Opsætning af bærbare forbrugerenheder til eksponering og sundhedsovervågning i befolkningsundersøgelser

Summary

Kommercielle smartwatches udstyret med bærbare sensorer bruges i stigende grad i befolkningsundersøgelser. Imidlertid er deres anvendelighed ofte begrænset af deres begrænsede batterivarighed, hukommelseskapacitet og datakvalitet. Denne rapport giver eksempler på omkostningseffektive løsninger på virkelige tekniske udfordringer, der er stødt på under undersøgelser, der involverer astmatiske børn og ældre hjertepatienter.

Abstract

Bærbare sensorer, som ofte er indlejret i kommercielle smartwatches, giver mulighed for kontinuerlige og ikke-invasive sundhedsmålinger og eksponeringsvurderinger i kliniske undersøgelser. Ikke desto mindre kan den virkelige anvendelse af disse teknologier i undersøgelser, der involverer et stort antal deltagere i en betydelig observationsperiode, hindres af flere praktiske udfordringer.

I denne undersøgelse præsenterer vi en modificeret protokol fra en tidligere interventionsundersøgelse til afbødning af sundhedseffekter fra ørkenstøvstorme. Undersøgelsen involverede to forskellige befolkningsgrupper: astmatiske børn i alderen 6-11 år og ældre patienter med atrieflimren (AF). Begge grupper var udstyret med et smartwatch til vurdering af fysisk aktivitet (ved hjælp af en pulsmåler, skridttæller og accelerometer) og placering (ved hjælp af GPS-signaler til at lokalisere individer i indendørs “hjemme” eller udendørs mikromiljøer). Deltagerne skulle bære smartwatchet udstyret med en dataindsamlingsapplikation på daglig basis, og data blev overført via et trådløst netværk til en centralt administreret dataindsamlingsplatform til næsten realtidsvurdering af overholdelse.

Over en periode på 26 måneder deltog mere end 250 børn og 50 patienter med AF i ovennævnte undersøgelse. De vigtigste tekniske udfordringer, der blev identificeret, omfattede begrænsning af adgangen til standard smartwatch-funktioner, såsom spil, internetbrowser, kamera og lydoptagelsesapplikationer, tekniske problemer, såsom tab af GPS-signal, især i indendørs miljøer, og de interne smartwatch-indstillinger, der forstyrrer dataindsamlingsapplikationen.

Formålet med denne protokol er at demonstrere, hvordan brugen af offentligt tilgængelige applikationsskabe og enhedsautomatiseringsapplikationer gjorde det muligt at tackle de fleste af disse udfordringer på en enkel og omkostningseffektiv måde. Derudover forbedrede inkluderingen af en Wi-Fi-modtaget signalstyrkeindikator signifikant indendørs lokalisering og minimerede stort set GPS-signalfejlklassificering. Implementeringen af disse protokoller under udrulningen af denne interventionsundersøgelse i foråret 2020 førte til væsentligt forbedrede resultater med hensyn til datafuldstændighed og datakvalitet.

Introduction

Digitale sundhedsteknologiske applikationer og bærbare sensorer muliggør ikke-invasiv og omkostningseffektiv patientovervågning både i sundheds- og hjemmeindstillinger¹. Samtidig muliggør den store mængde indsamlede data og tilgængeligheden af bærbare analytiske platforme udviklingen af algoritmer til automatiseret forudsigelse, forebyggelse og intervention af sundhedshændelser for en lang række akutte og kroniske sygdomme². Kommercielt tilgængelige bærbare sensorer, der primært bruges til fitnesssporing, bruges også i stigende grad af læger inden for folkesundhedsforskning og repræsenterer et lovende værktøj til multimodal og kontinuerlig dataindsamling under virkelige forhold³. Endnu vigtigere er det dog, at upartisk dataindsamling fra wearables-sensorer giver forskere mulighed for at overvinde udfordringerne ved tilbagekaldelsesbias, der karakteriserer traditionelle dataindsamlingsmetoder såsom interviews og dagbøger⁴.

Med henblik på kliniske forsøg eller andre befolkningsundersøgelser er datanøjagtighed, pålidelighed og integritet imidlertid afgørende. Derudover kan troværdigheden af de indsamlede data også påvirkes af flere andre parametre, såsom aldersgruppeanvendelighed samt enhedens hukommelseskapacitet og energieffektivitet⁵. Nylige systematiske gennemgange af laboratorie- og feltbaserede undersøgelser med et begrænset antal deltagere har generelt bekræftet anvendeligheden af kommercielle smartwatches til aktivitets-, puls-, anfalds- og adfærdsovervågning, selvom anmeldelserne også har vist dårlig egnethed til ældre brugere samt begrænsninger for batteri, hukommelse og datakvalitet ^6,7 . Disse begrænsninger kan forstærkes yderligere i større befolkningsundersøgelser under virkelige forhold, hvor yderligere parametre såsom inkonsekvent internetforbindelse, enhedskomfort og forkert smartwatch-brug spiller ind⁸. Specifikt er udseende og ulemper betydelige barrierer for at bære sensorer dagligt⁹, mens bekymringer vedrørende privatlivets fred og fortrolighedsspørgsmål kan påvirke rekruttering i undersøgelser, der involverer bærbare sensorer¹⁰. Med hensyn til anvendeligheden af kommercielle smartwatches og fitness trackers til måling af fysisk aktivitet i forskningsundersøgelser foreslog en nylig undersøgelse af Henriksen et al., at udvælgelsen af et passende udstyr til en bestemt undersøgelse ikke kun skulle baseres på de tilgængelige indlejrede sensorer, men snarere også tage hensyn til validering og tidligere anvendelse i forskning, udseende, batterilevetid, robusthed, vandmodstand, tilslutningsmuligheder og brugervenlighed¹¹.

Med henblik på denne undersøgelse præsenterer vi en protokol til forbedring af de udfordringer, der opstod under LIFE MEDEA-projektet, et interventionsstudie til afbødning af sundhedsvirkningerne af ørkenstøvstorme¹². Undersøgelsen involverede to forskellige befolkningsgrupper: astmatiske børn i alderen 6-11 år og ældre patienter med atrieflimren (AF). Begge grupper var udstyret med et kommercielt smartwatch til vurdering af fysisk aktivitet (ved hjælp af en pulsmåler, skridttæller og accelerometer) og placering (ved hjælp af GPS-signaler til at lokalisere individer i indendørs “hjemme” eller udendørs mikromiljøer). Deltagerne skulle bære smartwatch dagligt, og data blev overført via et trådløst netværk til en centralt administreret dataindsamlingsplatform via dataindsamlingsapplikationen til næsten realtidsvurdering af overholdelse. Yderligere oplysninger om smartwatch og systemopsætning findes i en tidligere undersøgelse¹³. I løbet af det første år af projektgennemførelsen opstod der flere tekniske og virkelige udfordringer i forbindelse med enheden, hvilket påvirkede rekruttering, deltagernes overholdelse af at bære enheden dagligt og fuldstændigheden af de indsamlede data. Nogle udfordringer var befolkningsspecifikke, såsom kravet fra skoleadministratorer og mange forældre om, at børnene, der bærer smartwatches, ikke skulle have adgang til standard smartwatch-funktioner, såsom spil, internetbrowser, kamera og lydoptagelsesapplikationer. Andre udfordringer var af teknisk karakter, såsom tab af GPS-signal, især i indendørs miljøer, og interne smartwatch-indstillinger, der forstyrrede dataindsamlingsapplikationen. En detaljeret oversigt over de vigtigste identificerede udfordringer samt en kort beskrivelse af deres implikationer og løsninger fremgår af tabel 1.

I denne undersøgelse foreslår vi enkle, omkostningseffektive og hyldeløsninger til forbedring af brugeroverholdelse, datakvalitet og datafuldstændighed i befolkningsundersøgelser, der anvender bærbare sensorer og leverer de relevante protokoller. Derudover demonstrerer vi forbedringerne af datafuldstændigheden fra implementeringen af sådanne protokoller ved hjælp af repræsentative resultater fra undersøgelsen¹³.

Protocol

Administrative og etiske godkendelser blev indhentet fra Cyperns sundhedsministerium (YY5.34.01.7.6E) og Cyperns nationale bioetiske komité (ΕΕΒΚ/ΕΠ/2016.01.23). Patienter med atrieflimren og de astmatiske børns værger gav skriftligt informeret samtykke forud for deltagelse i undersøgelsen. 1. Applikationsskabe og applikationer til automatisering af enheder BEMÆRK: Frit tilgængelige applikationsskabe og enhedsautomatiseringsapplikationer (…

Representative Results

Protokollen beskriver enkle og omkostningseffektive løsninger på virkelige udfordringer, der påvirker rekruttering, overholdelse og datakvalitet i befolkningsundersøgelser, der anvender bærbare sensorer. De trin, der er beskrevet her, tillod en vellykket opsætning af en bærbar enhed til forbruger til eksponering og sundhedsovervågning i en stor befolkningsundersøgelse, der involverede børn med astma og voksne med atrieflimren. Figur 6 giver et grafisk overblik over de leverede prot…

Discussion

Bærbare sensorer er nyttige værktøjer, der muliggør kontinuerlig og ikke-invasiv overvågning af sundhedsparametre og patientadfærd. Kommercielle smartwatches, der er udstyret med en række sensorer, udgør et lovende alternativ til traditionelle dataindsamlingsmetoder, og deres anvendelse i klinisk og folkesundhedsforskning forventes kun at stige som følge af øget variation og kvalitet af indbyggede sensorer, stærkere partnerskaber mellem akademikere og industri og reduktioner i detailpriserne^1…

Materials

APK Extractor	Meher	Version 4.21.08	Application
Charger/Adaptor with data cable	Jiangsu Chenyang Electron Co. Ltd	C-P17	Charger
Embrace application	EmbraceTech LTD	Version 1.5.4	Application
LEMFO LF25 Smartwatch	Shenzhen domino Times Technology Co. Ltd	DM368 Plus	Smartwatch
Lock App – Smart App Locker	ANUJ TENANI	Version 4.0	Application
Macrodroid-Device Automation	ArloSoft	Version 5.5.2	Application
Xiaomi Redmi 6A	Xiaomi	M1804C3CG	Smartphone