Montre connectée soutenue par la NASA : surveillance médicale pour astronautes et patients

Développée avec le financement d'un consortium soutenu par la NASA, l'EmbracePlus combine des capacités et une précision de qualité médicale avec l'apparence, le toucher 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'à l'époque de la navette spatiale, quand les missions incluaient souvent de nombreux objectifs et jalons compressés sur une courte période. Ce ne sera pas le cas, cependant, pour les premiers astronautes à voyager sur la surface de la Lune pendant le programme Artemis, dit Alexandra Whitmire, une scientifique de la NASA dont le travail concerne le bien-être et la performance des astronautes.

« Les missions Artemis seront très ambitieuses, avec des équipages devant effectuer de nombreuses tâches, parfois sur de longues heures de travail ou des quarts de nuit », dit-elle. « Leurs horaires seront probablement perturbateurs pour les schémas de sommeil, similaires à ce que nous avons connu à l'époque de la navette. »

En tant que Responsable scientifique pour l'élément Facteurs humains et Performance comportementale du Programme de recherche humaine de la NASA au Centre spatial Johnson à Houston, Whitmire recherche les meilleures façons de surveiller et soutenir le sommeil des astronautes pour aider à assurer leur sécurité et leur performance. Et le sien n'est que l'un des cinq éléments du Programme de recherche humaine au Centre spatial Johnson de la NASA à Houston. D'autres ont des préoccupations comme l'exercice et les besoins médicaux des astronautes et la protection de leur santé contre les risques de l'environnement spatial, comme les radiations.

La plupart des efforts du programme pourraient bénéficier d'un dispositif portable capable de mesurer et fournir un retour sur la physiologie des astronautes de diverses manières. C'est pourquoi, en 2020, Whitmire s'est trouvée présentée avec les derniers travaux de l'entreprise de technologie portable médicale Empatica Inc. de Cambridge, MA.

Avec l'aide de la NASA et un œil sur les besoins de l'agence, l'entreprise avait développé une montre connectée qui intégrait cinq capteurs dans un design petit, confortable et attrayant, maintenant disponible commercialement sous le nom d'EmbracePlus.

Le développement du prototype du dispositif a été financé en partie par une subvention de l'Institut de recherche translationnelle pour la santé spatiale (TRISH), un consortium de recherche qui cherche des moyens de réduire les risques pour les astronautes sur les longues missions. TRISH est financé par Johnson et le Baylor College of Medicine.

Empatica avait précédemment commercialisé une montre connectée de qualité scientifique connue sous le nom d'E4, principalement pour la recherche académique et les études cliniques, ainsi qu'une montre pour détecter les crises d'épilepsie pour alerter les soignants, appelée Embrace2, conçue pour être attrayante et confortable pour un usage quotidien.

Pour l'EmbracePlus, l'entreprise voulait combiner l'apparence et le toucher agréables de l'Embrace2 avec les capacités de l'E4. Celles-ci incluaient un accéléromètre pour détecter le mouvement, un capteur de température, un capteur infrarouge surveillant l'activité cardiaque et respiratoire, et un autre détectant l'activité électrique de la peau, qui corrèle avec l'activité du système nerveux. L'EmbracePlus ajoute aussi un gyroscope pour une détection de mouvement plus raffinée.

« EmbracePlus combine le beau design de l'Embrace2 avec les capacités de collecte de données de l'E4, c'est donc un dispositif médical avec un look et un feel grand public, qui peut être facilement porté au quotidien », dit Simone Tognetti, Directeur technique chez Empatica.

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

« Le financement nous a permis d'implémenter d'importantes fonctionnalités d'ingénierie, comme le placement des capteurs d'activité électrodermale sur un bracelet confortable et amovible », dit Tognetti, se référant aux capteurs d'activité électrique de la peau. « C'était le résultat de beaucoup de R&D sur la fabrication, la connexion électrique et les implications sur la qualité du signal de diverses constructions. »

Le besoin du Programme de recherche humaine pour un dispositif utilisable par les astronautes dans l'espace et même dans des études au sol a aussi façonné les montres. Whitmire a noté qu'un design petit, léger, confortable est essentiel pour le programme spatial. « Vous avez vraiment besoin d'un dispositif qui n'est pas intrusif, qui n'est pas une charge, donc qui ne cause pas un stress en soi », dit-elle.

Tognetti dit que la NASA a aussi exigé que la technologie soit économe en énergie, facile à utiliser, et assez robuste pour fonctionner dans l'environnement spatial hostile. « Nous avons des modes matériels personnalisables pour optimiser la collecte de données avec la durée de vie de la batterie, une mémoire intégrée qui peut stocker jusqu'à 55 jours de données en cas de faible connectivité, et un affichage à faible consommation qui aide aussi au dépannage », dit-il.

Pendant ce temps, le dispositif collecte automatiquement et continuellement les données et les diffuse via Bluetooth vers son application compagnon, qui les pousse vers le cloud. « Tout ce que l'utilisateur doit faire est de s'assurer que le dispositif est chargé et connecté », dit-il, notant que l'application rappellera aussi aux utilisateurs même ces étapes.

L'EmbracePlus est entrée en production de masse en 2021. Elle a déjà été autorisée par la Food and Drug Administration américaine comme composant clé de la Plateforme de surveillance de la santé Empatica. Tognetti la décrit comme une plateforme où des algorithmes d'apprentissage automatique peuvent analyser des flux de données simultanés de différents types de capteurs pour détecter et surveiller divers aspects de la santé. Les données des capteurs EmbracePlus peuvent être combinées de nouvelles façons 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 académique », dit Tognetti, notant que les clients incluent certaines des plus grandes entreprises pharmaceutiques et grands projets de recherche dans le monde. Parmi ces derniers, 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 examine l'intersection du trouble du déficit de l'attention avec hyperactivité et des conditions comme le diabète et les maladies cardiovasculaires, dans l'espoir d'optimiser et personnaliser les traitements.

Pour la recherche et les essais cliniques, dit-il, « pouvoir obtenir des mesures de référence depuis les domiciles ou bureaux des participants sans dépendre à 100 % de l'auto-déclaration, ou de visites hebdomadaires sur site qui ne fournissent que des métriques instantanées, signifie plus de données de haute qualité et un fardeau bien moindre pour les participants. »

À l'avenir, Tognetti dit que l'entreprise veut aussi que la Plateforme de surveillance de la santé Empatica, incluant l'EmbracePlus, soit « l'outil de référence » pour surveiller la santé des patients en dehors des cliniques.

Au Centre spatial Johnson, Whitmire dit que l'EmbracePlus est l'un des dispositifs à l'étude pour mesurer les signes vitaux et l'activité veille-sommeil en vol spatial et en recherche au sol. C'est l'accéléromètre du dispositif, qui peut être utilisé pour identifier les cycles veille-sommeil, qui intéresse le plus son groupe, mais elle note que certains des autres capteurs pourraient intéresser d'autres éléments du Programme de recherche humaine.

Le dispositif porté au poignet que les astronautes utilisaient pour collecter des données sort de production, et elle dit que l'EmbracePlus pourrait remédier à certaines limites du dispositif précédent, incluant le confort et la connectivité, surtout étant donné que l'autre dispositif ne diffuse pas les données en temps réel.

Pour la surveillance du sommeil, Whitmire dit qu'elle pense qu'un dispositif comme l'EmbracePlus pourrait aussi trouver des applications en dehors du domaine médical. Elle note que le transport routier, ferroviaire et d'autres industries ont des systèmes de gestion de la fatigue qui reposent largement sur l'auto-déclaration. « Il y a des recherches établies qui montrent que nous sous-estimons les effets de la privation de sommeil sur notre performance », dit-elle. « Je vois ce genre de dispositifs et, oui, ils sont importants pour la recherche, mais dans un cadre appliqué, leur capacité à fournir un retour objectif a le potentiel d'améliorer la sécurité dans de nombreuses industries et de promouvoir la prise en charge des personnes qui travaillent de longues heures ou des quarts de nuit. »

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