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 diurnal PA patterns is lost. In this paper we propose a novel functional data analysis approach based on theory of Riemann manifolds for modeling PA records and longitudinal changes in PA temporal patterns. 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. A key quantity of the deformations are the initial momenta, which are vector fields representing directions and magnitudes to drag each point on a baseline PA curve towards a follow-up visit curve. The variability in changes of PA among a cohort of subjects is characterized via variability in the deformation momenta. Functional principal components analysis is further adopted to model deformation momenta 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 patterns of changes in PA influence weight loss, respectively. Important modes of variation in PA are identified to be significantly associated with lifestyle interventions/health outcomes.


翻译:以往的活动跟踪数据分析主要依赖于将PA的细小记录汇总到日一级简要统计中,在日一级简要统计中损失了PA模式的重要信息。在本文件中,我们提议基于Riemann 参数的新型功能数据分析方法,用于模拟PA记录和PA时间模式纵向变化的模型。我们把一天的平滑的PA小分级成一维的Riemann模型模型,并在不同访问中将PA与健康结果和干预的纵向变化作为不同结构之间的变形。对活动跟踪数据的过去分析主要依靠的是将PA的细小记录汇总到日级摘要统计中,在日一级记录与健康结果的细微影响中,对PAA/SD的模型和PC的分数模式进行了平稳的模型分析,在对PA/SDM的模型和结果的模型分析中,对PA健康结果的模型/运动结果进行了重大变异性分析。

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