Fotopletismografía
Fotopletismografía
Utilise la couleur de ton doigt pour mesurer ton ritmo cardíaco.
Le cœur humain bat en permanence pour faire circuler le sang dans tout le corps. À chaque battement, une petite quantité de sang traverse les capillaires situés sous la peau, notamment dans les doigts. Depuis plusieurs décennies, les scientifiques utilisent une technique appelée photopléthysmographie pour détecter ces variations de volume sanguin à l’aide de la lumière. Cette méthode est aujourd’hui utilisée dans les hôpitaux et dans les montres connectées pour mesurer le ritmo cardíaco. Elle repose sur le fait que le sang absorbe une partie de la lumière qui traverse les tissus. Grâce aux capteurs optiques présents dans un smartphone, il devient possible d’observer ces variations lumineuses. Dans esta actividad, l’élève utilise la LED et la caméra de son smartphone pour transformer son appareil en capteur cardiaque. Este experimento permet d’explorer à la fois des phénomènes optiques et des mécanismes physiologiques fondamentaux.
Descripción de la actividad:
El alumno utiliza le colorímetro de FizziQ pour détecter les variations de transparence de son doigt causées par le flux sanguin. Actividad adaptada al colegio, Lycée.
FizziQ
Autor:
Duración:
30-50 minutos
Lo que harán los estudiantes:
'- Mesurer une variation périodique de luminosité liée au flux sanguin
- Identifier la relation entre un signal lumineux et le ritmo cardíaco
- Comprendre le principe physique de l’absorption de la lumière par le sang
- Déterminer expérimentalement une frecuencia cardíaca à partir de données mesurées
- Relier une observation expérimentale à un phénomène physiologique réel
Conceptos científicos:
'- Photopléthysmographie
- Absorption de la lumière par l’hémoglobine
- Cycle cardiaque
- Systole et diastole
- Signal périodique
- Fréquence cardiaque
- Transmission et absorption lumineuse
- Physiologie cardiovasculaire
Sensores:
'- Caméra
- Flash LED du smartphone (source lumineuse)
Material necesario:
Smartphone con la aplicación FizziQ et flash LED fonctionnel; Un environnement calme pour la mesure; Cuaderno de experiencias FizziQ
Procedimiento experimental:
Resultados esperados:
Lorsque le doigt recouvre la caméra et la LED, un signal lumineux variable apparaît sur l’écran. Ce signal présente des oscillations régulières correspondant aux battements du cœur. L’intensité lumineuse diminue légèrement lors de la systole, lorsque le volume sanguin augmente dans le doigt, puis augmente lors de la diastole. La fréquence des oscillations correspond à la frecuencia cardíaca, généralement comprise entre 60 et 100 battements par minute au repos. Des variations ou du bruit peuvent apparaître si le doigt bouge ou si la pression sur la caméra change. Une mesure stable nécessite une immobilité relative et une pression modérée du doigt.
Preguntas científicas:
'- Pourquoi l’intensité lumineuse diminue-t-elle lorsque le cœur se contracte ?
- Comment peut-on déterminer la frecuencia cardíaca à partir du graphique obtenu ?
- Pourquoi la lumière verte est-elle particulièrement adaptée à cette mesure ?
- Quels facteurs peuvent perturber la qualité du signal mesuré ?
- En quoi cette technique est-elle similaire à celle utilisée dans les montres connectées ?
Explicaciones científicas:
La photopléthysmographie (PPG) es une technique non invasive qui détecte les variations du volume sanguin en les tissus en mesurant les changements d'absorption o de réflexion de la lumière. Dans este experimento, la LED du smartphone émet une lumière qui traverse partiellement le doigt, y la caméra mide l'intensité lumineuse transmise. Le principe repose sobre les propriétés optiques du sang: l'hémoglobine absorbe fortement la lumière verte (longitud de onda ~525-535 nm), tandis que les tissus environnants l'absorbent moins. À chaque battement cardiaque (systole), le cœur propulse le sang en les artères, augmentant temporairement le volume sanguin en les capillaires du doigt. Cette augmentation accroît l'absorption de la lumière, réduisant l'intensité lumineuse détectée. Pendant la phase de relaxation cardiaque (diastole), le volume sanguin diminue, y l'intensité lumineuse augmente. Ce cycle crée une onde pulsatile caractéristique dont la frecuencia correspond directement au ritmo cardíaco. La lumière verte es préférentiellement utilisée car elle offre le meilleur compromis entre pénétration tissulaire y absorption par l'hémoglobine. Les montres connectées utilisent effectivement des LEDs vertes para la même raison. L'asymétrie observée en les courbes (montée más rapide que la descente) reflète la physiologie cardiaque: la contraction ventriculaire (systole) es un événement rapide y puissant, tandis que le remplissage (diastole) es más progressif. Cette technique permet non seulement de mesurer la frecuencia cardiaque, mais aussi d'analyser la forme de l'onde de pouls, qui peut révéler des informations sobre l'élasticité artérielle y la santé cardiovasculaire. La PPG es aujourd'hui largement utilisée en les dispositifs médicaux y les objets connectés, illustrant parfaitement comment un principe physique simple (l'absorption différentielle de la lumière) peut être exploité para des applications de santé quotidiennes.
Actividades de ampliación:
'- Comparer la frecuencia cardíaca au repos et après un effort physique.
- Réaliser des mesures sur différents doigts et comparer la qualité du signal.
- Mesurer l’évolution de la frecuencia cardíaca pendant une phase de relaxation.
- Tester différentes pressions du doigt sur la caméra et analyser l’effet sur le signal.
- Comparer les mesures obtenues avec un autre dispositif de mesure cardiaque si disponible.
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Qué es la photopléthysmographie ?
R: La photopléthysmographie est une technique qui mesure les variations de volume sanguin dans les tissus en détectant les variations d’absorption de la lumière.
Q: ¿Por qué faut-il rester immobile pendant la mesure ?
R: Les mouvements modifient la quantité de lumière détectée et introduisent du bruit dans le signal, ce qui rend la mesure moins précise.
Q: ¿Se puede mesurer la saturation en oxygène avec cette méthode ?
R: Esta actividad permet principalement de mesurer la frecuencia cardíaca. La mesure de la saturation en oxygène nécessite plusieurs longueurs d’onde lumineuses spécifiques.
Q: ¿Por qué le signal n’est-il pas parfaitement régulier ?
R: Le ritmo cardíaco varie naturellement et des perturbations expérimentales comme les mouvements ou les variations de pression peuvent influencer le signal.
Q: Cette méthode est-elle utilisée en médecine ?
R: Oui, la photopléthysmographie est utilisée dans les oxymètres de pouls et dans de nombreux objets connectés pour surveiller le ritmo cardíaco.