Les capteurs de lumière sur les appareils portables luttent contre la peau foncée et l’obésité

Selon une modélisation réalisée dans un nouvelle étude.

C’est un problème pour les fonctionnalités actuellement intégrées aux appareils – mais c’est aussi un mauvais signe pour les efforts visant à utiliser des capteurs de lumière pour de nouvelles applications dans les appareils portables, comme surveillance de la pression artérielle, déclare l’auteur de l’étude Jessica Ramella-Roman, professeure agrégée qui étudie les capteurs de bioimagerie à la Florida International University.

« L’architecture de l’appareil doit changer », dit-elle.

L’étude a examiné le signal de photopléthysmographie (PPG), une technique qui utilise des changements dans la façon dont la lumière est réfléchie pour mesurer le flux sanguin, sur trois appareils portables : l’Apple Watch Series 5, la Fitbit Versa 2 et la Polar M600. L’équipe de recherche a utilisé un modèle qui simule la façon dont la lumière se déplace à travers les tissus pour montrer comment les capteurs de ces appareils se comporteraient avec différentes propriétés de la peau. La peau plus foncée a une mélanine plus élevée et absorbe plus de lumière, tandis que la peau des personnes obèses a tendance à être plus épaisse, à contenir moins d’eau et à avoir moins de circulation sanguine que la peau des personnes non obèses. Alors que les recherches précédentes sur la précision et les biais des appareils portables se sont concentrées sur le teint de la peau, Ramella-Roman affirme que de nombreuses études n’ont pas inclus beaucoup de personnes obèses malgré ces différences physiologiques.

« C’est pourquoi nous pensons qu’il est nécessaire de se concentrer là-bas », dit-elle.

Selon le modèle des chercheurs, le signal PPG n’a pas beaucoup changé en fonction du teint de la peau : il variait de moins de 10 % d’un appareil à l’autre. Mais la modélisation de l’obésité, à la fois seule et avec le teint de la peau, a provoqué une variation allant jusqu’à 60 % du signal. La perte de signal semble être due aux changements d’épaisseur de la peau chez les personnes obèses, ont déclaré les auteurs dans l’étude. Il y a eu des changements dans le pic du signal PPG, qui est utilisé pour calculer la fréquence cardiaque mais dont la force du signal ne devrait pas changer en fonction de la valeur de la fréquence cardiaque. Il y a également eu des changements dans la forme du signal – que différents groupes utilisent comme moyen de suivre la tension artérielle.

« Au fur et à mesure que nous augmentions le niveau d’IMC et augmentions le teint de la peau, le signal diminuait, puis d’autres caractéristiques ont également commencé à disparaître », dit-elle. Le Fitbit, qui avait moins de capteurs, avait une perte de signal plus dramatique que l’Apple Watch, selon l’étude.

Cette étude a seulement modélisé la façon dont ces appareils portables détecteraient les signaux en laboratoire, a souligné Ramella-Roman. L’équipe doit encore vérifier les appareils sur des personnes réelles afin de confirmer les résultats. Ils sont en train de faire cette étude maintenant et ont inscrit environ 100 personnes jusqu’à présent, dit-elle.

Mais les problèmes révélés par des analyses comme celle-ci compliquent les projets qui cherchent à utiliser des appareils portables pour suivre la santé cardiovasculaire des groupes mal desservis, explique Ramella-Roman. La nouvelle étude indique que les chercheurs doivent faire preuve de prudence en utilisant PPG, en particulier pour les projets visant à utiliser les appareils pour aider à surveiller les personnes à risque plus élevé de problèmes cardiovasculaires, notamment les personnes obèses. « Le Saint Graal dans ce contexte est de regarder la pression artérielle », dit-elle. « Mais de très nombreuses études portant sur la pression artérielle utilisent une combinaison de PPG et d’autres modalités. »

Les résultats suggèrent également que d’autres appareils qui utilisent des capteurs de lumière et PPG, comme les mesures d’oxygène sanguin dans les hôpitaux ou les cabinets médicaux, pourraient ne pas fonctionner aussi bien pour les personnes obèses. Il existe très peu d’études qui évaluent les dispositifs de ces groupes.

La bonne nouvelle est qu’il devrait être possible d’ajuster les appareils (par exemple en déplaçant l’espacement des capteurs) afin qu’ils soient plus précis sur les personnes à la peau plus foncée ou obèses sans compromettre la précision pour les autres groupes, explique Ramella-Roman.

« La façon dont les systèmes ont été conçus au départ ne tenait peut-être pas compte de ces personnes, mais ils pourraient certainement apporter des changements », dit-elle. « Je ne vois rien qui limiterait cela. »