Oszacowano, że 40 milionów ludzi w Stanach Zjednoczonych ma smartwatche lub fitness trackery, które mogą monitorować ich bicie serca. Jednak niektóre osoby kolorowe mogą być narażone na otrzymywanie niedokładnych odczytów.
Niemal wszyscy najwięksi producenci urządzeń do śledzenia tętna opierają się na technologii, która może być mniej wiarygodna dla konsumentów o ciemniejszej karnacji, według naukowców, inżynierów i innych ekspertów, którzy rozmawiali z STAT. Fitbit używa potencjalnie problematycznej technologii w każdym urządzeniu do pomiaru tętna, które oferuje, a także w wielu urządzeniach Garmin i Samsung. Inne popularne trackery, takie jak Apple Watch, używają jej również – ale jednocześnie śledzą tętno inną metodą.
Zjawisko to nie spotkało się z prawie żadnym zainteresowaniem mediów, nawet jeśli rynek smartwatchy i trackerów fitness wzrósł gwałtownie w ostatnich latach – i zarówno konsumenci, jak i naukowcy podnieśli szersze obawy o dokładność trackerów. W sieci pojawiło się wiele skarg od konsumentów, którzy sugerują, że urządzenia nie są w stanie odczytać ciemniejszej skóry. Ale firmy, które produkują urządzenia nie ujawniają faktu, że mogą one być mniej dokładne dla niektórych konsumentów.
reklama
Potencjalne niedokładności mają szerokie implikacje dla rosnącej liczby badań naukowych, które opierają się na tych urządzeniach – jak również dla rosnącej liczby osób, których pracodawcy oferują zachęty finansowe lub inne korzyści za korzystanie z Fitbits i innych trackerów.
Zaniepokojenie urządzeniami pojawia się również w szerszym kontekście tego, czy nowe technologie są tak obiektywne, jak się wydają – i czy ukryte uprzedzenia kształtują ich rozwój.
reklama
„To naprawdę chodzi o istniejące uprzedzenia w medycynie, które już mamy”, powiedziała Kadija Ferryman, antropolog kulturowy, który bada społeczne, kulturowe i etyczne implikacje technologii informacji zdrowotnej w Data & Society Research Institute. „Bez względu na to, jaka jest technologia, istnieją dowody na to, że … wstawianie kolejnego narzędzia, bez względu na to, jak bardzo jest ono zaawansowane, prawdopodobnie będzie kontynuowane i nadal będzie podtrzymywać istniejące uprzedzenia lub je zaostrzać.”
Niemal wszystkie urządzenia konsumenckie, które śledzą tętno, polegają na czujnikach optycznych, które stale monitorują objętość krwi. Pomiędzy kolejnymi uderzeniami serca, objętość krwi na nadgarstku jest mniejsza, a zatem więcej światła jest odbijane z powrotem do czujnika. Ale nie wszystkie urządzenia opierają się na tym samym rodzaju światła.
Fitbity, zegarki Samsung i kilka innych marek opierają się tylko na zielonych światłach. Światła te są prostsze i tańsze w użyciu niż światła podczerwone, które zasilają trackery tętna klasy szpitalnej – ale, ponieważ zielone światło ma krótszą długość fali, jest łatwiej absorbowane przez melaninę, naturalny pigment skóry, który jest bardziej rozpowszechniony u osób o ciemniejszej skórze.
W skrócie: Skóra z większą ilością melaniny blokuje zielone światło, co utrudnia uzyskanie dokładnego odczytu. Im ciemniejsza skóra, tym trudniej uzyskać dokładny odczyt.
„Widzieliśmy, że istnieją pewne różnice w dokładności między, na przykład, różnymi typami skóry i kolorami skóry”, powiedział Mikael Mattsson, starszy badacz w szwedzkim Karolinska Institutet i autor jednej z jedynych prac, które zbadały związek między dokładnością trackera tętna a rasą.
Przedstawiciele firmy Fitbit powiedzieli STAT, że zwiększyli prąd, który zasila zielone światło, starając się rozwiązać ten problem. Rzecznik powiedział również, że „Fitbit traktuje dokładność bardzo poważnie i nasz zespół stale wykonuje badania, aby rygorystycznie przetestować dokładność naszych produktów.” Apple, w międzyczasie, wyjaśnił, że podczas gdy jego urządzenia polegają na zielonym świetle dla ciągłego monitorowania, urządzenie również bierze odczyt z podczerwienią światła mniej więcej co pięć minut. Garmin i Samsung nie odpowiedziały na wielokrotne prośby o komentarz.
Badacze i naukowcy, którzy rozmawiali z STAT byli ostrożni, aby wskazać, że nie ma jasnych badań, które pokazują dokładnie, jak dokładne są konsumenckie trackery tętna dla ludzi o ciemniejszej skórze – kwestia ta prawie nie została zbadana, częściowo dlatego, że technologia zmienia się tak szybko. Ale podkreślili również, że wpływ melaniny na absorpcję zielonego światła jest dobrze udokumentowany – i że bez większej ilości badań lub bardziej publicznych informacji od producentów na temat dokładności, równie trudno jest udowodnić, że nie ma to wpływu.
Vernon Ross, 49, konsultant ds. podcastingu w St. Louis, używał swojego Fitbit Charge HR, aby pomóc monitorować tętno po tym, jak zdiagnozowano u niego łagodnie podwyższone ciśnienie krwi w 2017 r.
Ale wkrótce Ross, który jest czarny, zauważył, że tracker tętna nie był tak dokładny, jak się spodziewał. To będzie wahać się dużo, a jego śledzone tętno nie zawsze pasuje do odczytów, które wziąłby, gdy zmierzył staromodny sposób, kładąc palce na nadgarstku.
„W zależności od tego, co bym zrobił, moje tętno skoczyłoby daleko poza wykresami, a następnie spadłoby z powrotem w dół”, powiedział. „Tego typu rzeczy mogą powodować sporo stresu, jeśli myślisz, że masz, wiesz, możliwy incydent 'AFib'. … To może być niebezpieczna sytuacja.”
Ross, który napisał do Fitbit o problemie na jego stronie internetowej, powiedział, że słyszał podobne doświadczenia od przyjaciół i ma nadzieję, że w przyszłości firmy dostarczą dane, które wyraźnie pokażą, że technologia działa dla ludzi o każdym odcieniu skóry.
„To się wiąże z nieco głębszym problemem, kiedy zaczynasz mówić o tym, kto jest w pokoju, kiedy te urządzenia są testowane, kto jest w pokoju, kiedy te urządzenia są projektowane, i … czy firmy poświęcają czas, aby upewnić się, że cała populacja jest reprezentowana, kiedy rozwijają tę technologię”, powiedział Ross.
Efekt absorpcji jest dobrze udokumentowany w badaniach. Ale jest o wiele mniej badań na temat tego, jak i czy ten efekt wpłynął na dokładność urządzeń śledzących tętno konsumentów.
Jedno badanie, praca z 2017 roku opublikowana w Journal of Personalized Medicine, wyciągnęła stopy błędów dla wielu urządzeń, które były na rynku w tym czasie. Stwierdzono, że podczas gdy technologie były „w akceptowalnym zakresie błędów” w większości ustawień, błąd urządzenia był wyższy dla osób o ciemniejszym kolorze skóry. Poziomy błędu dla urządzeń Fitbit Surge, Samsung Gear i Basis Peak (v. 2) były statystycznie istotne. Te dla Apple Watch, Microsoft Band (v.1), Mio, i PulseOn nie były.
Mattsson, szwedzki badacz i autor na tym papierze, powiedział, że ich badanie upewnił się, aby rekrutować zróżnicowane ciało uczestników – co, jak powiedział, nie było podkreślone w „wielu walidacji z firm sami.”
Several badacze powiedział sposób Fitbit i Apple powiedział, że próbowali rozliczyć się z problemu może pomóc. Zwiększanie prądu zielonego światła, jak Fitbit powiedział, że zrobił, może pomóc. Tak może Apple algorytm, jeśli to zrównoważone różne odczyty między jego zielonych i podczerwonych czujników światła.
„Im ciemniejsza skóra, tym silniejszy prąd musi być dla Ciebie, aby uzyskać dobry odczyt,” Mattsson powiedział.
„Sygnał nie jest jedyną rzeczą, która ma znaczenie, algorytmy również mają znaczenie, więc jeśli masz algorytmy, które mogą uwzględnić te różnice, to nawet jeśli twój sygnał jest głośniejszy, nadal może być w porządku” – powiedziała Jessilyn Dunn, asystentka profesora inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Duke’a.
Ale Dunn i Massimiliano de Zambotti, badacz z SRI International, który prowadzi badania walidacyjne technologii ubieralnych w przestrzeni snu, podkreślili, że bez publicznych zestawów danych na temat wskaźników błędów lub publicznych informacji o algorytmach, trudno jest powiedzieć, czy wysiłki firm w pełni rozwiązują problem.
„Nie wiemy, ponieważ tempo rozwoju technologii jest niezwykle szybkie. Tempo badań oceniających tę technologię jest niezwykle powolne” – powiedział de Zambotti. „Musimy zrozumieć, czy możemy zaufać ich wynikom, czy nie.”
Istnieją dobre powody, aby używać zielonego światła. Większość nadgarstkowych urządzeń śledzących pracę serca używa zielonego światła, ponieważ jest ono lepsze niż światło podczerwone w sytuacjach, gdy użytkownik się porusza lub gdy istnieją inne źródła światła, które również mogą wpływać na czujnik, powiedzieli naukowcy STAT. Światło podczerwone jest jednak lepsze w przenikaniu głębiej w skórę, zwłaszcza gdy użytkownik jest nieruchomy – co czyni je atrakcyjnym w środowisku medycznym, powiedzieli. W oświadczeniu udzielonym STAT po opublikowaniu tego artykułu, dyrektor technologiczny Fitbit, Eric Friedman, przytoczył te same korzyści jako wyjaśnienie, dlaczego Fitbit wybrał „zielone światło o wystarczającej sile”, aby zapewnić „optymalną, najbardziej spójną wydajność dla użytkowników o wszystkich odcieniach skóry.”
Szybkie tempo postępu technologicznego sprawia, że trudno jest powiedzieć dokładnie, jaki kolor światła różni producenci używają w swoich najnowszych czujnikach tętna. Niewielu z nich upublicznia te informacje i nie zawsze jest to widoczne po spojrzeniu na urządzenie. Niektórzy nawet wykraczają poza optyczną detekcję; Apple Watch zawiera teraz elektryczny monitor EKG; raport właśnie w tym miesiącu zasugerował, że następny zegarek Samsunga też będzie.
Przedstawiciele Fitbit i Apple wyjaśnili swoją technologię dla STAT dla tego artykułu. Strona wsparcia na stronie internetowej firmy Garmin opisuje czujniki światła w swoich optycznych czujnikach tętna jako „zielone”. Strony internetowe przemysłu i filmy pokazują Samsunga Galaxy Watch używa zielonych świateł.
STAT rozmawiał również z dwoma dyrektorami, których firmy sprzedają trackery tętna, które używają wielu kolorów światła, aby rozwiązać niektóre z niedociągnięć zielonego światła, a obie zasugerowały, że większość popularnych trackerów polegała wyłącznie na technologii zielonego światła.
„Jeśli zrobisz skanowanie rynku do pomiaru tętna, większość urządzeń na rynku używa zielonego jako kluczowego składnika do pomiaru tętna”, powiedział Steven LeBoeuf, współzałożyciel i prezes Valencell, który rozwija czujniki biometryczne, w tym niektóre, które używają zarówno zielonego i bursztynowego światła. „Gdybyś miał zanurzyć rękę w losowym stosie czujników, zobaczyłbyś, że 9 razy na 10, będą miały zielone światło, a w prawdopodobnie większości przypadków, są tylko zielonym światłem.”
Sameer Sontakey, którego firma Biostrap rozwija trackery zdrowia, które używają czerwonego i podczerwonego światła do śledzenia tętna, wyjaśnił, że zielone światła są po prostu tańsze.
„To towar”, powiedział. „Łatwo jest kupić czujnik, który ma . Jest wiele osób, które z nim pracowały. Bariera wejścia jest naprawdę niska.”
„Wstawienie kolejnego narzędzia, bez względu na to, jak bardzo jest ono zaawansowane, prawdopodobnie będzie kontynuowało i nadal podtrzymywało istniejące uprzedzenia lub je zaostrzało.”
Kadija Ferryman, antropolog kulturowy w Data & Society Research Institute
Kwestie dokładności mogą również oznaczać, że coraz bardziej solidne pole badań nad tętnem nie odzwierciedla dokładnie informacji o tętnie dla niektórych osób. Chociaż liczne firmy wskazują na swoich stronach internetowych, że ich urządzenia nie są medycznie dokładne, Fitbity są obecnie używane w prawie 300 badaniach klinicznych. Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda również niedawno zakończyli szeroko nagłośnione badanie „Apple Heart Study” z udziałem ponad 400 000 uczestników, z którego wynika, że „technologia noszona na nadgarstku może bezpiecznie identyfikować nieregularności rytmu serca.”
Jednakże zdecydowana większość badań przeprowadzonych w celu sprawdzenia dokładności urządzeń noszonych na nadgarstku nie bierze pod uwagę koloru skóry podczas testowania swoich uczestników – fakt, który Benjamin Nelson, doktorant psychologii klinicznej na Uniwersytecie w Oregonie, uważa, że musi się zmienić, zanim technologia ta będzie mogła być wykorzystywana do celów medycznych.
„W przeszłości nauka nie rekrutowała tak zróżnicowanych uczestników, jak potencjalnie powinna, aby móc tworzyć uogólnione wyniki, które nie tylko będą uogólnione na osoby rasy białej kaukaskiej, ale również na osoby z różnych grup etnicznych i mniejszości rasowych” – powiedział Nelson.
„To naprawdę ważne dla przyszłych badań, aby naprawdę zbierać i kontrolować kolor skóry, ponieważ to zostało pokazane w kilku wstępnych badaniach, aby faktycznie wpłynąć na dokładność tych urządzeń,” kontynuował.
Nelson zauważył również, że większe rozmiary próbek w różnych grupach demograficznych „mogą być w stanie kontrolować różne indywidualne cechy, które pozwolą tym urządzeniom stać się bardziej dokładne w dłuższej perspektywie.”
Potencjalne nieścisłości mogą mieć jeszcze większy wpływ na ludzi koloru, których pracodawcy zachęcają pracowników do korzystania z trackerów fitness z dodatkowymi dniami urlopu, sprzętem, a nawet niższymi składkami na ubezpieczenie zdrowotne.
Już teraz, firmy o dużej renomie, takie jak IBM i Target, oferują trackery jako część programów wellness, a istnieją oznaki, że pracodawcy mogą zacząć robić programy wellness – z których wiele zawiera te trackery – obowiązkowe. W pewnym momencie, system szkolny Zachodniej Wirginii chciał wymagać od nauczycieli noszenia ich. Yale również zostało pozwane w tym miesiącu za program, który nałożyłby na każdego, kto nie uczestniczył w programie wellness karę w wysokości 25 dolarów miesięcznie.
21% dużych pracodawców, którzy oferują ubezpieczenie zdrowotne, już zbiera informacje z urządzeń noszonych przez swoich pracowników, wynika z badania Kaiser Family Foundation.Philip Gordon, prawnik z Denver w firmie prawniczej Littler Mendelson, który zajmuje się kwestiami prywatności w miejscu pracy, powiedział, że potencjalne problemy z dokładnością są kolejnym powodem, dla którego pracodawcy powinni zachować ostrożność przed wdrożeniem jakichkolwiek programów wellness.
„To dobry przykład potencjalnego ukrytego efektu ubocznego technologii”, powiedział. „Dlatego tak ważne jest, aby pracodawcy naprawdę rozumieli technologię i informacje, które generuje, zanim wprowadzą urządzenia wearables w miejscu pracy.”
Odkąd Ross porzucił Fitbita, zaczął używać zegarka Apple Watch do śledzenia tętna. Uważa, że jest ono dokładniejsze – ale nie jest przekonany, czy jest tak samo dobre, jak obliczanie pulsu za pomocą stopera.
„Używam go do monitorowania tętna … Ale sprawdzam też ręcznie moje tętno, aby upewnić się, że wiem dokładnie, jakie jest moje tętno” – powiedział. „To dobre narzędzie, ale nie jest to coś, na czym powinno się polegać.”
Badacze powtórzyli ten sam sentyment – że technologia jest przydatna, ale być może nie tak dobrze zbadana, jak powinna być.
„Te technologie są naprawdę używane, abyśmy mogli zbierać tętno w rzeczywistych środowiskach. Technologicznie, jest to jeden z niewielu sposobów, że możemy to zrobić w tej chwili,” powiedział Nelson, kandydat na doktora habilitowanego w Oregonie. „Więc podczas gdy istnieje wiele naprawdę ważnych ograniczeń, które powinny być przestrzegane przez naukowców, w tym rzeczy, takich jak odcień skóry, wskaźnik masy ciała i obwód nadgarstka, to jest rodzaj technologii, że mamy teraz.”
Ta historia została zaktualizowana po Apple wyjaśnił, że użył światła podczerwonego w swoich urządzeniach do okresowego monitorowania tętna, a nie do rozwiązania sposób melaniny w skórze pochłania zielone światło, a także w celu włączenia oświadczeń od urzędników Fitbit.