I.1) Historique
I.2) Principe physiologique et interaction courant-tissu
        I.2.a) Propriétés électriques des cellules
        I.2.b) Propriétés électriques des tissus
        I.2.c) Représentation de la bioimpédance
I.3) Techniques de mesures
I.4) standardisation du test
I.5) Limites de la bioimpédance
I.6) Conclusion

II.1) Application à la mesure de la composition corporelle
II.2) Application à la mesure de volume en hémodialyse
II.3) L'imagerie d'impédance
II.4) Applications à l'impédance électrique thoracique

III.1)Estimation de la composition corporelle
    III.1.a) Les appareils de mesure complète
    III.1.b) Les appareils de mesure partielle
III.2)Estimation de la circulation sanguine
III.3)Conclusion

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE
 

(retour sommaire)

La bioimpédance est un terme courant dans le domaine de la santé. En effet, en monitorage, l'ECG utilise le principe de l'impédance du thorax pour mesurer la fréquence cardiaque. Néanmoins, la bioimpédance dépasse de loin ce cadre, ses propriétés sont étroitement liées à une multitude de paramètres qui pourrait lui permettre de développer une nouvelle technologie de diagnostic. Elle permet d'obtenir plus de données que toute autre technique, tout en étant peu coûteuse et non invasive. De nombreuses recherches et études ont été réalisées sur le sujet et la conclusion est unanime : le potentiel de la bioimpédance est bien réel. Les applications découvertes à partir des théories développées sont déjà nombreuses et pourraient, à court terme, détrôner, des techniques réputées incontournables. Le domaine de la santé, bien que n'étant pas le seul intéressé, propose le plus de débouchés. La différence de propriétés électriques entre les différents tissus humains est la source même de cet essor. Mesurer l'impédance du corps humain pourrait permettre d'obtenir une nouvelle technique d'imagerie, ou de surveiller la pathologie de tel ou tel tissu. La sensibilité de ses propriétés a déjà été évaluée et s'est montrée très performante (supérieure à l'absorption aux rayons X ou aux propriétés optiques et mécaniques des tissus....). Dans ce secteur, l'Amérique du nord possède déjà un avantage certain, de nombreux colloques et meetings ont pour but de développer ce nouveau domaine. La bioimpédance semble donc pouvoir prendre une place prédominante dans la médecine de demain.

Néanmoins, un autre constat peut être fait : la théorie de la bioimpédance date des années 50 - 60, les premières applications (monitorage, imagerie..) datent des années 70 et aujourd'hui, à l'aube de l'an 2000, la bioimpédance n'a toujours pas sa place dans l'hôpital. Ses qualités semblent pourtant indiscutables et de plus, faciles à exploiter. Qu'est ce qui freine autant l' émergence de la bioimpédance ? Peut-être elle même. Sa sensibilité est telle que les mesures réalisées sont souvent peu reproductibles; elle dépend de tellement de paramètres qu'il est impossible de tous les maîtriser. Les signaux utilisés sont souvent si faibles que leur analyse est délicate, les modèles mathématiques utilisés sont d'une exceptionnelle complexité. Face à cette masse de problèmes, la bioimpédance pourrait bien ne jamais déboucher sur une application universelle.

A la vue des articles de presse et des études réalisées sur ce sujet, ces deux constats opposés s'imposent. Le but de cette étude est de proposer un panorama des applications effectives de la bioimpédance et la présentation des appareils disponibles sur le marché. Dans un premier temps la théorie de la bioimpédance sera explicitée ainsi que ses propriétés utiles au domaine de la santé. Ensuite une liste des applications développées à l'heure actuelle sera réalisée, celle ci se veut la plus exhaustive possible. L'efficacité des ces applications sera comparée aux méthodes déjà existantes. Enfin la dernière partie présentera un état de l'existant en matière d'appareillage de mesure de la bioimpédance.
 

(retour sommaire)

I.1) Historique

(retour sommaire)

Les propriétés des tissus vivants sont bien connues à ce jour et ont été mises en évidence par nombre d'équipes de recherches. Les applications de la bioimpédance sont pourtant peu utilisées cliniquement. Cela provient des nombreux problèmes posés par les difficultés de reproductibilité des mesures de cette technique. Néanmoins, certains scientifiques ont développé des systèmes permettant l'utilisation du phénomène à des fins diagnostiques. L'imagerie d'impédance en particulier semble promise à un rapide débouché clinique. Les quelques dates suivantes représentent les étapes de l'évolution de la technique.

1907 Cremer teste le phénomène de bioimpédance sur un coeur isolé de grenouille

1926 Première utilisation des électrodes de contact dans une mesure d'impédance pulmonaire avec des vues de diagnostic d'oedème

1940 Nyober développe la théorie de la bioimpédance en identifiant le corps étudié à un cylindre, il introduit la notion de résistivité du sang en Ohm/cm. Cette étude a pour but la mesure de la variation du débit sanguin.

1962 Thomasett découvre la relation entre la bioimpédance et la quantité totale d'eau corporelle.

1966 Kubicek reprend les travaux de Nyober et apporte un véritable progrès dans la technologie de la bioimpédance. Il substitue à la notion d'impédance, la notion de dérivée première: dZ/dt qui représente le taux de variation d'impédance. Il teste sur des astronautes de la NASA une équation qui déterminent le volume d'éjection systolique en fonction de la bioimpédance. C'est la mise au point du premier appareil de monitorage de la bioimpédance : le Cardiographe d'Impédance Minnesota.

1970 B. Pullen de l'université de Manchester propose l'idée d'une imagerie d'impédance utilisant les différences de conductivité entre les tissus. Ce procédé d'imagerie est complètement nouveau et différent des autres techniques. De plus, la sensibilité des tissus offre une variation des valeurs de conductivité grande ( plus grande que le coefficient d'atténuation des rayons X )

1978 Henderson met au point un système d'acquisition des données en imagerie d'impédance utilisant 144 électrodes. Il applique une tension et récupère un courant.

1983 La première image d'impédance expérimentale ìin vivoî est réalisée par Barber & Brown et Nyober, qui, parallèlement, applique le principe de résistivité électrique volumique pour déterminer le TBW (Total Body Water = eau corporelle totale) d'un patient.

1985 Sramek, Bernstein & Quail travaillent à l'amélioration de l'équation de Kubicek. Ces différents travaux débouchent sur la mise au point du NCCOM3 qui sera commercialisé par Biomed Medical Manufacturing (USA). Cet appareil de mesure non invasive du débit cardiaque apporte un réel progrès. Il est toujours utilisé actuellement et a bénéficié de 8 révisions

1987 Kim met au point un système d'imagerie à 192 électrodes utilisant la même méthode que celle d' Henderson.

1990 Brown et Rossell mettent au point séparément des systèmes d'acquisition des données semi-parallèle. Contrairement au système d' Henderson & Kim, un courant est appliqué et la tension récupérée.

Brown a aussi apporté un réel élan à l'imagerie d'impédance en mettant au point une foule d'applications cliniques telles que : la perfusion pulmonaire, la distension des vaisseaux sanguins, la congestion pelvienne, la mesure des fluides thoraciques, l'oedème pulmonaire... Même si l'imagerie d'impédance en est encore à ses balbutiements, un bel essor lui est promis.

Pour l'avenir de cette technique, il y a aujourd'hui dans le monde une trentaine d'équipes de chercheurs travaillant sur la bioimpédance (et particulièrement l'imagerie). La plupart d'entre elles se trouvent en Amérique du nord et en Europe occidentale. Pour l'imagerie, elles s'orientent vers l'imagerie 3D, dynamique, fréquentielle et l'acquisition à grande vitesse des données.

I.2) Principe physiologique et interaction courant-tissu
(retour sommaire)

Le premier objectif de l'impédancemétrie est la caractérisation tissulaire. L'analyse des différents travaux effectués montre que celle ci n'est possible que lorsque la mesure est effectuée dans des conditions strictement identiques, compte tenu de l'hétérogénéité des tissus.
Dans un premier temps, il est nécessaire d'exposer les propriétés physiques et électriques au niveau cellulaire et au niveau des différents tissus pour comprendre la variabilité des mesures en bioimpédance.

I.2.a) Propriétés électriques des cellules

Les propriétés électriques des cellules sont dues à la structure des membranes cellulaires. La membrane cellulaire consiste en une bicouche lipidique non conductive incrustée entr la membrane
E0 : Permittivité dans le vide
Em : Permittivité de la membrane
d : diamètre de la cellule assimilé à une distance entre deux plaques

 Le schéma ci-dessous montre la composition de la membrane cellulaire :
cliquez pour voir l'image

La valeur de Cm, importante pour la capacité d'une membrane s'explique par le déplacement d'ions chargés sous l'influence d'une tension. Ces ions s'accumulent de part et d'autres de la membrane où ils ne peuvent perdre leur charge car la membrane est isolante. Il y a donc création d'une double couche que l'on peut considérer comme les armatures d'un condensateur.Cependant, en présence d'un courant alternatif variant à haute fréquence, les charges n'ont plus le temps de s'accumuler sur chaque face. C'est donc le phénomène de relaxation qui se produit au delà d'une fréquence seuil (quelques kHz). La capacité qui est le rapport entre la quantité d'électricité qu'un condensateur peut emmagasiner et la tension appliquée, diminue donc. Ainsi, la permittivité de la membrane décroît. L'image suivante présente le phénomène de déplacement des charges.
cliquez pour voir l'image

I.2.b) propriétés des tissus biologiques

Comme vu précédemment, la permittivité varie en fonction de la fréquence. En effet, dans un tissu biologique, à très basse fréquence, les ions ont le temps de s'accumuler de part et d'autre de la membrane et permettent donc d'obtenir des valeurs de permittivité énormes.

Les études du comportement électrique de divers tissus biologiques ont montré une forte dépendance en fréquence des grandeurs tissulaires, notamment celle de la permittivité. On a observé des décroissances divisées en 3 étapes représentant différents types de relaxation. Ces dispersions sont caractérisés par :

- la fréquence centrale de relaxation

- la variation diélectrique de la permittivité: plus la fréquence est élevée, plus le signal pénètre dans l'organe étudié, il faut donc adapter la fréquence à l'application souhaitée (mesure multifréquentielle)

cliquez pour voir l'image

D'autres facteurs peuvent entrer en jeu dans la variation de l'impédance. Par exemple, un muscle a une impédance très faible si elle est mesurée parallèlement aux fibres car il y a peu de membranes et la conductivité est assurée par les fuseaux neuromusculaires. La géométrie de l'échantillon étudié joue un grand rôle dans les propriétés électriques et peut les affecter de manière significative. Lors de la standardisation du test, nous verrons les conditions expérimentales indispensables pour la mesure de Z.

I.2.c) Représentation de la bioimpédance

Trois grandeurs physiques entrent en jeu dans la mesure d'impédance :

a - la résistance : toutes les substances ont une résistance au flux de courant diélectrique. Cette résistance est dictée par la loi d'ohm (U=RI), elle est proportionnelle au voltage d'un courant appliqué à travers une substance résistive. Dans le corps, les tissus maigres, contenant de grosses quantités d'eau et les électrolytes conducteurs, représentent un chemin de faible résistance électrique. Par ailleurs, la graisse et les os sont de pauvres conducteurs (haute résistance électrique) avec de petites quantités de fluides et d'électrolytes.

cliquez pour voir l'image

b - la réactance : elle représente l'opposition au flux instantané de courant électrique causée par le condensateur. Elle est inversement proportionnelle à la fréquence :                     Xc = 1/(2fc*PI)
Dans un condensateur, la réactance augmente avec la distance qui sépare les deux plaques conductrices. Appliquée à la membrane cellulaire, la réactance grandit avec la quantité de membranes. Les hautes valeurs de la réactance mesurées par impédance bioélectrique indiquent la santé et l'intégrité de la membrane cellulaire.

Théoriquement, la réactance est une mesure de la capacité volumique de la membrane cellulaire et une mesure indirecte du volume intracellulaire de la masse cellulaire du corps. Alors que le corps entier offre une résistance au passage du courant, il n'y a que la membrane qui offre une réactance : c'est le cas de la graisse dont la masse n'affecte pas la réactance globale.

c - L'angle de phase : c'est une méthode linéaire de la relation entre la résistance et la réactance dans les circuits en parallèle ou en série :
0° correspond à un circuit résistif
90° correspond à un circuit capacitif
45° correspond à autant de résistances que de capacités

Pour un individu moyen l'angle de phase varie de 3 à 10°. Une baisse de cet angle indique une baisse de la réactance donc une mort cellulaire. Une hausse de cet angle indique une hausse de la réactance donc une grande quantité de membrane cellulaire intacte.
Application au corps humain: ce dernier pourra être représenté par une résistance et une réactance en parallèle:

Z = (Xc*R)/(Xc²+R²)1/2 où Z est l'impédance

La connaissance de la réactance est essentielle pour la détermination précise des compartiments cellulaire dans la composition du corps. Le plus simple modèle biologique équivalent est une simple résistance avec une cellule en parallèle, on peut l'analyser avec une seule fréquence de 50 Hz. Mais ce système a des limites depuis qu'il est connu que les cellules et leur mécanismes de support ne sont pas une série de composants extra et intracellulaires mais résident en un circuit parallèle avec des petits effets de série venant des noyaux des cellules. Néanmoins, on peut limiter ce problème par un bon choix de l'électrode. Dans la mesure de la bioimpédance, les tissus biologiques seront modélisés en une seule résistance et une seule capacitance en parallèle, ce qui donnera une valeur approximative. Cependant, d'autres modèles ont ét&ea ntre que l'intensité est constante et donc que la tension est directement proportionnelle à la résistance. Une variation de l'angle de phase entre le courant et la tension définit la réactance du modèle.
Le placement de l'électrode, la mesure de la fréquence et l'impédance de la peau sont les premiers critères à déterminer. L'impédance de la peau varie de 300 à 1 million d'ohm/cm². Pour mesurer tats sont souvent irreproductible. La surface de cette électrode produit une anomalie dans la polarisation de l'électrode. De plus, le petit diamètre des aiguilles de l'électrode résulte en une meilleure densité de courant autour des électrodes que dans le reste du corps.
La méthode à 4 électrodes est donc la technique la plus souvent employée. Elle résulte en une paire d'électrodes d'apport de courant, et ute;nomènes de contact sont alors moins importants. Cette technique minimise l'influence des variations éventuelles des impédances cutanées sous les électrodes (problème rencontré avec la méthode à deux électrodes). Avec les mesures effectuées, on peut retrouver très simplement la valeur de la bioimpédance avec le rapport Z=V/I. Comme vu précédemment, la valeur de la fréquence doit être précise car elle modifie la valeur de Z.

cliquez pour voir l'image

I.4) standardisation du test
(retour sommaire)

Le principal problème posé par la bioimpédance est la variabilité des paramètres mesurés. Les causes sont multiples aussi bien au niveau physiologique qu'au niveau de la mesure comme il a été vu précédemment. Pour une petite partie du corps, la mesure est fiable et reproductible mais la mesure de la bioimpédance totale du corps humain est complexe.

Au niveau des mesure, il est essentiel de standardiser le protocole de test par des choix techniques : - nombre et position des électrodes
- valeur de la fréquence
- spécifications de l'appareillage...
Les différents documents étudiés exposent différents moyens de standardisation :
- utilisation d'électrodes d'Aluminium (ECG) qui doivent être posées prudemment sur la peau pour assurer une bonne conduction (site nettoyé à l'alcool)
- le placement : - sur les surfaces dorsales du pied et de la main
- sur la proéminence pisiforme du poignet et entre le latéral et le medial malleoli de la cheville (à 1cm près, il y a 2% de variation)
- la source de courant, la fréquence, la forme et le calibre utilisés pour la mesure doivent être fixe.
- les conditions de tests : les paramètres sont aussi divers que la position du corps, l'humidité, l'alimentation du sujet, l'air ambiant, la température de la peau, l'activité physique récente, le cycle menstruel, l'origine ethnique.... Pour un sujet allongé, les variations sont néanmoins faibles.

Exemple de variation sur 28 mesures : cliquez pour voir l'image

L'impédance augmente rapidement pendant les 10 premières minutes de test et continue à croître graduellement pendant 4 heures, il faut donc prendre en compte le temps d'examen. En somme la standardisation du test est impossible sans l'intervention d'algorithmes adaptés à la population et aux conditions d'examen.

I.5) Limites de la bioimpédance
(retour sommaire)

Dans sa forme la plus classique, la technique de mesure de la bioimpédance électrique consiste à mesurer la tension induite par le passage de courant. Pour une densité de courant inférieure à une dizaine de mA/cm², les propriétés diélectriques des tissus biologiques peuvent être considérées comme linéaires et peuvent être caractérisées par une impédance complexe Z, qui suit la loi d'Ohm.

La mesure de l'impédance électrique sur la gamme de 1KHz à 10MHz requiert une attention particulière aux divers aspects de la technologie employée. Ces différents points incluent, en particulier, l'influence de l'impédance de l'interface électrode / tissu, la cellule de mesure et l'instrumentation. Les lignes de courant doivent être parallèles afin de pouvoir utiliser la loi d'Ohm pour la détermination de l'impédance. L'étude de la distribution du courant dans les trois directions de la cellule de mesure permet l'utilisation de géométries adéquates visant à la minimisation de cette source d'erreur. Enfin, il existe généralement des erreurs d'instrumentation dues aux limitations inhérentes aux instruments utilisés et à l'interface de mesure. L'étude succincte de l'impédance de l'interface électrode / électrolyte des électrodes en acier inoxydable utilisées a conduit à limiter la gamme de fréquence étudiée entre 100Hz et 10MHz. Cependant, l'importance des travaux dans ce domaine ne permet pas de la résumer en quelques lignes. L'analyse des différents problèmes rencontrés a permis au chercheur de développer des cellules de mesure adaptées.

Pour résumer, les problèmes les plus importants en spectrométrie d'impédance, quelle que soit la technique utilisée, sont :
- l'impédance parasite provenant de la polarisation des électrodes de mesure
- le choix du matériau constituant les électrodes
- la nécessité d'avoir un champ électrique parfaitement uniforme au niveau de l'échantillon
- les problèmes de géométrie : le passage aux propriétés électriques (conductivité et permittivité) n'est possible qu'en introduisant le facteur de cellule

Face à tous ces problèmes, il parait primordial de standardiser le test avant d'envisager une utilisation clinique à grande échelle.
 

I.6) Conclusion
(retour sommaire)

La théorie de la bioimpédance se révèle donc relativement simple et parfaitement maîtrisée. Le problème se situe au niveau de la prise de mesure qui peut présenter de grandes variations. Ces différentes difficultés qui ont été exposées dans cette partie peuvent être utilisés à l'avantage du patient. En effet, ces problèmes ont généré des applications très diverses basées justement sur le problème rencontré :

- la conductivité au sein du corps humain est assurée par les fluides corporelles qui véhiculent le courant grâce à la présence des électrolytes. Donc, la mesure de l'impédance représente l'état de ces fluides et pas celui du corps entier. Ce phénomène relie donc le concept d'impédance à la présence d'eau dans le corps : si l'on connait l'un, on peut déterminer l'autre. L'équation utilisée à ce sujet est une équation de prédiction de l'eau corporelle totale (TBW). Connaissant par ailleurs les composantes du corps humain, il est possible de mesurer la masse de graisse (FFM), la masse de tissu maigres (LBM)... De manière générale, ce phénomène permet de déterminer un volume précis.

- la variation d'impédance est un autre problème et ses causes sont tellement diverses qu'il est difficile de les supprimer. Néanmoins, une des causes de variations peut être une éventuelle pathologie du patient donc il serait envisageable d'utiliser ce phénomène à des fins diagnostiques : C'est le but de l'imagerie d'impédance.

- les muscles possèdent une impédance relativement fixe et reproductible par rapport au reste du corps, du fait de la faible présence de membranes cellulaires. Une mesure de la bioimpédance des muscles peut donc révéler beaucoup de pathologies sur la structure de ce dernier. Cette possibilité, couplée avec la mesure de volume, a fait naturellement naître l'idée d'une autre application : la bioimpédance cardiaque. Cette méthode permet de mesurer de multiples paramètres.

Toutes ces applications seront décrites et développées dans la seconde partie. La théorie simplifiée vue dans cette partie, a servi de base pour les chercheurs qui ont développé les applications.
 
 
 

(retour sommaire)

II.1) Application à la mesure de la composition corporelle
(retour sommaire)

II.1.a) Mesure de la composition du corps

L'impédance bioélectrique est une méthode largement utilisée pour estimer la composition du corps. La technologie est relativement simple, rapide et non-invasive. La composition corporelle représente la masse de graisse par rapport à la quantité de tissus maigres. L'intérêt porté à la mesure de composition corporelle grandit à mesure que les gens se rendent compte que c'est une meilleure estimation de la santé que le poids seul. En effet, connaître le pourcentage de tel ou tel tissu par rapport au poids total est plus représentatif.

Cette technique de mesure est utilisée dans diverses cadres, incluant les cliniques, les clubs de sport, les centres de remise en forme (détermination du régime alimentaire, d'exercices à effectuer), les hôpitaux, l'armée (contrôle de la masse musculaire des militaires) et est utilisée sur un large spectre de population (âge, poids, état de santé). Les applications les plus courantes sont la nutrition, l'endocrinologie, la médecine et biologie du sport, l'obstétrique et le métabolisme, la néphrologie, la réanimation et la cancérologie, la physiologie, l'anthropométrie (obésité), la réadaptation fonctionnelle, la kinésithérapie, la médecine aérospatiale.

La bioimpédance ne mesure pas la masse de graisse de l'organisme, la technologie détermine l'impédance électrique des tissus qui permet d'estimer le TBW, c'est à dire le Total Body Water ou masse d'eau corporelle. En utilisant ce résultat, la masse de graisse peut être estimée (Fat Free Mass ou FFM).

Beaucoup d'équations ont été développées pour estimer les TBW et FFM en fonction de la bioimpédance, de l'âge et de la taille. Actuellement, l'estimation du volume de graisse par bioimpédance varie de plus de 10% du poids total à cause des différences d'équipements et de la méthodologie utilisée. Les équations et leurs variables diffèrent en fonction des méthodes de référence. Il y a donc un réel besoin de consensus entre les experts sur les conditions et applications appropriées. Néanmoins, face à l'expansion de ces procédés (notamment en Amérique du nord), de nombreux instituts et centres de recherche organisent des rencontres pour juger et améliorer la validité et l'interprétation des données dérivant de la bioimpédance. De ces rencontres, plusieurs questions sont ressorties, certaines concernent le protocole d'expérimentation (première partie), d'autres sont plus ciblées sur le TBW.

Ces questions répondent en partie aux problèmes posés comme :
- quelle est la validité de la bioimpédance dans l'estimation du TBW ?
- quelles sont les applications cliniques et quelles sont les limites de ces dernières ?
Répondre à ces questions est primordial pour déboucher sur des applications cliniques à grande échelle.

II.1.b) Mesures et validité

Les mesures prises en considération permettent de déterminer beaucoup de paramètres et de variables. Ces informations sont déduites du TBW par des équations de prédiction détaillées ci dessous. Par la mesure de volume, il est possible de déterminer à peu près la composition corporelle du sujet considéré.

- Prédiction du TBW

Une des relations les plus citées est que le volume d'un conducteur cylindrique est fonction de sa longueur (L) et de sa résistance (p) :

                                        acellulaire. A haute fréquence, le signal pénètre la cellule et passe à travers les fluides électrolytiques. En théorie, il est donc possible de déterminer le TBW en schématisant le corps. Cette modélisation divise le corps en composantes (membres, tronc...) et on obtient le TBW par sommation de la composition en eau de ces composantes. Cette approche basée sur un principe physique est repris par tous les analyseurs actuels. La calibration de tels appareils se fait par des techniques de dilutions.

Ces appareils utilisent la relation suivante:

                                            TBW = (a*Ht²)/R + c

Où Ht est la taille du patient, R est la résistance obtenue par un analyseur simple fréquence, a est une constante proportionnelle spécifique pour un sujet d'une population donnée et c est une constante. La corrélation entre TBW et Ht²/R peut être supérieure à 0,95 pour un sujet normal bien que ce rapport varie de l'enfance à la vieillesse. Dans certaines études, cette corrélation est améliorée par l'addition d'un terme indépendant qui fait intervenir le poids :

                                            TBW = (a*Ht²)/R + b*Pds + c

L'erreur standard obtenue en utilisant cette méthode est de deux litres d'eau ou de 4% pour un poids nominal de 50 l.

Il est déterminé qu'à 50 kHz, le signal pénètre les membranes et passe à travers tous les fluides. Cette supposition est, en fait, un peu fausse car le courant est véhiculé par le fluide extracellulaire plus quelques composants du milieu intracellulaire. Etant donné la complexité du phénomène, on assimile grossièrement le corps humain à un cylindre comme l'équation précédente le requiert. Pour une précision optimale de la bioimpédance, la prédiction du TBW est complétée par une équation validée par des sujets avec un TBW similaire à celui du sujet considéré. L'utilisation de cette équation nécessite des mesures à une seule fréquence donc pas de mesures multifréquentielles. Comme vu dans la théorie, il est nécessaire de faire la différenciation entre les ethnies car elles engendrent des valeurs très différentes. On peut voir sur le tableau suivant les différences de valeurs pour la TBW et d'autres paramètres que nous verrons plus tard :

cliquez pour voir l'image

- Prédiction de la FFM

Une fois le TBW obtenu, il faut encore déduire la FFM, ce n'est pas une relation directe entre la résistance et la réactance et la masse de graisse. L'estimation de cette variable en fonction de la bioimpédance est une relation empirique obtenue en sélectionnant des sujets expérimentaux. La masse de graisse est estimée par la différence entre le poids total et la FFM. La FFM peut être décrite comme la somme de la masse extracellulaire (ECM) et de la masse cellulaire corporelle (BCM).

cliquez pour voir l'image

- Etudes de validation publiées

Les études de validation ont été entreprises sur un nombre d'échantillons d'adultes en bonne santé, avec des données récentes sur leur néonatalité, leur enfance, leur jeunesse et leur vieillesse. La plupart des études mesurent les bioimpédances de sujets nord américains ou européens blancs. Certaines données sont disponibles sur les hispaniques, africains, asiatiques et amérindiens.

Ces publications utilisent en grande partie l'équation faisant intervenir le poids du patient dans le calcul, néanmoins certaines ont choisi d'autres méthodes plus isolées. La précision de ces équations pour déterminer la masse de graisse dépend directement de la mesure des variables intervenants dans le calcul. De plus l'équation pour estimer la masse de graisse dépend de la masse volumique de la graisse, que l'on considère constante (1,1g/cm3) et d'autre part elle considère constant le taux d'hydratation (73%). Ainsi, un changement durant la vie du patient (enfance, vieillesse...) provoque une déviation de la densité et du taux d'hydratation considéré. Ces études mettent donc en garde les utilisateurs de système utilisant cette méthode car l'âge peut faire varier les paramètres de manière significative. En règle générale, ces études prouvent les limites des équations de prédiction en affirmant qu'une maladie ou l'obésité change la composition du corps et rendent ces équations inapplicables.

Dans les études regroupant des sujets adultes et enfants, la relation empirique entre le TBW et la FFM est significative bien que l'erreur soit plus grande sur la masse de graisse que sur le TBW. L'erreur est d'environ 5% pour un enfant et un jeune adulte, elle reflète la somme des erreurs de chaque composante du corps (modélisation du corps). Cette erreur augmente avec le pourcentage d'obésité de la population considérée et avec des personnes non comprises dans cette population. L'index d'impédance (Ht²/R) reste le meilleur terme de prédiction de l'équation.

- Prédiction de la masse cellulaire corporelle

La masse cellulaire corporelle (BCM) représente les composants du métabolisme actif du corps et se place ainsi comme la plus importante variable de la composition du corps. Une évaluation précise de cette variable donne d'importantes informations sur l'état du patient, ces informations sont à des fins de traitements nutritionnels. Néanmoins, à l'heure actuelle, très peu de renseignements sont disponibles pour évaluer la validité de cette variable. On peut se représenter cette dernière par l'ensemble des fluides et solides intracellulaires.

- Prédiction de l'adiposité des sujets obèses

A cause de la large utilisation de la bioimpédance pour estimer le niveau d'adiposité chez les obèses, plusieurs centre de recherches se sont investis dans ce domaine pour permettre des interprétations des résultats sans risques. En effet les proportions géométriques des sujets obèses sont très différentes de celles des sujets maigres : important pourcentage du poids, représenté par le tronc et la masse de graisse, par rapport aux membres et au poids corporel. A l'opposé le tronc représente une faible partie de la bioimpédance totale. En utilisant les équations de prédiction développées précédemment, il s'avère que la masse de graisse estimée est nettement inférieure à la masse de graisse réelle dans la plupart des cas. La masse de graisse des sujets obèses est une valeur qui varie beaucoup trop d'un individu à l'autre et de ce fait est généralement imprédictible.

cliquez pour voir l'image

II.1.c) Applications cliniques et limites

La connaissance de la composition corporelle continue à intéresser les médecins, car ces mesures pourraient remplacer celles plus générales comme le poids, la taille, et elles donneraient plus d'informations. Le flux de thèses et d'études qui était observable durant ces dix dernières années le prouve. Ces études attestent que la prédiction de la composition corporelle est possible dans la plupart des cas. Néanmoins, certaines personnes sont exclues de cette population comme les obèses, les personnes souffrant de maladies inflammatoires et autres maladies chroniques produisant une accumulation locale de fluides. Chez ces personnes, le désordre résultant dans la distribution de l'eau invalide généralement les analyses réalisées.

cliquez pour voir l'image

Ces études ont été présentées à des médecins et il apparaît qu'ils préfèrent les valeurs de TBW et ses dérivées à d'autres techniques complexes, comme par exemple la densitométrie. Les valeurs leur paraissent plus performantes en terme de sécurité, de fiabilité, de portabilité malgré une reproductibilité parfois difficile. L'épidémiologie est une des sciences les plus intéressée par la bioimpédance car elle pourrait l'utiliser comme critère de définition d'une population concernée par un virus donné. Bien que plus complexe, la bioimpédance supplante les critères courants : taille, poids, index de masse et a un coût peu élevé. La mesure de la masse de graisse fournit plus de précision et de standardisation que celle utilisant les plis de la peau. La disponibilité et la facilité d'exécution de cette méthode la rend valable pour la plupart des environnement d'utilisation avec un personnel qui pourrait aisément interpréter les résultats. Cependant, il ne faut pas utiliser la bioimpédance pour mesurer d'infimes pertes ou gains de poids, cette limite provenant du domaine d'utilisation de l'équation de prédiction. Les domaines de la malnutrition et de la diététique sont pleinement concernés par cette application.

Pour l'instant, la place de la bioimpédance n'est pourtant pas encore définie au sein de l'hôpital étant donné son inutilité dans les cas cliniques critiques. Néanmoins, cette technique a fait ses preuves dans le suivi des patients infectés par le VIH mais cela reste un cas isolé. L'application clinique la plus fréquente (en particulier en Amérique du nord) reste quand même la malnutrition protéinique. Le potentiel de la bioimpédance pour la détermination de l'eau intracellulaire. et extracellulaire n'est qu'en partie exploré. Cette application est vraisemblablement promise à un ambitieux avenir.

La synthèse de ces indications montre que la bioimpédance représente une réelle avancée dans ce domaine mais son incapacité à fournir des valeurs vraisemblables chez les malades critiques freine son essor. Cependant, l'intérêt pour cette technique ne disparaît pas et d'autre applications sont encore à étudier.

cliquez pour voir l'image

Dans ce cadre, il a été vu que la bioimpédance pouvait permettre de calculer des variations de poids. L'hémodialyse est donc toute indiquée pour profiter de cette capacité.
 

II.2) Application au contrôle des transferts de masse en dialyse
(retour sommaire)

L'utilité de la bioimpédance chez les patients dialysés est évidente. Les reins ont plusieurs fonctions importantes. Ils règlent le volume et la concentration des fluides corporels. Ils maintiennent l'équilibre acido-basique, régulent la pression artérielle en sécrétant de la rénine et préservent la concentration dans le sang de certains solutés critiques comme le potassium, le magnésium et le phosphate. Un dysfonctionnement d'une de ces fonctions à cause d'une destruction pathologique des reins où des artères entraîne une mise sous dialyse progressive. La dialyse remplace le rein dans ces fonctions, elle donc régule la concentration des solutés. Cela implique des échanges entre le dialysat et le sang du patient et passe ainsi par la régulation du poids échangé lors des sénaces de dialyse. La bioimpédance est un bon moyen pour mesurer les paramètres de poids. Les hôpitaux Nord et Sud d'Amiens ont effectué plusieurs études sur les applications de la bioimpédance à l'hémodialyse. Ces mesures concernent l'impédance d'une zone du corps d'un patient ou du sang. Le but des études était d'approfondir l'exploitation de la modélisation électrique de ces deux types de conducteur biologique à des fins de contrôle du volume plasmatique, extracellulaire et intracellulaire.

II.2.a) Matériel utilisé

Une étude menée à l'UTC utilisait deux appareils : l'ANALYCOR de la société Eugédia (France) et le XITRON 4000B de la société XITRON (USA). Le premier génère un courant alternatif de 0,5 mA aux fréquences de 5, 50, 100 KHz et le deuxième un courant de 0,25 mA à n'importe quelle fréquence comprise entre 5 et 1 MHz. La mesure se fait à l'aide de la technique à quatre électrodes et à chaque mesure, l'interface électronique de l'appareil indiquera les valeurs du module et de l'angle de phase de l'impédance pour chacune des fréquences émises.

Les électrodes utilisées sont à surface argentée (7,5 × 1,9 cm²) : deux pour l'injection du courant et deux pour la mesure de différence de potentiel. Les électrodes ont été placées au niveau du pied et de la main. Sur ces mesures, les problèmes mis en évidence dans la première partie de ce rapport se retrouvent. Néanmoins, les écarts ne dépassent pas 5% dans tous les cas de figure, ce qui permet de croire en la fiabilité et la reproductibilité des mesures. Le seul problème vient de la valeur de l'angle de phase dont les variations atteignent de grandes amplitudes pour une valeur de fréquence de 100 KHz. On peut penser que ces variations proviennent des faibles valeurs trouvées pour l'angle de phase (comprises entre 1 et 10 degrés).

Des mesures ont été réalisées pendant 18 séances de dialyse, à la fois sur l'impédance corporelle et sur celle du sang. La bioimpédance s'est révélée d'une très grande utilité dans ce domaine.

II.2.b) Mesure de l'impédance corporelle

Ces mesures ont été faites simultanément avec des mesures d'hématocrite et des concentrations d'urée, de créatinine, de sodium et de protides dans le sang à différents instants au cours de la dialyse et du rebond postdialytique ainsi que dans le recueil du dialysat effectué. De cette façon, on compare le volume d'eau traversé par le courant électrique et le volume d'eau totale du patient calculé par bilan de masse sur l'urée ou la créatinine. La concentration de sodium servira à évaluer l'évolution de la concentration en électrolytes puisque celui-ci représente l'ion essentiel du fluide corporel. Les variations de l'hématocrite et de la concentration en protides dans le sang seront utilisées comme indicatrices d'échange volumique entre l'interstitiel et le sang du patient.

La modélisation électrique des tissus biologiques permet de faire la relation entre le volume et la résistance mesurée. Pour l'étude menée à Amiens, c'est le modèle de Fricke et de Cole-Cole qui ont été utilisés, les relations entre résistance et volume sont les suivantes:

                                VI = (L².pIa)/(K.RI)                    VE = (L².pEa)/(K.RE)

avec L : distance inter-électrode
p : résistivité apparentes de l'extracellulaire (Ea) et de l'intracellulaire (Ia)
K : facteur de forme dû au fait que le corps humain n'est pas cylindrique

Nous pouvons rappeler que les fluides intracellulaires et extracellulaires se comportent comme ayant des résistivité apparentes différentes de leurs résistivité réelles. Toutes les mesures effectuées pour l'évaluation de l'impédance corporelle sont jointes en annexe.

II.2.c) Mesure de l'impédance du sang

Ces mesures ont été effectuées en parallèle avec la mesure d'impédance corporelle. Deux techniques ont été retenues pour ces mesures : in vivo et in vitro.
Mesure ìin vivoî:
 

Ces mesures ont été réalisées grâce à l'appareil suivant : IPEC 5000 de la société Eugédia. Le schéma du montage de mesure montré sur la page précédente. Il consiste à mesurer l'impédance du sang circulant dans une tubulure connectée au circuit extra-corporel de la dialyse ( 1 mesure toutes les quatre secondes ). Si l'on se place dans le cas où la résistivité réelle du fluide plasmatique reste sensiblement constante pendant la dialyse, un tel système permet de connaître en continu la variation du volume plasmatique et donc celle de l'hématocrite au cours du traitement. Une fréquence de 5 KHz permet d'explorer uniquement le plasma (cf page 4). Cette technique s'est révélée efficace dans le cadre de l'expérimentation et a prouvé l'utilité de ce type de matériel en Hémodialyse.

Mesure ìin vitroî: De la même façon qu'avec l'IPEC 5000, des expérimentations ont été effectuées en mesurant l'impédance du sang bovin in vitro, en utilisant une cellule cylindrique, quatre électrodes d'argent. pour cette expérience, un autre appareil a été utilisé : le XITRON 4000B. L'impédance a été déterminée pour différents hématocrites, le schéma d'expérimentation est décrit ci dessous :
 
 

II.2.d) Conclusion

Malgré un grand nombre d'études réalisées, la technique de mesure des échanges de fluides et de masse pendant la dialyse est restée au stade de la recherche. On peut néanmoins noter l'émergence de certains appareils sur le marché mais ces derniers ne sont utilisés que par des chercheurs. les constructeurs ont préféré développer la mesure de l'hématocrite par centrifugation et par mesure optique qui fournit des résultats plus valides. Une des raisons de l'échec de la commercialisation est que la conductivité du plasma varie au cours d'une séance de dialyse. La dialyse, par nature, retire de l'eau du sang du patient et donc augmente la concentration des éléments figurés. La conséquence est que la conductivité baisse donc les mesures d'impédance varie. Ce phénomène de variation rend donc la mesure de l'hématocrite par bioimpédance particulièrement difficile. Ainsi la relation utilisée n'est plus valable et il faut lui apporter des corrections. De plus les méthodes optiques et de centrifugation donnent des valeurs différentes, ce qui pose un problème supplémentaire. Face à toutes ces difficultés, cette application a donc été plus ou moins abandonnée dans le monde industriel.

II.3) L'imagerie d'impédance
(retour sommaire)

L'imagerie médicale a pour but de fournir des images de structure interne du corps humain. L'imagerie d'impédance électrique est une nouvelle technique d'imagerie médicale qui attire, grâce à ses caractéristiques très intéressantes par rapport aux autres techniques d'imagerie, l'attention d'un nombre croissant de recherches scientifiques. La base physique de cette technique est totalement différente de celles existantes jusqu'alors. En effet, comme son nom l'indique, cette technique est basée sur le fait que les différents tissus humains possèdent des conductivités électriques différentes.

cliquez pour voir l'image

On constate que la variation des valeurs de conductivité entre les différents tissus est grande (plus grande que le taux de variation des coefficients d'atténuation des rayons X). Ainsi, en essayant d'obtenir la distribution spatiale de conductivité ou de sa variation dans le corps humain, on peut espérer former, à l'aide de cette technique, des images anatomiques avec un bon contraste, ou imager des phénomènes physiologiques en temps réel.

Par rapport aux autres techniques d'imagerie médicale, l'imagerie d'impédance présente des caractéristiques intéressantes:

1) Elle prend en compte les propriétés du tissu que les autres techniques ne peuvent pas fournir, comme la conductivité, la permittivité...
2) Elle est totalement non-invasive et sans aucune radiation, donc sans danger.
3) Elle a une excellente sensibilité : le contraste des tissus mous est très bon.
4) Elle a une très bonne résolution temporelle permettant l'imagerie en temps réel.
5) Elle est facile à mettre en oeuvre, peu coûteuse en comparaison avec les autres méthodes.

II.3.a) Comment fonctionne la technique de l'imagerie d'impédance?

Comme vu précédemment, pour connaître l'impédance d'un conducteur, un courant passe dans le conducteur et la tension est mesurée à ses bornes ( ou inversement ). La valeur d'impédance est alors déterminée à partir de la tension et du courant en utilisant la loi d'ohm.
 

Un système d'imagerie d'impédance est donc essentiellement composé de deux parties :

- un système d'acquisition des données qui, utilise un groupe d'électrodes appliquées à la partie du corps à étudier.

- un logiciel de reconstruction d'image qui, en utilisant les données recueillies et grâce à un algorithme de reconstruction, détermine la distribution de conductivité de la région à imager et reconstruit une image (la conductivité est représentée à l'aide d'une échelle de gris).
 
 

II.3.b) Le système d'acquisition des données

cliquez pour voir l'image

Il existe donc deux catégories de système d'acquisition: le système Henderson à 144 électrodes et celui de Kim à 192 électrodes correspondent au premier cas.

Le deuxième système est le plus souvent utilisé, car les mesures peuvent être faites avec une meilleure précision : devant la grande impédance de sortie d'une source de courant et la grande impédance d'entrée d'un voltmètre, l'influence néfaste de l'impédance de contact d'électrode est faible, on ne traitera donc que ce cas.

Le courant d'injection pour l'imagerie d'impédance est un courant alternatif d'amplitude inférieure à 2,5mA et de fréquence généralement comprise entre 10 Khz et 100 KHz. L'utilisation d'un courant alternatif a pour but d'éliminer le problème de l'interface électrode-peau et de mieux caractériser les tissus humains. L'intensité de courant est limitée pour des raisons de sécurité, de même, la fréquence trop basse pourra induire des problèmes de stimulation électrique et la fréquence trop élevée pourrait induire des problèmes de parasites et des absorptions élevées dans les tissus. Chaque dispositif d'imagerie d'impédance visant l'application clinique doit satisfaire les critères de sécurité imposés par le code international de la sécurité médical.

D'autre part, on peut différencier les systèmes en observant les configurations de mesures choisis. Il en existe trois : le système série, le système parallèle et le système semi-parallèle. Le choix de la configuration de mesure est souvent le résultat d'un compromis entre des facteurs comme la vitesse d'acquisition des données, le rapport signal sur bruit, la complexité du système électronique... On les distingue comme suit :

- série : utilisation d'une ou N ( nombre d'électrodes ) sources de courant et une seule chaîne de mesure de tension.

- semi-parallèle : utilisation d'une seule source de courant et de N chaînes de mesures, il en résulte une vitesse d'acquisition N fois plus grande que le système série.

- parallèle : utilisation de N sources de courant et de N chaînes de mesures. Ce système n'est pas du tout utilisé pour le moment.

II.3.c) Les stratégies d'acquisition

La stratégie d'acquisition comprend deux aspects : la détermination du courant d'injection et la configuration des électrodes pour chaque mesure. Le choix de la stratégie d'acquisition est très important pour les caractéristiques de l'imagerie d'impédance comme la sensibilité du système, le rapport signal sur bruit, la vitesse d'acquisition. Parmi celles-ci, on trouve :

- stratégie ìadjacente - adjacente" :

Elle est de loin la plus utilisée. 16 électrodes sont placées autour de la région à imager, un courant d'amplitude constante est injecté entre la paire d'électrodes (1-2), puis les différences de potentiel entre les autres paires d'électrodes (3-4), (4-5) sont recueillies...Aucun signal entre les paires (2-3), (16-1), (1-2) n'est recueilli car la technique à quatre électrodes est adoptée pour minimiser l'interface électrodes-peau.

- stratégie du courant optimal :

Cette stratégie est basée sur l'idée que pour distinguer deux distributions de conductivité, il existe une intensité de courant optimal d'injection qui peut maximiser la différence perçue entre ces deux distributions (meilleure sensibilité et qualité des données recueillies). Soit un système à N électrodes, N-1 électrodes injectent un courant avec une amplitude appropriée déterminée par la fonction de courant optimal. Les tensions de chaque électrodes sont mesurées en même temps que l'injection de courant par cette électrode. Ce processus est répété N-1 fois car il y a N-1 courants ìoptimauxî indépendants, ce qui donne un nombre de mesures de
(N-1)×(N-1).

- autres stratégies :

Il existe d'autres stratégies d'acquisition utilisées moins fréquemment : par exemple, la stratégie croisée et la stratégie opposée ( technique à quatre électrodes), la stratégie multi-fréquence (technique à deux électrodes). Elles ont pour but d'améliorer l'uniformité de la distribution de densité de courant dans la zone à imager et donc la sensibilité.

II.3.d) Les algorithmes de reconstruction d'image

La fonction de l'algorithme de reconstruction est d'utiliser les données recueillies par le système d'acquisition pour déterminer la distribution de conductivité dans la zone à imager. Les principaux critères d'évaluation d'un algorithme de reconstruction sont la résolution d'image, la stabilité de convergence, le temps de reconstruction, la complexité informatique, etc... La recherche sur l'algorithme de reconstruction est une branche dynamique d'imagerie d'impédance.

Des modèles mathématiques sont utilisés pour reconstruire l'image, les équations de Maxwell décrivent les interactions des ondes électromagnétiques avec la matière. Avec un modèle mathématique, deux types de problèmes peuvent alors être étudiés :

- le problème direct : il consiste à déterminer la distribution de potentiel dans le domaine lorsque la distribution de conductivité y est connue.

- le problème inverse (celui qui nous concerne en priorité) : il consiste à déterminer ou reconstruire la distribution de conductivité à partir des valeurs du potentiel et du courant sur la frontière du domaine. Il est bien connu que les problèmes inverses ou problèmes d'identification de paramètres sont des problèmes mal posés, ce qui signifie pratiquement que d'énormes variations de la conductivité peuvent n'avoir pour conséquences que de faibles variations des données à la frontière. Cette difficulté est souvent rencontrée lorsqu'on veut "inverser" une application dont l'inverse n'est pas continue.

Pratiquement il est indispensable d'étudier en détail le problème direct aussi bien que le problème inverse. Le problème direct peut être utilisé comme un outil de simulation pour fournir des données (non entachées d'erreurs expérimentales) permettant de tester les algorithmes de reconstruction (principe des fantômes). D'autre part, de nombreux algorithmes de reconstruction utilisent des résolutions itératives du problème direct.

cliquez pour voir l'image

II.2.e) Les applications de l'imagerie d'impédance

Il existe une trentaine d'équipes de chercheurs sur l'imagerie d'impédance en Amérique du nord. Actuellement, la recherche s'oriente dans quatre directions :

- Imagerie statique : meilleure résolution anatomique possible, c'est l'équivalent de la radiologie.
- Imagerie dynamique : visualisation des changements de conductivité de façon continue.
- Imagerie fréquentielle : utilisation de plusieurs fréquences pour l'obtention de plus de données.
- Imagerie complexe : la partie réelle est l'image résistive et la partie imaginaire est utilisée pour la reconstruction de l'image réactive.

Malgré la relative jeunesse de l'imagerie d'impédance, les aplications cliniques sont déjà entrées en pratique courante. Parmi celles ci, on trouve :

- hémodynamique cérébrale : détection de l'hémorragie intraventriculaire chez les nouveaux-nés

- mesure des paramètres cardiaques : débit systolique et débit cardiaque

- pléthysmographie des membres : détection de la thrombose veineuse profonde

- pbservation du cerveau

II.3.f) Conclusion

Le principal désavantage actuel de l'imagerie d'impédance est que la résolution spatiale est limitée à 15-20% du diamètre de la région à imager, et qu'elle n'est pas uniforme dans la zone à imager. C'est pour cette raison que cette technique n'est pas utilisée pour fournir des images anatomiques et qu'elle ne remplace pas les autres techniques existantes. En revanche, elle peut fournir des images fonctionnelles et dynamiques de qualité, et est surtout adaptée aux systèmes de monitorage à long terme pour le suivi des malades. Cette technique vient donc s'ajouter en complément des techniques d'imagerie et apporte sa contribution aux différentes techniques de diagnostics.
A l'heure actuelle, quelques applications sont déjà entrées en utilisation clinique, par exemple, l'imagerie de la ventilation pulmonaire, le monitorage de la vidange d'estomac, le monitorage du débit cardiaque.

cliquez pour voir l'image
cliquez pour voir l'image
 

II.4) Application à l'impédance électrique thoracique
(retour sommaire)

Cette application est depuis longtemps connu des établissements de santé, car, la mesure de l'ECG est une des dérivées de cette technique. La prise de l'ECG consiste à envoyer un courant dans le thorax et à le récupérer pour analyse. Avec la bioimpédance électrique thoracique, le thorax agit comme un transformateur courant - tension et le sang agit comme un conducteur. Une haute fréquence à faible courant est introduite par les électrodes dans le thorax. Avec ce courant, les variations de volume sanguin et de débit dans l'aorte thoracique descendante provoquent une variation de tension proportionnelle. Cette variation permet de déterminer douze paramètres. C'est une technique qui permet des mesures de variation du volume sanguin en mesurant la conductivité électrique de la cavité thoracique. Le principe de base de cette technique est l'enregistrement des variations d'impédance dans le thorax pendant l'éjection systolique. Pour ce faire, on utilise deux jeux de quatre électrodes positionnées par paire autour du thorax. Cela permet de shunter l'impédance électrode-peau détaillée dans la première partie. Un courant de 2,5 mA à 4 mA pour une fréquence de 70 KHz est injecté à travers le thorax par les quatre premières électrodes. Les quatre dernières récupèrent l'ECG et les variations d'impédance pendant la dépolarisation ventriculaire et le mécanisme de la systole. Un signal est ainsi produit représenté par dZ, et sa première dérivée représente le taux de variation d'impédance dZ/dt.

cliquez pour voir l'image

Comme le sang est la substance la plus conductrice du corps humain, le courant électrique se focalise sur l'aorte. Pendant la systole, le sang est éjecté du coeur dans l'aorte pour être délivré dans la périphérie. La paroi du vaisseau aortique s'élargit pour s'accommoder à l'important volume sanguin arrivant. Durant cette phase, on peut observer la présence et la formation des rouleaux érythrocytaires (alignement des globules rouges) à cause des forces mécaniques en présence. Ce phénomène augmente la vélocité du sang dans l'aorte du fait de sa perte de viscosité. Une augmentation de la conductivité et une baisse de l'impédance sont alors observables. Pendant la diastole, la lumière de l'aorte voit son diamètre baisser durant la phase de relaxation du coeur. Les rouleaux érythrocytaires se désagrègent et leur organisation désordonnée est observable. Cette phase stationnaire se traduit par une haute résistance et une faible conductivité.

II.4.a) Evolution de la technique

La recherche sur la bioimpédance électrique thoracique a été engagé par la NASA dans les années 1940. Le but était de réaliser un moniteur non invasif pour le système cardiovasculaire opérationnel pour des missions spatiales. Cette technique ne s'est pas révélée satisfaisante dans ce cadre et donc a été transposée au domaine médical. Les années 1960 ont vu apparaître les premier moniteurs cardiovasculaires dans les établissements de santé. La première méthode a été mise au point par Kubicek en 1966. Celle ci prend en compte les éléments suivants :

- le thorax d'un sujet adulte est un cylindre dont la circonférence est représentée par la valeur moyenne des différentes circonférences.
- le cylindre est perfusé avec du sang dont la résistivité spécifique varie avec l'hématocrite.
- le cylindre possède une impédance de base appelée Zo.
- les variations pulsatiles dans le flux sanguin aortique provoquent des décroissances pulsatiles de l'impédance.
- l'éjection de sang est modélisée par un signal carré.

La formule de Kubicek est très fréquemment utilisée dans le calcul des paramètres hémodynamiques basés sur les changements d'impédance thoracique. Une autre équation a été développée par Sramek en 1981. Avec des mesures directes de plusieurs adultes sains et l'analyse aux rayons X de 30 poitrines saines, la circonférence la plus faible du thorax a été déterminée. Elle représente la mesure de la distance entre les électrodes. Sramek a représenté le thorax comme un cône qui serait le tiers du volume du cylindre de Kubicek. Il a démontré que sur un adulte normal, la distance linéaire entre les électrodes doit être de 17% de la taille du sujet. La sortie cardiaque est directement proportionnelle à la taille du corps, comme le poids idéal est fonction de la taille. Avec l'équation de Sramek, les sous-estimations du volume systolique ne concernent que les gens qui dépassent de 20% leur poids idéal c'est à dire les sujets obèses pour lesquels il a été vu que la mesure de bioimpédance est souvent inexacte. Cela s'explique par le fait que la circonférence thoracique augmente avec l'obésité donc l'impédance chute en proportion.

Bersdtein a affiné l'équation de Sramek en 1986 en ajoutant un terme de correction de poids ou facteur d'échelle qui représente le rapport modifié du poids des patients observés en Kg sur le poids idéal en Kg.

II.4.b) Les 12 paramètres fournis par la technique

- Sortie cardiaque

La sortie cardiaque (CO) est le taux de sang éjecté du ventricule gauche dans la circulation systémique par minute. Pour obtenir la sortie cardiaque, il faut appliquer la formule suivante :

sortie cardiaque = volume d'éjection × débit cardiaque

Ce paramètre est exprimé en litres par minute. Cette valeur dépend de la masse corporelle , il faut la corréler avec la taille corporelle du patient pour obtenir un paramètre adéquat. Pour ce faire, la sortie cardiaque est diviséev par la surface corporelle du patient. La valeur résultante est appelée index cardiaque. Ce dernier varie entre 2,8 et 4,2 l/mn/m2. Une valeur en dehors de cette échelle traduit un caractère hypo ou hyperdynamique du patient.

- volume d'éjection

Le volume d'éjection est le taux de sang éjecté du ventricule gauche par cycle cardiaque. On peut utiliser aussi l'équation de Sramek comme suit :

                        volume d'éjection = (VEPT.LVET.(dZ/dt)max)/Z0

Dans l'équation, Zo est l'impédance mesurée entre les deux électrodes, (dZ/dt)max est le taux maximum absolu de variation d'impédance du signal pour un battement donné, LVET est le temps d'éjection du ventricule gauche et VPET est le volume de tissu conduisant le signal, il est déterminé grâce à la taille, le sexe et le poids du patient. Le LVET est un des paramètres fournies par la bioimpédance.

Actuellement, les appareils existants fonctionnent en utilisant la formule de Sramek-Bernstein. Ce paramètre peut être indexé en fonction de la taille du patient, comme pour la sortie cardiaque. Pour un individu normal, le volume d'éjection varie entre 30 et 65 ml/m²
 

- Impédance de base

L'impédance normale d'un patient est exprimée en fonction de son impédance de base, Zo en ohms, et cette valeur dépend de l'individu. Les femmes de même taille que les hommes, ont une section inférieure du thorax et présentent donc une impédance normale supérieure. La valeur absolue de Zo est inversement proportionnelle au volume de fluide sans l'espace intrathoracique. L'index de fluide thoracique (TFI) est utilisé pour calculer l'impédance de base. TFI est inversement proportionnel au TFC (espace intrathoracique) qui comprend trois aires, l'intravasculaire, l'interstitiel et l'intraalvéolaire. Donc :

                                                            TFI = Z0.TFI

Une chute du TFI indique une augmentation du TC et une baisse de l'impédance et inversement. Les appareils existants expose plutôt le TFC que la forme du signal d'impédance, de manière à présenter le signal sur un axe positif. Le Thoracic Fluid Content est également considéré comme un paramètre fournie par la mesure de l'imédance

- Contractabilité

La contractabilité est exposée en deux paramètres : l'index de contractibilité (IC) et l'index d'accélération (ACI). IC est le taux de variation d'impédance et représente les effets du volume intravasculaire (mécanismes de Franck Starling) et les forces s'appliquant sur les fibres du myocarde. La valeur normale de ce paramètre dépend de l'individu.
                                    IC = (dZ/dt)max / Z0

Le terme (dZ/dt) dérivé une seconde fois, permet d'obtenir un nouveau signal qui indique l'accélération du sang dans l'aorte en fonction du temps. La valeur maximale de ce paramètre est le pic d'accélération à l'ouverture de la valve aortique, appelé index d'accélération. Le temps pour ACI est approximativement de 30 ms après l'ouverture, cela dépend néanmoins de l'état du coeur du patient. L'ACI permet de distinguer un patient, souffrant d'un mal de poitrine d'une pathologie coronaire, ce qui rend ce paramètre très utile pour la prédiction des pathologies cardiaques.

- SVR

Ce paramètre se représente physiologiquement par la résistance qui s'oppose au coeur gauche lorsqu'il délivre le sang en périphérie. SVR est appelée Résistance vasculaire systémique et est un phénomène systolique se déroulant pendant l'éjection du sang. Elle est directement proportionnelle à la pression sanguine et inversement proportionnelle au flux sanguin. Une vasoconstriction artérielle se traduit par une hausse du SVR et à l'inverse, une hausse du diamètre des artères provoque une baisse du SVR. La viscosité du sang peut jouer un rôle dans ce paramètre, elle se détermine à partir de la valeur de l'hématocrite.

Comme les autres paramètres, SVR peut être indexée pour obtenir des informations cliniques fiables et normalisées. Pour un sujet sain les valeurs de la résistance varient de 1650 à 2670 dyne/sec/cm-5/m²

- EDV

Ce paramètre est décrit par la loi de Frank Starling qui relie la force des fibres myocardiaques à leur longueur. En somme, plus les fibres sont petites, plus la force développée est grande. EDV représente le volume télé diastolique qui est le résultat final du retour veineux au coeur. Sans la bioimpédance, on peut déterminer l'EDV grâce à un cathéter qui permet d'obtenir la pression artérielle pulmonaire.

La valeur de EDV peut être indexer et donner une gamme de résultats pour un sujet sain qui varie de 50 à 90ml/m2. L'équation utilisée est :
 
 

EF est la fraction d'éjection, c'est à dire la quantité de sang éjecté du ventricule gauche par rapport à la quantité de sang totale.

- Left Cardiac Work

Le sang pompé à travers les vaisseaux développe une énergie physique qui se traduit par la pression. Ce travail est appelé Cardiac Left Work (LCW). Il représente le produit du flux sanguin et de la pression sanguine. Comme LCW utilise le flux sanguin dans son calcul, le paramètre peut être indexé (LCWI) pour obtenir une valeur normalisée. Ces valeurs varie de 3,4 à 5,4 kg/m/m2.

- Systolic time ratio

Le complexe QRS est utilisé comme un signal temporel et le point Q est le point de départ de la mesure du STR. Ce paramètre consiste en deux événements, la période de pré-éjection (PEP) et le temps d'éjection ventriculaire gauche (LVET). En utilisant le signal d'impédance et le complexe QRS du signal ECG, le PEP et le LVET sont déterminés.

La période de pré-éjection est le temps séparant le début de la dépolarisation ventriculaire et le début de l'éjection de sang, c'est également un paramètre fourni. LVET est le temps d'ouverture de la valve aortique. STR représente le rapport PEP/LVET dont la valeur normale fluctue de 0,3 à 0,5. Cette valeur est indépendante du rythme cardiaque chez toutes les personnes, c'est une constante physiologique. Une baisse de STR indique le caractère athlétique du coeur du sujet, à l'inverse, une hausse du paramètre révèle une pathologie. Par exemple, une dysfonction du ventricule gauche provoque une augmentation du temps de pré-éjection et une diminution du LVET.

- Forme du signal

La forme du signal doit être présentée sous deux formes:

- Un signal représentant dZ : qui résultant du flux pulsatile systémique ( thoracique et aortique )

- Un signal représentant Z : il fournit la variation de diamètre de la section de l'aorte durant la période d'éjection systolique.

Eventuellement, le rapport dZ/dt peut être présenter pour schématiser la rapidité de la variation de diamètre. Ce signal est surtout utilisé pour le calcul du volume d'éjection.

II.4.c) Conclusion

L'impédance électrique thoracique est de loin l'application qui possède l'avenir le plus prometteur. Le monitorage cardiaque est un domaine souvent bouleversé du fait de l'importance qui lui est donné par les médecins. En terme de constantes physiologiques, la TEB apporte un réel progrès en fournissant de nombreux paramètres plus significatifs que l'ECG, ou tout du moins prévenant des pathologies plus précises. Les applications cliniques de ce type d'appareillage sont déjà courantes et touchent la plupart des aplications médicales hospitalières comme:

- Cardiologie (épreuve d'effort, tension, évaluation de sténoses)

- Coronarographie (évaluation des fonctions cardiaques)

- Anesthésie - Chirurgie (surveillance pré et post opératoire, monitorage des fluides thoraciques)

- Néphrologie

- Urgences (évaluation rapide du statut hémodynamique)

- Obstétrie, gynécologie, médecine interne.

cliquez pour voir l'image
 

(retour sommaire)

III.1) Estimation de la composition corporelle
(retour sommaire)
 

Depuis le début du siècle, de nombreux professionnels de la santé et de la remise en forme ont poussé leurs recherches en vue de trouver des méthodes d'estimation du taux de graisse corporelle en immergeant des patients dans des réservoirs d'eau, leur peau étant reliée à un appareil de mesure par des électrodes. Ce n'est, cependant, qu'en 1980 que des scientifiques ont développé une nouvelle méthode basée sur le principe de la bioimpédance.

Rappelons brièvement le principe physique de l'analyse de la composition corporelle par bioimpédance (BIA : Bio-Impedance Analysis) : les tissus corporels (muscles, os...), comprenant approximativement 60 à 75% d'eau, conduisent l'électricité beaucoup mieux que la graisse qui ne contient que peu d'eau (entre 5 et 10%). Ces deux compartiments ont, par conséquent, des valeurs d'impédance très différentes. La mesure d'impédance met en évidence le degré de résistance au flux de courant dans le corps, l'eau étant un bon conducteur, et la graisse un mauvais conducteur.

Il existe, sur le marché deux types d'appareils, les appareils à fréquence unique (en général de 50 kHz) permettant le calcul du TBW pour des sujets sains, les appareils à multi-fréquences, permettant de déterminer la composition en fluides intra- et extra-cellulaires (ECW et ICW) de façon plus précise. Comme les membranes cellulaires se comportent comme des capacités, elles sont dépendantes de la fréquence. Aux basses fréquences, la conduction à travers les membranes et l'impédance dépendent de l'ECW. Lorsqu'on augmente la fréquence, le courant passe mieux à travers les membranes et à haute fréquence, la capacité membranaire devient insignifiante, l'impédance devient alors fonction de l'ECW et de l'ICW.

Ainsi, les sujets souffrants de désordres métaboliques nécessitent des mesures plus précises que la seule détermination de TBW à 50 kHz. Une mesure de la distribution de TBW entre les milieux intra- et extra-cellulaires est un index indispensable pour la détermination de la bien-portance et de la réponse à un régime spécifique des patients malades. En calculant le rapport ECW/ICW, on peut déterminer le degré de sur- ou sous-hydratation d'un patient par comparaison avec un sujet sain. Cette mesure n'est valide qu'à une fréquence bien supérieure à celle de 50 kHz.
 

III.1.a) Les appareils de mesure complète

Les systèmes suivants mesurent l'impédance corporelle à l'aide de quatre électrodes (deux au poignet droit et deux à la cheville droite). Le patient est allongé pour éviter toute variation de pression qui affecterait la précision et la répétabilité des mesures. En règle générale, l'utilisateur saisit ses caractéristiques (sexe, taille, âge et poids) et l'appareil délivre l'analyse statistique de sa composition corporelle.

cliquez pour voir l'image

- Biodynamics Corporation

Biodynamics Corporation est une entreprise américaine, créée en 1984 avec un objectif : fabriquer et vendre des produits de mesure de la composition corporelle pour les professionnels de la médecine, de la santé et de la forme (fitness).

    - BIODYNAMICS 310

cliquez pour voir l'image

C'est un appareil à fréquence unique (50 kHz). Après que le protocole classique d'utilisation ait été suivi, l'analyseur affiche les résultats sur l'écran et imprime les résultats et recommandations.
 

Le modèle 310 de Biodynamics apporte les informations suivantes :

- la détermination de la composition corporelle (affichage de la masse et du
pourcentage de tissus mous et de graisse du sujet).
- le Basal Metabolique Rate (métabolisme de base) indique la quantité de calories par jour que le sujet consomme au repos. Celui-ci est proportionnel à la masse de tissus maigres; plus le poids de tissus maigres est élevé, plus les calories sont consommées rapidement, et plus il est possible de manger sans ajouter de graisse.
- leTBW indique la quantité d'eau et sa proportion par rapport au poids de tissus. La déshydratation est un des rares facteurs pouvant affecter la mesure de la composition corporelle.
-les recommandations : l'appareil est programmé pour comparer les données du sujet à une gamme optimale de sujets du même type (sexe, âge, poids et morphologie). Pour estimer la masse de graisse normale, Biodynamics utilise neuf populations spécifiques. Les recommandations donnent les buts à atteindre (poids à perdre...) qui peuvent être combinées à un programme d'exercices. (cf. Annexe ìrapport de test du Biodynamics 310î)

Caractéristiques :
précision des résultats: 1.5%
précision de la mesure : 1% +/- 1 ohm
équations prédictives : 9
haute répétabilité
imprimante intégrée
durée de test : 3 min
énergie électrique inférieure à 1mA
domaine d'impédance : 200 à 1500 ohms
température d'utilisation : de 0 à 50°C

Cet appareil ne nécessite aucune extension (pas de nécessité d'ordinateur, ni d'imprimante), les données sont obtenues directement.

Sécurité :

Un courant de test de 800 µA est appliqué au patient. Ce courant est indétectable par les sens du patient. Ce courant de test est inférieur au standard accepté par l'AAMI (Association for Advancement of Medical Instrumentation) sur la limite des courants inoffensifs (norme ES1-1985).
Malgré l'utilisation d'un courant faible, la politique de Biodynamics est de conseiller de ne pas utiliser ses appareils avec les personnes suivantes :
- les femmes enceintes
- les personnes ayant un pace-maker (le pace-maker peut s'arrêter
temporairement sous l'effet d'un courant électrique)
- les personnes souffrant de problèmes cardiaques

Biodynamics propose sur son site Web une étude comparative de certains appareils existant sur le marché. Cette étude, bien que forcément non objective, est très intéressante.

Les produits Biodynamics sont utilisés par 83 hôpitaux, dont l'école de Médecine de l'Université de San Francisco. Ils sont également utilisés par l'armée des Etats-Unis, dans la marine, l'aviation. Le marché de Biodynamics est aussi ouvert sur le Brésil, le Canada, le Chili, l'Egypte, l'Angleterre,la Grèce, Hong Kong, l'Inde, l'Italie, le Japon, la Roumanie, l'Arabie Saoudite, et la Corée du sud.
Dermanova est une firme qui distribue le modèle 310 de Biodynamics.
 

- BioAnalogics

BioAnalogics est une corporation biomédicale fondée en 1986 et basée en Oregon (EU). Le but de cette compagnie est de développer des logiciels pour effectuer des diagnostics et proposer des méthodes de prescriptions dans le domaine de la santé. BioAnalogics a créé un logiciel appelé HMS (Health Management System) utilisable sous l'environnement Windows. Celui-ci comprend différents modules optionnels permettant de faire l'analyse du risque médical, l'analyse de la composition corporelle (ELG), des prescriptions de régime individualisés, des exercices personnalisés, une évaluation de la forme (fitness).
 

    - l'ElectroLipoGraph (ELG) Health Management System

Il comprend deux composantes :
- un appareil mesurant la bioimpédance du corps
- un logiciel permettant d'analyser la composition corporelle (pourcentage de graisse et masse de tissus maigres).

cliquez pour voir l'image

Ce système existe en quatre versions différentes :

    - ELG Health Management Base system

Il inclut :
- un bioimpédancemètre et des cables-patient
- un kit de capteurs de test (25 tests réalisables)
- le logiciel HMS compatible avec Windows permettant d'obtenir :
- un rapport sur la composition corporelle totale avec des graphiques
- un programme diététique et un régime personnalisé
- un programme d'exercices physiques de rééducation.

Cet équipement coûte 1 495 $

    - ELG Portable Heatlh Management System (n'incluant pas de logiciel)

Il est composé de :
- un bioimpédancemètre et des cables-patient
- un ordinateur portable Hewlett Packard
- une mini-imprimante Hewlett Packard portable
- un kit de capteurs de test (25 tests réalisables)

Cet équipement coûte 1 695 $

  - ELG Portable Heatlh Management System Plus

Il comprend l'ensemble des deux systèmes décrits précédemment. Cet équipement coûte 2 195 $

    - ELG Portable Heatlh Management Lab

Il comprend le pack System Plus, un équipement de test fitness et un programme d'éducation du sujet. Le logiciel HMS permet en plus d'obtenir l'évaluation du risque d'altération de la santé et l'estimation de la forme physique.
Le prix de cet équipement s'élève à 4 995 $

Caractéristiques des différents systèmes :
précision des résultats: 3.3 %
précision de la mesure : 3% +/- 1 ohm
imprimante non intégrée et nécessité d'un logiciel pour analyser les données

Il est indispensable de posséder le logiciel HMS pour calculer le pourcentage de graisse, le poids de graisse, le poids de tissus maigres, le ìtaux métabolique de baseî (basal métabolique rate), le TBW.

Tous les produits Bioanalogics sont compatibles An 2000. La liste des clients de BioAnalogics est fournie en annexe.

- RJL Systems

RJL Systems est une entreprise de recherche et développement en bioimpédance électrique créée en 1979 et basée à Detroit (Etats Unis). Un de ses secteur d'activité est la commercialisation d'appareils permettant la détermination de la composition corporelle (TBW, FFM, LBM) pour effectuer des programmes de remise en forme. RJL systems propose trois modèles d'analyseurs de composition corporelle, ceux-ci incluant un logiciel accompagnant tout régime (perte ou gain de poids, exercices physiques).

Les trois appareils de détermination de composition corporelle s'utilisent avec le logiciel Weight Manager. Celui-ci renseigne l'utilisateur sur ses valeurs de TBW, FFM et masse de graisse, après intégration des données lues par l'impédancemètre.

    - BIA-101A

cliquez pour voir l'image

Cet appareil permet de mesurer l'impédance corporelle à une fréquence unique (50kHz). Il effectue la mesure de la résistance et de la réactance, puis les données sont traitées par un ordinateur non intégré au système. Celui-ci doit posséder le logiciel Weight Manager pour informer le patient sur sa composition corporelle.

L'équipement comprend :
- un bioimpédancemètre et un câble patient
- le logiciel Weight Manager
- 100 électrodes adhésives

Ce système coûte 2 490$

    - BIA-101Q

Cet appareil, tout comme le BIA-101A effectue les mesures de résistance et réactance à la fréquence unique de 50 kHz. Celles-ci doivent ensuite être traitées avec le logiciel Weight Management à l'aide d'un ordinateur.

cliquez pour voir l'image

L'équipement comprend le même matériel que l'équipement précédent avec le logiciel Weight Manager. Ce système coûte 1 990$
 

    - BIA Spectrum II

Cet appareil, comme les deux précédents, permet d'analyser la composition corporelle. Cependant, il intègre les système de traitement des mesures de résistance et de réactance. En effet, il comprend un ordinateur portable.

cliquez pour voir l'image

L'équipement comprend en plus un micro-processeur avec lecteur de disquette et un un écran VGA. Cet équipement coûte 5 990 $

Caractéristiques des trois appareils :
précision de la résistance : 0.5%
précision de la réactance : 1.0%
courant de 500 µA maximum à 50 kHz
équation prédictive : 1

Compatibilité An 2000 :
Aucune date n'est à entrer dans le système, on considère donc qu'il est compatible An 2000, à l'exception du modèle SPECTRUM II. En effet, ce système ne passe pas du 31/12/1999 à 01/01/2000. Cependant, une fois la date du 01/01/2000 entrée, il conservera la date correcte.

Une liste des clients de Valhalla Medical Products est donnée en annexe.

- Valhalla Medical Products

Valhalla Medical Products est une compagnie basée à San Diego aux Etats Unis. Depuis 1971, elle s'est spécialisée dans la mesure du risque dans le domaine de la santé.

    - 1990 B

Cet appareil permet de déterminer les différents facteurs associés à la composition corporelle, à la fréquence unique de 50 kHz. Il indique la masse de graisse et son pourcentage, la masse de tissus maigres et son pourcentage, le TBW, le BMR. En plus de ces informations, le système offre des conseils pour la perte de poids (exercices physiques, régime) avec un contrôle du risque sur la santé, en fonction de l'âge du patient.
cliquez pour voir l'image

Caractéristiques :
résolution : 0.1%, 1 ohm
précision de la mesure : 0.25% +/- 1 ohm
imprimante intégrée
domaine d'impédance : 0 à 1023 ohms
courant de 500 µA maximum à 50 kHz
équation prédictive : 1

Cet appareil est agréé par la FDA (Food&Drug Administration). Ces clients sont les hôpitaux (Humana Hospital Cypress), les médecins, les centres de remise en forme médicalisés, les centres de sport (HCA medical Centers, Sports Med Centers).

- Akern

Akern est une société italienne basée à Florence. Elle a développé le modèle BIA 101/S à partir de la gamme BIA-101 proposée par RJL Systems.
Le modèle BIA 101/S apporte de multiples informations sur la composition corporelle, en injectant au patient un courant de 800 µA à la fréquence unique de 50 kHz.
Il détermine :
- le TBW en litres et %
- la FFM en kg et %
- le BMR
- la consommation de calories au cours de 30 exercices physiques
- le poids idéal
- la masse cellulaire corporelle
- la FFM/proportion de masse graisseuse
- la FFM/proportion de masse graisseuse recommandée
- le taux d'échanges sodium/potassium
- la masse extra-cellulaire/proportion de masse cellulaire corporelle
- l'évaluation de la forme et de la santé du patient basée sur l'étude de Framingham Coronary Risk.

Caractéristiques :
précision de la résistance : 0.5%
précision de la réactance : 1.0%
courant de 800 µA maximum à 50 kHz
équations prédictives : inconnues

- Bodystat

Bodystat est une jeune compagnie britannique. Celle-ci a créé différents secteurs, tels que le développement et la recherche, la fabrication et la commercialisation d'appareils permettant de mesurer la composition corporelle. Ces appareils utilisent la technique d'analyse d'impédance bioélectrique.Les produits de Bodystat sont couramment utilisés au Royaume-Uni, en Europe de l'ouest, aux Etats-Unis, au Canada, en Asie, en Australie et en Afrique. Bodystat a développé des instruments de mesure à fréquence unique ainsi qu'à multiples fréquences.

    - BODYSTAT 1500

Le BODYSTAT 1500 permet de mesurer l'impédance du corps à une fréquence fixe de 50 KHz. A cette fréquence, une proportion du courant appliqué est incapable de pénétrer les membranes cellulaires et passe donc seulement dans l'espace extra-cellulaire. A cette fréquence, la BIA est seulement capable de donner le TBW et FFM des sujets sains à cause de la corrélation entre le volume extra-cellulaire et le TBW de ces patients. Un exemple de test délivrée par le Bodystat 1500 est joint en annexe.
cliquez pour voir l'image

Le BODYSTAT 1500 répond aux normes RWTUV/GS, CE, ISO 9002 et agréé par la FDA.

Les applications se font en centres de remise en forme (fitness), gymnases, en cliniques spécialisées dans la perte de poids, clubs de sports. Les médecins, infirmières et diététiciens l'utilisent également, ainsi que les chercheurs en médecine classique et en médecine sportive.

- BODYSTAT MULTISCAN 5000

Ce produit a été créé suite au succès rencontré avec le BODYSTAT 1500. Cet appareil permet de faire varier la fréquence sur un spectre allant de 5 kHz à 500 kHz pour déterminer la composition en fluides intra- et extra-cellulaires (ICW et ECW), ainsi que le TBW. L'utilisateur peut sélectionner une simple fréquence, une gamme continue de fréquences, ou différentes fréquences de mesures.
cliquez pour voir l'image

Applications :
- contrôle des fluides en phases pré- et post-opératoire, en soins intensifs, et lors d'une séance d'hémodialyse.
- estimation de l'état nutritionnel d'un patient à son entrée à l'hôpital et le contrôle des changements durant son séjour.
- contrôle des patients infectés par le VIH, des désordres alimentaires, des anorexies,...
- estimation de l' hydratation intra- et extra-cellulaire (ICW et ECW) d'athlètes lors des compétitions.

Les bénéfices tirés de l'utilisation du BODYSTAT Multiscan 5000 sont :
- une estimation non-invasive de l'état d'hydratation et de nutrition
- l'index de nutrition (ECW/ICW) déterminé sans le poids corporel total
- une action corrective peut être prise rapidement pour améliorer la santé du
patient
- la réduction du temps d'occupation des lits en hôpital
- la réduction du coût d'hospitalisation et le gain de temps.
 

    - BODYSTAT 2005

Cet appareil est le premier analyseur de bioimpédance à deux fréquences jamais développé en Grande-Bretagne. Comme le BODYSTAT 1500, il permet d'effectuer des calculs de TBW et FFM, pour les patients sains. Cet appareil permet donc de simplifier les mesures, en ne les effectuant que pour deux fréquences nécessaires (5 kHz et 200 kHz). Le TBW est calculé à 5 kHz (moins de risque d'erreurs qu'à une fréquence plus élevée) et l'ECW est déterminée à 200 kHz. Par déduction l'ICW est obtenue.

cliquez pour voir l'image

Le BODYSTAT 2005 délivre pour des valeurs de 5 kHz et 200 kHz:
- ECW %
- volume ECW
- ICW %
- volume ICW
-TBW
- ECW/ICW : Index de nutrition

Applications :

L'augmentation d'utilisation de diurétiques, la difficulté de contrôle des fluides lors de soins intensifs et la perte de masse cellulaire caractérisant certaines maladies est source de besoin d'appareils de mesures de bioimpédance à multi-fréquences. Ainsi les patients malades, obèses, malnourris, souffrant de brûlures à haut degré, soignés par hémodialyse peuvent être suivis grâce à cette technologie (la fréquence de 5 kHz permet au courant de ne se propager que dans le plasma et ainsi de n'explorer que lui seul).

Les bénéfices tirés de cet appareil sont sensiblement les mêmes que ceux obtenus avec le BODYSTAT 5000.Tous les appareils de Bodystat disposent d'une batterie et peuvent être reliés à un PC.
Une sélection des clients de BODYSTAT dans le monde est jointe dans l'annexe clients.

- Xitron Technologies Incorporated

Xitron est une entreprise américaine basée à San Diego qui conduit des travaux de recherche sur la mesure de bioimpédance depuis 1985. Elle est certifiée ISO 9000.

    - Hydra ECF/ICF System

Ce système utilise le Xitron 4000B. C'est un appareil de mesure à multiples fréquences. Il permet donc de déterminer de l'ICW et de l'ECW. En mode de simple mesure, une fois les ICW et ECW déterminés, le dispositif calcule le rapport ECW/ICW, la masse cellulaire corporelle (BCM), le TBW et la FFM. En mode continu, l'appareil calcule l'ECW et l'ICW toutes les 5 secondes pendant 8 heures au maximum. Ces données peuvent être enregistrées ou visualisés directement, en utilisant un logiciel adapté.

Cet équipement contient :
- un analyseur de bioimpédance Xitron 4000B
- un câble patient
- un logiciel compatible avec Windows 95
- quatre électrodes

Caractéristiques :
gamme de fréquences : 5 kHz à 1 MHz
courant : variable de 50 µA à 700 µA suivant la fréquence, conformément aux normes E.C. M.D.D et U.L. 2601.
gamme d'impédance : 2 à 1000 ohms
précision de l'impédance : (0.005*Z)+0.3+(0.01*Z/F)+(0.00001*Z*F)+(0.001*F) avec Z l'impédance et F la fréquence d'utilisation
température d'utilisation : 0 à 50°C
Cet équipement coûte 5 875 $.

Application :
Cet appareil est utilisé dans le contrôle des transferts de masse en dialyse (cf. Applications cliniques).

- DS Medigroup

Depuis 1986, DS Medigroup développe des appareils de mesure d'impédance à fréquence unique (Human-Im), et à fréquence multiples : Human-Im Scan a été commercialisé en 1990, et Human-Im DIP, dévoué au secteur de la recherche, en 1995.
DS Medigroup, anciennement nommée Dietosystem, est une compagnie italienne dont la direction est basée à Milan. Elle possède quatre filiales localisées à Turin, Rome, Naples et Catania.

    - Human-Im Scan

Cet appareil permet de transmettre les mesures d'impédance effectuées à l'aide d'un système à infra-rouge jusqu'à l'analyseur de données. Il peut effectuer des mesures d'impédance sur 250 fréquences dans la gamme de 300 Hz à 100 kHz, et permet d'accéder à :
-TBW
- ICW et ECW
- FFM
- graisse
- BCM
- rapport sodium/potassium
- poids désiré

Les valeurs de fréquence et d'impédance peuvent être visualisés sur l'écran de l'appareil durant les les mesures. Les données sont analysées à l'aide d'un logiciel intégrant plusieurs populations spécifiques (âge, sexe et conditions physiopathologiques).

Caractéristiques :
gamme de fréquences : 300 Hz à 100 kHz
nombre d'électrodes : 4
température d'utilisation : 5 à 40°C

    - Human-Im DIP

Human-Im DIP (Differential Impedance Pleththysmography) est un amalyseur multi-fréquences de la composition corporelle. Il mesure l'impédance et l'angle de phase sur n'importe quel segment du corps à différentes fréquences. Il est donc possible d'effectuer l'analyse sur le corps entier (avec 4 électrodes), sur une partie du corps (avec 6 ou 8 électrodes). Les valeurs de fréquence, d'impédance et d'angle de phase peuvent être visualisés sur l'écran de l'appareil durant les les mesures. L'impédance, la fréquence et l'angle de phase sont transmises, à l'aide d'un système à infra-rouge ou d'une fibre optique, à l'analyseur de données. Les données sont analysées à l'aide d'un logiciel intégrant plusieurs populations spécifiques (âge, sexe et conditions physiopathologiques).

Caractéristiques :
gamme de fréquences : 1 Khz à 100kHz
nombre d'électrodes : 4-6-8
température d'utilisation : 5 à 40°C

Les applications se font dans les domaines suivants :
- détermination des espaces intra- et extra-cellulaires pour différentes pathologies (hépatites, cirrhoses, alcoolisme, diabètes, cardiopathies, maladies du rein)
- monitorage de l'ICW et ECW en cardiologie
- croissance, vieillissement, nutrition et activité physique
- maladies infectieuses (VIH)
- médecine du sport
- oncologie
- gastroentérologie

Cet appareil aurait pû être décrit dans la partie ìEstimation de la circulation sanguineî car il permet une détermination du TBW, de l'ECW et de l'ICW ainsi que la mesure de l'impédance électrique thoracique.
 

Il existe d'autres entreprises commercialisant des appareils à fréquence unique : Maltron Ud (Maltron BT905), Holtain Ud. (Holtain), Uniquest Ltd. (SEAC BIM 4) et Cranlea and Co. (EZcomp 1500). De même les entreprises UFI (UFI 2994 THRI), BMR Co. (BMR 2000) et le SEAC SFB3 de Uniquest Ltd précédemment sitée, commercialisent des appareils à multi-fréquence.
Le manque d'informations à propos de ces instruments ne permet pas de les décrire ici.

III.1.b) Les appareils de mesure partielle

Les appareils de mesure partielle effectuent les mesures d'impédance corporelle entre les deux mains ou entre les deux pieds. L'utilisation des appareils est simplifiée car il n'y a pas de pose d'électrodes.

- American Weights&Measures

Cette entreprise américaine a été créée en 1997. C'est une division de Valhalla Medical. Elle est localisée à San Diego, aux Etats Unis et commercialise un analyseur de composition corporelle. Les données retournées au patient, et imprimées sont : le poids, le TBW, la masse de tissus maigres, la masse de graisse, le poids idéal exprimé par rapport au poids actuel, les dépenses énergétiques au repos, le risque d'avoir un cancer et l'espérance de vie basée sur le pourcentage de graisse du corps. Aucun pré-test n'est réalisé.
Cet appareil coûte 3 495 $
cliquez pour voir l'image
 

- Technical Healthcare Innovation

Cette entreprise a été créée en 1991. Elle distribue ses produits uniquement via Internet. Elle propose des produits de bien-être à des prix relativement bas, dont la gamme Omron. Les deux analyseurs de composition corporelle proposés sont des modèles mesurant l'impédance de la main droite à la main gauche. Ils ont été conçu pour une utilisation à domicile et effectuent les mesures très rapidement.

    - HBF-301

Cet appareil permet de déterminer le pourcentage de graisse et sa masse. Il est possible de conserver neuf profils en mémoire. Il coûte 125.95 $

    - HBF-300

Cet appareil détermine les mêmes données que le HBF-301. Il permet de conserver quatre profils et coûte 148.95 $.

cliquez pour voir l'image

- Tanita

Tanita est une entreprise japonaise commercialisant des pèse-personnes dont certains intègrent la mesure d'impédance corporelle. La mesure se fait entre les deux pieds et ne prend pas en compte la partie haute du corps. Plusieurs gammes de produits sont proposées suivant l'utilisation à laquelle ils sont destinés (à domicile ou pour une utilisation en centre médicalisé de remise en forme).

    - utilisation privée

Les appareils calculent le poids et la masse de graisse en quelques secondes, après saisie de l'âge, de la taille et du sexe de l'utilisateur. Ces produits sont portables et disposent d'une batterie (4*4 V, 4*6 V ou 6*9 V). . Il existe différentes contre-indications suivant les appareils, par exemple, les enfants ne peuvent pas utiliser tous les appareils proposés.

cliquez pour voir l'image

Les produits proposés sont : TBF-611, TBF-612, TBF-531, TBF-551, TBF-515, TBF-521, TBF-501. Ils coûtent respectivement 89.99 $, 109.99 $, 134.95 $, 159.99 $, 199.99 $, 259.99 $, 525 $.

    - utilisation professionnelle

Les appareils indiquent l'impédance, le pourcentage de masse de graisse, la masse de graisse, le TBW, la masse de tissus maigres, et la fourchette dans laquelle l'utilisateur devrait se situer.

cliquez pour voir l'image

Caractéristiques :
précision des résultats: inconnue
précision de la mesure : inconnue
équations prédictives : 4
répétabilité : inconnue
imprimante intégrée pour le TBF-105 et le TBF-305
durée de test : 3 min
énergie électrique inférieure à 1 µA
domaine d'impédance : TBF-105 (150 à 700 ohms), TBF-305 et TBF -401(150 à 900 ohms)
 

Les produits proposés sont : TBF-105, TBF-305, TBF-401. Ces produits coûtent respectivement 5 500 $, 2 750$ et 3 950 $. Il existe un logiciel permettant d'analyser, d'imprimer les données et qui propose un programme nutritionnel, celui-ci coûte 349.95 $

- Sécurité de tous les appareils de la gamme :

L'utilisation de ces appareils est contre-indiquée pour toute personne portant un pace-maker ou tout autre dispositif interne.

Ces appareils de mesure partielle apportent de nombreuses incertitudes sur les résultats obtenus et ils ne sont donc pas validés par la communauté scientifique. Selon l'Institut National de la Santé américain (National Institutes of Heatlh) : ìLe positionnement des électrodes de façon précise est crucial pour la précision et la reproductibilité des mesures de bioimpédanceî.

Il existe donc de nombreux fabricants d'analyseurs de composition corporelle. Ce domaine est en pleine expansion, particulièrement aux Etats-Unis où il existe un véritable marché de la forme à cause de l'importance de la population de personnes obèses. Cependant, les appareils de mesure à fréquence unique sont loin d'être fiables dans le cas des populations extrêmes. En effet, ils utilisent en général une seule population spécifique à partir de laquelle toutes les analyses sont faites. Il a été montré que ces prédictions tendent à sur-estimer le pourcentage de graisse chez les individus maigres et à la sous-estimer chez les individus obèses. Les appareils de mesure partielle sont très peu fiables et renseignent parfois de manière fantaisiste sur des critères incalculables par leurs appareils (risque de cancer, par exemple). Les appareils à multiples fréquences, quand à eux, sont promis à un bel avenir aussi bien dans le domaine de la recherche que dans le domaine commercial car ils donnent des informations sur de multiples pathologies.
 

III.2) Estimation de la circulation sanguine
(retour sommaire)

Le principe de cette mesure est d'envoyer un courant dans le thorax qui agit comme un transformateur courant-tension avec le sang comme conducteur, et de mesurer la tension récupérée. Cette application est expliquée dans la seconde partie.

- Cardiodynamics

Cardiodynamics est une corporation basée à San Diego, aux Etats-Unis. Elle développe et commercialise des appareils non-invasifs de monitorage cardiaque ( mesure de la capacité du coeur à délivré du sang riche en oxygène dans le corps). Ces appareils sont le BioZ System, le BioZ portable et le BioZ.com qui utilisent les propriétés de la bioimpédance électrique thoracique (TEB) pour obtenir des données qui étaient jusqu'alors accessibles à l'aide d'une procédure invasive (donc potentiellement dangeureuse) et chère appelée Pulmonary Artery Catheterization (PAC).

    - BioZ System

Cet appareil permet de suivre la dynamique du sang (hémodynamique) suivant les douze paramètres cités dans la seconde partie (Applications cliniques : application à l'impédance électrique thoracique) et la pression artérielle, avec la pose de quatre électrodes sur le thorax du patient.

cliquez pour voir l'image

Le BioZ System présente quatre pages d'écran permettant de suivre l'hémodynamique du patient : le diagnostic, le monitorage des différentes données, les données indexées, et les possibilités de traitement.

cliquez pour voir l'image

- écran de traitement :
L'état hémodynamique du patient est visualisé graphiquement sur l'écran par un cercle jaune sur une carte intégrée présentant la pression artérielle sur l'axe vertical et le pouls sur l'axe horizontal. Le but thérapeutique pour ce patient est défini par un hexagone bleu à l'intérieur duquel se trouvent les paramètres hémodynamiques normaux.

cliquez pour voir l'image

- écran de diagnostic
Celui-ci affiche en continu dix paramètres hémodynamiques sur un graphique horizontal. Les valeurs faibles, normales et hautes sont indiquées pour chaque paramètre de façon à ce que le praticien puisse connaître facilement l'état de son patient. Les données du patient sont affichées sur la droite de l'écran. les signaux ECG et impédance sont également affichés continuellement.

cliquez pour voir l'image

Caractéristiques :
courant injecté : 4 mA à 70 kHz
nombre d'électrodes : 4 pré-gelifiées
câble-patient
compatible avec une imprimante HP laserjet II
norme de sécurité : UL 544

Les applications se font dans les domaines de la cardiologie, de l'anesthésie et de la chirurgie, de la néphrologie, des soins d'urgence, de la gynécologie et de l'obstétrie, de la médecine interne, des soins critiques.

    - BioZ.com System

cliquez pour voir l'image

Ce produit permet d'accéder aux mêmes données que le BioZ, mais possède quelques options supplémentaires. En plus des douze paramètres permettant de suivre l'hémodynamique du patient, cet appareil mesure la résistance systémique vasculaire, l'indice de contractibilité et la teneur en fluides du thorax, et les affiche continuellement. Cet appareil est portable, compact et peut être placé à côté d'un lit d'hôpital pour surveiller le patient.

Caractéristiques :
courant injecté : 2.5 mA à 70 kHz
batterie en option (nickel-metal hybride) d'une capacité de 30 min
nombre d'électrodes : 4 paires pré-gelifiées
câble-patient
compatible avec les imprimantes HP
normes de sécurité : IEC 601-1, UL 2601, CSA 622.2

Les applications se font dans les domaines des soins critiques, de l'anesthésie, des soins d'urgence, des crises cardiaques, de l'hypertension, de la dialyse rénale, des risques en obstétrie, des soins à domicile.

- Sorba Medical Systems

Cette compagnie américaine développe, fabrique et distribue des appareils de monitorage non-invasif de la circulation sanguine.

-CIC-1000

Le CIC-1000 est un moniteur permettant de suivre l'activité cardiaque (ECG, ICG : Impedance cardiogram et PCG : phonocardiogram), basé sur l'analyse de l'impédance cardiaque. Cela permet de suivre le flux sanguin.
Le cardiographe dispose d'un mode oscilloscope pour visualiser les courbes en temps réel. Toutes les données collectées (18 paramètres) sont affichées. Cet appareil utilise un algorithme de détection de bruit pour éviter que les signaux de mauvaise qualité soient analysés.
Cet appareil comprend:
- un module de mesure d'impédance cardiographique
- un cable d'interface avec l'ordinateur
- des cables ECG et mesure de l'impédance du patient
- un amplificateur de bruit du coeur
- un logiciel
- 192 électrodes et un tube de gel
Les appareils de monitorage de la circulation sanguine sont beaucoup moins connus que les appareils de mesure de la composition corporelle. Ils représentent pourtant un énorme marché potentiel dans le domaine hospitalier, mais n'intéressent pas le grand public.

III.3) Conclusion
(retour sommaire)

Il existe aujoud'hui quelques entreprises commercialisant des bioimpédancemètres. Celles-ci sont localisées, pour la plupart aux Etats-Unis. L'émergence de nouvelles compagnies depuis la fin des années 80 tend à prouver que ce marché est en plein essor. Cependant, les produits proposés sur le marché sont essentiellement des appareils de détermination de la composition corporelle. Cela est dû à l'explosion du marché de la forme.
 
 
 
 

Au terme de cette étude, la bioimpédance se révèle bien présente sur le marché médical, certaines applications sont désormais relativement maîtrisées et commercialisées. Parmi celles-ci, la mesure de la composition corporelle est très représentative. Ces systèmes intéressent plus particulièrement le grand public, et apportent un réel progrès; la bioimpédance remplace la simple mesure de poids par une détermination de la composition détaillée des différents tissus. Depuis les années 90, le marché de la forme est en plein essor, surtout aux Etats-Unis, où la population, souffrant de problème de poids et de nutrition, est relativement importante. En France, la culture du fitness n'en est encore qu'à ses prémices et le marché offert est moins prometteur qu'outre atlantique. En théorie, la mesure de la composition corporelle est moins adaptée aux patients critiques et cette limite freine réellement son arrivée dans le domaine hospitalier. Dans ce secteur, malgré quelques difficultés de reproductibilité des mesures dépendantes de facteurs physiologiques, la technique de la bioimpédance est maîtrisée et son évolution vers une application universelle est certaine.

En hémodialyse, une brève apparition des impédancemètres a pu être observée durant les années 70 - 80 mais son arrivée a été trop tardive. Cette application de la bioimpédance s'est montrée nettement moins performante que les mesures optiques ìon lineî qui fournissent une valeur de l'hématocrite beaucoup plus précise. De même, à coût identique, la mesure par centrifugation reste une méthode simple, très efficace et pratiquement incontournable car elle permet d'obtenir plus d'informations.

L'imagerie d'impédance est l'application qui laisse le plus perplexe, son développement est bloqué au stade de la recherche et son apport en terme de diagnostic est très discutable. Aucun article ou étude scientifique n'expose une éventuelle internationalisation de la technique. Le protocole d'examen est tellement lourd (192 électrodes à placer!) qu'il est difficile de croire en cette méthode. Il est donc hasardeux de tirer des conclusions sur ce sujet. Néanmoins, il est possible de dire que l'essor de cette technique devra passer par des progrès technologiques très importants, non envisageables pour le moment.

Par contre, l'impédance électrique thoracique semble être la technique d'avenir de la bioimpédance. La multitude de paramètres mesurables révèle beaucoup plus d'informations sur l'état du myocarde qu'un simple ECG. Huit électrodes et un impédancemétre font un état complet de la circulation sanguine et du myocarde en termes de volume, de pression et d'efficacité. Peu de sociétés fabriquent ce type d'appareils pour l'instant mais la qualité du système est telle qu'il est fortement probable de voir apparaître ce modèle dans les salles de réveil européennes.
 
 

- Thèse présentée par Leila Hamzaoui-Idrissi pour l'obtention du Doctorat de l'Université Paul Sabatier de Toulouse, le 4 Juillet 1994 : Caractérisation des tissus biologiques par spectrométrie de la bio-impédance électrique.

- Thèse présentée par Yu Shi pour l'obtention du Doctorat de l'Institut Polytechnique de Toulouse, le 2 Juin 1992 : Mise en oeuvre et évaluation d'un dispositif d'imagerie d'impédance bioélectrique.

- Thèse présentée par Mahmoud Maasrani pour l'obtention du Doctorat de l'Université de Technologie de Compiègne, le 17 Avril 1996 : Exploitation des modèles cinétiques et des mesures d'impédance biologique pour le contrôle des transferts de masse et de fluide lors de la dialyse.

- Thèse présentée par Francine Schroeder pour l'obtention du Doctorat de l'Université de Nancy I, le 9 Mars 1990 : Un nouveau paramètre obtenu par bioimpédance électrique thoracique ; étude aux cours des transplantations rénales.

- Thèse présentée par M.Bureau pour l'obtention du doctorat de l'Université de Caen, en 1992 sous la direction de M. Foucault : Bioimpédance électrique thoracique : Une technique non invasive de détermination du débit cardiaque en comparaison à la thermodilution, intérêts et limites.

- Thèse présentée par M.Mourie pour l'obtention du doctorat de l'Université de Toulouse 3, en 1991 sous la direction de M. Morucci : Etude et développement d'algorithmes de reconstruction en imagerie d'impédance.

- Thèse présentée par Alain Frisoni pour l'obtention du doctorat de l'Université de Nancy 1, en 1988 sous la direction de M. Haberer : Validation d'une nouvelle technique de mesure de débit cardiaque : la bioimpédance électrique thoracique.

- Handbook Biomedical Engineering aux éditions. CRC press, rédacteur en chef : M. Bonzino.

- World Congress on medical physics and biomedical Engineering. Vol 35, September 14-19, 1997. Nice, France.

- Bioelectrical Impedance Analysis in Body Composition Measurement : National Institutes of Health. technology assesment Conference statement, december 12-14, 1994
 

Brochures :

- B.I.A. 101/S, Akern, determination of body composition with bioelectrical impedance analysis.
- A simple way to measure intra and extra cellular fluid ; Bioimpedance Spectroscopy (BIS) Technology (Xitron technologies)
-HUMAN-IMSCAN (DS Medigroup)
-HUMAN-IMDIP (DS Medigroup)
- Dietosystem Scientific Monographs, Bioelectrical Impedance and Body composition

Sites Web :

http://florey.biosci.uq.edu.au/BIA/
http://bodystat.com
http://www.biodyncorp.com/
http://bioanalogics.com/
http://www.dermanova.ca/index.htm
http://rjlsystems.com/
http://www.valmedprod.com
http://www.t-h-i.com/
http://www.sameint.it/dsmedi/dietosys/
http://www.cardiodynamics.com/
http://www.execpc.com/~sorba/index.html
http://bme01.engr.latech.edu/cdrom/texts/341.html
http://www.mediconsult.com/obesity/shareware/obstats/measured.html