Une montre intelligente soutenue par la NASA offre une surveillance de qualité médicale aux astronautes et aux patients

Développé grâce au financement d'un consortium soutenu par la NASA, l'EmbracePlus combine des capacités et une précision de qualité médicale avec l'apparence, la sensation et le confort d'un produit grand public. (Image :Empatica Inc.)

La vie des astronautes sur la Station spatiale internationale a été, pour la plupart, moins éprouvante qu'elle ne l'était à l'époque de la navette spatiale, lorsque les missions comportaient souvent de nombreux objectifs et jalons compressés sur une courte période de temps. Ce ne sera cependant pas le cas pour les premiers astronautes qui se rendront à la surface de la Lune dans le cadre du programme Artemis, a déclaré Alexandra Whitmire, une scientifique de la NASA dont le travail concerne le bien-être et les performances des astronautes.

« Les missions Artemis seront très ambitieuses, les équipages devant effectuer de nombreuses tâches, parfois pendant des heures de travail prolongées ou des quarts de nuit », a-t-elle déclaré. "Leurs horaires perturberont probablement les habitudes de sommeil, comme ce que nous avons vécu à l'époque de la navette."

En tant que responsable scientifique de l’élément Facteurs humains et performances comportementales du programme de recherche humaine de la NASA, Whitmire recherche les meilleurs moyens de surveiller et de soutenir le sommeil des astronautes afin de garantir leur sécurité et leurs performances. Et le sien n’est que l’un des cinq éléments du programme de recherche humaine du Johnson Space Center de la NASA à Houston. D'autres ont des préoccupations telles que l'exercice physique et les besoins médicaux des astronautes et la protection de leur santé contre les dangers de l'environnement spatial, tels que les radiations.

La plupart des efforts du programme pourraient bénéficier d’un appareil portable capable de mesurer et de fournir des informations sur la physiologie des astronautes de diverses manières. C'est pourquoi, en 2020, Whitmire s'est vu présenter les derniers travaux de la société de technologie médicale portable Empatica Inc. de Cambridge, MA.

Avec l'aide de la NASA et en tenant compte des besoins de l'agence, la société a développé une montre intelligente intégrant cinq capteurs dans un design petit, confortable et attrayant, qui est désormais disponible dans le commerce sous le nom d'EmbracePlus.

Le développement du prototype de l’appareil a été financé en partie par une subvention du Translational Research Institute for Space Health (TRISH), un consortium de recherche qui cherche des moyens de réduire les risques pour les astronautes lors de longues missions. TRISH est financé par le Johnson and Baylor College of Medicine.

Empatica avait précédemment commercialisé une montre intelligente de qualité scientifique connue sous le nom d'E4, principalement destinée à être utilisée dans la recherche universitaire et les études cliniques, ainsi qu'une montre intelligente pour détecter les crises d'épilepsie afin d'alerter les soignants, appelée Embrace2, conçue pour être attrayante et confortable pour une utilisation quotidienne.

Pour l'EmbracePlus, la société souhaitait combiner l'apparence et la sensation agréables de l'Embrace2 avec les capacités de l'E4. Ceux-ci comprenaient un accéléromètre pour détecter les mouvements, un capteur de température, un capteur infrarouge qui surveille l'activité cardiaque et respiratoire et un autre qui détecte l'activité électrique de la peau, en corrélation avec l'activité du système nerveux. L'EmbracePlus ajoute également un gyroscope pour une détection de mouvement plus raffinée.

"EmbracePlus combine le beau design d'Embrace2 avec les capacités de collecte de données de l'E4, c'est donc un dispositif médical avec une apparence grand public, qui peut être facilement porté au quotidien", a déclaré Simone Tognetti, directrice de la technologie chez Empatica.

Le développement réalisé avec l'aide du financement TRISH comprenait l'évaluation de différents capteurs pour détecter la fréquence cardiaque et le débit d'oxygène, la réalisation d'essais sur les fonctionnalités critiques, l'intégration de tous les composants et éléments de conception, la détermination du facteur de forme le plus confortable et le choix d'un écran, entre autres travaux.

"Le financement nous a permis de mettre en œuvre des fonctionnalités techniques importantes, telles que le placement des capteurs d'activité électrodermique sur une sangle confortable et amovible", a déclaré Tognetti, faisant référence aux capteurs d'activité électrique de la peau. "C'est le résultat de nombreuses recherches et développements sur la fabrication, la connexion électrique et les implications en matière de qualité du signal de diverses constructions."

Le besoin du programme de recherche humaine d’un appareil pouvant être utilisé par les astronautes dans l’espace et même lors d’études au sol a également façonné les montres. Whitmire a noté qu'une conception petite, légère et confortable est essentielle au programme spatial. "Il faut vraiment un appareil qui ne soit pas intrusif, qui ne soit pas encombrant, donc qui ne provoque pas de stress en soi", a-t-elle déclaré.

Tognetti a déclaré que la NASA exigeait également que la technologie soit économe en énergie, facile à utiliser et suffisamment robuste pour fonctionner dans un environnement spatial difficile. "Nous disposons de modes matériels personnalisables pour optimiser la collecte de données avec la durée de vie de la batterie, d'une mémoire intégrée pouvant stocker jusqu'à 55 jours de données en cas de faible connectivité et d'un écran basse consommation qui facilite également le dépannage", a-t-il déclaré.

Pendant ce temps, l'appareil collecte automatiquement et en continu des données et les diffuse via Bluetooth vers son application compagnon, qui les envoie vers le cloud. "Tout ce que l'utilisateur doit faire est de s'assurer que l'appareil est chargé et connecté", a-t-il déclaré, notant que l'application rappellera également aux utilisateurs ces étapes.

EmbracePlus est entré en production de masse en 2021. Il a déjà été autorisé par la Food and Drug Administration des États-Unis en tant que composant clé de la plateforme de surveillance de la santé Empatica. Tognetti l'a décrit comme une plate-forme sur laquelle les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent analyser des flux de données simultanés provenant de différents types de capteurs pour détecter et surveiller divers aspects de la santé. Les données des capteurs EmbracePlus peuvent être combinées de nouvelles manières pour identifier différentes conditions. Par exemple, pendant la pandémie de COVID-19, l'entreprise a développé un algorithme pour détecter une infection respiratoire avant l'apparition des symptômes.

"Le portable est déjà utilisé dans des essais cliniques à grande échelle et dans la recherche universitaire", a déclaré Tognetti, soulignant que parmi ses clients figurent certaines des plus grandes sociétés pharmaceutiques et des projets de recherche majeurs à travers le monde. Parmi ces dernières figurent deux initiatives financées par l'Union européenne :le projet Sleep Revolution, qui cherche à utiliser l'apprentissage automatique pour diagnostiquer et traiter l'apnée du sommeil, et le projet TIMESPAN, qui étudie l'intersection du trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité et des maladies comme le diabète et les maladies cardiovasculaires, dans l'espoir d'optimiser et de personnaliser les traitements.

Pour la recherche et les essais cliniques, a-t-il déclaré, "être capable d'obtenir des mesures de référence au domicile ou au bureau des participants sans se fier à 100 % aux auto-évaluations ou aux visites hebdomadaires sur site qui ne fournissent que des mesures instantanées, signifie davantage de données de haute qualité et un fardeau beaucoup plus faible pour les participants."

À l'avenir, a déclaré Tognetti, la société souhaite également que la plateforme de surveillance de la santé Empatica, y compris EmbracePlus, soit « l'outil incontournable » pour surveiller la santé des patients en dehors des cliniques.

De retour au Johnson Space Center, Whitmire a déclaré que l'EmbracePlus était l'un des appareils à l'étude pour mesurer les signes vitaux et l'activité veille-sommeil lors des vols spatiaux et de la recherche au sol. C'est l'accéléromètre de l'appareil, qui peut être utilisé pour identifier les cycles veille-sommeil, qui intéresse principalement son groupe, mais elle a noté que certains des autres capteurs pourraient intéresser d'autres éléments du programme de recherche humaine.

L'appareil porté au poignet que les astronautes utilisaient pour collecter des données n'est plus en production, et elle a déclaré que l'EmbracePlus pourrait résoudre certaines des limitations de l'appareil précédent, notamment en matière de confort et de connectivité, d'autant plus que l'autre appareil ne diffuse pas de données en temps réel.

Pour surveiller le sommeil, Whitmire a déclaré qu'elle pensait qu'un appareil comme l'EmbracePlus pourrait également trouver des applications en dehors du domaine médical. Elle a souligné que les secteurs du camionnage, des chemins de fer et d'autres secteurs disposent de systèmes de gestion de la fatigue qui reposent en grande partie sur l'auto-déclaration. "Des recherches établies montrent que nous sous-estimons les effets du manque de sommeil sur nos performances", a-t-elle déclaré. "Je vois ce genre d'appareils et, oui, ils sont importants pour la recherche, mais dans un contexte appliqué, leur capacité à fournir des commentaires objectifs a le potentiel d'améliorer la sécurité dans de nombreux secteurs et de promouvoir la prise en charge des personnes qui travaillent des heures prolongées ou des quarts de nuit."

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