Une caméra de téléphone peut-elle lire la forme du pouls grâce à un patch qui change de couleur ?

Un film extensible convertit la pulsation artérielle en changements de couleur

Le patch se présente comme un simple morceau de silicone souple, dépourvu de batterie, de fils ou d’électronique au contact de la peau. L’une de ses faces porte des crêtes parallèles et fines qui décomposent la lumière blanche en couleurs, à la manière de l’arc-en-ciel visible sur un disque compact. Posé sur une artère, il subit les battements du cœur : chaque pouls étire ces crêtes d’une quantité infime. Cette variation d’écartement modifie les longueurs d’onde renvoyées, et une caméra de téléphone standard enregistre ce changement sous forme de motif coloré animé.

En laboratoire, un dispositif mécanique a étiré le film pendant qu’un smartphone le filmait. L’amplitude du mouvement était d’environ 2 % de crête à crête, proche de l’échelle d’un pouls artériel réel. Le système a généré une variation d’environ 9 % de la luminosité rouge, verte et bleue sur au moins 1000 cycles. Durant cette séquence, le signal coloré n’a ni faibli ni dérivé visiblement, et il est resté nettement supérieur au bruit propre à la caméra du téléphone.

Le film a également été fabriqué avec deux espacements de crêtes distincts, car l’espacement influence l’intensité de la réponse chromatique. Un écartement plus large convient aux grandes surfaces, tandis qu’un écartement plus serré permet d’ajuster les petits prototypes pour une plage spécifique d’étirement ou d’angle de vue. Sur sa face opposée, de minuscules piliers inversés forment une surface adhésive bio-inspirée qui accroche la peau comme de petites ventouses. Cette fixation aide le patch à rester immobile sur l’artère en mouvement, permettant ainsi au motif coloré de suivre fidèlement le pouls sans glisser hors de sa position.

Treize volontaires, deux téléphones de milieu de gamme et un éclairage standard

Pour valider le principe, les chercheurs ont placé le patch sur l’artère radiale de treize volontaires en bonne santé, assis ou allongés sous un éclairage standard. Deux smartphones de milieu de gamme, non modifiés et utilisant leur application photo par défaut, ont filmé la zone, tandis qu’un capteur de pression posé sur le doigt médian du même bras fournissait une référence continue. La comparaison portait sur la forme et le timing des signaux plutôt que sur les valeurs brutes, car le patch détecte les variations de couleur alors que l’appareil digital mesure la pression.

Ces enregistrements ont permis d’extraire un pouls pour chaque volontaire, même si la qualité du signal variait selon l’adhérence inégale du patch à la peau. Les tracés moyens reproduisaient fidèlement la forme générale des ondes de pression de référence. Deux participants présentaient par ailleurs des épisodes bénins d’arythmie visibles sur les deux signaux. Toutefois, comme les téléphones capturaient environ 60 images par seconde, leur résolution temporelle restait limitée à l’intervalle entre deux images. Cette contrainte est déterminante pour l’analyse fine du battement : des caméras plus rapides permettraient de mieux saisir les transitoires rapides et les arythmies subtiles.

Signal du patch : netteté et flou

Le principal atout du dispositif réside dans la forme de l’onde, et non dans un simple comptage des battements. Cette morphologie se maintient chez tous les volontaires : les tracés moyens épousent fidèlement le contour général de la référence obtenue par pression digitale. La correspondance s’estompe toutefois lorsque le patch ne colle pas uniformément à la peau, ce qui explique les variations de qualité d’une personne à l’autre.

Lorsque cette qualité est bonne, cinq cas détaillés révèlent une onde réfléchie : une petite bosse secondaire provoquée par le rebond des ondes de pression sur les artères périphériques. Le calcul de la dérivée seconde rend cette bosse plus visible, car il met en évidence les changements de pente. Ce détail dépasse la simple mesure du rythme cardiaque. Il permet d’analyser comment le pouls se modifie lorsqu’il traverse des vaisseaux plus fins.

Le flou apparaît précisément là où la précision temporelle est cruciale, notamment dans l’onde réfléchie d’un participant. La bosse est présente sur les deux signaux pour 12 des 13 participants, et leurs intervalles entre l’élévation principale de pression et la réflexion se chevauchent largement. Chez le dernier participant, la référence montre bien cette bosse, mais le patch ne la restitue pas de façon fiable. C’est la limite de la caméra qui fixe ce seuil : à environ 60 images par seconde, chaque image dure approximativement 16,7 ms, si bien que le minutage intra-battement ne peut être lu plus finement que ce que la vidéo capture réellement.

Une piste discrète pour un suivi du quotidien

Dans le test humain au repos, il a été possible de lire le pouls à partir de la couleur seule, sans électronique sur la peau et sans caméra spéciale. Ce résultat ouvre une voie plus simple pour la surveillance du pouls portable, car un téléphone ordinaire peut enregistrer le mouvement artériel grâce à la lumière déviée par un motif nanométrique dans le film.

Le test a été réalisé au repos, plutôt que d’être conçu pour le sommeil ou les cliniques. Treize volontaires en bonne santé portaient le patch sur l’artère radiale de leur poignet non dominant, tandis qu’un smartphone le filmait avec son application photo par défaut. Les salles étaient éclairées par une lumière de plafond ordinaire et deux téléphones milieu de gamme ont été utilisés. Un capteur de volume digital mesurait la pression continue non invasive dans le même bras et fournissait un pouls de référence en même temps. Dans ce test, le patch a capturé le battement principal chez les treize personnes, et un intervalle temporel du pic systolique à une composante réfléchie pouvait être identifié pour douze d’entre elles. Dans les exemples détaillés, cette caractéristique réfléchie était la plus claire après avoir calculé la dérivée seconde du signal du patch. Les enregistrements ont également révélé deux épisodes bénins de rythme cardiaque irrégulier qui apparaissaient dans les deux signaux : l’un était un battement prématuré, et l’autre une pause étendue entre les battements.

L’adhésion variait d’une personne à l’autre, et le signal du patch d’un participant ne montrait pas clairement la composante réfléchie. Le téléphone enregistrait à 60 images par seconde, ce qui fixait une limite sur la finesse avec laquelle le timing pouvait être jugé. Une vidéo plus rapide affinerait donc l’image. Le test humain impliquait treize volontaires en bonne santé au repos, ce qui est encourageant mais trop peu pour inspirer confiance cliniquement. Le film à double face peut être fabriqué à partir de moules réutilisables hors d’une salle blanche, une fois que ces moules existent.

Si un pouls peut être lu à partir de la couleur seule, le prochain appareil n’aura peut-être besoin d’aucune batterie du tout. C’est là la promesse discrète : un patch passif, un téléphone ordinaire et un signal qui provient de l’étirement plutôt que de l’électronique.