Cardiorespiratory fitness is an established predictor of metabolic disease and mortality. Fitness is directly measured as maximal oxygen consumption (VO2max), or indirectly assessed using heart rate response to a standard exercise test. However, such testing is costly and burdensome, limiting its utility and scalability. Fitness can also be approximated using resting heart rate and self-reported exercise habits but with lower accuracy. Modern wearables capture dynamic heart rate data which, in combination with machine learning models, could improve fitness prediction. In this work, we analyze movement and heart rate signals from wearable sensors in free-living conditions from 11,059 participants who also underwent a standard exercise test, along with a longitudinal repeat cohort of 2,675 participants. We design algorithms and models that convert raw sensor data into cardio-respiratory fitness estimates, and validate these estimates' ability to capture fitness profiles in a longitudinal cohort over time while subjects engaged in real-world (non-exercise) behaviour. Additionally, we validate our methods with a third external cohort of 181 participants who underwent maximal VO2max testing, which is considered the gold standard measurement because it requires reaching one's maximum heart rate and exhaustion level. Our results show that the developed models yield a high correlation (r = 0.82, 95CI 0.80-0.83), when compared to the ground truth in a holdout sample. These models outperform conventional non-exercise fitness models and traditional bio-markers using measurements of normal daily living without the need for a specific exercise test. Additionally, we show the adaptability and applicability of this approach for detecting fitness change over time in the longitudinal subsample that repeated measurements after 7 years.


翻译:心血管呼吸机健身是新陈代谢疾病和死亡率的既定预测。 健身用最大氧消耗量( VO2max) 直接测量, 或通过对标准测试进行心脏反应间接评估。 然而, 这种测试成本高且负担沉重, 限制了其效用和可缩放性。 健身用心和自我报告的锻炼习惯也可以近似。 现代磨损能包含动态的心率数据, 与机器学习模型相结合, 可以改善健康预测。 在这项工作中, 我们分析运动和心率信号, 来自11 059名参与者在自由生活条件下的耗竭感应器, 这些参与者还接受了标准的生活量度测试, 还有2 675名参与者。 我们设计了算法和模型, 将原始感应数据转换成心健康估计值, 并验证这些估计数在一段时间里在长的感应群中捕捉到健康概况, 而那些在现实世界( 非探索)行为中, 我们确认我们的方法, 与第三个外部组的181名参与者, 他们接受了最高V2marmax( Indeal relial relial dal dal deal dal dealality deality) exal deal exal exal exal exer exeral extoration exal laveal) ex laveal laveal ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex ex laut laut ex laveal laut laut lax ex laut laut lax laut laut lax lax lax laut laut laut laut laut laut laut laut laut laut laut laut laut laut laut lax laut laut laut laut lauts laut laut laut laut lax lax lauts lax lax lax lax lauts a lax lax, lax lax lax lax la

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