Chinese
Благодарим вас за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для оптимальной работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). А пока, чтобы обеспечить продолжение поддержки, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Потребление жидкости важно для предотвращения обезвоживания и уменьшения рецидивирующих камней в почках. В последние годы наблюдается тенденция к разработке инструментов для мониторинга потребления жидкости с использованием «умных» продуктов, таких как «умные» бутылочки. Существует несколько коммерчески доступных «умных» детских бутылочек, в основном предназначенных для взрослые, заботящиеся о своем здоровье. Насколько нам известно, эти бутылочки не были подтверждены в литературе. В этом исследовании сравнивались производительность и функциональность четырех имеющихся в продаже интеллектуальных бутылочек для кормления. Это бутылочки H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 и Thermos Smart Lid. сотни событий приема пищи на бутылку были записаны и проанализированы и сравнены с реальными данными, полученными с помощью весов с высоким разрешением. H2OPal имеет самую низкую среднюю процентную ошибку (MPE) и способен сбалансировать ошибки при нескольких глотках. HidrateSpark 3 обеспечивает наиболее последовательные и надежные результаты. с наименьшими ошибками глотка за раз. Значения MPE бутылок HidrateSpark были дополнительно улучшены с помощью линейной регрессии, поскольку они имели более согласованные значения индивидуальных ошибок. Thermos Smart Lid был наименее точным, поскольку датчик не распространялся по всей бутылку, в результате чего многие записи были потеряны.
Обезвоживание является очень серьезной проблемой, поскольку оно может привести к неблагоприятным осложнениям, включая спутанность сознания, падения, госпитализацию и смерть. Баланс потребления жидкости важен, особенно для пожилых людей и людей с сопутствующими заболеваниями, которые влияют на регуляцию жидкости. Пациенты с риском рецидива при образовании камней рекомендуется потреблять большое количество жидкости. Таким образом, мониторинг потребления жидкости является полезным методом определения того, принимается ли достаточное количество жидкости1,2. В литературе существует множество попыток создать отчеты о системах или устройствах, которые могут помочь отслеживать и контролировать потребление жидкости. К сожалению, большинство этих исследований не привели к созданию коммерчески доступного продукта. Бутылки, представленные на рынке, в первую очередь предназначены для спортсменов-любителей или взрослых, заботящихся о своем здоровье, которые хотят повысить уровень гидратации. В этой статье мы стремились определить, являются ли распространенные , коммерчески доступные бутылки для воды являются жизнеспособным решением для исследователей и пациентов. Мы сравнили четыре коммерческих бутылки для воды с точки зрения производительности и функциональности. Это бутылки HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 и Thermos Smart Lid7, как показано на рисунке 1. Эти бутылки были выбраны потому, что это одна из четырех популярных бутылок, которые (1) доступны для покупки в Канаде и (2) имеют данные об объеме глотка, доступные через мобильное приложение.
Изображения проанализированных коммерческих бутылок: (а) HidrateSpark 34, (б) HidrateSpark Steel5, (в) H2OPal6, (г) Thermos Smart Lid7. Красная пунктирная рамка показывает расположение датчика.
Из вышеперечисленных бутылочек только предыдущие версии HidrateSpark были проверены в исследованиях8. Исследование показало, что бутылочка HidrateSpark дает точность в пределах 3% при измерении общего потребления жидкости за 24-часовой период приема жидкости.HidrateSpark также использовался в клинических исследованиях. для мониторинга потребления жидкости у пациентов с камнями в почках9. С тех пор HidrateSpark разработала новые бутылочки с различными датчиками. H2OPal использовался в других исследованиях для отслеживания и стимулирования потребления жидкости, но ни одно конкретное исследование не подтвердило его эффективность2,10. Pletcher et al. Гериатрические характеристики и информация, доступная в Интернете, были сравнены для нескольких коммерческих флаконов, но не было проведено никакой проверки их точности11.
Все четыре коммерческих бутылки включают в себя бесплатное фирменное приложение для отображения и хранения событий проглатывания, передаваемых через Bluetooth. У HidrateSpark 3 и Thermos Smart Lid датчик расположен в середине бутылки, возможно, с использованием емкостного датчика, а у HidrateSpark Steel и H2Opal есть датчик датчик на дне, используя датчик нагрузки или давления. Расположение датчика показано красным пунктирным прямоугольником на рисунке 1. В термосе Smart Lid датчик не может достичь дна контейнера.
Каждая бутылка тестируется в два этапа: (1) фаза контролируемого всасывания и (2) фаза свободного существования. На обоих этапах результаты, записанные бутылкой (полученные из мобильного приложения продукта, используемого на Android 11), сравнивались с Фактические данные получены с использованием весов на 5 кг (электронные кухонные весы Starfrit 93756). Все бутылочки были откалиброваны перед сбором данных с помощью приложения. На этапе 1 размеры глотков от 10 мл до 100 мл и от 10 до 100 мл измерялись случайным образом. по 5 измерений в каждом флаконе, всего 50 измерений на флакон. Эти события не являются реальными событиями употребления алкоголя человеком, но выливаются так, чтобы можно было лучше контролировать количество каждого глотка. На этом этапе повторно откалибруйте бутылку, если ошибка глотка превышает 50 мл, и повторное подключение, если приложение теряет соединение Bluetooth с бутылкой. На этапе свободной жизни пользователь свободно пьет воду из бутылки в течение дня и выбирает разные глотки. На этом этапе также включает в себя 50 глотков с течением времени, но не все подряд. Таким образом, каждая бутылка имеет набор данных, содержащий в общей сложности 100 измерений.
Чтобы определить общее потребление жидкости и обеспечить правильную ежедневную гидратацию, более важно иметь точные измерения объема потребления в течение дня (24 часа), а не каждого глотка. Однако, чтобы определить сигналы быстрого вмешательства, каждый глоток должен иметь низкую ошибку. как это было сделано в исследовании Conroy et al. 2. Если глоток не записывается или записывается плохо, очень важно, чтобы бутылка могла сбалансировать объем при следующей записи. Поэтому ошибка (измеренный объем – фактический объем) корректируется вручную. Например, предположим, что субъект выпил 10 мл и бутылка сообщали о 0 мл, но затем субъект выпил 20 мл, а бутылка сообщала об общем объеме 30 мл, скорректированная ошибка будет равна 0 мл.
В таблице 1 перечислены различные показатели производительности для каждой бутылки с учетом двух фаз (100 глотков). Средняя процентная ошибка (MPE) на глоток, средняя абсолютная ошибка (MAE) на глоток и совокупная MPE рассчитываются следующим образом:
где \({S}_{act}^{i}\) и \({S}_{est}^{i}\) — фактическое и расчетное потребление \({i}_{th}\ ) глоток, а \(n\) – общее количество глотков.\({C}_{act}^{k}\) и \({C}_{est}^{k}\) представляют совокупное потребление. последних \(k\) глотков. Sip MPE учитывает процентную ошибку для каждого отдельного глотка, а Cumulative MPE учитывает общую процентную ошибку с течением времени. Согласно результатам, приведенным в Таблице 1, H2OPal имеет наименьшее количество потерянные записи, самый низкий MPE глотка и самый низкий совокупный MPE. Средняя ошибка лучше, чем средняя абсолютная ошибка (MAE) в качестве показателя сравнения при определении общего потребления с течением времени. Поскольку она иллюстрирует способность бутылки восстанавливаться после плохих измерений в течение долгого времени. время при записи последующих измерений. Sip MAE также включен в приложения, где важна точность каждого глотка, поскольку он вычисляет абсолютную ошибку каждого глотка. Совокупный MPE также измеряет, насколько хорошо измерения сбалансированы по фазе, и не наказывает один глоток. Другое наблюдение заключалось в том, что 3 из 4 бутылок занижали объем потребления на рот, показанный в Таблице 1 с отрицательными числами.
Коэффициенты корреляции R-квадрата Пирсона для всех бутылочек также показаны в таблице 1. HidrateSpark 3 обеспечивает самый высокий коэффициент корреляции. Хотя в HidrateSpark 3 есть некоторые недостающие записи, большинство из них имеют маленькие горлышки (График Бланда-Альтмана на рисунке 2 также подтверждает, что HidrateSpark 3 имеет наименьший предел согласия (LoA) по сравнению с тремя другими бутылями. LoA анализирует, насколько хорошо согласуются фактические и измеренные значения. Более того, почти все измерения находились в пределах Диапазон LoA, который подтверждает, что эта бутылка обеспечивает стабильные результаты, как показано на рисунке 2c. Однако большинство значений ниже нуля, что означает, что размер глотка часто недооценивается. То же самое справедливо и для HidrateSpark Steel на рисунке 2b, где большинство значений ошибок отрицательны. Таким образом, эти две бутылки обеспечивают самый высокий MPE и совокупный MPE по сравнению с H2Opal и Thermos Smart Lid, с ошибками, распределенными выше и ниже 0, как показано на рис. 2a,d.
Графики Бланда-Альтмана для (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 и (d) Thermos Smart Lid. Пунктирная линия представляет доверительный интервал вокруг среднего значения, рассчитанный на основе стандартного отклонения в Таблице 1.
HidrateSpark Steel и H2OPal имели схожие стандартные отклонения — 20,04 мл и 21,41 мл соответственно. На рисунках 2a,b также показано, что значения HidrateSpark Steel всегда отклоняются от среднего значения, но обычно остаются в пределах области LoA, в то время как H2Opal имеет больше значений. За пределами области LoA. Максимальное стандартное отклонение термоса Smart Lid составило 35,42 мл, и более 10% измерений находились за пределами области LoA, показанной на рисунке 2d. Эта бутылка обеспечивала наименьшую среднюю ошибку глотка и относительно небольшой совокупный показатель. MPE, несмотря на наибольшее количество пропущенных записей и самое большое стандартное отклонение. Thermos SmartLid имеет много пропущенных записей, поскольку соломинка датчика не доходит до дна контейнера, что приводит к пропущенным записям, когда содержимое жидкости находится ниже сенсорного стержня ( ~80 мл). Это должно привести к занижению потребления жидкости; однако термос был единственной бутылкой с положительным MPE и средней ошибкой глотка, что означает, что бутылочка переоценила потребление жидкости. Таким образом, причина, по которой средняя ошибка глотков Термоса настолько мала, заключается в том, что измерения завышены почти для каждой бутылки. усредненный, включая множество пропущенных глотков, которые вообще не фиксируются (или «занижены»), средний результат сбалансирован. При исключении из расчета пропущенных записей Sip Mean Error стала +10,38 мл, что подтверждает большое завышение оценки одного глотка. .Хотя это может показаться положительным, на самом деле бутылка дает неточные оценки отдельных глотков и ненадежна, поскольку пропускает многие случаи употребления алкоголя. Более того, как показано на рисунке 2d, Thermos SmartLid, похоже, увеличивает ошибку с увеличением размера глотка.
В целом, H2OPal был наиболее точным при оценке количества глотков с течением времени и самым надежным способом измерения большинства записей. Thermos Smart Lid был наименее точным и пропускал больше глотков, чем другие бутылки. Бутылка HidrateSpark 3 имела более последовательную ошибку. значения, но недооценил большинство глотков, что со временем привело к ухудшению производительности.
Оказывается, бутылка может иметь некоторое смещение, которое можно компенсировать с помощью алгоритма калибровки. Это особенно верно для бутылки HidrateSpark, которая имеет небольшое стандартное отклонение ошибки и всегда недооценивает один глоток. Метод наименьших квадратов (LS) Этот метод использовался с данными этапа 1, исключая все недостающие записи для получения значений смещения и усиления. Полученное уравнение использовалось для потребления глотка, измеренного на втором этапе, для расчета фактического значения и определения калиброванной ошибки. Таблица 2 показывает, что калибровка улучшена средняя ошибка Sip для двух бутылок HidrateSpark, но не для H2OPal или Thermos Smart Lid.
На этапе 1, когда выполняются все измерения, каждая бутыль наполняется несколько раз, поэтому на рассчитанное MAE может влиять уровень наполнения бутыли. Чтобы определить это, каждая бутыль делится на три уровня: высокий, средний и низкий, в зависимости от общий объем каждой бутылки. Для измерений фазы 1 был проведен однофакторный тест ANOVA, чтобы определить, значительно ли уровни различаются по абсолютной ошибке. Для HidrateSpark 3 и Steel ошибки для трех категорий существенно не различаются. При использовании критерия неравной дисперсии Уэльса для бутылок с H2OPal и термоса наблюдалась пограничная значительная разница (p Для сравнения ошибок на этапах 1 и 2 для каждой бутылки были проведены двусторонние t-тесты. Мы достигли p > 0,05 для всех бутылок, что означает, что две группы существенно не различались. Однако было замечено, что две бутылки HidrateSpark потеряли гораздо большее количество записей на этапе 2. Для H2OPal количество пропущенных записей было практически равным (2 против 3), тогда как для Thermos SmartLid пропущенных записей было меньше (6 против 10). все улучшилось после калибровки, после калибровки также был проведен t-тест. Для HidrateSpark 3 существует значительная разница в ошибках между этапом 1 и этапом 2 (p = 0,046). Это, скорее всего, связано с большим количеством пропущенных записей. на 2 этапе по сравнению с 1 этапом.
В этом разделе представлена информация об удобстве использования бутылки и ее применении, а также другая функциональная информация. Хотя точность бутылки важна, фактор удобства использования также важен при выборе бутылки.
HidrateSpark 3 и HidrateSpark Steel оснащены светодиодными индикаторами, которые напоминают пользователям о необходимости выпить воды, если они не достигают запланированных целей, или мигают определенное количество раз в день (устанавливается пользователем). Их также можно настроить на мигание. каждый раз, когда пользователь пьет. H2OPal и Thermos Smart Lid не имеют визуальной обратной связи, напоминающей пользователям о необходимости пить воду. Однако все купленные бутылки имеют мобильные уведомления, напоминающие пользователям о необходимости пить через мобильное приложение. Количество уведомлений в день может быть различным. настраивается в приложениях HidrateSpark и H2OPal.
HidrateSpark 3 и Steel используют линейные тренды, чтобы подсказывать пользователям, когда пить воду, и предлагать почасовую цель, которую пользователи должны достичь к концу дня. H2OPal и Thermos Smart Lid предоставляют только дневную общую цель. Во всех бутылочках, если устройство не подключен к приложению через Bluetooth, данные будут храниться локально и синхронизироваться после сопряжения.
Ни одна из четырех бутылочек не ориентирована на гидратацию пожилых людей. Кроме того, формулы, которые используются в бутылочках для определения суточной нормы потребления, недоступны, что затрудняет определение того, подходят ли они для пожилых людей. Большинство этих бутылочек большие и тяжелые, а не специально для пожилых людей. Использование мобильных приложений также может быть не идеальным для пожилых людей, хотя исследователям может быть полезно собирать данные удаленно.
Все бутылки не могут определить, была ли жидкость выпита, выброшена или пролита. Все бутылки также необходимо ставить на поверхность после каждого глотка, чтобы точно записывать потребление. Это означает, что напитки могут быть пропущены, если бутылка не поставлена на место, особенно когда заправка.
Еще одним ограничением является то, что устройство необходимо периодически повторно соединять с приложением для синхронизации данных. Термос необходимо было повторно соединять каждый раз, когда приложение открывалось, а бутылке HidrateSpark часто было трудно найти соединение Bluetooth. Проще всего использовать H2OPal. для повторного сопряжения с приложением в случае потери соединения. Все баллоны калибруются перед началом тестирования и должны быть повторно откалиброваны хотя бы один раз в процессе. Для калибровки флакон HidrateSpark и H2OPal необходимо опорожнить и полностью заполнить.
У всех бутылок нет возможности загружать или сохранять данные в долгосрочной перспективе. Кроме того, ни к одной из них нельзя получить доступ через API.
В HidrateSpark 3 и H2OPal используются сменные литий-ионные аккумуляторы, в HidrateSpark Steel и Thermos SmartLid используются аккумуляторные батареи. По заявлению производителя, аккумуляторная батарея должна работать до 2 недель при полном заряде, однако при использовании ее необходимо подзаряжать почти еженедельно. слишком большая крышка термоса SmartLid. Это ограничение, так как многие люди не забывают регулярно подзаряжать бутылку.
Существует множество факторов, которые могут повлиять на выбор умной бутылочки, особенно если ее пользователем является пожилой человек. Вес и объем бутылочки являются важным фактором, поскольку она должна быть простой в использовании для ослабленных пожилых людей. Как уже упоминалось, Раньше эти бутылки не были предназначены для пожилых людей. Еще одним фактором является цена и количество жидкости на бутылку. В таблице 3 указаны высота, вес, объем жидкости и цена каждой бутылки. Термос Smart Lid является самым дешевым и легким из всех существующих. Изготовлен полностью из более легкого пластика. Он также вмещает больше всего жидкости по сравнению с тремя другими бутылками. И наоборот, H2OPal был самым высоким, тяжелым и самым дорогим из исследовательских бутылок.
Коммерчески доступные умные бутылки полезны для исследователей, потому что нет необходимости создавать прототипы новых устройств. Хотя существует множество умных бутылок для воды, наиболее распространенной проблемой является то, что пользователи не имеют доступа к данным или необработанным сигналам, и только некоторые результаты доступны. отображается в мобильном приложении. Необходимо разработать широко используемую интеллектуальную бутылку с высокой точностью и полностью доступными данными, особенно предназначенную для пожилых людей. Из четырех протестированных бутылок H2OPal из коробки имел самый низкий MPE Sip, совокупный MPE и количество пропущенных записей. HidrateSpark 3 имеет самую высокую линейность, наименьшее стандартное отклонение и самый низкий MAE. HidrateSpark Steel и HidrateSpark 3 можно просто откалибровать вручную, чтобы уменьшить среднюю ошибку Sip с помощью метода LS. Для более точных записей Sip Лучше всего выбирать бутылку HidrateSpark 3, а для более стабильных измерений с течением времени предпочтительным выбором является H2OPal. Thermos SmartLid имел наименее надежную работу, имел наибольшее количество пропущенных глотков и переоценивал отдельные глотки.
Исследование не лишено ограничений. В реальных сценариях многие пользователи будут пить из других емкостей, особенно горячие жидкости, покупные напитки и алкоголь. Будущая работа должна оценить, как форм-фактор каждой бутылки влияет на ошибки, чтобы направлять дизайн умных бутылок с водой. .
Рул, А.Д., Лиске, Дж.К. и Паис, В.М.младший. 2020. Управление камнями в почках. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Конрой, Д.Э., Уэст, А.Б., Брунке-Риз, Д., Томаз, Э. и Стрипер, Н.М. Своевременное адаптивное вмешательство для стимулирования потребления жидкости у пациентов с камнями в почках. Психология здоровья. 39, 1062 (2020).
Коэн Р., Ферни Г. и Рошан Фекр А. Системы мониторинга потребления жидкости пожилыми людьми: обзор литературы. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 Умная бутылка для воды и бесплатное приложение для отслеживания гидратации — черный https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. По состоянию на 21 апреля 2021 г.
Умная бутылка для воды HidrateSpark STEEL с изоляцией из нержавеющей стали и приложение — Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Доступ 21 апреля 2021 г.
Флакон для гидратации Thermos® Connected с умной крышкой. https://www.thermos.com/smartlid. Доступ: 9 ноября 2020 г.
Борофски, М.С., Дау, Калифорния, Йорк, Н., Терри, К. и Лингеман, Дж.Э. Точность измерения ежедневного потребления жидкости с использованием «умной» бутылки с водой. Мочекаменная болезнь 46, 343–348.https://doi.org/ 10.1007/с00240-017-1006-х (2018).
Бернард Дж., Сонг Л., Хендерсон Б. и Тасиан Дж.Э. Связь между ежедневным потреблением воды и суточным диурезом у подростков с камнями в почках. Урология 140, 150–154. https://doi.org/10.1016/j.urology.2020.01.024 (2020).
Фоллманн С., Психоула И., Чен Л., Чен Ф., Дойл Дж., Трибоан Д. Реальность и восприятие: мониторинг активности и сбор данных в реальных умных домах. В IEEE SmartWorld 2017 г. Материалы конференции, Повсеместный интеллект и вычисления, Передовые и надежные вычисления, Масштабируемые вычисления и коммуникации, Облачные вычисления и вычисления с большими данными, Интернет людей и инновации «умного города» (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/ CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Плетчер, Д.А. и др. Интерактивный гаджет для питья воды, предназначенный для пожилых людей и пациентов с болезнью Альцгеймера. В судебном иске о человеческой стороне информационных технологий для пожилого населения. Социальные сети, игры и вспомогательная среда (под ред. Чжоу, Дж. и Салвенди, Г.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Эта работа была поддержана грантом Фонда Канадских институтов медицинских исследований (CIHR) (FDN-148450). Ферни получила финансирование в качестве председателя кафедры семейной профилактики и медицинских технологий имени Крегана.
Институт Кайт, Реабилитационный институт Торонто – Университетская сеть здравоохранения, Торонто, Канада
Концептуализация – RC; Методология – РК, АР; Письмо – Подготовка рукописи – RC, AR; Написание – обзор и редактирование, GF, AR; Руководство – А.Р., Г.Ф. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий опубликованных карт и институциональной принадлежности.
Открытый доступ. Эта статья распространяется по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе и в любом формате при условии, что вы укажете первоначальный автор и источник и предоставите лицензию Creative Commons. и укажите, были ли внесены изменения.Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на эту статью, если иное не указано в титрах материала.Если материал не включен в Creative Commons Лицензия на статью и ваше предполагаемое использование не разрешены законом или нормативными актами или превышают разрешенные, вам необходимо получить разрешение непосредственно от владельца авторских прав. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses. /по/4.0/.
Коэн Р., Ферни Г. и Рошан Фекр А. Мониторинг потребления жидкости в имеющихся в продаже умных бутылках для воды. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335 -5
Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы видите оскорбительный контент или контент, который не соответствует нашим условиям или правилам, отметьте его как неприемлемый.
Время публикации: 29 марта 2022 г.
