Övervaka vätskeintaget via kommersiellt tillgängliga smarta vattenflaskor

Tack för att du besöker Nature.com. Webbläsarversionen du använder har begränsat stöd för CSS. För bästa möjliga upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller stänger av kompatibilitetsläge i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt stöd, kommer vi att visa webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Vätskeintag är viktigt för att förhindra uttorkning och minska återkommande njursten. Det har funnits en trend de senaste åren att utveckla verktyg för att övervaka vätskeintag med hjälp av "smarta" produkter som smarta flaskor. Det finns flera kommersiellt smarta nappflaskor tillgängliga, främst riktade till hälsomedvetna vuxna. Såvitt vi vet har dessa flaskor inte validerats i litteraturen. Denna studie jämförde prestanda och funktionalitet hos fyra kommersiellt tillgängliga smarta nappflaskor. Flaskorna är H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 och Thermos Smart Lid. Ett hundra intagshändelser per flaska registrerades och analyserades och jämfördes med grundfakta erhållen från högupplösta skalor. H2OPal har det lägsta genomsnittliga procentuella felet (MPE) och kan balansera fel över flera klunkar. HidrateSpark 3 ger de mest konsekventa och tillförlitliga resultaten med de lägsta klunkfelen per gång. MPE-värdena för HidrateSpark-flaskorna förbättrades ytterligare med linjär regression eftersom de hade mer konsekventa individuella felvärden. Thermos Smart Lid var det minst noggranna, eftersom sensorn inte sträckte sig över hela flaskan, vilket orsakade att många poster gick förlorade.
Uttorkning är ett mycket allvarligt problem eftersom det kan leda till negativa komplikationer, inklusive förvirring, fall, sjukhusvistelse och dödsfall. Balansen i vätskeintaget är viktig, särskilt för äldre vuxna och personer med underliggande medicinska tillstånd som påverkar vätskeregleringen. Patienter som riskerar återkommande stenbildning rekommenderas att konsumera stora mängder vätska. Därför är övervakning av vätskeintaget en användbar metod för att avgöra om tillräckligt vätskeintag sker1,2. Det finns många försök i litteraturen att skapa rapporter om system eller enheter som kan hjälpa till att spåra och hantera vätskeintag. Tyvärr resulterade de flesta av dessa studier inte i en kommersiellt tillgänglig produkt. Flaskor på marknaden riktar sig främst till idrottare eller hälsomedvetna vuxna som vill öka vätskeintaget. I den här artikeln syftade vi till att avgöra om vanliga, kommersiellt tillgängliga vattenflaskor är en hållbar lösning för forskare och patienter. Vi jämförde fyra kommersiella vattenflaskor vad gäller prestanda och funktionalitet. Flaskorna är HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 och Thermos Smart Lid7 som visas i figur 1. Dessa flaskor valdes eftersom de är en av de enda fyra populära flaskorna som är (1) finns att köpa i Kanada och (2) har SIP-volymdata tillgänglig via mobilappen.
Bilder av analyserade kommersiella flaskor: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Den röda streckade rutan visar sensorns placering.
Av ovanstående flaskor har endast tidigare versioner av HidrateSpark validerats i forskning8. Studien fann att HidrateSpark-flaskan var noggrann inom 3 % av mätningen av det totala intaget under en 24-timmarsperiod av vätskeintag. HidrateSpark har också använts i kliniska studier för att övervaka intag hos patienter med njursten9. Sedan dess har HidrateSpark utvecklat nya flaskor med olika sensorer. H2OPal har använts i andra studier för att spåra och främja vätskeintag, men inga specifika studier har validerat dess prestanda2,10. Pletcher et al. De geriatriska egenskaperna och informationen som finns tillgänglig online jämfördes för flera kommersiella flaskor, men de utförde ingen validering av deras noggrannhet11.
Alla fyra kommersiella flaskorna inkluderar en gratis, egenutvecklad app för att visa och lagra intagshändelser som överförs via Bluetooth. HidrateSpark 3 och Thermos Smart Lid har sensorn mitt i flaskan, eventuellt med hjälp av en kapacitiv sensor, medan HidrateSpark Steel och H2Opal har en sensor på botten, som använder en belastnings- eller trycksensor. Sensorns placering visas i den röda streckade rutan i figur 1. I Thermos Smart Lid kan sensorn inte nå botten av behållaren.
Varje flaska testas i två faser: (1) en kontrollerad sugfas och (2) en fritt levande fas. I båda faserna jämfördes resultaten som registrerats av flaskan (erhållna från produktens mobilapp som används på Android 11) med Ground Truth som erhölls med en 5 kg våg (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Alla flaskor kalibrerades innan data samlades in med appen. I fas 1 mättes klunkstorlekar från 10 ml till 100 ml i slumpmässig ordning, 5 mätningar vardera, för totalt 50 mätningar per flaska. Dessa händelser är inte faktiska drickningshändelser hos människor, utan hälls ut så att mängden av varje klunk kan kontrolleras bättre. I detta skede, kalibrera om flaskan om klunkfelet är större än 50 ml, och para om om appen förlorar Bluetooth-anslutningen till flaskan. Under fritt levande fasen dricker en användare vatten fritt från en flaska under dagen, och de väljer olika klunkar. Denna fas inkluderar också 50 klunkar över tid, men inte alla. i rad. Därför har varje flaska en datauppsättning med totalt 100 mätningar.
För att fastställa det totala vätskeintaget och säkerställa korrekt daglig hydrering är det viktigare att ha noggranna volymetriska mätningar under hela dagen (24 timmar) snarare än varje klunk. För att identifiera snabba signaler för intervention måste dock varje klunk ha ett lågt felvärde, vilket gjordes i studien av Conroy et al. 2 . Om klunken inte registreras eller registreras dåligt är det avgörande att flaskan kan balansera volymen vid nästa registrering. Därför justeras felet (uppmätt volym – faktisk volym) manuellt. Anta till exempel att försökspersonen drack 10 ml och flaskan rapporterade 0 ml, men sedan drack försökspersonen 20 ml och flaskan rapporterade totalt 30 ml, det justerade felet skulle vara 0 ml.
Tabell 1 listar olika prestandamått för varje flaska med hänsyn till två faser (100 klunkar). Medelprocentfelet (MPE) per klunk, medelabsolutfelet (MAE) per klunk och kumulativ MPE beräknas enligt följande:
där \({S}_{act}^{i}\) och \({S}_{est}^{i}\) är de faktiska och uppskattade intagen för \({i}_{th}\) klunk, och \(n\) är det totala antalet klunkar. \({C}_{act}^{k}\) och \({C}_{est}^{k}\) representerar det kumulativa intaget för de senaste \(k\) klunkarna. Sip MPE tittar på procentfelet för varje enskild klunk, medan den kumulativa MPE tittar på det totala procentfelet över tid. Enligt resultaten i tabell 1 har H2OPal det lägsta antalet förlorade poster, den lägsta Sip MPE och den lägsta kumulativa MPE. Medelfelet är bättre än det genomsnittliga absoluta felet (MAE) som ett jämförelsemått vid bestämning av totalt intag över tid. Eftersom det illustrerar flaskans förmåga att återhämta sig från dåliga mätningar över tid vid registrering av efterföljande mätningar. Sip MAE ingår också i applikationer där noggrannheten för varje klunk är viktig. eftersom den beräknar det absoluta felet för varje klunk. Kumulativ MPE mäter också hur väl mätningarna är balanserade över fasen och bestraffar inte en enda klunk. En annan observation var att 3 av de 4 flaskorna underskattade volymintaget per mun som visas i tabell 1 med negativa tal.
R-kvadrat Pearson-korrelationskoefficienterna för alla flaskor visas också i tabell 1. HidrateSpark 3 ger den högsta korrelationskoefficienten. Även om HidrateSpark 3 har några saknade poster, är de flesta av dem små mynningar (Bland-Altman-diagrammet i figur 2 bekräftar också att HidrateSpark 3 har den minsta överensstämmelsegränsen (LoA) jämfört med de andra tre flaskorna. LoA analyserar hur väl de faktiska och uppmätta värdena överensstämmer. Dessutom låg nästan alla mätningar inom LoA-intervallet, vilket bekräftar att denna flaska ger konsekventa resultat, som visas i figur 2c. De flesta värden är dock under noll, vilket innebär att klunkstorleken ofta underskattas. Detsamma gäller för HidrateSpark Steel i figur 2b, där de flesta felvärdena är negativa. Därför ger dessa två flaskor den högsta MPE och kumulativa MPE jämfört med H2Opal och Thermos Smart Lid, med fel fördelade över och under 0, som visas i figur 2a, d.
Bland-Altman-diagram av (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 och (d) Thermos Smart Lid. Den streckade linjen representerar konfidensintervallet runt medelvärdet, beräknat från standardavvikelsen i tabell 1.
HidrateSpark Steel och H2OPal hade liknande standardavvikelser på 20,04 ml respektive 21,41 ml. Figur 2a, b visar också att värdena för HidrateSpark Steel alltid studsar runt medelvärdet, men generellt håller sig inom LoA-regionen, medan H2Opal har fler värden utanför LoA-regionen. Den maximala standardavvikelsen för Thermos Smart Lid var 35,42 ml, och mer än 10 % av mätningarna låg utanför LoA-regionen som visas i figur 2d. Denna flaska gav det minsta Sip Mean Error och relativt litet kumulativt MPE, trots att den hade flest saknade poster och den största standardavvikelsen. Thermos SmartLid har många missade registreringar eftersom sensorstrået inte sträcker sig till botten av behållaren, vilket orsakar missade registreringar när vätskeinnehållet är under sensorpinnen (~80 ml). Detta bör leda till en underskattning av vätskeintaget; Thermos var emellertid den enda flaskan med positiv MPE och Sip Mean Error, vilket antyder att flaskan överskattade vätskeintaget. Anledningen till att Thermos genomsnittliga klunkfel är så lågt är att mätningen är överskattad för nästan varje flaska. När dessa överskattningar medelvärdesbildas, inklusive många missade klunkar som inte registreras alls (eller "underskattas"), balanseras det genomsnittliga resultatet. När missade poster exkluderas från beräkningen blev Sip Mean Error +10,38 ml, vilket bekräftar en stor överskattning av en enda klunk. Även om detta kan verka positivt, är flaskan faktiskt felaktig i individuella klunkuppskattningar och opålitlig eftersom den missar många drickhändelser. Dessutom, som visas i figur 2d, verkar Thermos SmartLid öka felet med ökande klunkstorlek.
Sammantaget var H2OPal det mest exakta sättet att uppskatta klunkar över tid, och det mest tillförlitliga sättet att mäta de flesta mätningar. Thermos Smart Lid var minst exakt och missade fler klunkar än de andra flaskorna. HidrateSpark 3-flaskan hade mer konsekventa felvärden, men underskattade de flesta klunkar vilket resulterade i dålig prestanda över tid.
Det visar sig att flaskan kan ha en viss offset som kan kompenseras med hjälp av en kalibreringsalgoritm. Detta gäller särskilt för HidrateSpark-flaskan, som har en liten standardavvikelse för felet och alltid underskattar en enda klunk. En minstakvadratmetod (LS) användes med steg 1-data samtidigt som eventuella saknade poster exkluderades för att erhålla offset- och förstärkningsvärden. Den resulterande ekvationen användes för klunkintaget mätt i det andra steget för att beräkna det faktiska värdet och för att bestämma det kalibrerade felet. Tabell 2 visar att kalibreringen förbättrade Sip-medelfelet för två HidrateSpark-flaskor, men inte H2OPal eller Thermos Smart Lid.
Under fas 1, där alla mätningar görs, fylls varje flaska på flera gånger, så den beräknade MAE kan påverkas av flaskans fyllnadsnivå. För att bestämma detta delas varje flaska in i tre nivåer, hög, medium och låg, baserat på den totala volymen för varje flaska. För fas 1-mätningarna utfördes ett envägs ANOVA-test för att avgöra om nivåerna skilde sig signifikant åt i absolut fel. För HidrateSpark 3 och Steel skiljer sig inte felen för de tre kategorierna signifikant åt. Det fanns en gränssignifikant skillnad (p Tvåsidiga t-test utfördes för att jämföra fel i steg 1 och steg 2 för varje flaska. Vi uppnådde p > 0,05 för alla flaskor, vilket innebär att de två grupperna inte var signifikant olika. Det observerades dock att de två HidrateSpark-flaskorna förlorade ett mycket högre antal registreringar i steg 2. För H2OPal var antalet missade registreringar nästan lika (2 vs. 3), medan det för Thermos SmartLid fanns färre missade registreringar (6 vs. 10). Eftersom HidrateSpark-flaskorna alla förbättrades efter kalibrering utfördes även ett t-test efter kalibrering. För HidrateSpark 3 finns det en signifikant skillnad i fel mellan steg 1 och steg 2 (p = 0,046). Detta beror mer sannolikt på det högre antalet saknade registreringar i steg 2 jämfört med steg 1.
Det här avsnittet ger insikter i flaskans användbarhet och dess tillämpning, samt annan funktionell information. Även om flaskans noggrannhet är viktig, är användbarhetsfaktorn också viktig när man väljer en flaska.
HidrateSpark 3 och HidrateSpark Steel är utrustade med LED-lampor som påminner användarna om att dricka vatten om de inte når sina mål som planerat, eller blinkar ett visst antal gånger per dag (ställs in av användaren). De kan också ställas in så att de blinkar varje gång användaren dricker. H2OPal och Thermos Smart Lid har ingen visuell feedback för att påminna användarna om att dricka vatten. Alla köpta flaskor har dock mobilaviseringar som påminner användarna om att dricka via mobilappen. Antalet aviseringar per dag kan anpassas i HidrateSpark- och H2OPal-apparna.
HidrateSpark 3 och Steel använder linjära trender för att vägleda användarna när de ska dricka vatten och ger ett timrekommenderat mål som användarna bör uppnå i slutet av dagen. H2OPal och Thermos Smart Lid ger endast ett dagligt totalt mål. Om enheten inte är ansluten till appen via Bluetooth lagras data lokalt och synkroniseras efter parkoppling i alla flaskor.
Ingen av de fyra flaskorna fokuserar på vätskebalans för seniorer. Dessutom är formlerna som flaskorna använder för att bestämma dagliga intagsmål inte tillgängliga, vilket gör det svårt att avgöra om de är lämpliga för äldre vuxna. De flesta av dessa flaskor är stora och tunga och inte anpassade för seniorer. Användningen av mobilappar är kanske inte heller idealisk för äldre vuxna, även om det kan vara användbart för forskare att samla in data på distans.
Alla flaskor kan inte avgöra om vätskan har konsumerats, kastats eller spillts. Alla flaskor måste också placeras på en yta efter varje klunk för att intaget ska kunna registreras korrekt. Det innebär att drycker kan missas om flaskan inte ställs ner, särskilt vid påfyllning.
En annan begränsning är att enheten regelbundet måste paras ihop med appen för att synkronisera data. Termosen behövde paras ihop varje gång appen öppnades, och HidrateSpark-flaskan hade ofta svårt att hitta en Bluetooth-anslutning. H2OPal är enklast att para ihop med appen om anslutningen bryts. Alla flaskor kalibreras innan testningen börjar och måste kalibreras om minst en gång under processen. HidrateSpark-flaskan och H2OPal måste tömmas och fyllas helt för kalibrering.
Alla flaskor har inte möjlighet att ladda ner eller spara data långsiktigt. Dessutom kan ingen av dem nås via API:et.
HidrateSpark 3 och H2OPal använder utbytbara litiumjonbatterier, HidrateSpark Steel och Thermos SmartLid använder laddningsbara batterier. Enligt tillverkaren bör det laddningsbara batteriet hålla i upp till 2 veckor vid full laddning, men det måste laddas nästan varje vecka när Thermos SmartLid används flitigt. Detta är en begränsning eftersom många inte kommer ihåg att ladda flaskan regelbundet.
Det finns en mängd olika faktorer som kan påverka valet av en smart flaska, särskilt när användaren är en äldre person. Flaskans vikt och volym är en viktig faktor eftersom den måste vara lätt att använda av sköra seniorer. Som tidigare nämnts är dessa flaskor inte anpassade för seniorer. Priset och mängden vätska per flaska är också en annan faktor. Tabell 3 visar höjd, vikt, vätskevolym och pris för varje flaska. Thermos Smart Lid är den billigaste och lättaste eftersom den är tillverkad helt av lättare plast. Den rymmer också mest vätska jämfört med de andra tre flaskorna. Omvänt var H2OPal den högsta, tyngsta och dyraste av forskningsflaskorna.
Kommersiellt tillgängliga smarta flaskor är användbara för forskare eftersom det inte finns något behov av att prototypa nya enheter. Även om det finns många smarta vattenflaskor tillgängliga är det vanligaste problemet att användarna inte har tillgång till data eller råda signaler, och endast vissa resultat visas i mobilappen. Det finns ett behov av att utveckla en allmänt använd smart flaska med hög noggrannhet och fullt tillgänglig data, särskilt en skräddarsydd för äldre. Av de fyra testade flaskorna hade H2OPal direkt ur lådan den lägsta Sip MPE, kumulativ MPE och antalet missade inspelningar. HidrateSpark 3 har den högsta linjäriteten, minsta standardavvikelsen och lägsta MAE. HidrateSpark Steel och HidrateSpark 3 kan enkelt kalibreras manuellt för att minska Sip-medelfelet med hjälp av LS-metoden. För mer exakta klunkinspelningar är HidrateSpark 3 den valda flaskan, medan H2OPal är förstahandsvalet för mer konsekventa mätningar över tid. Thermos SmartLid hade den minst tillförlitliga prestandan, hade flest missade klunkar och överskattade individuella klunkar.
Studien är inte utan begränsningar. I verkliga scenarier kommer många användare att dricka från andra behållare, särskilt varma vätskor, köpta drycker och alkohol. Framtida arbete bör utvärdera hur varje flaskans formfaktor påverkar fel för att vägleda designen av smarta vattenflaskor.
Rule, AD, Lieske, JC & Pais, VM Jr. 2020. Kidney Stone Management. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. & Streeper, NM Snabb adaptiv intervention för att främja vätskeintag hos patienter med njursten. Health Psychology. 39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G., och Roshan Fekr, A. System för övervakning av vätskeintag hos äldre: en litteraturöversikt. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 smart vattenflaska och gratis vätskespårningsapp – svart https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Hämtad 21 april 2021.
HidrateSpark STEEL isolerad smart vattenflaska i rostfritt stål och app – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Hämtad 21 april 2021.
Thermos® Connected vätskeflaska med smart kork. https://www.thermos.com/smartlid. Hämtad 9 november 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. & Lingeman, JE Noggrannhet vid mätning av dagligt vätskeintag med en "smart" vattenflaska. Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. & Tasian, GE. Samband mellan dagligt vattenintag och 24-timmars urinproduktion hos ungdomar med njursten. 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. Verklighet och perception: Aktivitetsövervakning och datainsamling i verkliga smarta hem. I 2017 års IEEE SmartWorld-konferensproceedings, Ubiquitous Intelligence and Computing, Advanced and Trusted Computing, Scalable Computing and Communications, Cloud and Big Data Computing, Internet of People och Smart City Innovation (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA et al. En interaktiv vattendricksapparat designad för äldre och Alzheimerspatienter. I en rättegång om den mänskliga sidan av IT för den äldre befolkningen. Sociala medier, spel och assisterade miljöer (red. Zhou, J. & Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Detta arbete stöddes av ett bidrag från Canadian Institutes of Health Research (CIHR) Foundation Grant (FDN-148450). Dr. Fernie mottog finansieringen som Creaghan Chair of Family Prevention and Medical Technology.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – University Health Network, Toronto, Kanada
Konceptualisering – RC; Metodologi – RC, AR; Skrivande – Manuskriptförberedelse – RC, AR; Skrivande – Granskning och redigering, GF, AR; Handledning – AR, GF Alla författare har läst och godkänner den publicerade versionen av manuskriptet.
Springer Nature förhåller sig neutral i fråga om jurisdiktionella anspråk gällande publicerade kartor och institutionell tillhörighet.
Öppen åtkomst Denna artikel är licensierad under Creative Commons Attribution 4.0 International License, som tillåter användning, delning, anpassning, distribution och reproduktion i alla medier eller format, förutsatt att du anger korrekt kredit till den ursprungliga författaren och källan, tillhandahåller en Creative Commons-licens och anger om ändringar har gjorts. Bilder eller annat material från tredje part i denna artikel ingår i Creative Commons-licensen för artikeln, om inte annat anges i krediterna för materialet. Om materialet inte ingår i Creative Commons-licensen för artikeln och din avsedda användning inte är tillåten enligt lag eller förordning eller överskrider det tillåtna, måste du få tillstånd direkt från upphovsrättsinnehavaren. För att se en kopia av denna licens, besök http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Cohen, R., Fernie, G., och Roshan Fekr, A. Övervakning av vätskeintag i kommersiellt tillgängliga smarta vattenflaskor. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
Genom att skicka in en kommentar godkänner du att följa våra villkor och riktlinjer för communityn. Om du ser kränkande innehåll eller innehåll som inte följer våra villkor eller riktlinjer, vänligen flagga det som olämpligt.