Herzfrequenz-Messung tragbare Monitore variieren je nach Aktivität, nicht die Haut Farbe

Biomedizinische Ingenieure an der Duke University haben gezeigt, dass, während andere wearable-Technologien, wie smart-Uhren und fitness-Tracker, kann die genaue Messung der Herzfrequenz über eine Vielzahl von Hauttönen, die Genauigkeit zwischen den Geräten beginnt zu schwanken, wenn Sie Messen die Herzfrequenz während der verschiedenen Arten von täglichen Aktivitäten.

Als wearable-Technologien werden zunehmend zur überwachung der Gesundheit der Patienten und sammeln Sie digitale Biomarker für die klinische Forschung und das Gesundheitswesen, diese Studie unterstreicht die Notwendigkeit, besser zu verstehen, Ihre Genauigkeit und bestimmen, wie Messfehler beeinträchtigen die Forschung Schlussfolgerungen und informieren Sie medizinische Entscheidungen, so die Forscher.

Die Ergebnisse der Studie erscheinen online in der Zeitschrift NPJ Digitalen Medizin.

„Wir haben diese Studie, weil wir sahen einige Belege dafür, sowohl in der Forschung und als Anekdote, die zeigte, dass tragbare Geräte waren nicht so gut funktioniert, für Menschen mit dunkler Hautfarbe“, sagte Jessilyn Dunn, assistant professor für biomedizinische Technik an der Duke. „Die Leute vergleichen eine Messung mit einem Brustgurt, um Ihre smart-watch und erhalten unterschiedliche Herzfrequenz-Werte. Die Unternehmen, die Herstellung dieser Geräte bringen nicht alle Metriken, wie gut Sie wirken über die Haut Tönen, so dass wir wollten, um Beweise zu sammeln, wie gut Sie arbeiten und mögliche Umstände, in denen Sie nicht gut funktionieren.“

Die Studie angeworben, eine Gruppe von 53 Personen mit unterschiedlichen Hautfarben zum test der sechs Geräte. Zu etablieren, die eine genaue baseline, jeder Teilnehmer trug ein Elektrokardiogramm (EKG) patch zu Messen, Ihre wahre Herzfrequenz während jeder Aktivität.

Fitness-Tracker derzeit Messen die Herzfrequenz mit einem Prozess namens Photoplethysmographie, oder PPG. Dies beinhaltet, scheint eine spezifische Wellenlänge von Licht, die in der Regel erscheint grün, von einem Puls-oximeter-sensor auf der Unterseite des Geräts, wo es berührt die Haut auf dem Handgelenk. Als das Licht durchstrahlt das Gewebe, das Pulsoximeter misst die Veränderungen in der Lichtabsorption und das Gerät verwendet dann diese Daten zu generieren, die eine Herzfrequenz-Messung.

„Die bisherige Forschung gezeigt, dass ungenaue PPG Herzfrequenz-Messung auftreten, bis zu 15 Prozent häufiger in dunkle Haut im Vergleich zu heller Haut“, sagt Dunn. „Das ist, weil dunklere Haut hat einen höheren melanin Inhalte und melanin absorbiert die Wellenlänge des Lichts, das von PPG verwendet.“

Als zweiten Schwerpunkt der Studie, Dunn und Ihr team gemessen, wie die Geräte, die während verschiedene Arten von Aktivitäten. „Es gibt Hinweise, dass Menschen, die arbeiten am Schreibtisch Tippen den ganzen Tag haben tendenziell schlechtere Messwerte als Menschen, die mehr stabil, Handgelenk-Bewegung,“ sagte Dunn. „Wir wussten, dass diese Geräte leiden unter Bewegungs-Artefakt-Probleme, aber es war nicht klar, in welchem Umfang.“

Dunn und Ihr Labor getestet, sowohl die Forschung-grade-und kommerzielle tragbare Geräte zu verfolgen, wie die unterschiedlichen Haut-Typen, user-Aktivität und-Geräte-Typ beeinflusst die Genauigkeit der Herzfrequenz-Messung. Sie getestet, kommerzielle Geräte, einschließlich der Apple Watch 4, Fitbit Charge 2, Garmin Vivosmart 3 und Xiaomi Midband, Forschung und Geräten einschließlich der Empatica E4 und die Biovotion.

In der ersten Runde des Experiments die Teilnehmer trugen die Empatica auf einem Handgelenk und die Apple Watch auf der anderen. Sie zuerst saß immer noch an measure baseline-Herzfrequenz für vier Minuten vor dem praktizieren rasante Tiefe Atmung für eine minute. Dann gingen Sie für fünf Minuten vor der Rückkehr in eine sitzende rest-station für zwei Minuten. Schließlich traten Sie auf eine Eingabe Aufgabe für eine minute. In der zweiten Runde, die Teilnehmer wiederholt diese Schritte, während das tragen der Fitbit, und in der Dritten Runde, Sie trug das Garmin, die Xiaomi-und der Biovotion.

„Obwohl wir nicht finden, die statistisch signifikante Unterschiede in den wearable-HR-Messung Genauigkeit über die Haut Tönen, ist es nicht ungültig Vergangenheit betrifft, mit der Technologie equity“, sagte student Brinnae Gebogen, der erste Autor auf dieser Studie. „Wearable device software wird Häufig aktualisiert, und es erscheint das Vorherige Anliegen angesprochen wurden, in der aktuellen software-Versionen.“

Obwohl die Herzfrequenz-Messungen waren genauer in Ruhe als während der Aktivität, jedes Gerät ist getestet, berichtete eine höhere Herzfrequenz als die EKG während körperlicher Aktivität über alle Hauttöne. Das team fand auch, dass die kommerziellen Geräte wurden genauer bei der Messung der Herzfrequenz über die Forschung Geräte. Die Aufrechterhaltung der sensor den Kontakt mit der Haut kann auch zur Verbesserung der Leistung von Geräten, wie kann der sensor wackeln Sie herum und fangen Artefakte wenn es zu Locker.

Insgesamt ist die Apple Watch gezeigt, die genauesten Messungen von allen getesteten Geräten, gefolgt von der Garmin.

„Wir fanden, dass es ein größerer Abfall in der Genauigkeit bei Aktivitäten beteiligt, dass die Handgelenk-Bewegung, die einführen könnte, Bewegungs-Artefakte, wie eingeben, und wir sahen einen Rückgang der Genauigkeit während Tiefe Atmung, die sich auf die Geräte sperren, auf zyklische Verhalten, wie atmen, anstatt die Herzfrequenz“, sagte Dunn. „Wir waren zunächst überrascht, dass die kommerziellen Geräte waren mehr genau, aber Sie haben auch große Benutzer-Basen, so dass Sie in der Lage sind verwenden eine Vielzahl von Daten zu bereinigen, Ihre Signale und verbessern Ihre algorithmen. Die Forschung wearables sind nur mit raw-Daten, die wichtig für Forscher und Kliniker bewusst sein.“

Die Studie weist den Weg für die Verbesserung von Geräten für die klinische Forschung nutzen, fügte Sie hinzu.

„Wir wollen diese Geräte zur Messung der digitalen Biomarker und vorherzusagen, Krankheitsverlauf, so dass, wenn es gibt Unterschiede darin, wie diese Geräte arbeiten, brauchen wir, um Sie zu identifizieren“, sagte Dunn.