Un appareil portable s'inspire de l'étoile de mer pour mieux surveiller la santé cardiaque
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Si une personne souffre d'une maladie cardiaque, il est important que son activité cardiaque soit surveillée aussi fréquemment et précisément que possible. Un nouveau dispositif portable expérimental est conçu pour y parvenir, en imitant la structure corporelle de l'étoile de mer.
Pour examiner le cœur, l'échographie Doppler est l'une des techniques les plus couramment utilisées. Cependant, elle doit être réalisée lors d'une consultation en clinique et nécessite l'immobilisation du patient. Elle ne donne donc pas une image fidèle du fonctionnement du cœur, la plupart du temps, lors de la plupart des activités.
Une alternative consiste à faire porter au patient un système qui surveille et enregistre son activité cardiaque pendant plusieurs jours, tout au long de ses activités quotidiennes. Pour enregistrer différents types de signaux cardiaques, ces systèmes doivent généralement intégrer plusieurs capteurs, chacun n'ayant qu'un seul point de contact avec la peau. De telles installations sont donc souvent complexes, encombrantes et inconfortables.
C'est là qu'intervient l'appareil inspiré des étoiles de mer.
Développé par Sicheng Chen, Zheng Yan et leurs collègues de l'Université du Missouri, ce dispositif à cinq bras, en polymère flexible, se fixe à la peau, au-dessus et autour du cœur du patient. Aucun autre composant portable n'est requis.
À l'extrémité de chaque bras se trouve un « plot de détection » composé d'un accéléromètre et d'une électrode. Des circuits en cuivre relient chacun de ces plots, le long du bras, à un concentrateur électronique central. Ce concentrateur contient notamment un micro-ordinateur 32 bits, un module Bluetooth, une batterie rechargeable et des bobines de charge sans fil.
Les cinq capteurs enregistrent les signaux cardiaques de l'électrocardiogramme (ECG), du sismocardiogramme (SCG) et du gyrocardiogramme (GCG). L'ECG correspond à l'activité électrique du cœur, tandis que le SCG et le GCG sont mécaniques. Les capteurs enregistrent également les signaux mécaniques générés par les mouvements corporels non cardiaques.
Toutes ces données sont d'abord traitées par l'ordinateur de bord, puis transmises sans fil à un smartphone ou une tablette à proximité pour une analyse plus approfondie grâce à des algorithmes basés sur l'apprentissage automatique, et ce, dix fois par seconde. Pour les besoins de l'étude, les algorithmes ont été entraînés sur les mesures cardiaques de 16 volontaires sains et de 18 personnes souffrant de diverses pathologies cardiaques.
Lors des tests, la technologie s'est avérée précise à plus de 91 % pour identifier les maladies cardiaques telles que la fibrillation auriculaire, l'infarctus du myocarde (crise cardiaque) et l'insuffisance cardiaque. Cette précision, qui devrait s'améliorer à mesure que l'appareil progressera, s'explique en partie par sa capacité à différencier les mouvements cardiaques des autres mouvements.
Dans sa forme prototype actuelle, le gadget ne pèse que 1,7 gramme et peut fonctionner jusqu'à huit heures avant de nécessiter une recharge sans fil (tout en restant sur le corps de la personne qui le porte). Il est actuellement fixé à la peau du thorax grâce à un gel conducteur, mais les prochaines versions devraient utiliser un matériau plus respirant et confortable.
« La plupart des appareils actuels se concentrent sur la capture d'un seul signal ou nécessitent des appareils distincts pour en suivre plusieurs simultanément », explique Sicheng Chen. « Celui-ci nous permet d'obtenir une image plus complète de la santé cardiaque d'une personne. »
Un article sur cette recherche a récemment été publié dans la revue Science Advances .