🦾 Contrôle de main prothétique — EMG

L'EMG (électromyographie) mesure l'activité électrique produite par les contractions musculaires. Les électrodes EMG de surface sur les muscles du moignon détectent les potentiels d'action des unités motrices (MUAP) traités pour classifier les mouvements voulus et contrôler les mains prothétiques avec un ressenti naturel.

Une unité motrice est un motoneurone plus toutes les fibres musculaires qu'il innerve. Lorsqu'elle est activée, toutes les fibres se déclenchent simultanément, produisant une signature électrique caractéristique (MUAP). L'EMG de surface enregistre la superposition de nombreux MUAP provenant de plusieurs unités motrices se déclenchant de façon asynchrone.

Les caractéristiques temporelles courantes incluent le RMS (valeur efficace, liée à la puissance du signal), le MAV (valeur absolue moyenne), le ZC (taux de passage par zéro, lié au contenu fréquentiel), le SSC (changements de signe de pente) et la longueur d'onde. Elles forment un vecteur de caractéristiques compact pour les classificateurs.

RMS = sqrt(1/N × Σ x²ᵢ) mesure la puissance du signal EMG dans une fenêtre de traitement. Il est fortement corrélé à la force musculaire et au niveau de contraction, ce qui en fait l'une des caractéristiques les plus utiles et robustes pour le contrôle prothétique.

L'analyse discriminante linéaire (LDA) trouve des frontières de décision linéaires dans l'espace des caractéristiques qui séparent au mieux les classes. Elle suppose des distributions de classes gaussiennes avec une covariance égale. La LDA est populaire dans les prothèses EMG pour sa rapidité, ses faibles besoins en données d'entraînement et sa bonne généralisation.

Les systèmes modernes de reconnaissance de formes classifient 10 à 15 types de préhension ou plus : prise de force (cylindrique), pince (latérale, en bout), tripode, prise clé et extension individuelle des doigts. Les systèmes cliniques implémentent 4 à 6 prises quotidiennes les plus utilisées pour équilibrer polyvalence et fiabilité.

Défis clés : déplacement des électrodes pendant l'utilisation, sueur modifiant l'impédance des électrodes, fatigue musculaire déplaçant le spectre de fréquence de l'EMG, et effet de position du membre (la précision se dégrade lorsque le bras s'éloigne de la position d'entraînement). La classification doit s'effectuer en 200-300 ms pour un ressenti naturel.

L'EMG est traité en fenêtres courtes (150-250 ms) avec un chevauchement de 50 % pour produire un flux de vecteurs de caractéristiques classifiés en temps réel. La longueur de la fenêtre équilibre la résolution temporelle (courte = plus réactive) et l'estimation fiable des caractéristiques (longue = plus stable).

La précision du classificateur se dégrade lorsque le bras se déplace vers des positions différentes de l'entraînement, car la géométrie musculaire et le contact des électrodes changent avec la posture. L'atténuation inclut l'entraînement à plusieurs positions du bras, des classificateurs adaptatifs à la position et l'augmentation de données.

La TMR est une procédure chirurgicale redirigeant les nerfs du membre amputé vers les muscles résiduels de la poitrine ou du bras, créant de nouveaux sites EMG. Cela donne aux amputés un contrôle intuitif et simultané de plusieurs articulations prothétiques et permet un retour sensoriel via la réinnervation somatosensorielle.