Les wearables médicaux en cardiologie

Grâce à leur large diffusion, les wearables, petits appareils électroniques portables permettant à l’utilisateur de collecter facilement et à répétition des données médicales, offrent de nombreuses nouvelles possibilités de prévention et de traitement aux patients atteints de maladies cardiovasculaires.

Les appareils électroniques portables, ou wearables, sont de petits appareils électroniques portables qui mesurent un ou plusieurs paramètres médicaux, par exemple la fréquence cardiaque, de manière continue ou répétitive, et présentent les résultats à l’utilisateur avec ou sans interprétation par un ordinateur. Contrairement aux appareils médicaux, ils sont généralement vendus directement aux utilisateurs, indépendamment des professionnels de la santé. Ces dernières années, la diffusion des wearables a rapidement augmenté au sein de la population. Ainsi, en 2014, seuls 9% de la population possédaient un tel appareil contre 33% déjà en 2018.¹ Les études de marché prévoient une croissance annuelle du marché de 10–20% jusqu’en 2026.^1,2 Parallèlement, le nombre de publications sur le thème des wearables répertoriées dans Pubmed a plus que triplé au cours des cinq dernières années, pour atteindre plus de 3500 en 2021.³

L’objectif de cet article est 1) de donner un aperçu de la technologie de ces appareils, 2) de décrire rapidement les applications possibles dans la prévention et le traitement cardiovasculaire et 3) de discuter des questions ouvertes concernant l’utilisation et l’importance des wearables pour le développement futur de la médecine.

Comment fonctionnent les wearables?

La condition préalable à l’utilisation mobile des wearables était la miniaturisation des capteurs utilisés pour les différentes mesures. Ces appareils utilisent des systèmes micro-électromécaniques (MEMS) qui mesurent un paramètre et convertissent les résultats en données numériques.⁴En appliquant la deuxième loi de Newton (F=m×a), les accéléromètres mesurent la déviation d’une masse fixée à des ressorts, provoquée par un mouvement. La déviation de la masse est quantifiée à l’aide de capteurs piézoélectriques ou capacitifs et convertie en données électroniques. Pour l’application dans un podomètre, les mouvements tridimensionnels peuvent être enregistrés avec un composant électronique pas plus grand qu’une pièce de 50 centimes.

Les gyroscopes servent à déterminer un mouvement de rotation. La fonction du gyroscope à angle fixe, utilisé pour la navigation dans la marine et l’aviation, est assurée par une masse oscillante dont la déviation due aux forces de rotation est mesurée par des capteurs électriques, comme pour l’accéléromètre. Ces composants microélectroniques permettent, par exemple, à l’utilisateur de reconnaître les étoiles dans le ciel nocturne à l’aide d’un smartphone et d’un logiciel adapté.

Les capteurs de pression fonctionnent avec une fine membrane mobile dont la déviation est mesurée par des éléments électriques. Ils sont notamment utilisés pour déterminer les différences d’altitude ou dans les brassards de pression artérielle.

Les champs magnétiques sont généralement mesurés à l’aide d’un capteur à effet Hall. Celui-ci mesure la différence de tension apparaissant aux bornes d’un conducteur électrique sous l’influence d’un champ magnétique. Il est ainsi possible d’équiper un wearable d’une boussole.

Pour quantifier les mouvements, les wearables fonctionnent en outre avec des capteurs GPS («global positioning system»). Un système complexe de satellites et d’antennes de positionnement fixes sur la terre forme le réseau dans lequel le capteur GPS, s’il peut établir un contact avec au moins quatre satellites, peut déterminer sa position sur la terre avec une précision de 5mètres. La combinaison de données de mouvement et de données GPS permet à un wearable de mieux différencier les secousses non spécifiques et les pas effectivement effectués.

La photopléthysmographie (PPG) utilise des capteurs simples pour mesurer l’absorption de la lumière dans les tissus. Comme celle-ci varie en raison de la circulation sanguine pulsatile, il est ainsi possible de mesurer la fréquence et la régularité du pouls. Afin d’améliorer la durée de vie de la batterie des wearables, la fréquence cardiaque est mesurée par intervalles au repos et en continu uniquement pendant le sport. L’oxymétrie de pouls est une évolution de la PPG. L’hémoglobine oxygénée et désoxygénée ayant des courbes d’absorption de la lumière différentes, il est possible de déterminer la saturation en oxygène (SO₂) dans le sang à l’aide d’un capteur pour la lumière rouge et d’un autre pour la lumière infrarouge. Omniprésente en clinique, cette méthode de mesure est également à la disposition des utilisateurs au quotidien et lors de l’entraînement, sous la forme de simples pinces à doigt ou intégrée dans une smartwatch.

Tandis que le premier électrocardiographe mis au point par Willem Einthoven en 1901 était une machine qui remplissait toute la pièce et qu’un appareil ECG dans le cabinet médical actuel a toujours la taille d’un lourd ordinateur portable, il est possible d’intégrer le circuit électrique permettant d’enregistrer une dérivation ECG dans de petits appareils portables, comme un smartphone ou une smartwatch. L’utilisateur peut ainsi enregistrer, en fonction de la situation, des tracés ECG généralement d’une durée de 30 secondes, ce qui lui permet de recueillir des informations importantes sur le rythme en plus de la PPG.

La mesure autonome de la tension artérielle à l’aide d’appareils automatiques avec un brassard sur le bras ou l’avant-bras selon le principe de Riva Rocci fait aujourd’hui partie de la prise en charge standard des patients atteints d’hypertension artérielle et de maladies cardiovasculaires. Grâce à l’intégration du brassard dans le bracelet, une telle mesure peut également être effectuée avec une smartwatch. D’autres méthodes de mesure, qui permettent une mesure continue de la tension artérielle sans brassard et de manière non invasive, ne sont pas encore prêtes à être utilisées en clinique en raison de difficultés méthodologiques et techniques.⁵

La bioimpédance détermine la résistance électrique d’un tissu ou d’une partie du corps. La résistance transthoracique diminuant avec l’augmentation du liquide intrathoracique, la mesure de la bioimpédance peut être utilisée pour estimer la compensation cardiaque. Cette mesure peut être effectuée à l’aide d’un gilet portable équipé d’électrodes, d’une smartwatch spécialement équipée ou d’un stimulateur cardiaque, ou DAI, qui déterminent la résistance entre la pile et l’électrode implantée dans le cœur.⁶

La précision de mesure et la qualité des données des différents MEMS sont fortement influencées par l’endroit où ils sont placés et par des facteurs non spécifiques comme les vibrations, la température et les vêtements (Fig.1). Comme dans la pratique clinique quotidienne, la distinction entre les valeurs de mesure effectives et les artefacts joue ici un rôle décisif. Les données brutes collectées par les MEMS sont traitées via des algorithmes propres à l’appareil et basés sur un réseau, qui font souvent appel à ce que l’on appelle l’intelligence artificielle, avant d’être présentées à l’utilisateur. Cela complique la comparaison des données entre différents wearables.^4,7

Quelle est la place des wearables dans la médecine cardiovasculaire?

La large disponibilité des wearables et des données qu’ils permettent de collecter ouvre de nouvelles possibilités à la médecine cardiovasculaire dans les domaines de la stratification des risques, de la prévention et du traitement des patients atteints d’arythmie cardiaque et d’insuffisance cardiaque.

L’activité physique, telle qu’elle est mesurée par les wearables, est associée à une survie plus longue en fonction de la dose. L’objectif quotidien généralement recommandé de 10000 pas en découle.⁴ Dans un groupe de 16741 femmes d’un âge moyen de 72 ans de la Women’s Health Study, pendant 7 jours à l’aide d’un accéléromètre, il s’est avéré qu’il n’y avait pas de bienfait supplémentaire sur la réduction de la mortalité au-delà de 7500pas/jour.⁸

La quantification de l’activité physique peut également être utilisée pour aider les utilisateurs à établir un mode de vie plus sain en faisant plus d’exercice. Au moyen d’un wearable et du logiciel correspondant, l’utilisateur reçoit régulièrement un retour sur la comparaison entre la valeur de consigne et la valeur réelle, les valeurs cibles sont adaptées aux progrès individuels, les utilisateurs peuvent se mesurer les uns aux autres dans une sorte de compétition ou des récompenses sont distribuées, par exemple sous forme de dons financiers à une organisation caritative ou de paiements directs à l’utilisateur.⁴ Dans l’étude TRIPPA menée à Singapour auprès de 800 volontaires actifs, il s’est avéré que seuls les paiements directs amélioraient de manière significative le temps de port du wearable et le nombre de pas effectués.⁹ Cet effet positif était perdu immédiatement après la fin de la période d’intervention de six mois et n’a pas non plus conduit à une amélioration du poids, de la tension artérielle ou de la qualité de vie.

Une faible variabilité de la fréquence cardiaque¹⁰ et un pouls au repos élevé¹¹ sont associés à une mortalité accrue. La détermination répétitive et rapprochée de la fréquence cardiaque sur une longue période d’observation dans de grands groupes, ce que permettent les wearables grâce à la PPG, pourrait fournir les bases de nouveaux scores de risque cardiovasculaire.

Pour la détection des arythmies paroxystiques, les wearables offrent des options supplémentaires conviviales et cliniquement utiles qui complètent les possibilités limitées du monitoring ECG ambulatoire traditionnel, par exemple au moyen d’un holter ECG. Alors que la détection automatique des tachycardies par PPG est encore insuffisante, surtout pour les épisodes courts <60s,¹² les tracés ECG enregistrés par le patient pendant l’épisode au moyen de wearables fournissent des données cliniquement utiles sur la corrélation symptôme-rythme.

Au moyen d’une analyse quantitative de l’irrégularité du pouls surveillée par PPG, on essaie d’orienter l’utilisateur vers un traitement médical précoce en cas de survenue d’une fibrillation auriculaire.⁴ Dans l’Apple Heart Study, la valeur prédictive positive de l’algorithme était de 84% dans ce groupe important (près de 420000 personnes) et jeune (âge moyen de 41 ans) à faible risque cardiovasculaire.¹³ Chez les patients présentant une fibrillation auriculaire documentée à l’ECG, les wearables basés sur la PPG atteignent une sensibilité et une spécificité de plus de 90%.¹ Des études cliniques sont en cours pour savoir si la détection précoce de la fibrillation auriculaire permet de réduire l’anticoagulation à une utilisation en cas de crise.⁴

De grands espoirs sont placés dans l’utilisation des wearables pour le suivi des patients atteints d’insuffisance cardiaque. Aujourd’hui déjà, on apprend à ces patients à surveiller étroitement toute une série de paramètres cliniques, comme l’évolution du poids, la tension artérielle, le pouls et les œdèmes, et à adapter leur traitement diurétique. Des appareils supplémentaires et des algorithmes complexes doivent permettre aux patients et à l’équipe soignante de détecter précocement une décompensation naissante et de pouvoir ainsi l’éviter ou la traiter dans un cadre ambulatoire.⁴ Toutefois, aucun algorithme n’a pu jusqu’à présent faire la preuve de son utilité clinique.^14–16

Quelles sont les questions à approfondir pour l’utilisation de wearables dans la routine clinique?

Contrairement aux dispositifs médicaux, les wearables conçus pour les utilisateurs non médicaux sont beaucoup moins contrôlés par les réglementations strictes des autorités sanitaires. La précision des données brutes et des algorithmes d’intelligence artificielle est donc difficile à mesurer et peut varier considérablement d’un appareil à l’autre. Le développement technique rapide des wearables a rendu difficile la réalisation d’études cliniques à long terme sur les questions de stratification des risques et de prévention. La large diffusion de ces appareils, même avec une grande précision diagnostique, entraîne une augmentation numérique des résultats faussement positifs et faussement négatifs, avec les coûts supplémentaires qui y sont associés pour des examens complémentaires et des traitements inutiles. C’est d’autant plus le cas qu’actuellement, ce sont surtout des groupes de population jeunes et à faible risque qui utilisent ces appareils.

La collecte et le traitement des données personnelles relatives à la santé posent des exigences élevées en matière de protection des données. Parallèlement, l’échange et l’analyse scientifique de ces données sont une condition préalable au développement d’algorithmes utiles sur le plan clinique.

Enfin, les questions éthiques, non seulement sur la disponibilité des wearables, mais aussi et surtout sur les récompenses et les punitions liées au port de ces appareils et à la mise en œuvre d’un mode de vie sain recommandé, doivent également être discutées. Une extrême prudence s’impose dans ce domaine, notamment en raison de la qualité incertaine des données brutes et de leur analyse, ainsi que de l’absence d’études cliniques sur l’utilité des wearables jusqu’à présent.

Comment les wearables sont-ils utilisés à l’hôpital municipal de Zurich dans le service de cardiologie Triemli?

Actuellement, les wearables sont surtout utilisés dans le service de cardiologie du Triemli pour la corrélation symptômes-rythme à l’aide d’enregistrements ECG. La recherche de fibrillation auriculaire s’effectue à l’aide des appareils traditionnels: holter ECG, enregistreurs en boucle externes ou implantables. Pour les wearables et les algorithmes de détection basés sur la PPG, il manque actuellement des études d’intervention clinique qui prouvent la comparabilité avec les méthodes actuelles. En l’absence d’alternatives cliniquement documentées, l’autosurveillance des patients atteints d’insuffisance cardiaque ne se fait que par la simple détermination des paramètres vitaux, et même en matière de prévention, les données basées sur des wearables ne sont commentées que si le patient le souhaite.

Littérature: