Kampen for nøjagtige målinger på dit håndled

Bærbare enheder bliver mere avancerede, men kan nutidens teknologi virkelig måle vores helbred? Ved

• Rachel Metz arkiv side

22. juni 2015

Indtil for nylig vidste jeg ikke noget om, hvordan min cirka 25-minutters cykelpendling på tværs af San Francisco – eller nogen anden del af min dag, virkelig – påvirker min krop, bortset fra at jeg uundgåeligt ankommer svedig og lidt ude på arbejde åndenød, når jeg har meget travlt. Hvor høj er min puls? Påvirker mine søvnvaner det? Hvor mange kalorier forbrænder jeg?

Disse spørgsmål har været i mit sind, da en række aktivitetsmålere og smarture er kommet på butikshylderne i løbet af de sidste par år, og de lover at spore information som skridt, søvn, puls, soleksponering og kalorier. Med en af ​​disse sensorfyldte gadgets på mit håndled kunne jeg helt sikkert få præcis information om min krop.

Denne historie var en del af vores juli 2015-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Det er i hvert fald tanken. Disse enheder kan give dig mere kontrol over dit helbred ved at gøre det nemmere at indsamle data, der tidligere har været uovervåget eller, som i tilfældet med hjertefrekvens, typisk kun indsamlet på en læges kontor (og endda sjældent). Og disse enheder sporer ikke kun data; virksomheder som Apple, Jawbone og Microsoft tilbyder råd baseret på, hvad sensorerne i deres håndledsbårne wearables registrerer. Microsoft Health-appen skulle snart have mulighed for at sammenligne kalender- eller kontaktoplysninger med Microsoft Bands vurdering af f.eks. din puls eller hudledningsevne - et mål for din huds evne til at lede elektricitet, som har tendens til at stige med stress.

Apple Watch og Microsoft Band bruger optiske sensorer til at måle puls. Jawbone Up3, som i stedet sporer din hvilepuls, bruger bioimpedanssensorer og flere elektroder til at måle din huds modstand mod en lille mængde elektrisk strøm. Disse sensorer og andre i båndene er tilstrækkelige til at måle rutinemæssige aktivitetsniveauer, men er teknologien virkelig nøjagtig nok til at omdanne bærbare enheder til digitale medicinske værktøjer?

Vi er ved et vendepunkt, eller overgang, fra livsstilssundhedsting til medicinske målinger, siger kardiolog Eric Topol, en genomikprofessor ved Scripps Research Institute og en fan af digital sundhedsteknologi. For Topol er målet klart: enheder, der nøjagtigt måler vitale kropstegn og endda overvåger alvorlige sundhedsproblemer som diabetes og hjertesygdomme. Det er de medicinske målinger, hvor nøjagtighed bliver grundlæggende, siger han.

Testen

Hvor langt væk er vi fra sådanne wearables? Jeg testede nøjagtigheden af ​​et par håndledsmålte målinger, inklusive puls. I flere dage bar jeg en Apple Watch og en Microsoft Band mens du cykler til og fra arbejde. Jeg havde også en Polar H7 Bluetooth brystbælte, som er en af ​​de mest præcise forbrugerenheder til at måle puls. Resultaterne varierede, og nogle gange varierede de meget. Bandets gennemsnitlige pulsmålinger var konsekvent tættere på resultaterne af Polar-brystremmen - nogle gange inden for et slag eller to i minuttet, men de kunne være så mange som 13 slag væk. Apple Watch gav i mellemtiden aflæsninger så mange som 77 slag i minuttet forskellig fra Polar-enheden.

Målinger af forbrændte kalorier (noget alle tre bånd, inklusive Up3, sporet) var også noget inkonsekvente; på en morgen pendling, for eksempel, varierede de fra 143 til 187. Alt i alt var oplevelsen langt fra visionen om disse enheder, da digitale vismænd hentede dyb, nøjagtig indsigt fra de data, de indsamler, og hjalp læger med at diagnosticere lidelser og i sidste ende måske endda forudsige helbredsproblemer eller opdage dem, før de bliver alvorlige. Det er svære mål at nå, af flere grunde. Selvom håndleddet virker som et godt sted at starte med at føle på kroppen, og vi er vant til at pryde det med ure og smykker, er det svært at lave en behagelig, flot enhed, der kan modstå alle former for daglig misbrug .

Og da alles krop er forskellig, er håndleddet ikke altid et godt sted at tage nøjagtige mål. Du kan lave millioner af smarture, der er identiske, men du har millioner af mennesker, der ikke er identiske. Det er virkelig svært at finde noget, der er robust på tværs af alle disse mennesker, siger Chris Harrison, en assisterende professor i menneske-computer-interaktion, som leder Future Interfaces Group ved Carnegie Mellon University.

Harrison og andre eksperter siger, at arme, der er for behårede, svedige, fede eller tynde, kan gøre det svært at få en god aflæsning fra nutidens optiske pulssensorer, som aflæser blodgennemstrømningen i håndleddet. Tatoveringer kan også udgøre et problem - som Apple påpeger på en supportside for Apple Watch og bemærker, at blækket kan blokere lys i at nå sensoren. Pludselig betyder det tusindvis af brugere derude, som alle vil være utilfredse og sige, at det ikke virker, fordi det ikke virker for dem, siger Christian Holz , en forsker i menneske-computer-interaktion ved Yahoo Labs, der fokuserer på miniaturisering af mobile enheder.

Ud over træningssporing

Der er håb for bærbare enheder, der faktisk tager de typer målinger, der ville være nyttige til sundhedsovervågning. Men at indse det håb vil formentlig betyde at gå videre til radikalt nye teknologier. Og det vil helt sikkert betyde udvikling af enheder, der er i stand til at tage et bredere udvalg af målinger.

Hos Quanttus, en startup i Cambridge, Massachusetts, bygger forskere en håndledsbåret enhed til at spore hjertefrekvens, respiration og blodtryk ved hjælp af ballistokardiogram, som bruger en sensor til at måle din krops småbitte bevægelser, hver gang du hjertet pumper blod. På en konference i slutningen af ​​april sagde medstifter og administrerende direktør Shahid Azim, at virksomheden er interesseret i at frigive et antal armbånd inden årets udgang. Medstifter og videnskabelig chef David He siger, at det stadig raffinerer teknologien.

Når vi først kan fastlægge puls- og blodtryksmålinger, mener han, at vi meget vel kan overvåge de fleste kardiovaskulære vitale tegn med wearables. Dette kunne være en velsignelse, ikke kun for fitness-applikationer og dem, der ønsker at holde øje med deres eget helbred, men også for læger, der ønsker ikke-invasive måder at holde øje med patienter på et niveau, der i øjeblikket kun er muligt på et hospital.

En anden Cambridge-baseret startup, Empatica, er ved at skabe et armbånd, der måler hop i hudens ledningsevne for at finde ud af, hvornår bæreren får et anfald, så det kan advare nogen om at tjekke personen. Empatica er dog ikke i stand til at forudsige anfald endnu, og det har heller ikke udgivet sit produkt.

At bygge disse produkter tager meget tid. Test, simuleringer, modellering, prototyping og problemløsning er alle mere omfattende, når du skal sikre dig, at enhederne kan modstå kravene til dagligt slid, såsom hyppig udsættelse for sved og vand. Det er meget mere, end du normalt ville forvente af din elektronik. Men hvis virksomheder rydder disse forhindringer, kan det at kunne fornemme ting som blodtryk og hudens ledningsevne kontinuerligt også åbne døren til kvantificering af stress og humør, da det vil gøre det muligt at indsamle data om din krop i alle mulige situationer.

Og vi er kun i de tidlige stadier af at forstå, hvor meget vi kan gøre med sensorer på huden. I de næste mange år kan ikke-invasive sensorer blive nyttige til andre biometriske data, som i øjeblikket kun kan spores med invasive processer. Det kan være muligt at overvåge blodsukkeret med hudaflæsninger i stedet for et nålestik - noget, der ville være nyttigt for personer med diabetes.

Faktisk arbejder forskere på dette særlige problem ved University of California, San Diego. De har udviklet en midlertidig tatovering, printet med elektroder og belagt med en enzymopløsning, der kan måle glukoseniveauer. Joseph Wang, direktør for UCSD's Center for Wearable Sensors, har arbejdet på teknologien i de sidste fem år. Han siger, at der vil gå mindst yderligere to år, før det kommercialiseres - i første omgang forventer han i form af en midlertidig engangstatovering og derefter med tatoveringer, der kan måle brugerens glukose hvert 20. eller 40. minut i en dag eller en uge. Topol mener, at alle slags præcise data kommer; det er bare et spørgsmål om tid. Vi har en vej at gå, men i sidste ende er det noget, maskiner er rigtig gode til, siger han. Og algoritmerne kan udvikles, hvor det for hver person kunne være en virtuel lægeassistent. I betragtning af at nutidens armbånd stadig stammer, når de måler puls under en træning, virker sådanne applikationer langt uden for rækkevidde. Men forskningen hos Quanttus, Empatica og UCSD tyder på, at nye tilgange baseret på teknologier langt ud over konventionelle optiske sensorer endelig kunne gøre håndledsbårne enheder til værktøjer til overvågning af generel sundhed.

skjule