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수분 섭취는 탈수를 예방하고 신장 결석 재발을 줄이는 데 중요합니다. 최근에는 스마트 젖병과 같은 "스마트" 제품을 사용하여 수분 섭취를 모니터링하는 도구를 개발하는 추세가 있습니다. 주로 다음을 목표로 하는 상업용 스마트 젖병이 여러 가지 있습니다. 건강에 민감한 성인. 우리가 아는 한, 이 젖병은 문헌에서 검증되지 않았습니다. 이 연구에서는 시중에서 판매되는 4가지 스마트 젖병의 성능과 기능을 비교했습니다. 젖병은 H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 및 Thermos Smart Lid입니다.1 병당 수백 건의 섭취 이벤트를 기록 및 분석하고 고해상도 저울에서 얻은 실제 결과와 비교했습니다. H2OPal은 평균 백분율 오류(MPE)가 가장 낮으며 여러 모금에 걸쳐 오류의 균형을 맞출 수 있습니다.HidrateSpark 3는 가장 일관되고 신뢰할 수 있는 결과를 제공합니다. HidrateSpark 병의 MPE 값은 개별 오류 값이 더 일관되게 나타나 선형 회귀를 사용하여 더욱 향상되었습니다. Thermos Smart Lid는 센서가 전체에 걸쳐 확장되지 않았기 때문에 정확도가 가장 낮았습니다. 병으로 인해 많은 기록이 손실되었습니다.
탈수는 혼돈, 낙상, 입원, 사망 등의 부작용을 초래할 수 있기 때문에 매우 심각한 문제입니다. 특히 노년층과 체액 조절에 영향을 미치는 기저 질환이 있는 사람의 경우 수분 섭취 균형이 중요합니다. 재발 위험이 있는 환자 결석 형성에는 다량의 수분을 섭취하는 것이 좋습니다. 따라서 수분 섭취를 모니터링하는 것은 적절한 수분 섭취가 이루어지고 있는지 확인하는 유용한 방법입니다1,2. 문헌에는 추적에 도움이 될 수 있는 시스템이나 장치에 대한 보고서를 작성하려는 시도가 많이 있습니다. 불행하게도 이러한 연구의 대부분은 상업적으로 이용 가능한 제품으로 이어지지 않았습니다. 시중에 판매되는 병은 주로 수분 공급을 원하는 레크리에이션 운동 선수 또는 건강에 관심이 있는 성인을 대상으로 합니다. 이 기사에서 우리는 일반적인 여부를 결정하는 것을 목표로 했습니다. , 시판되는 물병은 연구자와 환자를 위한 실행 가능한 솔루션입니다. 우리는 성능과 기능 측면에서 4개의 상업용 물병을 비교했습니다. 그림 1에 표시된 병은 HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 및 Thermos Smart Lid7입니다.이 병은 (1) 캐나다에서 구입할 수 있고 (2) 모바일 앱을 통해 액세스할 수 있는 모금량 데이터가 있는 유일한 4개의 인기 병 중 하나이기 때문에 선택되었습니다.
분석된 상업용 병 이미지: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. 빨간색 점선 상자는 센서의 위치를 보여줍니다.
위 병 중에서 이전 버전의 HidrateSpark만 연구를 통해 검증되었습니다8. 연구에 따르면 HidrateSpark 병은 24시간 수분 섭취 기간 동안 총 섭취량을 측정한 결과 3% 이내의 정확성을 보였습니다.HidrateSpark는 임상 연구에서도 사용되었습니다. 신장 결석 환자의 섭취량을 모니터링하기 위해9. 그 이후로 HidrateSpark는 다양한 센서가 장착된 새로운 병을 개발했습니다. H2OPal은 수분 섭취를 추적하고 촉진하기 위해 다른 연구에서 사용되었지만 성능이 검증된 구체적인 연구는 없습니다2,10.Pletcher et al. 온라인에서 제공되는 노인 특징과 정보를 여러 상업용 병에 대해 비교했지만 정확성에 대한 검증은 수행하지 않았습니다11.
4개의 상업용 병에는 모두 Bluetooth를 통해 전송되는 섭취 이벤트를 표시하고 저장하기 위한 무료 독점 앱이 포함되어 있습니다. HidrateSpark 3 및 Thermos Smart Lid는 병 중앙에 센서가 있으며 정전식 센서를 사용할 수도 있지만 HidrateSpark Steel 및 H2Opal에는 센서 위치는 그림 1의 빨간색 점선 상자에 표시되어 있습니다. Thermos Smart Lid에서는 센서가 용기 바닥에 닿을 수 없습니다.
각 병은 (1) 제어된 흡입 단계와 (2) 자유 생활 단계의 두 단계로 테스트됩니다. 두 단계 모두에서 병에 기록된 결과(Android 11에서 사용되는 제품 모바일 앱에서 얻은 결과)를 다음과 비교했습니다. 5kg 저울(Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756)을 사용하여 얻은 실제 정보입니다. 앱을 사용하여 데이터를 수집하기 전에 모든 병을 보정했습니다. 1단계에서는 10mL~100mL, 10mL~100mL의 모금 크기를 무작위로 측정했습니다. 순서대로, 각각 5회 측정하여 바이알당 총 50회 측정합니다. 이러한 이벤트는 인간이 실제로 마시는 이벤트는 아니지만, 각 모금의 양을 더 잘 조절할 수 있도록 쏟아지는 것입니다. 이 단계에서, 다음과 같은 경우 병을 다시 보정하십시오. 한 모금 오류가 50mL보다 크며 앱과 병의 블루투스 연결이 끊어지면 다시 페어링합니다. 자유 생활 단계에서 사용자는 낮 동안 병의 물을 자유롭게 마시고 다른 한 모금을 선택합니다. 이 단계 또한 시간이 지남에 따라 50모금이 포함되지만 연속해서 모두 포함되는 것은 아닙니다. 따라서 각 병에는 총 100개 측정값의 데이터세트가 있습니다.
총 수분 섭취량을 결정하고 일일 적절한 수분 공급을 보장하려면 한 모금을 마시는 것보다 하루(24시간) 동안 정확한 섭취량 측정을 수행하는 것이 더 중요합니다. 그러나 즉각적인 개입 단서를 식별하려면 각 모금의 오류가 낮아야 합니다. Conroy et al.의 연구에서 그랬던 것처럼. 2. 한 모금이 기록되지 않거나 제대로 기록되지 않으면 다음 기록에서 병의 양의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 따라서 오류(측정된 양 – 실제 양)는 수동으로 조정됩니다. 예를 들어 피험자가 10을 마셨다고 가정합니다. mL이고 병이 0mL를 보고했지만 피험자가 20mL를 마셨고 병이 총 30mL를 보고했다면 조정된 오류는 0mL가 됩니다.
표 1에는 두 단계(100모금)를 고려한 각 병의 다양한 성능 지표가 나열되어 있습니다. 한 모금당 평균 백분율 오류(MPE), 한 모금당 평균 절대 오류(MAE) 및 누적 MPE는 다음과 같이 계산됩니다.
여기서 \({S}_{act}^{i}\) 및 \({S}_{est}^{i}\)는 \({i}_{th}\ )의 실제 및 추정 섭취량입니다. \(n\)은 총 모금 횟수입니다.\({C}_{act}^{k}\) 및 \({C}_{est}^{k}\)는 누적 섭취량을 나타냅니다. 마지막 \(k\) 모금 중 Sip MPE는 각 개별 모금에 대한 백분율 오류를 확인하는 반면, 누적 MPE는 시간 경과에 따른 총 백분율 오류를 확인합니다. 표 1의 결과에 따르면 H2OPal은 가장 낮은 수의 모금을 나타냅니다. 손실된 기록, 가장 낮은 Sip MPE 및 가장 낮은 누적 MPE. 시간 경과에 따른 총 섭취량을 결정할 때 비교 측정 기준으로 평균 오류는 평균 절대 오류(MAE)보다 낫습니다. 왜냐하면 이는 시간이 지남에 따라 불량한 측정에서 회복할 수 있는 병의 능력을 보여주기 때문입니다. 후속 측정을 기록하는 동안 시간을 측정합니다. Sip MAE는 각 Sip의 절대 오류를 계산하기 때문에 각 Sip의 정확도가 중요한 애플리케이션에도 포함됩니다. 누적 MPE는 또한 측정이 위상 전체에 걸쳐 얼마나 잘 균형을 이루는지 측정하고 불이익을 주지 않습니다. 또 다른 관찰은 4병 중 3병이 표 1에 표시된 입당 섭취량을 음수로 과소평가했다는 것입니다.
모든 병에 대한 R-제곱 Pearson 상관 계수도 표 1에 나와 있습니다. HidrateSpark 3는 가장 높은 상관 계수를 제공합니다. HidrateSpark 3에는 일부 누락된 기록이 있지만 대부분 작은 입(그림 2의 Bland-Altman 플롯에서도 HidrateSpark 3가 다른 3개 병에 비해 LoA(일치한계)가 가장 작은 것을 확인할 수 있습니다. LoA는 실제 값과 측정값이 얼마나 잘 일치하는지 분석합니다. 게다가 거의 모든 측정값이 LoA 범위는 그림 2c와 같이 이 병이 일관된 결과를 제공한다는 것을 확인시켜 줍니다. 그러나 대부분의 값은 0 미만이므로 한 모금의 크기가 과소평가되는 경우가 많습니다. 그림 2b의 HidrateSpark Steel의 경우에도 마찬가지입니다. 여기서 대부분의 오류 값은 음수입니다. 따라서 이 두 병은 그림 2a,d와 같이 오류가 0 위와 아래에 분포되어 H2Opal 및 Thermos Smart Lid에 비해 가장 높은 MPE 및 누적 MPE를 제공합니다.
(a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 및 (d) Thermos Smart Lid의 Bland-Altman 플롯. 점선은 표 1의 표준 편차로부터 계산된 평균 주위의 신뢰 구간을 나타냅니다.
HidrateSpark Steel과 H2OPal은 각각 20.04mL와 21.41mL의 유사한 표준 편차를 가졌습니다. 그림 2a,b는 또한 HidrateSpark Steel의 값이 항상 평균을 중심으로 튀어오르지만 일반적으로 LoA 영역 내에 머무르는 반면 H2Opal은 더 많은 값을 가짐을 보여줍니다. LoA 영역 외부. Thermos Smart Lid의 최대 표준 편차는 35.42mL였으며, 측정값의 10% 이상이 그림 2d에 표시된 LoA 영역 외부에 있었습니다. 이 병은 가장 작은 Sip 평균 오류와 상대적으로 작은 누적 값을 제공했습니다. MPE는 누락된 기록이 가장 많고 표준편차가 가장 큼에도 불구하고 기록누락이 많습니다. 보온병 스마트리드는 센서 빨대가 용기 바닥까지 확장되지 않아 기록누락이 많아 액체 내용물이 센서스틱 아래에 있을 때 기록누락이 발생합니다( ~80 mL). 이는 수분 섭취량을 과소평가하게 만듭니다. 그러나 Thermos는 MPE와 Sip Mean Error가 양수인 유일한 병이었습니다. 이는 병이 수분 섭취량을 과대평가했음을 의미합니다. 따라서 Thermos의 평균 한 모금 오류가 그렇게 낮은 이유는 측정값이 거의 모든 병에 대해 과대평가되었기 때문입니다. 전혀 기록되지 않은(또는 "과소평가된") 많은 누락된 모금을 포함하여 평균화되어 평균 결과가 균형을 이룹니다. 계산에서 누락된 기록을 제외하면 Sip 평균 오류가 +10.38mL가 되어 단일 모금에 대한 큰 과대평가를 확인했습니다. .이것이 긍정적으로 보일 수도 있지만 병은 실제로 개별 모금 추정에서 부정확하고 많은 음주 이벤트를 놓치기 때문에 신뢰할 수 없습니다. 또한 그림 2d에서 볼 수 있듯이 Thermos SmartLid는 모금 크기가 증가함에 따라 오류가 증가하는 것으로 보입니다.
전체적으로 H2OPal은 시간이 지남에 따라 모금을 예측하는 데 가장 정확했고 대부분의 녹음을 측정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법이었습니다. Thermos Smart Lid는 다른 병보다 정확도가 가장 낮았고 더 많은 모금을 놓쳤습니다. HidrateSpark 3 병은 더 일관된 오류를 보였습니다. 그러나 대부분의 모금을 과소평가하여 시간이 지남에 따라 성능이 저하되었습니다.
병에는 보정 알고리즘을 사용하여 보상할 수 있는 일부 오프셋이 있을 수 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이는 오류의 표준 편차가 작고 항상 한 모금을 과소평가하는 HidrateSpark 병의 경우 특히 그렇습니다. 최소 제곱(LS) 오프셋과 게인 값을 얻기 위해 누락된 기록을 제외하고 1단계 데이터에 방법을 사용했습니다. 결과 방정식은 두 번째 단계에서 측정된 모금 섭취량에 사용되어 실제 값을 계산하고 보정된 오류를 결정합니다. 표 2는 보정을 보여줍니다. 두 개의 HidrateSpark 병에 대한 Sip 평균 오류가 개선되었지만 H2OPal 또는 Thermos Smart Lid는 그렇지 않았습니다.
모든 측정이 완료되는 1단계에서는 각 병이 여러 번 리필되므로 계산된 MAE는 병 채우기 수준의 영향을 받을 수 있습니다. 이를 결정하기 위해 각 병은 다음을 기준으로 높음, 중간, 낮음의 세 가지 수준으로 나뉩니다. 각 병의 총 부피. 1단계 측정의 경우 절대 오차 수준이 크게 다른지 확인하기 위해 일원 분산 분석 테스트를 수행했습니다. HidrateSpark 3 및 Steel의 경우 세 가지 범주의 오차는 크게 다르지 않습니다. H2OPal과 보온병에 대해 Welsh 이분산 검정을 사용하여 경계선 유의차(p 각 병에 대한 1단계 오류와 2단계 오류를 비교하기 위해 양측 t-테스트를 수행했습니다. 모든 병에 대해 p > 0.05를 달성했는데, 이는 두 그룹이 크게 다르지 않다는 것을 의미합니다. 그러나 두 개의 HidrateSpark 병은 2단계에서 훨씬 더 많은 수의 녹음이 손실되었습니다. H2OPal의 경우 누락된 녹음 수는 거의 같았지만(2 대 3), Thermos SmartLid의 경우 누락된 녹음 수가 더 적었습니다(6 대 10). HidrateSpark 병은 보정 후 모두 개선되었으므로 보정 후 t-테스트도 수행했습니다. HidrateSpark 3의 경우 1단계와 2단계 사이에 오류에 상당한 차이가 있습니다(p = 0.046). 이는 누락된 레코드 수가 많기 때문일 가능성이 높습니다. 2단계에서는 1단계와 비교.
이 섹션에서는 병의 유용성과 그 적용에 대한 통찰력과 기타 기능적 정보를 제공합니다. 병의 정확성도 중요하지만 병을 선택할 때 유용성 요소도 중요합니다.
HidrateSpark 3 및 HidrateSpark Steel에는 계획대로 목표를 달성하지 못한 경우 사용자에게 물을 마시도록 알려주거나 하루에 특정 횟수(사용자가 설정)를 깜박이는 LED 조명이 장착되어 있습니다. 또한 깜박이도록 설정할 수도 있습니다. 사용자가 마실 때마다. H2OPal 및 Thermos Smart Lid에는 사용자에게 물을 마시도록 상기시키는 시각적 피드백이 없습니다. 그러나 구매한 모든 병에는 모바일 앱을 통해 사용자에게 물을 마시도록 알리는 모바일 알림이 있습니다. 하루 알림 횟수는 다음과 같습니다. HidrateSpark 및 H2OPal 애플리케이션에서 사용자 정의됩니다.
HidrateSpark 3 및 Steel은 선형 추세를 사용하여 사용자에게 언제 물을 마셔야 하는지 안내하고 사용자가 하루가 끝날 때까지 달성해야 하는 시간별 권장 목표를 제공합니다. H2OPal 및 Thermos Smart Lid는 일일 총 목표만 제공합니다. 블루투스를 통해 앱에 연결되어 있지 않으면 데이터가 로컬에 저장되고 페어링 후 동기화됩니다.
4개의 병 중 노인을 위한 수분 공급에 중점을 둔 병은 없습니다. 또한 병이 일일 섭취 목표를 결정하는 데 사용하는 공식이 제공되지 않아 노인에게 적합한지 여부를 결정하기가 어렵습니다. 이 병의 대부분은 크고 무겁고 그렇지 않습니다. 노인을 위해 맞춤화되었습니다. 모바일 앱의 사용은 노인에게 이상적이지 않을 수도 있지만, 연구자가 원격으로 데이터를 수집하는 데는 유용할 수 있습니다.
모든 병은 액체가 소비되었는지, 버려졌는지 또는 흘렸는지 확인할 수 없습니다. 또한 섭취량을 정확하게 기록하기 위해 각 모금 후에 모든 병을 표면에 놓아야 합니다. 즉, 병을 내려놓지 않으면, 특히 다음과 같은 경우 음료를 놓칠 수 있습니다. 리필.
또 다른 한계는 데이터를 동기화하기 위해 기기를 앱과 주기적으로 다시 페어링해야 한다는 점입니다. 보온병은 앱을 열 때마다 다시 페어링해야 했고, HidrateSpark 병은 블루투스 연결을 찾는데 종종 어려움을 겪었습니다. H2OPal이 가장 쉽습니다. 연결이 끊어지면 앱과 다시 페어링해야 합니다. 모든 병은 테스트가 시작되기 전에 보정되며 프로세스 중에 적어도 한 번은 다시 보정해야 합니다. 보정을 위해 HidrateSpark 병과 H2OPal을 비우고 완전히 채워야 합니다.
모든 병에는 데이터를 다운로드하거나 장기간 저장할 수 있는 옵션이 없습니다. 또한 API를 통해 액세스할 수 없습니다.
HidrateSpark 3 및 H2OPal은 교체 가능한 리튬 이온 배터리를 사용하고, HidrateSpark Steel 및 Thermos SmartLid는 충전식 배터리를 사용합니다. 제조업체에서 명시한 대로 충전식 배터리는 완전 충전 시 최대 2주 동안 지속되지만, 사용 시에는 거의 매주 재충전해야 합니다. Thermos SmartLid는 무겁습니다. 많은 사람들이 정기적으로 병을 충전하는 것을 기억하지 못하기 때문에 이는 한계입니다.
스마트 보틀의 선택에 영향을 미칠 수 있는 요소는 다양하며, 특히 사용자가 노년층인 경우 더욱 그렇습니다. 허약한 노인들이 사용하기 쉬워야 하기 때문에 물병의 무게와 부피는 중요한 요소입니다. 언급한 바와 같이 앞서 이 병은 노인용으로 적합하지 않습니다. 병당 액체의 가격과 양도 또 다른 요소입니다. 표 3은 각 병의 높이, 무게, 액체 용량 및 가격을 보여줍니다. 보온병 스마트 뚜껑은 그대로 가장 저렴하고 가볍습니다. 전체가 더 가벼운 플라스틱으로 만들어졌습니다. 또한 다른 세 병에 비해 가장 많은 액체를 담을 수 있습니다. 반대로 H2OPal은 연구용 병 중에서 가장 크고, 무겁고, 가장 비쌌습니다.
시중에 판매되는 스마트 물병은 새로운 장치의 프로토타입을 제작할 필요가 없기 때문에 연구자에게 유용합니다. 스마트 물병은 많이 있지만 가장 일반적인 문제는 사용자가 데이터나 원시 신호에 접근할 수 없고 일부 결과만 얻을 수 있다는 것입니다. 모바일 앱에 표시됩니다. 정확도가 높고 데이터에 완전히 액세스할 수 있는 널리 사용되는 스마트 병, 특히 노인을 위한 맞춤형 스마트 병을 개발할 필요가 있습니다. 테스트된 4개의 병 중 H2OPal의 Sip MPE가 가장 낮았습니다. 누적 MPE 및 누락된 녹음 수. HidrateSpark 3는 가장 높은 선형성, 가장 작은 표준 편차 및 가장 낮은 MAE를 제공합니다. HidrateSpark Steel 및 HidrateSpark 3는 LS 방법을 사용하여 Sip 평균 오류를 줄이기 위해 수동으로 간단히 보정할 수 있습니다. 보다 정확한 Sip 기록을 위해, HidrateSpark 3가 선택되는 병이고 시간이 지남에 따라 보다 일관된 측정을 위해서는 H2OPal이 첫 번째 선택입니다. Thermos SmartLid는 신뢰성이 가장 낮은 성능을 보였고 한 모금을 가장 많이 놓치고 개별 모금을 과대평가했습니다.
연구에는 제한이 없습니다. 실제 시나리오에서는 많은 사용자가 다른 용기, 특히 뜨거운 액체, 상점에서 구입한 음료 및 알코올을 마실 것입니다. 향후 연구에서는 스마트 물병 설계를 안내하기 위해 각 병의 폼 팩터가 오류에 어떻게 영향을 미치는지 평가해야 합니다. .
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이 작업은 캐나다 보건 연구소(CIHR) 재단 보조금(FDN-148450)의 지원을 받았습니다.Dr. Fernie는 가족 예방 및 의료 기술 분야의 Creaghan 의장으로 자금을 받았습니다.
카이트 연구소(Kite Institute), 토론토 재활 연구소 – 대학 의료 네트워크, 토론토, 캐나다
개념화 – RC; 방법론 – RC, AR; 작문 – 원고 준비 – RC, AR; 글쓰기 – 검토 및 편집, GF, AR; 감독 – AR, GF 모든 저자는 원고 출판 버전을 읽고 이에 동의합니다.
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Cohen, R., Fernie, G. 및 Roshan Fekr, A. 시중에서 판매되는 스마트 물병의 액체 섭취량 모니터링.Science Rep 12, 4402 (2022).https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335 -5
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게시 시간: 2022년 3월 29일
