Een applicatie voor het koppelen met draagbare apparaten om de persoonlijke gezondheidsstatus te controleren

Real-time gegevensverzameling
In het dagelijks leven profiteren mensen op vele manieren van de fysieke omgeving. Positieve uitkomsten, zoals psychologisch¹ en hartslagherstel², zijn bijvoorbeeld op grote schaal gevonden. Daarnaast zijn de relaties tussen omgevingsfactoren, zoals temperatuur en vochtigheid, en geestelijke gezondheid besproken ^3,4. Studies hebben ook de verbanden onderzocht tussen fysiologische en psychologische reacties, zoals hartslag en stress 5,6,7,8. Een breed scala aan bewijs voor psychologische en fysiologische voordelen van blootstelling aan de natuur is gevonden in goed gecontroleerde laboratoriumstudies ^9,10, die mogelijk niet de verschillende invloedrijke factoren in het veld vertegenwoordigden. Om de relaties tussen real-time menselijke reacties te meten, worden studies ter plaatse daarom als beter beschouwd om de real-life scenario-ervaring en reacties op de omgevingen weer te geven dan laboratoriumsimulaties¹¹. Bovendien kunnen menselijke reacties op omgevingen afhankelijk zijn van context¹². Gezien het belang van het begrijpen van de relatie tussen de psychologische en fysiologische gezondheid van mensen en de kwaliteit van het milieu, is een real-time self-tracking meting die verschillende informatiemaatregelen kan verzamelen dringend nodig.

Ecologische kortstondige beoordelingen (EMA’s) of ervaringsbemonsteringsmethoden (EMM’s) kunnen oplossingen zijn voor studies ter plaatse^13,14. EMA’s en ECM’s zijn bedoeld om de kortstondige reacties van mensen ter plaatse te beoordelen in real-life scenario’s¹⁵. Door zelfvolgende technieken toe te passen, kunnen de reacties, reacties en ervaringen ter plaatse vers worden gemeten¹⁴. Deelnemers worden via signalen, zoals sms of kennisgevingen, op de hoogte gebracht om beoordelingen uit te voeren in zogenaamde signaalafhankelijke bemonsteringsschema’s¹⁵. De term “EMA” wordt voornamelijk gebruikt in gezondheidsgerelateerde studies¹³, terwijl “ESM” meestal wordt gebruikt in vrijetijds- en openluchtrecreatiestudies¹⁶. Niettemin zijn de termen af en toe door elkaar gebruikt¹².

De mogelijkheid om EMA’s toe te passen op milieuonderzoeksstudies werd besproken door Beute et ^al.12, die erop wezen dat ze een grotere verscheidenheid aan omgevingen mogelijk zouden maken om te worden aangepakt dan alleen “natuurlijk” of “stedelijk”. Door bijvoorbeeld ambulante metingen toe te passen (zoals via GPS-locatietracking), kunnen fysiologische reacties tijdens een wandeling worden gekoppeld aan realtime locatiegegevenssets, waardoor een rijkere ruimtelijke resolutie van omgevingstypen en omgevingskenmerken^{wordt geboden 7}. Bovendien zorgt de real-time gegevensverzameling die door EMA’s wordt toegestaan voor een hoge ecologische validiteit, waardoor een complementair gezichtspunt uit laboratoriumstudies wordt geboden.

Meer en meer on-site empirische studies hebben draagbare apparaten en smartphones gebruikt om de persoonlijke gezondheidsstatus in het dagelijks leven en onderzoeksdoeleinden te volgen 17,18,19,20. Het gebruik van beide apparaten kan meer voordelen bieden dan het gebruik van alleen een smartphone¹². Ten eerste was de toegangstijd met smartwatches korter dan die met telefoons²¹, wat een verminderde onderbrekingslast kan veroorzaken. Ten tweede bieden horloges een grotere lichaamsafsluiting dan smartphones²², en telefoons kunnen worden gebruikt als kortstondige databases om gegevens op te slaan en te uploaden. Ten derde bieden smartwatches tegenwoordig meerdere sensoren voor verschillende parameters, zoals hartslagvariabiliteit, elektrocardiogrammen (ECG) en bloeddruk 23,24,25,26,27. Het individu en de algemene aspecten van menselijke reacties kunnen bepaalde activiteiten afleiden¹². Ten slotte worden smartphones meestal in de zak gedragen voor smartphone-gebaseerde studies, en als het gaat om de vragenlijsten, moet er extra werk worden gedaan in vergelijking met het hoesje met smartwatches.

Er zijn echter maar weinig studies die de relaties tussen psychologische en fysiologische uitkomsten en omgevingsinformatie hebben onderzocht. Daarom toont deze studie het gebruik van een niet-commerciële zelfontwikkelde app, de HealthCloud, op draagbare apparaten, zoals smartwatches en smartphones, om realtime psychologische, fysiologische en omgevingsinformatie te verzamelen.

De zelf ontwikkelde app en draagbare apparaten
De app voor gebruik op draagbare apparaten is ontwikkeld door het Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU), om meer toegankelijke en flexibelere manieren te bieden om menselijke reacties en milieugegevens te volgen, waardoor onderzoekers de relaties tussen menselijke gezondheid en milieu-informatie verder kunnen analyseren (figuur 1).

De app, gebaseerd op iOS, biedt meerdere taken en passieve functies voor het verzamelen van gegevens. De app verzamelt zelfgerapporteerde gegevens op de smartwatch, zoals items op psychologische schaal gemeten via Pop Quiz-vragen waarop gebruikers hun antwoorden van één tot vijf sterren kunnen beoordelen voor een snelle en eenvoudige beoordeling. Dit type vraaginterventie kan worden beschouwd als een type Micro interaction-EMA (μEMA) – een in situ methode voor het verzamelen van gegevens die minder aandacht vereist en een hoger responspercentage heeft dan smartwatch-EMA²⁸. Sensorgemonitorde fysiologische responsgegevens, waaronder hartslag, hartslagvariabiliteit en bloedzuurstofverzadigingsniveau, kunnen worden gemeten met behulp van de functies van iOS. De hartslag wordt gemeten via de optische hartsensor van de smartwatch met behulp van een techniek die fotoplethysmografie²⁹ wordt genoemd. De app detecteert de hoeveelheid bloedstroom met behulp van groene LED-lampjes met lichtgevoelige fotodiodes en ook de hartslagen per minuut worden berekend. De hartslagvariabiliteit (HRV) en de bloedzuurstofconcentratie (SpO2) kunnen worden gedetecteerd met behulp van apps. Voor de smartphone worden de taken, zoals de Stroop-test (figuur 2B) en de taak Image Capture (figuur 2C) en de taak Omgevingsgeluid (figuur 2D), de gegevens over de omgevingsomstandigheden, inclusief relatieve vochtigheid, weer en hoogte, passief verzameld uit verschillende Application Programming Interfaces.

Figuur 1: Overzicht van de app. De functies van de app op de smartwatch, smartphone en database. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: De app-taken. Voorbeelden van de taken die op de app gebruikt kunnen worden: van links naar rechts is er (A) De Pop-up vraag. (B) De Stroop-test. (C) De taak voor het vastleggen van afbeeldingen. (D) De taak Omgevingsgeluid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Alle gegevens worden geüpload naar de backend-website (toegang tot coöperatieve onderzoekers, zie Materiaaltabel). De website biedt verschillende primaire functies: een kaartweergave die de huidige locaties en hartslag van gebruikers toont (figuur 3), een gegevensblad voor het bladeren en extraheren van gegevens (figuur 4) en taakconfiguraties voor het wijzigen van de frequentie, prioriteit en inhoud van de taken (figuur 5). Met zo’n grote flexibiliteit en een breed scala aan metingen kunnen onderzoekers eenvoudig de eerder genoemde taakfuncties selecteren op basis van de onderzoeksdoelstellingen. Daarnaast kan de app zowel gebruikers als onderzoekers ten goede komen. De app biedt hun gezondheidsrapporten en GPS-locatietrajecten (figuur 6) op basis van de vragen die ze hebben beantwoord en hun gekozen routes. Zo kunnen ze snel een idee krijgen van hun gezondheidstoestand op de dag en hun gezondheidsgegevens blijven volgen.

Figuur 3: De kaart die wordt weergegeven in de app-database. De kaartweergave van de app-database biedt actuele informatie, waaronder locaties en hartslag, aan de onderzoekers. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 4: Gegevensblad in de app-database. Het gegevensrapport van de weergavekaart in de app-database, waarin gegevens kunnen worden geëxporteerd door de tijd-, veld- of tester-ID te filteren. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Afbeelding 5: De taakconfiguratie in de app-database. De taakprioriteiten, tijdsintervallen, taal en inhoud van de vragenlijsten kunnen worden gewijzigd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Het gezondheidsrapport voor de app-gebruikers. Na het gebruik van de app kan de gebruiker een reeks individuele resultaten ontvangen die automatisch worden gegenereerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Representatieve studie
Om de integratie van verschillende dimensies van gegevensverzameling met behulp van de app op smartphones en smartwatches te demonstreren, werd in 2020 een in situ studie uitgevoerd op de campus van de National Taiwan University in Taipei City, Taiwan. Deelnemers voor de studie werden 1 week voor het experiment gerekruteerd op de fanpagina van sociale media van de National Taiwan University via een online formulier. Het formulier omvatte het onderzoeksdoel, het proces, de locatie, de deelnamevoorwaarden, een schematisch diagram van het te dragen onderzoeksapparaat en een ruimte voor lezers om hun bereidheid om deel te nemen aan te geven en het tijdstip waarop ze dit konden doen. Na voltooiing werden de deelnemers 2 dagen voor het schema per e-mail op de hoogte gebracht van de exacte tijd en locatie van hun experiment. Omdat het onderzoek psychologische veranderingen, fysiologie, fysieke activiteit (wandelen) en geluids- en kleurperceptie onderzoekt, voldeden de deelnemers aan de volgende voorwaarden: (1) tussen 20-36 jaar oud, (2) goede fysieke en mentale gezondheid, (3) niet regelmatig gebruik maken van geneesmiddelen die het centrale zenuwstelsel beïnvloeden, (4) niet zwanger zijn of borstvoeding geven, (5) geen geschiedenis van hart- en vaatziekten hebben, (6) kan meer dan 30 minuten te voet lopen, (7) een kleur kunnen identificeren.

Op de dag van het experiment kregen de deelnemers één set smartphones en smartwatches en een routekaart. Onderzoekers presenteerden een uniforme uitleg aan de deelnemers van het doel van het onderzoek, het onderzoeksproces, de draagbare apparaten en de zaken die aandacht nodig hebben in het onderzoeksproces. Tijdens de wandeling werden psychologische reacties elke 5 minuten beoordeeld met behulp van een Pop Quiz-taak en fysiologische reacties, zoals hartslag, werden elke minuut gemeten door sensoren in de smartwatch. Na het experiment werden de deelnemers gecompenseerd met een 200 NTD-equivalente cadeaubon (~ 7 USD).

Voor de psychologische meting hield deze studie rekening met landschapsvoorkeuren en twee aspecten van de Perceived Restorative Scale Short Version³⁰, namelijk ‘weg zijn’ en ‘fascinatie’. Deze aspecten werden gemeten door deelnemers te vragen de uitspraken te beoordelen “Dit is een plek die weg is van de dagelijkse eisen en waar ik zou kunnen ontspannen en nadenken over wat me interesseert.” en “Die plek is fascinerend; het is groot genoeg voor mij om dingen te ontdekken en er nieuwsgierig naar te zijn.” op een vijfpunts Likert-schaal van (1) “sterk oneens” tot (5) “sterk mee eens” om individuele percepties van de herstellende factoren van de omgeving te meten op basis van aandachtshersteltheorie³¹. Landschapsvoorkeur werd beoordeeld met behulp van een vijfpunts Likert-schaal met de enkele vraag: “Hoeveel vind je de instelling leuk, om welke reden dan ook?” van (1) “heel weinig” tot (5) “heel erg.” De vragenlijst werd verzonden met behulp van de taak “Pop Quiz” met een tijdsinterval van 5 minuten, wat betekent dat deelnemers de vragenlijst elke 5 minuten ontvingen.

Voor fysiologische metingen werd de hartslag (HR) tijdens het lopen gebruikt om de fysiologische resultaten van de deelnemers weer te geven met een tijdsinterval van 1 minuut. Omgevingsinformatie, waaronder GPS-gegevens (lengte- en breedtegraad), temperatuur, relatieve vochtigheid, windsnelheid en windgraad, werd verzameld via de smartphone.