Verschillende 40 miljoen mensen in de Verenigde Staten hebben smartwatches of fitnesstrackers die hun hartslag kunnen meten. Maar sommige gekleurde mensen lopen het risico onnauwkeurige metingen te krijgen.
Bijna alle grootste fabrikanten van draagbare hartslagmeters vertrouwen op technologie die minder betrouwbaar zou kunnen zijn voor consumenten met een donkere huidskleur, volgens onderzoekers, ingenieurs en andere deskundigen die met STAT spraken. Fitbit gebruikt de potentieel problematische technologie in elke hartslagmeter die het aanbiedt, en het zit ook in veel Garmin en Samsung apparaten. Andere populaire trackers, zoals de Apple Watch, maken er ook gebruik van – maar houden tegelijkertijd de hartslag bij met een andere methode.
Het fenomeen heeft bijna geen media-aandacht gekregen, ook al is de markt voor smartwatches en fitnesstrackers de afgelopen jaren exponentieel gegroeid – en hebben zowel consumenten als wetenschappers hun zorgen geuit over de nauwkeurigheid van de trackers. Er zijn een aantal online klachten van consumenten die suggereren dat de apparaten geen metingen kunnen doen op donkere huid. Maar de bedrijven die de apparaten maken, maken niet bekend dat ze voor sommige consumenten minder nauwkeurig zouden kunnen zijn.
reclame
De mogelijke onnauwkeurigheden hebben brede implicaties voor het groeiende aantal wetenschappelijke onderzoeken dat op deze wearables is gebaseerd – en ook voor het toenemende aantal mensen wier werkgevers financiële prikkels of andere voordelen bieden voor het gebruik van Fitbits en andere trackers.
De bezorgdheid over de apparaten komt ook in een breder debat over de vraag of nieuwe technologieën wel zo objectief zijn als ze lijken – en of impliciete vooroordelen de ontwikkeling ervan bepalen.
reclame
“Het gaat echt om de bestaande vooroordelen in de geneeskunde die we al hebben,” zei Kadija Ferryman, een cultureel antropologe die de sociale, culturele en ethische implicaties van gezondheidsinformatietechnologieën bestudeert aan het Data & Society Research Institute. “Het maakt niet uit wat voor technologie het is, er is bewijs dat … het invoegen van een ander hulpmiddel, hoe geavanceerd het ook is, waarschijnlijk zal doorgaan en de bestaande vooroordelen in stand zal houden of ze zal verergeren.”
Bijna alle consumentenapparaten die de hartslag bijhouden, vertrouwen op optische sensoren die continu het volume van je bloed in de gaten houden. Tussen twee slagen in is er minder bloedvolume bij je pols, en dus meer licht dat wordt teruggekaatst naar de sensor. Maar niet alle apparaten werken met hetzelfde soort licht.
Fitbits, Samsung-horloges en diverse andere merken werken alleen met groene lampjes. Deze lampen zijn eenvoudiger en goedkoper in het gebruik dan de infrarode lampen die hartslagmeters van ziekenhuiskwaliteit aandrijven – maar omdat groen licht een kortere golflengte heeft, wordt het gemakkelijker geabsorbeerd door melanine, een natuurlijk huidpigment dat meer voorkomt bij mensen met een donkere huid.
Kortom: Huid met meer melanine blokkeert groen licht, waardoor het moeilijker is om een nauwkeurige meting te krijgen. Hoe donkerder je huid is, hoe moeilijker het wordt.
“We konden zien dat er enkele verschillen in nauwkeurigheid waren tussen, bijvoorbeeld, verschillende huidtypes en huidskleuren,” zei Mikael Mattsson, een senior onderzoeker aan het Zweedse Karolinska Institutet en een auteur van een van de enige papers die het verband tussen de nauwkeurigheid van hartslag trackers en ras onderzocht.
Woordvoerders van Fitbit vertelden STAT dat het de stroom die het groene licht voedt heeft opgevoerd in een poging om het probleem aan te pakken. Een woordvoerder zei ook “Fitbit neemt nauwkeurigheid zeer serieus en ons team voert voortdurend studies uit om de nauwkeurigheid van onze producten rigoureus te testen.” Apple, ondertussen, legde uit dat terwijl zijn apparaten vertrouwen op groen licht voor continue monitoring, het apparaat ook een meting doet met een infrarood licht ongeveer elke vijf minuten. Garmin en Samsung reageerden niet op herhaalde verzoeken om commentaar.
Onderzoekers en wetenschappers die met STAT spraken, waren voorzichtig om erop te wijzen dat er geen duidelijk onderzoek is dat precies laat zien hoe nauwkeurig consumentenhartslagtrackers zijn voor mensen met een donkere huid – de kwestie is nauwelijks bestudeerd, deels omdat de technologie zo snel verandert. Maar ze benadrukten ook dat het effect van melanine op de absorptie van groen licht goed gedocumenteerd is – en dat zonder meer onderzoek of meer openbare informatie van de fabrikanten over de nauwkeurigheid, het net zo moeilijk is om te bewijzen dat er geen effect is.
Vernon Ross, 49, een podcasting-consultant in St. Louis, gebruikte zijn Fitbit Charge HR om zijn hartslag in de gaten te houden nadat bij hem in 2017 een licht verhoogde bloeddruk was vastgesteld.
Maar al snel merkte Ross, die zwart is, dat de hartslagtracker niet zo nauwkeurig was als hij had verwacht. Het zou veel fluctueren, en zijn bijgehouden hartslag kwam niet altijd overeen met de metingen die hij zou doen wanneer hij op de ouderwetse manier zou meten, door zijn vingers op zijn pols te leggen.
“Afhankelijk van wat ik zou doen, zou mijn hartslag ver uit de grafieken springen en dan weer naar beneden vallen,” zei hij. “Dat soort dingen kunnen behoorlijk wat stress veroorzaken als je denkt dat je, je weet wel, een mogelijk ‘AFib’ incident hebt. … Dat kan een gevaarlijke situatie zijn.”
Ross, die Fitbit over de kwestie schreef op de website van Fitbit, zei dat hij soortgelijke ervaringen van vrienden heeft gehoord en hoopt dat bedrijven in de toekomst gegevens zullen verstrekken die duidelijk aantonen dat de technologie werkt voor mensen van elke huidskleur.
“Het gaat om een beetje een diepere kwestie, wanneer je begint te praten over wie er in de kamer is wanneer deze apparaten worden getest, wie er in de kamer is wanneer deze apparaten worden ontworpen, en … nemen de bedrijven de tijd om ervoor te zorgen dat de gehele bevolking is vertegenwoordigd wanneer ze deze technologie ontwikkelen,” zei Ross.
Het absorptie-effect is goed gedocumenteerd in onderzoek. Maar er is veel minder onderzoek over hoe en of dat effect de nauwkeurigheid van consumentenhartslagtrackers heeft beïnvloed.
Een enkele studie, een paper uit 2017 gepubliceerd in het Journal of Personalized Medicine, pluisde de foutenpercentages uit voor een groot aantal apparaten die op dat moment op de markt waren. Het vond dat terwijl de technologieën “binnen aanvaardbaar foutenbereik” waren in de meeste instellingen, apparaatfouten hoger waren voor mensen met een donkerdere huidskleur. De foutenpercentages voor Fitbit Surge, Samsung Gear, en Basis Peak (v. 2) apparaten waren statistisch significant. Die voor Apple Watch, Microsoft Band (v.1), Mio, en PulseOn waren dat niet.
Mattsson, de Zweedse onderzoeker en auteur van dat artikel, zei dat hun studie ervoor zorgde om een divers lichaam van deelnemers te werven – waarvan hij zei dat het niet werd benadrukt in “veel van de validaties van de bedrijven zelf.”
Verschillende onderzoekers zeiden dat de manier waarop Fitbit en Apple zeiden dat ze hadden geprobeerd om rekening te houden met het probleem zou kunnen helpen. Het opvoeren van de stroom van het groene licht, zoals Fitbit zei dat het heeft gedaan, zou kunnen helpen. Dat zou ook het algoritme van Apple kunnen doen, als het de verschillende lezingen tussen zijn groene en infrarode lichtsensoren in evenwicht zou brengen.
“Hoe donkerder de huid, hoe sterker de stroom moet zijn om een goede lezing te krijgen,” zei Mattsson.
“Het signaal is niet het enige dat telt, de algoritmen tellen ook mee, dus als je algoritmen hebt die rekening kunnen houden met die verschillen, dan kan je signaal, ook al is het ruisender, toch nog goed zijn,” zei Jessilyn Dunn, een assistent-professor biomedische techniek aan de Duke University.
Maar Dunn en Massimiliano de Zambotti, een onderzoeker bij SRI International die validatiestudies leidt van draagbare technologieën in de slaapruimte, benadrukten dat zonder openbare datasets over foutenpercentages of openbare informatie over de algoritmen, het moeilijk is om te zeggen of de inspanningen van de bedrijven het probleem volledig aanpakken.
“We weten het niet, omdat het tempo van de technologie extreem hoog is. Het tempo van het onderzoek dat deze technologie evalueert is extreem traag,” zei de Zambotti. “We moeten begrijpen of we hun resultaat kunnen vertrouwen of niet.”
Er zijn goede redenen om groen licht te gebruiken. De meeste polsgebaseerde harttrackers gebruiken groen licht omdat het beter is dan infrarood licht in situaties waarin de gebruiker beweegt, of waar er andere lichtbronnen zijn die ook de sensor zouden kunnen beïnvloeden, vertelden de wetenschappers STAT. Infrarood licht is echter beter in het dieper doordringen in de huid, vooral wanneer de gebruiker stilstaat – wat het aantrekkelijk maakt in medische omgevingen, zeiden ze. In een verklaring gedeeld met STAT nadat dit artikel was gepubliceerd, noemde Fitbit’s chief technology officer, Eric Friedman, dezelfde voordelen als een verklaring voor waarom Fitbit ervoor koos om “groen licht op voldoende sterkte” te gebruiken om “de optimale, meest consistente prestaties voor gebruikers van alle huidtinten te leveren.”
Het snelle tempo van de technologische vooruitgang maakt het moeilijk om precies te vertellen welke kleur licht verschillende fabrikanten gebruiken in hun nieuwste hartslag trackers. Slechts weinigen maken deze informatie openbaar, en het is niet altijd duidelijk als je naar het apparaat kijkt. Sommige gaan zelfs verder dan optische sensing; Apple Watch bevat nu een elektrische ECG-monitor; een rapport deze maand suggereerde dat het volgende Samsung-horloge dat ook zal doen.
Vertegenwoordigers van Fitbit en Apple legden hun technologie uit aan STAT voor dit artikel. Een ondersteuningspagina op de website van Garmin beschrijft de lichtsensoren in zijn optische hartslagmeters als “groen”. Industrie websites en video’s laten zien dat Samsung’s Galaxy Watch groene lichten gebruikt.
STAT sprak ook met twee executives wiens bedrijven hartslag trackers verkopen die meerdere kleuren licht gebruiken om enkele van de tekortkomingen van groen licht te adresseren, en beiden suggereerden dat de meeste van de populaire trackers uitsluitend op groen licht technologie vertrouwden.
“Als je een scan doet van de markt voor het meten van hartslag, gebruiken de meeste apparaten op de markt groen als een sleutelcomponent voor het meten van hartslag,” zei Steven LeBoeuf, de medeoprichter en president van Valencell, die biometrische sensoren ontwikkelt, waaronder sommige die zowel groen als amberkleurig licht gebruiken. “Als je je hand in een willekeurige stapel sensoren zou dopen, zou je zien dat ze 9 van de 10 keer groen licht hebben, en in waarschijnlijk de meeste gevallen zijn ze alleen groen licht.”
Sameer Sontakey, wiens bedrijf Biostrap gezondheidstrackers ontwikkelt die rood en infrarood licht gebruiken om de hartslag te volgen, legde uit dat groene lichten gewoon goedkoper zijn.
“Het is een commodity,” zei hij. “Het is gemakkelijk om een sensor te kopen die . Er zijn een heleboel mensen die ermee hebben gewerkt. De toetredingsdrempel is echt laag.”
“Als je er nog een hulpmiddel bij doet, hoe geavanceerd het ook is, zal dat waarschijnlijk de bestaande vooroordelen in stand houden of verergeren.”
Kadija Ferryman, cultureel antropologe aan het Data & Society Research Institute
Nauwkeurigheidsproblemen zouden ook kunnen betekenen dat een steeds robuuster veld van onderzoek naar hartslaginformatie de hartslaginformatie voor bepaalde individuen niet nauwkeurig weergeeft. Hoewel veel bedrijven op hun websites aangeven dat hun apparaten medisch gezien niet nauwkeurig zijn, worden Fitbits momenteel in bijna 300 klinische onderzoeken gebruikt. Onderzoekers van Stanford University hebben onlangs ook de wijd en zijd gepubliceerde “Apple Heart Study” met meer dan 400.000 deelnemers afgerond, waaruit zij meldden dat “draagbare technologie veilig onregelmatigheden in de hartslag kan identificeren.”
Het overgrote deel van de studies die zijn uitgevoerd naar de nauwkeurigheid van draagbare apparaten die om de pols worden gedragen, houden echter geen rekening met de huidskleur wanneer zij hun proefpersonen testen – een feit dat Benjamin Nelson, een promovendus in de klinische psychologie aan de Universiteit van Oregon, vindt dat moet veranderen voordat deze technologie voor medische doeleinden kan worden gebruikt.
“In het verleden heeft de wetenschap niet zo veel verschillende deelnemers gerekruteerd als ze in potentie zou moeten doen, om generaliseerbare resultaten te kunnen creëren die niet alleen generaliseerbaar zijn naar blanke Kaukasische individuen, maar ook generaliseerbaar zijn naar mensen van verschillende etnische en raciale minderheidsgroepen,” zei Nelson.
“Het is echt belangrijk voor toekomstig onderzoek om echt huidskleur te verzamelen en vervolgens te controleren, omdat dat in een paar voorlopige studies is aangetoond dat het daadwerkelijk de nauwkeurigheid van deze apparaten beïnvloedt,” vervolgde hij.
Nelson merkte ook op dat grotere steekproefgroottes over verschillende verschillende demografische groepen “in staat kunnen zijn om te controleren voor verschillende individuele kenmerken waardoor deze apparaten op de lange termijn nauwkeuriger kunnen worden.”
De mogelijke onnauwkeurigheden zouden een nog grotere impact kunnen hebben op gekleurde mensen van wie de werkgevers het gebruik van fitnesstrackers door werknemers stimuleren met extra vakantiedagen, uitrusting, of zelfs lagere ziektekostenverzekeringspremies.
Overigens bieden grote bedrijven als IBM en Target al trackers aan als onderdeel van wellnessprogramma’s, en er zijn tekenen dat werkgevers wellnessprogramma’s – waarvan er veel deze trackers bevatten – verplicht beginnen te maken. Op een gegeven moment wilde het schoolsysteem van West Virginia leraren verplichten om ze te dragen. Ook Yale werd deze maand nog aangeklaagd over een programma dat iedereen die niet deelnam aan het welzijnsprogramma voor werknemers een boete van 25 dollar per maand zou hebben opgelegd.
Eénentwintig procent van de grote werkgevers die ziektekostenverzekeringen aanbieden, verzamelt al informatie van de wearable devices van hun werknemers, zo bleek uit een onderzoek van de Kaiser Family Foundation.
Philip Gordon, een in Denver gevestigde advocaat bij het advocatenkantoor Littler Mendelson die zich richt op privacykwesties op de werkplek, zei dat de potentiële nauwkeurigheidsproblemen nog een reden waren dat werkgevers voorzichtig moeten zijn voordat ze grote wellness-programma’s implementeren.
“Het is een goed voorbeeld van een potentieel verborgen neveneffect van technologie,” zei hij. “En daarom is het zo belangrijk voor werkgevers om technologie en de informatie die het genereert echt te begrijpen voordat ze wearables uitrollen op de werkplek.”
Sinds hij zijn Fitbit achter zich heeft gelaten, is Ross overgestapt op het gebruik van een Apple Watch om zijn hartslag bij te houden. Hij denkt dat het nauwkeuriger is – maar hij is niet verkocht aan de vraag of een van beide zo goed is als het gewoon berekenen van zijn hartslag met een timer.
“Ik gebruik het inderdaad om de hartslag te monitoren … Maar ik controleer mijn hartslag ook handmatig om ervoor te zorgen dat ik precies weet wat mijn hartslag is,” zei hij. “Het is een goed hulpmiddel, maar niet iets waar je van afhankelijk moet zijn.”
Onderzoekers zeggen hetzelfde – dat de technologie nuttig is, maar misschien niet zo goed bestudeerd als het zou moeten zijn.
“Deze technologieën worden echt gebruikt zodat we de hartslag in de echte wereld kunnen verzamelen. Technologisch gezien is het een van de weinige manieren waarop we dat op dit moment kunnen doen,” zei Nelson, de postdoctorale kandidaat in Oregon. “Dus hoewel er een aantal echt belangrijke beperkingen zijn waar wetenschappers aandacht aan moeten besteden, waaronder dingen als huidskleur, body mass index en polsomtrek, is het een beetje de technologie die we nu hebben.”
Dit verhaal is bijgewerkt nadat Apple heeft verduidelijkt dat het infrarood licht gebruikt in zijn apparaten voor periodieke hartslagmeting, niet om de manier aan te pakken waarop melanine in de huid groen licht absorbeert, en om verklaringen van Fitbit-functionarissen op te nemen.