Контролюйте споживання рідини за допомогою доступних у продажу розумних пляшок з водою

Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія веб-переглядача, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращої роботи радимо використовувати оновлений веб-переглядач (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити продовження підтримки, ми будемо відображати сайт без стилів і JavaScript.
Споживання рідини є важливим для запобігання зневодненню та зменшення повторного утворення каменів у нирках. Останніми роками спостерігається тенденція до розробки інструментів для моніторингу споживання рідини за допомогою «розумних» продуктів, таких як розумні пляшечки. Існує кілька комерційних доступних розумних дитячих пляшечок, головним чином спрямованих на дорослі, які піклуються про своє здоров’я. Наскільки нам відомо, ці пляшечки не були підтверджені в літературі. У цьому дослідженні порівнювали продуктивність і функціональність чотирьох доступних у продажу розумних пляшечок для годування. Це пляшечки H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 і Thermos Smart Lid. One. сотні подій проковтування на пляшку були записані та проаналізовані та порівняні з основною правдою, отриманою за шкалами високої роздільної здатності. H2OPal має найнижчу середню відсоткову похибку (MPE) і здатний збалансувати помилки при кількох ковтках. HidrateSpark 3 забезпечує найбільш послідовні та надійні результати з найменшими помилками ковтка за час. Значення MPE пляшок HidrateSpark були додатково покращені за допомогою лінійної регресії, оскільки вони мали більш узгоджені індивідуальні значення помилок. Thermos Smart Lid був найменш точним, оскільки датчик не поширювався на всю площу пляшку, внаслідок чого багато записів було втрачено.
Зневоднення є дуже серйозною проблемою, оскільки воно може призвести до несприятливих ускладнень, включаючи сплутаність свідомості, падіння, госпіталізацію та смерть. Збалансованість споживання рідини важлива, особливо для людей похилого віку та людей із захворюваннями, що впливають на регуляцію рідини. Пацієнти з ризиком рецидиву каменеутворення, рекомендується споживати велику кількість рідини. Тому моніторинг споживання рідини є корисним методом визначення того, чи приймається адекватне споживання рідини1,2. У літературі є багато спроб створити звіти про системи або пристрої, які можуть допомогти відстежувати і контролювати споживання рідини. На жаль, більшість із цих досліджень не призвели до комерційно доступного продукту. Пляшки на ринку в першу чергу призначені для спортсменів-рекреаторів або дорослих, які піклуються про своє здоров’я і прагнуть додаткової гідратації. У цій статті ми мали на меті визначити, чи поширені , комерційно доступні пляшки з водою є життєздатним рішенням для дослідників і пацієнтів. Ми порівняли чотири комерційні пляшки з водою з точки зору продуктивності та функціональності. Це пляшки HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 і Thermos Smart Lid7, як показано на малюнку 1. Ці пляшки були обрані тому, що це одна з чотирьох популярних пляшок, які (1) доступні для придбання в Канаді, і (2) дані про об’єм ковтка доступні через мобільний додаток.
Зображення проаналізованих комерційних пляшок: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Червона пунктирна рамка показує розташування датчика.
З перерахованих вище пляшок лише попередні версії HidrateSpark були підтверджені дослідженнями8. Дослідження показало, що пляшка HidrateSpark була точною в межах 3% від вимірювання загального споживання протягом 24-годинного періоду споживання рідини.HidrateSpark також використовувався в клінічних дослідженнях для моніторингу споживання пацієнтами з каменями в нирках9. З тих пір HidrateSpark розробив нові пляшки з різними датчиками. H2OPal використовувався в інших дослідженнях для відстеження та стимулювання споживання рідини, але жодні спеціальні дослідження не підтвердили його ефективність2,10. Pletcher et al. Геріатричні характеристики та інформацію, доступну в Інтернеті, порівнювали для кількох комерційних пляшок, але вони не виконували жодної перевірки їх точності11.
Усі чотири комерційні пляшки включають безкоштовну фірмову програму для відображення та зберігання подій проковтування, що передаються через Bluetooth. HidrateSpark 3 і Thermos Smart Lid мають датчик у середині пляшки, можливо, з використанням ємнісного датчика, тоді як HidrateSpark Steel і H2Opal мають датчик на дні, використовуючи датчик навантаження або тиску. Розташування датчика показано в червоній пунктирній рамці на малюнку 1. У Thermos Smart Lid датчик не досягає дна контейнера.
Кожна пляшка перевіряється у два етапи: (1) фаза контрольованого всмоктування та (2) фаза вільного життя. На обох фазах результати, зареєстровані пляшкою (отримані з мобільного додатку продукту, який використовується на Android 11), порівнювалися з базову правду було отримано за допомогою 5-кілограмових ваг (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Усі пляшки були відкалібровані перед збором даних за допомогою програми. На етапі 1 розміри ковтків від 10 мл до 100 мл від 10 мл до 100 мл вимірювалися випадковим чином. порядок, 5 вимірювань кожне, загалом 50 вимірювань на флакон. Ці події не є фактичними випадками вживання алкоголю людьми, але виливаються, щоб можна було краще контролювати кількість кожного ковтка. На цьому етапі повторно відкалібруйте пляшку, якщо помилка ковтка перевищує 50 мл, і повторіть з’єднання, якщо програма втрачає з’єднання Bluetooth із пляшкою. Під час фази вільного життя користувач вільно п’є воду з пляшки протягом дня та вибирає різні ковтки. Ця фаза також включає 50 ковтків протягом певного часу, але не всі поспіль. Тому кожна пляшка має набір даних із 100 вимірювань.
Щоб визначити загальне споживання рідини та забезпечити належну щоденну гідратацію, важливіше мати точні об’ємні вимірювання споживання протягом дня (24 години), а не кожного ковтка. Однак, щоб визначити сигнали швидкого втручання, кожен ковток повинен мати низьку похибку, як це було зроблено в дослідженні Conroy et al. 2. Якщо ковток не записується або записується погано, дуже важливо, щоб пляшка могла збалансувати об’єм під час наступного запису. Тому похибка (виміряний об’єм – фактичний об’єм) регулюється вручну. Наприклад, припустимо, що суб’єкт випив 10 мл, а пляшка повідомила 0 мл, але потім суб’єкт випив 20 мл, а пляшка повідомила загалом 30 мл, скоригована помилка становитиме 0 мл.
У таблиці 1 наведено різні показники продуктивності для кожної пляшки з урахуванням двох фаз (100 ковтків). Середня відсоткова помилка (MPE) на ковток, середня абсолютна похибка (MAE) на ковток і кумулятивна MPE розраховуються таким чином:
де \({S}_{act}^{i}\) і \({S}_{est}^{i}\) є фактичним і розрахунковим споживанням \({i}_{th}\ ) ковток, а \(n\) — загальна кількість ковтків.\({C}_{act}^{k}\) і \({C}_{est}^{k}\) представляють сукупне споживання останніх \(k\) ковтків. Sip MPE розглядає відсоткову похибку для кожного окремого ковтка, тоді як Cumulative MPE розглядає загальну відсоткову похибку за час. Згідно з результатами в таблиці 1, H2OPal має найменшу кількість втрачених записів, найнижчий ковток MPE та найнижчий кумулятивний MPE. Середня похибка є кращою, ніж середня абсолютна похибка (MAE) як показник порівняння при визначенні загального споживання з часом. Оскільки це ілюструє здатність пляшки відновлюватися після поганих вимірювань протягом час під час запису наступних вимірювань. MAE ковтка також включено в додатки, де точність кожного ковтка важлива, оскільки він обчислює абсолютну похибку кожного ковтка. Кумулятивний MPE також вимірює, наскільки добре вимірювання збалансовані по фазі, і не штрафує один ковток. Ще одне спостереження полягало в тому, що 3 з 4 пляшок занижували об’єм споживання на рот, показаний у таблиці 1 із від’ємними числами.
Коефіцієнти кореляції Пірсона R-квадрат для всіх пляшок також наведені в таблиці 1. HydrateSpark 3 забезпечує найвищий коефіцієнт кореляції. Хоча HidrateSpark 3 має деякі відсутні записи, більшість із них є маленькими ротами (Діаграма Бланда-Альтмана на малюнку 2 також підтверджує, що HidrateSpark 3 має найменшу межу узгодження (LoA) порівняно з іншими трьома пляшками. LoA аналізує, наскільки добре збігаються фактичні та виміряні значення. Крім того, майже всі вимірювання проводилися в Діапазон LoA, який підтверджує, що ця пляшка забезпечує узгоджені результати, як показано на малюнку 2c. Однак більшість значень нижче нуля, що означає, що розмір ковтка часто недооцінюється. Те саме стосується HidrateSpark Steel на малюнку 2b, де більшість значень похибок негативні. Таким чином, ці дві пляшки забезпечують найвищий МДП і кумулятивний МДП порівняно з H2Opal і Thermos Smart Lid, з розподілом похибок вище і нижче 0, як показано на рис. 2a,d.
Графіки Бланда-Альтмана для (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 і (d) Thermos Smart Lid. Пунктирна лінія позначає довірчий інтервал навколо середнього значення, розрахованого на основі стандартного відхилення в таблиці 1.
HidrateSpark Steel і H2OPal мали однакові стандартні відхилення 20,04 мл і 21,41 мл відповідно. На малюнках 2a,b також показано, що значення HidrateSpark Steel завжди коливаються навколо середнього, але зазвичай залишаються в межах області LoA, тоді як H2Opal має більше значень ​​за межами області LoA. Максимальне стандартне відхилення Thermos Smart Lid становило 35,42 мл, і більше 10% вимірювань проводилися за межами області LoA, показаної на малюнку 2d. Ця пляшка забезпечила найменшу середню помилку ковтка та відносно малу сукупну помилку MPE, незважаючи на найбільшу кількість відсутніх записів і найбільше стандартне відхилення. Thermos SmartLid має багато пропущених записів, оскільки соломинка датчика не простягається до дна контейнера, спричиняючи пропуски записів, коли вміст рідини знаходиться нижче датчика ( ~80 мл). Це має призвести до недооцінки споживання рідини; однак Thermos була єдиною пляшкою з позитивною MPE та середньою помилкою ковтка, що означає, що пляшка переоцінила споживання рідини. Отже, причина, по якій середня похибка Thermos є такою низькою, полягає в тому, що вимірювання завищено майже для кожної пляшки. Коли ці завищені значення усереднений, включаючи багато пропущених ковтків, які взагалі не записуються (або «занижені»), середній результат є збалансованим. Якщо виключити пропущені записи з розрахунку, середня помилка ковтка стала +10,38 мл, підтверджуючи значне переоцінку одного ковтка .Хоч це може здатися позитивним, пляшка насправді неточна в оцінках окремих ковтків і ненадійна, оскільки пропускає багато випадків випивання. Крім того, як показано на малюнку 2d, Thermos SmartLid збільшує похибку зі збільшенням розміру ковтка.
Загалом, H2OPal був найточнішим у оцінці ковтків у часі та найнадійнішим способом вимірювання більшості записів. Thermos Smart Lid був найменш точним і пропускав більше ковтків, ніж інші пляшки. Пляшка HidrateSpark 3 мала стабільнішу помилку. значення, але недооцінив більшість ковтків, що призвело до низької продуктивності з часом.
Виявилося, що пляшка може мати деяке зміщення, яке можна компенсувати за допомогою алгоритму калібрування. Це особливо вірно для пляшки HidrateSpark, яка має невелике стандартне відхилення помилки та завжди недооцінює один ковток. Метод найменших квадратів (LS) метод використовувався з даними етапу 1, виключаючи будь-які відсутні записи для отримання значень зміщення та посилення. Отримане рівняння використовувалося для споживання ковтка, виміряного на другому етапі, для обчислення фактичного значення та визначення каліброваної помилки. Таблиця 2 показує, що калібрування покращено середню помилку Sip для двох пляшок HidrateSpark, але не для H2OPal або Thermos Smart Lid.
Під час Фази 1, де проводяться всі вимірювання, кожна пляшка наповнюється кілька разів, тому на розрахований MAE може вплинути рівень заповнення пляшки. Щоб визначити це, кожна пляшка ділиться на три рівні: високий, середній і низький, на основі загальний об’єм кожної пляшки. Для вимірювань Фази 1 було проведено односторонній тест ANOVA, щоб визначити, чи рівні суттєво відрізнялися в абсолютній похибці. Для HidrateSpark 3 і Steel похибки для трьох категорій істотно не відрізняються. Існувала гранична достовірна різниця (p Для порівняння похибок стадії 1 і стадії 2 для кожної пляшки було проведено двобічний t-тест. Ми досягли p > 0,05 для всіх пляшок, що означає, що дві групи істотно не відрізнялися. Проте було помічено, що дві пляшки HidrateSpark втратили набагато більшу кількість записів на етапі 2. Для H2OPal кількість пропущених записів була майже однаковою (2 проти 3), тоді як для Thermos SmartLid було менше пропущених записів (6 проти 10). Оскільки пляшки HidrateSpark були все покращилося після калібрування, після калібрування також було виконано t-тест. Для HidrateSpark 3 існує значна різниця в похибках між етапом 1 і етапом 2 (p = 0,046). Це більш імовірно через більшу кількість відсутніх записів на стадії 2 порівняно зі стадією 1.
Цей розділ містить уявлення про зручність використання пляшки та її застосування, а також іншу функціональну інформацію. Хоча точність пляшки важлива, фактор зручності використання також важливий під час вибору пляшки.
HidrateSpark 3 і HidrateSpark Steel оснащені світлодіодними індикаторами, які нагадують користувачам випити води, якщо вони не досягають своїх цілей за планом, або блимають певну кількість разів на день (встановлюється користувачем). Їх також можна налаштувати на блимання кожного разу, коли користувач п’є. H2OPal і Thermos Smart Lid не мають візуального зворотного зв’язку, щоб нагадувати користувачам пити воду. Проте всі придбані пляшки мають мобільні сповіщення, які нагадують користувачам пити через мобільний додаток. Кількість сповіщень на день може бути налаштований у програмах HidrateSpark і H2OPal.
HidrateSpark 3 і Steel використовують лінійні тенденції, щоб орієнтувати користувачів, коли пити воду, і дають погодинну запропоновану ціль, яку користувачі повинні досягти до кінця дня. H2OPal і Thermos Smart Lid забезпечують лише денну загальну ціль. У всіх пляшках, якщо пристрій не підключено до програми через bluetooth, дані зберігатимуться локально та синхронізуватимуться після сполучення.
Жодна з чотирьох пляшок не зосереджена на гідратації для людей похилого віку. Крім того, формули, які використовують пляшки для визначення щоденних цілей споживання, недоступні, тому важко визначити, чи підходять вони для людей похилого віку. Більшість цих пляшок великі та важкі та не спеціально для людей похилого віку. Використання мобільних додатків також може бути не ідеальним для людей похилого віку, хоча дослідникам може бути корисно збирати дані віддалено.
За всіма пляшками неможливо визначити, чи була рідина вжита, викинута чи розлита. Усі пляшки також потрібно класти на поверхню після кожного ковтка, щоб точно зафіксувати споживання. Це означає, що напої можуть бути пропущені, якщо пляшку не поставити, особливо коли заправка.
Інше обмеження полягає в тому, що пристрій потрібно періодично повторно з’єднувати з програмою для синхронізації даних. Термос потрібно було повторно з’єднувати щоразу, коли відкривалася програма, а пляшці HidrateSpark часто було важко знайти з’єднання Bluetooth. H2OPal найпростіший для повторного з’єднання з програмою, якщо з’єднання втрачено. Усі пляшки відкалібровані перед початком тестування та повинні бути повторно відкалібровані принаймні один раз під час процесу. Для калібрування пляшку HidrateSpark і H2OPal потрібно спорожнити та повністю заповнити.
Усі пляшки не мають можливості завантажувати або довгостроково зберігати дані. Крім того, до жодної з них неможливо отримати доступ через API.
HidrateSpark 3 і H2OPal використовують змінні літій-іонні батареї, HidrateSpark Steel і Thermos SmartLid використовують акумуляторні батареї. За словами виробника, акумуляторна батарея повинна працювати до 2 тижнів при повному заряді, однак під час використання її потрібно заряджати майже щотижня Thermos SmartLid сильно. Це обмеження, оскільки багато людей не пам’ятають регулярно заряджати пляшку.
Є багато факторів, які можуть вплинути на вибір розумної пляшки, особливо якщо користувачем є літня людина. Вага та об’єм пляшки є важливими факторами, оскільки вона має бути зручною для використання слабкими людьми похилого віку. Як згадувалося Раніше ці пляшки не пристосовані для людей похилого віку. Ще одним фактором є ціна та кількість рідини на пляшку. У таблиці 3 наведено висоту, вагу, об’єм рідини та ціну кожної пляшки. Thermos Smart Lid є найдешевшим і найлегшим, оскільки Виготовлений повністю з легшого пластику. Він також вміщує найбільше рідини порівняно з іншими трьома пляшками. Навпаки, H2OPal був найвищим, найважчим і найдорожчим із дослідницьких пляшок.
Комерційно доступні розумні пляшки корисні для дослідників, оскільки немає потреби створювати прототипи нових пристроїв. Хоча доступно багато розумних пляшок з водою, найпоширенішою проблемою є те, що користувачі не мають доступу до даних або необроблених сигналів, і лише деякі результати доступні відображається в мобільному додатку. Існує потреба розробити широко використовувану розумну пляшку з високою точністю та повністю доступними даними, особливо адаптовану для людей похилого віку. З чотирьох протестованих пляшок H2OPal із коробки мав найнижчий Sip MPE, кумулятивний MPE та кількість пропущених записів. HydrateSpark 3 має найвищу лінійність, найменше стандартне відхилення та найнижчий MAE. HydrateSpark Steel та HidrateSpark 3 можна просто відкалібрувати вручну, щоб зменшити середню похибку ковтка за допомогою методу LS. Для більш точного запису ковтка, HidrateSpark 3 є пляшкою вибору, тоді як для більш узгоджених вимірювань у часі, H2OPal є першим вибором. Термос SmartLid мав найменш надійну роботу, мав найбільшу кількість пропущених ковтків і переоцінював окремі ковтки.
Дослідження не позбавлене обмежень. У реальних сценаріях багато користувачів питимуть з інших ємностей, особливо гарячі рідини, куплені в магазині напої та алкоголь. Майбутня робота повинна оцінити, як форм-фактор кожної пляшки впливає на помилки, щоб керувати розробкою розумної пляшки з водою .
Правило, AD, Lieske, JC & Pais, VM Jr. 2020. Лікування каменів у нирках. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. & Streeper, NM. Своєчасне адаптивне втручання для стимулювання споживання рідини у пацієнтів із каменями в нирках. Психологія здоров’я.39, 1062 (2020).
Коен Р., Ферні Г. та Рошан Фекр А. Системи моніторингу споживання рідини у людей похилого віку: огляд літератури. Поживні речовини 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 Smart Water Bottle & Free Hydration Tracker App – Black https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Доступ 21 квітня 2021 р.
HidrateSpark STEEL ізольована розумна пляшка для води з нержавіючої сталі та додаток – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Доступ 21 квітня 2021 р.
Thermos® Connected Hydration Bottle with Smart Cap.https://www.thermos.com/smartlid.Доступ 9 листопада 2020 р.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. & Lingeman, JE. Точність вимірювання щоденного споживання рідини за допомогою «розумної» пляшки з водою. Сечокам’яна хвороба 46, 343–348.https://doi.org/ 10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Бернард, Дж., Сонг, Л., Хендерсон, Б. і Тасіан, GE. Зв’язок між щоденним споживанням води та 24-годинним виділенням сечі у підлітків із каменями в нирках. Урологія 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. Reality and perception: Activity monitoring and data collecting in real-world smart homes.In 2017 IEEE SmartWorld Матеріали конференції, Усюдисущий інтелект і обчислення, Розширені та надійні обчислення, Масштабовані обчислення та комунікації, Хмарні обчислення та обчислення великих даних, Інтернет людей та інновації в розумних містах (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/ CBDom/IOP/SCI ), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA та ін. Інтерактивний гаджет для пиття води, розроблений для людей похилого віку та пацієнтів з хворобою Альцгеймера. У судовому процесі щодо людської сторони ІТ для людей похилого віку. Соціальні медіа, ігри та допоміжні середовища (ред. Zhou, J. & Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Ця робота була підтримана грантом Фонду Канадського інституту досліджень охорони здоров’я (CIHR) (FDN-148450). Ферні отримав фінансування як керівник кафедри сімейної профілактики та медичних технологій Creaghan.
Інститут Кайта, Інститут реабілітації Торонто – Мережа охорони здоров’я університету, Торонто, Канада
Концептуалізація – RC; Методика – РЦ, АР; Написання – Підготовка рукопису – RC, AR; Написання – рецензування та редагування, GF, AR; Керівництво – А.Р., Г.Ф. Усі автори прочитали та погоджуються з опублікованою версією рукопису.
Springer Nature залишається нейтральною щодо претензій на юрисдикцію опублікованих карт та інституційної приналежності.
Відкритий доступ. Ця стаття ліцензована згідно з міжнародною ліцензією Creative Commons Attribution 4.0, яка дозволяє використовувати, обмінюватися, адаптувати, розповсюджувати та відтворювати на будь-якому носії чи у будь-якому форматі, якщо ви належним чином вказуєте оригінального автора та джерело, надаючи ліцензію Creative Commons , і вкажіть, чи були внесені зміни. Зображення або інші сторонні матеріали в цій статті включені під ліцензію Creative Commons статті, якщо інше не зазначено в титрах для матеріалу. Якщо матеріал не включено до Creative Commons ліцензії на статтю, а ваше передбачуване використання заборонено законом чи нормативним актом або перевищує дозволене, вам потрібно буде отримати дозвіл безпосередньо від власника авторських прав. Щоб переглянути копію цієї ліцензії, відвідайте http://creativecommons.org/licenses /від/4.0/.
Коен Р., Ферні Г. та Рошан Фекр А. Моніторинг споживання рідини в комерційно доступних розумних пляшках для води. Наукова доповідь 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335 -5
Надсилаючи коментар, ви погоджуєтеся дотримуватися наших Умов і Правил спільноти. Якщо ви бачите образливий вміст або вміст, який не відповідає нашим умовам або правилам, позначте його як неприйнятний.