- Cette étude propose d'améliorer les valeurs de sensibilité et de spécificité d'un test médical de diagnostic de la syncope chez l'homme. Cette amélioration repose notamment sur l'utilisation d'un réseau de neurones

BELLARD, E.

LEFTHERIOTIS, G.

PLANTIER, G.

SCHANG, D.

I-Revues

Prévention de la syncope chez l'homme 
 
D. SCHANG1, G. PLANTIER1, E. BELLARD2, G. LEFTHERIOTIS2 
1ESEO, Ecole Supérieure d'Electronique de l'Ouest,   
4, rue Merlet de la Boulaye, BP 30926, 49009 Angers Cedex 1 
2 Laboratoire de Physiologie, UPRES-EA 2170,  
rue haute de Reculée, 49035 Angers 
daniel.schang@eseo.fr,  guy.plantier@eseo.fr, exploVasc@chu-angers.fr, geleftheriotis@chu-angers.fr 
 
Résumé – Cette étude propose d'améliorer les valeurs de sensibilité et de spécificité d'un test médical de diagnostic de la 
syncope chez l'homme. Cette amélioration repose notamment sur l'utilisation d'un réseau de neurones.   
 
Abstract – This paper gives a promising technique to predict the outcome of a syncope human test. The use of an artificial neural 
network allows to predict the issue of the test. 
 
1. Introduction 
Dans le domaine de la cardiologie, les syncopes 
représentent 3% des admissions des services d'urgence et 1 à 
6% des hospitalisations. Elles sont fréquemment responsables 
de traumatismes, parfois graves, aussi bien chez le sujet âgé 
que le sujet jeune. Malheureusement, malgré un bilan 
complet comprenant un examen clinique neurologique et 
cardiaque approfondi, des enregistrements de longue durée 
de l’électrocardiogramme (ECG) et une exploration 
electrophysiologique, la cause précise de perte de 
connaissance n’est retrouvée que dans 60% des cas. Le test 
d’inclinaison ou TILT-test permet d’apporter des premiers 
éléments de réponse pour ce type de pathologie et surtout 
d'identifier le mécanisme des malaises afin d'adapter le 
traitement médical. Ce test est effectué à jeun : le malade doit 
rester allongé sur la table d’examen pendant 10 minutes en 
position horizontale, puis la table, mue par un moteur 
électrique est ensuite inclinée à 60°, 70° ou 80° pendant au 
maximum 45 minutes. La fréquence cardiaque, la pression 
artérielle et un ECG sont enregistrés de façon synchrone. 
De nombreuses études ont tenté de réduire la durée du 
TILT-test qui peut atteindre 45 minutes si le patient ne fait 
pas de syncope. Ainsi, [7] se sont intéressés aux 6 premières 
minutes de ce test qui coïncident avec le début du 
basculement du patient. Ils obtiennent rétrospectivement sur 
un groupe de 110 patients, pour un TILT-test à 60°, une 
spécificité de 100% (la spécificité définit le pourcentage de 
patients parmi les non syncopeurs qui sont effectivement 
classés comme non syncopeurs) et une sensibilité de 88,6% 
(la sensibilité définit le pourcentage de patients parmi les 
syncopeurs qui sont effectivement classés comme 
syncopeurs). Un accroissement de la fréquence cardiaque 
inférieur à 18 battements par minute conduit les auteurs à 
prédire l'absence de syncope. Testé prospectivement sur un 
groupe de 109 patients, ce seuil permet d'obtenir une 
spécificité de 96,4% et une sensibilité de 87,3%. Pour des 
raisons évidentes de coût, de récents travaux tentent de 
réduire encore la durée du TILT-test. Ainsi, [1] ont proposé 
de prédire l'apparition d'une syncope pour un TILT-test à 70° 
en utilisant un signal d'impédancemétrie thoracique. Ce 
signal varie en fonction de l'éjection cardiaque (voir Figure 1, 
courbe Z), et ce battement par battement. Un seuillage de la 
moyenne des intervalles de temps T2 (Figure 1, courbe dZ/dt) 
recueillis durant la période couchée leur permet d'atteindre 
une sensibilité de 68% et une spécificité de 63% sur un 
groupe de 68 patients. 
0 100 200 300 400 500 600
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
Z
0 100 200 300 400 500 600
-1000
-500
0
500
1000
dZ/dt
 
Anorm 
T2 
FIG. 1 : indices calculés sur la dérivée de la courbe 
d'impédancemétrie 
Malheureusement, cette étude n'a été réalisée que de 
manière rétrospective. La méthode proposée vise à améliorer 
la sensibilité et la spécificité pour un TILT-test à 70° en se 
fondant sur des index impédancemétriques mesurés pendant 
la période de repos. Ces index ont été validés 
retrospectivement et prospectivement. 
 
2. Acquisition des signaux 
2.1 Patients 
La base de données de patients a été fournie par le service 
de cardiologie du CHU d'Angers. Elle contient 129 patients 
ayant réalisé au moins une syncope durant les 3 derniers mois 
avant le TILT-test. Des examens médicaux ont permis 
d'écarter tout type de pathologie lourde. Ces patients ont 
ensuite été divisés en deux groupes. Le premier groupe de 70 
patients a servi à affiner la méthode de prédiction de la 
syncope (âge moyen : 42±15 ans, extrêmes 18-73 ans, 35 
hommes, 37 TILT-test positifs). Le second groupe a permis 
de valider l'algorithme (59 patients, âge moyen : 42±13 ans, 
extrêmes 18-69 ans, 28 hommes, 26 TILT-test positifs). 
2.2 Mesure de l'impédancemétrie thoracique 
Deux types de signaux ont été recueillis pour chaque 
patient durant le TILT-test : l'ECG et le signal d'impédance 
(Z). Ces deux signaux ont été mesurés par un 
impédancemètre (Physioflow, brevet déposé en 1994, 
Manatec, Biomedical, France [2]). La courbe Z est obtenue 
par l'injection à haute fréquence (75Khz) et à basse intensité 
(1.8 mA) d'un courant alternatif entre le cou et la base du 
thorax. L'ECG et Z sont échantillonnés à 250 Hz et stockés 
au fur et à mesure sur le disque dur d'un PC raccordé au 
Physioflow. Deux électrodes sont utilisées pour capter 
l’ECG; les quatre autres électrodes servent à récupérer le 
signal d'impédancemétrie. La position des électrodes pour 
l’impédance n’est pas critique, pourvu qu’au moins une paire 
soit à la base du cou et l’autre à la base du thorax. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIG. 2 : positionnement des électrodes 
 
Par ailleurs, cet appareil permet également de calculer en 
temps réel, tous les 12 battements cardiaques le débit 
cardiaque du cœur ainsi que les pressions artérielles 
systoliques et diastoliques et ce, sans comprimer le bras. Ces 
trois derniers paramètres permettent notamment de prédire les 
risques d'infarctus [4]. Enfin, l'un des principaux avantages 
de cet appareil réside dans son caractère non invasif. 
2.3 Protocole 
Pour chacun des 129 patients, un TILT-test a été réalisé. 
Tous les tests ont eu lieu entre 14 heures et 17 heures dans 
une chambre à lumière tamisée et à une température comprise 
entre 24° et 25°. Après une période de repos de 10 minutes, 
les patients étaient verticalisés à 70° pour une durée de 45 
minutes. En cas d'apparition de syncope ou pré-syncope 
(pâleur excessive, sueurs), le patient était ramené dans la 
position horizontale mettant fin au test. Le patient était alors 
classé comme syncopeur, dans le cas contraire, le patient était 
considéré comme non syncopeur.  
 
3. Traitement des signaux 
3.1 Extraction du 
norm
(Temps d'éjection 
ventriculaire normalisé) et de l'aire 
TEV
normA  
Tous les traitements ont été effectués sous MatLab© (The 
Mathworks Inc., South Natic, MA, USA). Les  prévisions de 
la syncope reposent sur 4 paramètres qui sont ensuite injectés 
dans un réseau de neurones. Ces paramètres sont : l'âge du 
patient, le sexe, le 
normTEV et l'aire norm  (Figure 1). Tandis 
que le TEV désigne le temps d'éjection ventriculaire c'est-à-
dire l'intervalle de temps entre l'ouverture de la valve aortique 
et la fermeture de cette valve, le TEV
A
norm désigne la 
proportion qui est occupée par le TEV durant la totalité d'un 
battement cardiaque. Ainsi un TEVnorm à 25% indique que le 
temps TEV se déroule pendant ¼ du battement cardiaque.  
L'intérêt de cette normalisation est de s'affranchir de la 
fréquence cardiaque qui pourrait allonger ou rétrécir 
artificiellement le TEV. La variable 
normTEV  désignera la 
moyenne de certains TEVnorm ainsi qu'on le verra par la suite. 
L'aire Anorm dont le calcul se justifie par sa corrélation avec le 
débit cardiaque du patient [6] matérialise l'aire sous la courbe 
dZ/dt durant le TEV (Figure 1). A l'identique du calcul de 
norm
, la variable TEV norm  désignera la moyenne de certains 
A
A
norm. Le normTEV a été déterminé à l'aide des 4 étapes 
suivantes : 
 
1°) filtrage de la totalité de la courbe d'impédance Z afin 
d'améliorer le rapport signal sur bruit et de diminuer en 
particulier les perturbations du 50 Hz. Nous avons utilisé 
un filtre à réponse impulsionnelle finie passe-bas d'ordre 
128 avec une fréquence de coupure égale à 30 Hz. Le 
filtre synthétisé possède un déphasage linéaire dans la 
bande passante ce qui réduit au maximum les distorsions 
du signal utile. 
 
2°) calcul des dérivées dECG/dt et dZ/dt par dérivée 
centrale à partir des courbes ECG et Z. 
 
3°) extraction de tous les complexes cardiaques à partir de 
la courbe dZ/dt. Une méthode de seuillage classique 
fondée sur dECG/dt a été utilisée [5].  
 
4°) réaliser une interpolation linéaire de tous les 
complexes cardiaques afin qu'ils occupent la même 
longueur. Arbitrairement, tous les complexes cardiaques 
ont été normés à une longueur de 1000 ms. Ainsi, un TEV 
valant 200 ms indiquera que le TEVnorm vaut 20%. 
 
5°) durant les 10 minutes de la période couchée : 
5.a) calculer 12 TEVnorm instantanés (1), 
(2), ..., TEV (12) .  
inst
normTEV
inst
normTEV
inst
norm
5.b) rejeter parmi les TEV (i)  (i ∈ [1;12]) les 3 
plus petites valeurs, 
inst
norm
5.c) rejeter parmi les TEV (i)  (i ∈ [1;12]) les 3 
plus grandes valeurs, 
inst
norm
5.d) répéter les étapes 5.a) à 5.c) jusqu'à la fin de la 
période allongée et faire la moyenne de toutes les 
valeurs restantes pour obtenir la valeur 
normTEV . 
Ce procédé de moyennage roulant qui ne conserve à chaque 
fois que 6 valeurs sur 12 a été emprunté à l'appareil 
Physioflow [2] qui utilise cette méthode pour calculer le débit 
cardiaque. Un filtrage souple des valeurs aberrantes a ainsi 
pu être réalisé. La valeur 
normA a été déterminée de la même 
manière que le 
normTEV  (moyenne roulante de 6 valeurs sur 12 
valeurs, ...).  
 
3.2 Réseau de neurones 
Après de très nombreux essais, l'architecture qui a conduit 
aux meilleurs résultats fut un réseau de neurones avec 6 
neurones en couche cachée et 2 neurones en couche de sortie 
(Figure 2). Les données en entrée du réseau, âge, sexe, 
norm
et TEV norm , ont été prétraitées afin d'obtenir pour 
chacune d'elles une moyenne nulle et un écart type de 1. La 
sortie du réseau de neurone valait (1,0) pour un patient 
syncopeur tandis qu'elle valait (0,1) pour un patient non 
syncopeur. Toutes les fonctions d'activation sont du type 
sigmoïde. 
A
L'apprentissage a été réalisé sur le corpus de 70 patients. 
Pour chaque série de 1000 apprentissages, une division 
aléatoire des 70 patients en un groupe de 45 patients pour 
l'apprentissage et un groupe de 25 patients pour la validation 
a été réalisée. Le corpus de 59 patients servait ensuite de test. 
Tous les apprentissages ont été réalisés sur la base de 
l'algorithme de Levenberg-Marquardt. Afin d'éviter le 
surapprentissage, la phase d'apprentissage était stoppée dès 
que l'erreur quadratique remontait au dessus de 1.05× 
minimum de l'erreur quadratique obtenue lors de la phase de 
descente de l'erreur sur le corpus de 25 patients. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
normTEV
normA
Age
Sexe
 
FIG. 3 : architecture du réseau de neurones 
4. Performances de la méthode 
Les résultats qui figurent dans le tableau ci-dessous 
démontrent une amélioration sensible des résultats par 
rapport à l'existant, en particulier dans la phase prospective. 
La spécificité s'améliore de 10% en prospectif par rapport 
aux travaux de [1] qui ne sont que rétrospectifs.  Par ailleurs, 
ces valeurs sont à considérer par rapport à la reproductibilité 
du TILT-test dont plusieurs travaux ont montré qu'elle se 
situait entre 67% et 85%. Si ces dernières valeurs semblent 
assez faibles, elles sont relativement satisfaisantes dans le 
cadre de cette pathologie très fluctuante dans son expression 
[3]. Enfin l'effectif des groupes étudiés qui peut sembler 
faible a priori est significativement plus grand que celui des 
études actuelles. 
 
TAB. 1 : performances de Bellard et al., 2003 
 
Type d'approche : Bellard et al., 2003 : 
Nature du groupe : Groupe rétrospectif 
Nombre de patients : n=68 
Spécificité : 63% 
Sensibilité : 68% 
)
100
1()
100
1(
22 ésensibilitéspécificit −− +
 
0.48 
 
 
TAB. 2 : performances rétrospectives de l'approche 
proposée 
Type d'approche : Approche proposée : 
Nature du groupe : Groupes rétrospectifs 
Nombre de patients : n=45  n=25 
Spécificité : 100% 82% 
Sensibilité : 100% 71% 
)
100
1()
100
1(
22 ésensibilitéspécificit −− +
 
0.00 0.34 
 
 
 
 
 
TAB. 3 : performances prospectives de l'approche proposée 
 
Type d'approche : Approche proposée : 
Nature du groupe : Groupe prospectif 
Nombre de patients : n=59 
Spécificité : 73% 
Sensibilité : 69% 
)
100
1()
100
1(
22 ésensibilitéspécificit −− +
 
0.41 
 
5. Conclusion 
Le principale originalité de cet article réside dans sa 
tentative de prédiction de la syncope dès la position couchée 
alors que toutes les études actuelles nécessitent que le patient 
ait été basculé au préalable. 
 Les résultats confirment la possibilité de détecter 
automatiquement l'occurrence de syncope au TILT-test avec 
une sensibilité de 69% et une spécificité de 73% sur un 
groupe prospectif de patients. Les résultats sont très 
encourageants et une poursuite de l'étude (augmentation de la 
base de données, ajout de nouvelles variables) devrait 
permettre d'améliorer encore ces résultats, en vue d'une 
application pratique d'aide au diagnostic et d'intégration 
future dans l'impédancemètre Physioflow. 
 
Références 
[1] Bellard E, Fortrat JO, Schang D, Dupuis JM, Victor J, 
Lefthériotis G. Changes in transthoracic impedance signal 
predict outcome of 70º head-up tilt test. To appear in 
Clinical Science, 2003. 
[2] Bour J, Schang D, Notton P. Apparatus for measuring 
and processing physiological signals and automatic method 
therefor. Patent PCT/FR94/00930, 1994. 
[3] Buitler M, Grogan EW, Picone MF, and Casteen JA. 
Immediate reproductibility of the tilt-table test in adults with 
unexplained syncope. Am J Cardiol 1993;71 :304-307.  
[4] Dupuis JM, Prunier F, Abi-Khalil, Pezard Ph, Bour F, 
Geslin Ph. Best detection of coronary artery disease using a 
new generation impedance cardiography. Comparison to 
exercise thallium 201 scintigraphy. Heart Journal 2000;83 
supplement II.  
[5] Friesen GM, Jannett TC, Jadallah MA, Yates SL, Quint 
SR, Nagle HT. A comparaison of the noise sensitivity of 
nine QRS detection algorithms. IEEE Transactions on 
biomedical engineering. Vol 37 : p85-98, 1990. 
[6] Kubicek WG, Karnegis JN, Patterson RP, Witsor DA, 
Matison RH. Development and evaluation of an impedance 
cardiac output system. Aerosp Med. Vol 37 : p1208-1212, 
1966. 
[7] Mallat Z, Vicaut E, Sangaré A, Verscueren J, Fontaine 
G, Frank R. Prediction of head-up tilt test result by analysis 
of early heart rate variations. Circulation;96 :581-584, 1997.  
 
 
 
 
 
 


Prévention de la syncope chez l'homme

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