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Surveillez la consommation de liquide via des bouteilles d’eau intelligentes disponibles dans le commerce

Surveillez la consommation de liquide via des bouteilles d’eau intelligentes disponibles dans le commerce

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L'apport hydrique est important pour prévenir la déshydratation et réduire les calculs rénaux récurrents. Ces dernières années, on a constaté une tendance à développer des outils de surveillance de l'apport hydrique à l'aide de produits « intelligents » tels que les biberons intelligents. Il existe plusieurs biberons intelligents dans le commerce, principalement destinés aux adultes soucieux de leur santé. À notre connaissance, ces biberons n'ont pas été validés dans la littérature. Cette étude a comparé les performances et les fonctionnalités de quatre biberons intelligents disponibles dans le commerce. Les biberons sont H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 et Thermos Smart Lid. Des centaines d'événements d'ingestion par bouteille ont été enregistrés et analysés et comparés à la vérité terrain obtenue à partir d'échelles haute résolution. H2OPal a le pourcentage d'erreur moyen (MPE) le plus faible et est capable d'équilibrer les erreurs sur plusieurs gorgées. HidrateSpark 3 fournit les résultats les plus cohérents et les plus fiables. avec les erreurs de gorgée les plus faibles par temps. Les valeurs MPE des bouteilles HidrateSpark ont ​​été encore améliorées grâce à la régression linéaire car elles avaient des valeurs d'erreur individuelles plus cohérentes. Le Thermos Smart Lid était le moins précis, car le capteur ne s'étendait pas sur l'ensemble de la surface. bouteille, entraînant la perte de nombreux enregistrements.
La déshydratation est un problème très grave car elle peut entraîner des complications indésirables, notamment de la confusion, des chutes, une hospitalisation et la mort. L'équilibre de l'apport hydrique est important, en particulier chez les personnes âgées et les personnes souffrant de problèmes médicaux sous-jacents qui affectent la régulation des fluides. Patients à risque de récidive Il est conseillé de consommer de grandes quantités de liquides pour la formation de calculs. Par conséquent, la surveillance de l'apport hydrique est une méthode utile pour déterminer si l'apport hydrique est adéquat1,2. Il existe de nombreuses tentatives dans la littérature pour créer des rapports sur des systèmes ou des dispositifs qui peuvent aider à suivre et gérer l'apport hydrique.Malheureusement, la plupart de ces études n'ont pas abouti à un produit disponible dans le commerce.Les bouteilles sur le marché sont principalement destinées aux athlètes récréatifs ou aux adultes soucieux de leur santé qui cherchent à ajouter de l'hydratation.Dans cet article, nous avons cherché à déterminer si des , les bouteilles d'eau disponibles dans le commerce constituent une solution viable pour les chercheurs et les patients. Nous avons comparé quatre bouteilles d'eau commerciales en termes de performances et de fonctionnalités. Les bouteilles sont HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 et Thermos Smart Lid7, comme le montre la figure 1. Ces bouteilles ont été choisies parce qu'elles sont l'une des quatre seules bouteilles populaires qui sont (1) disponibles à l'achat au Canada et (2) dont les données sur le volume de gorgée sont accessibles via l'application mobile.
Images de bouteilles commerciales analysées : (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. La boîte en pointillés rouge indique l'emplacement du capteur.
Parmi les flacons ci-dessus, seules les versions précédentes d'HidrateSpark ont ​​été validées par la recherche8. L'étude a révélé que le flacon HidrateSpark était précis à 3 % près de la mesure de l'apport total sur une période de 24 heures d'apport hydrique. HidrateSpark a également été utilisé dans des études cliniques. pour surveiller l'apport chez les patients souffrant de calculs rénaux9. Depuis, HidrateSpark a développé de nouveaux flacons dotés de différents capteurs. H2OPal a été utilisé dans d'autres études pour suivre et favoriser l'apport hydrique, mais aucune étude spécifique n'a validé ses performances2,10.Pletcher et al. Les caractéristiques gériatriques et les informations disponibles en ligne ont été comparées pour plusieurs flacons commerciaux, mais elles n'ont effectué aucune validation de leur exactitude11.
Les quatre bouteilles commerciales incluent une application propriétaire gratuite pour afficher et stocker les événements d'ingestion transmis via Bluetooth. Le HidrateSpark 3 et le Thermos Smart Lid ont le capteur au milieu de la bouteille, utilisant éventuellement un capteur capacitif, tandis que le HidrateSpark Steel et le H2Opal ont un capteur sur le fond, à l'aide d'un capteur de charge ou de pression. L'emplacement du capteur est indiqué dans le cadre en pointillés rouges de la figure 1. Dans le Thermos Smart Lid, le capteur ne peut pas atteindre le fond du récipient.
Chaque flacon est testé en deux phases : (1) une phase d'aspiration contrôlée et (2) une phase de vie libre. Dans les deux phases, les résultats enregistrés par le flacon (obtenus à partir de l'application mobile du produit utilisée sur Android 11) ont été comparés à vérité terrain obtenue à l'aide d'une balance de 5 kg (balance de cuisine électronique Starfrit 93756). Toutes les bouteilles ont été calibrées avant la collecte des données à l'aide de l'application. Au cours de la phase 1, les tailles de gorgées de 10 ml à 100 ml de 10 ml à 100 ml ont été mesurées de manière aléatoire. commande, 5 mesures chacune, pour un total de 50 mesures par flacon. Ces événements ne sont pas de véritables événements de consommation chez l'homme, mais sont versés afin que la quantité de chaque gorgée puisse être mieux contrôlée. À ce stade, recalibrez la bouteille si le L'erreur de gorgée est supérieure à 50 ml et ré-appairez si l'application perd la connexion Bluetooth avec la bouteille. Pendant la phase de vie libre, un utilisateur boit librement de l'eau dans une bouteille pendant la journée et choisit différentes gorgées. Cette phase comprend également 50 gorgées au fil du temps, mais pas toutes d'affilée. Par conséquent, chaque bouteille dispose d'un ensemble de données d'un total de 100 mesures.
Pour déterminer l'apport hydrique total et assurer une bonne hydratation quotidienne, il est plus important d'avoir des mesures précises de l'apport volumétrique tout au long de la journée (24 heures) plutôt que pour chaque gorgée. Cependant, pour identifier les signaux d'intervention rapides, chaque gorgée doit avoir une faible erreur, comme cela a été fait dans l'étude de Conroy et al. 2. Si la gorgée n'est pas enregistrée ou est mal enregistrée, il est crucial que la bouteille puisse équilibrer le volume lors de l'enregistrement suivant. Par conséquent, l'erreur (volume mesuré – volume réel) est ajustée manuellement. Par exemple, supposons que le sujet ait bu 10 mL et la bouteille ont rapporté 0 mL, mais ensuite le sujet a bu 20 mL et la bouteille a rapporté un total de 30 mL, l'erreur ajustée serait de 0 mL.
Le tableau 1 répertorie diverses mesures de performances pour chaque bouteille en considérant deux phases (100 gorgées). Le pourcentage d'erreur moyen (MPE) par gorgée, l'erreur absolue moyenne (MAE) par gorgée et le MPE cumulé sont calculés comme suit :
où \({S}_{act}^{i}\) et \({S}_{est}^{i}\) sont les apports réels et estimés de \({i}_{th}\ ) gorgée, et \(n\) est le nombre total de gorgées.\({C}_{act}^{k}\) et \({C}_{est}^{k}\) représentent l'apport cumulé des dernières \(k\) gorgées. Le Sip MPE examine le pourcentage d'erreur pour chaque gorgée individuelle, tandis que le MPE cumulatif examine le pourcentage d'erreur total au fil du temps. D'après les résultats du tableau 1, H2OPal a le plus petit nombre de enregistrements perdus, le MPE Sip le plus bas et le MPE cumulé le plus bas. L'erreur moyenne est meilleure que l'erreur absolue moyenne (MAE) comme mesure de comparaison lors de la détermination de la consommation totale au fil du temps. Parce qu'elle illustre la capacité de la bouteille à se remettre de mauvaises mesures au fil du temps. temps tout en enregistrant les mesures ultérieures. Le SIP MAE est également inclus dans les applications où la précision de chaque gorgée est importante car il calcule l'erreur absolue de chaque gorgée. Le MPE cumulatif mesure également dans quelle mesure les mesures sont équilibrées sur toute la phase et ne pénalise pas un une seule gorgée. Une autre observation était que 3 des 4 bouteilles sous-estimaient le volume ingéré par bouche indiqué dans le tableau 1 avec des nombres négatifs.
Les coefficients de corrélation R au carré de Pearson pour toutes les bouteilles sont également présentés dans le tableau 1. HidrateSpark 3 fournit le coefficient de corrélation le plus élevé. Bien que HidrateSpark 3 ait quelques enregistrements manquants, la plupart d'entre eux sont de petites bouches (Le tracé de Bland-Altman de la figure 2 confirme également que HidrateSpark 3 a la plus petite limite d'accord (LoA) par rapport aux trois autres bouteilles. LoA analyse dans quelle mesure les valeurs réelles et mesurées concordent. De plus, presque toutes les mesures étaient dans le Plage LoA, qui confirme que cette bouteille fournit des résultats cohérents, comme le montre la figure 2c. Cependant, la plupart des valeurs sont inférieures à zéro, ce qui signifie que la taille de la gorgée est souvent sous-estimée. Il en va de même pour HidrateSpark Steel dans la figure 2b, où la plupart des valeurs d'erreur sont négatives. Par conséquent, ces deux bouteilles fournissent le MPE et le MPE cumulé les plus élevés par rapport à H2Opal et Thermos Smart Lid, avec des erreurs réparties au-dessus et en dessous de 0, comme le montrent les figures 2a, d.
Tracés de Bland-Altman de (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 et (d) Thermos Smart Lid. La ligne pointillée représente l'intervalle de confiance autour de la moyenne, calculé à partir de l'écart type dans le tableau 1.
HidrateSpark Steel et H2OPal présentaient des écarts types similaires de 20,04 ml et 21,41 ml, respectivement. Les figures 2a et 2b montrent également que les valeurs de HidrateSpark Steel rebondissent toujours autour de la moyenne, mais restent généralement dans la région LoA, tandis que H2Opal a plus de valeurs. ​​en dehors de la région LoA. L'écart type maximum du Thermos Smart Lid était de 35,42 ml et plus de 10 % des mesures étaient en dehors de la région LoA illustrée à la figure 2d. Cette bouteille a fourni la plus petite erreur moyenne de gorgée et un cumul cumulatif relativement faible. MPE, malgré le plus grand nombre d'enregistrements manquants et l'écart type le plus important. Le Thermos SmartLid présente de nombreux enregistrements manqués car la paille du capteur ne s'étend pas jusqu'au fond du récipient, ce qui entraîne des enregistrements manqués lorsque le contenu du liquide est inférieur au capteur ( ~80 ml). Cela devrait conduire à une sous-estimation de l’apport hydrique ; cependant, Thermos était la seule bouteille avec un MPE et une erreur moyenne de gorgée positifs, ce qui implique que la bouteille surestimait la consommation de liquide. Ainsi, la raison pour laquelle l'erreur de gorgée moyenne de Thermos est si faible est que la mesure est surestimée pour presque toutes les bouteilles. Lorsque ces surestimations sont En moyenne, y compris de nombreuses gorgées manquées qui ne sont pas enregistrées du tout (ou « sous-estimées »), le résultat moyen est équilibré. En excluant les enregistrements manqués du calcul, l'erreur moyenne de la gorgée est devenue +10,38 ml, confirmant une large surestimation d'une seule gorgée. Bien que cela puisse sembler positif, la bouteille est en réalité inexacte dans les estimations de chaque gorgée et peu fiable car elle manque de nombreux événements de consommation. De plus, comme le montre la figure 2d, Thermos SmartLid semble augmenter l'erreur avec l'augmentation de la taille de la gorgée.
Dans l'ensemble, H2OPal était le moyen le plus précis pour estimer les gorgées au fil du temps et le moyen le plus fiable de mesurer la plupart des enregistrements. Le Thermos Smart Lid était le moins précis et manquait plus de gorgées que les autres bouteilles. La bouteille HidrateSpark 3 avait une erreur plus cohérente valeurs, mais sous-estimé la plupart des gorgées, ce qui entraînait de mauvaises performances au fil du temps.
Il s'avère que la bouteille peut présenter un certain décalage qui peut être compensé à l'aide d'un algorithme d'étalonnage. Cela est particulièrement vrai pour la bouteille HidrateSpark, qui présente un petit écart type d'erreur et sous-estime toujours une seule gorgée. Les moindres carrés (LS) La méthode a été utilisée avec les données de l'étape 1 tout en excluant tous les enregistrements manquants pour obtenir les valeurs de décalage et de gain. L'équation résultante a été utilisée pour la consommation de gorgée mesurée lors de la deuxième étape afin de calculer la valeur réelle et de déterminer l'erreur de calibrage. Le tableau 2 montre que l'étalonnage amélioration de l'erreur moyenne Sip pour deux bouteilles HidrateSpark, mais pas pour H2OPal ou Thermos Smart Lid.
Au cours de la phase 1 où toutes les mesures sont effectuées, chaque bouteille est remplie plusieurs fois, de sorte que le MAE calculé peut être affecté par le niveau de remplissage de la bouteille. Pour déterminer cela, chaque bouteille est divisée en trois niveaux, élevé, moyen et faible, en fonction de le volume total de chaque bouteille. Pour les mesures de phase 1, un test ANOVA unidirectionnel a été effectué pour déterminer si les niveaux étaient significativement différents en termes d'erreur absolue. Pour HidrateSpark 3 et Steel, les erreurs pour les trois catégories ne sont pas significativement différentes. Il y avait une différence significative limite (p Des tests T bilatéraux ont été effectués pour comparer les erreurs des étapes 1 et 2 pour chaque bouteille. Nous avons obtenu un p > 0,05 pour toutes les bouteilles, ce qui signifie que les deux groupes n'étaient pas significativement différents. Cependant, il a été observé que les deux bouteilles HidrateSpark a perdu un nombre beaucoup plus élevé d'enregistrements à l'étape 2. Pour H2OPal, le nombre d'enregistrements manqués était presque égal (2 contre 3), tandis que pour Thermos SmartLid, il y avait moins d'enregistrements manqués (6 contre 10). Puisque les bouteilles HidrateSpark ont ​​été tous améliorés après l'étalonnage, un test t a également été effectué après l'étalonnage. Pour HidrateSpark 3, il existe une différence significative dans les erreurs entre l'étape 1 et l'étape 2 (p = 0,046). Cela est plus probablement dû au nombre plus élevé d'enregistrements manquants. au stade 2 par rapport au stade 1.
Cette section donne un aperçu de la facilité d'utilisation de la bouteille et de son application, ainsi que d'autres informations fonctionnelles. Bien que la précision de la bouteille soit importante, le facteur d'utilisabilité est également important lors du choix d'une bouteille.
HidrateSpark 3 et HidrateSpark Steel sont équipés de lumières LED qui rappellent aux utilisateurs de boire de l'eau s'ils n'atteignent pas leurs objectifs comme prévu, ou qui clignotent un certain nombre de fois par jour (défini par l'utilisateur). Elles peuvent également être configurées pour clignoter. chaque fois que l'utilisateur boit. H2OPal et Thermos Smart Lid n'ont aucun retour visuel pour rappeler aux utilisateurs de boire de l'eau. Cependant, toutes les bouteilles achetées ont des notifications mobiles pour rappeler aux utilisateurs de boire via l'application mobile. Le nombre de notifications par jour peut être personnalisé dans les applications HidrateSpark et H2OPal.
HidrateSpark 3 et Steel utilisent des tendances linéaires pour guider les utilisateurs quand boire de l'eau et suggérer un objectif horaire que les utilisateurs devraient atteindre d'ici la fin de la journée. H2OPal et Thermos Smart Lid ne fournissent qu'un objectif total quotidien. Dans toutes les bouteilles, si l'appareil n'est pas connecté à l'application via Bluetooth, les données seront stockées localement et synchronisées après l'appairage.
Aucune des quatre bouteilles ne se concentre sur l'hydratation des personnes âgées. De plus, les formules utilisées par les bouteilles pour déterminer les objectifs d'apport quotidien ne sont pas disponibles, ce qui rend difficile de déterminer si elles conviennent aux personnes âgées. La plupart de ces bouteilles sont grandes et lourdes et ne adaptés aux personnes âgées. L’utilisation d’applications mobiles n’est peut-être pas non plus idéale pour les personnes âgées, bien qu’il puisse être utile pour les chercheurs de collecter des données à distance.
Toutes les bouteilles ne peuvent pas déterminer si le liquide a été consommé, jeté ou renversé. Toutes les bouteilles doivent également être placées sur une surface après chaque gorgée pour enregistrer avec précision la consommation. Cela signifie que des boissons peuvent être manquées si la bouteille n'est pas posée, en particulier lorsque remplissage.
Une autre limitation est que l'appareil doit être ré-appairé périodiquement avec l'application pour synchroniser les données. Le Thermos devait être ré-appairé à chaque fois que l'application était ouverte, et la bouteille HidrateSpark avait souvent du mal à trouver une connexion Bluetooth. H2OPal est le plus simple pour se reconnecter à l'application si la connexion est perdue. Toutes les bouteilles sont calibrées avant le début du test et doivent être recalibrées au moins une fois pendant le processus. La bouteille HidrateSpark et H2OPal doivent être vidées et complètement remplies pour l'étalonnage.
Toutes les bouteilles n'ont pas la possibilité de télécharger ou de sauvegarder des données à long terme. De plus, aucune d'entre elles n'est accessible via l'API.
HidrateSpark 3 et H2OPal utilisent des batteries lithium-ion remplaçables, HidrateSpark Steel et Thermos SmartLid utilisent des batteries rechargeables. Comme indiqué par le fabricant, la batterie rechargeable devrait durer jusqu'à 2 semaines avec une charge complète, cependant, elle doit être rechargée presque chaque semaine lors de l'utilisation. le Thermos SmartLid fortement. Il s'agit d'une limitation car de nombreuses personnes ne se souviendront pas de recharger la bouteille régulièrement.
De nombreux facteurs peuvent influencer le choix d'une bouteille intelligente, en particulier lorsque l'utilisateur est une personne âgée. Le poids et le volume de la bouteille sont un facteur important car elle doit être facile à utiliser par les personnes âgées fragiles. Comme mentionné auparavant, ces bouteilles ne sont pas adaptées aux personnes âgées. Le prix et la quantité de liquide par bouteille sont également un autre facteur. Le tableau 3 indique la hauteur, le poids, le volume de liquide et le prix de chaque bouteille. Thermos Smart Lid est le moins cher et le plus léger tel qu'il est. Fabriqué entièrement en plastique plus léger. C'est également celui qui contient le plus de liquides par rapport aux trois autres bouteilles. À l'inverse, H2OPal était la plus haute, la plus lourde et la plus chère des bouteilles de recherche.
Les bouteilles intelligentes disponibles dans le commerce sont utiles aux chercheurs car il n'est pas nécessaire de prototyper de nouveaux appareils. Bien qu'il existe de nombreuses bouteilles d'eau intelligentes disponibles, le problème le plus courant est que les utilisateurs n'ont pas accès aux données ou aux signaux bruts, et seuls certains résultats sont disponibles. affiché dans l'application mobile. Il est nécessaire de développer une bouteille intelligente largement utilisée avec une grande précision et des données entièrement accessibles, en particulier une bouteille adaptée aux personnes âgées. Sur les quatre bouteilles testées, H2OPal prête à l'emploi avait le MPE Sip le plus bas, MPE cumulatif et nombre d'enregistrements manqués. HidrateSpark 3 a la linéarité la plus élevée, le plus petit écart type et le MAE le plus bas. HidrateSpark Steel et HidrateSpark 3 peuvent simplement être calibrés manuellement pour réduire l'erreur moyenne Sip en utilisant la méthode LS. Pour des enregistrements par gorgée plus précis, le HidrateSpark 3 est la bouteille de choix, tandis que pour des mesures plus cohérentes dans le temps, le H2OPal est le premier choix. Le Thermos SmartLid avait les performances les moins fiables, avait le plus de gorgées manquées et surestimait les gorgées individuelles.
L'étude n'est pas sans limites. Dans des scénarios réels, de nombreux utilisateurs boiront dans d'autres récipients, en particulier des liquides chauds, des boissons achetées en magasin et de l'alcool. Les travaux futurs devraient évaluer la manière dont le facteur de forme de chaque bouteille affecte les erreurs afin de guider la conception intelligente des bouteilles d'eau. .
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Ce travail a été soutenu par une subvention de la Fondation des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC) (FDN-148450).Dr. Fernie a reçu le financement en tant que titulaire de la chaire Creaghan de prévention familiale et de technologie médicale.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – Réseau universitaire de santé, Toronto, Canada
Conceptualisation – RC ; Méthodologie – RC, AR ; Rédaction – Préparation du manuscrit – RC, AR ; Rédaction – Révision et édition, GF, AR ; Supervision – AR, GF Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.
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Cohen, R., Fernie, G. et Roshan Fekr, A. Surveillance de la consommation de liquide dans des bouteilles d'eau intelligentes disponibles dans le commerce. Science Rep 12, 4402 (2022).https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335 -5
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Heure de publication : 29 mars 2022