身體活動監測器Physical Activity Monitors 在人類最常見的形式是”運動手錶”，運用在狗貓身上又會是如何呢? 是否能夠觀察到比對以往我們認定骨關節炎慢性疼痛對於貓狗運動行為的影響?? 請看這篇文獻報告。
#運動手錶 #寵物運動監測器 #骨關節炎
重點
1.設備的技術不同:採樣頻率、數據處理方式和輸出單位皆不同且無法直接比較2. 慢性疼痛不一定降低總活動量，而是改變活動模式和執行方式，且受年齡、體型、飼主作息等多重因素影響。因此分析24小時活動模式比單純比較平均值更具臨床意義。
3. 現代方法（功能線性模型、功能數據分析、機器學習）比傳統統計(平均值、總和）更能捕捉活動模式細微差異，發現傳統方法無法偵測的治療效果。
=================
1. 簡介
- 運動受多種因素影響，包括疼痛，而慢性疼痛是複雜的多維度現象（生理、功能、心理、社會），骨關節炎疼痛是伴侶動物最常見的慢性疼痛。
- 狗貓目前缺乏經過驗證的慢性疼痛測量方法，而物理活動監測器(PAMs)可提供客觀的運動行為數據。
2. 材料與方法
關鍵術語定義：
- 加速度計：測量運動產生的加速度變化
- 原始數據：採樣前未經處理的加速度讀數
- 採樣頻率：每秒感測器檢測加速度的次數(Hz)
- 活動計數：加速度計的最終輸出值
- 時期(Epoch)：使用者指定的數據記錄時間間隔
3. Part I:技術考量
3.1 加速度計技術
加速度計功能原理：
- 透過測量靜態力(重力)或動態力(運動)對慣性質量的位移
- 位移產生的電訊號等同於加速度(F = ma)
三種常見類型：
- 壓電式：使用晶體在加速時產生電壓
- 壓阻式：多用於機械工程
- 電容式(MEMS)：可測量低頻、低幅度加速度及重力加速度
軸向資訊：
- 可測量單軸、雙軸或三軸
- 三軸加速度計可檢測X、Y、Z三個平面的加速度
- 有些設備輸出單一綜合值，有些提供各軸獨立數據
3.2 數據獲取與處理
數據獲取：
- 採樣頻率決定能捕捉的運動細節
- 必須至少為目標運動頻率的兩倍(Nyquist準則)
- 例如：狗跑步頻率約2-6 Hz，需12 Hz以上的採樣率
數據過濾：
- 移除或增強特定頻率的訊號
- 多數PAMs過濾範圍為0.25-7 Hz
數據處理與輸出：
- 經過整流、求和、曲線下面積等處理
- 產生「活動計數」作為最終輸出
- 重要：不同設備的活動計數無法直接比較，沒有標準化單位
- Epoch設定決定數據的細緻度
3.3 設備校準、可靠性與有效性
校準：
- 出廠時已校準，但隨時間可能失準
- 新型設備使用數位過濾，工廠校準可維持設備壽命期
有效性驗證：
- 內容效度：設備是否測量預期目標
- 建構效度：與其他儀器的一致性
- 效標效度：與黃金標準的一致性
- 驗證方法包括：與錄影比對、與已驗證設備比較
可靠性問題：
- 同型號設備間可能有高達57%的變異性
- 建議使用自身對照的研究設計
3.4 數據總結與分析
傳統分析方法：
- 總活動計數、平均值、中位數
- 活動強度(但切點定義缺乏標準)
- 特定時段分析(時間、星期)
進階分析方法：
- 功能線性模型(FLM)：評估活動模式變化
- 功能數據分析(FDA)：處理複雜非線性關係
- Hidden semi-Markov模型：處理高比例零值(靜止期)
- 機器學習(ML)：應用仍有限
4. Part II: 生物學與分析考量
4.1 生物學與使用考量
感測器放置與固定：
- 狗：頸部腹側位置最可靠且方便(與移動距離相關性R²=0.89)
- 貓：項圈與胸背帶放置產生不同活動計數，但與移動距離相關性皆佳(r=0.80-0.90)
- 牽繩連接項圈會干擾數據，建議使用專用項圈!!!!
體型影響：
- 大型犬和老年犬活動計數較低
- 體重每增加1公斤，上下樓梯活動計數減少1.7%
- 肩高與活動輸出顯著相關
- 貓的品種或體重影響尚未研究
年齡影響：
- 年輕狗比成年狗更活躍
- 年齡每增加1年，活動計數減少4.2%
- 認知功能障礙會增加活動(可能因踱步)
- 貓：年輕貓比成年貓活躍，冬季差異更明顯
4.2 活動模式⭐
⭐24小時模式：
- 貓與狗：呈雙峰分布(清晨和傍晚活動高峰)
- 受飼主作息影響(起床、餵食、遛狗時間)
- 週末與平日差異： 狗：週末活動較高 貓：週末活動較低，高峰較不明顯
夜間活動：
- 骨關節炎疼痛會增加夜間活動(不安)，提供止痛藥(NSAIDs)可降低夜間活動。
- 功能線性模型可檢測傳統統計法無法發現的變化
影響因素：
- 年齡/相對壽命、關節疼痛、認知功能都會影響活動模式
- 影響效果在24小時內不均勻分布，例如：高齡在傍晚活動大幅減少，但中午活動增加
4.3 活動變化的生物學意義
⭐臨床意義判斷：
- 統計顯著不等於臨床意義，需要定義「成功的變化」閾值
- 比較方法：與已知止痛藥效果對照，例如：抗NGF抗體增加13%活動 vs. NSAIDs增加3.32%
個體內變異：
- 狗和貓的個體間活動變異很大
- 評估個體內變化可能比群組效應更相關
⭐4.4 偵測與理解止痛藥效果⭐⭐
⭐慢性疼痛對活動的影響：
- 傳統認為疼痛降低活動，但實際更複雜
- 健康貓與關節痛貓的平均活動量無顯著差異
- 活動模式在高峰時段確實受疼痛影響
- 其他因素(年齡、飼主活動)影響可能更大
治療反應：
- 初始障礙程度較高的狗，治療後活動增加百分比較大
- 安慰劑組活動可能隨時間逐漸下降
- 不同藥物效果不同： NSAIDs、抗NGF抗體：增加活動 Gabapentin、Amantadine：可能因鎮靜而降低活動
重要發現：
- 止痛藥可能不會使活動「正常化」
- 而是產生新的自發行為模式(如小鼠研究所示)
4.5 未來方向
整合式感測單元(IMUs)：
- 結合加速度計、陀螺儀、磁力計、GPS
- 可收集更全面的運動資訊
- 缺點：電池壽命短、角度計算準確度有限
偵測特定動作與行為：
- 需要高採樣率和原始數據存取
- 機器學習可識別特定行為(如抓癢、跳躍)
- 可評估動作執行的「品質」而非僅量化
- 挑戰：需大量數據訓練、長期複雜活動難以處理
運動流暢度：
- 疼痛可能改變動作執行方式而非減少活動量
- 運動流暢度定義：特定動作的連續性或中斷程度
- 需研究疼痛是否改變伴侶動物運動流暢度
植入式加速度計：
- 未來可能使用皮下植入微晶片進行即時生理監測
- 目前限制：電池壽命(生物電池技術發展中)
研究整合：
- 未來應將PAM數據視為複雜行為網絡的組成部分
- 採用網絡方法測量疼痛影響
- 促進個體化測量和治療
5. 結論
主要發現：
- PAMs可提供客觀的活動測量，需深入理解設備技術、生物影響因素、數據管理和統計方法
現況問題：
- 市場上多數加速度計缺乏驗證數據
- 技術不透明，難以獨立推進研究
未來潛力：
- 可揭示活動模式、動作類型、動作執行方式
- 可評估疼痛對這些面向的影響
- 有潛力提供新穎、臨床相關、客觀的慢性疼痛研究結果測量指標
資料來源: Physical Activity Monitors in Companion Animal Chronic Pain Research—A Review Focused on Osteoarthritis Pain, Animal, Jul 2025
