Monitorare l'assunzione di liquidi tramite bottiglie d'acqua intelligenti disponibili in commercio

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L'assunzione di liquidi è importante per prevenire la disidratazione e ridurre i calcoli renali ricorrenti. Negli ultimi anni c'è stata una tendenza a sviluppare strumenti per monitorare l'assunzione di liquidi utilizzando prodotti "intelligenti" come i biberon intelligenti. Sono disponibili in commercio diversi biberon intelligenti, principalmente destinati a adulti attenti alla salute. Per quanto ne sappiamo, questi biberon non sono stati convalidati in letteratura. Questo studio ha confrontato le prestazioni e la funzionalità di quattro biberon intelligenti disponibili in commercio. I biberon sono H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 e Thermos Smart Lid.One centinaia di eventi di ingestione per bottiglia sono stati registrati e analizzati e confrontati con i dati reali ottenuti da scale ad alta risoluzione. H2OPal ha l'errore percentuale medio (MPE) più basso ed è in grado di bilanciare gli errori su più sorsi. HidrateSpark 3 fornisce i risultati più coerenti e affidabili con gli errori di sorso più bassi per volta. I valori MPE delle bottiglie HidrateSpark sono stati ulteriormente migliorati utilizzando la regressione lineare poiché avevano valori di errore individuali più coerenti. Il Thermos Smart Lid era il meno accurato, poiché il sensore non si estendeva su tutto il bottiglia, causando la perdita di molti record.
La disidratazione è un problema molto serio perché può portare a complicazioni avverse, tra cui confusione, cadute, ospedalizzazione e morte. L'equilibrio dell'assunzione di liquidi è importante, soprattutto negli anziani e nelle persone con condizioni mediche di base che influenzano la regolazione dei liquidi. Pazienti a rischio di recidiva si consiglia di consumare grandi quantità di liquidi. Pertanto, il monitoraggio dell'assunzione di liquidi è un metodo utile per determinare se si sta assumendo un'adeguata assunzione di liquidi.1,2. In letteratura sono presenti molti tentativi di creare report di sistemi o dispositivi che possano aiutare a monitorare e gestire l'assunzione di liquidi. Sfortunatamente, la maggior parte di questi studi non ha prodotto un prodotto disponibile in commercio. Le bottiglie sul mercato sono rivolte principalmente agli atleti ricreativi o agli adulti attenti alla salute che desiderano aggiungere idratazione. In questo articolo, abbiamo mirato a determinare se comuni , le bottiglie d'acqua disponibili in commercio sono una soluzione praticabile per ricercatori e pazienti. Abbiamo confrontato quattro bottiglie d'acqua commerciali in termini di prestazioni e funzionalità. Le bottiglie sono HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 e Thermos Smart Lid7, come mostrato nella Figura 1. Queste bottiglie sono state scelte perché sono una delle uniche quattro bottiglie popolari che sono (1) disponibili per l'acquisto in Canada e (2) hanno dati sul volume del sorso accessibili tramite l'app mobile.
Immagini delle bottiglie commerciali analizzate: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. La casella rossa tratteggiata mostra la posizione del sensore.
Dei flaconi di cui sopra, solo le versioni precedenti di HidrateSpark sono state convalidate nella ricerca8. Lo studio ha rilevato che il flacone di HidrateSpark era accurato entro il 3% della misurazione dell'assunzione totale in un periodo di 24 ore di assunzione di liquidi. HidrateSpark è stato utilizzato anche in studi clinici per monitorare l'assunzione in pazienti con calcoli renali9. Da allora, HidrateSpark ha sviluppato nuove bottiglie con diversi sensori. H2OPal è stato utilizzato in altri studi per monitorare e promuovere l'assunzione di liquidi, ma nessuno studio specifico ha convalidato le sue prestazioni2,10.Pletcher et al. Le caratteristiche geriatriche e le informazioni disponibili online sono state confrontate per diversi flaconi commerciali, ma non è stata effettuata alcuna verifica della loro accuratezza11.
Tutte e quattro le bottiglie commerciali includono un'app proprietaria gratuita per visualizzare e memorizzare gli eventi di ingestione trasmessi tramite Bluetooth. HidrateSpark 3 e Thermos Smart Lid hanno il sensore al centro della bottiglia, possibilmente utilizzando un sensore capacitivo, mentre HidrateSpark Steel e H2Opal hanno un sensore al centro della bottiglia. sensore sul fondo, utilizzando un sensore di carico o di pressione. La posizione del sensore è mostrata nel riquadro rosso tratteggiato nella Figura 1. Nel Thermos Smart Lid, il sensore non può raggiungere il fondo del contenitore.
Ogni bottiglia viene testata in due fasi: (1) una fase di aspirazione controllata e (2) una fase di vita libera. In entrambe le fasi, i risultati registrati dalla bottiglia (ottenuti dall'app mobile del prodotto utilizzata su Android 11) sono stati confrontati con verità di base ottenuta utilizzando una bilancia da 5 kg (bilancia da cucina elettronica Starfrit 93756). Tutte le bottiglie sono state calibrate prima che i dati fossero raccolti utilizzando l'app. Nella Fase 1, le dimensioni dei sorsi da 10 ml a 100 ml da 10 ml a 100 ml sono state misurate in modo casuale ordine, 5 misurazioni ciascuna, per un totale di 50 misurazioni per fiala. Questi eventi non sono eventi di consumo effettivo negli esseri umani, ma vengono versati in modo che la quantità di ciascun sorso possa essere controllata meglio. In questa fase, ricalibrare la bottiglia se L'errore di sorso è maggiore di 50 ml e si associa nuovamente se l'app perde la connessione Bluetooth con la bottiglia. Durante la fase di vita libera, un utente beve acqua liberamente da una bottiglia durante il giorno e sceglie sorsi diversi. Questa fase comprende anche 50 sorsi nel tempo, ma non tutti di seguito. Pertanto, ogni bottiglia ha un set di dati di un totale di 100 misurazioni.
Per determinare l'assunzione totale di liquidi e garantire una corretta idratazione quotidiana, è più importante avere misurazioni accurate dell'assunzione volumetrica durante il giorno (24 ore) piuttosto che a ogni sorso. Tuttavia, per identificare segnali di intervento tempestivi, ogni sorso deve avere un errore basso, come è stato fatto nello studio di Conroy et al. 2. Se il sorso non viene registrato o viene registrato male, è fondamentale che la bottiglia possa bilanciare il volume nella registrazione successiva. Pertanto, l'errore (volume misurato – volume effettivo) viene corretto manualmente. Ad esempio, supponiamo che il soggetto abbia bevuto 10 mL e la bottiglia riportava 0 mL, ma poi il soggetto ha bevuto 20 mL e la bottiglia riportava un totale di 30 mL, l'errore corretto sarebbe 0 mL.
La tabella 1 elenca vari parametri prestazionali per ciascuna bottiglia considerando due fasi (100 sorsi). L'errore percentuale medio (MPE) per sorso, l'errore assoluto medio (MAE) per sorso e l'MPE cumulativo vengono calcolati come segue:
dove \({S}_{act}^{i}\) e \({S}_{est}^{i}\) sono le assunzioni effettive e stimate di \({i}_{th}\ ) sorso e \(n\) è il numero totale di sorsi.\({C}_{act}^{k}\) e \({C}_{est}^{k}\) rappresentano l'assunzione cumulativa degli ultimi \(k\) sorsi. L'MPE Sip esamina l'errore percentuale per ogni singolo sorso, mentre l'MPE cumulativo esamina l'errore percentuale totale nel tempo. Secondo i risultati nella Tabella 1, H2OPal ha il numero più basso di record persi, l'MPE Sip più basso e l'MPE cumulativo più basso. L'errore medio è migliore dell'errore medio assoluto (MAE) come metrica di confronto quando si determina l'assunzione totale nel tempo. Perché illustra la capacità della bottiglia di recuperare da misurazioni inadeguate nel corso tempo durante la registrazione delle misurazioni successive. Il MAE sip è incluso anche nelle applicazioni in cui la precisione di ciascun sip è importante perché calcola l'errore assoluto di ciascun sip. L'MPE cumulativo misura anche il modo in cui le misurazioni sono bilanciate attraverso la fase e non penalizza un singolo sorso. Un'altra osservazione è stata che 3 delle 4 bottiglie sottostimavano il volume assunto per bocca mostrato nella Tabella 1 con numeri negativi.
I coefficienti di correlazione di Pearson R quadrato per tutte le bottiglie sono mostrati anche nella Tabella 1. HidrateSpark 3 fornisce il coefficiente di correlazione più alto. Sebbene HidrateSpark 3 abbia alcuni record mancanti, la maggior parte di essi sono bocche piccole (Il grafico di Bland-Altman nella Figura 2 conferma inoltre che HidrateSpark 3 ha il limite di concordanza (LoA) più piccolo rispetto alle altre tre bottiglie. LoA analizza quanto concordano i valori effettivi e misurati. Inoltre, quasi tutte le misurazioni erano nel Intervallo LoA, che conferma che questa bottiglia fornisce risultati coerenti, come mostrato nella Figura 2c. Tuttavia, la maggior parte dei valori sono inferiori allo zero, il che significa che la dimensione del sorso è spesso sottostimata. Lo stesso vale per HidrateSpark Steel nella Figura 2b, dove la maggior parte dei valori di errore sono negativi. Pertanto, queste due bottiglie forniscono l'MPE e l'MPE cumulativo più elevati rispetto a H2Opal e Thermos Smart Lid, con errori distribuiti sopra e sotto 0, come mostrato in Fig. 2a,d.
Grafici Bland-Altman di (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 e (d) Thermos Smart Lid. La linea tratteggiata rappresenta l'intervallo di confidenza attorno alla media, calcolato dalla deviazione standard nella Tabella 1.
HidrateSpark Steel e H2OPal avevano deviazioni standard simili rispettivamente di 20,04 mL e 21,41 mL. Le figure 2a,b mostrano anche che i valori di HidrateSpark Steel rimbalzano sempre intorno alla media, ma generalmente rimangono all'interno della regione LoA, mentre H2Opal ha più valori fuori dalla regione LoA. La deviazione standard massima del Thermos Smart Lid è stata di 35,42 mL e più del 10% delle misurazioni erano al di fuori della regione LoA mostrata nella Figura 2d. Questa bottiglia ha fornito l'errore medio del sorso più piccolo e un valore cumulativo relativamente piccolo MPE, nonostante abbia il maggior numero di registrazioni mancanti e la deviazione standard maggiore. Il Thermos SmartLid ha molte registrazioni mancate perché la cannuccia del sensore non si estende fino al fondo del contenitore, causando registrazioni mancate quando il contenuto liquido è al di sotto dello stick del sensore ( ~80 mL). Ciò dovrebbe portare a sottostimare l'assunzione di liquidi; tuttavia, Thermos era l'unica bottiglia con MPE ed errore medio sorso positivi, il che implica che la bottiglia sovrastimava l'assunzione di liquidi. Quindi, il motivo per cui l'errore medio sorso di Thermos è così basso è perché la misurazione è sovrastimata per quasi ogni bottiglia. Quando queste sovrastime sono media, compresi molti sorsi persi che non sono stati registrati affatto (o "sottostimati"), il risultato medio è equilibrato. Escludendo i record persi dal calcolo, l'errore medio del sip è diventato +10,38 mL, confermando una grande sovrastima di un singolo sorso Anche se questo può sembrare positivo, la bottiglia è in realtà imprecisa nelle stime dei singoli sorsi e inaffidabile perché perde molti eventi di consumo. Inoltre, come mostrato nella Figura 2d, Thermos SmartLid sembra aumentare l'errore con l'aumentare della dimensione del sorso.
Nel complesso, H2OPal è stato il metodo più accurato nella stima dei sorsi nel tempo e il modo più affidabile per misurare la maggior parte delle registrazioni. Il Thermos Smart Lid è stato il meno accurato e ha mancato più sorsi rispetto alle altre bottiglie. La bottiglia HidrateSpark 3 presentava un errore più coerente valori, ma ha sottovalutato la maggior parte dei sorsi, con conseguenti scarse prestazioni nel tempo.
Si scopre che la bottiglia potrebbe avere qualche offset che può essere compensato utilizzando un algoritmo di calibrazione. Ciò è particolarmente vero per la bottiglia HidrateSpark, che ha una piccola deviazione standard dell'errore e sottovaluta sempre un singolo sorso. Un minimo quadrato (LS) è stato utilizzato il metodo con i dati della fase 1 escludendo eventuali record mancanti per ottenere valori di offset e guadagno. L'equazione risultante è stata utilizzata per l'aspirazione sip misurata nella seconda fase per calcolare il valore effettivo e determinare l'errore calibrato. La Tabella 2 mostra che la calibrazione migliorato l'errore medio del sorso per due bottiglie HidrateSpark, ma non per H2OPal o Thermos Smart Lid.
Durante la Fase 1 in cui vengono eseguite tutte le misurazioni, ogni bottiglia viene riempita più volte, quindi il MAE calcolato potrebbe essere influenzato dal livello di riempimento della bottiglia. Per determinarlo, ogni bottiglia è divisa in tre livelli, alto, medio e basso, in base a il volume totale di ciascuna bottiglia. Per le misurazioni della Fase 1, è stato eseguito un test ANOVA unidirezionale per determinare se i livelli erano significativamente diversi in termini di errore assoluto. Per HidrateSpark 3 e Steel, gli errori per le tre categorie non sono significativamente diversi. È stata riscontrata una differenza significativa al limite (p Sono stati eseguiti t-test a due code per confrontare gli errori di fase 1 e di fase 2 per ciascuna bottiglia. Abbiamo ottenuto p > 0,05 per tutte le bottiglie, il che significa che i due gruppi non erano significativamente diversi. Tuttavia, è stato osservato che le due bottiglie HidrateSpark ha perso un numero molto più elevato di registrazioni nella fase 2. Per H2OPal, il numero di registrazioni perse è stato quasi uguale (2 contro 3), mentre per Thermos SmartLid ci sono state meno registrazioni perse (6 contro 10). Poiché le bottiglie HidrateSpark erano tutti migliorati dopo la calibrazione, dopo la calibrazione è stato eseguito anche un t-test. Per HidrateSpark 3, c'è una differenza significativa negli errori tra Stage 1 e Stage 2 (p = 0,046). Ciò è più probabile a causa del maggior numero di record mancanti nella fase 2 rispetto alla fase 1.
Questa sezione fornisce approfondimenti sull'usabilità della bottiglia e sulla sua applicazione, nonché altre informazioni funzionali. Sebbene la precisione della bottiglia sia importante, anche il fattore usabilità è importante quando si sceglie una bottiglia.
HidrateSpark 3 e HidrateSpark Steel sono dotati di luci LED che ricordano agli utenti di bere acqua se non raggiungono i loro obiettivi come previsto, oppure lampeggiano un certo numero di volte al giorno (impostato dall'utente). Possono anche essere impostati per lampeggiare ogni volta che l'utente beve. H2OPal e Thermos Smart Lid non hanno alcun feedback visivo per ricordare agli utenti di bere acqua. Tuttavia, tutte le bottiglie acquistate hanno notifiche mobili per ricordare agli utenti di bere tramite l'app mobile. Il numero di notifiche al giorno può essere modificato personalizzato nelle applicazioni HidrateSpark e H2OPal.
HidrateSpark 3 e Steel utilizzano tendenze lineari per guidare gli utenti quando bere acqua e fornire un obiettivo orario suggerito che gli utenti dovrebbero raggiungere entro la fine della giornata. H2OPal e Thermos Smart Lid forniscono solo un obiettivo totale giornaliero. In tutte le bottiglie, se il dispositivo non è connesso all'app tramite Bluetooth, i dati verranno archiviati localmente e sincronizzati dopo l'associazione.
Nessuna delle quattro bottiglie si concentra sull'idratazione degli anziani. Inoltre, le formule utilizzate dalle bottiglie per determinare gli obiettivi di assunzione giornaliera non sono disponibili, rendendo difficile determinare se sono adatte agli anziani. La maggior parte di queste bottiglie sono grandi e pesanti e non su misura per gli anziani. Anche l’uso di app mobili potrebbe non essere l’ideale per gli anziani, sebbene possa essere utile per i ricercatori raccogliere dati da remoto.
Tutte le bottiglie non sono in grado di determinare se il liquido è stato consumato, scartato o versato. Tutte le bottiglie devono inoltre essere posizionate su una superficie dopo ogni sorso per registrare con precisione l'assunzione. Ciò significa che le bevande potrebbero essere perse se la bottiglia non viene appoggiata, soprattutto quando ricarica.
Un'altra limitazione è che il dispositivo deve essere riaccoppiato periodicamente con l'app per sincronizzare i dati. Il Thermos doveva essere riaccoppiato ogni volta che l'app veniva aperta e la bottiglia HidrateSpark spesso faticava a trovare una connessione Bluetooth. H2OPal è il più semplice per riassociarsi all'app se la connessione viene persa. Tutte le bottiglie vengono calibrate prima dell'inizio del test e devono essere ricalibrate almeno una volta durante il processo. La bottiglia HidrateSpark e H2OPal devono essere svuotate e riempite completamente per la calibrazione.
Tutte le bottiglie non hanno la possibilità di scaricare o salvare dati a lungo termine. Inoltre, a nessuna di esse è possibile accedere tramite l'API.
HidrateSpark 3 e H2OPal utilizzano batterie sostituibili agli ioni di litio, HidrateSpark Steel e Thermos SmartLid utilizzano batterie ricaricabili. Come dichiarato dal produttore, la batteria ricaricabile dovrebbe durare fino a 2 settimane con una carica completa, tuttavia, deve essere ricaricata quasi settimanalmente quando si utilizza pesantemente il Thermos SmartLid. Questa è una limitazione poiché molte persone non si ricorderanno di ricaricare regolarmente la bottiglia.
Esistono diversi fattori che possono influenzare la scelta di una bottiglia intelligente, soprattutto quando l'utente è una persona anziana. Il peso e il volume della bottiglia sono un fattore importante in quanto deve essere facile da usare da parte degli anziani fragili. Come accennato prima, queste bottiglie non sono adatte agli anziani. Anche il prezzo e la quantità di liquido per bottiglia sono un altro fattore. La tabella 3 mostra l'altezza, il peso, il volume del liquido e il prezzo di ciascuna bottiglia. Thermos Smart Lid è il più economico e leggero così com'è realizzata interamente in plastica più leggera. Inoltre contiene la maggior parte dei liquidi rispetto alle altre tre bottiglie. H2OPal invece era la più alta, pesante e costosa delle bottiglie di ricerca.
Le bottiglie intelligenti disponibili in commercio sono utili per i ricercatori perché non è necessario prototipare nuovi dispositivi. Sebbene siano disponibili molte bottiglie d'acqua intelligenti, il problema più comune è che gli utenti non hanno accesso ai dati o ai segnali grezzi e solo alcuni risultati sono disponibili. visualizzato nell'app mobile. È necessario sviluppare una bottiglia intelligente ampiamente utilizzata con elevata precisione e dati completamente accessibili, in particolare una bottiglia su misura per gli anziani. Delle quattro bottiglie testate, H2OPal fuori dalla scatola aveva il Sip MPE più basso, MPE cumulativo e numero di registrazioni perse. HidrateSpark 3 ha la massima linearità, la deviazione standard più piccola e il MAE più basso. HidrateSpark Steel e HidrateSpark 3 possono essere semplicemente calibrati manualmente per ridurre l'errore medio Sip utilizzando il metodo LS. Per registrazioni sip più accurate, la bottiglia scelta è HidrateSpark 3, mentre per misurazioni più coerenti nel tempo, H2OPal è la prima scelta. Il Thermos SmartLid ha avuto le prestazioni meno affidabili, ha registrato il maggior numero di sorsi mancati e ha sovrastimato i singoli sorsi.
Lo studio non è privo di limitazioni. Negli scenari del mondo reale, molti utenti berranno da altri contenitori, in particolare liquidi caldi, bevande acquistate in negozio e alcol. Il lavoro futuro dovrebbe valutare in che modo il fattore di forma di ciascuna bottiglia influisce sugli errori per guidare la progettazione intelligente delle bottiglie d'acqua. .
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Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione della Fondazione Canadian Institutes of Health Research (CIHR) (FDN-148450). Fernie ha ricevuto il finanziamento in qualità di Creaghan Chair of Family Prevention and Medical Technology.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – University Health Network, Toronto, Canada
Concettualizzazione – RC; Metodologia – RC, AR; Scrittura – Preparazione del manoscritto – RC, AR; Scrittura – Revisione e editing, GF, AR; Supervisione – AR, GF Tutti gli autori hanno letto e concordano con la versione pubblicata del manoscritto.
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