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Prendre le pouls à partir des mouvements de la tête

ActualitéClassé sous :technologie , électrocardiogramme , reconnaissance faciale

Un groupe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology a développé un algorithme capable de mesurer le pouls d'une personne à partir de l'analyse des mouvements de sa tête capturés en vidéo. Une technologie qui pourrait s'avérer très utile pour suivre à distance des personnes âgées, ou bien des nouveau-nés prématurés sur lesquels la pose d'électrodes peut s'avérer délicate. Le professeur Frédo Durand, membre de l'équipe du MIT, a répondu aux questions de Futura-Sciences.  

Cette capture issue de l’analyse vidéo compare le relevé obtenu par l’algorithme à partir des mouvements de la tête (motion signal) avec l’électrocardiogramme (ECG signal). Les chercheurs du MIT admettent que leur technique présente une marge d’erreur de quelques battements par minute. © MIT, CSAIL

Nous n'en avons pas conscience, mais notre tête bouge en permanence sous l'effet de l'afflux sanguin provoqué par notre cycle cardiaque. Ces mouvements, qui sont imperceptibles à l'œil nu, peuvent être analysés à partir d'une vidéo afin de mesurer le pouls d'une personne avec une précision proche de celle d'un électrocardiogramme classique. Des chercheurs du Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé un algorithme capable d'extraire cette information à partir de la vidéo d'une personne faisant face à la caméra.

Les mêmes chercheurs avaient déjà mis au point une technique pour mesurer le pouls. Il s'agissait alors de tirer parti de l'observation de la couleur de la peau du visage, qui change au rythme de l'afflux sanguin qui arrive dans la tête. « L'afflux sanguin ne change pas seulement la couleur de la peau, il provoque également un mouvement de la tête », expliquent les chercheurs du MIT.

Mouvement infime du visage

Comme l'a confirmé à Futura-Sciences le professeur Frédo Durand, la partie matérielle du système se compose d'un ordinateur et d'une caméra vidéo classiques. L'algorithme utilise la reconnaissance faciale pour distinguer le visage et y sélectionner entre 500 et 1.000 points de repère, répartis autour de la bouche, du nez et du front.

Pour prendre le pouls d’une personne à partir des mouvements de la tête, l’algorithme développé au MIT sélectionne entre 500 et 1.000 points de repère répartis autour de la bouche, du nez et du front. Il évite les yeux, dont le clignement viendrait perturber le signal. © MIT, CSAIL

Chaque image est ensuite analysée pour évincer les mouvements dont la fréquence temporelle ne se situe pas dans la fourchette d'un rythme cardiaque, ce qui représente de 30 à 300 cycles par minute, soit 0,5 à 5 Hz. Cela permet par exemple d'éliminer les mouvements provoqués par la respiration ou les changements de position. Une fois le signal « nettoyé », l'algorithme le décompose et ne retient que le mouvement le plus régulier qui se trouve dans la bande de fréquence du pouls humain. « Le mouvement de la tête du fait de l'afflux sanguin est infime, inférieur à un dixième de pixel en amplitude », précise Frédo Durand.

Suivre le rythme cardiaque des prématurés et des personnes âgées

« L'un des scénarios envisageables est le suivi régulier sur le long terme, par exemple pour les personnes âgées, suggère Frédo Durand. À chaque fois qu'une personne s'installe devant son ordinateur ou sa télévision, notre technique pourrait mesurer son pouls. De quoi fournir aux praticiens des données sur la durée, plutôt que des relevés ponctuels qu'ils obtiennent lors d'une consultation. » Autre utilisation possible, le monitoring des nouveau-nés prématurés, sur lesquels la pose d'électrodes est parfois délicate.

L'équipe du MIT pense que cette technique pourrait servir à déceler des affections cardiaques courantes en se basant sur la variabilité de la fréquence cardiaque. Cela suppose que l'efficacité de l'algorithme soit aussi bonne que celle d'un électrocardiogramme. Or, actuellement, la marge d'erreur est encore de « quelques battements par minute ».

Les chercheurs du CSAIL travaillent donc à perfectionner leur algorithme. Une des pistes envisagées est de combiner la mesure des mouvements de la tête avec celle de la coloration de la peau provoquée par l'afflux sanguin. Mais ce n'est pas tout. « Jusqu'ici, le sujet doit rester immobile en face de la caméra, indique Frédo Durand. Nous voulons que notre méthode puisse supporter les mouvements. » Du travail en perspective donc, et pas de projet immédiat de développer un produit à vocation commerciale.

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