Estimation de la pression artérielle par analyse de l'onde de pouls enregistré par un capteur photopléthysmographique

Estimation of blood pressure by analysis of the pulse wave recorded by a photoplethysmographic sensor

• Auteur / Autrice : Franck Mouney
• Direction : Mickaël Dinomais, Jean-Baptiste Fasquel, Teodor Tiplica
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 24/09/2021
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LARIS. Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LARIS. Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Girault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Fontecave Jallon, Bertrand Massot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Jouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopléthysmographie

Internet des objets

Traitement du signal

Artères -- Exploration fonctionnelle

Pression artérielle -- Mesure

Mots clés libres

Onde de pouls

Traitement du signal biomédical

Objet connecté

Blood pressure

Photoplethysmography

Pulse wave

Biomedical signal processing

Estimation

Connected object

Résumé

La Société Européenne de Cardiologie a mis en avant l’intérêt d’observer l’activité chronique de la fréquence cardiaque, de la rigidité artérielle et de la pression artérielle afin de diagnostiquer le plus tôt possible les maladies cardiovasculaires qui représentent une cause majeure de décès dans le monde. Dans ce contexte, les travaux présentés dans ce manuscrit se proposent d’apporter un éclairage particulier sur la possibilité de l’estimation de la pression artérielle à partir du signal d’onde de pouls délivré par un capteur photopléthysmographique (PPG) présent sur un bracelet ou montre connectée. Quatre contributions originales de ce travail de recherche méritent d’être mentionnées brièvement ci-après : la première porte sur une étude comparative objective des caractéristiques temporelles du signal PPG recensées dans la littérature scientifique pour la prédiction de la pression artérielle mais aussi de nouvelles caractéristiques que l’on a proposé dans ce mémoire à partir de différentes considérations. La deuxième contribution concerne l’utilisation d’un algorithme de prédiction linéaire exploitant le modèle PLS (Projection in Latent Structures) ce qui a permis d’avoir un aperçu plus détaillé de l’apport des différentes caractéristiques temporelles du signal PPG à la prédiction de la pression artérielle que ce soit dans un contexte expérimental (mesures de pression artérielle en invasif) ou applicatif (mesures de pression artérielle en non-invasif). La troisième contribution est représentée par une base de données que l’on a créé spécifiquement pour avoir des variations significatives de pression artérielle et qui pourrait devenir, on l’espère, une base de données de type benchmark afin d’évaluer la capacité du système de prédiction à capturer ces fluctuations. La quatrième contribution porte sur l’élaboration d’un nouveau protocole expérimental permettant d’induire une assez forte variation de la pression artérielle sur une relativement courte période de temps afin de mettre en évidence l’essentiel de la dynamique des caractéristiques hémodynamiques spécifiques au sujet considéré et ainsi de mieux calibrer les modèles d’estimation de la pression artérielle.

The European Society of Cardiology has highlighted the interest of observing the chronic activity of heart rate, arterial stiffness and blood pressure in order to diagnose as early as possible the cardiovascular diseases which represent a major cause of death in the world. In this context, the work presented in this paper proposes to provide answers on the possibility of blood pressure estimation from the pulse wave signal delivered by a photoplethysmographic sensor (PPG) present on a connected bracelet or watch. Four original contributions of this research work deserve to be briefly mentioned below : the first one concerns an objective comparative study of the temporal characteristics of the PPG signal identified in the scientific literature for the estimation of blood pressure but also new characteristics that we proposed in this thesis from different considerations ; the second contribution concerns the use of a linear prediction algorithm exploiting the PLS model (Projection in Latent Structures) which allowed to have a more detailed view of the contribution of the different temporal characteristics of the PPG signal to the blood pressure estimation in an experimental context (invasive blood pressure measurements) or in an applicative context (non-invasive blood pressure measurements) ; the third contribution is represented by a database that has been created specifically to have significant variations of blood pressure and that could become, we hope, a benchmark database in order to evaluate the capacity of the estimation system to capture these fluctuations ; the fourth contribution concerns the development of a new experimental protocol allowing to induce a rather strong blood pressure variation over a relatively short period of time in order to highlight the essential dynamics of the hemodynamic characteristics specific to the subject considered and thus to better calibrate the blood pressure estimation models.