Analog Devices rappelle ici comment intégrer la mesure des signes vitaux dans la conception de dispositifs médicaux à porter sur soi, pour une surveillance en continu des patients. Le fabricant américain répond à ce besoin croissant avec une solution combinant les fonctions de trois biocapteurs.

La saturation en oxygène dans le sang (SpO2), la fréquence cardiaque (HR), l'électrocardiogramme (ECG) et la fréquence respiratoire (RR) sont les mesures essentielles des signes vitaux que les professionnels de santé utilisent à des fins de diagnostic. Et la surveillance continue de ces signes vitaux à l'aide de dispositifs portés sur soi (wearables) sera un élément clé du modèle de soins futur. Elle permettra en effet d'anticiper l'apparition de la maladie avant que des symptômes ne se développent. Avec l’intégration croissante de capteurs de qualité clinique, on peut notamment envisager la mise au point de DM de surveillance à porter sur soi sous forme de patchs jetables, remplacés périodiquement, à l'instar des lentilles de contact.

Il existe déjà de nombreux moniteurs portatifs sur le marché disposant de fonctions de suivi de signes vitaux. S’ils suffisent à satisfaire un désir d'auto-observation occasionnelle, les mesures qu’ils fournissent ne sont généralement pas exploitables par les professionnels de santé, notamment à cause de la qualité des capteurs utilisés, de l'endroit où ils sont portés ou installés, et de la qualité de contact avec le corps.

Quant aux dispositifs actuellement utilisés pour assurer un suivi de qualité clinique des signes vitaux sur des intervalles de temps prolongés, ils sont souvent encombrants et inconfortables, avec des degrés variables de portabilité.

Saturation en oxygène dans le sang

Généralement compris entre 95 et 100 %, le niveau de SpO2 est un signe vital important à surveiller régulièrement par les professionnels de la santé. En dessous de 93 %, il peut indiquer une détresse respiratoire. C’est un symptôme courant chez les patients atteints de COVID-19, par exemple.

Oxymètre de pouls dédié à la mesure de SpO2 (source : Shutterstock).

Le niveau de SpO2 se mesure par photopléthysmographie (PPG), une technique optique qui utilise des émetteurs LED pour éclairer les vaisseaux sanguins sous la surface de la peau, et des récepteurs à photodiode pour détecter le signal lumineux réfléchi. Utilisé par de nombreux dispositifs portés au poignet, les signaux lumineux PPG sont sujets à des interférences dues à des artefacts de mouvement et aux variations transitoires d'éclairage ambiant. Ces phénomènes sont susceptibles de provoquer des lectures erronées, incompatibles avec des mesures de qualité clinique.

Dans un contexte clinique, la SpO2 est mesurée à l'aide d'un oxymètre à pulsation généralement fixé pendant un certain temps au doigt d'un patient immobile. Il existe des versions portables alimentées par piles, mais elles ne peuvent servir qu’à effectuer des mesures intermittentes.

Fréquence cardiaque et ECG

Certaines maladies cardiaques graves peuvent entraîner une différence entre la fréquence cardiaque et le pouls. La fibrillation auriculaire notamment peut être difficile à détecter, car elle se manifeste parfois de manière intermittente, et seulement pendant de courtes périodes transitoires.

Holter Monitor pour une surveillance continue de l'ECG (Source : Shutterstock).

Dans la mesure où les capteurs PPG effectuent des mesures optiques en partant du principe que la HR est identique à la fréquence du pouls, on ne peut pas compter sur eux pour détecter la fibrillation auriculaire. Pour cela, l'activité électrique du cœur doit être enregistrée en continu sur un intervalle assez long, avec une représentation graphique du signal (ECG pour électrocardiogramme). De qualité clinique, le moniteur Holter est l'appareil portable le plus courant utilisé à cette fin. Bien qu’utilisant moins d'électrodes que le moniteur ECG statique utilisé à l’hôpital, il peut être encombrant et inconfortable à porter, notamment pendant le sommeil.

Fréquence respiratoire

Une fréquence respiratoire (RR pour Respiratory Rate) supérieure à 30 respirations par minute peut être un indicateur de détresse respiratoire causée par une fièvre ou un autre facteur. Certaines solutions portatives déduisent la RR à l'aide de techniques d'accélérométrie ou de PPG. Mais la mesure de RR de qualité clinique est effectuée soit en utilisant des informations issues d’un signal ECG, soit en utilisant un capteur de bio-impédance (BioZ) qui évalue l'impédance électrique de la peau à l'aide de deux électrodes ou plus.

Si la fonctionnalité ECG approuvée par la FDA est disponible dans certains produits de santé et de fitness haut de gamme, la fonction de détection de la bio-impédance n'est généralement pas présente car elle nécessite un circuit intégré de capteur BioZ distinct. Les capteurs BioZ permettent d’aller au-delà de la mesure de RR en analysant l'impédance bioélectrique (BIA) et la spectroscopie d'impédance bioélectrique (BIS). Ces deux informations servent à mesurer les niveaux de composition des muscles, de la graisse et de l'eau du corps. Les capteurs BioZ permettent également d’obtenir une cardiographie par impédance (ICG) et sont utilisés pour mesurer la réponse galvanique de la peau (GSR), indicateur potentiel du stress.

Quatre signes vitaux surveillés avec un seul circuit

Pour simplifier la conception de wearables de surveillance à distance de patient, Analog Devices a développé, sous la référence MAX86178, un frontal analogique qui intègre trois systèmes de mesure de qualité clinique (optique, ECG à un seul fil et bio-impédance) pour suivre 4 signes vitaux courants : l'électrocardiogramme (ECG ou EKG), la fréquence cardiaque (ECG ou PPG optique), la saturation du sang en oxygène (SpO₂) et la fréquence respiratoire (avec BioZ). Le MAX86178 permet la synchronisation du PPG optique et de l'ECG pour étendre ses capacités à des mesures de santé dérivées.

Toutes ces fonctions tiennent dans un boîtier WLP de seulement 2,6 x 2,8 mm, qui ouvre la voie au développement de dispositifs de surveillance à distance à la fois complets et compacts, à porter sur la poitrine ou au poignet. Un soin tout particulier a été apporté à la réduction de la consommation d'énergie. Il s'agit de permettre l'utilisation de piles plus petites, ou de réduire la fréquence de recharge dans le cas de batteries. Pour ce faire, le MAX86178 délivre à chaque sous-système des options configurables pour optimiser l'autonomie et la consommation selon les utilisations.

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