Thèse Muse-Mf Multi Sensor Muscle Function Développement d'Un Système Intégré pour l'Évaluation Multimodale de la Fonction Musculaire H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Micro-électronique de Montpellier
Direction de la thèse : Serge BERNARD ORCID 0000000317720592
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59

Le maintien d'une fonction adéquate des muscles squelettiques est essentiel pour préserver la mobilité, l'autonomie et la qualité de vie des personnes au cours du vieillissement. Des programmes d'exercice combinant entraînement en résistance et en endurance contribuent à lutter contre la sarcopénie, à soutenir la fonction neuromusculaire, et à réduire le risque de chutes et de handicaps.
Plus largement, l'activité physique améliore la santé neurovasculaire et la neuroplasticité, entraînant des bénéfices significatifs sur l'équilibre, les fonctions cognitives et le bien-être mental.
Dans ce contexte, le développement d'une méthode précise et facile d'utilisation pour évaluer l'efficacité de la fonction musculaire constituerait une avancée majeure pour la promotion de la santé, la prévention personnalisée, la rééducation ou encore l'entraînement sportif.
Les technologies actuelles d'évaluation de la fonction musculaire sont fragmentées et présentent des limitations majeures. De plus, ces différentes techniques de mesure sont généralement utilisées séparément, soit au moyen d'instruments de laboratoire encombrants, soit via des dispositifs portables isolés. Ainsi, aucun dispositif portable existant n'est capable de proposer une interprétation mécanistique de la fonction musculaire reliant sa commande nerveuse et la production mécanique associée. Le projet MUSE-MF répond directement à cet enjeu en développant un dispositif diagnostique unique et portable qui intègre un système complet de détection multimodale dédié au diagnostic fonctionnel. Il combine la spectroscopie de bio-impédance (BIS : contraction du muscle) et l'électromyographie (EMG : activation neuromusculaire), afin de permettre un suivi en temps réel de la commande neuronale et de la mécanique contractile pendant la contraction musculaire. Avec un tel dispositif, il devient possible d'évaluer les lésions musculaires, quantifier l'atrophie et distinguer les troubles neuromusculaires induites par des pathologies.

La technologie BIS consiste à mesurer la réponse en fréquence de l'impédance électrique complexe des tissus biologiques. Récemment, des recherches ont montré le potentiel de cette technologie vis- à-vis de l'évaluation de la fonction musculaire, au travers de mesures locales. Plusieurs études ont ainsi mis en évidence une modification de l'impédance mesurée avant et après un effort musculaire [1-3]. Ces études ont été réalisées en utilisant soit une instrumentation de table classique, soit des systèmes custom construits à partir de circuits intégrés du commerce, puisqu'il n'existe actuellement aucun dispositif commercial portable permettant de réaliser une spectroscopie de bioimpédance locale. De plus, une limitation majeure des dispositifs existants est que la réponse en fréquence est construite à partir de mesures successives mono fréquence avec un balayage en fréquence du signal de stimulation ; l'obtention d'une réponse en fréquence valide nécessite ainsi l'immobilité de la personne pendant toute la durée des mesures successives, ce qui empêche le recueil de données sur une personne en activité. Le LIRMM dispose en revanche d'une puce BIS innovante qui permet d'obtenir une réponse en fréquence valide sur une personne en activité, grâce à une stimulation multifréquence.
Cette puce constitue un atout unique pour pouvoir étudier l'activité musculaire dans des conditions dynamiques représentatives de cas d'usage réels.
La technologie EMG est quant à elle utilisée depuis longtemps pour évaluer la fonction musculaire. De nombreux dispositifs sont disponibles dans le commerce, principalement des instruments sur
table, mais également depuis quelques années des dispositifs portables. Des circuits intégrés dédiés à la mesure EMG sont également disponibles pour construire son propre système. Cette technologie permet de capturer l'activation neuronale des muscles, mais elle souffre toutefois d'interférences et d'une corrélation limitée avec la génération de force lors de contractions dynamiques. Des travaux récents ont montré l'intérêt de coupler des mesures EMG avec des mesures BIS pour établir une évaluation plus robuste de la condition du muscle [4-5].

L'objectif de cette thèse est de développer un dispositif portable innovant permettant une évaluation complète, en temps réel et non invasive de la fonction des muscles squelettiques. Il s'agira de combiner au sein d'un dispositif unique des mesures de bioimpédancemétrie avancée et
d'électromyographie de surface. Ce dispositif multimodal permettra d'observer simultanément l'activation neuromusculaire et la contraction musculaire profonde sur une personne en activité, ouvrant ainsi la voie à une compréhension intégrée et répétable de la fonction musculaire in situ.

Cette thèse s'appuiera sur une approche expérimentale intégrant plusieurs volets méthodologiques :
(i) Développement d'un prototype multimodal opérationnel combinant les technologies BIS multifréquence et EMG, avec une capture des signaux sur les mêmes électrodes. Ce prototype sera basé sur la puce BIS du LIRMM et des composant du commerce. Il sera utilisé dans le cadre du projet pour réaliser des collectes de données sur des personnes réalisant des activités physiques représentatives de cas d'usage en conditions réelles (conditions dynamiques).
(ii) Collecte & analyse de données (en collaboration avec EuroMov DHM). Les données seront collectées auprès de participants sains réalisant des contractions musculaires isométriques et dynamiques à intensité contrôlée, incluant des protocoles de fatigue afin d'explorer différentesconditions de fonctionnement neuromusculaire. Les données seront analysées and s'appuyant sur des approches statistiques et/ou des méthodes d'apprentissage automatique.
(iii) Conception d'une puce innovante pour une évaluation BIS/EMG simultanée avec des performances optimisées. Les premières collectes de données obtenues avec le prototype serviront de retour d'expérience pour affiner le cahier des charges. Une architecture optimisée sera alors définie (intégration des mesures EMG, évolution de l'architecture BIS existante pour permettre une mesure temps réel), et la conception physique des différents blocs fonctionnels sera réalisée (dessin des masques).
(iv) Signature pour l'évaluation de la fonction musculaire. Les données collectées avec le prototype permettront d'avancer sur la définition d'indicateurs robustes de la fonction musculaire et de poser les bases d'un modèle prédictif. Même si le modèle n'est pas complètement défini dans la durée du projet, il sera possible d'estimer les ressources matérielles nécessaires pour une prédiction embarquée et de développer les briques de bases à intégrer dans la future puce.