Lyssensorer, der bruges til at spore puls i bærbare enheder som Apple Watch Series 5 og Fitbit Versa 2, virker ikke så godt på mørkere hud eller personer med fedme, ifølge modellering udført i en ny undersøgelse.
Det er et problem for funktioner, der i øjeblikket er indbygget i enheder – men det er også et dårligt tegn for bestræbelser på at bruge lyssensorer til nye applikationer i wearables, som overvågning af blodtryk, siger studieforfatter Jessica Ramella -Roman, en lektor, der studerer biobilledsensorer ved Florida International University.
“Enhedens arkitektur skal ændres,” siger hun.
Undersøgelsen så på fotoplethysmografi-signalet (PPG), en teknik, der bruger ændringer i, hvordan lys reflekteres til at måle blodgennemstrømningen, på tre bærbare enheder: Apple Watch Series 5, Fitbit Versa 2 og Polar M600. Forskerholdet brugte en model, der simulerer, hvordan lys bevæger sig gennem væv for at vise, hvordan sensorerne på disse enheder ville opføre sig med forskellige hudegenskaber. Mørkere hud har højere melanin og absorberer mere lys, mens hud fra personer med fedme har tendens til at være tykkere, have mindre vand og have mindre blodgennemstrømning end hud fra personer, der ikke er overvægtige. Mens tidligere forskning om nøjagtighed og bias i wearables har fokuseret på hudfarve, siger Ramella-Roman, at mange undersøgelser ikke har inkluderet mange mennesker med fedme på trods af disse fysiologiske forskelle.
“ Derfor synes vi, det er nødvendigt at fokusere der,” siger hun.
PPG-signalet ændrede sig ikke meget, da hudtonen ændrede sig, fandt forskernes model: det varierede mindre end 10 procent på tværs af enhederne. Men modellering af fedme, både alene og sammen med hudfarve, forårsagede op til 60 procent variation i signalet. Signaltab så ud til at være på grund af ændringerne i hudtykkelse hos personer med fedme, sagde forfatterne i undersøgelsen. Der var ændringer i toppen af PPG-signalet, som bruges til at beregne puls, men hvis signalstyrke ikke bør ændre sig baseret på pulsværdien. Der var også ændringer i formen af signalet – som forskellige grupper bruger som en måde at spore blodtrykket på.
“Da vi øgede BMI-niveauet og øgede hudtonen, signalet faldt, og så begyndte andre funktioner også at forsvinde,” siger hun. Fitbit, som havde færre sensorer, havde et mere dramatisk signaltab end Apple Watch, viste undersøgelsen.
Denne undersøgelse modellerede kun, hvordan disse bærbare enheder ville opdage signaler i laboratoriet, understregede Ramella-Roman. Holdet skal stadig tjekke enhederne på faktiske personer for at bekræfte resultaterne. De er i gang med det studie nu og har indtil videre tilmeldt omkring 100 personer, siger hun.
Men problemerne afsløret af analyser som denne komplicerer projekter, der søger at bruge wearables til at spore kardiovaskulær sundhed for undertjente grupper, siger Ramella-Roman. Den nye undersøgelse indikerer, at forskere skal være forsigtige med at bruge PPG, især til projekter, der sigter mod at bruge enhederne til at hjælpe med at overvåge mennesker med højere risiko for kardiovaskulære problemer – som inkluderer mennesker med fedme. “Den hellige gral i denne sammenhæng er at se på blodtrykket,” siger hun. “Men mange, mange undersøgelser, der ser på blodtryk, bruger en kombination af PPG og andre modaliteter.”
Resultaterne tyder også på, at andre enheder, der bruger lyssensorer og PPG, som f.eks. iltmålinger i blodet på hospitaler eller lægekontorer, muligvis ikke fungerer så godt for personer med fedme. Der er meget få undersøgelser, der evaluerer enhederne i disse grupper.
Den gode nyhed er, at det burde være muligt at justere enheder (som ved at flytte rundt på sensorernes afstand), så de er mere nøjagtige på mennesker med mørkere hud eller med fedme uden at gå på kompromis nøjagtighed for andre grupper, siger Ramella-Roman.
“Den måde, systemerne oprindeligt blev designet på, tog måske ikke højde for disse personer, men de kunne helt sikkert foretage ændringer,” siger hun. “Jeg kan ikke se noget, der kan begrænse det.”