Enregistrement par électromyographie de surface sans fil de l’activité des muscles faciaux pendant les expressions

Résumé

Source:
Hila Man¹, Paul F. Funk², Ieva Vebraite-Adereth³, Christoph Anders⁴, Orlando Guntinas-Lichius², Yael Hanein<sup>1,3,5

1</sup>École Sagol de neurosciences, Université de Tel Aviv, ²Département d’oto-rhino-laryngologie, Hôpital universitaire d’Iéna, Université Friedrich-Schiller d’Iéna, ³École de génie électrique, Université de Tel Aviv, ⁴Division de recherche motrice, physiopathologie et biomécanique, Département de traumatologie, de chirurgie de la main et de chirurgie reconstructive, Hôpital universitaire d’Iéna, Université Friedrich-Schiller d’Iéna, ⁵X-trodes Ltd.

Cette vidéo montre la procédure d’enregistrement non invasif de l’activité musculaire faciale à l’aide de l’électromyographie de surface sans fil (sEMG) pendant les expressions faciales guidées par vidéo effectuées par un participant.

Protocole

Toutes les procédures impliquant des participants humains ont été effectuées conformément aux directives institutionnelles, nationales et internationales en matière de bien-être humain et ont été examinées par le comité d’examen institutionnel local.

1. Préparation de l’équipement et du logiciel

1. Unité d’acquisition de données de charge (DAU) : chargez complètement le DAU sans fil avant l’expérience.
2. Préparez une carte SD sécurisée : insérez une carte SD formatée de type v30 à l’intérieur de la DAU et allumez-la.
3. Minimisez les interruptions : placez tous les téléphones cellulaires en mode silencieux et désactivez Bluetooth pour éviter les interférences.
4. Configuration de la tablette
   1. Installez et ouvrez l’application des électrodes (voir Tableau des matériaux) sur la tablette Android.
   2. L’application recherchera les appareils disponibles. Sélectionnez le DAU par numéro d’ID, puis cliquez sur Confirmer pour coupler la tablette avec le DAU.
   3. Choisissez le montage du masque d’électrode et cliquez sur Confirmer.
   4. Sélectionnez les chaînes (1-16) à afficher à l’écran et cliquez sur Confirmer. Un écran affichant les signaux des canaux sélectionnés apparaîtra, indiquant que l’expérience est prête.
      NOTE: Les 16 canaux sont sélectionnés par défaut.
5. Connectez la tablette à l’ordinateur à l’aide d’un câble. Modifiez les paramètres de bus série universel (USB) de la tablette Android pour transférer des fichiers vers le partage de connexion USB.
6. Installer PsychoPy : Téléchargez et installez le programme PsychoPy (version v2023.1.3) sur l’ordinateur.
7. Télécharger les fichiers de protocole : Ouvrez le référentiel Github à l’https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment et téléchargez tous les fichiers en cliquant sur <> code, puis en cliquant sur Télécharger ZIP. Ce dossier contient le fichier d’expérience facial_expressions.psyexp ; schaede-cut-tlv avec les vidéos nécessaires à l’exécution de l’expérience, et d’autres fichiers utilisés automatiquement par PsychoPy. Extrayez le dossier à l’emplacement souhaité sur l’ordinateur.

2. Configuration du participant

1. Application du masque d’électrode
   1. Préparation du visage : Demandez au participant de nettoyer le visage si une crème pour le visage ou du maquillage a été appliqué. Nettoyez à l’aide d’un gel de préparation, d’un chiffon sans fibres à base d’alcool ou d’eau et de savon. Laissez sécher la peau pendant au moins 1 min.
      NOTE: Cette étape est facultative.
   2. Placement de l’électrode :
      1. Décollez soigneusement les pellicules protectrices du côté en contact avec la peau du masque à électrodes, en suivant l’ordre indiqué sur l’autocollant (1-6).
      2. Placez l’électrode numéro 11 (marquée d’un symbole d’œil) près de l’œil droit du participant et l’électrode numéro 8 (marquée d’un symbole de nez) sur le nez.
      3. Fixez les électrodes 1 à 15 sur le côté droit du visage et l’électrode 16 sur le front gauche. Placez l’électrode de référence sur la mastoïde droite. Reportez-vous à la figure 1A pour les positions des électrodes par rapport aux muscles.
   3. Fixation : Appuyez doucement le masque sur la peau, puis décollez soigneusement les films de support transparents extérieurs un par un pour fixer complètement le masque. Attention à ne pas détacher le masque pendant ce processus.
   4. Connecter la DAU : insérez la carte de connexion du réseau d’électrodes dans la prise de connecteur de la DAU, puis fixez la DAU à la bande.
2. Documentation photographique :
   1. Prenez au moins 3 photos du participant sous différents angles (90°, 45°, 0°) pour documenter le placement des électrodes.
3. Asseoir le participant (voir Figure 1B)
   1. Chaise et distance : Asseyez le participant sur une chaise verticale à une distance fixe (par exemple, 70 cm) de l’écran de l’ordinateur où les instructions d’exercices faciaux seront affichées.
   2. Contrôle du confort : Assurez-vous que le participant est assis confortablement et qu’il peut voir clairement l’écran.

3. Validation du signal

1. Vérifier la qualité du signal EMG : Vérifiez que l’application sur tablette détecte les 16 signaux d’électrode EMG.
2. Dépannez si nécessaire :
   1. Appuyez doucement chaque électrode contre la peau du participant et assurez-vous qu’aucune bulle d’air n’est piégée.
   2. Laissez le temps au signal de se stabiliser.
   3. Éloignez-vous des appareils électroniques susceptibles de provoquer des interférences.
   4. Si les problèmes persistent, envisagez de rattacher l’unité DAU ou de changer de salle.
   5. En dernier recours, remplacez le patch d’électrode.

4. Déroulement de l’expérience

1. Démarrez l’enregistrement EMG : Ouvrez l’application électrodes sur la tablette Android et appuyez sur Démarrer la session.
2. Remplissez les détails de la session.
   1. Une fenêtre s’affiche pour les détails de la session. Entrez le nom de l’étude, le nom de la session, le site, l’opérateur, l’identifiant du patient, l’âge, le sexe et les remarques.
      1. Cliquez sur Démarrer l’enregistrement pour commencer la capture des données EMG. À partir de ce moment, les données EMG sont enregistrées. Les données brutes seront enregistrées sur la carte SD à une fréquence d’échantillonnage de 4 kéch./s.
3. Étalonnage (facultatif) : L’application lancera un processus d’étalonnage où le participant effectuera des tâches de base spécifiées (par exemple, fermer les yeux, mâcher) après avoir appuyé sur Démarrer. Un recalibrage peut être effectué si nécessaire. Une fois l’étalonnage terminé, cliquez sur OK. Ignorez cette étape si vous le souhaitez en cliquant sur Suivant.
4. Ouvrez le fichier d’expérience.
   1. Sur l’ordinateur, double-cliquez sur le fichier d’expérience téléchargé, facial_expressions.psyexp, pour l’ouvrir dans PsychoPy.
   2. Cliquez sur Exécuter l’expérience pour lancer l’expérience.
   3. Entrez les détails de la session (numéro de participant, numéro de session, nom de la tablette), lorsque vous y êtes invité, puis cliquez sur OK.
      NOTE: Le nom de la tablette est le numéro de série de la tablette qui se trouve dans les paramètres de la tablette Android sous À propos de la tablette.
5. Session en action
   1. Demandez au participant d’effectuer 11 expressions faciales (figure 2) selon les instructions d’un guide vidéo. Après la première expression (Rest), chaque expression est répétée trois fois de suite. On demandera au participant de maintenir chaque expression pendant 5 s, suivie d’un repos de 3 s.
   2. Observer et guider les participants si nécessaire pour assurer l’exactitude et la synchronisation avec les instructions.
6. Terminez l’expérience.
   1. Une fois l’expérience terminée, PsychoPy arrêtera automatiquement l’expérience. Arrêtez l’enregistrement des données EMG sur la tablette en cliquant sur TERMINER l’enregistrement. Confirmez en cliquant sur Oui, arrêter. Une fenêtre confirmera que la session est terminée, puis cliquez sur OK.
   2. Appuyez sur le bouton Synchroniser pour synchroniser les données de session avec le cloud du système. Une fois l’application terminée, quittez l’application.

5. Traitement et analyse des données post-expérience

1. Collectez les données de Psychopy.
   NOTE: Une fois la session terminée, Psychopy enregistre automatiquement un fichier CSV dans le sous-dossier data. Le nom du fichier indique les détails de la session. Les fichiers CSV contiennent les noms des vidéos, les horodatages, le numéro d’identification du participant, le numéro de session et le numéro de tablette Android.
2. Convertissez les données EMG.
   1. Connectez-vous au service cloud du système d’électrodes et sélectionnez les détails de la session.
   2. Téléchargez les données EMG à partir de la carte SD.
   3. Convertissez les fichiers XF2 téléchargés contenant des données EMG au format de fichier EDF (European data format) en cliquant sur Générer des fichiers EDF. Téléchargez les fichiers sélectionnés pour une analyse hors ligne.
3. Effectuer une analyse de base des données EMG. REMARQUE : Les fichiers EDF contiennent des données EMG brutes de 16 canaux (EMG CH-1 à CH-16), des données gyroscopiques de 3 canaux (GYRO-X, Y, Z) et des données d’accéléromètre de 3 canaux (ACC-X, Y, Z). Les annotations de Psychopy indiquant des points temporels pour des expressions faciales spécifiques sont automatiquement enregistrées dans le fichier. Pour une analyse plus approfondie, seules les données EMG brutes de 16 canaux et les annotations ont été utilisées.
   1. Filtrez les données EMG brutes à l’aide d’un filtre passe-bande 10-500 Hz.
   2. Appliquez un filtre coupe-bande de 50 Hz pour réduire le bruit.
   3. Procéder à l’analyse souhaitée aux fins de la recherche.

Résultats

Figure 1 : Vue d’ensemble de la configuration expérimentale schématique. (A) Positions des électrodes sur le visage : 1 à 16 canaux sur le visage, une électrode de référence sur la mastoïde droite. (B) Les participants sont confortablement as...

Matériaux