一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)及方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>休閑,運(yùn)動,玩具,娛樂用品的裝置及其制品制造技術(shù)

本發(fā)明涉及運(yùn)動檢測和運(yùn)動行為反饋干預(yù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

2016年英國著名醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》發(fā)表全球成年人體重調(diào)查報(bào)告：全球成人肥胖人口已經(jīng)超過正常體重者，其中中國以9000萬肥胖人口(男性4320萬，女性4649萬)超過美國的8700萬，成為全球肥胖人口最多的國家。因此我國面對的肥胖形勢十分嚴(yán)峻。

目前，世界各國都面臨肥胖這一全球性難題，它被世界衛(wèi)生組織(who)定義為疾病，是繼心血管病和癌癥之后對人類健康最具威脅的第三大因素。肥胖不僅造成各種代謝類疾病(如ii型糖尿病等)，而且會引起多種并發(fā)癥，如冠心病、高血壓、肝膽病變、肺功能不良、關(guān)節(jié)病變等。此外，肥胖還影響形體美，給人們生活帶來居多不便。

研究表明造成肥胖的原因很多，但主要因素是由于高熱量食物的過多攝入、運(yùn)動量的減少，導(dǎo)致攝入與消耗之間的不平衡，進(jìn)而引起肥胖。

當(dāng)前隨著社會的發(fā)展，飲食結(jié)構(gòu)和生活習(xí)慣的改變、高熱量食物的過多攝取，以及人們越來越依賴便捷的交通，加之高強(qiáng)度的工作等一系列因素都導(dǎo)致我們攝入與消耗之間的不平衡。如何從行為干預(yù)方面，調(diào)控生活方式，增加運(yùn)動量和能量消耗，便是控制和調(diào)節(jié)體重的一個重要環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題做出改進(jìn)，即本發(fā)明的第一個目的在于公開一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)，系統(tǒng)佩戴于人體手腕部位，用以幫助控制肥胖患者運(yùn)動和睡眠習(xí)慣。本發(fā)明的第二個目的在于公開一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)方法。

技術(shù)方案：一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)，包括：

arm處理器，用于多源傳感器的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析與融合評估、綜合判決、干預(yù)控制；

心率傳感器，與arm處理器通過i2c總線相連，用于監(jiān)測佩戴者的心率；

運(yùn)動傳感器，與arm處理器通過i2c總線相連，通過獲取佩戴者手腕運(yùn)動的三軸加速度和三軸角速度來監(jiān)測佩戴者的運(yùn)動；

光照傳感器，與arm處理器通過i2c總線相連，用于監(jiān)測佩戴者周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度；

溫度傳感器，與arm處理器通過i2c總線相連，用于監(jiān)測佩戴者周圍環(huán)境的溫度；

數(shù)字時鐘芯片，與arm處理器通過i2c總線相連，產(chǎn)生準(zhǔn)確時鐘數(shù)據(jù)，用于多源傳感器的數(shù)據(jù)時間同步以及針對肥胖患者干預(yù)治療提供時間標(biāo)準(zhǔn)；

flash存儲器，與arm處理器通過spi總線相連，用于存儲多源傳感器預(yù)處理后的數(shù)據(jù)；

led警示器，其輸入端與arm處理器的輸出端相連，通過發(fā)出不同顏色閃爍亮光向佩戴者警示干預(yù)；

微型蜂鳴器，其輸入端與arm處理器的輸出端相連，通過發(fā)出鳴叫聲向佩戴者警示干預(yù)，

藍(lán)牙天線，與arm處理器通信互聯(lián)，用于系統(tǒng)與周圍近距離的智能設(shè)備進(jìn)行無線藍(lán)牙通信；

microusb接口，與arm處理器通用異步收發(fā)傳輸器相連，用于上位機(jī)對系統(tǒng)處理器程序調(diào)試和程序下載，并作為電池充電的上級電源接口；

電源管理芯片，分別與電池、心率傳感器的電源管腳、運(yùn)動傳感器的電源管腳、光照傳感器的電源管腳、溫度傳感器的電源管腳、數(shù)字時鐘芯片的電源管腳、flash存儲器的電源管腳相連，用于對電池的充電電壓進(jìn)行管理，還用于電池對心率傳感器、運(yùn)動傳感器、光照傳感器、溫度傳感器、數(shù)字時鐘芯片、flash存儲器的供電電壓和供電電流進(jìn)行管理；

電池，與電源管理芯片相連；

按鍵，與arm處理器的輸入端相連，分別用于控制arm處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲操作和停止干預(yù)操作。

進(jìn)一步地，所述智能設(shè)備包括智能手機(jī)。

進(jìn)一步地，按鍵包括存儲專用按鍵和停止干預(yù)專用按鍵，存儲專用按鍵與arm處理器的輸入端相連，用于控制arm處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲操作；停止干預(yù)專用按鍵與arm處理器的輸入端相連，用于控制arm處理器進(jìn)行停止干預(yù)操作。

一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)方法，肥胖患者將上述面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)佩戴于手腕處，包括以下步驟：

(1)、在面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)中輸入佩戴者的年齡和當(dāng)前時間信息，然后通過佩戴于手腕處的面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)采集肥胖患者的運(yùn)動加速度數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)、周圍的溫度數(shù)據(jù)和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

(2)、對步驟(1)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗平滑濾波降噪、采樣和校正處理，降低后續(xù)處理數(shù)據(jù)量和存儲空間需求；

(3)、加權(quán)處理步驟(2)得到的運(yùn)動加速度數(shù)據(jù)和心率數(shù)據(jù)，得到運(yùn)動強(qiáng)度等級評估值，分別分區(qū)量化體外環(huán)境溫度、外部光照強(qiáng)度，得到體感溫度等級評估值和體感亮度等級評估值，融合運(yùn)動強(qiáng)度等級評估值、體感溫度等級評估值、體感亮度等級評估值和使用時間段獲得對肥胖患者的反饋干預(yù)等級；

(4)根據(jù)步驟(3)得到的反饋干預(yù)等級對肥胖患者實(shí)施干預(yù)處理。

進(jìn)一步地，步驟(3)包括以下步驟：

(31)計(jì)算運(yùn)動強(qiáng)度等級評估值

(311)計(jì)算時間窗內(nèi)的運(yùn)動加速度矢量和的平均值，記為a，按照運(yùn)動很輕、輕、中等、重、很重區(qū)間范圍對a的值進(jìn)行運(yùn)動強(qiáng)度等級評估，評估值記為p1；

當(dāng)a＜0.1時，表示運(yùn)動很輕，p1＝1；

當(dāng)0.1≤a＜0.2時，表示運(yùn)動輕，p1＝2；

當(dāng)0.2≤a＜0.3時表示運(yùn)動中等，p1＝3；

當(dāng)0.4≤a＜0.5時，表示運(yùn)動重，p1＝4；

當(dāng)a≥0.5時，表示運(yùn)動很重，p1＝5；

(312)計(jì)算時間窗內(nèi)肥胖患者的心率平均值，記為b，按照運(yùn)動很輕、輕、中等、重、很重區(qū)間范圍對b值進(jìn)行運(yùn)動強(qiáng)度等級評估，評估值記為p2；

當(dāng)b＜140-年齡時，表示運(yùn)動很輕，p2＝1；

當(dāng)140-年齡≤b＜160-年齡時，表示運(yùn)動輕，p2＝2；

當(dāng)160-年齡≤b＜180-年齡時，表示運(yùn)動中等，p2＝3；

當(dāng)180-年齡≤b＜200-年齡時，表示運(yùn)動重，p2＝4；

當(dāng)b≥200-年齡時，表示運(yùn)動很重，p2＝5；

(313)對兩種運(yùn)動強(qiáng)度等級估計(jì)值進(jìn)行加權(quán)處理得到運(yùn)動強(qiáng)度等級評估值p1-2，p1-2＝0.7p1+0.3p2；

(32)計(jì)算時間窗內(nèi)體外環(huán)境溫度的平均值，記為c,按照體感很冷、冷、涼、溫暖、熱、很熱、過熱等溫度區(qū)間范圍對c值進(jìn)行體感溫度等級評估，體感溫度等級評估值記為p3；

當(dāng)c＜0℃時，表示很冷，p3＝1；

當(dāng)0℃≤c＜5℃時，表示冷，p3＝2；

當(dāng)5℃≤c＜15℃時，表示涼，p3＝3；

當(dāng)15℃≤c＜22℃時，表示溫暖，p3＝4；

當(dāng)22℃≤c＜27℃時表示熱，p3＝5；

當(dāng)27℃≤c＜32℃時，表示很熱，p3＝6；

當(dāng)c>32℃時，表示過熱，p3＝7；

(33)計(jì)算時間窗內(nèi)的光照強(qiáng)度的平均值，記為d，按照體感很暗、暗、微亮、亮、很亮等亮度區(qū)間范圍對d值進(jìn)行亮度等級評估，體感亮度等級評估值記為p4；

當(dāng)0勒克斯≤d＜0.5勒克斯時，表示很暗，p4＝1；

當(dāng)0.5勒克斯≤d＜20勒克斯時，表示暗，p4＝2；

當(dāng)20勒克斯≤d＜50勒克斯時，表示微亮，p4＝3；

當(dāng)50勒克斯≤d＜300勒克斯時，表示亮，p4＝4；

當(dāng)d>300勒克斯時，表示很亮，p4＝5；

(34)記使用時間段為t，按照凌晨、早晨、上午、中午、下午、傍晚、晚上對t值進(jìn)行量化，量化值記為p5；

當(dāng)0點(diǎn)≤t＜5點(diǎn)時，表示為凌晨，p5＝1；

當(dāng)5點(diǎn)≤t＜8點(diǎn)時，表示為早晨，p5＝2；

當(dāng)8點(diǎn)≤t＜12點(diǎn)時，表示為上午，p5＝3；

當(dāng)12點(diǎn)≤t＜14點(diǎn)時，表示為中午，p5＝4；

當(dāng)14點(diǎn)≤t＜17點(diǎn)時，表示為下午，p5＝5；

當(dāng)17點(diǎn)≤t＜20點(diǎn)時表示為傍晚，p5＝6；

當(dāng)20點(diǎn)≤t＜24點(diǎn)時表示為晚上，p5＝7；

(35)計(jì)算肥胖患者的反饋干預(yù)等級

構(gòu)建融合評估模型計(jì)算肥胖患者的反饋干預(yù)等級p，p＝w1p1-2+w3p3+w4p4+w5p5，其中

w1、w3、w4和w5為加權(quán)值，加權(quán)值采用svm方法離線訓(xùn)練得到；

p被評估為三個反饋干預(yù)等級，分別為ii級、i級和正常，其中

當(dāng)p≥0.7時，p為ii級，ii級表示患者身體狀況出現(xiàn)嚴(yán)重問題需要警報(bào)干預(yù)；

當(dāng)0.4≤p＜0.7時，p為i級，i級表示患者需要運(yùn)動或飲食控制警告干預(yù)；

p＜0.4時，p為正常，正常情況時無需干預(yù)。

進(jìn)一步的，步驟(4)中，當(dāng)肥胖患者的反饋干預(yù)等級p評估為ii級時，微型蜂鳴器和led警示器發(fā)出聲光警報(bào)，蜂鳴器長時間鳴叫，led警示器發(fā)出閃爍紅光，同時通過藍(lán)牙天線連接近距離智能設(shè)備并發(fā)送警報(bào)信息。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，當(dāng)肥胖患者的反饋干預(yù)等級p評估為i級時，微型蜂鳴器和led警示器發(fā)出聲光警報(bào)，微型蜂鳴器短時間間歇鳴叫，led警示器發(fā)出閃爍綠光，警告肥胖患者控制飲食、增加運(yùn)動、減少睡眠。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，當(dāng)肥胖患者的反饋干預(yù)等級p評估為正常時，不采取干預(yù)處理。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，當(dāng)led警示器發(fā)出交替閃爍的紅綠光時，提醒系統(tǒng)的存儲空間快滿，患者按存儲專用按鍵，系統(tǒng)通過藍(lán)牙天線連接近距離智能設(shè)備，上傳存儲數(shù)據(jù)到智能設(shè)備終端備份，然后清除flash存儲器中的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，在微型蜂鳴器發(fā)聲和led警示器發(fā)光時，肥胖患者按停止專用按鍵，取消本次聲光干預(yù)。

有益效果：本發(fā)明公開的一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)及方法具有以下有益效果：

1、綜合多種傳感器數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確反映肥胖患者的運(yùn)動生理狀態(tài)、活動規(guī)律和周圍環(huán)境，并實(shí)施有效的反饋干預(yù)措施，有助于患者養(yǎng)成良好的飲食、運(yùn)動、睡眠習(xí)慣，對于肥胖患者長效物理治療具有重要作用；

2、數(shù)據(jù)加窗、采樣、線性加權(quán)融合簡化模型等處理有效降低計(jì)算的復(fù)雜度和系統(tǒng)的功耗，延長系統(tǒng)待機(jī)時間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明公開的一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)說明。

一種面向肥胖患者的運(yùn)動檢測與反饋干預(yù)系統(tǒng)，包括：

arm處理器，用于多源傳感器(包括心率傳感器、運(yùn)動傳感器、光照傳感器和溫度傳感器)的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析與融合評估、綜合判決、干預(yù)控制；

心率傳感器(型號為max30100或max30102)，與arm處理器通過i2c總線相連，用于監(jiān)測佩戴者的心率；