Photopléthysmographie vidéo faciale pour mesurer la fréquence cardiaque moyenne et instantanée

La surveillance de la fréquence cardiaque alimentée par l'IA devient encore plus précise

La fréquence cardiaque est l'une des mesures de santé les plus élémentaires, utilisée pour l'évaluation cardiovasculaire, la surveillance du stress et la détection des maladies. Les méthodes traditionnelles telles que l'ECG et les oxymètres de pouls nécessitent un contact direct avec la peau et des dispositifs médicaux dédiés. Mais la photopléthysmographie vidéo (VPPG) offre une nouvelle méthode : la surveillance de la fréquence cardiaque sans contact par caméra à l'aide d'un smartphone ou d'un ordinateur portable uniquement.

Une nouvelle étude a validé le VPPG de Shen, démontrant une précision comparable à celle des mesures des appareils médicaux et prouvant qu'il s'agit d'un outil fiable et accessible pour la mesure de la fréquence cardiaque en temps réel.

Informations clés

• Les émissions VPPG de Shen précision comparable à celle de l'ECG. Les mesures de fréquence cardiaque basées sur la vidéo présentent une erreur moyenne aussi faible que 0,1 bpm, avec un coefficient de corrélation supérieur à 0,99, correspondant aux lectures basées sur l'ECG.
• C'est fonctionne pour des mesures plus courtes également. La technologie a maintenu une haute précision pour une fréquence cardiaque moyenne de 60 secondes ainsi que pour des périodes de 10 secondes ou 4 secondes avec une erreur inférieure à 1 bpm dans 94,5 % à 100 % des cas.
• Offres de surveillance de la santé par IA une plus grande accessibilité. En éliminant le besoin de matériel spécialisé, Shen AI permet un suivi de santé précis et en temps réel pour tout le monde, à l'aide d'un smartphone ou d'un ordinateur portable.

Introduction à la recherche

Ce qui suit est un extrait de l'article « Photopléthysmographie vidéo faciale pour mesurer la fréquence cardiaque moyenne et instantanée : une étude pilote de validation ».

La fréquence cardiaque (FC), ou fréquence du pouls, est l'un des signes vitaux utilisés lors des examens médicaux pour l'évaluation de base de l'état du système cardiovasculaire. La fréquence cardiaque au repos peut aider à détecter diverses maladies et à prévoir la mortalité cardiovasculaire et toutes causes confondues. En particulier, une étude menée par UK Biobank auprès de plus de 500 000 personnes suivies pendant une période allant jusqu'à 12 ans a montré qu'une augmentation de 10 bpm de la fréquence cardiaque au repos était associée à une augmentation de 22 % et 19 % du risque de mortalité toutes causes confondues chez les hommes et les femmes, respectivement. Une méta-analyse portant sur plus de 1,2 million de personnes suivies pendant une période allant jusqu'à 40 ans a montré qu'une augmentation de la fréquence cardiaque au repos était associée à une augmentation de la mortalité cardiovasculaire et de la mortalité toutes causes confondues, indépendamment des facteurs de risque cardiovasculaires traditionnels. De plus, il a été démontré qu'une augmentation de la fréquence cardiaque au repos au fil du temps était également associée à une mortalité toutes causes confondues plus élevée, le risque de décès augmentant de 33 % pour chaque augmentation de 10 bpm sur six ans. Par conséquent, une évaluation régulière des ressources humaines est un élément important de la prévention. La HR reflète également la réponse du corps au stress, aux émotions, à l'exercice ou à d'autres stimuli, et peut donc être utilisée pour l'autosurveillance dans un contexte de santé et de bien-être. Il peut également être utilisé pour surveiller le processus de réadaptation cardiaque ainsi que pour surveiller la fatigue et le processus de récupération chez les athlètes afin de prévenir le surentraînement et d'optimiser l'efficacité de l'entraînement. De plus, il peut être utilisé pour surveiller l'état physiologique des conducteurs ou pour surveiller les interactions homme-ordinateur.

La photopléthysmographie (PPG), c'est-à-dire une technique optique de détection des pulsations sanguines dans le système vasculaire de la peau, est couramment utilisée pour mesurer ou surveiller en continu la fréquence cardiaque et d'autres signes vitaux au moyen de sondes/clips spéciaux fixés généralement au lobe d'un doigt ou d'une oreille. Les capteurs PPG sont également de plus en plus intégrés dans divers appareils portables, tels que les montres intelligentes ou les bracelets. Les deux principales limites des mesures classiques basées sur le PPG sont : 1) la nécessité d'un appareil spécial, tel qu'un oxymètre de pouls ou un appareil portable équipé de la technologie PPG, ce qui limite naturellement la disponibilité de telles mesures, et 2) la nécessité d'un contact avec la peau, qui n'est généralement pas aussi important dans le cas des auto-mesures à l'aide de son propre appareil, mais peut être plus important dans les établissements de santé ou dans le cas de mesures prises par une autre personne ou par une personne utilisant son propre appareil l'appareil d'un autre, notamment en cas d'épidémie.

La solution aux limitations ci-dessus peut être la PPG basée sur la vidéo (vPPG), c'est-à-dire une technique PPG à distance, également connue sous le nom de photopléthysmographie à distance ou par imagerie, qui utilise des images vidéo numériques de la peau pour détecter de minuscules changements de couleur de la peau causés par les pulsations sanguines dans les vaisseaux sanguins superficiels et les modifications qui en résultent dans l'absorption sanguine de la lumière incidente sur la peau (principalement par l'hémoglobine). Ces mesures VPPG pourraient être effectuées à l'aide de sources lumineuses spéciales (par exemple des LED avec des longueurs d'onde spécifiques) et d'un logiciel informatique pour analyser les images vidéo provenant d'appareils photo numériques professionnels.

Cependant, ces mesures peuvent également être effectuées en utilisant la lumière blanche ambiante (naturelle ou artificielle) comme source de lumière éclairant la peau, une caméra grand public intégrée à un smartphone en tant que capteur d'image et la puissance de traitement du smartphone pour analyser les images vidéo à l'aide d'une application mobile, rendant ainsi cette technologie accessible à la plupart des utilisateurs de smartphones sans avoir besoin d'aucun autre appareil et sans contact avec la peau. La possibilité d'utiliser le VPPG pour la surveillance sans contact de la fréquence cardiaque et d'autres signes vitaux a beaucoup attiré l'attention ces dernières années, notamment la possibilité de mesurer à distance les signes vitaux dans les applications de télémédecine, pour le triage des patients
à des fins ou pour surveiller les conducteurs.

Dans cette étude, nous avons étudié la technologie vPPG développée par MX Labs (Tallinn, Estonie) appelée Shen.AI Vitals. Cette technologie utilise des algorithmes de détection et de suivi des visages pour obtenir des signaux vPPG provenant de plusieurs régions de la peau du visage pendant un enregistrement vidéo d'une minute, puis utilise divers algorithmes de traitement du signal pour analyser et combiner les informations provenant de ces signaux (dans les canaux rouge, vert et bleu) afin d'estimer la FC ainsi que d'autres paramètres physiologiques. En particulier, deux types de valeurs HR sont fournis : une fois la mesure effectuée, la FC moyenne sur l'ensemble de la minute est fournie, tandis que pendant la mesure (toutes les 1 seconde), les valeurs moyennes de périodes plus courtes sont fournies, c'est-à-dire la FC moyenne des 10 secondes précédentes (par défaut) ou des 4 secondes précédentes (facultatif).

Le but de notre étude était d'évaluer l'exactitude et la précision des mesures de la fréquence cardiaque effectuées à l'aide de la technologie vPPG testée et d'une caméra pour smartphone en les comparant à des valeurs de référence obtenues à partir d'un électrocardiogramme (ECG) enregistré simultanément.