- Comme dans une variété de domaines tels que la logistique, l’industrie et des appareils grand public, l’utilisation des objets connectés se développe dans les secteurs du médical et de la santé.
- Les services IoMT (Internet of Medical Things pour Internet des objets médicaux) ont pour ambition d’allonger l’espérance de vie en bonne santé et d’améliorer la qualité de vie de la population, ainsi que de permettre aux gens à travailler aussi longtemps qu’ils le peuvent.
- Grâce aux applications IoMT, la télémédecine pourrait devenir une réalité et offrir des services médicaux à des personnes résidant dans des endroits isolés.
- Les développeurs d’appareils et services IoMT doivent cependant relever de nombreux défils afin de répondre à ces attentes.
Auteur : Tomohide Yamazaki d’Anritsu Corporation
Les applications et appareils IoMT ont vocation à se développer dans le secteur de la santé et du médical Ce marché IoMT devrait connaître une croissance significative dans les prochaines années, passant de 113 milliards de dollars en 2021 à 341,17 milliards de dollars en 2028. [1]
Un réseau IoMT effectue des opérations de collecte et d’analyse des données issues des appareils reliés à Internet, qui peuvent être des appareils compacts, des équipements, voire des sites de production. Certains dispositifs peuvent être utilisés pour acquérir de nouvelles connaissances sur l’état de santé des patients. Parmi les applications IoMT envisageables, on peut citer la gestion directe de la forme physique des patients grâce à des mesures de leur niveau d’activité, de leur tension et de leur sommeil. En plus d’améliorer directement la vie des patients, l’utilisation d’objets IoMT peut permettre aux médecins et aux hôpitaux de travailler plus efficacement et d’obtenir de meilleurs résultats dans la prise en charge de leurs patients. Les objets connectés médicaux vise à contribuer à améliorer la durée de vie en bonne santé, à réduire les pénuries de personnel médical et à améliorer la qualité des soins médicaux.
Appareils IoMT et configuration des systèmes
Un service IoMT est constitué d’équipements matériels, d’applications et de réseaux, comme l’illustre la figure 1.
Les principaux composantes peuvent être :
• Couche de capteurs :
◦ Appareils IoMT tels que des capteurs portés sur soi et connectés au réseau
• Couche de communication :
◦ Passerelles telles que des appareils portables et routeurs LAN sans fil (IEEE 802.11x/Wi-Fi®)
◦ Données agrégées dans le Cloud
◦ Réseaux (réseau public ou Internet) connectés entre la passerelle et le Cloud
• Couche d’application :
◦ Applications (mises en œuvre en ligne ou sur téléphone portable) fournissant des services tels que l’affichage des données issues des capteurs.
Les téléphones portables constituent une bonne base pour les services IoMT, principalement parce que tout le monde ou presque en possède un. Les smartphones se connectent par ailleurs très facilement aux appareils IoMT tels que des montres intelligentes, à l’aide de liaisons radio Wi-Fi® et Bluetooth®, et peuvent également se connecter au Cloud via les réseaux publics 4G (LTE) ou 5G. De par leur capacité à exploiter une variété d’applications logicielles, les smartphones peuvent prendre en charge plusieurs fonctions.
Capture de données
À partir de l’objet connecté médical, les données issues des capteurs sont envoyées vers le téléphone ou les passerelles via une liaison sans fil Wi-Fi ou Bluetooth. Certains objets IoMT sont dotés d’une carte SIM intégrées et peuvent donc se connecter directement aux réseaux publics. Les données collectées, telles que le rythme respiratoire, la température du corps, le pouls ou la pression artérielle, sont des informations de bases, appelées signaux vitaux (la saturation en oxygène dans le sang SpO2 est parfois incluse dans ces données).
L’un des principaux avantages des données biométriques collectées par des appareils médicaux est que ceux-ci sont très peu invasifs, ne requièrent pas de prise de sang, ni d’implant sous-cutané. L’une des technologies de base utilisée est la photoplethysmographie (PPG), qui détecte de manière optique les changements de volume des vaisseaux sanguins. Une LED placée au dos de la montre intelligente émet de la lumière (en général verte) dans les vaisseaux sanguins situés dans le poignet ; la lumière réfléchie est reçue par un photodétecteur. La montre intelligente utilise le traitement de signal pour extraire les fluctuations régulières des différentes composantes du bruit afin d’obtenir le pouls. En utilisant des LED vertes et rouges en même temps, la saturation en oxygène dans le sang des artères (SpO2), visible en transcutanée, peut être estimée à partir du taux d’hémoglobine correspondant.
Le rythme respiratoire peut être estimé en fonction de la vitesse des battements cardiaques en utilisant les arythmies respiratoires sinusoïdales, au cours desquelles le pouls augmente légèrement pendant l’inspiration, puis diminue légèrement pendant l’expiration. La pression artérielle est estimée à partir du flux sanguin, qui dépend du pouls. De plus, le statut de sommeil est déterminé par les mouvements du corps, qui sont détectés par l’accéléromètre de la montre intelligente.
Les défis de l’utilisation des appareils IoMT
Pour mettre en œuvre des applications IoMT opérationnelles, le parcours est semé d’embuches, en particulier au niveau de la connectivité aux services, du matériel et des communications.
Sur le plan des services, ce qui pose le plus de problèmes est la gestion de la précision des mesures des données physiques collectées, ainsi que la garantie de la sécurité des données personnelles stockées dans le Cloud. Parmi les autres défis rencontrés, on peut citer le respect de la conformité à la législation et les règlementations radio au niveau national et régional, et l’obtention des certifications correspondantes.
Les appareils IoMT peuvent se connecter sans fil aux smartphones et aux passerelles IoT. Le maintien de cette connectivité de communication est critique si l’on veut collecter avec fiabilité des données de santé. Les appareils tels que les montres et chaussures connectées utilisent le Bluetooth pour le jumelage avec les smartphones et autres appareils, ainsi que pour des raisons de faible consommation (sur la bande de fréquence de 2,4 GHz, le Bluetooth est considéré comme une station radio faible consommation et sans licence). Le Wi-Fi (IEEE 802.11x) est mis en œuvre pour les appareils IoMT à utilisation non mobile, comme les balances, lits et autres capteurs de détection du coucher/réveil et les caméras de surveillance.
Sur le plan matériel, l’un des principaux défis des appareils IoMT consiste à réduire leur taille. Par exemple, une montre intelligente, qui possède à peu près les mêmes dimensions qu’une montre classique, doit contenir une batterie, un circuit de chargement, un microcontrôleur, des fonctions de communication, un écran, ainsi que d’autres composants et toute une série de capteurs. L’alimentation de la batterie étant limitée, cela pousse les développeurs à créer des systèmes faible consommation.
Parmi les autres composants importants, on peut citer : un circuit frontal analogique pour amplifier en sortie les signaux électriques de faible niveau via des photodétecteurs et des accéléromètres, ainsi qu’un processus de filtrage pour séparer les composantes de bruit des informations requises.
Conformité aux normes relatives aux équipements radio
La commercialisation des appareils IoMT exige une conformité avec un certain nombre de normes et de tests CEM, relatifs au bruit à haute fréquence. On utilise un test d’émission pour vérifier que le bruit du champ électromagnétique à haute fréquence émis par l’appareil IoMT n’affecte par d’autres équipements, ainsi qu’un test (de perturbation) de l’immunité pour vérifier que l’appareil IoMT n’est pas lui-même affecté par ledit bruit. Le bruit du champ électromagnétique émis par le circuit électronique peut interférer avec les signaux faibles émis par les capteurs intégrés, et les distordre, pouvant entraîner des erreurs de communication Wi-Fi et Bluetooth.
Le bruit électromagnétique sur les appareils IoMT provient généralement des convertisseurs DC-DC des alimentations à découpage, qui génèrent du bruit harmonique. Les horloges des micro-ordinateurs et des composants mémoire sont aussi des sources de bruit.
Parmi les mesures correctives contre le bruit figurent la séparation physique des circuits électroniques et des antennes, l’ajout de filtres EMI, la configuration de l’agencement et des couches de la carte électronique, ainsi que l’utilisation de boucliers physiques.
Les tests applicables pour les appareils IoMT de grande consommation sont le CISPR 32 de Classe B, tel que défini par le Comité International Spécial sur les Perturbations Électromagnétiques, CISPR) pour les tests d’émissions, et le CISPR 35 pour les tests d’immunité. De plus, les appareils IoMT dotés de connectivité Wi-Fi et Bluetooth doivent respecter chaque législation nationale relative à l’utilisation du spectre radio.
Sécurité et données personnelles
La mise en place de dispositifs de cybersécurité constitue un autre défi de taille. Par exemple, en mars 2023, la FDA aux États-Unis, a publié de nouvelles règles [2] applicables aux vendeurs d’appareils médicaux. Lors du développement de nouveaux appareils médicaux, les règles recommandent que les systèmes prennent en compte la cyber sécurité, créer une nomenclature des logiciels (SBOM) et mettent en place une évaluation des vulnérabilités. Parfois ces recommandations sont en réalité des obligations. Il est également conseillé de fournir des mises à jour de sécurité pendant toute la durée de vie du produit, tandis que les produits non-conformes risquent de perdre leur autorisation de mise sur le marché.
Autre problématique : le respect des lois sur la protection de la vie privée. Les données collectées par les appareils IoMT et analysées par des applications logicielles en ligne ou sur smartphone, qui peuvent identifier des individus, peuvent être classées comme données personnelles et exigent une protection spéciale.
Références
[1] « Global Digital Health Market Forecast (2021–2028), » Global Information, Inc.
[2] Cybersecurity in Medical Devices: Refuse to Accept Policy for Cyber Devices and Related Systems Under Section 524B of the FD&C Act.
