Overvåk væskeinntaket via kommersielt tilgjengelige smarte vannflasker

Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset støtte for CSS. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi vise nettstedet uten stiler og JavaScript.
Væskeinntak er viktig for å forhindre dehydrering og redusere tilbakevendende nyrestein. Det har vært en trend de siste årene å utvikle verktøy for å overvåke væskeinntaket ved hjelp av "smarte" produkter som smarte flasker. Det finnes flere kommersielt tilgjengelige smarte tåteflasker, hovedsakelig rettet mot helsebevisste voksne. Så vidt vi vet, har ikke disse flaskene blitt validert i litteraturen. Denne studien sammenlignet ytelsen og funksjonaliteten til fire kommersielt tilgjengelige smarte tåteflasker. Flaskene er H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 og Thermos Smart Lid. Hundre inntakshendelser per flaske ble registrert og analysert og sammenlignet med grunnfakta innhentet fra høyoppløselige skalaer. H2OPal har den laveste gjennomsnittlige prosentfeilen (MPE) og er i stand til å balansere feil på tvers av flere slurker. HidrateSpark 3 gir de mest konsistente og pålitelige resultatene med de laveste slurkefeilene per gang. MPE-verdiene til HidrateSpark-flaskene ble ytterligere forbedret ved hjelp av lineær regresjon, ettersom de hadde mer konsistente individuelle feilverdier. Thermos Smart Lid var minst nøyaktig, ettersom sensoren ikke strakte seg over hele flasken, noe som førte til at mange registreringer gikk tapt.
Dehydrering er et svært alvorlig problem fordi det kan føre til uønskede komplikasjoner, inkludert forvirring, fall, sykehusinnleggelse og død. Balanse i væskeinntaket er viktig, spesielt hos eldre voksne og personer med underliggende medisinske tilstander som påvirker væskereguleringen. Pasienter med risiko for tilbakevendende steindannelse anbefales å konsumere store mengder væske. Derfor er overvåking av væskeinntaket en nyttig metode for å avgjøre om tilstrekkelig væskeinntak tas1,2. Det finnes mange forsøk i litteraturen på å lage rapporter om systemer eller enheter som kan bidra til å spore og administrere væskeinntaket. Dessverre resulterte de fleste av disse studiene ikke i et kommersielt tilgjengelig produkt. Flasker på markedet er primært rettet mot fritidsutøvere eller helsebevisste voksne som ønsker å øke hydreringen. I denne artikkelen ønsket vi å avgjøre om vanlige, kommersielt tilgjengelige vannflasker er en levedyktig løsning for forskere og pasienter. Vi sammenlignet fire kommersielle vannflasker med tanke på ytelse og funksjonalitet. Flaskene er HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 og Thermos Smart Lid7 som vist i figur 1. Disse flaskene ble valgt fordi de er en av de eneste fire populære flaskene som er (1) tilgjengelig for kjøp i Canada og (2) har SIP-volumdata tilgjengelig via mobilappen.
Bilder av analyserte kommersielle flasker: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Den røde stiplede boksen viser plasseringen av sensoren.
Av de ovennevnte flaskene har bare tidligere versjoner av HidrateSpark blitt validert i forskning8. Studien fant at HidrateSpark-flasken var nøyaktig innenfor 3 % av måling av totalt inntak over en 24-timers periode med væskeinntak. HidrateSpark har også blitt brukt i kliniske studier for å overvåke inntak hos pasienter med nyrestein9. Siden den gang har HidrateSpark utviklet nye flasker med forskjellige sensorer. H2OPal har blitt brukt i andre studier for å spore og fremme væskeinntak, men ingen spesifikke studier har validert ytelsen2,10. Pletcher et al. De geriatriske funksjonene og informasjonen som er tilgjengelig på nettet, ble sammenlignet for flere kommersielle flasker, men de utførte ingen validering av nøyaktigheten11.
Alle de fire kommersielle flaskene inkluderer en gratis, proprietær app for visning og lagring av inntakshendelser overført via Bluetooth. HidrateSpark 3 og Thermos Smart Lid har sensoren midt i flasken, muligens ved hjelp av en kapasitiv sensor, mens HidrateSpark Steel og H2Opal har en sensor på bunnen, som bruker en last- eller trykksensor. Sensorplasseringen vises i den røde stiplede boksen i figur 1. I Thermos Smart Lid kan ikke sensoren nå bunnen av beholderen.
Hver flaske testes i to faser: (1) en kontrollert sugefase og (2) en friluftsfase. I begge fasene ble resultatene registrert av flasken (hentet fra produktets mobilapp som brukes på Android 11) sammenlignet med Ground Truth innhentet ved hjelp av en 5 kg vekt (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Alle flaskene ble kalibrert før data ble samlet inn ved hjelp av appen. I fase 1 ble slurkestørrelser fra 10 ml til 100 ml målt i tilfeldig rekkefølge, 5 målinger hver, for totalt 50 målinger per ampulle. Disse hendelsene er ikke faktiske drikkehendelser hos mennesker, men helles ut slik at mengden av hver slurk kan kontrolleres bedre. På dette stadiet, kalibrer flasken på nytt hvis slurkefeilen er større enn 50 ml, og par den på nytt hvis appen mister Bluetooth-tilkoblingen til flasken. I friluftsfasen drikker en bruker vann fritt fra en flaske i løpet av dagen, og de velger forskjellige slurker. Denne fasen inkluderer også 50 slurker over tid, men ikke alle. på rad. Derfor har hver flaske et datasett med totalt 100 målinger.
For å bestemme totalt væskeinntak og sikre riktig daglig hydrering er det viktigere å ha nøyaktige volumetriske inntaksmålinger gjennom dagen (24 timer) i stedet for hver slurk. For å identifisere raske intervensjonssignaler må imidlertid hver slurk ha en lav feil, slik det ble gjort i studien av Conroy et al. 2. Hvis slurken ikke registreres eller registreres dårlig, er det avgjørende at flasken kan balansere volumet ved neste registrering. Derfor justeres feilen (målt volum – faktisk volum) manuelt. For eksempel, anta at forsøkspersonen drakk 10 ml og flasken rapporterte 0 ml, men deretter drakk forsøkspersonen 20 ml og flasken rapporterte totalt 30 ml, ville den justerte feilen være 0 ml.
Tabell 1 viser ulike ytelsesmålinger for hver flaske med tanke på to faser (100 slurker). Gjennomsnittlig prosentfeil (MPE) per slurk, gjennomsnittlig absolutt feil (MAE) per slurk og kumulativ MPE beregnes som følger:
hvor \({S}_{act}^{i}\) og \({S}_{est}^{i}\) er de faktiske og estimerte inntakene av \({i}_{th}\) slurk, og \(n\) er det totale antallet slurker. \({C}_{act}^{k}\) og \({C}_{est}^{k}\) representerer det kumulative inntaket av de siste \(k\) slurkene. Sip MPE ser på prosentfeilen for hver enkelt slurk, mens den kumulative MPE ser på den totale prosentfeilen over tid. I følge resultatene i tabell 1 har H2OPal det laveste antallet tapte registreringer, den laveste Sip MPE og den laveste kumulative MPE. Gjennomsnittsfeilen er bedre enn den gjennomsnittlige absolutte feilen (MAE) som en sammenligningsmåling når man bestemmer totalt inntak over tid. Fordi den illustrerer flaskens evne til å gjenopprette seg fra dårlige målinger over tid mens man registrerer påfølgende målinger. Sip MAE er også inkludert i applikasjoner der nøyaktigheten til hver slurk er viktig. fordi den beregner den absolutte feilen for hver slurk. Kumulativ MPE måler også hvor godt målingene er balansert på tvers av fasen og straffer ikke en enkelt slurk. En annen observasjon var at 3 av de 4 flaskene undervurderte voluminntaket per munn vist i tabell 1 med negative tall.
R-kvadrat Pearson-korrelasjonskoeffisientene for alle flasker er også vist i tabell 1. HidrateSpark 3 gir den høyeste korrelasjonskoeffisienten. Selv om HidrateSpark 3 har noen manglende registreringer, er de fleste av dem små munninger (Bland-Altman-plottet i figur 2 bekrefter også at HidrateSpark 3 har den minste samsvarsgrensen (LoA) sammenlignet med de tre andre flaskene. LoA analyserer hvor godt de faktiske og målte verdiene stemmer overens. Videre var nesten alle målingene innenfor LoA-området, noe som bekrefter at denne flasken gir konsistente resultater, som vist i figur 2c. Imidlertid er de fleste verdiene under null, noe som betyr at størrelsen på slurken ofte undervurderes. Det samme gjelder for HidrateSpark Steel i figur 2b, hvor de fleste feilverdiene er negative. Derfor gir disse to flaskene den høyeste MPE og kumulative MPE sammenlignet med H2Opal og Thermos Smart Lid, med feil fordelt over og under 0, som vist i figur 2a,d.
Bland-Altman-plott av (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 og (d) Thermos Smart Lid. Den stiplede linjen representerer konfidensintervallet rundt gjennomsnittet, beregnet fra standardavviket i tabell 1.
HidrateSpark Steel og H2OPal hadde lignende standardavvik på henholdsvis 20,04 ml og 21,41 ml. Figur 2a og 2b viser også at verdiene til HidrateSpark Steel alltid spretter rundt gjennomsnittet, men generelt holder seg innenfor LoA-området, mens H2Opal har flere verdier utenfor LoA-området. Det maksimale standardavviket for Thermos Smart Lid var 35,42 ml, og mer enn 10 % av målingene var utenfor LoA-området vist i figur 2d. Denne flasken ga den minste Sip Mean Error og relativt liten kumulativ MPE, til tross for at den hadde flest manglende registreringer og det største standardavviket. Thermos SmartLid har mange manglende registreringer fordi sensorstrået ikke strekker seg til bunnen av beholderen, noe som forårsaker manglende registreringer når væskeinnholdet er under sensorpinnen (~80 ml). Dette bør føre til en undervurdering av væskeinntaket; Thermos var imidlertid den eneste flasken med positiv MPE og Sip Mean Error, noe som antyder at flasken overestimerte væskeinntaket. Grunnen til at Thermos' gjennomsnittlige slurkefeil er så lav, er derfor at målingen er overestimert for nesten hver flaske. Når disse overestimatene beregnes i gjennomsnitt, inkludert mange tapte slurker som ikke er registrert i det hele tatt (eller "underestimert"), er gjennomsnittsresultatet balansert. Når tapte registreringer utelukkes fra beregningen, ble Sip Mean Error +10,38 ml, noe som bekrefter en stor overestimering av en enkelt slurk. Selv om dette kan virke positivt, er flasken faktisk unøyaktig i individuelle slurkeestimater og upålitelig fordi den går glipp av mange drikkehendelser. Videre, som vist i figur 2d, ser Thermos SmartLid ut til å øke feilen med økende slurkstørrelse.
Alt i alt var H2OPal den mest nøyaktige måten å estimere slurker over tid, og den mest pålitelige måten å måle de fleste registreringer på. Thermos Smart Lid var minst nøyaktig og bommet på flere slurker enn de andre flaskene. HidrateSpark 3-flasken hadde mer konsistente feilverdier, men undervurderte de fleste slurker, noe som resulterte i dårlig ytelse over tid.
Det viser seg at flasken kan ha en viss forskyvning som kan kompenseres for ved hjelp av en kalibreringsalgoritme. Dette gjelder spesielt for HidrateSpark-flasken, som har et lite standardavvik for feilen og alltid undervurderer en enkelt slurk. En minste kvadraters (LS) metode ble brukt med trinn 1-data, samtidig som eventuelle manglende poster ble ekskludert for å oppnå forskyvnings- og forsterkningsverdier. Den resulterende ligningen ble brukt for slurkinntaket målt i det andre trinnet for å beregne den faktiske verdien og for å bestemme den kalibrerte feilen. Tabell 2 viser at kalibreringen forbedret Sip-gjennomsnittsfeilen for to HidrateSpark-flasker, men ikke H2OPal eller Thermos Smart Lid.
I fase 1, hvor alle målinger utføres, fylles hver flaske flere ganger, slik at den beregnede MAE kan påvirkes av flaskens fyllingsnivå. For å bestemme dette deles hver flaske inn i tre nivåer, høy, middels og lav, basert på det totale volumet til hver flaske. For fase 1-målingene ble det utført en enveis ANOVA-test for å avgjøre om nivåene var signifikant forskjellige i absolutt feil. For HidrateSpark 3 og Steel er feilene for de tre kategoriene ikke signifikant forskjellige. Det var en grenseforskjell mellom signifikant forskjell (p Tosidige t-tester ble utført for å sammenligne feil i trinn 1 og trinn 2 for hver flaske. Vi oppnådde p > 0,05 for alle flaskene, noe som betyr at de to gruppene ikke var signifikant forskjellige. Det ble imidlertid observert at de to HidrateSpark-flaskene mistet et mye høyere antall registreringer i trinn 2. For H2OPal var antallet manglende registreringer nesten likt (2 vs. 3), mens det for Thermos SmartLid var færre manglende registreringer (6 vs. 10). Siden HidrateSpark-flaskene alle ble forbedret etter kalibrering, ble det også utført en t-test etter kalibrering. For HidrateSpark 3 er det en signifikant forskjell i feil mellom trinn 1 og trinn 2 (p = 0,046). Dette skyldes mer sannsynlig det høyere antallet manglende registreringer i trinn 2 sammenlignet med trinn 1.
Denne delen gir innsikt i flaskens brukervennlighet og bruksområde, samt annen funksjonell informasjon. Selv om flaskens nøyaktighet er viktig, er brukervennlighetsfaktoren også viktig når man velger en flaske.
HidrateSpark 3 og HidrateSpark Steel er utstyrt med LED-lys som minner brukerne på å drikke vann hvis de ikke når målene sine som planlagt, eller blinker et visst antall ganger per dag (angitt av brukeren). De kan også stilles inn til å blinke hver gang brukeren drikker. H2OPal og Thermos Smart Lid har ingen visuell tilbakemelding for å minne brukerne på å drikke vann. Alle kjøpte flasker har imidlertid mobilvarsler for å minne brukerne på å drikke via mobilappen. Antall varsler per dag kan tilpasses i HidrateSpark- og H2OPal-appene.
HidrateSpark 3 og Steel bruker lineære trender for å veilede brukerne når de skal drikke vann og gi et anbefalt timemål som brukerne bør nå innen dagens slutt. H2OPal og Thermos Smart Lid gir bare et daglig totalt mål. Hvis enheten ikke er koblet til appen via Bluetooth, lagres dataene lokalt og synkroniseres etter paring i alle flasker.
Ingen av de fire flaskene fokuserer på hydrering for eldre. I tillegg er ikke formlene flaskene bruker for å bestemme daglige inntaksmål tilgjengelige, noe som gjør det vanskelig å avgjøre om de er egnet for eldre voksne. De fleste av disse flaskene er store og tunge og ikke skreddersydd for eldre. Bruk av mobilapper er kanskje heller ikke ideelt for eldre voksne, selv om det kan være nyttig for forskere å samle inn data eksternt.
Alle flasker kan ikke avgjøre om væsken har blitt konsumert, kastet eller sølt. Alle flasker må også plasseres på en overflate etter hver slurk for å registrere inntaket nøyaktig. Dette betyr at drikker kan bli glemt hvis flasken ikke settes ned, spesielt ved påfylling.
En annen begrensning er at enheten må pares med appen med jevne mellomrom for å synkronisere data. Termosen måtte pares med appen hver gang appen ble åpnet, og HidrateSpark-flasken slet ofte med å finne en Bluetooth-tilkobling. H2OPal er enklest å pare med appen på nytt hvis forbindelsen mistes. Alle flasker kalibreres før testingen starter og må kalibreres på nytt minst én gang i løpet av prosessen. HidrateSpark-flasken og H2OPal må tømmes og fylles helt for kalibrering.
Ikke alle flasker har muligheten til å laste ned eller lagre data på lang sikt. Ingen av dem kan heller nås via API-et.
HidrateSpark 3 og H2OPal bruker utskiftbare litiumionbatterier, mens HidrateSpark Steel og Thermos SmartLid bruker oppladbare batterier. Som produsenten oppgir, skal det oppladbare batteriet vare i opptil 2 uker med full lading. Det må imidlertid lades opp nesten ukentlig når Thermos SmartLid brukes mye. Dette er en begrensning, ettersom mange ikke husker å lade flasken regelmessig.
Det finnes en rekke faktorer som kan påvirke valget av en smartflaske, spesielt når brukeren er en eldre person. Flaskens vekt og volum er en viktig faktor, da den må være enkel å bruke for skrøpelige eldre. Som nevnt tidligere er ikke disse flaskene skreddersydd for eldre. Prisen og mengden væske per flaske er også en annen faktor. Tabell 3 viser høyde, vekt, væskevolum og pris for hver flaske. Thermos Smart Lid er den billigste og letteste, da den er laget helt av lettere plast. Den rommer også mest væske sammenlignet med de tre andre flaskene. Omvendt var H2OPal den høyeste, tyngste og dyreste av forskningsflaskene.
Kommersielt tilgjengelige smarte flasker er nyttige for forskere fordi det ikke er behov for å prototype nye enheter. Selv om det finnes mange smarte vannflasker tilgjengelig, er det vanligste problemet at brukerne ikke har tilgang til dataene eller rådata, og bare noen av resultatene vises i mobilappen. Det er behov for å utvikle en mye brukt smart flaske med høy nøyaktighet og fullt tilgjengelige data, spesielt en som er skreddersydd for eldre. Av de fire flaskene som ble testet, hadde H2OPal rett ut av esken den laveste Sip MPE, kumulativ MPE og antall tapte opptak. HidrateSpark 3 har den høyeste lineariteten, minste standardavviket og laveste MAE. HidrateSpark Steel og HidrateSpark 3 kan enkelt kalibreres manuelt for å redusere Sip-gjennomsnittsfeilen ved hjelp av LS-metoden. For mer nøyaktige opptak av slurk er HidrateSpark 3 flasken å velge, mens H2OPal er førstevalget for mer konsistente målinger over tid. Thermos SmartLid hadde den minst pålitelige ytelsen, hadde flest tapte slurker og overvurderte individuelle slurker.
Studien er ikke uten begrensninger. I virkelige scenarier vil mange brukere drikke fra andre beholdere, spesielt varme væsker, kjøpedrikker og alkohol. Fremtidig arbeid bør evaluere hvordan hver flaskes formfaktor påvirker feil for å veilede smart vannflaskedesign.
Rule, AD, Lieske, JC og Pais, VM Jr. 2020. Nyresteinbehandling. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. og Streeper, NM Rettidig adaptiv intervensjon for å fremme væskeinntak hos pasienter med nyrestein. Helsepsykologi. 39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G., og Roshan Fekr, A. Systemer for overvåking av væskeinntak hos eldre: en litteraturgjennomgang. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 smart vannflaske og gratis væskemåler-app – svart https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Besøkt 21. april 2021.
HidrateSpark STEEL isolert smart vannflaske i rustfritt stål og app – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Besøkt 21. april 2021.
Thermos® Connected drikkeflaske med smart kork. https://www.thermos.com/smartlid. Besøkt 9. november 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. og Lingeman, JE. Nøyaktighet ved måling av daglig væskeinntak ved bruk av en «smart» vannflaske. Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. og Tasian, GE. Sammenheng mellom daglig vanninntak og 24-timers urinproduksjon hos ungdom med nyrestein. 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. Virkelighet og persepsjon: Aktivitetsovervåking og datainnsamling i virkelige smarthjem. 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 vanndrikkeenhet designet for eldre og Alzheimers-pasienter. I et søksmål om den menneskelige siden av IT for den eldre befolkningen. Sosiale medier, spill og assisterte miljøer (red. Zhou, J. og Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Dette arbeidet ble støttet av et stipend fra Canadian Institutes of Health Research (CIHR) Foundation Grant (FDN-148450). Dr. Fernie mottok finansieringen som Creaghan Chair of Family Prevention and Medical Technology.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – University Health Network, Toronto, Canada
Konseptualisering – RC; Metodologi – RC, AR; Skriving – Manuskriptforberedelse – RC, AR; Skriving – Gjennomgang og redigering, GF, AR; Veiledning – AR, GF Alle forfattere har lest og samtykker i den publiserte manuskriptversjonen.
Springer Nature forholder seg nøytral med hensyn til jurisdiksjonskrav knyttet til publiserte kart og institusjonell tilknytning.
Åpen tilgang Denne artikkelen er lisensiert under Creative Commons Attribution 4.0 International License, som tillater bruk, deling, tilpasning, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium eller format, forutsatt at du gir korrekt kreditering til den opprinnelige forfatteren og kilden, oppgir en Creative Commons-lisens, og angir om endringer er gjort. Bilder eller annet tredjepartsmateriale i denne artikkelen er inkludert under Creative Commons-lisensen til artikkelen, med mindre annet er angitt i krediteringen av materialet. Hvis materialet ikke er inkludert i Creative Commons-lisensen til artikkelen, og din tiltenkte bruk ikke er tillatt ved lov eller forskrift eller overskrider det som er tillatt, må du innhente tillatelse direkte fra rettighetshaveren. For å se en kopi av denne lisensen, besøk http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Cohen, R., Fernie, G., og Roshan Fekr, A. Overvåking av væskeinntak i kommersielt tilgjengelige smarte vannflasker. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
Ved å sende inn en kommentar godtar du å overholde våre vilkår og retningslinjer for fellesskapet. Hvis du ser støtende innhold eller innhold som ikke er i samsvar med våre vilkår eller retningslinjer, kan du flagge det som upassende.