Séparation des signaux de deux extenseurs des doigts à partir d'électromyogrammes de surface haute densité et modélisation biomécanique du mécanisme extenseur

Les signaux electromyographiques de surface (sEMG) correspondent aux signaux electriques composes par les potentiels d’action produits par les unites motrices d’un muscle actif et enregistres par des electrodes de surface. Les signaux sEMG sont largement utilises dans la medicine, le controle des protheses et plus generalement dans les etudes biomecaniques portant sur l’analyse du mouvement humain. Les signaux sEMG sont tres souvent utilises comme un indicateur d’activation musculaire.Bien que presentant un interet evident, l’utilisation de ces signaux reste difficile compte tenu qu’ils sont souvent susceptibles d’interference (diaphonie, ou plus communement « crosstalk ») entre les muscles contigus, parfois meme eloignes. Cette contamination croisee est particulierement presente pour des muscles presents dans un volume restreint, ce qui est le cas des muscles extenseur de l’index et du petit doigt, extensor indicis et extensor digiti minimi. L’interference induit la reduction de la precision de l’estimation des activations musculaires et reste, a ce titre, un probleme important et recurrent de la biomecanique. Afin que les signaux sEMG puissent etre utilises de maniere plus robuste en biomecanique, il convient de reduire cette interference avant de proceder a l’estimation des activations musculaires. Les activations individuelles des muscles participant au mouvement correctement estimees peuvent etre utilisees comme donnees d’entrees d’un modele biomecanique. Cette demarche, nommee dynamique directe, permet notamment d’estimer la force externe produite par le systeme et dans un second temps de comparer cette derniere avec la mesure realisee grâce a un systeme dynamometrique. En ce sens cette demarche permet une validation indirecte des estimations realisees a partir des signaux sEMG. Dans le cadre de cette these, nous avons modelise le doigt et plus particulierement le mecanisme extenseur qui est une structure qui transmet les forces des muscles-extenseurs aux articulations digitales. Cette structure est tres mal connue du point de vue biomecanique et le plus souvent representee par un ensemble des coefficients etablis sur l’analyse de mains de cadavres dans des situations tres particulieres et standardisees (doigts en extension). Ainsi, l’objectif de ce travail de these etait double : (1) ameliorer l’estimation de la force au bout du doigt a partir des melanges des sEMG sur la base d’extraction des activations des signaux sEMG des muscles extensor indicis et extensor digiti minimi, et (2) modelisation biomecanique du mecanisme extenseur du doigt. Pour cela, les signaux sEMG ont ete enregistres avec une matrice d’electrodes de surface haute densite a 64 capteurs. Ensuite, l’extraction des activations musculaires a ete realisee sur la base d’une procedure de classification des potentiels detectes en utilisant les invariants musculaires que sont la direction de propagation et la profondeur de l’unite motrice a l’origine du signal.Dans un deuxieme temps, un modele biomecanique precis du mecanisme extenseur du doigt a ete cree, qui contient les tendons et les principaux ligaments representes par des bandes et des surfaces elastiques. Un algorithme de parametrage du modele a ete propose. Ce type d ‘approche est necessaire pour mieux decrire les deformations du systeme anatomique dans des situations de mouvement sain ou pathologique.Cette demarche a montre qu’elle etait pertinente pour l’etude biomecanique du doigt. Elle presente des utilisations judicieuses pour les etudes biomecaniques portant sur l’evaluation clinique, la rehabilitation et le controle des protheses myoelectriques.