Chaque valeur de variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) naît des quatre mêmes étapes : repérer chaque battement, mesurer les intervalles entre battements, écarter les mauvais battements, puis transformer les intervalles restants en un seul chiffre. Cette leçon parcourt chaque étape, avec un calcul que vous pouvez faire sur papier.
Dans la leçon 2, vous avez vu l’image qui sous-tend la VFC : une ligne d’intervalles entre battements qui ondule vers le haut et vers le bas. Dans la leçon 4, vous avez vu comment un seul mauvais battement peut fausser la valeur. Vous allez maintenant voir comment un appareil passe de votre battement de cœur au chiffre affiché à l’écran.
Étape 1 : repérer chaque battement
Un appareil doit d’abord savoir précisément quand survient chaque battement. Il y a deux grandes méthodes.
ECG ECG Un enregistrement de l’activité électrique du cœur, réalisé avec des électrodes posées sur la peau. Les intervalles RR obtenus par ECG sont la méthode de référence pour mesurer la VFC. En savoir plus sur ECG (ceintures thoraciques et ECG médicaux). Des électrodes posées sur la peau captent le signal électrique du cœur. Chaque battement produit un pic haut et net, appelé pic R. Comme ce pic est très net, un logiciel peut le dater avec une grande précision. C’est pourquoi l’ECG est la méthode de référence pour la VFC.
PPG PPG Une méthode optique qui envoie de la lumière dans la peau et détecte l'afflux de sang qui accompagne chaque battement. La plupart des montres, des bagues et des applications utilisant la caméra du téléphone s'en servent pour estimer la VFC. En savoir plus sur PPG (montres, bagues et caméras de téléphone). Un capteur optique envoie de la lumière dans la peau et mesure la quantité qui revient. À chaque battement, une pulsation de sang passe sous le capteur et modifie le signal. L’appareil date chaque onde de pouls au lieu de chaque battement électrique.
L’onde de pouls atteint votre poignet ou votre doigt un instant après le battement du cœur. À strictement parler, les appareils optiques mesurent donc la variabilité de la fréquence du pouls Variabilité de la fréquence du pouls Variation de l’intervalle entre deux pulsations, mesurée par voie optique par les montres, les bagues et les caméras de téléphone. Elle suit de près la VFC au repos mais s’en écarte en mouvement. En savoir plus sur Variabilité de la fréquence du pouls (PRV), pas la variabilité de la fréquence cardiaque. Au repos, les deux concordent assez bien pour la plupart des usages. Les mesures optiques ont tendance à montrer un peu plus de variabilité à court terme que l’ECG, en partie parce que la respiration agit sur le pouls sur son trajet jusqu’à la peau. La concordance se dégrade beaucoup quand vous bougez. Les applications à caméra de téléphone reposent sur le même principe ; la page La caméra d’un téléphone peut-elle mesurer la VFC ? en traite.
À quelle fréquence le capteur regarde
Un capteur ne surveille pas votre cœur en continu. Il prend des instantanés, de nombreuses fois par seconde. Le nombre d’instantanés par seconde est la fréquence d’échantillonnage Fréquence d’échantillonnage Le nombre de fois par seconde où un capteur mesure le signal, en hertz (Hz). Il fixe la précision avec laquelle chaque battement est daté : environ ±1 ms à 1 000 Hz, ±4 ms à 250 Hz et ±20 ms à 25 Hz (caméra). En savoir plus sur Fréquence d’échantillonnage , en hertz (Hz). Un appareil ne peut placer un battement que sur l’un de ses instantanés : l’instant d’un battement est donc arrondi à l’instantané le plus proche.
Arrondir à l’instantané le plus proche décale un battement d’une demi-période d’échantillonnage au plus. À 1 000 Hz, les instantanés sont espacés de 1 ms : un battement tombe donc à moins de 0,5 ms de son instant réel ; à 250 Hz, à moins de 2 ms. Une caméra de téléphone prend environ 25 à 30 images par seconde : chaque battement peut donc être décalé de 20 ms au plus. Les recommandations de recherche de 2024 citent un chiffre plus prudent, une période d’échantillonnage entière (±1 ms à 1 000 Hz, ±4 ms à 250 Hz), et recommandent 1 000 Hz (Quigley et coll., 2024).
Cela pèse surtout sur le RMSSD RMSSD Racine carrée de la moyenne des carrés des différences successives : mesure de VFC calculée à partir de l’écart entre chaque intervalle entre battements et le suivant, en millisecondes. Elle reflète surtout l’activité vagale. En savoir plus sur RMSSD . Le RMSSD mesure le changement d’un intervalle au suivant, et les erreurs d’arrondi ressemblent exactement à de tels changements. Si Indice de stress de Baevsky Un nombre sans unité tiré de l’histogramme des intervalles entre battements. Il monte quand le rythme devient plus stable et moins variable, ce que Baevsky interprétait comme une régulation de l’organisme sous tension. En savoir plus sur Indice de stress de Baevsky l’on date chaque battement de l’enregistrement d’exemple de cinq minutes de ce cours à l’image la plus proche parmi 25 par seconde, le RMSSD est trop élevé de 31 %, soit environ un tiers. Un logiciel peut regagner une bonne partie de cette erreur en estimant où le pic du pouls est tombé entre deux images. La leçon 16, au niveau Analyste, vous laisse essayer vous-même chaque fréquence d’échantillonnage : De l’électrode au chiffre : la chaîne du signal.
Étape 2 : mesurer les intervalles
Ensuite, l’appareil mesure le temps qui sépare chaque battement du suivant, en millisecondes (ms). Ce sont les intervalles RR Intervalle RR Durée entre deux battements du cœur, en millisecondes, mesurée entre les pics R d’un ECG. La VFC se calcule à partir d’une série de ces intervalles. En savoir plus sur Intervalle RR vus dans la leçon 1. Une courte liste pourrait ressembler à ceci :
810, 830, 790, 850, 820 ms
Cela fait cinq intervalles entre six battements. L’intervalle moyen est de 820 ms, ce qui donne environ 73 battements par minute.
Étape 3 : nettoyer la liste
Les vrais enregistrements sont imparfaits. Un appareil peut :
- manquer un battement (un intervalle paraît deux fois plus long qu’il ne devrait)
- compter un battement qui n’existait pas (un intervalle est coupé en deux intervalles courts)
- capter un vrai battement en plus, né en dehors du stimulateur naturel du cœur Nœud sinusal Le stimulateur naturel du cœur, un petit groupe de cellules qui déclenche chaque battement normal. Livré à lui-même, il impose un rythme d'environ 100 battements par minute ; au repos, le nerf vague le maintient plus bas. En savoir plus sur Nœud sinusal : un battement ectopique Battement ectopique Battement qui naît hors du stimulateur naturel du cœur et arrive en général trop tôt. Ces battements sont courants, mais ils faussent la VFC s’ils ne sont pas retirés ou corrigés. En savoir plus sur Battement ectopique
- capter des parasites dus à un mouvement ou à une ceinture mal serrée
Chacun de ces cas crée un faux saut entre intervalles voisins. Comme vous l’avez vu dans la leçon 4, un seul saut de ce genre peut porter le RMSSD à de nombreuses fois sa valeur. Dans les enregistrements courts, même quelques battements corrigés (moins de 5 % d’entre eux) peuvent changer le résultat.
Avant de calculer, un logiciel nettoie donc la liste en deux temps. Les intervalles qui restent, entre battements normaux, s’appellent des intervalles NN Intervalle NN Intervalle RR entre deux battements normaux, en millisecondes, une fois les extrasystoles et les erreurs de mesure retirées. La plupart des mesures de VFC se calculent à partir des intervalles NN. En savoir plus sur Intervalle NN (pour « normal-to-normal » : intervalle entre deux battements normaux).
D’abord, repérer les mauvais intervalles. La règle habituelle compare chaque intervalle à ses voisins et signale ceux qui s’en écartent de plus d’une valeur fixée. Une règle stricte repère les petites erreurs mais se met à signaler de vrais battements ; une règle souple laisse passer des erreurs.
Ensuite, les corriger. Le logiciel supprime l’intervalle défectueux ou le remplace par une valeur calculée à partir des bons intervalles qui l’entourent. Remplacer préserve la cadence de l’enregistrement, ce qui compte pour certaines mesures ; supprimer est plus simple (Peltola, 2012).
Jusqu’où corriger ? Modifier même moins de 5 % des intervalles peut changer les résultats à court terme, et de nombreuses études écartent un enregistrement qui compte moins de 80 % de battements normaux (Peltola, 2012). Le guide de Kubios, un logiciel de recherche très répandu, recommande de garder les battements corrigés sous 5 % (Alcantara et coll., 2020).
La leçon 16 présente les méthodes de nettoyage, les compare sur un enregistrement de cinq minutes et vous laisse introduire un mauvais battement pour le nettoyer vous-même.
Vous ne voyez jamais cette étape. Votre application s’en charge discrètement, avec sa propre méthode et son propre seuil. C’est l’une des raisons pour lesquelles deux appareils peuvent donner des résultats différents pour la même nuit.
Étape 4 : transformer les intervalles en un chiffre
Place au calcul. La principale mesure de VFC à court terme est le RMSSD, abréviation de « racine carrée de la moyenne des carrés des différences successives ». Le nom paraît difficile, mais il s’agit simplement de quatre petites étapes, effectuées dans l’ordre inverse des mots.
Reprenons nos cinq intervalles :
| Intervalle (ms) | Différence avec l’intervalle précédent (ms) | Différence au carré |
|---|---|---|
| 810 | ||
| 830 | +20 | 400 |
| 790 | −40 | 1 600 |
| 850 | +60 | 3 600 |
| 820 | −30 | 900 |
- Différences successives. Soustrayez chaque intervalle du suivant : +20, −40, +60, −30.
- Carré. Multipliez chaque différence par elle-même : 400, 1 600, 3 600, 900. Élever au carré rend toutes les valeurs positives : une baisse compte autant qu’une hausse. Cela donne aussi un poids supplémentaire aux grands sauts.
- Moyenne. Faites la moyenne des carrés : 6 500 ÷ 4 = 1 625.
- Racine. Prenez la racine carrée : √1 625 ≈ 40.
Le RMSSD de ces cinq intervalles est d’environ 40 ms. En clair, d’un battement au suivant, l’intervalle a typiquement varié d’environ 40 ms.
Essayez maintenant avec une liste plus longue. L’outil ci-dessous calcule le RMSSD pas à pas à partir de dix battements de l’enregistrement d’exemple du site. Appuyez sur « Suivant » pour avancer d’une étape à l’autre, ou modifiez n’importe quel battement et regardez chaque étape se mettre à jour.
RMSSD pas à pas
Dix battements, tous les chiffres affichés
Pour ces 10 intervalles : RMSSD = 26,9 ms.
Étape 5 sur 5
Étape 1 sur 5 Partir des intervalles
Battement 1 880 ms Battement 2 826 ms Battement 3 812 ms Battement 4 823 ms Battement 5 848 ms Battement 6 877 ms Battement 7 880 ms Battement 8 866 ms Battement 9 828 ms Battement 10 815 ms 10 intervalles entre 11 battements, en millisecondes.
Étape 2 sur 5 Soustraire chaque intervalle du suivant
Battement 2 − battement 1 −54 ms Battement 3 − battement 2 −14 ms Battement 4 − battement 3 +11 ms Battement 5 − battement 4 +25 ms Battement 6 − battement 5 +29 ms Battement 7 − battement 6 +3 ms Battement 8 − battement 7 −14 ms Battement 9 − battement 8 −38 ms Battement 10 − battement 9 −13 ms Une valeur positive signifie que le cœur a ralenti le temps d’un battement ; une valeur négative, qu’il a accéléré.
Étape 3 sur 5 Élever chaque différence au carré
Différence 1 2916 Différence 2 196 Différence 3 121 Différence 4 625 Différence 5 841 Différence 6 9 Différence 7 196 Différence 8 1444 Différence 9 169 Somme 6517 L’élévation au carré rend toutes les valeurs positives et donne plus de poids aux grands changements.
Étape 4 sur 5 Faire la moyenne des carrés
6517 ÷ 9 724,11 Étape 5 sur 5 Prendre la racine carrée
√724,11 26,9 ms RMSSD 26,9 ms
Avec JavaScript, les étapes s’affichent une à une et les battements peuvent être modifiés.
Une ligne de dix intervalles cardiaques modifiables, en millisecondes, puis les étapes numérotées du calcul (RMSSD) : Partir des intervalles; Soustraire chaque intervalle du suivant; Élever chaque différence au carré; Faire la moyenne des carrés; Prendre la racine carrée. La dernière étape donne : RMSSD 26,9 ms. Les boutons Retour et Suivant permettent de passer d’une étape à l’autre.
Vous verrez souvent une seconde mesure à côté, le SDNN SDNN Écart type de tous les intervalles NN d’un enregistrement, en millisecondes. Il mesure la variabilité globale, et sa valeur dépend fortement de la durée de l’enregistrement. En savoir plus sur SDNN . C’est l’écart type de tous les intervalles, qui indique leur dispersion autour de leur moyenne. Pour nos cinq intervalles, le SDNN est d’environ 22 ms. La leçon 6 compare les deux.
Pour aller plus loin La formule du RMSSD en symboles
Notez les intervalles RR₁, RR₂, … RRₙ. Les différences successives sont dᵢ = RRᵢ₊₁ − RRᵢ, et il y en a n − 1.
RMSSD = √( (d₁² + d₂² + … + dₙ₋₁²) ÷ (n − 1) )
Avec nos cinq intervalles, n − 1 = 4 différences : on divise donc la somme des carrés (6 500) par 4. Un vrai logiciel applique le calcul à des intervalles NN nettoyés, avec son propre nettoyage et sa propre moyenne, si bien que son résultat peut ne pas correspondre exactement à un calcul à la main.
Le SDNN utilise plutôt la distance de chaque intervalle à l’intervalle moyen : élevez chaque distance au carré, additionnez, divisez par n − 1, puis prenez la racine carrée. Pour 810, 830, 790, 850 et 820, les distances à 820 sont −10, +10, −30, +30 et 0. Les carrés totalisent 2 000, et √(2 000 ÷ 4) ≈ 22 ms.
Quelle durée d’enregistrement
Jusqu’ici, nous avons utilisé cinq intervalles. Les vrais enregistrements en comptent beaucoup plus, et leur durée a son importance.
En recherche, le standard habituel pour un enregistrement de VFC à court terme est de 5 minutes. Tout ce qui est plus court est dit à ultra-court terme. Les enregistrements de 24 heures sont le standard de la VFC à long terme, utilisée surtout en recherche médicale.
Le RMSSD tient bien sur de courts enregistrements. Dans une étude portant sur 70 adultes en bonne santé, le RMSSD obtenu en 1 minute seulement, voire en 10 secondes, concordait bien avec la valeur sur 5 minutes. Ce n’était pas le cas du SDNN. Une étude bien plus vaste, portant sur 3 387 adultes, est arrivée au même résultat : un seul ECG de 10 secondes donnait un RMSSD valide, la moyenne de trois segments de 10 secondes était meilleure, et 2 minutes correspondaient presque parfaitement à un enregistrement de 4 à 5 minutes.
Le SDNN se comporte autrement parce qu’il mesure la dispersion de tous les intervalles, y compris les changements lents. Un enregistrement plus long englobe des rythmes plus lents, de la posture et de l’activité jusqu’au cycle jour-nuit : le SDNN continue donc d’augmenter avec la durée. Faites glisser la fenêtre ci-dessous de 5 minutes à 24 heures sur une journée simulée : le RMSSD bouge à peine, le SDNN est presque multiplié par trois.
Combien de temps faut-il enregistrer ?
Une journée simulée, pas une personne
- RMSSD
- 37,2 ms
- SDNN
- 29,7 ms
- Battements dans la fenêtre
- 327
Sur 5 min, le RMSSD est de 37,2 ms et le SDNN de 29,7 ms. C’est la norme à court terme.
Le curseur fonctionne lorsque JavaScript est activé.
Un graphique du RMSSD et du SDNN en fonction de la durée d’enregistrement, sur un axe logarithmique de 10 secondes à 24 heures. La ligne du RMSSD reste proche de 37 ms à toutes les durées. La ligne du SDNN se tient près de 30 ms jusqu’à quelques minutes, puis grimpe jusqu’à environ 84 ms à 24 heures. Des repères en pointillés montrent les durées minimales : 1 minute pour la bande HF, 2 minutes pour la LF, 5 minutes pour la norme à court terme et la bande VLF, 20 minutes pour le DFA alpha 2 et 24 heures pour l’ULF et le SDNN à long terme. Un curseur choisit la durée de la fenêtre, et des indicateurs donnent le RMSSD, le SDNN et le nombre de battements dans la fenêtre.
Chaque mesure demande une durée minimale :
| Mesure | Enregistrement utile le plus court | Source |
|---|---|---|
| RMSSD | De 10 secondes à 1 minute ; plus long, c’est plus stable | Munoz 2015 ; Nussinovitch 2011 |
| SDNN | Au moins 30 secondes, et comparable seulement à durée égale | Munoz 2015 ; Shaffer et Ginsberg 2017 |
| SDNN à long terme | 24 heures | Shaffer et Ginsberg 2017 |
Les mesures qui séparent la VFC en rythmes lents et rapides demandent des enregistrements plus longs, et les sources divergent sur la durée supplémentaire nécessaire. La leçon 18 expose les règles et les points de désaccord.
Il ne faut pas comparer des valeurs issues d’enregistrements de durées différentes. Un SDNN de 24 heures porte une information sur le risque cardiaque qu’un SDNN de 5 minutes ne porte pas (Shaffer et Ginsberg, 2017).
Les bagues et les montres qui mesurent pendant votre sommeil choisissent chacune leurs propres fenêtres d’enregistrement et leur propre façon de les combiner. C’est une autre raison pour laquelle leurs valeurs diffèrent, ce que traite la leçon 8.
D’où viennent les erreurs
Les problèmes ci-dessous apparaissent à l’étape 1 ou à l’étape 3 :
- Mouvement. Il ajoute des parasites à l’ECG comme au PPG, et gêne surtout le PPG.
- Mauvais contact. Une ceinture mal serrée, une électrode mal fixée ou une bague qui glisse peut faire manquer des battements.
- Extrasystoles. Si le nettoyage les manque, le RMSSD s’envole.
- Type de capteur. Les capteurs optiques mesurent le pouls, pas le battement électrique : ils s’écartent donc davantage de l’ECG pendant l’activité.
Pour comparer des appareils, lisez Poignet ou ceinture : même précision pour la VFC ?. Pour une vue d’ensemble des méthodes et des appareils, consultez Comment mesurer la VFC : capteurs, moment, précision.
Voilà qui termine le niveau 1. Dans la leçon suivante, RMSSD, SDNN et lnRMSSD : définitions et explications, vous comparerez les principales mesures de VFC et saurez laquelle votre application affiche probablement.