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Ballistocardiographie

La ballistocardiographie est une méthode de surveillance non intrusive de l’activité cardiaque. Elle a été inventée à la fin du XIXe siècle mais a été remplacée par les premiers électrocardiographes, plus précis à l’époque. Aujourd’hui, avec les nouvelles technologies de capteurs, le traitement du signal numérique et l’intelligence artificielle, cette technologie suscite un regain d’intérêt. Le principe de la ballistocardiographie est analogue à celui de la sismologie : lorsque le cœur bat, le sang éjecté traverse l’artère aorte et génère une micro-vibration. Ce phénomène mécanique permet une surveillance cardiaque par le biais de mesures sans contact de la variation de pression (avec une jauge de contrainte) ou d’une déformation (avec des accéléromètres) du lit ou du matelas. 

Source vidéo : Blausen 

Le babyphone Fealing utilise un accéléromètre ultra-sensible pour enregistrer les micro-vibrations du corps et utilise la ballistocardiographie pour enregistrer l’activité cardiaque sans contact, au lieu de l’électrocardiographie, standard hospitalier très intrusif et peu confortable pour les bébés. D’autres signes vitaux, tels que l’activité respiratoire et l’activité motrice, sont également mesurés.

Fealing associe ce procédé à des algorithmes de traitement du signal et de machine learning adaptés afin : 

  • d’analyser les cycles du sommeil
    Les variations des rythmes cardiaque et respiratoire sont des données très pertinentes pour l’étude des cycles du sommeil. En analysant ces données, Fealing renvoie des informations sur la qualité du sommeil du bébé.
  • de dépister des maladies cardiorespiratoires
    Les maladies cardiorespiratoires sont usuellement diagnostiquées par des examens intrusifs tels que des électrocardiographies / ECG, des échographies ou encore des polysomnographies. Ces examens sont particulièrement longs et nécessitent un déplacement à l’hôpital; Fealing permet d’avoir un premier diagnostic rapide sur une éventuelle pathologie du bébé.

Algorithmes

Les algorithmes de traitement de signal interprètent les micro-vibrations détectées par le babyphone et identifient une signature cardiaque, respiratoire et motrice propre à chaque patient. Ainsi, les signes vitaux tels que la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et l’amplitude des mouvements sont mesurés et les cycles de sommeil déterminés.

Les médecins qui contribuent au développement du babyphone Fealing comparent les mesures de notre dispositifs aux références hospitalières pour faire la distinction entre les patients malades et les patients sains. Une intelligence artificielle est développée et pourra à terme faire de la médecine préventive. 

Le graphe ci-dessous est un exemple de mesures brutes par l’accéléromètre du babyphone d’une part ; d’autre part leur traitement pour en extraire le ballistocardiogramme, c’est à dire les micro-vibrations qui proviennent du coeur, les battements cardiaques et la fréquence cardiaque. 

graphique de traitement du signal

Intégration textile

Selon le type de lit et de matelas utilisés, la qualité du signal enregistré peut être dégradée. Fealing possède une expertise dans l’intégration textile. La robustesse au bruit ambiant a également été étudiée et un algorithme spécifique de détection du rythme cardiaque a été conçu dans le cas du ballistocardiogramme chez le bébé, dont l’amplitude peut être environ 30 fois inférieure à celle des adultes en raison de son faible poids et de sa faible force contractile cardiaque. L’amplification analogique est également nécessaire pour obtenir de bonnes performances de détection et concerne généralement l’électronique et les capteurs. Nous avons observé que la nature de la literie et du cadre de lit modifie la propagation de la force d’éjection vers le capteur, en particulier en cas de mousse visqueuse ou de lits médicalisés rembondissants: les comportements mécaniques de la literie et du cadre de lit peuvent jouer un rôle dans l’amplification du signal. Nous avons breveté une solution permettant d’intégrer intelligemment le babyphone dans du textile. Ainsi, le babyphone est compatible pour tous types de lit.

Pour en savoir plus

C-S. Kim, S. L. Ober, M. S. McMurtry, B. A.  Finegan, O. T. Inan,and R. M. Hahn,“Ballistocardiogram: Mechanism and Potential for Unobtrusive Cardiovascular Health Monitoring”, Nature Scientific Reports,  vol. 6, Aug. 2016, Art. No. 31297.

G. Cathelain, B. Rivet, S. Achard, J. Bergounioux, F. Jouen, « Dynamic Time Warping for Heartbeat Detection in Ballistocardiography », Computing in Cardiology, vol 46, 2019.

Les brevets et articles scientifiques de Fealing sont en cours de publication. La recherche est réalisée en collaboration avec l’Université Paris Sciences Lettres et l’Ecole Pratique des Hautes Etudes.