Wearable sensor technologies and deep learning are transforming healthcare management. Yet, most health sensing studies focus narrowly on physical chronic diseases. This overlooks the critical need for joint assessment of comorbid physical chronic diseases and depression, which is essential for collaborative chronic care. We conceptualize multi-disease assessment, including both physical diseases and depression, as a multi-task learning (MTL) problem, where each disease assessment is modeled as a task. This joint formulation leverages inter-disease relationships to improve accuracy, but it also introduces the challenge of double heterogeneity: chronic diseases differ in their manifestation (disease heterogeneity), and patients with the same disease show varied patterns (patient heterogeneity). To address these issues, we first adopt existing techniques and propose a base method. Given the limitations of the base method, we further propose an Advanced Double Heterogeneity-based Multi-Task Learning (ADH-MTL) method that improves the base method through three innovations: (1) group-level modeling to support new patient predictions, (2) a decomposition strategy to reduce model complexity, and (3) a Bayesian network that explicitly captures dependencies while balancing similarities and differences across model components. Empirical evaluations on real-world wearable sensor data demonstrate that ADH-MTL significantly outperforms existing baselines, and each of its innovations is shown to be effective. This study contributes to health information systems by offering a computational solution for integrated physical and mental healthcare and provides design principles for advancing collaborative chronic disease management across the pre-treatment, treatment, and post-treatment phases.


翻译:可穿戴传感器技术与深度学习正在变革医疗健康管理。然而,多数健康感知研究仅聚焦于躯体慢性疾病,忽视了同时评估共病的躯体慢性疾病与抑郁症的关键需求,而这对于协同慢性病护理至关重要。我们将包含躯体疾病与抑郁症的多疾病评估概念化为一个多任务学习问题,其中每种疾病评估被建模为一个任务。这种联合建模方式利用疾病间关系提升准确性,但也引入了双重异质性的挑战:慢性疾病在表现形式上存在差异(疾病异质性),且患有相同疾病的患者呈现多样化模式(患者异质性)。为解决这些问题,我们首先采用现有技术并提出一种基础方法。鉴于基础方法的局限性,我们进一步提出一种基于高级双重异质性的多任务学习方法,该方法通过三项创新改进基础方法:(1)支持新患者预测的群体级建模,(2)降低模型复杂度的分解策略,以及(3)在平衡模型组件间相似性与差异性的同时显式捕获依赖关系的贝叶斯网络。基于真实世界可穿戴传感器数据的实证评估表明,ADH-MTL显著优于现有基线方法,且其各项创新均被证明有效。本研究通过提供一种整合躯体与心理健康护理的计算解决方案,为健康信息系统做出贡献,并为推进覆盖治疗前、治疗中和治疗后阶段的协同慢性疾病管理提供了设计原则。

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