i-Virtual développe ses solutions autour d’une technologie qui utilise la lumière : la photopléthysmographie. Dans « photopléthysmographie », il y a le mot grec photo qui fait référence à la lumière et le mot plethysmo qui signifie « agrandissement », « augmentation ». Introduit dans les années 1930, ce terme a été proposé pour représenter les changements volumétriques de la vascularisation dermique. Mais, qu’est-ce que la photopléthysmographie et comment fonctionne-t-elle ?
Photopléthysmographie: du contact au sans contact
La photopléthysmographie est une technique optique non invasive permettant de détecter les variations du volume sanguin microvasculaire dans les tissus qui sont dues à la nature pulsatile du système circulatoire. Elle est devenue un domaine de recherche intéressant dans les mondes du biomédical et clinique en raison de sa facilité d’utilisation, de son faible coût et de sa commodité. En général, il y a deux façons principales d’utiliser cette technique : la méthode contact et la méthode sans contact.
Photopléthysmographie de contact
Les techniques de photopléthysmographie de contact reposent sur la réflexion ou la transmission de la lumière (deux principales configurations opérationnelles de la PPG). Le principe fondamental de la photopléthysmographie repose sur les variations de la sensibilité de différentes longueurs d’ondes optiques pour le sang et d’autres composants tissulaires. Ainsi, la forme de base de la technologie PPG ne nécessite que quelques composants optoélectroniques :
- Une source de lumière pour éclairer le tissu
- Un photodétecteur pour mesurer les petites variations d’intensité lumineuse associées aux changements de perfusion dans le volume de captation.
En mode transmission, l’échantillon de tissu se trouve entre la source lumineuse et le détecteur (figure 1 (a)). Alors qu’en mode réflexion, la source de lumière et le détecteur sont placés côte à côte (Figure 1 (b)).
Figure 1 : (a) Mode de transmission du PPG. (b) Mode de réflexion du PPG. LED : diode électroluminescente, PD : photodétecteur. Source : Tamura et al., 2014.
Pour un suivi précis des variations du volume sanguin dans le lit tissulaire microvasculaire, la source lumineuse, plus précisément la longueur d’onde, doit présenter une absorption plus importante pour le sang par rapport aux autres composants tissulaires. La mélanine absorbe fortement les longueurs d’onde plus courtes de la lumière, tandis que l’eau absorbe la lumière dans les gammes de l’ultraviolet et de l’infrarouge plus long. Par conséquent, la lumière rouge et l’infrarouge proche est généralement utilisée comme source lumineuse dans les capteurs PPG. Cependant, de plus en plus de dispositifs ont commencé à utiliser la longueur d’onde verte car l’hémoglobine et l’oxyhémoglobine absorbent mieux la lumière verte que la rouge. Il en résulte un meilleur signal avec moins de bruit.
Les sites de mesure les plus courants pour l’enregistrement par contact sont les doigts, le front, le poignet et les oreilles.
Photopléthysmographie sans contact
La photopléthysmographie sans contact, ou photopléthysmographie à distance, fait partie de la photopléthysmographie par imagerie (IPPG). La technique IPPG sans contact est une méthode optique non invasive permettant de détecter les ondes de pouls générées par le cœur au moyen de mesures de la perfusion sanguine périphérique. Elle s’est avérée supérieure par sa facilité d’utilisation, son faible coût, sa sécurité, sa commodité et sa capacité à offrir de multiples évaluations physiologiques.
La photopléthysmographie à distance a été explorée relativement récemment, depuis 1996. Le concept de base de l’IPPG repose sur l’illumination d’un tissu spécifique avec une source lumineuse, puis sur la mesure de la lumière quittant le tissu avec un capteur d’imagerie. Ainsi, l’IPPG évite la déformation de la paroi auriculaire, ce qui donne des signaux plus fiables pour les applications cliniques.
La technique IPPG à distance est relativement récente, mais elle se répand rapidement du laboratoire à l’utilisation quotidienne. Les scientifiques et les chercheurs se concentrent principalement sur la conception de la source lumineuse et le développement du circuit de contrôle pour la synchronisation entre la source lumineuse et la caméra. Ils se concentrent ensuite sur le traitement des données. En particulier parce que les approches de télédétection sont connues pour être plus vulnérables aux artefacts de mouvement.
Similitudes et différences
La PPG et l’IPPG présentent de nombreuses similitudes : toutes les deux ont besoin d’une source de lumière et d’un photodétecteur pour fonctionner. Néanmoins, les capacités et les fonctionnalités de ces deux systèmes sont différentes. Le capteur d’imagerie, qui correspond au photodétecteur dans la PPG, fournit des fonctionnalités supplémentaires par rapport à un capteur ponctuel, notamment pour l’atténuation des artefacts de mouvement et la sélection de la région d’intérêt. Ces fonctions permettent d’obtenir un système PPG sans contact flexible et robuste. Ainsi, l’élément clé de l’instrumentation de la PPG est souvent la caméra, car elle collecte les photons réfléchis (dans le cas de l’enregistrement du visage) ou transmis (dans le cas d’un capteur au bout du doigt) par la peau. Les caractéristiques de la caméra influencent l’enregistrement qui peut ensuite avoir un impact sur les paramètres physiologiques. Il existe trois principaux groupes de systèmes IPPG en fonction de la caméra : les systèmes IPPG basés sur une caméra haute définition, les systèmes IPPG basés sur une caméra numérique grand public et les systèmes IPPG basés sur un téléphone portable.
Les applications de la PPG et de la IPPG
L’utilisation de la PPG a des implications importantes pour un large éventail d’applications dans différents contextes cliniques, notamment l’évaluation du système cardiovasculaire, la surveillance des signes vitaux, la détection de l’oxygène dans le sang et la fonction autonome. La technique de contact PPG a été utilisée dans de nombreux dispositifs médicaux disponibles dans le commerce pour mesurer la saturation en oxygène (SpO2), la pression artérielle et le débit cardiaque, évaluer la fonction autonome et détecter les maladies vasculaires périphériques.
Caducy et la photopléthysmographie
Aujourd’hui, les appareils utilisant la technique IPPG peuvent mesurer la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire, l’oxygénation du sang, la variabilité de la fréquence du pouls, la perfusion sanguine, la pression sanguine, le temps de transit du pouls, détecter la fibrillation auriculaire et les pics systoliques et diastoliques.
Caducy, développée par i-Virtual, est un excellent exemple de l’application de cette technologie. En effet, aujourd’hui grâce à Caducy, la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire, la variabilité de la fréquence cardiaque et le niveau de stress des personnes peuvent être mesurés à distance grâce à la photopléthysmographie par imagerie sans contact.
