Overvåg væskeindtag via kommercielt tilgængelige smarte vandflasker

Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset understøttelse af CSS. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden vil vi for at sikre fortsat understøttelse vise webstedet uden stilarter og JavaScript.
Væskeindtag er vigtigt for at forhindre dehydrering og reducere tilbagevendende nyresten. Der har været en tendens i de senere år til at udvikle værktøjer til overvågning af væskeindtag ved hjælp af "smarte" produkter såsom smarte flasker. Der findes adskillige kommercielt smarte sutteflasker, primært rettet mod sundhedsbevidste voksne. Så vidt vi ved, er disse flasker ikke blevet valideret i litteraturen. Denne undersøgelse sammenlignede ydeevnen og funktionaliteten af ​​fire kommercielt tilgængelige smarte sutteflasker. Flaskerne er H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 og Thermos Smart Lid. Hundrede indtagelseshændelser pr. flaske blev registreret og analyseret og sammenlignet med ground truth opnået fra højopløsningsskalaer. H2OPal har den laveste gennemsnitlige procentvise fejl (MPE) og er i stand til at afbalancere fejl på tværs af flere slurke. HidrateSpark 3 giver de mest konsistente og pålidelige resultater med de laveste slurkefejl pr. gang. MPE-værdierne for HidrateSpark-flaskerne blev yderligere forbedret ved hjælp af lineær regression, da de havde mere konsistente individuelle fejlværdier. Thermos Smart Lid var den mindst nøjagtige, da sensoren ikke strakte sig over hele flasken, hvilket forårsagede tab af mange registreringer.
Dehydrering er et meget alvorligt problem, fordi det kan føre til uønskede komplikationer, herunder forvirring, fald, hospitalsindlæggelse og død. Balance i væskeindtag er vigtig, især hos ældre voksne og personer med underliggende medicinske tilstande, der påvirker væskereguleringen. Patienter med risiko for tilbagevendende stendannelse rådes til at indtage store mængder væske. Derfor er overvågning af væskeindtag en nyttig metode til at bestemme, om der indtages tilstrækkeligt væske1,2. Der er mange forsøg i litteraturen på at udarbejde rapporter om systemer eller enheder, der kan hjælpe med at spore og styre væskeindtag. Desværre resulterede de fleste af disse undersøgelser ikke i et kommercielt tilgængeligt produkt. Flasker på markedet er primært rettet mod fritidsatleter eller sundhedsbevidste voksne, der ønsker at øge hydreringen. I denne artikel havde vi til formål at bestemme, om almindelige, kommercielt tilgængelige vandflasker er en levedygtig løsning for forskere og patienter. Vi sammenlignede fire kommercielle vandflasker med hensyn til ydeevne og funktionalitet. Flaskerne er HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 og Thermos Smart Lid7 som vist i figur 1. Disse flasker blev valgt, fordi de er en af ​​de eneste fire populære flasker, der er (1) kan købes i Canada og (2) har adgang til SIP-volumendata via mobilappen.
Billeder af analyserede kommercielle flasker: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermoskande Smart Lid7. Den røde stiplede boks viser sensorens placering.
Af ovenstående flasker er kun tidligere versioner af HidrateSpark blevet valideret i forskning8. Undersøgelsen viste, at HidrateSpark-flasken var nøjagtig inden for 3% af måling af det samlede indtag over en 24-timers periode med væskeindtag. HidrateSpark er også blevet brugt i kliniske studier til at overvåge indtag hos patienter med nyresten9. Siden da har HidrateSpark udviklet nye flasker med forskellige sensorer. H2OPal er blevet brugt i andre studier til at spore og fremme væskeindtag, men ingen specifikke studier har valideret dens ydeevne2,10. Pletcher et al. De geriatriske funktioner og informationer, der er tilgængelige online, blev sammenlignet for flere kommercielle flasker, men de udførte ingen validering af deres nøjagtighed11.
Alle fire kommercielle flasker inkluderer en gratis, proprietær app til visning og lagring af indtagelseshændelser, der transmitteres via Bluetooth. HidrateSpark 3 og Thermos Smart Lid har sensoren i midten af ​​flasken, muligvis ved hjælp af en kapacitiv sensor, mens HidrateSpark Steel og H2Opal har en sensor i bunden, der bruger en belastnings- eller tryksensor. Sensorens placering er vist i den røde stiplede boks i figur 1. I Thermos Smart Lid kan sensoren ikke nå bunden af ​​beholderen.
Hver flaske testes i to faser: (1) en kontrolleret sugefase og (2) en fritlevende fase. I begge faser blev resultaterne registreret af flasken (hentet fra produktets mobilapp, der blev brugt på Android 11) sammenlignet med Ground Truth opnået ved hjælp af en 5 kg vægt (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Alle flasker blev kalibreret, før data blev indsamlet ved hjælp af appen. I fase 1 blev slurkestørrelser fra 10 ml til 100 ml målt i tilfældig rækkefølge, 5 målinger hver, i alt 50 målinger pr. flaske. Disse hændelser er ikke faktiske drikkehændelser hos mennesker, men hældes ud, så mængden af ​​hver slurk bedre kan kontrolleres. På dette trin skal flasken kalibreres igen, hvis slurkefejlen er større end 50 ml, og parres igen, hvis appen mister Bluetooth-forbindelsen til flasken. I frilevende fase drikker en bruger vand frit fra en flaske i løbet af dagen, og de vælger forskellige slurke. Denne fase inkluderer også 50 slurke over tid, men ikke alle. i træk. Derfor har hver flaske et datasæt med i alt 100 målinger.
For at bestemme det samlede væskeindtag og sikre korrekt daglig hydrering er det vigtigere at have nøjagtige volumetriske indtagsmålinger i løbet af dagen (24 timer) i stedet for hver slurk. For at identificere hurtige interventionssignaler skal hver slurk dog have en lav fejl, som det blev gjort i undersøgelsen af ​​Conroy et al. 2. Hvis slurken ikke registreres eller registreres dårligt, er det afgørende, at flasken kan afbalancere volumen ved den næste registrering. Derfor justeres fejlen (målt volumen - faktisk volumen) manuelt. For eksempel, antag at forsøgspersonen drak 10 ml, og flasken rapporterede 0 ml, men så drak forsøgspersonen 20 ml, og flasken rapporterede i alt 30 ml, ville den justerede fejl være 0 ml.
Tabel 1 viser forskellige præstationsmålinger for hver flaske, der tager højde for to faser (100 slurke). Den gennemsnitlige procentvise fejl (MPE) pr. slurk, den gennemsnitlige absolutte fejl (MAE) pr. slurk og den kumulative MPE beregnes som følger:
hvor \({S}_{act}^{i}\) og \({S}_{est}^{i}\) er de faktiske og estimerede indtag af \({i}_{th}\) slurk, og \(n\) er det samlede antal slurke. \({C}_{act}^{k}\) og \({C}_{est}^{k}\) repræsenterer det kumulative indtag af de sidste \(k\) slurke. Sip MPE ser på procentfejlen for hver enkelt slurk, mens den kumulative MPE ser på den samlede procentfejl over tid. Ifølge resultaterne i tabel 1 har H2OPal det laveste antal mistede registreringer, den laveste Sip MPE og den laveste kumulative MPE. Den gennemsnitlige fejl er bedre end den gennemsnitlige absolutte fejl (MAE) som en sammenligningsmåling ved bestemmelse af det samlede indtag over tid. Fordi den illustrerer flaskens evne til at komme sig over dårlige målinger over tid, mens efterfølgende målinger registreres. Sip MAE er også inkluderet i applikationer, hvor nøjagtigheden af ​​hver slurk er vigtig. fordi den beregner den absolutte fejl for hver slurk. Kumulativ MPE måler også, hvor godt målingerne er afbalancerede på tværs af fasen og straffer ikke en enkelt slurk. En anden observation var, at 3 ud af de 4 flasker undervurderede volumenindtaget pr. mund vist i tabel 1 med negative tal.
R-kvadrerede Pearson-korrelationskoefficienter for alle flasker er også vist i tabel 1. HidrateSpark 3 giver den højeste korrelationskoefficient. Selvom HidrateSpark 3 har nogle manglende poster, er de fleste af dem små mundinger (Bland-Altman-plottet i figur 2 bekræfter også, at HidrateSpark 3 har den mindste overensstemmelsesgrænse (LoA) sammenlignet med de andre tre flasker. LoA analyserer, hvor godt de faktiske og målte værdier stemmer overens. Desuden var næsten alle målinger i LoA-området, hvilket bekræfter, at denne flaske giver ensartede resultater, som vist i figur 2c. De fleste værdier er dog under nul, hvilket betyder, at størrelsen af ​​slurken ofte undervurderes. Det samme gælder for HidrateSpark Steel i figur 2b, hvor de fleste fejlværdier er negative. Derfor giver disse to flasker den højeste MPE og kumulative MPE sammenlignet med H2Opal og Thermos Smart Lid, med fejl fordelt over og under 0, som vist i figur 2a,d.
Bland-Altman-plot af (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 og (d) Thermos Smart Lid. Den stiplede linje repræsenterer konfidensintervallet omkring middelværdien, beregnet ud fra standardafvigelsen i tabel 1.
HidrateSpark Steel og H2OPal havde lignende standardafvigelser på henholdsvis 20,04 mL og 21,41 mL. Figur 2a og 2b viser også, at værdierne for HidrateSpark Steel altid svinger omkring middelværdien, men generelt holder sig inden for LoA-området, mens H2Opal har flere værdier uden for LoA-området. Den maksimale standardafvigelse for Thermos Smart Lid var 35,42 mL, og mere end 10 % af målingerne var uden for LoA-området vist i figur 2d. Denne flaske gav den mindste Sip Mean Error og den relativt lille kumulative MPE, på trods af at den havde flest manglende optegnelser og den største standardafvigelse. Thermos SmartLid har mange manglende optagelser, fordi sensorstrået ikke strækker sig til bunden af ​​beholderen, hvilket forårsager manglende optagelser, når væskeindholdet er under sensorpinden (~80 mL). Dette burde føre til en undervurdering af væskeindtaget; Thermos var dog den eneste flaske med positiv MPE og Sip Mean Error, hvilket antyder, at flasken overvurderede væskeindtaget. Så grunden til, at Thermos' gennemsnitlige sip-fejl er så lav, er, at målingen er overvurderet for næsten alle flasker. Når disse overestimater gennemsnitligt beregnes, inklusive mange missede sip, der slet ikke registreres (eller "undervurderede"), er det gennemsnitlige resultat afbalanceret. Når missede registreringer udelukkes fra beregningen, blev Sip Mean Error +10,38 mL, hvilket bekræfter en stor overestimering af en enkelt slurk. Selvom dette kan virke positivt, er flasken faktisk unøjagtig i individuelle sip-estimater og upålidelig, fordi den misser mange drikkehændelser. Desuden, som vist i figur 2d, ser Thermos SmartLid ud til at øge fejlen med stigende sip-størrelse.
Alt i alt var H2OPal den mest præcise til at estimere slurke over tid, og den mest pålidelige måde at måle de fleste registreringer på. Thermos Smart Lid var den mindst præcise og missede flere slurke end de andre flasker. HidrateSpark 3-flasken havde mere konsistente fejlværdier, men undervurderede de fleste slurke, hvilket resulterede i dårlig ydeevne over tid.
Det viser sig, at flasken muligvis har en vis forskydning, som kan kompenseres for ved hjælp af en kalibreringsalgoritme. Dette gælder især for HidrateSpark-flasken, som har en lille standardafvigelse for fejlen og altid undervurderer en enkelt slurk. En mindste kvadraters (LS) metode blev brugt med trin 1-data, mens eventuelle manglende poster blev udelukket for at opnå forskydnings- og forstærkningsværdier. Den resulterende ligning blev brugt til slurkeindtaget målt i andet trin for at beregne den faktiske værdi og bestemme den kalibrerede fejl. Tabel 2 viser, at kalibrering forbedrede Sip-gennemsnitsfejlen for to HidrateSpark-flasker, men ikke H2OPal eller Thermos Smart Lid.
I fase 1, hvor alle målinger udføres, genopfyldes hver flaske flere gange, så den beregnede MAE kan blive påvirket af flaskens fyldningsniveau. For at bestemme dette opdeles hver flaske i tre niveauer, høj, medium og lav, baseret på den samlede volumen af ​​hver flaske. Til fase 1-målingerne blev der udført en envejs ANOVA-test for at bestemme, om niveauerne var signifikant forskellige i absolut fejl. For HidrateSpark 3 og Steel er fejlene for de tre kategorier ikke signifikant forskellige. Der var en grænsetilfælde af signifikant forskel (p Tosidede t-tests blev udført for at sammenligne fejl i trin 1 og trin 2 for hver flaske. Vi opnåede p > 0,05 for alle flasker, hvilket betyder, at de to grupper ikke var signifikant forskellige. Det blev dog observeret, at de to HidrateSpark-flasker mistede et meget højere antal registreringer i trin 2. For H2OPal var antallet af manglende registreringer næsten ens (2 vs. 3), mens der for Thermos SmartLid var færre manglende registreringer (6 vs. 10). Da HidrateSpark-flaskerne alle var forbedrede efter kalibrering, blev der også udført en t-test efter kalibrering. For HidrateSpark 3 er der en signifikant forskel i fejl mellem trin 1 og trin 2 (p = 0,046). Dette skyldes mere sandsynligt det højere antal manglende registreringer i trin 2 sammenlignet med trin 1.
Dette afsnit giver indsigt i flaskens brugervenlighed og anvendelse, samt andre funktionelle oplysninger. Selvom flaskens nøjagtighed er vigtig, er brugervenlighedsfaktoren også vigtig, når man vælger en flaske.
HidrateSpark 3 og HidrateSpark Steel er udstyret med LED-lys, der minder brugerne om at drikke vand, hvis de ikke når deres mål som planlagt, eller blinker et bestemt antal gange om dagen (indstillet af brugeren). De kan også indstilles til at blinke hver gang brugeren drikker. H2OPal og Thermos Smart Lid har ingen visuel feedback, der minder brugerne om at drikke vand. Alle købte flasker har dog mobilnotifikationer, der minder brugerne om at drikke via mobilappen. Antallet af notifikationer pr. dag kan tilpasses i HidrateSpark- og H2OPal-applikationerne.
HidrateSpark 3 og Steel bruger lineære tendenser til at guide brugerne, hvornår de skal drikke vand, og giver et timeligt foreslået mål, som brugerne bør nå inden dagens udgang. H2OPal og Thermos Smart Lid angiver kun et dagligt samlet mål. Hvis enheden ikke er forbundet til appen via Bluetooth, gemmes dataene lokalt og synkroniseres efter parring i alle flasker.
Ingen af ​​de fire flasker fokuserer på hydrering til seniorer. Derudover er de formler, som flaskerne bruger til at bestemme det daglige indtag, ikke tilgængelige, hvilket gør det vanskeligt at afgøre, om de er egnede til ældre voksne. De fleste af disse flasker er store og tunge og ikke skræddersyet til seniorer. Brugen af ​​mobilapps er muligvis heller ikke ideel for ældre voksne, selvom det kan være nyttigt for forskere at indsamle data eksternt.
Det er ikke alle flasker, der kan afgøre, om væsken er blevet indtaget, smidt ud eller spildt. Alle flasker skal også placeres på en overflade efter hver slurk for at registrere indtaget nøjagtigt. Det betyder, at drikkevarer kan blive glemt, hvis flasken ikke sættes ned, især ved genopfyldning.
En anden begrænsning er, at enheden skal parres med appen med jævne mellemrum for at synkronisere data. Termokanden skulle parres igen, hver gang appen blev åbnet, og HidrateSpark-flasken havde ofte svært ved at finde en Bluetooth-forbindelse. H2OPal er nemmest at parre med appen igen, hvis forbindelsen mistes. Alle flasker kalibreres, før testen begynder, og skal kalibreres igen mindst én gang under processen. HidrateSpark-flasken og H2OPal skal tømmes og fyldes helt for at kalibrere.
Ikke alle flasker har mulighed for at downloade eller gemme data på lang sigt. Desuden kan ingen af ​​dem tilgås via API'en.
HidrateSpark 3 og H2OPal bruger udskiftelige lithium-ion-batterier, mens HidrateSpark Steel og Thermos SmartLid bruger genopladelige batterier. Som angivet af producenten bør det genopladelige batteri holde op til 2 uger på en fuld opladning, men det skal genoplades næsten ugentligt, når Thermos SmartLid bruges intensivt. Dette er en begrænsning, da mange mennesker ikke husker at genoplade flasken regelmæssigt.
Der er en række faktorer, der kan påvirke valget af en smart flaske, især når brugeren er en ældre person. Flaskens vægt og volumen er en vigtig faktor, da den skal være nem at bruge for skrøbelige seniorer. Som tidligere nævnt er disse flasker ikke skræddersyet til seniorer. Prisen og mængden af ​​væske pr. flaske er også en anden faktor. Tabel 3 viser højden, vægten, væskevolumenet og prisen på hver flaske. Thermos Smart Lid er den billigste og letteste, da den er lavet udelukkende af lettere plastik. Den rummer også flest væsker sammenlignet med de andre tre flasker. Omvendt var H2OPal den højeste, tungeste og dyreste af forskningsflaskerne.
Kommercielt tilgængelige smarte flasker er nyttige for forskere, fordi der ikke er behov for at prototype nye enheder. Selvom der findes mange smarte vandflasker, er det mest almindelige problem, at brugerne ikke har adgang til dataene eller råsignalerne, og kun nogle af resultaterne vises i mobilappen. Der er behov for at udvikle en bredt anvendt smart flaske med høj nøjagtighed og fuldt tilgængelige data, især en skræddersyet til ældre. Ud af de fire testede flasker havde H2OPal direkte fra æsken den laveste Sip MPE, kumulative MPE og antal mistede optagelser. HidrateSpark 3 har den højeste linearitet, mindste standardafvigelse og laveste MAE. HidrateSpark Steel og HidrateSpark 3 kan simpelthen kalibreres manuelt for at reducere Sip-gennemsnitsfejlen ved hjælp af LS-metoden. For mere præcise slurkoptagelser er HidrateSpark 3 den foretrukne flaske, mens H2OPal er førstevalget for mere konsistente målinger over tid. Thermos SmartLid havde den mindst pålidelige ydeevne, havde flest mistede slurke og overvurderede individuelle slurke.
Undersøgelsen er ikke uden begrænsninger. I virkelige scenarier vil mange brugere drikke fra andre beholdere, især varme væsker, færdigkøbte drikkevarer og alkohol. Fremtidigt arbejde bør evaluere, hvordan hver flaskes formfaktor påvirker fejl for at vejlede smart vandflaskedesign.
Rule, AD, Lieske, JC & Pais, VM Jr. 2020. Håndtering af nyresten. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. & Streeper, NM Rettidig adaptiv intervention for at fremme væskeindtag hos patienter med nyresten. Health Psychology. 39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G., og Roshan Fekr, A. Systemer til overvågning af væskeindtag hos ældre: en litteraturgennemgang. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 Smart Vandflaske & Gratis Hydration Tracker App – Sort https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Tilgået 21. april 2021.
HidrateSpark STEEL isoleret smart vandflaske i rustfrit stål og app – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Tilgået 21. april 2021.
Thermos® Connected hydreringsflaske med smart låg. https://www.thermos.com/smartlid. Tilgået den 9. november 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. & Lingeman, JE. Nøjagtighed af måling af dagligt væskeindtag ved hjælp af en "smart" vandflaske. Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. & Tasian, GE. Sammenhæng mellem dagligt vandindtag og 24-timers urinproduktion hos unge med nyresten. Urology 140, 150–154. https://doi.org/10.1016/j.urology.2020.01.024 (2020).
Fallmann, S., Psychoula, I., Chen, L., Chen, F., Doyle, J., Triboan, D. Virkelighed og perception: Aktivitetsovervågning og dataindsamling i virkelige smarte hjem. I 2017 IEEE SmartWorld Conference Proceedings, Ubiquitous Intelligence and Computing, Advanced and Trusted Computing, Scalable Computing and Communications, Cloud and Big Data Computing, Internet of People and Smart City Innovation (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA et al. En interaktiv vanddrikkegadget designet til ældre og Alzheimerspatienter. I en retssag om den menneskelige side af IT for den ældre befolkning. Sociale medier, spil og assisterede miljøer (red. Zhou, J. & Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Dette arbejde blev støttet af en Canadian Institutes of Health Research (CIHR) Foundation Grant (FDN-148450). Dr. Fernie modtog finansieringen som Creaghan Chair of Family Prevention and Medical Technology.
Kite Institute, Toronto Rehabiliteringsinstitut – University Health Network, Toronto, Canada
Konceptualisering – RC; Metode – RC, AR; Skrivning – Manuskriptforberedelse – RC, AR; Skrivning – Gennemgang og redigering, GF, AR; Supervision – AR, GF Alle forfattere har læst og accepterer den offentliggjorte version af manuskriptet.
Springer Nature forholder sig neutral med hensyn til jurisdiktionelle krav vedrørende offentliggjorte kort og institutionelle tilhørsforhold.
Open Access Denne artikel er licenseret under Creative Commons Attribution 4.0 International License, som tillader brug, deling, tilpasning, distribution og reproduktion i ethvert medie eller format, forudsat at du giver korrekt kreditering til den oprindelige forfatter og kilde, angiver en Creative Commons-licens og angiver, om der er foretaget ændringer. Billeder eller andet tredjepartsmateriale i denne artikel er inkluderet under Creative Commons-licensen til artiklen, medmindre andet er angivet i krediteringerne til materialet. Hvis materialet ikke er inkluderet i Creative Commons-licensen til artiklen, og din tilsigtede brug ikke er tilladt ved lov eller regulering eller overstiger det tilladte, skal du indhente tilladelse direkte fra indehaveren af ​​ophavsretten. For at se en kopi af denne licens, besøg http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Cohen, R., Fernie, G., og Roshan Fekr, A. Overvågning af væskeindtag i kommercielt tilgængelige smarte vandflasker. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
Ved at indsende en kommentar accepterer du at overholde vores vilkår og retningslinjer for fællesskabet. Hvis du ser krænkende indhold eller indhold, der ikke overholder vores vilkår eller retningslinjer, bedes du markere det som upassende.