使用可穿戴传感器评估哮喘儿童对COVID-19疫情封锁措施的依从性

在过去几年爆发了几次冠状病毒之后¹2019年12月，一种名为SARS-CoV-2的新型冠状病毒在中国武汉出现，导致严重疾病(COVID-19)，死亡率高，特别是在老年人和患有合并症的人群中²。该病毒在世界各地迅速传播，世卫组织于2020年3月11日将COVID-19疫情定性为大流行^3.。

在缺乏针对COVID-19的有效疫苗或特异性抗病毒药物的情况下⁴在美国，控制这一流行病的唯一战略似乎是在社区或国家一级实施公共卫生干预措施。干预措施可能包括简单的疾病携带者隔离、接触者隔离和手部卫生措施，禁止大规模集会、保持社交距离，最后完成封锁和社区隔离(戒严线)。^5，6，7。这些措施加上各国政府的特别旅行限制，往往不符合国际法和人权法⁸。在大流行的第一个高峰期间，受影响国家根据对估计患者人数的国家风险评估以及住院和重症监护支持能力等因素，选择了不同程度的干预措施^9，10。过去几个月大流行的演变表明，及时干预措施可有效延缓COVID-19的传播^11，12在之前的流感和SARS流行中也显示了这一点^13，14，15。

民众遵守非药物干预措施对成功遏制该病毒起着催化作用¹⁶。然而，在新出现的大流行病期间，很难监测和了解人口对干预措施所迫使的行为改变的遵守情况^17，18，19。迄今为止，一些参数已被用作社会行为和遵守公共卫生措施(如减少室外污染)的间接指标^20.，21，减少交通事故²²甚至是世界各地地震仪测量到的人类活动信号的减弱²³。在全面封锁措施的情况下，建议市民减少活动，尽量呆在家里，测量身体活动水平和在家时间的可穿戴传感器可以作为市民遵守措施的直接指标。

患有慢性呼吸系统疾病(如哮喘)的患者被认为患COVID-19严重疾病的风险更高^24，25从大流行开始，他们就被建议严格遵守限制措施。在儿科人群中，哮喘是最常见的慢性疾病，尽管COVID-19在儿童中较轻，但该疾病对公共卫生的负担可能很大²⁶。此外，众所周知，儿童在遵守限制措施方面可能有更多的困难²⁷，其遵守情况在很大程度上取决于整个家庭对这些措施的态度。我们的研究目的是通过使用可穿戴传感器持续跟踪塞浦路斯和希腊哮喘学童的位置和活动，量化他们在应对COVID-19封锁措施时的流动性变化。

参与者的特征

在2020年的研究期间，共有108名哮喘儿童(57%为男性)被纳入研究，其中53名来自塞浦路斯，55名来自希腊，平均年龄为9.2岁，并在2020年2月3日至4月26日期间提供数据。所有儿童都有医生的哮喘诊断，53%的儿童在过去12个月内也报告了喘息发作，45%的儿童因哮喘而计划外就医，26%的儿童因哮喘而急诊室就诊，20%的儿童在过去12个月内每天服用预防性抗哮喘药物。在研究参与者中，43%的哮喘严重程度为1,43%的哮喘严重程度为2,15%的哮喘严重程度为3(表1)1)。在2019年2月3日至4月26日的研究期间，我们分别测量了塞浦路斯和希腊39名和52名哮喘儿童(59%为男性)的活动能力，平均年龄为9.3岁。

未经调整的分析

总体而言，随着2020年研究年度引入公共卫生干预水平，这两个国家观察到的在家时间比例和每天总步数都发生了显著变化。观察到塞浦路斯和希腊哮喘儿童在基线期间在家的平均时间比例分别为43.8% (95%CI: 40.5-47.1%)和52.4% (95%CI: 49.4-55.4%)。在塞浦路斯，观察到的待在家里的时间比例在干预的第一级显著增加到88.9% (95%CI: 85.7-92.1%)，在干预的第二级和第三级分别增加到95.5% (95%CI: 93.8-97.2%)和94.1% (95%CI: 92.5-95.7%)。在希腊，引入1级公共卫生干预措施的特点是，观察到在家的时间比例增加到71.4% (95%CI: 60.4-82.5%)，而在2级和3级干预措施期间，在家的时间比例分别进一步增加到84.9% (95%CI: 80.3-89.4%)和89.6% (95%CI: 87.0-92.3%)2,无花果。1)。在塞浦路斯，随着每一级公共卫生干预措施的引入，观察到的总步数/天显著减少，从基线时的8,996步(95%CI: 8,567-9,425)降至一级时的6,499步(95%CI: 5,832-7,166)、二级时的6,248步(95%CI: 5,683-6,812)和三级时的6,270步(95%CI: 5,814-6,727)。同样，在希腊，观察到的总步数/天随着公共卫生干预水平的提高而减少，从基线时的8,527步(95%CI: 8,145-8,908)减少到1级时的6,864步(95%CI: 5,689-8,040)，2级时的5,533步(95%CI: 4,769-6,297)和3级时的5,439步(95%CI: 5,051-5,829)(表)2,无花果。1)。当对不同哮喘严重程度的干预水平的变化分别进行计算时，在这两个国家中，同样的趋势也被观察到在家的时间和每天的总步数。数据详情见补充表1。这一模式与2019年研究年度同一研究期间塞浦路斯和希腊哮喘儿童群体的正常活动模式形成鲜明对比，后者在一年中相同的几周内，每天在家的时间比例和总步数相当稳定(图2)。2)。

调整分析

根据混合效应模型，在控制了几个混杂因素后，在塞浦路斯家中度过的时间比例调整后的平均增幅为:41.4% (95%CI: 34.5-48.2%);p_价值与基线相比< 0.001)，第1阶段48.7% (95%CI: 42.0-55.5%，p_价值< 0.001)和45.2% (95%CI: 39.3-51.2%，p_价值< 0.001(与基线相比))3.)。第2级和第3级之间没有明显的增加(p_价值= 0.298)，而1级和2级期间的增长几乎显著(p_价值= 0.055)。在希腊，待在家里的时间比例调整后的平均变化更为缓慢和温和，增加了14.3% (95%CI: 2.2-26.3%)。p_价值= 0.02)在第1阶段，23.1% (95%CI: 11.2-34.9%，p_价值与基线相比< 0.001)，在第2级期间为32.0% (95%CI: 24.8-39.3%，p_价值< 0.001(与基线相比))4)。第1、2级和第2、3级的差异无统计学意义。

在塞浦路斯，以每天总步数表示的身体活动显示出调整后的平均减少- 2,531 (95%CI: - 3,364; - 1,698)。p_价值与基线相比< 0.001)，- 3,638 (95%CI: - 4,521; - 2,755，p_价值与基线相比< 0.001)和- 3,644 (95%CI: - 4,428; - 2,859，p_价值与基线相比< 0.001)3.)。1级和2级患者每天总步数的减少有统计学意义(p_价值= 0.019)，但等级2和3 (p_价值= 0.954)。在希腊，1级期间调整后的身体活动平均减少量为- 1,191 (95%CI: - 2,641; - 259，p_价值= 0.108(与基线相比)。在2级和3级期间，相应的下降为- 2,337 (95%CI: - 3,679; - 995，p_价值1961 = 0.001与基线相比)和−(95%置信区间ci:−−2933;990年,p_价值与基线相比< 0.001)步/天(表2)4)。在1级和2级之间，每天总步数的差异逐渐减小(p_价值= 0.212)，水平2和水平3 (p_价值= 0.576)，差异无统计学意义。

在基线期，在塞浦路斯哮喘儿童队列中，我们发现周末在家的时间比工作日明显更高(与工作日相比平均增加10.9%)。95%置信区间:8.0;13.8%)，并且随着年龄的增长(平均增长1.4%)。95%置信区间:0.2;2.6%)。此外，周末每天的总步数明显较低(与工作日相比平均减少:- 1002步)。95%CI:−1374;−630)，随着年龄的增长(平均下降:−378)。95% CI:−615;−143)，湿度增加(平均降低:−29)。95%CI: - 42; - 15)， 2020年与2019年相比(平均下降:- 1,560)。95%ci:−2796;−324)。 Finally, total steps per day were significantly higher in males as compared to females (mean increase: 1,024. 95%CI: 53; 1,944) (Table3.)。在希腊的哮喘儿童中，周末呆在家里的时间比例也明显高于工作日(平均增加8.32%)。95%置信区间:5.2;11.4%)，而周末每天的步数明显减少(平均减少:- 1212。95%CI: - 1615; - 809)， 2020年与2019年相比(平均下降:- 2791)。95%CI: - 4,090; - 1,492)(表4)。在塞浦路斯的哮喘儿童中，我们发现周末在所有干预措施中对室内时间和每天总步数都有显著的相互作用。周末对室内时间比例的影响显著变化，从水平0的正影响(平均增加10.9%)转变为水平1的负影响(平均减少- 22.8%)。p_价值: < 0.001)，水平2(平均下降:−13.0%，p_价值: 0.047)和水平3(平均下降:−18.6%，p_价值: < 0.001)。在周末对每天总步数的影响上观察到类似的相互作用，从水平0期间的负(平均减少:- 1002)到水平1期间的正(平均增加:1863)。p_价值: 0.006)，水平2(平均增长:1180;p_价值: 0.181)和水平3(平均增加:1359，p_价值: < 0.023)，(表3.)。在希腊的哮喘儿童中，我们发现只有在周末，每天的总步数才会产生显著的交互作用。在基线期间，周末与每天平均减少- 1212步相关，而这种影响在水平1中被逆转(平均增加149步)。p_价值: 0.919)，水平2(平均增加:3704;p_价值: 0.005)和水平3(平均增加:1434，p_价值: 0.036)，(表4)。

在这项研究中，我们使用内置在可穿戴手表中的GPS跟踪、计步器和心率传感器，评估了塞浦路斯和希腊哮喘儿童在应对COVID-19大流行的不同水平的公共卫生干预措施时行动能力的变化。我们的数据表明，这两个国家的哮喘儿童都高度遵守公共卫生措施，改变了他们的日常生活习惯，限制了他们在室外的活动和流动性。

在塞浦路斯的哮喘儿童中，我们记录到，在家中度过的时间比例从44%急剧增加到非常高的95%，每天总步数从8,996急剧减少到6,270，表明对实施的三级干预措施的高度依从性。在希腊的哮喘儿童中，我们观察到，在家中度过的时间比例从基线时的52%逐渐增加到同样高的90%，并且类似的模式是身体活动从8,527步/天逐渐减少到5,439步/天。两国调查结果的细微差异可以用两国实际实施措施的差异来解释，而不是用哮喘儿童对干预措施依从性的实际差异来解释。事实上，希腊的干预措施与塞浦路斯略有不同。在希腊，第2级措施仅包括禁止公共集会和关闭商店和礼拜场所，并升级为仅在第3级期间包括个人交通和行动限制。在塞浦路斯，个人活动限制从第2级措施开始实施，并在第3级措施中变得更加严格(每天只能活动一次)，尽管在我们的研究组中，第2级和第3级期间每天在家的时间和步数的相应变化并不显著。

塞浦路斯和希腊成功控制了大流行的传播，可能是由于两国分别于2020年3月25日和23日提前采取了封锁措施，以及弱势群体(可能包括普通民众)的高度依从性，他们大部分时间都呆在家里。此前有报道称，包括希腊在内的几个欧洲国家为减少COVID-19传播而采取的封锁措施取得了成效²⁸。最近的一项建模研究评估了在意大利对流动性和人与人之间的相互作用施加的一系列限制对病毒传播的影响，发现这些限制使传播减少了45%²⁹。截至2020年4月26日，塞浦路斯和希腊分别报告每10万人中有1.43人和1.22人死亡，这使它们成为欧盟/欧洲经济区和英国COVID-19死亡率最低的国家之一^30.。我们的发现也可能与最近的几项研究有关，这些研究报告了COVID-19大流行期间儿童哮喘发病率的降低，这是由于他们日常活动的重大变化导致整体病毒感染的减少^{31，32，33，34}。

有充分的证据表明，可穿戴技术是监测多种疾病和估计药物依从性的可靠、客观的工具³⁵。然而，据我们所知，以前没有研究检查使用可穿戴设备对公共卫生干预的依从性。以前关于流行病期间遵守公共卫生干预措施的报告是基于电话或邮寄访谈和问卷调查^{17，18，19，36}。这些传统工具具有固有的局限性，如无反应、回忆偏差、缺乏对自我报告的验证、担心被视为违反隔离的影响以及低水平的时空信息。相比之下，使用可穿戴设备可提供客观、连续、实时的位置和活动数据，从而能够及时向公共卫生官员通报各级公共卫生干预措施的结果，并确保在加强或减少干预措施方面作出适当决策。

使用混合效应模型，我们能够发现几个因素对参与者在家里度过的时间(周末，年龄增加)和他们的身体活动(周末，年龄增加，湿度和性别)的独立定量影响。我们还发现，周末的互动效应会导致更多的在家时间和更少的身体活动，在两国实施干预措施期间，这一效应被逆转。一种可能的解释是，在正常情况下，家庭在工作日花更多的时间在外面，周末花更多的时间在家里。在大流行期间，这种情况发生了逆转，因为工作的父母和儿童不得不在工作日在家工作或学习，周末花更多时间进行户外活动。然而，在封锁措施实施期间，两国参与者的日常行为变化以及周末流动性增加，需要进一步调查。塞浦路斯哮喘儿童中，年龄对居家时间增加的独立影响和体力活动减少以及女性性别对体力活动减少的独立影响与先前报道的哮喘女孩体力活动减少的研究一致³⁷还有年长的哮喘儿童³⁸。2020年与两国哮喘儿童的体力活动减少有关，这可能与所使用的记录设备的系统影响或我们在分析中未考虑的环境因素的影响有关。

数字技术已广泛应用于COVID-19管理，包括跟踪阳性病例，向公民通报其所在地区的流行病学现状，通过远程医疗开展虚拟诊所和诊断，以及利用大数据分析进行疾病建模^39，40。我们的研究展示了数字技术在抗击大流行中的另一种有前景的应用，即利用可穿戴传感器提供有关人口遵守公共卫生措施的客观实时信息。因此，在突发公共卫生事件中，有可能在更大的普通人群样本中采用可穿戴技术，并能够快速测量公众对一组特定干预措施的反应。例如，全球定位系统和身体活动数据是电话公司从其智能手机客户匿名收集的，理论上可以提供有关人口对流行病和/或自然灾害所采取干预措施的态度和坚持情况的信息。为此，以色列在SARS-CoV-2阳性个体中使用了手机跟踪系统，以促进接触者追踪⁴¹而意大利智能手机用户的数据已经被分析，以估计封锁期间的公民流动性⁴²。在这个方向上，可穿戴数字技术的未来应用可能包括开发适当的工具和基础设施，以便将不同的健康和行为数据源有效、系统地整合和互操作性纳入现有的公共卫生系统。这种方法将促进症状跟踪应用程序、行为跟踪应用程序、接触者跟踪、人口流动监测、医疗保健访问和电子健康监测之间的联系⁴⁰。

然而，这种监测引起了重要的伦理问题，因为它可以被视为限制个人自由和权利^{43，44，45，46}。在我们的案例中，使用可穿戴设备监测这些患者已经成为正在进行的MEDEA项目的一部分，该项目早在COVID-19传播之前就开始了，因此我们及时获得了参与者的伦理批准和书面同意。在大流行的情况下，决定和措施是在几天甚至几小时内作出的，要获得个人的快速同意，用可穿戴技术记录他们的态度，是极其困难的。因此，未来的健康监测跟踪和接触者追踪工具和应用程序的设计应能够以对社会负责的方式维护个人自由和维护患者自主权，同时教育民众了解健康监测的积极影响⁴⁷。

可穿戴技术的一个重要限制是GPS跟踪的信号丢失，特别是在室内环境中，这就引入了如何处理缺失值的挑战。作为回应，包括空间和时间缓冲的自动化微环境分类算法已经被开发和验证，特别是用于空气污染暴露研究⁴⁸并提供了一种有效的方法来解释缺失的位置数据。我们的研究结果应谨慎解释，不能直接推广到所有儿童或一般人群，因为在COVID-19大流行出现后不久，人们就普遍知道哮喘患者患严重疾病的风险可能增加⁴⁹。此外，哮喘患者甚至在大流行之前就更有可能习惯了保护性的行为改变，因为他们意识到空气质量差对健康的负面影响^50，51以及大气污染物进一步损害呼吸系统和促进病毒感染的可能性，正如SARS-CoV-2所建议的那样⁵²。与普通人群相比，这些因素可能导致对COVID-19公共卫生干预措施的依从性增加。需要进一步开展以普通人群为重点的研究，以更好地评估人群对COVID-19公共卫生干预措施的遵守程度。最后，我们的队列缺乏关于大流行期间家庭特征的信息，例如父母的就业状况和在家工作的时间，这可能会影响我们的研究结果。

总之，我们采用了新颖的可穿戴技术方法来评估个人对公共卫生干预措施的依从性，这些干预措施旨在遏制新型高传染性病毒(如SARS-CoV-2)的传播。塞浦路斯和希腊成功实施了公共卫生干预措施，将两国与COVID-19相关的死亡率降至最低，这反映在我们的研究参与者在疫情爆发初期记录的流动性急剧减少上。可穿戴设备提供客观、连续、实时的数据，可及时向公共卫生官员通报各级公共卫生干预措施的遵守情况，并确保在国家和跨国两级遏制流行病方面做出明智的决策和战略规划。

研究背景

从塞浦路斯和希腊(克里特岛的伊拉克利翁区)的小学招募哮喘儿童，并纳入正在进行的LIFE-MEDEA公共卫生干预项目(Clinical.Trials.gov标识号:NCT03503812)。LIFE-MEDEA项目旨在评估行为建议的有效性，以减少沙漠沙尘暴(DDS)事件期间颗粒物的暴露，从而减轻弱势患者群体中特定疾病的不良健康影响。研究方案和方法的详细信息见补充文件1。为了评估对建议的遵守情况，参与者配备了一个带有多个传感器的可穿戴设备(智能手表)。参与者被要求在整个研究期间佩戴智能手表，包括在DDS和非DDS期间。在非dds日，所有参与者进行日常活动。第一个MEDEA研究期于2019年2月至6月进行，第二个研究期于2020年2月至6月进行。

研究人群和招募

在哮喘小组研究中，目标人群是患有轻度至中度持续性哮喘的6至11岁儿童。入选标准包括医生对哮喘的诊断，以及以下至少一项:在过去12个月内，每日预防性哮喘药物、喘息发作和/或未安排的哮喘就诊。在招募过程中收集了所有参与者的基本人口统计和临床信息。适用于每个参与者的资格标准的数量被用于将参与者分为哮喘严重程度组。分组定义如下:哮喘严重程度1(医生诊断加一项其他资格标准)、哮喘严重程度2(医生诊断加两项其他资格标准)和哮喘严重程度3(医生诊断加三项或更多其他资格标准)。在塞浦路斯，研究获得了塞浦路斯国家生物伦理委员会(EEBK EΠ 2017.01.141)、数据保护专员(No. 3.28.223)和教育部(No. 7.15.01.23.5)的批准。在希腊，获得了科学委员会(25/04/2018,No: 1748)和伊拉克利翁大学总医院理事会(25/22/08/2018)的批准。所有参与者的监护人都提供了书面知情同意书，下面所描述的所有方法都按照相关指南和规定进行。

身体活动和GPS跟踪

2月3日至4月26日期间，在塞浦路斯和希腊使用智能手表记录了身体活动和全球定位系统(GPS)数据(2019年和2020年)。提取了2020年研究年的数据，以评估参与者在实施COVID-19封锁措施之前和期间的流动性，而2019年研究年的数据也用于比较，这是一个完全没有限制的流动时期。使用EMBRACE™智能手表(EMBRACE Tech LTD, Cyprus)进行数据收集。这款智能手表可以作为一个独立的设备使用，它配备了计步器、GPS、心率等多个传感器，还内置了一个用于Wi-Fi数据传输的sim卡。该软件能够同步传感器，因此数据以相同的时间戳传输到云端。每隔5分钟采集GPS坐标、步数/时间单位、心率数据。当智能手表连接参与者家中的Wi-Fi网络时，会自动与基于云的数据库进行数据同步。我们记录了每个参与者每天(24小时期间)的总步数。此外，我们将待在家中的时间比例定义为参与者住所周围100米半径范围内获得GPS信号的时间之比除以24小时。100米半径被定义为考虑商用GPS接收器中GPS信号精度的最大障碍⁵³。由于城市尤其是室内环境中的信号精度在接收之前被进一步阻挡或反复反弹⁵⁴，我们还将没有GPS信号的5分钟间隔分为“在家”或“外出”，这取决于最近有效的GPS记录信号。最后，参与者没有佩戴智能手表的天数被确定为没有心率测量，并被排除在后续分析之外。我们还从分析中排除了塞浦路斯(2020年2月至4月期间为5天，2019年2月至4月期间为4天)和克里特-希腊(2020年2月至4月期间为1天，2019年2月至4月期间为2天)可能进一步影响参与者流动性的DDS天的GPS和计步器数据。

塞浦路斯和希腊的公共卫生(非药品)干预措施

数据收集期为2020年2月3日至4月26日的12周，并根据每个国家实施的公共卫生干预措施分为四个级别。在塞浦路斯，第一例COVID-19病例于2020年3月9日被发现，研究期间分为:i) 0级(基线)-无公共卫生干预措施(第1-5周:2020年2月3日至2020年3月12日);ii) 1级-社会距离措施，禁止75人以上的公共活动，酒吧、餐馆和学校关闭(第6-7周:2020年3月13日至2020年3月24日)，iii) 2级-所有零售商店和礼拜场所关闭，除生活和卫生需要(每人每天3次许可)(第8周:2020年3月25日至2020年3月31日)外，实施流动限制(iv) 3级严格封锁，每人每天只有一次流动许可(第9-12周:2020年4月1日至2020年4月26日)(图3)。3.)。在希腊，第一例COVID-19病例于2020年2月26日被发现，研究期间分为:i) 0级(基线)——无公共卫生干预措施(第1-5周:2020年2月3日至2020年3月10日);ii) 1级——社会距离措施，禁止所有公共活动、酒吧、餐馆和学校关闭(第6周:2020年3月11日至2020年3月15日);iii) 2级——所有零售商店和礼拜场所关闭，禁止10人聚会(第7周:2020年3月16日- 2020年3月22日)，iv) 3级行动限制，除生活和健康需要外(无每日限制)(第8-12周:2020年3月23日- 2020年4月26日)。3.)。

统计分析

连续变量采用平均值(标准差)，分类变量采用百分比，总结哮喘患儿的基本人口学特征和临床特征。在未经调整的分析中，使用方差分析比较了公共卫生干预不同时期的平均在家时间和平均每天总步数，同时构建了图表，以显示塞浦路斯和希腊实施公共卫生干预之前和期间的每周流动性变化。此外，在塞浦路斯和希腊，2020年2月至4月参加第二个MEDEA研究期的哮喘儿童每天在家的时间分数和总步数的过程，以及2019年2月至4月参加第一个MEDEA研究期的哮喘儿童的相同参数的过程分别以图表显示。

在一个混合效应模型中，进一步探讨了每天在家花费的时间和总步数水平的变化，该模型包括公共卫生干预水平的固定效应项和每个参与者的随机截距。对混合效应模型进行了年龄、性别、温度、湿度、年份和周末对流动性的影响调整。此外，正弦和余弦函数包括在我们的数据控制每月变化。最后，对于每个参数，我们使用一个相互作用项来测试跨干预措施水平的流动性差异变化。

所有统计比较均使用STATA 12 (StataCorp, TX)和ap值小于0.05认为有统计学意义。