Modeling of chronic patient physical activity-related behavior towards healthy lifestyle support

Abstract

The ongoing increase in the incidence of cardiovascular disease (CVD) is often associated with unhealthy daily choices, while a healthy lifestyle is one of the essential recommendations for patients with CVD. Regardless of the importance to follow the advice, the problem of adherence became a warning in healthcare practice worldwide. To facilitate health behavior change, use of interventions appears to be the most preferred tool in cardiac care practice. However, the development of successful interventions remains relevant due to the increasing rates of patient dropouts in rehabilitation programs and hospital readmissions.The research has shown that to create integrative models of patient behavior that could be used as the core of e-health, or traditional interventions, a better understanding of the patient profile and daily patterns, development of behavioral ontologies and models, and reusability of tools and models should be addressed. This research aims to propose modeling approaches that could assist improvement in the strategy and design of technological solutions for personalization of health-related behavior support. The scope of the study comprises modeling of CVD patients’ adherence to lifestyle-based health promotion interventions with the focus on the physical activity-related behavior for healthy behavior support.The research was organized into three phases. The first phase was focused on the investigation of CVD patient determinants affecting adherence to physical activity behavior. During the second phase, the outcomes of the previous phase were approached with the ontology engineering to support the knowledge reusability and the process of recommendation given to a patient in cardiac rehabilitation (CR) practice. Three studies were organized during the third phase of the research to collect the data and explore approaches of patient behavior modeling. In the first study, patient motivation to CR program participation was examined and built a motivation classification model. The second study was organized to investigate lifestyle determinants of patient physical activity in daily life. The third study was designed to continue exploring lifestyle behavioral patterns with the use of activity trackers.The outcomes of this research extend the novel data-driven modeling approaches that could be adapted to the design of interventions aiming for health-related behavior change in the domain of patient health-related adherence. A behavioral ontology was developed to reuse the synthesized research outcomes in the field, and two computational models were created for a better understanding and description of patient adherence in the settings of CR and daily activity based on the mixed-type data origin.The recommendations for future research include further development of the ontology to extend the scope to other chronic diseases and elements of health-related lifestyle behavior, the development of the methodology for conducting research studies in the domain of patient adherence, and to advance and continue the investigation of behavioral patterns using activity trackers with a large population sample.

Η συνεχιζόμενη αύξηση εμφάνισης επεισοδίων καρδιαγγειακής νόσου (CVD) συνδέεται συχνά με τις ανθυγιεινές καθημερινές επιλογές των ασθενών, παρόλο που ο υγιεινός τρόπος ζωής είναι μια από τις βασικές συστάσεις για τους ασθενείς με CVD. Παρά τη σημασία του να ακολουθούν οι ασθενείς τις ιατρικές συστάσεις, υπάρχουν προειδοποιήσεις για τη διάσταση που έχει λάβει το πρόβλημα της συμμόρφωσης στην ιατρική περίθαλψη παγκοσμίως. Για να διευκολυνθεί η αλλαγή της συμπεριφοράς στην υγεία, η χρήση συγκεκριμένων παρεμβάσεων φαίνεται να είναι το πλέον προτιμώμενο εργαλείο στην πρακτική της καρδιακής φροντίδας. Ωστόσο, η ανάπτυξη επιτυχών παρεμβάσεων παραμένει σχετική λόγω του αυξανόμενου ποσοστού εγκατάλειψης των προγραμμάτων αποκατάστασης από τους ασθενείς καθώς και του αυξανόμενου ποσοστού επανεισαγωγής στο νοσοκομείο.Η έρευνα έχει δείξει ότι για τη δημιουργία ολοκληρωμένων μοντέλων συμπεριφοράς ασθενών τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως πυρήνας σε παρεμβάσεις, τόσο βασισμένες στην ηλεκτρονική υγεία όσο και παραδοσιακες, είναι αναγκαια η επιδίωξη καλύτερης κατανόησης του προφίλ ασθενών και των καθημερινών προτύπων συμπεριφοράς τους, η ανάπτυξη οντολογιών και μοντέλων συμπεριφοράς και η επαναχρησιμοποίηση εργαλείων και μοντέλων. Αυτή η έρευνα στοχεύει στο να προτείνει μεθόδους μοντελοποίησης που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη βελτίωση της στρατηγικής και του σχεδιασμού τεχνολογικών λύσεων για την εξατομίκευση της υποστήριξης της συμπεριφοράς που σχετίζεται με την υγεία. Το πεδίο της μελέτης περιλαμβάνει τη μοντελοποίηση της συμμόρφωσης των ασθενών με CVD ως προς τον καθημερινό τρόπο ζωής, με με έμφαση στην συμπεριφορά που σχετίζεται με τη σωματική δραστηριότητα για την προαγωγή της υγιούς συμπεριφοράς.Η έρευνα οργανώθηκε σε τρεις φάσεις. Η πρώτη φάση επικεντρώθηκε στη διερεύνηση των καθοριστικών παραγόντων του ασθενούς με CVD που επηρεάζουν τη συμπεριφορά της σωματικής δραστηριότητας. Κατά τη διάρκεια της δεύτερης φάσης, τα αποτελέσματα της προηγούμενης φάσης προσεγγίστηκαν με σημασιολογικές τεχνολογίες για να υποστηρίξουν την επαναχρησιμοποίηση της γνώσης και τη διαδικασία της σύστασης που δίνεται στον ασθενή στην κλινική πρακτική της καρδιακής αποκατάστασης. Κατά τη διάρκεια της τρίτης φάσης της έρευνας οργανώθηκαν τρεις μελέτες για τη συλλογή των δεδομένων και τη διερεύνηση των προσεγγίσεων της μοντελοποίησης συμπεριφοράς των ασθενών. Στην πρώτη μελέτη, εξέτασα το κίνητρο των ασθενών στη συμμετοχή στο πρόγραμμα CR και δημιούργησα ένα μοντέλο ταξινόμησης του κίνητρου. Η δεύτερη μελέτη οργανώθηκε για να διερευνήσει τους καθοριστικούς παράγοντες του τρόπου ζωής της σωματικής δραστηριότητας των ασθενών στην καθημερινή ζωή. Η τρίτη μελέτη σχεδιάστηκε για να συνεχίσει να εξερευνά τα συμπεριφορικά πρότυπα του τρόπου ζωής με τη χρήση εργαλείων παρακολούθησης δραστηριότητας.Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας επεκτείνουν τις καινοτόμες προσεγγίσεις μοντελοποίησης βάσει δεδομένων, που θα μπορούσαν να προσαρμοστούν στο σχεδιασμό παρεμβάσεων με στόχο την αλλαγή της συμπεριφοράς που σχετίζεται με την υγεία, στον τομέα της συμμόρφωσης των ασθενών. Ανέπτυξα μια οντολογία συμπεριφοράς για να επαναχρησιμοποιήσω τα συνθετικά ερευνητικά αποτελέσματα στον τομέα και δημιούργησα δύο υπολογιστικά μοντέλα, βασιζόμενα σε δεδομένα μικτού τύπου, για καλύτερη κατανόηση και περιγραφή της συμμόρφωσης των ασθενών στις ρυθμίσεις της καρδιακής αποκατάστασης και της καθημερινής δραστηριότητας.Οι συστάσεις για μελλοντική έρευνα περιλαμβάνουν περαιτέρω ανάπτυξη της οντολογίας για την επέκταση του πεδίου εφαρμογής σε άλλες χρόνιες ασθένειες και στοιχεία του τρόπου ζωής που σχετίζονται με την υγεία, ανάπτυξη της μεθοδολογίας διεξαγωγής ερευνητικών μελετών στον τομέα της συμμόρφωσης των ασθενών, καθώς και προώθηση και συνέχιση της διερεύνησης μοντέλων συμπεριφοράς που χρησιμοποιούν αισθητήρες δραστηριότητας με μεγάλο πληθυσμιακό δείγμα.