PPG : comment une montre mesure le pouls

Un capteur PPG envoie de la lumière dans la peau et mesure la quantité qui revient. À chaque battement, du sang pénètre dans la peau et atténue un peu la lumière : le capteur voit donc une onde par battement. Les montres mesurent l'instant de ces ondes pour obtenir la fréquence cardiaque, la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC), l'oxygène dans le sang et d'autres valeurs, et un mouvement, un pouls faible ou un capteur lent peuvent fausser chacune de ces valeurs.

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À retenir

  • La PPG est un capteur de lumière. Une LED éclaire la peau, et une photodiode mesure la petite ondulation de lumière réfléchie que produit chaque battement du cœur.
  • Une onde de pouls comporte un pic systolique, une incisure dicrote et un pic diastolique. Des artères plus rigides comblent l'incisure ; une onde plus lente et plus arrondie est plus fréquente avec l'âge.
  • La VFC d'une montre est en réalité la variabilité de la fréquence du pouls (PRV). Au repos, elle est proche de la VFC mesurée par ECG ; dès que vous bougez, ou si le pouls est faible, elle s'en écarte.
  • Le mouvement, les mains froides, un bracelet mal ajusté, l'encre foncée des tatouages et une fréquence d'échantillonnage lente sont les causes habituelles d'une mesure PPG erronée.
  • Le même capteur alimente la fréquence cardiaque, la VFC, l'oxygène dans le sang, la fréquence respiratoire et les alertes de rythme irrégulier, chacun avec ses propres limites.

Un capteur 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 est la lumière située au dos d’une montre ou à l’intérieur d’une bague. Il envoie de la lumière dans la peau et mesure la quantité qui revient ; à chaque battement de cœur, un peu de sang supplémentaire entre dans la peau et atténue un instant la lumière, 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 bien que le capteur voit une onde par battement. Tout ce qu’une montre indique sur le cœur, de la fréquence cardiaque à la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC), de l’oxygène dans le sang aux alertes de rythme irrégulier, part de l’instant et de la forme de ces ondes.

Ce que fait un capteur PPG

PPG signifie photopléthysmographie : « photo » pour la lumière, « pléthysmo » pour le volume. Le matériel est petit. Une diode électroluminescente (LED) envoie de la lumière dans le tissu et une photodiode mesure la lumière qui en ressort. Le sang absorbe la lumière : quand il y a plus de sang dans le tissu, moins de lumière atteint la photodiode (Allen, 2007).

Il y a deux façons d’agencer les composants :

  • La transmission. La LED et la photodiode sont placées de part et d’autre d’un bout de doigt ou d’un lobe d’oreille. Les oxymètres de pouls des hôpitaux et les pinces au doigt fonctionnent ainsi.
  • La réflexion. La LED et la photodiode sont côte à côte sur la même surface, et la photodiode capte la lumière qui est renvoyée par diffusion. Les montres, les bagues et l’astuce de la caméra associée au flash d’un téléphone fonctionnent ainsi (Allen, 2007).

La couleur de la lumière compte. La lumière rouge et infrarouge pénètre profondément dans le tissu, ce dont un oxymètre de pouls a besoin. La lumière verte est fortement absorbée par le sang et pénètre moins loin ; au poignet, elle donne un signal de pouls plus net et résiste mieux au mouvement. C’est pourquoi le dos de la plupart des montres brille en vert pour la fréquence cardiaque et ne passe au rouge et à l’infrarouge que pour l’oxygène dans le sang (Castaneda et coll., 2018 ; Charlton et coll., 2023).

Le signal comporte deux parties. La plus grande partie de la lumière qui revient est un niveau stable, appelé composante continue (DC), déterminé par la peau, l’os et le sang toujours présent. Par-dessus se superpose une petite ondulation, la composante alternative (AC), qui suit chaque battement du cœur. L’ondulation ne représente qu’une petite fraction du total : c’est pourquoi l’électronique du capteur doit l’amplifier et pourquoi de petites perturbations peuvent la noyer (Allen, 2007).

La forme d’une onde de pouls

Retournez l’ondulation pour qu’un afflux de sang corresponde à une montée de la courbe : chaque battement ressemble alors à ceci.

1 2 3 4 1,00 s
  1. Pic systolique
  2. Incisure dicrote
  3. Pic diastolique
  4. Intervalle entre deux pouls, d’un pic systolique au suivant
Deux ondes de pouls telles que les voit un capteur PPG. Chaque battement produit un pic systolique (1), puis l’incisure dicrote (2) et un pic diastolique plus petit (3), lorsque l’onde de pression se réfléchit depuis le bas du corps. Une montre mesure le temps d’un pic systolique au suivant (4) pour obtenir l’intervalle entre deux pouls. Un modèle pédagogique, pas un enregistrement.

Une onde lisse avec deux pouls. Chaque pouls monte brusquement jusqu’à un pic systolique, redescend jusqu’à un petit creux appelé incisure dicrote, remonte jusqu’à un pic diastolique plus bas, puis revient à son niveau de départ. L’intervalle entre les deux pics systoliques est indiqué : 1,00 secondes.

Chaque battement dessine les mêmes trois repères (Elgendi, 2012) :

  1. Le pic systolique. Le cœur se contracte et envoie une onde de pression le long des artères. Le volume de sang dans la peau monte vite jusqu’à son maximum.
  2. L’incisure dicrote. La valve aortique se ferme et l’onde venant du cœur s’estompe. Le volume commence à baisser.
  3. Le pic diastolique. L’onde de pression est renvoyée par les bifurcations et par le bas du corps ; elle arrive comme une seconde onde, plus petite, avant que le volume ne se stabilise.

Les algorithmes travaillent rarement sur la courbe brute. Ils repèrent des points sur celle-ci : le pied, là où l’onde commence à monter, le pic, le point de montée la plus raide, ainsi que l’instant et la hauteur de l’incisure et du pic diastolique. Une méthode courante prend la dérivée seconde de l’onde, qui transforme les courbures douces en pics nets étiquetés a, b, c, d et e, puis compare leurs tailles (Elgendi, 2012 ; Takazawa et coll., 1998).

Comment l’onde change avec l’âge, la rigidité et la condition physique

L’onde réfléchie est la partie intéressante. Dans une artère jeune et élastique, l’onde de pression se propage lentement ; la réflexion revient donc tard et arrive comme une onde diastolique distincte, précédée d’une incisure bien nette. Dans une artère plus rigide, l’onde se propage plus vite, la réflexion revient plus tôt et se fond dans l’onde principale, et l’incisure se comble.

Les médecins l’avaient remarqué bien avant les appareils connectés. En 1973, Dawber et ses collègues ont classé des ondes de pouls artérielles en quatre catégories, d’une incisure distincte à l’absence d’incisure, dans une étude sur la maladie coronarienne (Dawber et coll., 1973). Une incisure nette est le constat habituel chez les personnes dont les artères sont saines et souples (Elgendi, 2012).

Des travaux ultérieurs ont chiffré cela. Millasseau et ses collègues ont mesuré le temps entre le pic systolique et le pic diastolique et divisé la taille de la personne par ce temps pour obtenir un indice de rigidité. Chez 87 adultes sans symptômes, âgés de 21 à 68 ans, l’indice augmentait avec l’âge et suivait la vitesse de l’onde de pression le long de l’aorte, la mesure de référence de la rigidité des grosses artères. Ils ont aussi décrit un indice de réflexion, la hauteur de l’onde diastolique rapportée au pic systolique, qui réagit aux médicaments modifiant le tonus des artères (Millasseau et coll., 2002 ; Millasseau et coll., 2006). L’équipe de Takazawa a travaillé à partir de la dérivée seconde et combiné les pics a à e en un « indice de vieillissement », (b − c − d − e)/a, qui augmentait avec l’âge chez 600 personnes (Takazawa et coll., 1998).

La condition physique joue en sens inverse. Chez 146 volontaires en bonne santé de 21 à 96 ans, la rigidité artérielle augmentait avec l’âge, mais à tout âge elle était plus faible chez les personnes ayant une capacité aérobie plus élevée, et les hommes de 54 à 75 ans entraînés en endurance avaient des artères moins rigides que les hommes sédentaires du même âge (Vaitkevicius et coll., 1993). Dans une autre étude, les hommes d’âge moyen ou plus âgés entraînés en endurance avaient des artères centrales de 20 % à 35 % plus souples que les hommes moins actifs du même âge, et quand 20 hommes sédentaires ont pratiqué pendant trois mois un exercice aérobie régulier, surtout la marche, la souplesse de leurs artères a atteint un niveau comparable (Tanaka et coll., 2000).

Deux réserves. Ces études sur la condition physique ont mesuré la rigidité directement, avec des capteurs de pression et des ultrasons au cou et à la jambe, et non à partir d’une montre. Et les indices du contour de l’onde PPG changent pour des raisons sans rapport avec les artères : l’emplacement du capteur, la force avec laquelle il appuie, la température de la peau et la lumière ambiante les modifient, de même que les médicaments qui agissent sur les vaisseaux (Charlton et coll., 2023 ; Millasseau et coll., 2006). Ils décrivent bien des groupes. Ils ne constituent pas un test de votre propre âge vasculaire, et aucune montre ne peut dire à quel point vos artères sont entraînées d’après la forme d’un pouls.

À essayer : lire un pouls comme le fait une montre

Le graphique interactif ci-dessous est un modèle pédagogique, pas un enregistrement. Chaque pouls est la somme de deux courbes en cloche, l’une pour l’onde systolique et l’autre pour la réflexion, ce qui est une façon classique de fabriquer des signaux PPG synthétiques pour tester des algorithmes (Tang et coll., 2020). Un détecteur simple trouve ensuite les pics, mesure les écarts entre eux et calcule 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 , comme le ferait une application.

Lire un pouls comme le fait une montre

Un modèle pédagogique, pas un enregistrement

Intervalles détectés 1010 · 1040 · 980 · 960 · 1010 · 1040 · 980 ms

Fréquence du pouls
60 bpm
RMSSD mesuré
45 ms
RMSSD réel
42 ms

À 100 Hz, les échantillons sont espacés de 10 ms et le détecteur trouve tous les battements : le RMSSD ressort à 45 ms, à moins de 3 ms de la valeur réelle du modèle, 42 ms.

Une incisure dicrote nette et une onde diastolique distincte (indice de réflexion 0,50) : l’aspect d’artères élastiques.

Les curseurs fonctionnent lorsque JavaScript est activé.

Huit secondes d’un signal de pouls fictif, lu comme le lit une montre. Des repères marquent les pouls qu’un détecteur simple a trouvés ; le graphique du dessous trace l’intervalle entre eux, avec en pointillés les intervalles réels du modèle. Déplacez les curseurs pour voir l’effet de la rigidité artérielle, d’un signal faible, du mouvement et d’une faible fréquence d’échantillonnage sur la valeur obtenue. Un modèle pédagogique, pas un enregistrement.

Un graphique en courbe de 8 secondes d’un signal PPG synthétique, avec une bosse par battement. De courts repères marquent les pouls détectés. Un second graphique trace en courbe l’intervalle entre les pouls détectés, avec en pointillés les intervalles réels du modèle. Des indicateurs donnent la fréquence du pouls, le RMSSD des intervalles détectés et le RMSSD réel, suivis d’une phrase qui explique l’écart éventuel et d’une phrase qui décrit la forme de chaque pouls. Cinq curseurs règlent la rigidité artérielle, la fréquence cardiaque, l’intensité du signal, le mouvement et la fréquence d’échantillonnage, et une case à cocher active l’interpolation entre les échantillons.

Essayez ces réglages l’un après l’autre. Augmentez la rigidité et regardez l’incisure disparaître. Baissez l’intensité du signal, comme le feraient des mains froides, jusqu’à ce que le détecteur perde des battements. Ajoutez du mouvement et voyez les écarts s’affoler. Réglez ensuite 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 sur 25 Hz : chaque battement est encore trouvé, mais le RMSSD change, car l’instant de chaque pic n’est connu qu’à 40 ms près.

La variabilité de la fréquence du pouls n’est pas tout à fait la VFC

La VFC se mesure, à proprement parler, à partir du signal électrique du cœur sur un 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 , sous forme d’écarts entre les ondes R. Un capteur PPG voit l’onde de pression que le battement envoie, et cette onde met du temps à atteindre le poignet ou le doigt. Ce délai, appelé temps de transit du pouls, n’est pas constant. Il change avec la pression artérielle, avec la posture, avec le tonus des artères, et un peu à chaque respiration. L’écart entre deux ondes de pouls est donc l’écart entre deux battements plus la variation du temps de transit, et la variation que mesure une montre est 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 , la PRV, et non la VFC (Mejía-Mejía et coll., 2020 ; Yuda et coll., 2020).

Dans la pratique, les deux concordent bien quand vous restez immobile. Une revue d’études comparant la PPG à l’ECG a jugé la PRV un substitut acceptable de la VFC au repos, avec une tendance à surestimer un peu les mesures à court terme comme le RMSSD, ce que les auteurs ont attribué à l’action de la respiration sur la circulation. Pendant l’activité physique et certaines tâches mentales, la concordance était bien moindre, parfois jusqu’à un degré inacceptable (Schäfer et Vagedes, 2013). Yuda et ses collègues vont plus loin et soutiennent que la PRV contient des informations supplémentaires sur les vaisseaux sanguins, et qu’il faut donc la traiter comme une mesure à part entière plutôt que comme une copie de la VFC (Yuda et coll., 2020).

Pour votre tendance, cela signifie deux choses. Une mesure au repos faite par une bonne montre, une bonne bague ou une application utilisant la caméra est une estimation correcte de votre VFC. Et une montre et une ceinture thoracique ne concorderont jamais à la milliseconde près, même sur les mêmes battements.

Ce qui peut mal tourner

Chaque valeur issue de la PPG repose sur la détection du bon pic au bon moment. Voici les cas d’échec habituels.

Le mouvement

Bouger le bras déplace le capteur sur la peau et fait ballotter le sang, ce qui ajoute au signal des oscillations bien plus grandes que le pouls. Dans une étude où 53 personnes portaient six appareils, l’erreur sur la fréquence cardiaque était en moyenne 30 % plus élevée pendant l’activité qu’au repos, et ce sont le type d’activité et le modèle d’appareil qui pesaient le plus (Bent et coll., 2020). Le mouvement rythmé est le pire cas, car une cadence de 160 pas par minute ressemble à une fréquence cardiaque de 160 (Zhang et coll., 2015).

Un pouls faible : mains froides et mauvaise perfusion

Le froid rétrécit les petits vaisseaux de la peau : moins de sang atteint le capteur et l’ondulation diminue, alors que le bruit propre du capteur reste le même. La revue d’Allen cite la température de la peau et la perfusion parmi les principaux facteurs qui modifient la taille de l’onde de pouls (Allen, 2007). Une mesure par caméra faite dans une pièce froide peut échouer complètement.

Pression de contact et lumière ambiante

Le capteur doit être posé à plat et fermement. S’il est trop lâche, la lumière de la LED s’échappe, la lumière du jour s’infiltre et le signal dérive quand le bracelet bouge. S’il est trop serré, la pression écrase les petits vaisseaux et aplatit le pouls (Allen, 2007 ; Charlton et coll., 2023).

Couleur de peau et tatouages

La mélanine absorbe la lumière : une peau plus foncée en renvoie moins. La question de savoir si cela modifie les mesures a surtout été étudiée pour la fréquence cardiaque, et les données sont contrastées. L’étude sur 53 personnes citée plus haut a mesuré la couleur de peau et n’a trouvé aucune différence statistiquement significative de précision de la fréquence cardiaque selon les teintes (Bent et coll., 2020). Une revue systématique de 2023 a trouvé dix études portant en tout sur 469 personnes : quatre signalaient une précision moindre sur peau plus foncée, quatre ne constataient aucun effet et deux donnaient des résultats mitigés, et peu de personnes à la peau la plus foncée avaient été testées (Koerber et coll., 2023). Pour l’oxygène dans le sang, le tableau est plus net. Dans les dossiers d’un hôpital américain, quand l’oxymètre de pouls indiquait de 92 % à 96 %, une prise de sang montrait un taux d’oxygène inférieur à 88 % dans 11,7 % des mesures chez les patients noirs et dans 3,6 % chez les patients blancs ; un ensemble de données de plusieurs hôpitaux donnait 17,0 % et 6,2 % (Sjoding et coll., 2020). Considérez la SpO2 d’une montre comme un repère approximatif et la fréquence cardiaque comme la valeur la plus fiable.

L’encre foncée des tatouages absorbe aussi la lumière. Les consignes d’Apple indiquent elles-mêmes que l’encre, le motif et la saturation de certains tatouages peuvent bloquer la lumière du capteur et rendre les mesures peu fiables (Assistance Apple).

Fréquence d’échantillonnage et interpolation

Un capteur lit la lumière un nombre fixe de fois par seconde. À 25 échantillons par seconde, un pic ne peut être placé qu’à 40 ms près, et la VFC est construite à partir de différences de quelques dizaines de millisecondes. Dans une étude pilote où des enregistrements PPG à 10 kHz ont été sous-échantillonnés, les mesures de PRV ne différaient pas significativement de la VFC mesurée par ECG à partir de 25 Hz, alors que le RMSSD commençait à différer à 15 Hz et moins (Choi et Shin, 2017). Une étude de 2021 portant sur 57 enregistrements de cinq minutes a placé la limite plus haut : 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 et le RMSSD restaient à moins de 5 % de la valeur à 1 kHz jusqu’à 50 échantillons par seconde sans interpolation, et jusqu’à 10 et 20 échantillons par seconde quand la position du pic était interpolée entre les échantillons (Béres et Hejjel, 2021). Peu de fabricants indiquent la fréquence d’échantillonnage de leur capteur.

Extrasystoles et fibrillation auriculaire

Un battement prématuré 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 éjecte moins de sang qu’un battement normal : son onde de pouls est petite et le détecteur la manque souvent. L’enregistreur voit alors un long écart au lieu de deux courts. Les normes de la Task Force de 1996 (Société européenne de cardiologie et Société nord-américaine de stimulation et d’électrophysiologie) demandent de retirer les extrasystoles et les écarts qui les entourent avant tout calcul de VFC, car un seul battement mal placé peut changer le résultat (Laborde et coll., 2017). Dans la fibrillation auriculaire, les écarts sont irréguliers d’un battement à l’autre et la PRV perd son sens habituel ; c’est cette irrégularité que recherchent les alertes de la montre décrites plus bas.

Ce que les montres tirent de la PPG

Un seul signal alimente de nombreuses valeurs. Chaque algorithme ci-dessous a sa propre méthode et ses propres limites.

Détection des battements et fréquence cardiaque. L’approche la plus simple trouve chaque pic ou chaque pied d’onde et les compte. Pendant l’exercice, de nombreuses montres passent plutôt à une approche fréquentielle : elles cherchent le rythme régulier le plus fort dans le signal sur quelques secondes, et utilisent l’accéléromètre pour annuler le rythme qui correspond à vos pas. TROIKA, une méthode bien connue de ce type, a atteint une erreur moyenne de 2,34 battements par minute chez 12 personnes courant jusqu’à 15 km/h (Zhang et coll., 2015). La fréquence cardiaque est la valeur PPG la plus difficile à fausser gravement, car l’erreur sur un seul pic modifie à peine une moyenne sur 10 secondes.

VFC, en réalité PRV. L’application dresse la liste des écarts entre pics, écarte les intervalles qui semblent aberrants, puis applique une formule comme le RMSSD. Comme un seul pic mal daté modifie beaucoup le RMSSD, la plupart des fabricants mesurent pendant le sommeil et rejettent les périodes avec mouvement. Les formules sont détaillées dans la page Comment mesurer la VFC : capteurs, moment, précision.

Oxygène dans le sang (SpO2). Le sang riche en oxygène et le sang pauvre en oxygène n’absorbent pas de la même façon la lumière rouge et infrarouge. Le capteur compare la taille de l’ondulation du pouls aux deux couleurs, un « rapport de rapports », et la convertit en pourcentage grâce à une courbe ajustée sur des volontaires (Allen, 2007). Le biais lié à la couleur de peau évoqué plus haut se situe à cette étape.

Fréquence respiratoire Fréquence respiratoire Nombre de respirations par minute. Elle fait varier la VFC à elle seule : une respiration plus lente et plus profonde accroît l’oscillation d’un battement à l’autre, et sous environ 9 respirations par minute, celle-ci passe de la bande HF à la bande LF. En savoir plus sur Fréquence respiratoire . La respiration laisse trois traces sur la PPG : le niveau moyen du signal dérive vers le haut et vers le bas, les ondes de pouls s’amplifient puis diminuent, et les écarts entre eux s’allongent et se raccourcissent. Les algorithmes en extraient une ou plusieurs et comptent les cycles. Le mouvement et un mauvais contact du capteur altèrent le signal sur lequel ils reposent, et peu ont été testés sur des données de personnes vaquant à leurs occupations (Charlton et coll., 2018).

Alertes de rythme irrégulier. La montre examine en arrière-plan les écarts entre pouls, à la recherche du schéma chaotique de la fibrillation auriculaire et, si plusieurs contrôles concordent, envoie une notification. Dans l’Apple Heart Study, portant sur 419 297 personnes, 0,52 % ont reçu une notification sur une durée médiane de 117 jours. Sur les 450 qui ont ensuite renvoyé un patch ECG exploitable, 34 % présentaient une fibrillation auriculaire sur ce patch, et quand une nouvelle notification est survenue pendant que le patch était porté, l’ECG montrait une fibrillation auriculaire à ce moment-là dans 84 % des cas (Perez et coll., 2019). Dans la Fitbit Heart Study, portant sur 455 699 personnes, 1 % ont reçu une détection. Sur les 1 057 qui ont renvoyé un patch exploitable, 32,2 % présentaient une fibrillation auriculaire sur ce patch, et une nouvelle détection pendant le port du patch correspondait à une fibrillation auriculaire à l’ECG dans 98,2 % des cas (Lubitz et coll., 2022). Une notification invite à faire un ECG, ce n’est pas un diagnostic, et l’absence de notification ne garantit pas que tout va bien.

Pression artérielle sans brassard. Il y a deux voies. L’une mesure le temps que met l’onde de pression à aller d’un point à un autre, par exemple d’un pic d’ECG au niveau de la poitrine à un pic de PPG au poignet. Une artère plus rigide et soumise à une pression plus forte conduit l’onde plus vite, donc un temps de transit plus court suggère une pression plus élevée, mais chaque personne a besoin d’un étalonnage avec un brassard et l’appareil doit être réétalonné de temps en temps (Mukkamala et coll., 2015). L’autre voie lit la forme de l’onde PPG isolée. Une norme IEEE pour les appareils sans brassard existe depuis 2014 (IEEE 1708) et demande bien des tests sur une hausse et une baisse de la pression, mais des experts ont fait remarquer qu’elle laisse indéfinie la manière dont ces variations sont produites : un appareil peut donc y satisfaire sans montrer qu’il suit les types de variation qui comptent (Mukkamala et coll., 2021). La Société européenne d’hypertension indique que ces appareils ne devraient pas servir à des décisions cliniques tant qu’ils n’ont pas passé une validation en bonne et due forme (Stergiou et coll., 2022).

« Âge vasculaire » et scores de stress. Certaines applications transforment l’indice de rigidité, l’indice de réflexion ou l’indice de vieillissement issu de la dérivée seconde en un âge vasculaire, ou mêlent la PRV à d’autres signaux pour produire un score de stress. Ces indices suivent bien l’âge dans des groupes, comme le montrent les études ci-dessus. Personne n’a validé que le score d’un individu ait une signification, et la même personne peut obtenir un autre âge vasculaire en appuyant plus fort sur le capteur ou en se réchauffant la main. Considérez-les comme une curiosité.

PPG, ECG et ceintures thoraciques pour la VFC

PPG au poignet ou à la baguePPG par caméra de téléphoneCeinture thoracique (ECG)
Ce qui est chronométréL’onde de pouls dans la peauL’onde de pouls au bout du doigtLe pic R électrique du cœur
MesurePRVPRVVFC
QuandPendant le sommeil, ou mesures ponctuellesUne mesure que vous lancezUne mesure que vous lancez
Échantillons par secondeRarement publiésLa fréquence d’images de la caméra, généralement 30 ou 60250 à 1 000, la plage que recommandent les normes ECG
Au reposProche de l’ECGProche de l’ECG dans une étude sur 29 personnesLa référence à domicile
En mouvementPeu fiableInutilisableBonne, si la ceinture est humidifiée et bien ajustée
ExtrasystolesSouvent manquéesSouvent manquéesVisibles et supprimables

Les normes ECG demandent 250 à 500 échantillons par seconde ou plus, et n’acceptent une fréquence plus basse qu’avec interpolation (Task Force, 1996). Le chiffre de la caméra correspond à la fréquence d’images habituelle des téléphones, et dans une étude portant sur 29 personnes au repos, le RMSSD d’une application utilisant la caméra concordait étroitement avec un ECG (Plews et coll., 2017). Un ECG clinique, à plusieurs dérivations, reste la référence pour les trois. Les données appareil par appareil figurent dans La VFC sur Oura, Whoop, Garmin et Apple Watch.

Ce que coûte la mesure optique dépend de la valeur considérée. De petites erreurs de datation sur chaque pouls s’additionnent dans les mesures d’un battement à l’autre comme le RMSSD, le pNN50 pNN50 Le pourcentage d'intervalles NN voisins qui diffèrent de plus de 50 millisecondes. Comme le RMSSD, il suit les variations rapides d'origine vagale, mais sous forme de part et non d'amplitude. En savoir plus sur pNN50 et la puissance HF Puissance HF La variance des intervalles entre battements dans la bande de 0,15 à 0,40 Hz (en ms²), celle de la respiration normale. Elle reflète surtout l’activité vagale quand on respire de 9 à 24 fois par minute. En savoir plus sur Puissance HF , alors que la fréquence cardiaque moyenne RR moyen Durée moyenne entre deux battements dans un enregistrement, en millisecondes. La fréquence cardiaque en est l’inverse : elle vaut 60 000 divisé par le RR moyen. En savoir plus sur RR moyen bouge à peine. La page Montre ou ceinture : ce que la PPG change à la VFC passe en revue chaque source d’erreur, donne un tableau paramètre par paramètre, et propose un graphique interactif qui date les mêmes battements avec un ECG et avec un capteur PPG.

Ce que cela signifie pour vos mesures

  • Comparez un appareil PPG uniquement à lui-même. Sa VFC est une PRV, mesurée selon son propre calendrier avec ses propres filtres : elle ne correspondra donc pas à celle d’une ceinture ni d’une autre montre. La leçon Pourquoi vos appareils ne s’accordent pas sur la VFC en donne un exemple détaillé.
  • Restez immobile et au chaud pour toute mesure que vous lancez vous-même, et portez le bracelet bien ajusté mais pas serré, comme le recommandent les fabricants (Assistance Apple). Comment faire une bonne mesure de VFC donne la routine.
  • Faites davantage confiance aux mesures du sommeil qu’aux mesures ponctuelles de la journée. Les heures d’immobilité donnent au détecteur sa meilleure chance.
  • Considérez d’abord une valeur isolée et étrange comme un problème de capteur. Un mouvement, une main froide ou un battement manqué en expliquent la plupart.
  • Faites confiance à la fréquence cardiaque, lisez la VFC comme une tendance, prenez la SpO2 comme un repère approximatif, et les scores d’âge vasculaire et de stress comme une curiosité.
  • Faites vérifier une alerte de rythme irrégulier par un médecin, avec un ECG. N’interprétez pas l’absence d’alerte comme une garantie si vous avez des symptômes.
  • Si vous voulez une VFC de qualité ECG à domicile, une ceinture thoracique et une application gratuite la fournissent. Consultez Poignet ou ceinture : même précision pour la VFC ? et La caméra d’un téléphone peut-elle mesurer la VFC ?

Questions fréquentes

La VFC d'une montre est-elle précise ?

Au repos ou pendant le sommeil, généralement proche. Les études qui comparent des capteurs optiques à un ECG trouvent une bonne concordance quand les personnes restent immobiles, avec une légère tendance à surestimer la variabilité à court terme. Pendant le mouvement, la concordance peut s'effondrer, ce qui explique que la plupart des montres mesurent la VFC pendant le sommeil.

Pourquoi la VFC de ma montre diffère-t-elle de celle de ma ceinture thoracique ?

Trois raisons. La ceinture relève l'instant du pic électrique du cœur ; la montre relève l'instant d'une onde de pouls qui arrive au poignet une fraction de seconde plus tard, et ce délai varie un peu d'un battement à l'autre. La montre échantillonne le signal moins souvent : chaque instant de pouls est donc déterminé de façon plus grossière. Enfin, les deux mesurent généralement à des moments différents et peuvent utiliser des formules différentes.

Une caméra peut-elle mesurer la VFC ?

Oui, au repos. Un doigt posé sur l'objectif de la caméra, flash allumé, donne un signal PPG. Dans une étude portant sur 29 personnes en bonne santé assises sans bouger, le RMSSD d'une application utilisant la caméra d'un smartphone concordait étroitement avec un ECG. Il faut rester immobile et au chaud, et les résultats varient d'une application à l'autre.

La couleur de la peau influence-t-elle les mesures de ma montre ?

Pour la fréquence cardiaque, les données sont contrastées. Une revue de 2023 portant sur dix petites études en a trouvé quatre signalant une précision moindre sur peau foncée, quatre ne constatant aucun effet et deux aux résultats mitigés, et peu de personnes à la peau la plus foncée avaient été testées. Pour l'oxygène dans le sang, il a été montré que les oxymètres de pouls d'hôpital passent plus souvent à côté de faibles taux d'oxygène chez les patients noirs : considérez donc la SpO2 d'une montre comme un repère approximatif.

Sources

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