Développement d`un système d`acquisition simultanée de données

UNIVERSIT´ E DE MONTR´ EAL
D´ EVELOPPEMENT D’UN SYST` EME D’ACQUISITION SIMULTAN´ EE DE DONN´ EES
DE TOMOGRAPHIE D’IMP´ EDANCE ´ ELECTRIQUE ET
D’´ ELECTROENC´ EPHALOGRAPHIE POUR L’´ ETUDE DE LA FONCTION
C´ ER´ EBRALE
JULIEN J´ EHANNE-LACASSE
INSTITUT DE G´ ENIE BIOM´ EDICAL
´
ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTR´ EAL
M´ EMOIRE PR´ ESENT´ E EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPL ˆ OME DE MAˆ ITRISE ` ES SCIENCES APPLIQU´ EES
(G´ ENIE BIOM´ EDICAL)
AOˆ UT 2011
c
Julien J´ehanne-Lacasse, 2011.

UNIVERSIT´ E DE MONTR´ EAL
´
ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTR´ EAL
Ce m´emoire intitul´e :
D´ EVELOPPEMENT D’UN SYST` EME D’ACQUISITION SIMULTAN´ EE DE DONN´ EES
DE TOMOGRAPHIE D’IMP´ EDANCE ´ ELECTRIQUE ET
D’´ ELECTROENC´ EPHALOGRAPHIE POUR L’´ ETUDE DE LA FONCTION
C´ ER´ EBRALE
pr´esent´e par : J´ EHANNE-LACASSE Julien
en vue de l’obtention du diplˆome de : Maˆıtrise `es Sciences Appliqu´ees
a ´et´e dˆument accept´e par le jury d’examen constitu´e de :
M. BERTRAND Michel, Ph.D., pr´esident
M. LESAGE Fr´ed´eric, Ph.D., membre et directeur de recherche
M. GAGNON Herv´e, Ph.D., membre et codirecteur de recherche
M. ROBITAILLE Nicolas, Ph.D., membre

iii
`
A cette ´etape de ma vie,
et `a tous ceux qui m’ont aid´e `a la traverser.

iv
REMERCIEMENTS
Au terme de ce projet de maˆıtrise, je d´esire exprimer en tout premier lieu ma reconnais-
sance `a mon directeur de recherche, Fr´ed´eric Lesage, dont le support, le professionnalisme et
la patience ont permis d’´etablir toutes les conditions favorables `a la r´ealisation de ce m´emoire.
J’adresse ´egalement mes remerciements `a Herv´e Gagnon, codirecteur de recherche, dont
l’implication quotidienne, la rigueur scientifique et le d´evouement ont particuli`erement favo-
ris´e la r´eussite de chacune des ´etapes de ce projet de recherche. Il a ´egalement su permettre
la mise en place d’une atmosph`ere de travail qui a rendu plus qu’agr´eable ces ann´ees d’´etudes.
J’adresse aussi mes remerciements `a Robert Guardo qui a largement contribu´e `a la r´eussite
de ce projet par son exp´erience, ses connaissances pouss´ees dans le domaine et son d´evouement
de chaque instant. Mon propre esprit scientifique et mes connaissances se sont approfondies
grˆace `a sa g´en´ereuse collaboration.
Je remercie ´egalement le Conseil de recherches en sciences naturelles et en g´enie du Ca-
nada dont le soutien financier a largement facilit´e ces ann´ees d’´etudes.
Un remerciement particulier `a Yannick Sigmen qui s’est port´e volontaire `a maintes re-
prises comme cobaye `a mes exp´eriences. Ces exp´eriences parfois longues, parfois r´ep´et´ees et
jamais tout `a fait agr´eables pour le sujet l’ont ´et´e un peu plus grˆace `a sa bonne humeur et `a
son apport scientifique.
Une pens´ee, finalement, `a tous ceux qui ont contribu´e, de pr`es ou de loin, `a ce que ces
ann´ees d’´etudes soient enrichissantes et profitables mais surtout agr´eables et heureuses.

v
R´ ESUM´ E
L’´epilepsie touche entre 1 et 2% de la population canadienne et environ 40% de tous les
cas ne peuvent ˆetre trait´es `a l’aide de m´edicaments. La chirurgie peut ˆetre envisag´ee lorsque
les crises sont s´ev`eres et nuisent `a la qualit´e de vie du patient. Les patients ´epileptiques
candidats `a la chirurgie doivent alors subir des tests pr´eop´eratoires en vue de localiser avec
pr´ecision les foyers ´epileptiques, les zones du cerveau d’o`u originent les crises. Un suivi de
longue dur´ee combinant des enregistrements d’´electroenc´ephalographie (EEG) et de vid´eo
du patient est utilis´e pour tenter de localiser les foyers ´epileptiques. Des enregistrements
d’EEG intracrˆaniens qui sont lourdement invasifs sont aussi parfois envisag´es. Ce projet
vise `a d´evelopper une technique de localisation non invasive compl´ementaire aux examens
pr´eop´eratoires actuels afin de minimiser le recours `a des tests lourdement invasifs.
Durant l’activit´e c´er´ebrale normale, l’augmentation locale de la consommation d’oxyg`ene
par les neurones n´ecessite une augmentation locale du d´ebit sanguin. Ce ph´enom`ene est
´evidemment amplifi´e lors d’activit´es c´er´ebrales intenses ou de crises ´epileptiques. Ces ph´e-
nom`enes h´emodynamiques engendrent des variations locales de la conductivit´e ´electrique du
cerveau. Ce sont ces variations que tentent d’imager la tomographie d’imp´edance ´electrique
(TIE). Cette technique non invasive permet de visualiser les changements de conductivit´e
produits dans une r´egion du corps par des processus biologiques tels que la respiration ou la
digestion. La TIE utilise un r´eseau d’´electrodes dispos´ees autour de la r´egion d’int´erˆet pour
appliquer un courant sinuso¨ıdal de faible amplitude par une paire d’´electrodes. Les diff´erences
de potentiel ainsi engendr´ees sont mesur´ees aux autres paires d’´electrodes et permettent de
d´eterminer les variations de conductivit´e dans la r´egion d’int´erˆet. Le projet d´ecrit dans ce
m´emoire propose d’utiliser la TIE conjointement `a l’EEG afin de minimiser le recours `a des
enregistrements invasifs d’EEG intracrˆaniens. L’EEG demeure la technique de r´ef´erence pour
le diagnostic de l’´epilepsie puisqu’elle enregistre directement les signaux ´electriques produits
par l’activit´e c´er´ebrale. De mani`ere plus sp´ecifique, l’objectif principal de ce projet est de
d´evelopper les circuits de premi`ere ligne d’un syst`eme d’acquisition simultan´ee de donn´ees
de TIE et d’EEG.
Pour atteindre cet objectif, un module ´electronique a ´et´e d´evelopp´e pour le traitement
analogique des signaux de TIE et d’EEG capt´es par un mˆeme r´eseau de 24 ´electrodes. Ce
module comprend 24 circuits d’´electrodes actives, un circuit d’asservissement de la jambe
droite, un circuit de r´ef´erence de Wilson ainsi que des circuits auxiliaires. Ce module, con¸cu
pour ˆetre port´e par le patient, fait partie d’un syst`eme d’acquisition qui comporte ´egalement
un module de synth`ese et de d´emodulation (MSD) et un ordinateur qui sont situ´es au chevet