Lichtsensoren, die zur Verfolgung der Herzfrequenz in tragbaren Geräten wie der Apple Watch Series 5 und der Fitbit Versa 2 verwendet werden, funktionieren laut einer neuen Modellierung bei dunklerer Haut oder Menschen mit Fettleibigkeit nicht so gut lernen.
Das ist ein Problem für Funktionen, die derzeit in Geräten integriert sind – aber es ist auch ein schlechtes Zeichen für Bemühungen, Lichtsensoren für neue Anwendungen in Wearables wie die Überwachung des Blutdrucks einzusetzen, sagt Studienautorin Jessica Ramella -Roman, ein außerordentlicher Professor, der Bioimaging-Sensoren an der Florida International University studiert.
„Die Architektur des Geräts muss sich ändern“, sagt sie.
Die Studie untersuchte das Photoplethysmographie (PPG)-Signal, eine Technik, die Änderungen in der Lichtreflexion nutzt, um den Blutfluss zu messen, auf drei tragbaren Geräten: der Apple Watch Series 5, Fitbit Versa 2 und Polar M600. Das Forschungsteam verwendete ein Modell, das simuliert, wie sich Licht durch Gewebe bewegt, um zu zeigen, wie sich die Sensoren an diesen Geräten bei unterschiedlichen Hauteigenschaften verhalten würden. Dunklere Haut hat mehr Melanin und absorbiert mehr Licht, während Haut von Menschen mit Fettleibigkeit tendenziell dicker ist, weniger Wasser enthält und weniger durchblutet ist als Haut von Menschen, die nicht fettleibig sind. Während sich frühere Forschungen zu Genauigkeit und Verzerrung bei Wearables auf den Hautton konzentrierten, sagt Ramella-Roman, dass viele Studien trotz dieser physiologischen Unterschiede nicht viele Menschen mit Fettleibigkeit eingeschlossen haben.
“ Deshalb halten wir es für notwendig, sich darauf zu konzentrieren“, sagt sie.
Das PPG-Signal änderte sich nicht sehr, wenn sich der Hautton änderte, fand das Modell der Forscher heraus: Es variierte zwischen den Geräten um weniger als 10 Prozent. Aber die Modellierung von Fettleibigkeit, sowohl allein als auch zusammen mit dem Hautton, verursachte eine bis zu 60-prozentige Variation des Signals. Der Signalverlust scheint auf die Veränderungen der Hautdicke bei Menschen mit Fettleibigkeit zurückzuführen zu sein, sagten die Autoren der Studie. Es gab Änderungen in der Spitze des PPG-Signals, das zur Berechnung der Herzfrequenz verwendet wird, dessen Signalstärke sich jedoch nicht basierend auf dem Herzfrequenzwert ändern sollte. Es gab auch Änderungen in der Form des Signals – das verschiedene Gruppen verwenden, um den Blutdruck zu verfolgen.
„Als wir den BMI-Wert und den Hautton erhöht haben, hat die Das Signal nahm ab, und dann verschwanden auch andere Merkmale“, sagt sie. Die Studie fand heraus, dass die Fitbit, die weniger Sensoren hatte, einen dramatischeren Signalverlust hatte als die Apple Watch.
Diese Studie modellierte nur, wie diese tragbaren Geräte Signale im Labor erkennen würden, betonte Ramella-Roman. Das Team muss die Geräte noch an echten Personen überprüfen, um die Ergebnisse zu bestätigen. Sie sind gerade dabei, diese Studie durchzuführen, und haben bisher etwa 100 Personen eingeschrieben, sagt sie.
Aber die Probleme, die durch Analysen wie diese aufgedeckt werden, erschweren Projekte, die Wearables verwenden wollen, um die kardiovaskuläre Gesundheit für unterversorgte Gruppen zu verfolgen, sagt Ramella-Roman. Die neue Studie zeigt, dass Forscher bei der Verwendung von PPG vorsichtig sein müssen, insbesondere bei Projekten, die darauf abzielen, die Geräte zur Überwachung von Menschen mit einem höheren Risiko für Herz-Kreislauf-Probleme zu verwenden – einschließlich Menschen mit Fettleibigkeit. „Der heilige Gral in diesem Zusammenhang ist der Blutdruck“, sagt sie. „Aber viele, viele Studien, die sich mit dem Blutdruck befassen, verwenden eine Kombination aus PPG und anderen Modalitäten.“
Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass andere Geräte, die Lichtsensoren und PPG verwenden, wie die Blutsauerstoffmessung in Krankenhäusern oder Arztpraxen, bei Menschen mit Fettleibigkeit möglicherweise nicht so gut funktionieren. Es gibt nur sehr wenige Studien, die die Geräte in diesen Gruppen bewerten.
Die gute Nachricht ist, dass es möglich sein sollte, Geräte anzupassen (z. B. durch Verschieben des Abstands der Sensoren), sodass sie bei Personen mit dunklerer Haut oder mit Fettleibigkeit genauer sind, ohne Kompromisse einzugehen Genauigkeit für andere Gruppen, sagt Ramella-Roman.
„Die Art und Weise, wie die Systeme ursprünglich entworfen wurden, hat diese Personen vielleicht nicht berücksichtigt, aber sie könnten definitiv Änderungen vornehmen“, sagt sie. “Ich sehe nichts, was das einschränken würde.”