Fitnessinformationen von tragbaren Geräten können Aufschluss darüber geben, wann der Körper eine Infektion bekämpft. Nico De Pasquale Fotografie / Stein über Getty Images

Die Schwierigkeit, die viele Menschen haben, auf SARS-CoV-2 getestet zu werden, und Verzögerungen beim Erhalt der Testergebnisse machen eine frühzeitige Warnung vor möglichen COVID-19-Infektionen umso wichtiger Daten von tragbaren Gesundheits- und Fitnessgeräten sind vielversprechend zur Identifizierung, wer möglicherweise COVID-19 hat.

Das heutige tragbare Gerät sammelt Daten über körperliche Aktivität, Herzfrequenz, Körpertemperatur und Schlafqualität. Diese Daten werden normalerweise verwendet, um Menschen dabei zu helfen, das allgemeine Wohlbefinden zu verfolgen. Smartwatches sind die häufigste Art von Wearable. Es gibt auch intelligente Armbänder, Fingerringe und Ohrhörer. Intelligente Kleidung, Schuhe und Brillen können auch als „Wearables“ betrachtet werden. Beliebte Marken sind Fitbits, Apple Watches und Garmin Uhren.

Mehrere Studien sind Testalgorithmen zur Verbesserung der Gesundheitsgerechtigkeit Daten bewerten von tragbaren Geräten zur Erkennung von COVID-19. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass das Konzept solide ist. Wearables können jedoch teuer und manchmal schwierig zu verwenden sein. Die Lösung dieser Probleme ist wichtig, damit möglichst viele Menschen davon profitieren können.

Grippeähnliche Krankheit erkennen

Da Wearables ein hervorragendes Instrument zur Überwachung des allgemeinen Gesundheitszustands sind, begannen die Forscher, Möglichkeiten zu untersuchen, wie sie vor der COVID-19-Pandemie zur Erkennung von Krankheiten eingesetzt werden können. Zum Beispiel verwendeten Forscher Fitbit-Daten Menschen zu identifizieren, die eine grippeähnliche Krankheit haben könnten von ihrer Ruheherzfrequenz und ihren täglichen Aktivitätsmustern. Eine erhöhte Ruheherzfrequenz kann mit einer Infektion zusammenhängen.

Fitness Tracker Auf diese Weise überwacht Fitbit Herzfrequenz, Aktivität und Schlafqualität. Eine erhöhte Ruheherzfrequenz ist ein Zeichen einer Infektion. Krystal Peterson / Flickr

Die meisten Fitbit-Modelle messen und zeichnen die Herzfrequenz auf, sodass mit den Geräten Perioden mit erhöhter Ruheherzfrequenz erkannt werden können. Sie messen und zeichnen auch Aktivitäten auf, sodass sie reduzierte tägliche Aktivitäten identifizieren können. Durch die Kombination dieser beiden Maßnahmen konnten die Forscher besser vorhersagen, wer eine grippeähnliche Krankheit hatte.

Anhand dieser Datenmaße kann nicht festgestellt werden, ob ein Smart-Device-Träger eine bestimmte Krankheit hat. Eine plötzliche Änderung dieser Bedingungen kann jedoch dazu führen, dass sich Menschen isolieren und diagnostische Tests erhalten, die die Ausbreitung übertragbarer Krankheiten wie COVID-19 verringern können.

Körpertemperatur

Fieber und anhaltender Husten sind die häufigste Symptome von COVID-19. Dies hat zu einer weit verbreiteten Abschirmung mit Thermometern geführt, am häufigsten mit kontaktlosen Infrarot-Thermometern.

Trotz der Allgegenwart von Thermometern sind Temperatursensoren in Wearables ungewöhnlich. Dies ist teilweise auf zurückzuführen wie kompliziert es ist um die wahre Körpertemperatur aus hautbasierten Messungen zu erhalten. Die Hauttemperatur variiert je nach Umgebungsbedingungen und Stresslevel, die Schweißverdunstung kann die Hauttemperatur senken und Temperatursensoren haben manchmal einen nicht idealen Kontakt mit der Haut.

Es gibt tragbare Temperaturfelder, die mit intelligenten Geräten kommunizieren und die Temperatur kontinuierlich aufzeichnen. Die Körpertemperatur ist jedoch nicht zu 100% ein Hinweis auf eine Krankheit, und es ist unmöglich, eine bestimmte Infektion wie COVID-19 allein anhand der Körpertemperatur zu diagnostizieren. Ein Fieberalarm kann jedoch zu einer früheren Intervention führen.

Schweiß und Tränen

Die Forschung im Bereich der Sensortechnologie erweitert weiterhin die Möglichkeiten für Wearables als Geräte zur Überwachung und Diagnose des Gesundheitszustands. Der COVID-19-Ausbruch wird wahrscheinlich die Richtung dieser Forschung beeinflussen und beschleunigen.

Die Rückseite davon Garmin Smartwatch zeigt die Sensoren, die mit Licht Blutgefäße beleuchten, um die Herzfrequenz zu messen. Tina Arnold / Flickr

Ein Ansatz besteht darin, Sensoren zu erstellen, die Verbindungen im Schweiß erkennen von der Haut. Diese Verbindungen können viele Informationen über die Gesundheit einer Person liefern. pH-Wert, Natriumionen, Glukose- und Alkoholgehalt sind nur einige der Dinge, die neu auftretende Schweißsensoren erkennen können. Tränen enthalten auch Verbindungen aus dem Körper, daher untersuchen Forscher dies chemische Erfassung mit Kontaktlinsen und intelligenten Linsen.

Es kann auch die Schweißrate gemessen werden, die als Temperaturindikator verwendet werden kann. Daher werden diese Sensoren auf ihre Verwendung in untersucht Hilfe bei der Erkennung von COVID-19.

Auf dem Weg zur Erkennung von Viren

Der Nachteil vieler vorhandener tragbarer Sensoren besteht darin, dass sie das Vorhandensein eines Virus wie SARS-CoV-2 nicht erkennen können. Dazu müssten sie virusspezifische RNA nachweisen.

Der RNA-Nachweis umfasst typischerweise mehrere Schritte, einschließlich des Extrahierens von RNA aus einer Probe, des Erstellens vieler Kopien der RNA und des Identifizierens der RNA. Obwohl bei der Miniaturisierung von RNA-Detektionsgeräten für schnelle Point-of-Care-Tests große Fortschritte erzielt wurden, müssen noch einige Schritte unternommen werden, bis sie in tragbare Geräte passen.

Ein Großteil der laufenden Forschung zur Entwicklung einer schnellen Erkennung von Krankheitserregern am Behandlungsort basiert auf der „Lab-on-a-Chip“ -Technologie. Lab-on-a-Chip bezieht sich auf das Ziel, Labortests zu verkleinern, für die früher viele große Geräte auf die Größe eines Computerchips oder Objektträgers erforderlich waren.

Ein Beispiel ist a COVID-19-Diagnosetest klinische Studien durchlaufen. Der Sensor des Tests ist spezialisiert ionenempfindlicher Feldeffekttransistor (ISFET), der auf das Vorhandensein der Virus-RNA reagieren soll. Das Gerät kann einen Test in weniger als einer Stunde durchführen, erfordert jedoch eine mit einem Nasentupfer entnommene Probe.

Obwohl diese Technologie nicht tragbar ist, könnte sie zum Ausgangspunkt für zukünftige Wearables zur Viruserkennung werden, da diese klein gemacht werden können und wenig Strom verbrauchen. Ein tragbares Gerät, das eine Person kontinuierlich überwacht und anzeigt, dass sie sich mit dem Virus infiziert hat oder diesem ausgesetzt war, würde es der Person ermöglichen, sich behandeln zu lassen und sich zu isolieren, um eine weitere Ausbreitung zu verhindern.

Schallschraubendreher und Tricorder

Fans von Dr. Who know the Schallschraubenzieherund Star Trek-Anhänger kennen das Tricorder. Das ideale Wearable der Zukunft wäre diesen wundersamen fiktiven Geräten ähnlich. Es könnte das Vorhandensein des Virus in der Umgebung des Trägers erkennen und die Möglichkeit bieten, das Virus zu verlassen, bevor es exponiert wird.

Die Erkennung von Viren in der Luft erfordert jedoch erhebliche Ausrüstung Luftproben sammeln und analysieren. Andere Methoden, wie die plasmonischer photothermischer Biosensorliefern vielversprechende Ergebnisse, erfordern jedoch weiterhin, dass der Benutzer die Analyse durchführt. Es wird einige Zeit dauern, bis eine Smartwatch ihren Träger auf das Vorhandensein eines gefährlichen Virus aufmerksam machen kann.

Tragbar und zugänglich

Trotz des Versprechens von Wearables als Hilfsmittel zur Bekämpfung der COVID-19-Pandemie und künftiger Pandemien gibt es Hindernisse für eine weit verbreitete Verwendung der Geräte. Die meisten Wearables sind teuer, können von nicht-englischen Muttersprachlern schwer zu erlernen sein oder werden ohne Daten aus einer breiten Bevölkerungsbasis entwickelt. Es besteht das Risiko, dass Viele Menschen werden die Technologie nicht akzeptieren.

Die kontinuierliche Entwicklung allgemein anerkannter gesundheitsbezogener Wearables sollte Beiträge der Gemeinschaft umfassen, wie in a Zusammenfassung des Workshops der Nationalen Akademien. Indem sichergestellt wird, dass jeder Zugang zu Wearables hat und diese akzeptiert, können die Geräte dazu beitragen, dass Menschen inmitten einer globalen Pandemie gesund bleiben. Laufende Forschung sollte zu einer verbesserten Technologie führen, die mit Sorgfalt der gesamten Gesellschaft zugute kommt.

Über den Autor

Albert H. Titus, Professor für Biomedizinische Technik, Universität in Buffalo, der Staatlichen Universität von New York

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