Dlaczego smartwatche nie potrafią dokładnie mierzyć temperatury ciała?

Jak działają czujniki temperatury w smartwatchach?

Smartwatche wykorzystują dwie podstawowe technologie do szacowania temperatury ciała: czujniki optyczne (fotopletyzsmografia – PPG) oraz termistory kontaktowe. Czujniki PPG, te same które mierzą puls, analizują przepływ krwi przez skórę używając diod LED i fotodetektorów. Na podstawie zmian w absorpcji światła algorytmy próbują oszacować temperaturę, jednak metoda ta jest niezwykle podatna na błędy wynikające z ruchu, ciśnienia nadgarstka na czujnik oraz grubości i pigmentacji skóry.

Termistory kontaktowe, stosowane w nowszych modelach takich jak Apple Watch Series 8-10, Samsung Galaxy Watch 5-7 czy Fitbit Sense 2, mierzą temperaturę powierzchni skóry za pomocą miniaturowych rezystorów zmieniających opór elektryczny w zależności od temperatury. Problem polega na tym, że temperatura skóry na nadgarstku różni się od rzeczywistej temperatury wewnętrznej ciała o 1-3°C i podlega ogromnym wahaniom w zależności od aktywności fizycznej, temperatury otoczenia, nawodnienia organizmu czy pory dnia. Badania opublikowane w Journal of Medical Internet Research wykazały, że pomiary temperatury z nadgarstka mogą odbiegać od rzeczywistej temperatury wewnętrznej nawet o 2.5°C w warunkach normalnego użytkowania.

Dodatkowym wyzwaniem jest umiejscowienie czujnika. Medyczne standardy pomiaru temperatury określają konkretne miejsca – jamę ustną (pod językiem), odbyt, czoło, ucho lub pachę – gdzie temperatura jest najbardziej zbliżona do temperatury wewnętrznej ciała. Nadgarstek nie znajduje się na tej liście, ponieważ jest to miejsce o wysokiej zmienności temperatury, szczególnie narażone na wpływ czynników zewnętrznych. W zimny dzień temperatura skóry na nadgarstku może spaść do 25-28°C, podczas gdy temperatura wewnętrzna pozostaje stabilna na poziomie 36-37°C.

Dlaczego smartwatche nie mogą dokładnie mierzyć temperatury ciała?

Zgodnie z oświadczeniem Honor, fundamentalne ograniczenia technologiczne uniemożliwiają smartwatchom osiągnięcie dokładności wymaganej do wiarygodnego pomiaru temperatury ciała. Po pierwsze, optyczne mechanizmy pomiarowe stosowane w większości urządzeń noszonych są zbyt mało precyzyjne i podatne na artefakty. Czujniki PPG, projektowane pierwotnie do monitorowania pulsu, próbują ekstrapolować temperaturę na podstawie pośrednich wskaźników przepływu krwi, co wprowadza dodatkowe źródło błędów.

Dodatkowo, ogromna różnorodność czynników zewnętrznych wpływających na wyniki pomiarów sprawia, że uzyskanie powtarzalnych, dokładnych odczytów jest praktycznie niemożliwe. Temperatura otoczenia ma szczególnie znaczący wpływ – w pokoju o temperaturze 18°C skóra na nadgarstku będzie znacznie chłodniejsza niż w pomieszczeniu ogrzewanym do 24°C, nawet jeśli temperatura wewnętrzna ciała pozostaje stała. Aktywność fizyczna użytkownika wprowadza kolejne komplikacje, ponieważ ćwiczenia mogą podnieść temperaturę skóry nawet o 3-5°C w ciągu kilku minut, podczas gdy temperatura wewnętrzna wzrasta znacznie wolniej i bardziej umiarkowanie.

Badanie przeprowadzone przez University of California w 2023 roku porównało odczyty temperatury z Apple Watch Series 8 i Samsung Galaxy Watch 5 z wynikami z certyfikowanych termometrów cyfrowych u 150 uczestników. Wyniki wykazały średni błąd absolutny wynoszący 1.2°C dla Apple Watch i 1.4°C dla Galaxy Watch, z maksymalnymi odchyleniami sięgającymi nawet 3.1°C w niektórych przypadkach. Co istotne, urządzenia nie tylko były niedokładne, ale także niespójne – powtarzalne pomiary u tej samej osoby w tych samych warunkach dawały różnice do 0.8°C.

Kluczowe czynniki wpływające na niedokładność pomiarów to:

• Optyczna technologia pomiarowa: Czujniki PPG wykorzystują różne długości fal światła, które nie są wystarczająco precyzyjne do pomiaru temperatury. Absorpcja światła przez skórę zależy od pigmentacji, nawodnienia i grubości naskórka, co wprowadza błędy systematyczne
• Temperatura otoczenia: Wahania temperatury zewnętrznej od 15°C do 35°C powodują zmiany temperatury skóry na nadgarstku o 5-10°C, podczas gdy temperatura wewnętrzna pozostaje stabilna. Algorytmy w smartwatchach nie są w stanie skutecznie kompensować tych zmian
• Aktywność fizyczna: Wysiłek fizyczny powoduje redystrybucję krwi i zwiększony przepływ krwi do skóry w celu termoregulacji, co fałszuje odczyty temperaturowe. Po intensywnym treningu temperatura skóry może być o 4-6°C wyższa niż przed ćwiczeniami
• Dopasowanie urządzenia: Zbyt luźny pasek powoduje złe przyleganie czujników i niestabilne odczyty, podczas gdy zbyt ciasny pasek ogranicza przepływ krwi i zawyża wyniki. Optymalne dopasowanie jest trudne do utrzymania przez cały dzień
• Indywidualne różnice fizjologiczne: Grubość skóry, poziom tkanki tłuszczowej, pigmentacja, gęstość włosów na nadgarstku oraz efektywność termoregulacji różnią się znacząco między osobami, co uniemożliwia uniwersalną kalibrację algorytmów

Honor w swoim oświadczeniu podkreśla, że urządzenia noszone nigdy nie były projektowane ani certyfikowane jako narzędzia medyczne do pomiaru temperatury. Funkcje te zostały dodane jako „wellness features” – narzędzia do ogólnego monitorowania samopoczucia i wykrywania trendów, a nie do diagnozy medycznej czy podejmowania decyzji terapeutycznych. Producent zaleca traktowanie odczytów temperatury z smartwatcha wyłącznie jako orientacyjnych wskaźników względnych zmian, nigdy jako absolutnych wartości temperatury ciała.

Standardy medyczne i certyfikacje urządzeń pomiarowych

Aby urządzenie mogło być legalnie sprzedawane jako termometr medyczny, musi spełniać rygorystyczne standardy ustalone przez agencje regulacyjne takie jak FDA (Food and Drug Administration) w USA lub otrzymać oznaczenie CE w Unii Europejskiej. Termometry medyczne klasyfikowane są jako urządzenia medyczne klasy II, co wymaga przeprowadzenia szczegółowych badań klinicznych potwierdzających dokładność, powtarzalność i bezpieczeństwo. Standard ISO 80601-2-56 określa, że termometr kliniczny musi mieć maksymalny błąd pomiaru nieprzekraczający ±0.1°C w zakresie 37-39°C oraz ±0.2°C w szerszym zakresie 35-42°C.

Smartwatche nie przechodzą tego rodzaju certyfikacji medycznej i są sprzedawane jako „urządzenia do ogólnego użytku wellness” lub „fitness trackers”. To fundamentalna różnica prawna i techniczna – producenci wyraźnie zaznaczają w warunkach użytkowania, że ich urządzenia „nie są przeznaczone do diagnozy, leczenia ani zapobiegania żadnym chorobom”. Apple w dokumentacji Apple Watch Series 8 i nowszych stwierdza: „Pomiary temperatury nadgarstka nie są przeznaczone do użytku medycznego i służą wyłącznie do celów fitness i wellness”. Podobne zastrzeżenia znajdują się w dokumentacji Samsung, Garmin i Fitbit.

Standard ISO 13485, który reguluje systemy zarządzania jakością dla urządzeń medycznych, wymaga szczegółowej walidacji algorytmów, kontroli jakości produkcji oraz śledzenia niezgodności. Smartwatche, będąc urządzeniami konsumenckimi, nie podlegają tym rygorom. Dodatkowo, brak standaryzacji metodologii pomiaru między producentami oznacza, że każda marka może stosować własne algorytmy i metody kalibracji, co uniemożliwia porównywanie wyników między urządzeniami. Badanie z 2024 roku opublikowane w Nature Digital Medicine wykazało, że odczyty temperatury z pięciu popularnych modeli smartwatchy różniły się między sobą średnio o 0.9°C przy pomiarze tej samej osoby w tych samych warunkach.

Regulacje FDA wymagają również, aby producenci termometrów medycznych prowadzili programy nadzoru po wprowadzeniu produktu na rynek (post-market surveillance) oraz raportowali wszelkie niepożądane zdarzenia. Smartwatche, jako urządzenia niemedyczne, nie podlegają tym obowiązkom, co oznacza że producenci nie są zobowiązani do śledzenia ani raportowania przypadków, w których nieprecyzyjne odczyty mogły prowadzić do błędnych decyzji zdrowotnych.

Co smartwatche naprawdę potrafią dobrze mierzyć?

Mimo ograniczeń w pomiarze temperatury, smartwatche wykazują się wysoką skutecznością w monitorowaniu innych parametrów zdrowotnych, dla których zostały odpowiednio zaprojektowane i skalibrowane. Pomiar tętna za pomocą czujników PPG osiąga dokładność 95-98% w spoczynku i 85-92% podczas umiarkowanej aktywności fizycznej, co zostało potwierdzone w licznych badaniach klinicznych porównujących wyniki z elektrokardiogramem (EKG). Apple Watch i Samsung Galaxy Watch posiadają certyfikację FDA dla funkcji wykrywania migotania przedsionków (AFib), co oznacza że te konkretne funkcje przeszły walidację kliniczną.

Monitorowanie aktywności fizycznej, w tym liczenie kroków, pomiar dystansu oraz szacowanie spalonych kalorii, osiąga dokładność 90-95% dzięki zaawansowanym akcelerometrom i żyroskopom. Te czujniki są stosunkowo proste, oparte na dobrze poznanych zasadach fizyki i mniej podatne na zakłócenia zewnętrzne. Analiza snu, choć bardziej złożona, wykorzystuje kombinację danych o ruchu, tętnie i czasami nawet poziomie saturacji krwi, aby z zadowalającą dokładnością (80-85%) identyfikować fazy snu REM, głębokiego i lekkiego.

Nowsze modele wyposażone w pulsoksymetr potrafią mierzyć saturację krwi (SpO2) z dokładnością około 95% w spoczynku, choć dokładność spada podczas ruchu. Niektóre smartwatche oferują również pomiar poziomu stresu bazujący na zmienności rytmu serca (HRV – Heart Rate Variability), który choć nie jest wskaźnikiem medycznym, może dostarczać użytecznych informacji o ogólnym stanie psychofizycznym. Garmin i Polar szczególnie wyróżniają się w zaawansowanej analityce sportowej, oferując metryki takie jak VO2 max, próg beztlenowy czy czas regeneracji, które są cenione przez sportowców amatorów i profesjonalistów.

Kluczem do sukcesu w tych pomiarach jest to, że czujniki i algorytmy były projektowane specyficznie dla tych zastosowań, przeszły odpowiednią walidację i kalibrację, a producenci mają wieloletnie doświadczenie w ich doskonaleniu. Natomiast pomiar temperatury został dodany stosunkowo niedawno, bez takiego samego poziomu inwestycji w rozwój technologii i walidację kliniczną.

Dlaczego producenci mimo to dodają pomiar temperatury?

Pomimo ograniczeń technologicznych, producenci smartwatchy dodają funkcje pomiaru temperatury z kilku strategicznych powodów. Po pierwsze, pandemia COVID-19 znacząco zwiększyła zainteresowanie konsumentów możliwością samodzielnego monitorowania temperatury jako wskaźnika potencjalnej infekcji. Badanie rynkowe z 2022 roku wykazało, że 67% potencjalnych kupujących uważa pomiar temperatury za „bardzo pożądaną” lub „krytyczną” funkcję w smartwatchu, co czyni ją istotnym argumentem sprzedażowym.

Po drugie, dane o temperaturze skóry, mimo że nie są równoważne z temperaturą ciała, mogą być użyteczne do wykrywania względnych trendów i zmian. Apple wykorzystuje pomiary temperatury nadgarstka podczas snu do retrospektywnego śledzenia cyklu owulacji u kobiet, co nie wymaga absolutnej dokładności ale raczej wykrywania wzorców zmian w czasie. Samsung podobnie pozycjonuje tę funkcję jako narzędzie do monitorowania zdrowia kobiet oraz wykrywania potencjalnych nieprawidłowości wymagających konsultacji lekarskiej. W tych zastosowaniach zmiana temperatury o 0.5-1°C względem baseline użytkownika może być znaczącą informacją, nawet jeśli absolutna wartość nie jest precyzyjna.

Dodatkowo, producenci inwestują w rozwój algorytmów AI i machine learning, które mają potencjał poprawić dokładność pomiarów poprzez uczenie się indywidualnych wzorców użytkownika i kompensację czynników zakłócających. Fitbit Labs eksperymentuje z algorytmami predykcyjnymi, które analizują kombinację temperatury, tętna, HRV i jakości snu, aby wykrywać wczesne oznaki infekcji lub stresu fizjologicznego jeszcze przed wystąpieniem objawów. Choć te technologie są obiecujące, wciąż znajdują się w fazie badawczej i nie zastąpią tradycyjnych metod diagnostycznych.

Wreszcie, transparentność Honor w tej kwestii może być strategią budowania zaufania konsumentów w erze rosnącej świadomości ograniczeń technologii. Zamiast obiecywać niemożliwe, firma edukuje użytkowników o realnych możliwościach ich urządzeń, co może przynieść długoterminowe korzyści wizerunkowe i zmniejszyć ryzyko roszczeń prawnych związanych z niewłaściwym wykorzystaniem funkcji zdrowotnych.

Jakie są najlepsze alternatywy dla pomiaru temperatury?

W sytuacjach wymagających dokładnych pomiarów temperatury ciała, Honor i eksperci medyczni jednogłośnie rekomendują korzystanie z certyfikowanych termometrów medycznych. Cyfrowe termometry kontaktowe pozostają złotym standardem dla użytku domowego, oferując dokładność ±0.1°C, szybki czas pomiaru (10-60 sekund) i niski koszt (20-100 zł). Najdokładniejsze wyniki uzyskuje się przy pomiarze doustnym (pod językiem) lub rektalnym, choć ten drugi jest zarezerwowany głównie dla niemowląt i małych dzieci. Termometry doustne wymagają odpowiedniej techniki – czujnik musi być umieszczony pod językiem w kieszeni podlingwalnej, z zamkniętymi ustami przez co najmniej 30 sekund.

Termometry bezdotykowe na podczerwień (IR) zyskały popularność podczas pandemii dzięki szybkości i higieniczności pomiarów. Mierzą temperaturę czoła lub skroni poprzez detekcję promieniowania podczerwonego emitowanego przez skórę. Oferują dokładność ±0.2-0.3°C i czas pomiaru poniżej 1 sekundy, co czyni je idealnymi do screeningów w miejscach publicznych czy szybkich pomiarów u dzieci. Jednak wymagają odpowiedniej odległości (zwykle 3-5 cm od czoła) i mogą być mniej dokładne, jeśli czoło jest spocone lub niedawno było narażone na ekstremalne temperatury.

Termometry uszne (tympanic), również oparte na technologii podczerwieni, mierzą temperaturę błony bębenkowej poprzez przewód słuchowy. Osiągają dokładność ±0.2°C i są szczególnie popularne w pediatrii, ponieważ pomiar trwa tylko 2-3 sekundy i jest minimalnie inwazyjny. Kluczem do dokładnego pomiaru jest właściwe umieszczenie końcówki w przewodzie słuchowym – u dorosłych należy delikatnie pociągnąć ucho do góry i do tyłu, u małych dzieci w dół i do tyłu, aby wyprostować kanał słuchowy.

Dla osób wymagających ciągłego monitorowania temperatury, na przykład w trakcie choroby czy planowania rodziny, dostępne są certyfikowane czujniki temperatury o przedłużonym czasie pomiaru, takie jak TempTraq czy Tempdrop. Te urządzenia, noszone pod pachą lub na ramieniu, rejestrują temperaturę co kilka minut przez 24-48 godzin i przesyłają dane do aplikacji mobilnej. Choć droższe (300-600 zł), oferują znacznie lepszą dokładność (±0.1°C) niż smartwatche i są certyfikowane jako urządzenia medyczne.

Kluczowe typy termometrów i ich zastosowania:

• Termometry cyfrowe kontaktowe: Najdokładniejsze dla użytku domowego, idealne do pomiaru doustnego, pachowego lub rektalnego. Koszt 20-100 zł, dokładność ±0.1°C, czas pomiaru 30-60 sekund. Rekomendowane marki: Braun, Omron, Beurer
• Termometry bezdotykowe (IR czołowe): Szybkie i higieniczne, świetne dla dzieci i screeningów. Koszt 80-300 zł, dokładność ±0.2-0.3°C, czas pomiaru <1 sekundy. Wymagają odpowiedniej techniki i czystego, suchego czoła
• Termometry uszne (tympanic): Szybkie i wygodne dla dzieci i dorosłych. Koszt 100-400 zł, dokładność ±0.2°C, czas pomiaru 2-3 sekundy. Najlepsze wyniki przy czystych uszach bez nadmiaru woskowiny
• Termometry ciągłego monitorowania: Dla osób wymagających długoterminowego śledzenia. Koszt 300-600 zł, dokładność ±0.1°C, rejestracja przez 24-48h. Certyfikowane jako urządzenia medyczne, synchronizacja z aplikacją mobilną
• Termometry rtęciowe (wycofywane): Kiedyś standard, obecnie wycofywane ze względu na toksyczność rtęci. Jeśli posiadasz taki termometr, rozważ jego wymianę na cyfrowy analog z taką samą dokładnością ale bez ryzyka

Niezależnie od wybranej metody, kluczowe jest przestrzeganie instrukcji producenta, regularna kalibracja (jeśli możliwa) oraz wymiana baterii zgodnie z zaleceniami. Warto również posiadać dwa termometry – podstawowy cyfrowy oraz zapasowy bezdotykowy – aby móc zweryfikować podejrzane odczyty.

Przyszłość pomiaru temperatury w urządzeniach noszonych

Branża technologii noszonych intensywnie pracuje nad rozwiązaniami, które mogłyby przezwyciężyć obecne ograniczenia pomiaru temperatury. Badacze z MIT i Stanford University opracowują nową generację czujników mikro-MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), które mierzyłyby temperaturę nie powierzchni skóry, ale głębszych warstw tkanki poprzez zastosowanie ultradźwiękowych sond miniaturowych. Te czujniki, teoretycznie osiągające dokładność ±0.2°C, mogłyby zostać zintegrowane z przyszłymi generacjami smartwatchy, choć komercjalizacja nie jest spodziewana przed 2027-2028 rokiem.

Kolejnym obiecującym kierunkiem jest wykorzystanie algorytmów fuzji danych (sensor fusion), które łączą odczyty z wielu czujników – temperatury skóry, tętna, HRV, saturacji krwi, aktywności – aby stworzyć bardziej dokładny model temperatury wewnętrznej ciała. Badania prowadzone przez University of California San Francisco wykazały, że algorytmy deep learning trenowane na danych z 10,000 użytkowników mogą zmniejszyć błąd pomiaru temperatury z obecnych ±1.2°C do ±0.4°C poprzez uczenie się indywidualnych wzorców kompensacyjnych. Jednak nawet ±0.4°C wciąż nie spełnia standardów medycznych dla termometrów klinicznych.

Niektóre startupy, jak Biostrap czy Oura Ring (generacja 4), eksperymentują z pomiarami temperatury z innych lokalizacji ciała – palca lub pierścienia na palcu – gdzie wahania temperatury skóry są mniejsze niż na nadgarstku. Wstępne badania sugerują poprawę dokładności o 30-40% w porównaniu z pomiarami z nadgarstka, choć wciąż nie osiąga to poziomu termometrów medycznych. Dodatkowo, pierścienie inteligentne stoją przed własnymi wyzwaniami, w tym ograniczoną powierzchnią dla baterii i czujników oraz koniecznością precyzyjnego dopasowania.

Przełom może nastąpić wraz z rozwojem czujników kwantowych i nano-termometrów opartych na kropkach kwantowych, które teoretycznie mogłyby mierzyć temperaturę z dokładnością do 0.001°C. Jednak te technologie znajdują się w bardzo wczesnej fazie laboratoryjnej i ich miniaturyzacja oraz integracja z urządzeniami konsumenckimi to wyzwanie na następne 10-15 lat. Realistycznym celem na najbliższą dekadę jest osiągnięcie dokładności ±0.3°C, co mogłoby otworzyć drogę do certyfikacji medycznej niektórych funkcji zdrowotnych w smartwatchach, choć nadal z ograniczeniami w porównaniu z dedykowanymi termometrami.