrode sont alors atténués en amplitude, tandis que leur durée est augmentée. Une électrode de grande surface peut capter un nombre plus élevé de signaux élémentaires et la probabilité de sommation s'accroit d'autant.
  4. d'autre filtrage du signal peuvent intervenir au niveau de la chaine d'acquisition. Si la détection s'effectue sous la preau, il faut aussi tenir compte de la déformation des champs de potentiels au contact du fascia musculaire et de la peau. La comparaison entre les frquences de l'EMG de surface et celles de l'EMG global intramusculaire montre que ces structures jouent également le rôle d'un filtre passe-bas. Ce filtrage est néanmoins moindre que ceux décrit plus haut. On peut obtenir un tracé presque identique avec des électrodes sur la peau ou avec un électrode fil de grande surface de détection piquée dans le muscle.

 Mesures associées à l'EMG global, quantification de l'EMG 

Sur la base de l'EMG global brut, on cherche à tirer partie de l'enregistrement. La recherche de la valeur moyenne du signal pendant une contraction serait peu informative si on laissait le signal tel quel, brut, car les variations positives et négatives s'annuleraient alors qu'elles sont toutes les deux porteuses d'information. On commence donc par redresser le signal i.e. travailler sur sa valeur absolue.

EMG rectifie

L'EMG précédent a été redressé, c'est à dire qu'on considère désormais la valeur absolue du signal. Cela permet de tenir compte de toute l'information du signal lors des calculs de la valeur moyenne et des integrations de certaine portion du signal dans le temps.

La représentation de l'enveloppe du signal redressé permet une visualisation agréable des périodes d'activation du muscle. Attention néanmoins, lors d'étude de synchronisation des signaux, le passage du signal redressé à l'enveloppe via un filtre passe bas peut provoquer un petit decalage temporel.


Le calcul de l'enveloppe de l'EMG obtenu ici par une moyenne glissante induit souvent un leger decalage temporel mais permet une visualisation confortable des phases d'activation du muscle.

Les intégrations vrai du signal doivent se faire à partir du signal redressé car les filtrations alterent en général non seulement le positionnement temporel mais aussi l'amplitude des zones d'activation.



 Type de réception 

on distingue deux types de reception:

en mode monopolaire (une seule électrode), il existe un point du muscle ou l'amplitude moyenne de l'EMG est maximale. Il s'agit en général du point moteur ou sont concentrée les plaques motrices. Pour de nombreux muscles la valeur RMS et celles de l'EMG moyen sont maximales au voisinage du milieu du point charnu et diminue de part et d'autre de ce point aussi bien longitudinalement que transversalement.

L'EMG détecté au niveau de ce point moteur est aussi particulierement riche en basses frequences car les basses frequences des signaux provenant des zones de part et d'autre du point moteur se somment en amplitude du fait que l'excitation se propage de part et d'autre des plaques motrices.

Si l'électrode au contraire est située en fin de fibres, les signaux situés de l'autre coté du point moteur interviennent fort peu. Les fréquences très basses du spectres sont alors atténuées.

en mode de réception bipolaire celui que nous adopterons dans ce TP, la valeur moyenne et la valeur RMS sont plus faibles qu'en dérivation monopolaire. Dans ces cas là, ce qu'on enregistre est la différence entre les signaux reçu par les deux électrodes. Si une source de perturbation extérieures (muscles voisins voire source exterieure à l'expérimentation en cours) agit sur les deux electrodes la perturbation disparaitra lors de la soustraction. Ce qui rend le signal bipolaire moins sensible aux perturbations exterieures.

Mais certaines composantes de basses fréquences qui se somment en réception monopolaire seront par contre atténuées en mode bipolaire (suite à la soustraction des signaux)

L'intensité du signal obtenu dépend de la disposition de part et d'autre du point moteur et de l'écartement des électrodes. L'EMG moyen augmente généralement en fonction de la distance entre les électrodes et un écartement optimal existe pour chaque muscle. Du point de vue des fréquences , un déplacement vers les basses ou les hautes fréquences peut etre observé suivant l'écartement.

 Représentativité de l'EMG de surface .

C'est une vrai question: l'EMG de surface est-il représentatif de l'activité de l'ensemble des unités motrices d'un muscle. Les études ont montré qu'il existe une proportionnalité entre l'EMG de surface intégré et l'EMG intramusculaire intégré. On peut donc dire que l'EMG de surface est une mesure de l'EMG intramusculaire et est bien representatif de l'activité du muscle dans son ensemble. Attention cela ne signifie pas que les signaux soit similaires ! C'est bien l'intégrale du signal qui est proportionnelle a l'integrale du signal intramusculaire. La morphologie du signal n'est pas la meme, ce qui fait penser que l'EMG de surface est surtout sensible aux fibres proche de l'électrode.

 Quantification du niveau d'excitation d'un muscle 

Le tracé électromyographique de surface dépend à chaque instant du nombre d'unités motrices actives, de leur fréquence de décharge, de leur degré de synchronosation et de la formes des potentiels d'action. Il est quantifié à partir de différent parametres caractérisant le signal direct, son intégration ou pour l'analyse frequentielle sa transformée de Fourier.

La fréquence médiane du spectre de Fourier est reliée à la vitesse de conduction du signal.

L'EMG integré et l'EMG moyen representent l'intensité du signal d'entrée du muscle, c'est-à-dire son niveau d'excitation. Ces différents paramètres donnent des résutlats similaires lorsqu'on les met en relation avec les grandeurs biomécaniques de la contraction.

La notion de niveau d'excitation peut se rapporter à des valeurs instantannées comme l'amplitude de l'enveloppe à un instant donnée ou à des valeurs globales comme la valeur moyenne de l'EMG intégré pendant toute la durée de la contraction. L'unité de mesure est alors le mV.s (millivolt.seconde)

On peut néanmoins se demander si la quantification du niveau d'excitation ne dépend pas de la disposition des électrodes sur le muscle, de l'impédance des tissus situés entre les fibres musculaires et les electrodes, etc.... L'intensité électrique du signal peut donc ne pas être comparable d'un examen à un autre et ne l'est pas plus d'un muscle à un autre. Pour pallier cette difficulté, on cherche à exprimer l'EMG en pourcentage d'une valeur de référence, par exemple en pourcentage de la valeur maximale volontaire (on demande au sujet de fournir un effort maximum volontaire).

La relation entre l'EMG intégré et la force isométrique est le plus souvent, et en premiere approximation assez lineaire (soleus, adductior pollicis) , parfois légèrement curvilinéaires pour les petits efforts (biceps brachii, triceps brachii).

Le degré d'ouverture d'une articulation modifie les caractéristiques EMG intégré VS force, mais si on exprime la force en % de la force volotaire maximum pour chaque angle de l'articulation alors on obtient une caractérisitque unique indépendante de l'angle d'ouverture de l'articulation.

Last modified: Wednesday, 4 February 2015, 12:59 PM