Montre ou ceinture : ce que la PPG change à la VFC

Le schéma ci-dessous aligne les deux signaux pour les mêmes battements : l’ électrocardiogramme électrocardiogramme 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 (ECG) d’une ceinture thoracique en haut, la photopléthysmographie photopléthysmographie 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 (PPG) d’une montre en bas.

1. Temps de transit du pouls : l’onde de pouls atteint le poignet une fraction de seconde après le pic R.
2. Le temps de transit varie avec la respiration et la pression artérielle : un intervalle PP n’est donc pas une copie exacte de l’intervalle RR correspondant.
3. Dispersion de la datation : une onde arrondie peut être datée à son pied, à sa montée la plus raide ou à son pic, et chacun de ces points donne un instant de battement légèrement différent.
4. Faible fréquence d’échantillonnage : à 25 échantillons par seconde, le capteur voit un point toutes les 40 ms, si bien que l’instant du pic est arrondi.

Deux tracés, l’un au-dessus de l’autre, pour les mêmes battements. Le tracé du haut est un ECG avec, pour chaque battement, un pic R haut et net ; les accolades entre les pics portent la mention « intervalle RR ». Le tracé du bas est un signal PPG avec, pour chaque battement, une onde de pouls lisse et arrondie. Chaque pouls commence peu de temps après son pic R, et ce délai, le temps de transit du pouls, est un peu différent à chaque battement. Sur un pouls, une bande ombrée couvre le pied, la montée la plus raide et le pic, les points qu’un détecteur peut retenir comme instant du battement. Sur un autre, des points marquent les échantillons d’un capteur lent, espacés de 40 ms, dont aucun ne tombe exactement sur le pic. Les accolades entre les pics des pouls portent la mention « intervalle PP ».

On demande souvent si 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 une montre ou une bague mesure la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) aussi bien qu’une ceinture thoracique. En deux mots : presque aussi bien au repos, moins bien dès que vous bougez. Cette page explique pourquoi, étape par étape : comment un appareil connecté transforme des impulsions lumineuses en liste d’intervalles entre battements, où l’erreur de datation s’introduit à chaque étape et quels chiffres de VFC elle fausse le plus. C’est l’approfondissement de la comparaison présentée dans la page Comment mesurer la VFC : capteurs, moment, précision. Pour l’onde de pouls elle-même et ce que mesure d’autre un capteur de PPG, commencez par la page PPG : comment une montre mesure le pouls.

Aller à l’explorateur interactif

Deux signaux pour un même battement de cœur

Une ceinture thoracique est un petit ECG. Deux électrodes captent l’onde électrique qui parcourt le muscle cardiaque juste avant sa contraction. Sur le tracé, chaque battement dessine un pic haut et étroit, l’onde R, qui monte et redescend en quelques centièmes de seconde. Son sommet est facile à situer dans le temps : l’écart entre deux ondes R successives, l’ intervalle RR intervalle 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 , enregistre donc avec précision le moment où le stimulateur naturel du cœur 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 s’est déclenché (normes de la Task Force de 1996, établies par la Société européenne de cardiologie et la Société nord-américaine de stimulation et d’électrophysiologie).

Une montre ou une bague utilise la PPG, un capteur optique. Une lumière éclaire la peau et une photodiode mesure la quantité qui revient. Quand un battement pousse du sang dans les petits vaisseaux situés sous le capteur, un peu plus de lumière est absorbée, et le capteur voit une bosse arrondie par battement. L’écart entre deux bosses est l’intervalle pouls à pouls (PP), et la variation de ces écarts est la variabilité de la fréquence du pouls 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).

Trois différences comptent pour la datation :

• Le pouls arrive plus tard. L’onde de pression doit quitter le cœur et descendre dans les artères. Chez 32 adultes en position semi-allongée, le délai entre l’onde R et le pied de l’onde de pouls était de 126 ms à l’oreille et de 269 ms au doigt (Block et coll., 2020). Le poignet se situe entre les deux : une montre voit donc probablement chaque pouls environ 150 à 300 ms après l’onde R, selon la personne et le point daté sur le pouls. Cette fourchette est notre estimation, pas une valeur mesurée.
• Le délai varie. Le temps de transit raccourcit quand la pression artérielle monte et s’allonge quand elle baisse (Mukkamala et coll., 2015), et il oscille avec la respiration. Pendant une respiration à rythme imposé, chez 15 personnes en bonne santé, la plus forte variation du temps de transit allait de 7 à 23 ms selon les personnes (Drinnan et coll., 2001). Ces millisecondes se retrouvent dans les intervalles PP, alors que le cœur ne les a jamais produites.
• Le pouls est arrondi. L’onde R monte et redescend en quelques dizaines de millisecondes. L’onde de pouls met environ un dixième de seconde rien que pour monter, et son sommet est large et plat. Situer dans le temps un sommet large est plus difficile que situer un pic étroit.

Étape par étape : de la lumière à un chiffre de VFC

Tous les appareils connectés suivent une version de cette chaîne. Les fabricants ne publient pas les détails : prenez ces étapes comme la méthode générale, pas comme celle d’un produit en particulier.

Le schéma ci-dessous montre les sept étapes, numérotées comme les titres qui suivent, avec ce qui peut mal tourner à chacune.

1. 1 La lumière entre, le signal brut sort Une LED éclaire la peau et une photodiode lit la lumière qui revient. Précision perdue ici : Un bracelet mal serré, la lumière du jour, une peau froide ou l’encre foncée d’un tatouage peuvent réduire l’ondulation jusqu’à la laisser à peine au-dessus du bruit propre du capteur.
2. 2 L’échantillonnage Le capteur fait un relevé à intervalles fixes : c’est la fréquence d’échantillonnage. Précision perdue ici : Un pouls ne peut être placé que sur un relevé : l’instant de chaque pouls est donc arrondi.
3. 3 Le filtrage Le bruit rapide est lissé et la dérive lente supprimée. Précision perdue ici : Le lissage émousse chaque pouls ; un décalage qui dépend de sa forme déplace l’instant du battement.
4. 4 Retrouver le même point sur chaque pouls Le détecteur date un seul repère : le pied, la montée la plus raide ou le pic. Précision perdue ici : Le bruit déplace davantage un pic large et plat qu’une montée raide.
5. 5 La série d’intervalles Chaque instant de pouls est soustrait du suivant : un nombre par battement. Précision perdue ici : Un pouls daté trop tard allonge un intervalle et raccourcit le suivant.
6. 6 Nettoyage et comblement des trous Les pouls manqués et les faux pouls sont supprimés, comblés ou remplacés. Précision perdue ici : Chaque battement comblé ou remplacé est une supposition, et la méthode de correction modifie les résultats.
7. 7 La fenêtre et le chiffre Le logiciel interne choisit une portion des données, par exemple de courtes fenêtres la nuit ou au repos, et applique une formule. Précision perdue ici : Les fenêtres courtes contiennent moins de battements : quelques mauvais battements y pèsent donc davantage.

Les plus touchées : RMSSD, pNN50, SD1, HF · Moins touchées : FC moyenne, LF, SD2

Une chaîne de sept étapes, de haut en bas : lumière en entrée et signal brut en sortie, échantillonnage, filtrage, recherche du même point sur chaque pouls, série d’intervalles, nettoyage et comblement des trous, puis fenêtre et chiffre. À côté de chaque étape figure l’erreur qui peut s’y introduire : une faible ondulation due à l’ajustement, la lumière du jour, une peau froide ou de l’encre, un arrondi aux relevés d’échantillonnage, un pouls émoussé, un bruit qui déplace le point choisi, un pouls tardif qui allonge un intervalle et raccourcit le suivant, des battements supposés et des fenêtres courtes. Un bandeau final indique que le RMSSD, le pNN50, le SD1 et la puissance HF sont les plus touchés, et la fréquence cardiaque moyenne, la puissance LF et le SD2 moins.

1. La lumière entre, le signal brut sort

Une LED, le plus souvent verte au poignet, éclaire la peau, et une photodiode mesure, de nombreuses fois par seconde, la lumière qui revient. L’essentiel de cette lumière revient inchangé ; l’ondulation due aux battements n’en représente qu’une petite part, que l’électronique amplifie donc.

Ce qui peut mal tourner : un bracelet mal serré, la lumière du jour qui s’infiltre, une peau froide ou l’encre foncée d’un tatouage peuvent réduire l’ondulation jusqu’à la laisser à peine au-dessus du bruit propre du capteur. La page PPG : comment une montre mesure le pouls détaille ces cas.

2. L’échantillonnage : l’horloge

Le capteur ne voit pas une onde continue. Il fait un relevé à intervalles fixes, selon la fréquence d’échantillonnage 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 . À 25 échantillons par seconde, les relevés sont espacés de 40 ms ; à 64, d’environ 16 ms ; à 500, de 2 ms. Un pouls ne peut être placé que sur un de ces relevés : chaque instant de pouls est donc faussé d’au plus un demi-intervalle, soit ±20 ms à 25 Hz et ±1 ms à 500 Hz.

Ce que cela coûte : chaque intervalle PP porte l’arrondi du pouls à ses deux extrémités. Seule, cette erreur est faible à côté d’un intervalle de 900 ms, mais la VFC se construit sur des variations de 10 à 50 ms, et l’arrondi peut donc représenter une grande part de ce qu’on mesure. La leçon De l’électrode au chiffre : la chaîne du signal le montre avec de vrais chiffres.

3. Le filtrage

Avant de chercher les pouls, le logiciel interne lisse le signal (un filtre passe-bas) pour éliminer le bruit rapide, et supprime la dérive lente (un filtre passe-haut) due à la respiration, à la posture et à la pression sur le capteur.

Ce que cela coûte : le lissage retire du bruit mais émousse aussi la forme de chaque pouls, et un filtre qui n’est pas symétrique dans le temps décale tous les pouls de la même quantité. Un décalage constant n’a pas d’importance pour les intervalles ; un décalage qui dépend de la forme de chaque pouls, si.

4. Retrouver le même point sur chaque pouls

Le détecteur choisit sur chaque pouls un repère, le point fiduciaire, et le date. Trois choix sont courants :

• Le pied, là où le pouls commence à monter. Prendre l’échantillon le plus bas n’est pas fiable, car le creux est plat. La méthode habituelle trace une tangente le long du front montant raide et cherche où elle rejoint le niveau du creux qui précède : c’est la méthode de l’intersection des tangentes.
• Le point de montée la plus raide, le maximum de la dérivée première.
• Le pic, le sommet de l’onde.

Le schéma ci-dessous repère les trois sur un même pouls.

1. Le pied : l’endroit où une tangente à la montée raide rejoint le niveau du creux qui précède, selon la méthode de l’intersection des tangentes.
2. Le point de montée la plus raide : le bruit déplace très peu un flanc abrupt dans le temps.
3. Le pic : près d’un sommet large et plat, un peu de bruit peut décaler de plusieurs millisecondes l’échantillon le plus haut.

Une onde de pouls lisse. Une ligne en pointillés longe le creux qui précède le pouls, et une seconde ligne en pointillés longe la montée raide ; leur croisement marque le pied. Un point à mi-hauteur de la montée marque la montée la plus raide, avec une barre très courte qui le traverse. Un point sur le sommet arrondi marque le pic, avec une barre beaucoup plus large, ce qui montre que le bruit peut décaler bien davantage l’instant du pic.

La montée la plus raide est en général la plus stable, parce que le bruit déplace très peu un flanc abrupt dans le temps. Le pic est le moins stable : près d’un sommet large et plat, un peu de bruit peut décaler l’échantillon le plus haut de plusieurs millisecondes, et le pic bouge aussi quand la forme du pouls change avec la respiration ou la pression artérielle. Les données concordent. Dans une étude sur table basculante qui enregistrait la PPG du doigt et du front en même temps qu’un ECG, le milieu du front montant, le maximum de la dérivée première et l’intersection des tangentes donnaient les intervalles PP les plus proches des intervalles RR, tandis que le pic et le simple point de pied concordaient le moins (Peralta et coll., 2019). Une étude au lobe de l’oreille comparant six méthodes a jugé l’intersection des tangentes la meilleure, avec un écart quadratique moyen de 5,69 ms par rapport à l’intervalle RR (Hemon et Phillips, 2015). La même famille d’idées explique un constat issu des travaux sur la pression artérielle sans brassard : appuyer plus fort sur le capteur décale la datation du pic environ deux fois plus que celle du pied (Block et coll., 2020, citant leur étude antérieure).

L’interpolation aide à cette étape. Au lieu de retenir le relevé le plus proche du repère, le détecteur ajuste une petite courbe sur les échantillons voisins et lit le repère entre deux relevés. Pour un pouls large qui s’étend sur plusieurs échantillons, on regagne ainsi l’essentiel de la précision perdue.

5. La série d’intervalles

Soustrayez chaque instant de pouls du suivant et vous obtenez la série PP : un nombre par battement, en millisecondes. Toutes les erreurs des étapes 1 à 4 sont désormais dans ces nombres. Un pouls daté 5 ms trop tard rend un intervalle trop long de 5 ms et le suivant trop court de 5 ms.

6. Nettoyage et comblement des trous

Certains pouls sont manqués, pendant un mouvement ou quand un battement prématuré 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 trop peu de sang. De faux pouls sont détectés, quand un pas ou une secousse ressemble à un battement. Le logiciel interne doit réparer la série avant de calculer quoi que ce soit. Les règles courantes écartent un pouls qui arrive trop tôt après le précédent pour être réel, comblent un long trou avec des battements régulièrement espacés et remplacent un intervalle trop différent de ses voisins par une moyenne locale. Les normes de VFC exigent de traiter les battements anormaux et les artefacts artefacts Artefact Erreur dans un enregistrement des battements, comme un battement manqué, en trop ou mal daté, souvent due à un mouvement ou à un mauvais contact du capteur. Les artefacts peuvent fortement fausser les valeurs de VFC. En savoir plus sur Artefact avant l’analyse (Task Force, 1996), et la méthode de correction elle-même modifie les résultats (Peltola, 2012). Supprimer des intervalles rapproche des battements qui n’ont jamais été voisins ; les combler lisse la série.

Ce que cela coûte : chaque battement comblé ou remplacé est une supposition, le plus souvent lisse, et elle abaisse donc la variation d’un battement à l’autre là où elle se trouve. Les trous font aussi des dégâts. Chez 20 volontaires en bonne santé, les intervalles de l’Apple Watch présentaient en moyenne cinq trous par enregistrement, de 6,5 secondes chacun environ. Les mesures dans le domaine temporel n’étaient pas affectées de façon significative, mais les puissances LF LF Puissance LF Variance des intervalles entre battements dans la bande de 0,04 à 0,15 Hz, en ms² : des rythmes qui se répètent toutes les 7 à 25 secondes. Autrefois interprétée comme un reflet de l’activité sympathique, une lecture aujourd’hui contestée. En savoir plus sur Puissance LF et HF 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 étaient significativement plus basses (Hernando et coll., 2018).

7. La fenêtre et le chiffre

Enfin, le logiciel interne choisit la plage de données à utiliser et applique une formule. La plupart des montres et des bagues ne calculent pas la VFC sur chaque battement de la journée. Elles prennent de courtes fenêtres la nuit ou au repos, en font la moyenne et affichent une seule valeur ; chaque marque fait des choix différents, comme le décrivent le guide La VFC sur Oura, Whoop, Garmin et Apple Watch et la leçon Pourquoi vos appareils ne s’accordent pas sur la VFC. Les fenêtres courtes contiennent moins de battements : quelques mauvais pèsent donc davantage.

Six sources d’erreur de datation

Chaque dessin ci-dessous correspond à l’une des six causes de la liste numérotée qui le suit.

1. 1 L’échantillonnage

   L’instant de chaque pouls est arrondi au relevé le plus proche, avec une erreur pouvant atteindre une demi-période d’échantillonnage.

2. 2 Le point de repère

   Un pic large et plat se laisse facilement déplacer par le bruit ; une montée raide, non.

3. 3 Le temps de transit

   La respiration, la pression artérielle et la posture modifient, battement après battement, le délai entre le cœur et le capteur.

4. 4 Le mouvement

   Les mouvements du bras et du poignet produisent des oscillations bien plus grandes que le pouls.

5. 5 Un pouls faible

   Le pouls diminue alors que le bruit du capteur reste le même : tous les repères bougent donc davantage.

6. 6 Les battements manqués ou en trop

   Chacun impose une réparation, et chaque réparation est une supposition.

Six petits schémas. 1, L’échantillonnage : des points sur un pouls, espacés de quelques dizaines de millisecondes ; aucun ne tombe sur le pic, de sorte que le plus proche en est écarté d’une fraction de la période d’échantillonnage. 2, Le point de repère : un pouls avec un trait large au-dessus de son sommet plat et un trait étroit au-dessus de sa montée raide, qui montrent l’ampleur du décalage que le même bruit produit sur l’instant de chaque point. 3, Le temps de transit : des pointes d’ECG au-dessus d’ondes de pouls ; le délai entre chaque pointe et son pouls est un peu différent à chaque battement. 4, Le mouvement : un passage calme de petits pouls, puis des oscillations bien plus grandes que le pouls. 5, Un pouls faible : un petit pouls bruité sous le contour en pointillés d’un pouls fort, avec une dispersion plus large de l’instant où chaque battement est daté. 6, Les battements manqués ou en trop : des repères au-dessus de pouls détectés ; un petit pouls n’a pas de repère, et une secousse entre deux battements en reçoit un en trop.

Chaque étape ci-dessus ajoute sa propre erreur. Regroupées par cause :

1. L’échantillonnage. L’arrondi de chaque pouls au relevé le plus proche, jusqu’à la moitié de l’écart entre deux relevés. Une étude pilote qui a sous-échantillonné une PPG enregistrée à 10 000 échantillons par seconde n’a trouvé aucune mesure qui diffère significativement de la VFC par ECG au-dessus de 25 Hz. En dessous, le pNN50 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 a lâché le premier (à 20 Hz et moins), puis le RMSSD 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 (à 15 Hz et moins), tandis que l’intervalle moyen, la puissance VLF puissance VLF Puissance VLF Variance des intervalles entre battements dans la bande de 0,003 à 0,04 Hz, en ms² : des rythmes dont la période va de 25 secondes à 5 minutes. Elle demande au moins 5 minutes d’enregistrement et se lit mieux sur 24 heures. En savoir plus sur Puissance VLF et la puissance LF tenaient à toutes les fréquences testées (Choi et Shin, 2017). Une étude sur 57 enregistrements de cinq minutes a tracé une limite plus stricte : le RMSSD restait à moins de 5 % de la valeur à 1 000 Hz jusqu’à 50 échantillons par seconde sans interpolation, et jusqu’à 20 avec ; la fréquence moyenne du pouls restait à moins de 0,05 % à 5 échantillons par seconde (Béres et Hejjel, 2021).
2. Le point de repère. Un sommet large et plat se laisse facilement déplacer par le bruit ; un front montant raide, non (Peralta et coll., 2019).
3. Le temps de transit. La respiration, la pression artérielle et la posture modifient le délai entre le cœur et le capteur, battement par battement (Drinnan et coll., 2001 ; Mukkamala et coll., 2015). Cela ajoute une variabilité qui vient des vaisseaux. Certains chercheurs y voient un défaut de la PRV ; d’autres, une information supplémentaire sur la circulation (Mejía-Mejía et coll., 2020).
4. Le mouvement. Les mouvements du bras et du poignet déplacent le capteur et brassent le sang, ce qui produit des fluctuations bien plus grandes que le pouls. Dans une étude sur des appareils connectés grand public et de recherche, l’erreur sur la fréquence cardiaque pendant l’activité était en moyenne supérieure de 30 % à celle du repos (Bent et coll., 2020), et la VFC, qui a besoin de chaque battement, en souffre bien davantage que la fréquence cardiaque.
5. Un pouls faible. Des mains froides, un mauvais ajustement ou un faible débit sanguin dans la peau réduisent le pouls alors que le bruit du capteur reste le même. Tous les repères bougent alors davantage. Dans une étude d’exposition au froid, la PRV du doigt et de l’orteil réagissait différemment de la VFC par ECG, plus que la PRV de l’oreille (Mejía-Mejía et coll., Frontiers in Physiology, 2020).
6. Les battements manqués ou en trop. Chacun impose une réparation, et chaque réparation est une supposition (Peltola, 2012 ; Hernando et coll., 2018).

À essayer : un battement, deux capteurs

L’explorateur ci-dessous est un modèle pédagogique de ces étapes. Cinq minutes de battements synthétiques au repos sont datées deux fois : par un ECG, et par un capteur au poignet simulé qui voit une onde de pouls environ 200 ms plus tard, l’échantillonne, la lisse, trouve un point sur chaque pouls et nettoie la série. Chaque paramètre de VFC est ensuite calculé à partir des deux, avec le même code que le calculateur de VFC du site.

ECG et PPG, battement par battement

Battements synthétiques, pas un enregistrement

Ceinture thoracique (ECG) en haut, montre (PPG) en bas Pic R Point daté Comblé

ECG PPG

0 s 5 s

Délai, du pic R au point daté

327 ms

Plage du délai sur 5 min

28 ms

Pas de datation

±7,8 ms

Battements corrigés

0

À 64 Hz, en datant le pic, chaque intervalle PP diffère de son intervalle ECG de 7,8 ms (écart type). Le RMSSD s’écarte de +11,4% et la puissance HF de +20,7%, alors que l’écart de la fréquence cardiaque moyenne est de 0,0%.

Fréquence d’échantillonnage 64 Hz, un échantillon toutes les 15,6 ms 255064100128250500

Point daté sur chaque pouls

Pied Montée la plus raide Pic

Effet de la respiration sur le temps de transit

Nul Typique Fort

Mouvement

Immobile Léger Marche

Force du pouls

Normal Faible (mains froides)

Interpoler entre les échantillons

Cinq premiers battements

Battement	RR (ECG) ms	PP (PPG) ms	Différence ms
1	859	859	0
2	863	875	12
3	840	828	−12
4	799	813	14
5	822	813	−9

Cinq minutes, PPG face à ECG

Paramètre	ECG	PPG	Différence
FC moyenne bpm	68,1	68,1	0,0%
SDNN ms	35,6	36,9	+3,7%
RMSSD ms	30,0	33,4	+11,4%
pNN50 %	9,4	9,1	−3,1%
SD1 ms	21,2	23,6	+11,4%
SD2 ms	45,6	46,5	+1,9%
LF ms²	422	427	+1,1%
HF ms²	334	403	+20,7%
LF/HF	1,26	1,06	−16,2%
DFA α1	0,91	0,87	−4,6%
SampEn	1,97	1,93	−1,7%

Les barres partent du centre et s’arrêtent à ±50 %. L’orange signale une valeur de la montre plus haute que celle de l’ECG, le vert une valeur plus basse. Les lignes orange du tableau des battements ont été comblées ou redatées par le nettoyage.

Les commandes fonctionnent lorsque JavaScript est activé.

Deux tracés sur les 5 premières secondes : un ECG avec un pic R haut et étroit par battement et, en dessous, un signal PPG avec un pouls arrondi par battement, qui commence environ 200 millisecondes après chaque pic R. Des lignes en pointillés descendent de chaque pic R et de courts repères marquent le point daté sur chaque pouls. Des indicateurs donnent le délai moyen entre le pic R et ce point, l’amplitude de variation de ce délai, le pas de datation du capteur et le nombre de battements corrigés par le nettoyage. Un tableau liste les cinq premiers intervalles battement à battement mesurés par l’ECG et par la PPG, avec leur différence en millisecondes. Un second tableau liste onze paramètres de VFC calculés sur cinq minutes avec les deux méthodes, avec l’écart de la PPG en pourcentage et une petite barre. Avec les réglages de départ (64 Hz, le pic, sans interpolation, respiration typique, immobile), les écarts sont les suivants : FC moyenne 68,1 sur l’ECG, 68,1 sur la PPG, 0,0%; SDNN 35,6 sur l’ECG, 36,9 sur la PPG, +3,7%; RMSSD 30,0 sur l’ECG, 33,4 sur la PPG, +11,4%; pNN50 9,4 sur l’ECG, 9,1 sur la PPG, −3,1%; SD1 21,2 sur l’ECG, 23,6 sur la PPG, +11,4%; SD2 45,6 sur l’ECG, 46,5 sur la PPG, +1,9%; LF 422 sur l’ECG, 427 sur la PPG, +1,1%; HF 334 sur l’ECG, 403 sur la PPG, +20,7%; LF/HF 1,26 sur l’ECG, 1,06 sur la PPG, −16,2%; DFA α1 0,91 sur l’ECG, 0,87 sur la PPG, −4,6%; SampEn 1,97 sur l’ECG, 1,93 sur la PPG, −1,7%. Un curseur règle la fréquence d’échantillonnage de 25 à 500 Hz. Des boutons radio choisissent le point daté sur chaque pouls, l’effet de la respiration sur le temps de transit, le mouvement et la force du pouls, et une case à cocher active l’interpolation entre les échantillons.

Pistes à essayer :

• Partez de 64 Hz sur le pic. Le RMSSD et la puissance HF ressortent environ un dixième à un cinquième trop hauts ; la fréquence cardiaque moyenne 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 ne bouge pas.
• Descendez à 25 Hz. Le RMSSD bondit d’un tiers ou plus, le pNN50 et la puissance HF suivent, et le DFA α1 DFA α1 DFA α1 L'exposant d'échelle à court terme de l'analyse des fluctuations redressées. Près de 1, les battements ont une mémoire à toutes les échelles ; près de 0,5, ils se comportent comme du bruit. L'α2 est la même pente sur des durées plus longues. En savoir plus sur DFA α1 baisse. Activez maintenant l’interpolation et regardez l’essentiel revenir.
• Passez du pic à la montée la plus raide ou au pied à 250 Hz. L’erreur sur les intervalles diminue.
• Réglez la respiration sur forte, tout le reste étant idéal. L’oscillation du temps de transit suffit à gonfler le RMSSD et la puissance HF, tandis que la puissance LF ne bouge pas.
• Choisissez la marche. Le logiciel interne manque et invente des battements, le nettoyage devine, et toutes les mesures d’un battement à l’autre s’effondrent, alors que la fréquence cardiaque moyenne reste à quelques dixièmes de pour cent près.

Le modèle est une simplification. Les vrais capteurs filtrent autrement, le vrai temps de transit varie de façon plus compliquée et les vraies règles de nettoyage ne sont pas publiques. Prenez ses chiffres pour des indications de sens et d’ordre de grandeur, pas pour une prévision sur votre appareil.

Quels paramètres de VFC souffrent, et pourquoi

Le graphique ci-dessous résume le tableau qui suit : plus il y a de segments remplis, plus l’erreur de datation de la PPG déplace la mesure.

Paramètre Très faible Élevée

Domaine temporel

• Fréquence cardiaque moyenne : Très faible
• SDNN (5 minutes ou plus) : Faible à modérée (mécanisme)
• RMSSD : Élevée (mécanisme)
• pNN50 : Élevée, et irrégulière (mécanisme)

Diagramme de Poincaré

• SD1 : Élevée (mécanisme)
• SD2 : Faible (mécanisme)

Domaine fréquentiel

• Puissance HF : Élevée
• Puissance LF : Faible face à la gigue, modérée face aux trous (mécanisme)
• LF/HF : Modérée à élevée (mécanisme)

Non linéaire

• DFA α1 : Modérée (mécanisme)
• Entropie d’échantillon et entropie approximative : Modérée, sens variable (mécanisme)

Sensibilité Extrémité haute d’une fourchette Non atteint

Un graphique avec une ligne par paramètre de VFC, regroupés en domaine temporel, diagramme de Poincaré, domaine fréquentiel et mesures non linéaires. Chaque ligne comporte une barre de quatre segments, de la sensibilité très faible à la sensibilité élevée, et les mots du tableau pour cette ligne.

Deux idées expliquent l’essentiel du tableau ci-dessous.

La première : l’erreur de datation est surtout aléatoire d’un pouls à l’autre. Un pouls daté un peu trop tard allonge un intervalle et raccourcit le suivant, si bien que l’erreur tombe en plein sur les écarts d’un battement à l’autre. Si l’instant de chaque pouls est faussé d’une quantité aléatoire d’écart type σ, chaque différence successive est faussée d’une erreur de variance 6σ², et le RMSSD augmente à peu près ainsi :

$$\text{RMSSD}_{\text{PPG}}^2 \approx \text{RMSSD}_{\text{ECG}}^2 + 6\sigma^2$$

Lisez : le bruit de datation, élevé au carré, s’ajoute au RMSSD élevé au carré. Avec σ = 5 ms, 6σ² vaut 150 ms². Un RMSSD réel de 30 ms ressort alors à environ 32 ms, soit 8 % de trop ; un RMSSD réel de 15 ms ressort à environ 19 ms, presque 30 % de trop. La même erreur de datation compte donc davantage chez les personnes à faible VFC. Cette formule est notre propre calcul à partir de la définition du RMSSD, en supposant des erreurs indépendantes : c’est un mécanisme, pas un résultat publié.

La seconde idée concerne la fréquence. Une erreur aléatoire sur les instants de pouls devient une erreur rapide, en dents de scie, sur les intervalles, qui dans un spectre se situe surtout dans la bande des hautes fréquences, celle où vit la variation liée à la respiration. Les rythmes lents, comme la bande LF, et les dérives lentes la voient à peine.

« Mécanisme » signale un raisonnement fondé sur la construction de la mesure, et non un résultat mesuré. En pratique, le nettoyage par le logiciel interne et le choix de la fenêtre comptent souvent autant que le capteur : un appareil peut donc faire moins bien ou mieux que ce tableau le prévoit.

Ce que disent les données

Les statistiques de concordance en mots simples

Les études de validation comparent un appareil à une référence, le plus souvent un ECG, chez les mêmes personnes au même moment. La corrélation seule est trompeuse, car deux méthodes peuvent monter et descendre ensemble tout en s’écartant beaucoup l’une de l’autre (Bland et Altman, 1986). Le résumé habituel est une analyse de Bland-Altman :

• Le biais moyen est la différence moyenne entre l’appareil et la référence. Un biais de +3 ms signifie que l’appareil affiche en moyenne 3 ms de trop.
• Les limites d’agrément forment la plage dans laquelle tombent 95 % des différences individuelles, soit le biais plus ou moins deux écarts types environ. Des limites larges signifient que, même sans biais moyen, une mesure donnée peut s’écarter fortement.

De nombreuses études sur les appareils connectés donnent aussi l’erreur absolue moyenne en pourcentage (MAPE) et un coefficient de concordance (CCC) ; le guide La VFC sur Oura, Whoop, Garmin et Apple Watch les explique.

Au repos et pendant le sommeil

Un corps immobile donne les meilleurs résultats.

• Une revue d’études comparant la PRV et la VFC a jugé la PRV assez précise au repos, tout en notant que de nombreuses études surestimaient un peu la variabilité à court terme, ce que les auteurs attribuent à l’action de la respiration sur la circulation (Schäfer et Vagedes, 2013).
• Chez 17 jeunes sur table basculante, les mesures de PRV et de VFC ne différaient pas significativement et leur corrélation dépassait 0,97 ; les écarts restants se situaient surtout dans la bande HF (Gil et coll., 2010).
• La PRV remplaçait bien la VFC chez des personnes en bonne santé au repos, avec des corrélations supérieures à 82 %, mais moins bien après l’effort et chez les personnes atteintes d’une maladie cardiaque, surtout pour les mesures de fréquence (Pinheiro et coll., 2016).
• De nuit, par rapport à l’ECG d’une ceinture thoracique, chez 13 adultes en bonne santé sur 536 nuits : l’Oura Ring Gen 4 avait un CCC de 0,99 et une MAPE de 5,96 % pour le RMSSD, l’Oura Gen 3 0,97 et 7,15 %, le WHOOP 4.0 0,94 et 8,17 %, la Garmin Fenix 6 0,87 et 10,52 %, et la Polar Grit X Pro 0,82 et 16,32 % (Dial et coll., 2025).
• Chez 35 adultes en bonne santé à domicile, une bague Oura mesurait avec précision la fréquence cardiaque et le RMSSD nocturnes, à la fois sur des fenêtres de 5 minutes et en moyenne de nuit, selon le jugement des auteurs, bien que son RMSSD soit en moyenne inférieur d’environ 15 ms à celui de l’ECG. Le SDNN, le pNN50 et la bande HF n’étaient acceptables qu’en moyenne de nuit, et la bande LF et le rapport LF/HF présentaient une erreur élevée dans les deux cas (Cao et coll., 2022).
• Chez 53 adultes en laboratoire du sommeil, le WHOOP 3.0, dont le fabricant avait fourni les intervalles bruts entre battements, concordait presque parfaitement avec l’ECG (corrélation intraclasse de 0,99, sous-estimation moyenne de 4,5 ms). L’Apple Watch, Polar et Oura, avec leur propre traitement, avaient une bonne concordance (0,63 à 0,67), et un test Garmin de 3 minutes réalisé éveillé avait une concordance médiocre (0,24). Plusieurs appareils affichaient une VFC basse trop haute et une VFC haute trop basse (Miller et coll., 2022).

Ceinture, bague, poignet et caméra face à face

Dans une étude portant sur cinq jeunes adultes et 148 essais au repos, comparés à un ECG à plusieurs dérivations, la même application donnait une erreur moyenne de RMSSD de 4,10 % avec une ceinture thoracique Polar H10 et de 9,43 % avec la caméra du téléphone. Une bague Oura avait 6,84 %, et un autre système à ceinture thoracique, avec un test de trois minutes, 11,27 % (Stone et coll., 2021). Chez 29 personnes en bonne santé au repos, la PPG d’un smartphone et une ceinture thoracique concordaient toutes deux de façon acceptable avec un ECG pour le RMSSD (Plews et coll., 2017). Le capteur n’est qu’un facteur parmi d’autres : la durée d’enregistrement et le traitement comptent aussi. La VFC au bout du doigt : caméras, pinces et bagues détaille les caméras de téléphone, les pinces de doigt et les bagues.

En mouvement

Les ceintures thoraciques tiennent bon. Jugée d’après le tracé ECG brut, une ceinture Polar H10 a daté correctement 99,6 % des battements pour des activités allant du facile au difficile, et 99,4 % pendant un effort de haute intensité (Gilgen-Ammann et coll., 2019). Les capteurs optiques, non : l’activité physique et certains stress mentaux dégradaient fortement la concordance entre PRV et VFC, souvent jusqu’à un niveau inacceptable (Schäfer et Vagedes, 2013). C’est la raison principale pour laquelle la plupart des appareils connectés mesurent la VFC pendant le sommeil.

Le débat en ligne, présenté honnêtement

Deux camps s’affrontent en ligne à propos de la VFC des appareils connectés.

« La PRV n’est pas la VFC. » Ce camp a raison sur la physique. Un appareil de PPG mesure le pouls à la peau, et ce signal porte les variations du temps de transit, le tonus des vaisseaux et la forme du pouls en plus du rythme du cœur. Les revues concluent qu’on ne doit pas traiter la PRV comme un substitut valable de la VFC dans toutes les situations (Mejía-Mejía et coll., 2020), et l’écart se creuse avec le mouvement, le stress, le froid, l’effort et les maladies cardiaques (Schäfer et Vagedes, 2013 ; Pinheiro et coll., 2016).

« Assez proche au repos. » Ce camp a raison sur la pratique. Pour une personne en bonne santé et immobile, surtout en moyenne sur une nuit, les meilleurs appareils tombent en moyenne à quelques millisecondes d’un ECG (Dial et coll., 2025), ce qui est faible à côté des variations d’une nuit à l’autre que la plupart des gens suivent.

Les deux positions peuvent être vraies à la fois. La différence compte quand :

• vous avez besoin de la précision d’un battement à l’autre, par exemple pour des mesures courtes isolées, le pNN50, la puissance HF ou le DFA α1 ;
• vous mesurez pendant ou juste après un effort ;
• votre rythme est irrégulier, avec des extrasystoles fréquentes ou une fibrillation auriculaire, car ces battements sont souvent manqués ou lissés ;
• vous faites de la recherche, ou vous comparez des valeurs entre appareils ou avec des normes publiées.

Elle compte beaucoup moins quand vous suivez votre propre RMSSD nocturne avec le même appareil, porté de la même façon, nuit après nuit. Un appareil qui affiche 3 ms de trop chaque nuit vous montre quand même dans quelle direction vous allez.

Que faire

• Utilisez un seul appareil et comparez-le uniquement avec lui-même. Chaque marque a son capteur, son point de repère, son nettoyage et sa fenêtre : les valeurs absolues de deux appareils ne sont donc pas interchangeables.
• Lisez les tendances plutôt que les valeurs isolées. Les moyennes de nuit sont plus fiables qu’une seule mesure courte.
• Utilisez une ceinture thoracique pour les mesures courtes du matin, tout ce qui touche à l’effort et la recherche. Elle date l’onde R électrique et tient bon en mouvement.
• Aidez le capteur optique. Portez-le bien ajusté, restez immobile pour les mesures ponctuelles et réchauffez d’abord vos mains si elles sont froides.
• Prudence avec les mesures fines d’un appareil connecté. Considérez comme approximatifs le pNN50, la puissance HF, le rapport LF/HF et le DFA α1 d’une montre.
• Si votre rythme cardiaque vous semble irrégulier, consultez un médecin. Aucun des deux appareils ne remplace un ECG diagnostique.

Pour un résumé des données en termes simples, lisez Poignet ou ceinture : même précision pour la VFC ?, et pour ce que chaque marque affiche, le guide La VFC sur Oura, Whoop, Garmin et Apple Watch.