הקמת מכשירים לבישים לצרכנים לחשיפה ולניטור בריאות במחקרי אוכלוסייה
Summary
שעונים חכמים מסחריים המצוידים בחיישנים לבישים נמצאים בשימוש הולך וגובר במחקרי אוכלוסייה. עם זאת, כלי השירות שלהם מוגבל לעתים קרובות על ידי משך הסוללה המוגבל שלהם, קיבולת הזיכרון ואיכות הנתונים. דו”ח זה מספק דוגמאות לפתרונות חסכוניים לאתגרים טכניים אמיתיים שנתקלו בהם במהלך מחקרים שכללו ילדים חולי אסתמה וחולי לב קשישים.
Abstract
חיישנים לבישים, שלעתים קרובות מוטמעים בשעונים חכמים מסחריים, מאפשרים מדידות בריאות רציפות ולא פולשניות והערכות חשיפה במחקרים קליניים. עם זאת, היישום האמיתי של טכנולוגיות אלה במחקרים המערבים מספר רב של משתתפים לתקופת תצפית משמעותית עשוי להיפגע על ידי מספר אתגרים מעשיים.
במחקר זה אנו מציגים פרוטוקול שונה ממחקר התערבות קודם להפחתת ההשפעות הבריאותיות מסופות אבק מדבריות. המחקר כלל שתי קבוצות אוכלוסייה שונות: ילדים אסתמטיים בגילאי 6-11 שנים וקשישים עם פרפור פרוזדורים (AF). שתי הקבוצות צוידו בשעון חכם להערכת פעילות גופנית (באמצעות מד דופק, מד צעדים ומד תאוצה) ומיקום (שימוש באותות GPS לאיתור אנשים במיקרו-סביבה פנימית “בבית” או בחוץ). המשתתפים נדרשו לענוד את השעון החכם המצויד ביישום איסוף נתונים על בסיס יומי, והנתונים שודרו באמצעות רשת אלחוטית לפלטפורמת איסוף נתונים המנוהלת באופן מרכזי לצורך הערכה כמעט בזמן אמת של תאימות.
במשך תקופה של 26 חודשים, יותר מ -250 ילדים ו -50 חולים עם AF השתתפו במחקר הנ”ל. האתגרים הטכניים העיקריים שזוהו כללו הגבלת גישה לתכונות סטנדרטיות של שעונים חכמים, כגון משחקים, דפדפן אינטרנט, מצלמה ויישומי הקלטת שמע, בעיות טכניות, כגון אובדן אות GPS, במיוחד בסביבות פנימיות, והגדרות השעון החכם הפנימיות המפריעות ליישום איסוף הנתונים.
מטרת פרוטוקול זה היא להדגים כיצד השימוש בלוקרים של יישומים הזמינים לציבור וביישומי אוטומציה של מכשירים איפשר להתמודד עם רוב האתגרים הללו בצורה פשוטה וחסכונית. בנוסף, הכללת מחוון עוצמת אות של Wi-Fi קיבל שיפור משמעותי בלוקליזציה פנימית ומזערה במידה רבה את הסיווג השגוי של אות GPS. היישום של פרוטוקולים אלה במהלך ההשקה של מחקר התערבות זה באביב 2020 הוביל לשיפור משמעותי בתוצאות במונחים של שלמות הנתונים ואיכות הנתונים.
Introduction
יישומי טכנולוגיית בריאות דיגיטלית וחיישנים לבישים מאפשרים ניטור מטופלים לא פולשני וחסכוני הן בתחום הבריאות והן בסביבה הביתית1. יחד עם זאת, כמות הנתונים הגדולה שנאספה והזמינות של פלטפורמות אנליטיות מבוססות לביש מאפשרות פיתוח אלגוריתמים לחיזוי אוטומטי של אירועי בריאות, מניעה והתערבות במגוון רחב של מחלות אקוטיות וכרוניות2. חיישנים לבישים הזמינים מסחרית, המשמשים בעיקר למעקב אחר כושר, משמשים יותר ויותר גם אנשי מקצוע רפואיים במחקר בריאות הציבור ומייצגים כלי מבטיח לאיסוף נתונים רב-מודאליים ורציפים בתנאי אמת3. אך חשוב מכך, איסוף נתונים בלתי משוחד מחיישנים לבישים מאפשר לחוקרים להתגבר על האתגרים של הטיית היזכרות המאפיינים שיטות איסוף נתונים מסורתיות כגון ראיונות ויומנים4.
עם זאת, למטרות ניסויים קליניים או מחקרי אוכלוסייה אחרים, דיוק נתונים, אמינות ותקינות הם חיוניים. בנוסף, האמינות של הנתונים שנאספו עשויה להיות מושפעת גם ממספר פרמטרים אחרים, כגון תחולת קבוצת גיל, כמו גם קיבולת הזיכרון ויעילות האנרגיה של המכשיר5. סקירות שיטתיות אחרונות של מחקרים מעבדתיים ומבוססי שדה עם מספר מוגבל של משתתפים אישרו באופן כללי את תחולתם של שעונים חכמים מסחריים לניטור פעילות, דופק, פרכוסים והתנהגות, אם כי הביקורות הראו גם התאמה לקויה למשתמשים קשישים, כמו גם מגבלות סוללה, זיכרון ואיכות נתונים 6,7 . מגבלות אלה עשויות להיות מוגברות עוד יותר במחקרי אוכלוסייה גדולים יותר בתנאים אמיתיים שבהם פרמטרים נוספים כגון קישוריות אינטרנט לא עקבית, נוחות המכשיר ושימוש שגוי בשעונים חכמים נכנסים לפעולה8. באופן ספציפי, מראה ואי נוחות הם חסמים משמעותיים ללבישת חיישניםמדי יום 9, בעוד שחששות הנוגעים לנושאי פרטיות וסודיות עשויים להשפיע על גיוס במחקרים המערבים חיישנים לבישים10. באשר לתחולתם של שעונים חכמים מסחריים ומעקבי כושר למדידת פעילות גופנית במחקרים, מחקר שנערך לאחרונה על ידי Henriksen et al. הציע כי בחירת מכשיר מתאים למחקר מסוים צריכה לא רק להתבסס על החיישנים המשובצים הזמינים אלא גם לקחת בחשבון אימות ושימוש קודם במחקר, מראה, חיי סוללה, חוסן, עמידות במים, קישוריות ושימושיות11.
לצורך מחקר זה, אנו מציגים פרוטוקול לשיפור האתגרים בהם נתקלים במהלך פרויקט LIFE MEDEA, מחקר התערבות להפחתת ההשפעות הבריאותיות של סופות אבק מדבריות12. המחקר כלל שתי קבוצות אוכלוסייה שונות: ילדים אסתמטיים בגילאי 6-11 שנים וקשישים עם פרפור פרוזדורים (AF). שתי הקבוצות צוידו בשעון חכם מסחרי להערכת פעילות גופנית (באמצעות מד דופק, מד צעדים ומד תאוצה) ומיקום (שימוש באותות GPS לאיתור אנשים במיקרו-סביבה פנימית “בבית” או בחוץ). המשתתפים נדרשו לענוד את השעון החכם מדי יום, והנתונים שודרו באמצעות רשת אלחוטית לפלטפורמת איסוף נתונים המנוהלת באופן מרכזי באמצעות אפליקציית איסוף הנתונים לצורך הערכה כמעט בזמן אמת של תאימות. פרטים נוספים על השעון החכם והגדרת המערכת מופיעים במחקר קודם13. במהלך השנה הראשונה ליישום הפרויקט, צצו מספר אתגרים טכניים ומציאותיים הקשורים למכשיר, אשר השפיעו על הגיוס, על הציות של המשתתפים ללבוש את המכשיר מדי יום, ואת השלמות של הנתונים שנאספו. חלק מהאתגרים היו ספציפיים לאוכלוסייה, כגון הדרישה של מנהלי בתי ספר והורים רבים שלילדים שעונדים את השעונים החכמים לא תהיה גישה לתכונות סטנדרטיות של שעונים חכמים, כגון משחקים, דפדפן אינטרנט, מצלמה ויישומי הקלטת שמע. אתגרים אחרים היו טכניים באופיים, כגון אובדן אות GPS, במיוחד בסביבות פנימיות, והגדרות שעון חכם פנימיות המפריעות ליישום איסוף הנתונים. סקירה מפורטת של האתגרים העיקריים שזוהו וכן תיאור קצר של השלכותיהם ופתרונם מוצגים בטבלה 1.
במחקר זה, אנו מציעים פתרונות פשוטים, חסכוניים ופתרונות מדף לשיפור תאימות המשתמשים, איכות הנתונים ושלמות הנתונים במחקרי אוכלוסייה המשתמשים בחיישנים לבישים ומספקים את הפרוטוקולים הרלוונטיים. בנוסף, אנו מדגימים את השיפורים בשלמות הנתונים מיישום פרוטוקולים כאלה באמצעות תוצאות מייצגות מהמחקר13.
Protocol
Representative Results
Discussion
חיישנים לבישים הם כלים שימושיים המאפשרים ניטור רציף ולא פולשני של פרמטרים בריאותיים והתנהגות המטופל. שעונים חכמים מסחריים, המצוידים במגוון חיישנים, מספקים אלטרנטיבה מבטיחה לשיטות איסוף הנתונים המסורתיות, והשימוש בהם במחקרים קליניים ובבריאות הציבור צפוי רק לעלות כתוצאה מהגדלת המגוון וה…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים אסירי תודה לכל המשתתפים ולמשפחותיהם, כמו גם לאנשי ההוראה והמנהלה של בתי הספר היסודיים המשתתפים בקפריסין וביוון. המחקר מומן על ידי פרויקט LIFE MEDEA של האיחוד האירופי (LIFE16 CCA/CY/000041).
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 |
Referências
- Alami, H., Gagnon, M. P., Fortin, J. P. Digital health and the challenge of health systems transformation. mHealth. 3, 31 (2017).
- Dunn, J., Runge, R., Snyder, M. Wearables and the medical revolution. Personalized Medicine. 15 (5), 429-448 (2018).
- Bietz, M. J., et al. Opportunities and challenges in the use of personal health data for health research. Journal of the American Medical Informatics Association. 23, 42-48 (2016).
- Coughlin, S. S. Recall bias in epidemiologic studies. Journal of Clinical Epidemiology. 43 (1), 87-91 (1990).
- Munos, B., et al. Mobile health: The power of wearables, sensors, and apps to transform clinical trials. Annals of the New York Academy of Sciences. 1375 (1), 3-18 (2016).
- Reeder, B., David, A. Health at hand: A systematic review of smart watch uses for health and wellness. Journal of Biomedical Informatics. 63, 269-276 (2016).
- Trifan, A., Oliveira, M., Oliveira, J. L. Passive sensing of health outcomes through smartphones: Systematic review of current solutions and possible limitations. JMIR mHealth and uHealth. 7 (8), 12649 (2019).
- Rodgers, M. M., Alon, G., Pai, V. M., Conroy, R. S. Wearable technologies for active living and rehabilitation: current research challenges and future opportunities. Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering. 6, 2055668319839607 (2019).
- Huberty, J., Ehlers, D. K., Kurka, J., Ainsworth, B., Buman, M. Feasibility of three wearable sensors for 24 hour monitoring in middle-aged women. BMC Women’s Health. 15, 55 (2015).
- Schall, M. C., Sesek, R. F., Cavuoto, L. A. Barriers to the adoption of wearable sensors in the workplace: A survey of occupational safety and health professionals. Human Factors. 60 (3), 351-362 (2018).
- Henriksen, A., et al. Using fitness trackers and smartwatches to measure physical activity in research: Analysis of consumer wrist-worn wearables. Journal of Medical Internet Research. 20 (3), 9157 (2018).
- Kouis, P., et al. The MEDEA childhood asthma study design for mitigation of desert dust health effects: Implementation of novel methods for assessment of air pollution exposure and lessons learned. BMC Pediatrics. 21, 13 (2021).
- Kouis, P., et al. Use of wearable sensors to assess compliance of asthmatic children in response to lockdown measures for the COVID-19 epidemic. Scientific Reports. 11, 5895 (2021).
- Arigo, D., et al. The history and future of digital health in the field of behavioral medicine. Journal of Behavioral Medicine. 42 (1), 67-83 (2019).
- Fuller, D., et al. Reliability and validity of commercially available wearable devices for measuring steps, energy expenditure, and heart rate: Systematic review. JMIR mHealth and uHealth. 8 (9), 18694 (2020).
- Majumder, S., Mondal, T., Deen, M. J. Wearable sensors for remote health monitoring. Sensors. 17 (1), 130 (2017).
- Beukenhorst, A. L., et al. Engagement and participant experiences with consumer smartwatches for health research: Longitudinal, observational feasibility study. JMIR mHealth and uHealth. 8 (1), 14368 (2020).
- Galarnyk, M., Quer, G., McLaughlin, K., Ariniello, L., Steinhubl, S. R. Usability of a wrist-worn smartwatch in a direct-to-participant randomized pragmatic clinical trial. Digital Biomarkers. 3 (3), 176-184 (2019).
- de Lima, A. L. S., et al. Large-scale wearable sensor deployment in Parkinson’s patients: The Parkinson@ home study protocol. JMIR Research Protocols. 5 (3), 5990 (2016).
- Steinle, S., Reis, S., Sabel, C. E. Quantifying human exposure to air pollution-Moving from static monitoring to spatio-temporally resolved personal exposure assessment. Science of the Total Environment. 443, 184-193 (2013).
- Dias, D., Tchepel, O. Modelling of human exposure to air pollution in the urban environment: a GPS-based approach. Environmental Science and Pollution Research. 21 (5), 3558-3571 (2014).
- Chen, W., Kao, K., Chang, Y., Chang, C. An RSSI-based distributed real-time indoor positioning framework. 2018 IEEE International Conference on Applied System Invention (ICASI). , 1288-1291 (2018).
- Nagah Amr, M., El Attar, H. M., Abd El Azeem, M. H., El Badawy, H. An enhanced indoor positioning technique based on a novel received signal strength indicator distance prediction and correction model. Sensors. 21 (3), 719 (2021).
- Lancioni, G. E., et al. An upgraded smartphone-based program for leisure and communication of people with intellectual and other disabilities. Frontiers in Public Health. 6, 234 (2018).
- Lancioni, G. E., et al. People with intellectual and visual disabilities manage functional occupation via basic technology providing spatial cues and timely repetition of response-related instructions. Advances in Neurodevelopmental Disorders. 6 (1), 11-19 (2022).
- Rao, S. IoT enabled wearable device for COVID safety and emergencies. International Journal of Interactive Mobile Technologies. 3 (3), 146-154 (2021).
- Brunschwiler, T., et al. Internet of the body-Wearable monitoring and coaching. 2019 Global IoT Summit (GIoTS). , 1-6 (2019).
