PRéCISION DU CAPTEUR D`ACTIVITé CARDIAQUE

PRECISION DU CAPTEUR
D’ACTIVITE CARDIAQUE
27.03.2015
CONFIDENTIALITY NOTICE: This report contains information that may be confidential. Unless you are the intended recipient (or
authorized by the recipient), you may not read, print, retain, use, copy, distribute or disclose to anyone the information contained in this
document. If you have received the document in error, please advise Progressive Sports Technologies Ltd., and destroy all copies. Copies
or information cited in this report cannot be used for marketing purposes without the consent of Progressive Sports Technologies Ltd
1
Introduction
Epson a contacté Progressive Sports Technologies Ltd. (un cabinet-conseil indépendant en recherche
et design) pour mener une étude portant sur la précision des capteurs optiques d’activité cardiaque,
notamment par rapport à un électrocardiogramme (ECG) et à une ceinture d’activité cardiaque
(HRM).
Introduction
Un électrocardiogramme (ECG) enregistre l’activité électrique du cœur, en utilisant des électrodes
placées sur la surface de la peau. Ce procédé est considéré comme l’un des plus précis et des plus
pratiques pour mesurer l’activité du cœur. Une ceinture d’activité cardiaque (HRM) utilise
également un système d’électrodes, positionnées juste en-dessous des muscles grand pectoral de la
personne portant la ceinture. La précision de ces ceintures peut être variable, mais c’est la méthode
la plus utilisée pour mesurer la fréquence cardiaque pendant une activité sportive. Aujourd’hui, de
plus en plus de montres de sport intègrent des capteurs optiques de fréquence cardiaque. Ces
capteurs mesurent l’activité cardiaque grâce à un système de LED et une cellule électro-optique,
pour détecter sous la peau la variation du volume de flux sanguin. L’objectif de cette étude était de
comparer la précision du capteur optique d’une Epson SF-810 par rapport à un
électrocardiogramme, une ceinture d’activité cardiaque et un capteur optique d’une marque
concurrente.
Méthodologie
La précision des capteurs d’activité cardiaque a été mesurée grâce à un protocole d’exercice de 30
minutes sur tapis de course, comprenant 5 intensités physiques distinctes (allongé, debout, marche
à faible intensité, intensité moyenne et forte intensité), comme décrit dans le tableau 1 ;
correspondant à la Phase 1 du test. La durée du test en position allongée a été plus longue que pour
les autres exercices afin d’obtenir une représentation réelle de la fréquence cardiaque basale de
l’individu. Après ce protocole d’exercices, 8 participants ont effectué un protocole supplémentaire
de 10 minutes, composé de deux exercices (course à faible intensité et course à forte intensité),
comme décrit dans le tableau 2 ; correspondant à la Phase 2. A cause de la nature instable des
données de l’électrocardiogramme au cours de cette Phase 2, seuls la SF-810, l’appareil concurrent
et la ceinture cardiaque ont recueilli des données sur ce second protocole.
La précision a été déterminée après une première durée de 30 minutes (Phase 1 pour tous les
participants), puis une deuxième durée de 10 minutes (Phase 2) avec les transitions. Pour
appréhender la précision pendant les différents types d’exercice ; les données des 3 dernières
minutes de chaque test ont été extraites de l’enregistrement et analysées séparément.
Tableau 1 : Profil du protocole d’exercice Phase 1, avec la durée totale et la période analysée pour chaque condition
physique. Nb La mesure de tous les tests de marche a été effectuée à une vitesse constante de 6km/h, les différents niveaux
d’intensité ayant été effectués en modifiant l’inclinaison du tapis de course (0%, 7,5% et 15% pour respectivement intensité
faible, moyenne et forte).
Condition d’intensité physique
Allongé
Debout
Marche à faible intensité
Marche à intensité moyenne
Marche à forte intensité
Durée du test (minutes)
10
5
5
5
5
Durée de la période analysée
(minutes)
7 – 10
2-5
2-5
2-5
2-5
2
Tableau 2 : Profil du protocole d’exercice Phase 2 (effectué par 8 participants), avec la durée totale et la période analysée
pour chaque condition physique
Condition d’intensité
physique
Course à faible intensité
Course à forte intensité
Durée du test (minutes)
4
4
Durée de la période analysée
(minutes)
1–4
1–4
15 participants, 11 hommes (age 25 ans ± 3 ; poids 83 kg ± 3) et 4 femmes (age 26 ans ± 2 ; poids 64
kg ± 8), ont participé à l’étude. La peau de chaque participant a d’abord été préparée pour
l’application des électrodes de l’électrocardiogramme, en la rasant si nécessaire, puis l’exfoliant et
en la nettoyant à l’aide d’un tampon imbibé d’alcool. 10 électrodes ont ensuite été placées sur le
torse du participant, aux endroits indiqués dans l’illustration 1.
Figure 1: Exercise ECG electrode locations diagram (left) and (right) application of the electrodes on the test subject.
Illustration 1 : schéma du placement des électrodes (à gauche) et application des électrodes sur le participant (à droite)
Suite à l’application des électrodes, les participants ont récupéré les ceintures de fréquence
cardiaque ainsi que les montres de sport intégrant des capteurs cardiaques optiques au poignet. Les
participants ont porté une montre sur chaque poignet (SF-810 sur le poignet gauche, produit
concurrent sur le poignet droit), au-dessus de l’os du cubitus et positionnée de manière à assurer un
bon contact entre le capteur optique et la surface de la peau (illustration 2). Une fois que tous les
produits étaient prêts à enregistrer des données, le protocole d’exercice a pu démarrer. Tous les
exercices de marche et de course ont été réalisés sur un tapis de course programmé au préalable.
L’allure des tests de marche a été notée et il a été demandé aux participants de maintenir cette
allure tout au long de la Phase 1 du test, à l’aide d’un métronome.
3
Illustration 2 : positionnement des montres intégrant des capteurs optiques de fréquence cardiaque au poignet, au-dessus
de l’os du cubitus du bras gauche (SF-810) et droit (concurrent) du participant.
Analyse statistique
Les appareils avec capteur optique de fréquence cardiaque ont été comparés à
l’électrocardiogramme en Phase 1 et à la ceinture de fréquence cardiaque en Phase 2. Un Index de
Précision de Fréquence Cardiaque (adopté par le groupe SEC), basé sur la formule décrite ci-dessous,
calcule le taux de concordance par rapport à la fréquence cardiaque réelle des appareils
mentionnés.
𝑁
(𝑰𝒏𝒅𝒆𝒙) = ∑ {1
𝐴𝑖 : Fréquence cardiaque réelle
𝑁: Num de la fréquence cardiaque mesurée
𝑖=𝟎
𝐵𝑖 : Fréquence cardiaque mesurée
abs(𝐴𝑖 − 𝐵𝑖 )
−
}
𝐴𝑖
Pour la Phase 1, l’index de précision pour chaque appareil est calculé toutes les 15 secondes, ce qui
correspond à la fréquence des données reçues par l’électrocardiogramme – cette valeur est basée
sur la moyenne de 15 secondes précédentes, et de cette manière le processus a été reflété pour
chaque appareil testé. Pour la Phase 2, l’index de précision de chaque appareil est calculé toutes les
secondes, ce qui correspond à la fréquence d’enregistrement de données sur la ceinture thoracique.
4
Résultats
Index de Précision de Fréquence Cardiaque
L’index de précision de fréquence cardiaque fait la somme des erreurs dans le nombre de
battements par minute enregistrés par chaque appareil. L’erreur moyenne est ensuite retiré de
100%, 100% étant la fréquence cardiaque enregistrée par l’électrocardiogramme en Phase 1 et par
la ceinture thoracique en Phase 2.
Tableau 3 : Index de précision de fréquence cardiaque moyen (± un écart standard) pendant les Phases 1 et 2 (périodes
de transition inclues), où l’électrocardiogramme est considéré comme précis à 100%.
Phase 1 (exercice 30-min)
Phase 2 (course 10-min)
Electrocardiogramme
Ceinture
thoracique
SF-810
Montre
Concurrente
100.0% (0)
-
95.3% (3.8)
100.0%
95.0% (2.3)
99.3% (0.5)
93.3% (3.2)
98.3% (2.6)
Conclusion
Au cours de l’étude ci-dessus, 15 participants ont marché et couru en portant une montre Epson SF810 et une montre concurrente, et en étant également équipés d’électrodes (pour
l’électrocardiogramme) et d’une ceinture de fréquence cardiaque. L’objectif de cette étude était de
comparer les résultats enregistrés par tous ces appareils pendant une série d’activités. Un index de
précision de fréquence cardiaque a été formulé comme décrit plus haut. Cet index de précision de
fréquence cardiaque a montré que les résultats de tous les appareils étaient au moins 90%
comparables aux résultats enregistrés par l’électrocardiogramme.
Phase 1 : l’Epson SF-810 a enregistré une précision du suivi de fréquence cardiaque de 95%, lors de
la phase les deux produits portés au poignet étaient comparés à un électrocardiogramme, ayant une
précision évaluée à 100%.
Phase 2 : l’Epson SF-810 a enregistré une précision du suivi de fréquence cardiaque de 99,3%, lors de
la phase les deux produits portés au poignet étaient comparés à une ceinture thoracique, qui était le
meilleur moyen de suivre l’activité cardiaque à ce niveau d’activité.
Pendant cette étude, lors des deux phases, l’Epson SF-810 a obtenu en moyenne une meilleure
précision du suivi de fréquence cardiaque que le produit concurrent.
5
Annexe A
Fréquence cardiaque en battements par minute (bpm) et à travers le temps pour chaque participant, comme enregistrée par chaque appareil utilisé
pendant la totalité de la période de test.
Participant 1
200
180
Fréquence cardiaque (bpm)
160
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
Competitor
60
40
20
0
01:30 03:30 05:30 07:30 09:30 11:30 13:30 15:30 17:30 19:30 21:30 23:30 25:30 27:30 29:30 31:30 33:30
Temps (min:sec)
6
Participant 2
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
Competitor
60
40
20
0
01:00 03:00 05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 25:00 27:00 29:00 31:00 33:00 35:00 37:00 39:00 41:00 43:00
Temps (min:sec)
7
Participant 3
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
Competitor
60
40
20
0
01:0003:0005:0007:0009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:0025:0027:0029:0031:0033:0035:0037:0039:0041:0043:0045:00
Temps (min:sec)
8
Participant 4
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
Competitor
60
40
20
0
01:00 03:00 05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 25:00 27:00 29:00 31:00 33:00 35:00 37:00 39:00 41:00 43:00
Temps (min:sec)
9
Participant 5
160
140
Fréquence cardiaque (bpm)
120
100
ECG
80
Chest strap
SF-810
Competitor
60
40
20
0
02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 26:00 28:00 30:00 32:00 34:00
Temps (min:sec)
10
Participant 6
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
100
ECG
Chest strap
80
SF-810
Competitor
60
40
20
0
02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 26:00 28:00 30:00 32:00 34:00 36:00
Temps (min:sec)
11
Participant 7
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
100
ECG
Chest strap
80
SF-810
Competitor
60
40
20
0
03:00 05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 25:00 27:00 29:00 31:00 33:00 35:00
Temps (min:sec)
12
Participant 8
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
Competitor
60
40
20
0
01:20 03:20 05:20 07:20 09:20 11:20 13:20 15:20 17:20 19:20 21:20 23:20 25:20 27:20 29:20 31:20 33:20
Temps (min:sec)
13
Participant 9
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
100
ECG
Chest strap
80
SF-810
Competitor
60
40
20
0
00:40 02:40 04:40 06:40 08:40 10:40 12:40 14:40 16:40 18:40 20:40 22:40 24:40 26:40 28:40 30:40 32:40 34:40 36:40 38:40 40:40 42:40
Temps (min:sec)
14
Participant 10
160
140
Fréquence cardiaque (bpm)
120
100
ECG
80
Chest strap
SF-810
Competitor
60
40
20
0
02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 26:00 28:00 30:00 32:00 34:00 36:00 38:00 40:00 42:00 44:00
Temps (min:sec)
15
Participant 11
160
140
Fréquence cardiaque (bpm)
120
100
ECG
80
Chest strap
SF-810
Competitor
60
40
20
0
03:00 05:00 07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 25:00 27:00 29:00 31:00 33:00 35:00 37:00 39:00 41:00 43:00 45:00
Temps (min:sec)
16
Participant 12
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
TomTom
60
40
20
0
02:00
05:00
08:00
11:00
14:00
17:00
20:00
23:00
26:00
29:00
32:00
35:00
38:00
41:00
44:00
47:00
Temps (min:sec)
17
Participant 13
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
80
SF-810
Competitor
60
40
20
0
02:30 04:30 06:30 08:30 10:30 12:30 14:30 16:30 18:30 20:30 22:30 24:30 26:30 28:30 30:30 32:30 34:30 36:30 38:30 40:30 42:30 44:30
Temps (min:sec)
18
Participant 14
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
100
ECG
Chest strap
80
SF-810
Competitor
60
40
20
0
01:20
03:20
05:20
07:20
09:20
11:20
13:20
15:20
17:20
19:20
21:20
23:20
25:20
27:20
29:20
31:20
Temps (min:sec)
19
Participant 15
200
180
160
Fréquence cardiaque (bpm)
140
120
ECG
100
Chest strap
SF-810
80
Competitor
60
40
20
0
02:00
04:00
06:00
08:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
24:00
26:00
28:00
30:00
32:00
Temps (min:sec)
20