Overvåg væskeindtaget via kommercielt tilgængelige smarte vandflasker

Tak fordi du besøgte Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset understøttelse af CSS. For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden for at sikre fortsat support, vil vi vise siden uden stilarter og JavaScript.
Væskeindtag er vigtigt for at forhindre dehydrering og reducere tilbagevendende nyresten. Der har i de senere år været en tendens til at udvikle værktøjer til overvågning af væskeindtagelse ved hjælp af "smarte" produkter såsom smarte flasker. Der findes flere 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.One hundrede indtagelseshændelser pr. flaske blev registreret og analyseret og sammenlignet med jordens sandhed opnået fra højopløsningsskalaer.H2OPal har den laveste middelprocentfejl (MPE) og er i stand til at balancere fejl på tværs af flere slurke.HidrateSpark 3 giver de mest konsistente og pålidelige resultater med de laveste sip-fejl pr. gang. MPE-værdierne for HidrateSpark-flaskerne blev yderligere forbedret ved hjælp af lineær regression, da de havde mere konsistente individuelle fejlværdier. flaske, hvilket medfører, at mange optegnelser går tabt.
Dehydrering er et meget alvorligt problem, fordi det kan føre til uønskede komplikationer, herunder forvirring, fald, hospitalsindlæggelse og død. Væskeindtagsbalancen er vigtig, især hos ældre voksne og mennesker med underliggende medicinske tilstande, der påvirker væskereguleringen. Patienter med risiko for tilbagevendende stendannelse tilrådes at indtage store mængder væske. Derfor er overvågning af væskeindtag en nyttig metode til at bestemme, om der tages tilstrækkelig væskeindtag1,2.Der er mange forsøg i litteraturen på at oprette rapporter om systemer eller enheder, der kan hjælpe med at spore og styre væskeindtaget. Desværre resulterede de fleste af disse undersøgelser ikke i et kommercielt tilgængeligt produkt. Flasker på markedet er primært rettet mod rekreative atleter eller sundhedsbevidste voksne, der ønsker at tilføje hydrering. I denne artikel havde vi til formål at afgøre, 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 kun fire populære flasker, der er (1) tilgængelige for køb i Canada og (2) har data om sip-volumen tilgængelige via mobilappen.
Billeder af analyserede kommercielle flasker: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Den røde stiplede boks viser placeringen af ​​sensoren.
Af de ovennævnte flasker er kun tidligere versioner af HidrateSpark blevet valideret i forskning8. Undersøgelsen viste, at HidrateSpark-flasken var nøjagtig inden for 3 % af målingen af ​​det samlede indtag over en 24-timers periode med væskeindtagelse.HidrateSpark er også blevet brugt i kliniske undersøgelser at overvåge indtagelse hos patienter med nyresten9.Siden da har HidrateSpark udviklet nye flasker med forskellige sensorer.H2OPal er blevet brugt i andre undersøgelser til at spore og fremme væskeindtagelse, men ingen specifikke undersøgelser har valideret dets ydeevne2,10.Pletcher et al. De geriatriske funktioner og information, der er tilgængelig 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 transmitteret 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 ved hjælp af en belastnings- eller tryksensor. Følerens placering er vist i den røde stiplede boks i figur 1. I Thermos Smart-låget kan sensoren ikke nå bunden af ​​beholderen.
Hver flaske testes i to faser: (1) en kontrolleret sugefase og (2) en frit levende fase. I begge faser blev resultaterne registreret af flasken (opnået fra produktets mobilapp, der bruges på Android 11) sammenlignet med jord sandhed 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 sip-størrelser fra 10 mL til 100 mL af 10 mL til 100 mL målt tilfældigt bestille, 5 målinger hver, for i alt 50 målinger pr. hætteglas. Disse hændelser er ikke egentlige drikkebegivenheder hos mennesker, men hældes ud, så mængden af ​​hver slurk bedre kan kontrolleres. På dette stadium skal du genkalibrere flasken, hvis sip-fejlen er større end 50 mL, og parr igen, hvis appen mister bluetooth-forbindelsen til flasken. I løbet af den frie livsfase drikker en bruger vand frit fra en flaske i løbet af dagen, og de vælger forskellige slurke. Denne fase omfatter også 50 slurke over tid, men ikke dem alle i træk. Derfor har hver flaske et datasæt på 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 indgrebssignaler skal hver slurk dog have en lav fejl, som det blev gjort i undersøgelsen af ​​Conroy et al. 2 .Hvis slurken ikke er registreret eller registreret dårligt, er det afgørende, at flasken kan afbalancere volumen ved næste optagelse. Derfor justeres fejlen (målt volumen – faktisk volumen) manuelt. Antag for eksempel, at forsøgspersonen drak 10 ml og flasken rapporterede 0 ml, men derefter drak forsøgspersonen 20 ml og flasken rapporterede i alt 30 ml, den justerede fejl ville være 0 ml.
Tabel 1 viser forskellige præstationsmålinger for hver flaske under hensyntagen til 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 det faktiske og estimerede indtag af \({i}_{th}\ ) sip, 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 den procentvise fejl 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 af tabte registreringer, den laveste Sip MPE og den laveste kumulative MPE. Middelfejlen er bedre end den gennemsnitlige absolutte fejl (MAE) som en sammenligningsmetrik ved bestemmelse af det samlede indtag over tid. Fordi det illustrerer flaskens evne til at komme sig efter dårlige målinger over tid. tid, mens der registreres efterfølgende målinger. Slup 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 afbalanceret over fasen og straffer ikke en enkelt slurk. En anden observation var, at 3 af de 4 flasker undervurderede volumenindtaget pr. mund vist i tabel 1 med negative tal.
De 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 registreringer, er de fleste af dem små munde (Bland-Altman-plottet i figur 2 bekræfter også, at HidrateSpark 3 har den mindste grænse for overensstemmelse (LoA) sammenlignet med de tre andre flasker. LoA analyserer, hvor godt de faktiske og målte værdier stemmer overens. Ydermere var næsten alle målinger i LoA-interval, som bekræfter, at denne flaske giver ensartede resultater, som vist i figur 2c. De fleste værdier er dog under nul, hvilket betyder, at størrelsen på sip ofte er undervurderet. Det samme gælder for HidrateSpark Steel i figur 2b, hvor de fleste af fejlværdierne 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 Fig. 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 tilsvarende standardafvigelser på henholdsvis 20,04 mL og 21,41 mL. Figur 2a,b viser også, at værdierne for HidrateSpark Steel altid hopper rundt om middelværdien, men generelt holder sig inden for LoA-regionen, mens H2Opal har flere værdier uden for LoA-regionen. Den maksimale standardafvigelse for Thermos Smart-låget 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 relativt lille Kumulativ MPE, på trods af at have de mest manglende registreringer og den største standardafvigelse. Thermos SmartLid har mange mistede optagelser, fordi sensorhalmen ikke strækker sig til bunden af ​​beholderen, hvilket forårsager mistede optagelser, når væskeindholdet er under sensorpinden ( ~80 mL). Dette bør føre til en undervurdering af væskeindtaget; Thermos var imidlertid 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 hver flaske. Når disse overvurderinger er gennemsnittet, inklusive mange ubesvarede slurke, der slet ikke er registreret (eller "undervurderet"), er gennemsnitsresultatet afbalanceret. Når man ekskluderer mistede registreringer fra beregningen, blev Sip Mean Error +10,38 mL, hvilket bekræfter en stor overvurdering af en enkelt slurk .Selvom dette kan virke positivt, er flasken faktisk unøjagtig i individuelle sip-estimater og upålidelig, fordi den går glip af mange drikkebegivenheder. Ydermere, som vist i figur 2d, ser Thermos SmartLid ud til at øge fejlen med stigende sip-størrelse.
Alt i alt var H2OPal den mest nøjagtige til at estimere slurke over tid og den mest pålidelige måde at måle de fleste optagelser på. Thermos Smart-låget var det mindst nøjagtige og missede flere slurke end de andre flasker. HidrateSpark 3-flasken havde mere konsekvent fejl værdier, men undervurderede de fleste slurke, der resulterede i dårlig ydeevne over tid.
Det viser sig, at flasken kan have en vis offset, der kan kompenseres for at bruge en kalibreringsalgoritme. Dette gælder især for HidrateSpark-flasken, som har en lille standardafvigelse af fejl og altid undervurderer en enkelt slurk.A least squares (LS) metoden blev brugt med trin 1-data, mens man ekskluderede eventuelle manglende poster for at opnå offset- og forstærkningsværdier. Den resulterende ligning blev brugt til sip-indtaget målt i andet trin til 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.
Under fase 1, hvor alle målinger udføres, bliver hver flaske genopfyldt flere gange, så den beregnede MAE kan blive påvirket af flaskefyldningsniveauet. For at bestemme dette er hver flaske opdelt i tre niveauer, høj, medium og lav, baseret på det samlede volumen af ​​hver flaske. For 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 grænseoverskridende signifikant forskel (p To-halede t-tests blev udført for at sammenligne trin 1 og trin 2 fejl 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 optagelser i trin 2. For H2OPal var antallet af mistede optagelser næsten det samme (2 vs. 3), mens der for Thermos SmartLid var færre mistede optagelser (6 vs. 10). Siden HidrateSpark-flaskerne var alt forbedret 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 er mere sandsynligt på grund af det højere antal manglende registreringer i fase 2 sammenlignet med fase 1.
Dette afsnit giver indsigt i flaskens anvendelighed og dens anvendelse samt anden funktionel information. Selvom flaskens nøjagtighed er vigtig, er brugervenligheden også vigtig, når du 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 ikke nogen visuel feedback til at minde brugerne om at drikke vand. Alle købte flasker har dog mobilnotifikationer for at minde brugerne om at drikke gennem mobilappen.Antallet af notifikationer pr. dag kan være tilpasset i HidrateSpark- og H2OPal-applikationerne.
HidrateSpark 3 og Steel bruger lineære tendenser til at vejlede brugerne, hvornår de skal drikke vand og giver et foreslået timemål, som brugerne skal nå ved slutningen af ​​dagen.H2OPal og Thermos Smart Lid giver kun et dagligt samlet mål.I alle flasker, hvis enheden ikke er forbundet til appen via bluetooth, vil dataene blive gemt lokalt og synkroniseret efter parring.
Ingen af ​​de fire flasker fokuserer på hydrering til seniorer. Derudover er formlerne, som flaskerne bruger til at bestemme daglige indtagsmål, 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.
Alle flasker kan ikke afgøre, om væsken er blevet indtaget, kasseret eller spildt. Alle flasker skal også placeres på en overflade efter hver tår for nøjagtigt at registrere indtagelsen. Det betyder, at drikkevarer kan gå glip af, hvis flasken ikke er sat ned, især når genopfyldning.
En anden begrænsning er, at enheden med jævne mellemrum skal parres igen med appen 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 igen med appen, hvis forbindelsen afbrydes. Alle flasker kalibreres før testning begynder og skal kalibreres mindst én gang under processen. HidrateSpark-flasken og H2OPal skal tømmes og fyldes helt til kalibrering.
Alle flasker har ikke mulighed for at downloade eller gemme data på længere sigt. Ingen af ​​dem kan desuden tilgås via API'et.
HidrateSpark 3 og H2OPal bruger udskiftelige lithium-ion-batterier, HidrateSpark Steel og Thermos SmartLid bruger genopladelige batterier. Som angivet af producenten skal det genopladelige batteri holde op til 2 uger på fuld opladning, dog skal det genoplades næsten ugentligt ved brug Thermos SmartLid kraftigt. Dette er en begrænsning, da mange mennesker ikke vil huske 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 af svage seniorer. Som nævnt tidligere er disse flasker ikke skræddersyet til seniorer. Prisen og mængden af ​​væske pr. flaske er også en anden faktor. Tabel 3 viser højden, vægten, væskevolumen og prisen på hver flaske. udelukkende lavet af lettere plastik. Den rummer også mest væske sammenlignet med de tre andre 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 er mange smarte vandflasker tilgængelige, er det mest almindelige problem, at brugerne ikke har adgang til data eller råsignaler, og kun nogle resultater er vises i mobilappen. Der er behov for at udvikle en meget brugt smart flaske med høj nøjagtighed og fuldt tilgængelige data, især en skræddersyet til ældre. Ud af de fire testede flasker havde H2OPal ud af æsken den laveste Sip MPE, kumulativ MPE, og antal af 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-middelfejlen ved hjælp af LS-metoden.For mere nøjagtige sip-optagelser, HidrateSpark 3 er den foretrukne flaske, mens for mere konsistente målinger over tid, er H2OPal det første valg. Thermos SmartLid havde den mindst pålidelige ydeevne, havde de mest mistede slurke og overvurderede individuelle slurke.
Undersøgelsen er ikke uden begrænsninger. I scenarier i den virkelige verden vil mange brugere drikke af andre beholdere, især varme væsker, indkøbte drikkevarer og alkohol. Fremtidigt arbejde bør evaluere, hvordan hver flaskes formfaktor påvirker fejl for at guide smart vandflaskedesign .
Rule, AD, Lieske, JC & Pais, VM Jr. 2020. Nyrestenhåndtering.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 væskeforbrug hos patienter med nyresten.Health Psychology.39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G. og Roshan Fekr, A. Fluid intake monitoring systems in the elderly: a literature review.Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 Smart Water Bottle & Free Hydration Tracker App – Sort https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Åbnet den 21. april 2021.
HidrateSpark STEEL Isoleret rustfrit stål smart vandflaske og app – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel.Få adgang 21. april 2021.
Thermos® Connected Hydration Bottle med Smart Cap.https://www.thermos.com/smartlid.Få adgang den 9. november 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. & Lingeman, JE Nøjagtighed af måling af daglig væskeindtagelse 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 Konferenceprocedurer, allestedsnærværende intelligens og databehandling, avanceret og betroet databehandling, skalerbar databehandling og kommunikation, cloud og big data computing, Internet of People og 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 Alzheimers patienter. I en retssag om den menneskelige side af IT til 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 et Canadian Institutes of Health Research (CIHR) Foundation Grant (FDN-148450). Dr. Fernie modtog midlerne som Creaghan Chair of Family Prevention and Medical Technology.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – 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 er enige i den udgivne version af manuskriptet.
Springer Nature forbliver neutral med hensyn til jurisdiktionskrav vedrørende offentliggjorte kort og institutionelle tilknytninger.
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 den originale forfatter og kilde korrekt kredit og giver en Creative Commons-licens , og angiv, om der er foretaget ændringer.Billeder eller andet tredjepartsmateriale i denne artikel er inkluderet under Creative Commons-licensen for artiklen, medmindre andet er angivet i krediteringerne for materialet.Hvis materialet ikke er inkluderet i Creative Commons licens til artiklen, og din tilsigtede brug ikke er tilladt ved lov eller forskrift eller overstiger det tilladte, skal du indhente tilladelse direkte fra ejeren 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, skal du markere det som upassende.