Oppsett av forbrukerbærbare enheter for eksponering og helseovervåking i befolkningsstudier

Summary

Kommersielle smartklokker utstyrt med bærbare sensorer blir i økende grad brukt i befolkningsstudier. Imidlertid er deres nytte ofte begrenset av deres begrensede batterivarighet, minnekapasitet og datakvalitet. Denne rapporten gir eksempler på kostnadseffektive løsninger på virkelige tekniske utfordringer som oppstår under studier som involverer astmatiske barn og eldre hjertepasienter.

Abstract

Bærbare sensorer, som ofte er innebygd i kommersielle smartklokker, tillater kontinuerlige og ikke-invasive helsemålinger og eksponeringsvurderinger i kliniske studier. Likevel kan den virkelige anvendelsen av disse teknologiene i studier som involverer et stort antall deltakere i en betydelig observasjonsperiode, bli hindret av flere praktiske utfordringer.

I denne studien presenterer vi en modifisert protokoll fra en tidligere intervensjonsstudie for å redusere helseeffekter fra ørkenstøvstormer. Studien involverte to forskjellige befolkningsgrupper: astmatiske barn i alderen 6-11 år og eldre pasienter med atrieflimmer (AF). Begge gruppene var utstyrt med en smartklokke for vurdering av fysisk aktivitet (ved hjelp av pulsmåler, skritteller og akselerometer) og plassering (ved hjelp av GPS-signaler for å finne personer innendørs “hjemme” eller utendørs mikromiljøer). Deltakerne ble pålagt å bruke smartklokken utstyrt med en datainnsamlingsapplikasjon på daglig basis, og data ble overført via et trådløst nettverk til en sentralt administrert datainnsamlingsplattform for nær sanntidsvurdering av samsvar.

Over en periode på 26 måneder deltok mer enn 250 barn og 50 pasienter med atrieflimmer i den nevnte studien. De viktigste tekniske utfordringene som ble identifisert, inkluderte å begrense tilgangen til standard smartklokkefunksjoner, for eksempel spill, nettleser, kamera og lydopptaksprogrammer, tekniske problemer, for eksempel tap av GPS-signal, spesielt i innemiljøer, og de interne smartklokkeinnstillingene som forstyrrer datainnsamlingsprogrammet.

Målet med denne protokollen er å demonstrere hvordan bruken av offentlig tilgjengelige applikasjonsskap og enhetsautomatiseringsapplikasjoner gjorde det mulig å løse de fleste av disse utfordringene på en enkel og kostnadseffektiv måte. I tillegg forbedret inkluderingen av en Wi-Fi-mottatt signalstyrkeindikator betydelig innendørs lokalisering og i stor grad minimert feilklassifisering av GPS-signal. Implementeringen av disse protokollene under utrullingen av denne intervensjonsstudien våren 2020 førte til betydelig forbedrede resultater når det gjelder datafullstendighet og datakvalitet.

Introduction

Digitale helseteknologiapplikasjoner og bærbare sensorer muliggjør ikke-invasiv og kostnadseffektiv pasientovervåking både i helsevesenet og hjemmeinnstillinger¹. Samtidig muliggjør den store mengden data som samles inn og tilgjengeligheten av bærbare analyseplattformer utvikling av algoritmer for automatisert prediksjon, forebygging og intervensjon av helsehendelser for et bredt spekter av akutte og kroniske sykdommer². Kommersielt tilgjengelige bærbare sensorer, primært brukt til treningssporing, blir også i økende grad brukt av medisinske fagfolk i folkehelseforskning og representerer et lovende verktøy for multimodal og kontinuerlig datainnsamling under virkelige forhold³. Enda viktigere, men upartisk datainnsamling fra wearables-sensorer gjør det mulig for forskere å overvinne utfordringene med tilbakekallingsskjevhet som karakteriserer tradisjonelle datainnsamlingsmetoder som intervjuer og dagbøker⁴.

For kliniske utprøvinger eller andre befolkningsstudier er imidlertid datanøyaktighet, pålitelighet og integritet avgjørende. I tillegg kan troverdigheten til de innsamlede dataene også påvirkes av flere andre parametere, for eksempel aldersgruppeanvendelse, samt enhetens minnekapasitet og energieffektivitet^. Nylige systematiske gjennomganger av laboratorie- og feltbaserte studier med begrenset antall deltakere har generelt bekreftet anvendeligheten av kommersielle smartklokker for aktivitet, hjertefrekvens, anfall og atferdsovervåking, selv om vurderingene også har vist dårlig egnethet for eldre brukere, samt batteri-, minne- og datakvalitetsbegrensninger ^6,7 . Disse begrensningene kan forsterkes ytterligere i større befolkningsstudier under virkelige forhold der tilleggsparametere som inkonsekvent internettforbindelse, enhetskomfort og feil smartklokkebruk^{spiller inn 8}. Spesielt er utseende og ulemper betydelige barrierer for å bruke sensorer daglig⁹, mens bekymringer knyttet til personvern og konfidensialitetsproblemer kan påvirke rekruttering i studier som involverer bærbare sensorer¹⁰. Når det gjelder anvendelsen av kommersielle smartklokker og treningssporere for måling av fysisk aktivitet i forskningsstudier, foreslo en nylig studie av Henriksen og medarbeidere at valg av en passende enhet for en bestemt studie ikke bare bør baseres på tilgjengelige innebygde sensorer, men heller også ta hensyn til validering og tidligere bruk i forskning, utseende, batterilevetid, robusthet, vannmotstand, tilkobling og brukervennlighet¹¹.

I forbindelse med denne studien presenterer vi en protokoll for å forbedre utfordringene som oppstår under LIFE MEDEA-prosjektet, en intervensjonsstudie for å redusere helseeffektene av ørkenstøvstormer¹². Studien involverte to forskjellige befolkningsgrupper: astmatiske barn i alderen 6-11 år og eldre pasienter med atrieflimmer (AF). Begge gruppene var utstyrt med en kommersiell smartklokke for vurdering av fysisk aktivitet (ved hjelp av pulsmåler, skritteller og akselerometer) og plassering (ved hjelp av GPS-signaler for å finne personer innendørs “hjemme” eller utendørs mikromiljøer). Deltakerne ble pålagt å bruke smartklokken daglig, og data ble overført via et trådløst nettverk til en sentralt administrert datainnsamlingsplattform via datainnsamlingsapplikasjonen for nær sanntidsvurdering av samsvar. Ytterligere detaljer om smartklokken og systemoppsettet er gitt i en tidligere studie¹³. I løpet av det første året av prosjektgjennomføringen oppstod flere tekniske og virkelige utfordringer knyttet til enheten, noe som påvirket rekruttering, deltakernes overholdelse av enheten daglig og fullstendigheten av de innsamlede dataene. Noen utfordringer var befolkningsspesifikke, for eksempel kravet fra skoleadministratorer og mange foreldre om at barna som bruker smartklokkene ikke skal ha tilgang til standard smartklokkefunksjoner, for eksempel spill, nettleser, kamera og lydopptaksapplikasjoner. Andre utfordringer var tekniske, for eksempel tap av GPS-signal, spesielt i innemiljøer, og interne smartklokkeinnstillinger som forstyrret datainnsamlingsapplikasjonen. En detaljert oversikt over de identifiserte hovedutfordringene samt en kort beskrivelse av deres implikasjoner og løsninger er presentert i tabell 1.

I denne studien foreslår vi enkle, kostnadseffektive og hyllevareløsninger for å forbedre brukeroverensstemmelse, datakvalitet og datafullstendighet i befolkningsstudier ved hjelp av bærbare sensorer og gi de relevante protokollene. I tillegg demonstrerer vi datakompletthetsforbedringene fra implementeringen av slike protokoller ved hjelp av representative resultater fra studien¹³.

Protocol

Administrative og etiske godkjenninger ble innhentet fra Kypros Helsedepartementet (YY5.34.01.7.6E) og Kypros nasjonale bioetikkkomité (ΕΕΒΚ/ΕΠ/2016.01.23). Pasienter med atrieflimmer og foresatte til de astmatiske barna ga skriftlig informert samtykke før deltakelse i studien. 1. Applikasjonsskap og applikasjoner for enhetsautomatisering MERK: Fritt tilgjengelige applikasjonsskap og enhetsautomatiseringsapplikasjoner (taskers) finnes for båd…

Representative Results

Protokollen beskriver enkle og kostnadseffektive løsninger på virkelige utfordringer som påvirker rekruttering, samsvar og datakvalitet i befolkningsstudier som bruker bærbare sensorer. Trinnene beskrevet her tillot vellykket oppsett av en forbrukerbærbar enhet for eksponering og helseovervåking i en stor befolkningsstudie som involverte barn med astma og voksne med atrieflimmer. Figur 6 gir en grafisk oversikt over de angitte protokollene og illustrerer de viktigste trinnene som er fo…

Discussion

Bærbare sensorer er nyttige verktøy som tillater kontinuerlig og ikke-invasiv overvåking av helseparametere og pasientadferd. Kommersielle smartklokker, som er utstyrt med en rekke sensorer, gir et lovende alternativ til tradisjonelle datainnsamlingsmetoder, og bruken av dem i klinisk og folkehelseforskning forventes bare å stige som følge av økt variasjon og kvalitet på innebygde sensorer, sterkere akademiske industripartnerskap og reduksjoner i utsalgspriser¹⁴ . I denne studien fremhever …

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