Physical activity (PA) is significantly associated with many health outcomes. The wide usage of wearable accelerometer-based activity trackers in recent years has provided a unique opportunity for in-depth research on PA and its relations with health outcomes and interventions. Past analysis of activity tracker data relies heavily on aggregating minute-level PA records into day-level summary statistics, in which important information of PA temporal/diurnal patterns is lost. In this paper we propose a novel functional data analysis approach based on Riemann manifolds for modeling PA and its longitudinal changes. We model smoothed minute-level PA of a day as one-dimensional Riemann manifolds and longitudinal changes in PA in different visits as deformations between manifolds. The variability in changes of PA among a cohort of subjects is characterized via variability in the deformation. Functional principal component analysis is further adopted to model the deformations and PC scores are used as a proxy in modeling the relation between changes in PA and health outcomes and/or interventions. We conduct comprehensive analyses on data from two clinical trials: Reach for Health (RfH) and Metabolism, Exercise and Nutrition at UCSD (MENU), focusing on the effect of interventions on longitudinal changes in PA patterns and how different modes of changes in PA influence weight loss, respectively. The proposed approach reveals unique modes of changes including overall enhanced PA, boosted morning PA, and shifts of active hours specific to each study cohort. The results bring new insights into the study of longitudinal changes in PA and health and have the potential to facilitate designing of effective health interventions and guidelines.


翻译:以往的活动跟踪数据分析主要依赖将PA的细小记录汇总到日一级简要统计中,其中损失了PA时间/二元模式的重要信息。在本文件中,我们提议以Riemann的方方面面和纵向变化模型为基础,采用新型功能数据分析方法,模拟PA及其纵向变化。我们把每天的平滑的PA作为单维的Riemann元件,将PA在不同访问中的潜在变化作为不同访问中的变形提供独特的机会。对活动跟踪数据的以往分析主要依赖将PA的细小记录汇总到日一级简要统计中,其中损失了PAPA的时间模式的重要信息。在模拟PA与健康结果和/或干预措施的变化时,我们提出了一个新的功能分析方法。我们对两次临床试验的数据进行了全面分析:为健康(RfH)和代谢性Riemann元元件模型,以及PAPA的纵向变化,将PASDA系统的变化变化和营养模式的模型分别体现在PASDSA系统上。

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