Analyse des sollicitations musculaires via la technique d’élastographie « supersonic shear imaging »

Study of muscle contraction using elastography

EA 4334, Motricité, Interactions, Performance, UFR STAPS, Université de Nantes, Nantes, France

Reçu : 3 Avril 2011
Accepté : 4 Novembre 2011

Résumé

Du fait des limites inhérentes à l’électromyographie (EMG), le développement de techniques complémentaires pour quantifier les sollicitations musculaires in vivo permettrait l’apport d’informations essentielles à l’étude des coordinations musculaires. Ainsi, après une présentation rapide des méthodes d’élastographie pour l’étude de la contraction musculaire, l’objectif de cet article est de présenter certains travaux récents menés par notre groupe (études publiées ou en cours de publication) qui visent à étudier la précision de la technique « supersonic shear imaging » (SSI) pour estimer le niveau de sollicitation des muscles. Dans une première étude, nous avons montré qu’il existe une corrélation forte entre le module d’élasticité de cisaillement du muscle mesuré par SSI et son niveau d’activité EMG. Nous avons alors exploité ce résultat dans une seconde étude pour analyser les coordinations des différents muscles fléchisseurs du coude, y compris le muscle profond qui ne peut être investigué par l’EMG de surface. Cette étude a permis de montrer, de manière originale, qu’une modification de la contribution relative entre les muscles brachialis et biceps brachii explique, au moins partiellement, la non linéarité de la relation entre le niveau d’activité EMG et le couple du biceps brachii. Pour terminer, des résultats préliminaires ont permis de montrer une excellente corrélation entre le module d’élasticité de cisaillement et le couple de force lors de contractions où un seul muscle produit la quasi-totalité du couple mesuré au niveau de l’articulation. Ces résultats tendent à montrer que la force musculaire produite par un muscle pourrait être estimée par une mesure de module de cisaillement réalisée grâce à la technique SSI. Étant donné l’enjeu et le défi scientifique et technique que représente l’estimation de la force musculaire in vivo, des perceptives de recherches importantes et originales peuvent être envisagées sur la base de la technique SSI.

Abstract

Due to limitations of electromyography (EMG), the implementation of complementary methods to quantify muscle contraction levels in vivo would provide very interesting information for the study of muscle coordination. Thus, after a basic review of elastographic methods for the study of muscle contraction, the aim of this short review is to present recent works from our group that aim at assessing the accuracy of the technique called supersonic shear imaging (SSI) to estimate muscle contraction level. In a first study, a strong correlation was found between muscle shear elastic modulus and EMG activity level for the biceps brachii muscle during isometric elbow flexions. Then, this result was used to analyze the coordination of the four main elbow flexors, including the deep muscle that can not be studied using surface EMG. This study showed a change in the load sharing between brachialis and biceps brachii muscle during incremental isometric elbow flexions. This change could explain, at least partially, the well-known non-linear relationship between EMG and torque for the biceps brachii. Finally, preliminary results showed an excellent correlation between the shear elastic modulus and joint torque during isometric contractions that implies only one muscle (i.e., the first dorsal interosseus and the abductor digiti minimi that produce at least 93% of index and little finger abduction, respectively). These results showed that individual muscle force could be estimated from shear elastic modulus measurements performed by SSI. Considering the scientific and clinic relevance of muscle force estimation in vivo, interesting research perspectives can be envisaged.