L'Internet des technologies médicales (IdTM) consiste à collecter et analyser les données provenant d'objets connectés à Internet, tels que les dispositifs, les équipements et les établissements de santé, afin d'obtenir de nouvelles informations sur la santé des patients. Parmi les applications potentielles de l'IdTM figure la gestion directe des maladies des patients grâce à la mesure de facteurs tels que leur niveau d'activité, leur tension artérielle et leurs cycles de sommeil. Outre l'amélioration directe de la qualité de vie des patients, l'IdTM peut aider les médecins et les hôpitaux à travailler plus efficacement et à obtenir de meilleurs résultats pour les patients. L'IdTM devrait contribuer à l'allongement de l'espérance de vie en bonne santé, à la réduction de la pénurie de personnel médical et à l'amélioration de la qualité des soins médicaux et infirmiers.
Configuration des dispositifs et systèmes IoMT
Figure 1 Services IoMT à trois couches.
Un service IoMT est constitué de matériel, d'applications et de réseaux, comme illustré sur la figure 1.
Les principaux composants peuvent inclure
- Couche capteurs :
- Dispositifs IoMT tels que les capteurs portables connectés au réseau.
- Couche communication :
- Passerelles telles que les appareils mobiles et les routeurs LAN sans fil (IEEE 802.11x/Wi-Fi®)
- Cloud d'agrégation de données
- Réseaux (réseau public ou Internet) reliant la passerelle et le cloud
- Couche application :
- Applications (déployées dans le cloud ou sur des appareils mobiles) fournissant des services tels que la visualisation des données de capteurs
Les téléphones mobiles constituent une excellente base pour les services IoMT, notamment en raison de leur large diffusion. Ils se connectent facilement aux appareils IoMT, tels que les montres connectées, via Wi-Fi et Bluetooth®, et peuvent également se connecter au cloud via les réseaux 4G (LTE) ou 5G publics. Grâce à leur capacité à exécuter des applications, les téléphones mobiles peuvent prendre en charge diverses fonctionnalités.
* Wi-Fi® est une marque déposée de Wi-Fi Alliance®.
* Les marques et logos Bluetooth® appartiennent à Bluetooth SIG, Inc. et sont utilisés par Anritsu sous licence.
Capture de données :
Les données de détection, issues du dispositif IoMT, sont transmises aux téléphones mobiles ou aux passerelles via Wi-Fi ou Bluetooth. Certains dispositifs IoMT intègrent une carte SIM et peuvent se connecter directement aux réseaux publics. Les données acquises, telles que la fréquence respiratoire, la température corporelle, le pouls et la pression artérielle, constituent des informations essentielles appelées signes vitaux, incluant parfois la saturation en oxygène du sang (SpO2).
L’un des principaux avantages de la détection de données biométriques par les dispositifs de santé réside dans son caractère minimalement invasif, puisqu’elle ne nécessite ni prélèvement sanguin ni implant. La photopléthysmographie (PPG), qui détecte optiquement les variations du volume des vaisseaux sanguins, est une technologie clé. Une LED située au dos de la montre connectée projette une lumière (principalement verte) sur les vaisseaux sanguins du poignet, et la lumière réfléchie est captée par un photodétecteur. La montre connectée utilise le traitement du signal pour extraire les fluctuations régulières du bruit ambiant et ainsi déterminer la fréquence cardiaque. L’utilisation conjointe des LED verte et rouge permet d’estimer la saturation transcutanée en oxygène du sang artériel (SpO2) à partir du degré de fixation de l’hémoglobine.
La fréquence respiratoire peut être estimée à partir du pouls grâce à l'arythmie sinusale respiratoire, caractérisée par une légère augmentation du pouls à l'inspiration et une légère diminution à l'expiration. La pression artérielle est calculée à partir du débit sanguin lui-même basé sur le pouls. Enfin, l'état de sommeil est déterminé grâce aux mouvements corporels détectés par l'accéléromètre de la montre connectée.
Défis liés à l'utilisation des dispositifs IoMT :
Le succès des applications IoMT est confronté à de nombreux défis, principalement liés aux services, au matériel et aux communications.
Concernant les services, la gestion de la précision des mesures des données physiques acquises et la garantie de la sécurité des données personnelles agrégées dans le cloud sont des points essentiels. Parmi les autres défis figurent la conformité aux lois et réglementations nationales et régionales en matière de radiocommunications et l'obtention des certifications.
Les dispositifs IoMT peuvent se connecter sans fil aux téléphones mobiles et aux passerelles IoT ; le maintien de cette connectivité est indispensable à la collecte de données médicales précises. Les montres et chaussures connectées, par exemple, utilisent le Bluetooth pour faciliter l'appairage avec les téléphones mobiles et autres appareils, et pour une faible consommation d'énergie : dans la bande de fréquence 2,4 GHz, le Bluetooth est utilisé comme station radio basse consommation sans licence. Le Wi-Fi (IEEE 802.11x) est utilisé pour les dispositifs IoMT fixes, tels que les balances connectées, les lits et autres capteurs de sommeil, ainsi que les caméras de surveillance.
En matière de matériel, l'un des principaux défis pour les objets connectés est la miniaturisation. Par exemple, une montre connectée, de taille similaire à une montre-bracelet classique, doit intégrer une batterie, un circuit de charge, un microcontrôleur, une fonction de communication, un écran et d'autres composants, en plus de divers capteurs. Les contraintes d'autonomie imposent également une conception à faible consommation.
Parmi les autres composants importants, citons un étage d'entrée analogique pour amplifier les faibles signaux électriques émis par les photodétecteurs et les accéléromètres, et un processus de filtrage pour séparer les composantes de bruit des informations nécessaires.
Tests de bruit haute fréquence et conformité aux normes des équipements radio :
La commercialisation des dispositifs IoMT exige la conformité à plusieurs normes de test de bruit haute fréquence. Un test d’émission permet de vérifier que le bruit électromagnétique haute fréquence généré par le dispositif IoMT n’affecte pas les autres équipements, tandis qu’un test d’immunité (interférences) vérifie que le dispositif IoMT n’est pas affecté par ce bruit. Le bruit électromagnétique émis par les circuits électroniques peut interférer avec les signaux faibles provenant des capteurs intégrés et les déformer, et provoquer des erreurs de communication Wi-Fi et Bluetooth.
Les alimentations à découpage (convertisseurs CC/CC) qui génèrent du bruit harmonique constituent une source typique de bruit électromagnétique dans les dispositifs IoMT. Les horloges et la mémoire des micro-ordinateurs sont également des sources de bruit.
Les mesures de réduction du bruit comprennent la séparation physique des circuits électroniques et des antennes, l’intégration de filtres EMI, la conception des cartes et des couches, ainsi que l’utilisation d’un blindage physique.
Les tests applicables aux dispositifs IoMT grand public sont la norme CISPR 32 classe B, définie par le Comité international spécial sur les interférences radioélectriques (CISPR), pour les tests d'émissions, et la norme CISPR 35 pour les tests d'immunité. De plus, les dispositifs IoMT dotés du Wi-Fi et du Bluetooth doivent être conformes à la législation de chaque pays régissant l'utilisation des radiocommunications.
Figure 2 Le bruit électromagnétique dans le système peut interférer avec et affecter d'autres circuits.
Sécurité et données personnelles :
La cybersécurité représente un autre défi. Par exemple, en mars 2023, la FDA (Food and Drug Administration) américaine a publié de nouvelles lignes directrices [2] à destination des fournisseurs de dispositifs médicaux. Lors du développement de nouveaux dispositifs médicaux, ces lignes directrices recommandent, voire imposent, des conceptions intégrant une cybersécurité renforcée, la création de nomenclatures logicielles (SBOM) et des évaluations de vulnérabilité. La mise à disposition rapide de mises à jour de sécurité tout au long du cycle de vie du produit est également requise, sous peine de voir son autorisation de mise sur le marché retirée.
Le respect des lois sur la protection de la vie privée constitue un autre enjeu. Les données collectées par les objets connectés et analysées par des applications cloud ou mobiles permettant d’identifier des individus pourraient être considérées comme des données personnelles et nécessiter une protection particulière.
Perspectives de l'Internet des objets médicaux (IoMT) :
Les secteurs de la santé et de la médecine convergent sur le marché de l'IoMT, qui devrait connaître une croissance importante. Les services IoMT devraient contribuer à allonger l'espérance de vie en bonne santé et à améliorer la qualité de vie, tout en encourageant le maintien en activité. Une population en meilleure santé et des dépenses de sécurité sociale réduites permettraient d'alléger considérablement la charge financière pesant sur les contribuables.
La télémédecine via l'IoMT devrait bientôt devenir une réalité, offrant des services médicaux à de nombreuses personnes, y compris celles vivant dans des régions isolées. Les développeurs devront concevoir des dispositifs et des services IoMT de pointe pour répondre à ces attentes.
AUTEUR : Tomohide Yamazaki, directeur adjoint, Anritsu Corporation
Références :
[1] « Prévisions du marché mondial de la santé numérique (2021-2028) », Global Information, Inc.
[2] Cybersécurité dans les dispositifs médicaux : Refus d'accepter la politique relative aux dispositifs cybernétiques et aux systèmes connexes en vertu de l'article 524B de la loi FD&C.
