Kampen för exakta mätningar på din handled

Bärbara enheter blir mer avancerade, men kan dagens teknik verkligen mäta vår hälsa? Förbi

• Rachel Metz arkivsida

22 juni 2015

Tills nyligen visste jag ingenting om hur min cirka 25 minuters cykelpendling över San Francisco – eller någon annan del av min dag egentligen – påverkar min kropp, förutom att jag oundvikligen kommer till jobbet svettig och lite ute andas när jag har bråttom. Hur hög är min puls? Påverkar mina sömnvanor det? Hur många kalorier bränner jag?

Dessa frågor har jag haft i tankarna när ett antal aktivitetsspårare och smarta klockor har hamnat på butikshyllorna under de senaste åren och lovar att spåra information som steg, sömn, hjärtfrekvens, solexponering och kalorier. Med en av dessa sensorfyllda prylar på handleden kunde jag säkert få korrekt information om min kropp.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2015

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Det är tanken, åtminstone. Dessa enheter kan ge dig mer kontroll över din hälsa genom att göra det enklare att samla in data som tidigare lämnats oövervakad eller, som i fallet med hjärtfrekvens, vanligtvis bara samlad in på en läkares mottagning (och även då sällan). Och dessa enheter spårar inte bara data; företag som Apple, Jawbone och Microsoft erbjuder råd baserat på vad sensorerna i deras handledsburna wearables upptäcker. Microsoft Health-appen bör snart ha möjlighet att jämföra kalender eller kontaktinformation med Microsoft Bands bedömning av, säg, din hjärtfrekvens eller hudkonduktansnivå – ett mått på din huds förmåga att leda elektricitet, som tenderar att klättra med stress.

Apple Watch och Microsoft Band använder optiska sensorer för att mäta hjärtfrekvensen. Jawbone Up3, som istället spårar din vilopuls, använder bioimpedanssensorer och flera elektroder för att mäta din huds motstånd mot en liten mängd elektrisk ström. Dessa sensorer och andra i banden är tillräckliga för att mäta rutinmässiga aktivitetsnivåer, men är tekniken verkligen tillräckligt exakt för att förvandla bärbara enheter till digitala medicinska verktyg?

Vi är vid en brytpunkt, eller övergång, från livsstilshälsosaker till medicinska mått, säger kardiolog Eric Topol, en genomikprofessor vid Scripps Research Institute och ett fan av digital hälsoteknik. För Topol är målet tydligt: ​​enheter som noggrant mäter vitala kroppstecken och till och med övervakar allvarliga hälsoproblem som diabetes och hjärtsjukdomar. Det är den medicinska statistiken där noggrannhet blir grundläggande, säger han.

Testet

Hur långt borta är vi från sådana wearables? Jag testade noggrannheten hos några handledsuppmätta mätvärden, inklusive hjärtfrekvens. I flera dagar bar jag en äpple klocka och a Microsoft Band när du cyklar till och från jobbet. Jag bar också en Polar H7 Bluetooth-bröstband, som är en av de mest exakta konsumentenheterna för att mäta puls. Resultaten varierade, och ibland varierade de mycket. Bandets genomsnittliga hjärtfrekvensmätningar var genomgående närmare resultaten av Polar-bröstbältet - ibland inom ett eller två slag per minut, men de kunde vara så många som 13 slag av. Apple Watch, under tiden, gav avläsningar så många som 77 slag per minut annorlunda än Polar-enheten.

Mätningar av förbrända kalorier (något alla tre banden, inklusive Up3, spår) var också något inkonsekventa; på en morgonpendling, till exempel, varierade de från 143 till 187. Sammantaget var upplevelsen långt ifrån visionen av dessa enheter som digitala vismän som drar djupa, exakta insikter från den data de samlar in, hjälper läkare att diagnostisera åkommor och så småningom kanske till och med förutsäga hälsoproblem eller upptäcka dem innan de blir allvarliga. Det är svåra mål att uppnå, av flera anledningar. Även om handleden verkar vara ett bra ställe att börja med att känna av på kroppen, och vi är vana vid att pryda den med klockor och smycken, är det svårt att göra en bekväm, snygg enhet som kan stå emot alla typer av dagliga övergrepp. .

Och eftersom allas kroppar är olika är handleden inte alltid en bra plats för att ta exakta mätningar. Du kan göra miljontals smarta klockor som är identiska, men du har miljontals människor som inte är identiska. Det är verkligen svårt att hitta något som är robust för alla dessa människor, säger Chris Harrison, en biträdande professor i människa-datorinteraktion som leder Future Interfaces Group vid Carnegie Mellon University.

Harrison och andra experter säger att armar som är för håriga, svettiga, feta eller tunna kan göra det svårt att få en bra avläsning från dagens optiska hjärtfrekvenssensorer, som avläser blodflödet i handleden. Tatueringar kan också utgöra ett problem - som Apple pekar ut på en supportsida för Apple Watch och noterar att bläcket kan blockera ljus från att nå sensorn. Helt plötsligt leder det till tusentals användare där ute, som alla kommer att vara missnöjda och säga att det inte fungerar för att det inte fungerar för dem, säger Christian Holz , en forskare om människa-datorinteraktion vid Yahoo Labs som fokuserar på miniatyrisering av mobila enheter.

Bortom träningsspårning

Det finns hopp för bärbara enheter som faktiskt tar de typer av mätningar som skulle vara till hjälp för hälsoövervakning. Men att inse det hoppet kommer förmodligen att innebära att gå vidare till radikalt ny teknik. Och det kommer säkerligen att innebära utveckling av enheter som kan ta ett större antal mätningar.

På Quanttus, en startup i Cambridge, Massachusetts, bygger forskare en handledsburen enhet för att spåra hjärtfrekvens, andning och blodtryck med hjälp av ballistokardiogram, som använder en sensor för att mäta din kropps småbitsrörelser varje gång du hjärtat pumpar blod. Vid en konferens i slutet av april sa medgrundaren och vd Shahid Azim att företaget är intresserade av att släppa ett antal armband i slutet av året. Medgrundare och chief scientific officer David He säger att det fortfarande håller på att förfina tekniken.

När vi väl kan fastställa hjärtfrekvens- och blodtrycksmätningar, tror han, kan vi mycket väl kunna övervaka de flesta kardiovaskulära vitala tecken med wearables. Detta kan vara en välsignelse, inte bara för träningsapplikationer och de som vill hålla ett öga på sin egen hälsa utan också för läkare som vill ha icke-invasiva sätt att hålla koll på patienter på en nivå som för närvarande bara är möjlig på ett sjukhus.

En annan Cambridge-baserad startup, Empatica, skapar ett armband som mäter hopp i hudens ledningsförmåga för att ta reda på när bäraren får ett anfall, så att det kan varna någon att kontrollera personen. Empatica kan dock inte förutsäga anfall ännu, och det har inte heller släppt sin produkt.

Att bygga dessa produkter tar mycket tid. Testning, simuleringar, modellering, prototypframställning och problemlösning är alla mer omfattande när du behöver försäkra dig om att enheterna kan stå emot kraven för dagligt slitage, såsom frekvent exponering för svett och vatten. Det är mycket mer än du normalt förväntar dig av din elektronik. Men om företag undanröjer dessa hinder kan det att kontinuerligt känna av saker som blodtryck och hudens konduktivitet också öppna dörren för att kvantifiera stress och humör, eftersom de gör det möjligt att samla in data om din kropp i alla möjliga situationer.

Och vi är bara i ett tidigt skede av att förstå hur mycket vi kan göra med sensorer på huden. Under de kommande åren kan icke-invasiva sensorer bli användbara för annan biometri som för närvarande endast kan spåras med invasiva processer. Det kan vara möjligt att övervaka blodsockret med hudavläsningar snarare än ett nålstick – något som skulle vara till hjälp för personer med diabetes.

Faktum är att forskare arbetar med just detta problem vid University of California, San Diego. De har utvecklat en tillfällig tatuering, tryckt med elektroder och belagd med en enzymlösning, som kan mäta glukosnivåer. Joseph Wang, chef för UCSD:s Center for Wearable Sensors, har arbetat med tekniken de senaste fem åren. Han säger att det kommer att dröja minst två år till innan det kommersialiseras — till en början, förväntar han sig, i form av en tillfällig engångstatuering, och sedan med tatueringar som kan mäta bärarens glukos var 20:e eller 40:e minut under en dag eller en vecka. Topol tror att alla typer av korrekta uppgifter kommer; det är bara en tidsfråga. Vi har en väg att gå, men i slutändan är det något maskiner verkligen är väldigt bra för, säger han. Och algoritmerna kan utvecklas där det för varje person kan vara en virtuell medicinsk assistent. Med tanke på att dagens armband fortfarande stammar när man mäter puls under ett träningspass, verkar sådana applikationer långt utom räckhåll. Men forskningen vid Quanttus, Empatica och UCSD tyder på att nya tillvägagångssätt baserade på teknologier långt bortom konventionella optiska sensorer äntligen skulle kunna förvandla handledsburna enheter till verktyg för att övervaka allmän hälsa.

Dölj