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电视直播西班牙人vs维戈塞尔塔: 一種有效運動量監測裝置以及包含該裝置的健康管理系統.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201410743081.4

申請日:

20141205

公開號:

CN104545932A

公開日:

20150429

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/11,A61B5/22 主分類號: A61B5/11,A61B5/22
申請人: 北京耀華知己健康管理有限公司
發明人: 王漢亮,張廣福,楊舟,黃志堅,蔣紅斌
地址: 100013 北京市東城區濱河路1號6層東側
優先權: 2014105686135
專利代理機構: 北京市商泰律師事務所 代理人: 毛燕生
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410743081.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明提供一種有效運動量監測裝置以及包含該裝置的健康管理系統,裝置包括殼體、傳感裝置和單片機,所述單片機設于所述殼體內,所述傳感裝置與所述單片機相連接;其中:所述傳感裝置包括并列的運動傳感裝置和環境傳感裝置,所述單片機通過所述通信單元與云平臺的數據庫通訊;所述殼體上還設有與所述單片機相連接的按鍵、顯示、存儲單元;健康管理系統包括個人終端和云平臺,所述個人終端通過無線通信的方式與所述云平臺相連接。有效運動量監測裝置對使用者的有效運動能量消耗進行運算,提高了健康管理系統對用戶運動與膳食指導方案的準確性。

權利要求書

1.一種有效運動量監測裝置,其特征在于,包括殼體、傳感裝置和單片機,所述單片機設于所述殼體內,所述傳感裝置與所述單片機相連接;其中:所述傳感裝置包括并列的運動傳感裝置和環境傳感裝置,所述單片機通過所述通信單元與云平臺的數據庫通訊;所述殼體上還設有與所述單片機相連接的按鍵、顯示、存儲單元。2.根據權利要求1所述的有效運動量監測裝置,其特征在于,所述運動傳感裝置為三維加速度傳感器,所述三維加速度傳感器與所述單片機之間設有帶通濾波器。3.根據權利要求1所述的有效運動量監測裝置,其特征在于,所述環境傳感裝置包括并列的溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器。4.一種有效運動量監測裝置的有效運動量計算方法,具體包括如下步驟:步驟一:根據以下公式計算出時間周期T內個體消耗的運動能量E:其中:m:使用者的體重;T:連續運動的時間周期(t-t);a:三維加速度傳感器在x軸向的加速度值;a:三維加速度傳感器在y軸向的加速度值;a:三維加速度傳感器在z軸向的加速度值;步驟二:結合環境因素,根據以下公式對運動能量E加以修正,為最終得到有效運動能量的消耗值E:E=f(E,T,C,P,C,R,C),其中:C:運動環境溫度修正系數;T:t時間周期內運動環境溫度平均值;C:運動環境氣壓修正系數;P:t時間周期內運動環境氣壓平均值;C:運動環境濕度修正系數;R:t時間周期內運動環境濕度平均值。5.一種健康管理系統,其特征在于,包括個人終端和云平臺,所述個人終端通過無線通信的方式與所述云平臺相連接;其中:所述個人終端包括體征測試裝置、權利要求1-3中任一項所述的有效運動量監測裝置和通信裝置,所述體征測試裝置將采集到的慢性病特定信息傳輸至所述云平臺,所述有效運動量監測裝置將根據傳感裝置采集到的數據得出的有效運動量以及環境傳感裝置采集到的數據一并傳輸至所述云平臺,所述通信裝置與所述云平臺雙向通訊。

說明書

技術領域

本發明涉及健康管理領域,具體涉及一種有效運動量監測裝置以及包含該裝置的健康管理系統。

背景技術

研究表明,有規律、適量的運動可以使慢性病的發病相對危險性大大降低。通過對不同種類(糖尿病、肥胖癥、高血壓等)的慢性病患者采取不同的、更為科學、規范、量化的運動干預方式來指導和監督,可以起到明顯的防治效果。而指導和監督的關鍵是對患者有效運動能量消耗、運動環境因素和身體健康狀況的準確掌握,但是由于人體運動的形式多種多樣,運動性質極為復雜,如何準確度量其有效的運動能量成為研究的難點之一。

目前用于測量人體運動的主要方法是采用人體運動狀態垂直、側向、前后敏感的三維加速度傳感器進行測量,三維加速度傳感器根據人體運動時加速度變化最大方向的輸出信號頻率計算出運動者的步數,再以運動者的步幅進行定標參考,將步數轉換成行走的距離和能量消耗的卡路里值。這種方法計算出的運動步數是較為準確的,但根據運動的步數和步幅計算出的運動能量消耗值的精度并不能準確表達運動的強度和能耗。

對于既能反映不同的運動強度又能保證計算精確度的裝置,則需由多種硬件組件和軟件計算??樽槌?,不僅結構繁雜,而且其測量裝置(如人體阻抗測定裝置)需要在人體不同部位的皮膚上固定電極進行測量,并不適合在人們日常運動時的實時攜帶和監測。

發明內容

有鑒于此,本發明提供一種有效運動量監測裝置以及包含該裝置的健康管理系統,旨在準確監測出反映使用者的有效運動能耗,并通過健康管理專家系統云平臺對其進行生活方式干預治療。

本發明采用的技術方案具體為:

一種有效運動量監測裝置,包括殼體、傳感裝置和單片機,所述單片機設于所述殼體內,所述傳感裝置與所述單片機相連接;其中:

所述傳感裝置包括并列的運動傳感裝置和環境傳感裝置,所述單片機通過所述通信單元與云平臺的數據庫通訊;

所述殼體上還設有與所述單片機相連接的按鍵、顯示、存儲單元。

所述運動傳感裝置為三維加速度傳感器,所述三維加速度傳感器與所述單片機之間設有帶通濾波器。

所述環境傳感裝置包括并列的溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器。

一種有效運動量監測裝置的有效運動量計算方法,具體包括如下步驟:

步驟一:根據以下公式計算出時間周期T內個體消耗的運動能量?Et:

E t = f ( m , ∫ t 1 t 2 | a x | dt , ∫ t 1 t 2 | a y | dt , ∫ t 1 t 2 | a z | dt ) , ]]>其中:

m:受管理者的體重;

T:連續運動的時間周期(t1-t2);

ax:三維加速度傳感器在x軸向的加速度值;

ay:三維加速度傳感器在y軸向的加速度值;

az:三維加速度傳感器在z軸向的加速度值;

步驟二:結合環境因素,根據以下公式對運動能量Et加以修正,為最終得到有效運動能量的消耗值Et有效:

Et有效=f(ET,T,CT,P,Cp,R,CR),其中:

Ct:運動環境溫度修正系數;

T:t時間周期內運動環境溫度平均值;

CP:運動環境氣壓修正系數;

P:t時間周期內運動環境氣壓平均值;

CR:運動環境濕度修正系數;

R:t時間周期內運動環境濕度平均值。

一種健康管理系統,包括個人終端和云平臺,所述個人終端通過無線通信的方式與所述云平臺相連接;其中:所述個人終端包括體征測試裝置、有效運動量監測裝置和通信裝置,所述體征測試裝置將采集到的使用者的特定信息傳輸至所述云平臺,所述有效運動量監測裝置將根據傳感裝置采集到的數據得出的有效運動量以及環境傳感裝置?采集到的數據一并傳輸至所述云平臺,所述通信裝置與所述云平臺雙向通訊。

本發明產生的有益效果是:

通過獨立的帶通濾波器將三維加速度傳感器的信號加以過濾,將其它頻率的干擾噪聲信號去除,只將反映人體運動主頻范圍(f1,f2)內的信號取出,確保了運動能量消耗運算的準確性;

通過溫度、濕度、氣壓傳感器提供的運動環境實時數據,并通過公式對運動能量消耗值加以修正,最終得到更為準確的有效運動能量消耗值。

通過本發明的能量監測裝置結合其它特定慢性病的體征信息,以及通過通信裝置將個人信息通過管理云平臺,由健康管理專家系統對接受管理的慢性病患者反饋出運動和膳食指導非藥物治療方案信息,操作方便。

附圖說明

當結合附圖考慮時,能夠更完整更好地理解本發明。此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解,實施例及其說明用于解釋本發明,并不構成對本發明的不當限定。

圖1為本發明一種有效運動量監測裝置的結構示意圖;

圖2為本發明一種健康管理系統的結構示意圖;

圖3為本發明一種健康管理系統一種實施例的管理示意圖;

圖4為在運動狀態下三維加速度傳感器的軸信號輸出示意圖;

圖5為人體運動時三維加速度傳感器的輸出頻譜圖;

圖6-a為帶通濾波器濾波前的輸出信號波形圖;

圖6-b為帶通濾波器濾波后的輸出信號波形圖;

圖中:1、三維加速度傳感器??2、帶通濾波器??3、氣壓傳感器??4、溫度傳感器??5、濕度傳感器??6、單片機??7、按鍵、顯示、存儲單元??8、通信單元。?

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案作進一步詳細的說明。

對人體運動有效能量消耗計算過程中,三維加速度傳感器的輸出信號如圖4所示,由于運動三維加速度傳感器的輸出信號不可避免的受到了人體的靜態運動、重力加速度、外部振動、加速度計本身的共振以及在人體佩戴部位等非有效運動的影響,所以輸出信號包含了嚴重的噪聲干擾,這對能耗計算的誤差影響有20-30%。

此外,在不同環境因素(溫度、濕度和氣壓等)的影響下,進行一次相同的有氧代謝運動后,其體重、體脂百分比、耗氧量和靜脈血液中Na+、Cl-、K+濃度的升高值均是不同的,耗能差異很大,若不進行環境因素的修正,會使能量消耗計算的精度大大降低,會造成30-40%的誤差。

如圖1所示的有效運動量監測裝置,包括殼體、設于殼體內的單片機6、設于殼體上的所述單片機相連接的按鍵、顯示、存儲單元7以及與單片機6相連接的傳感裝置,單片機6通過通信單元8與云平?臺的數據庫通訊,其中傳感裝置包括并列的三維加速度傳感器1和環境傳感裝置;其中:三維加速度傳感器1與單片機6之間設有帶通濾波器2,環境傳感裝置包括并聯的氣壓傳感器3、溫度傳感器4和濕度傳感器5。

三維加速度傳感器1感應人體運動時在三維軸向上的加速度,并以三路數字信號輸出到帶通濾波器2,濾波后的三路加速度信號輸出到單片機6;運動環境傳感裝置中的氣壓傳感器3將感測到的運動環境中的氣壓信號傳輸到單片機6,同理,溫度傳感器4和濕度傳感器5分別將所感測到的運動環境中的溫度信號和濕度信號傳輸到單片機6,儀器的按鍵、顯示、存儲單元7,用于存儲測量信號數據、存儲并顯示和計算結果以及對儀器進行功能變換和開關機等操作,RF-SIM通信單元8將監測到的運動強度數據以及運動環境中的溫度、濕度數據和氣壓數據實時或定時傳輸到健康管理系統的云平臺數據庫。

由圖2可以看出,在運動狀態下,三維加速度傳感器1由于受到了人體的靜態運動、重力加速度、外部振動、加速度計本身的共振以及在人體佩戴部位等非有效運動的干擾,使其輸出信號上疊加了許多噪聲干擾信號,而研究表明,人體運動時輸出信號的頻譜如圖5所示,可以看出,反映人體運動的主頻集中在(f1,f2)的頻率范圍內,而其它干擾產生的信號頻率則在該范圍以外。帶通濾波器2是一個由獨立的數字信號處理器(DSP)組成的有限沖擊響應數字濾波器(FIR),特點是系統穩定、確保了線性相位、結構簡單,實現了對加速度傳感器1的輸出干擾信號的實時濾波。加速度傳感器1的輸出信號經該帶通濾?波器2濾波后,只將反映人體運動主頻(f1,f2)范圍內的信號取出,而將其它頻率的干擾噪聲信號去除,確保了運動能量消耗運算的準確性。帶通濾波器2濾波前后對輸出信號波形的影響如圖6-a和6-b所示。

如圖2所示的慢性病健康管理系統(以糖尿病為例),包括個人終端和云平臺,個人終端通過無線通信的方式與云平臺相連接;個人終端包括體征測量裝置(血糖儀)、有效運動量監測裝置和通信裝置(如具有接收和發送功能的智能手機),血糖儀將采集到的血糖信息傳輸至云平臺,通信單元8通過RF射頻通信方式或者SIM卡移動通信網絡方式實時或定時地將有效運動量監測裝置測量計算出的人體有效運動量的消耗值上傳到各類慢性病對應的健康管理云平臺數據庫,同時一并將氣壓傳感器3、溫度傳感器4和濕度傳感器5的測量值也上傳到管理云平臺數據庫,體征測量裝置通過自帶的無線通信單元,或通過智能手機、平板電腦等將參數上傳到健康管理云平臺數據庫。糖尿病管理云平臺的一種實施例如圖3所示,其中特定慢性病對應的個人血糖信息通過血糖儀發送至管理云平臺,體重、血壓、血脂、心電等體檢信息,以及用藥信息和膳食錄入信息通過通信裝置(如智能手機、平板電腦、PC機等)發送至管理云平臺,智能管理專家系統或者專家在線管理系統接收到上述信息后,對患者進行運動目標、膳食生活方式干預治療指導,在干預治療過程中將根據不同個體的實際情況參考一并上傳上來的環境因素,對其有效運動量目標進行相應的調整,并將運動和膳食指導方案反饋至通信裝置,至此實現了用戶與云平臺的雙向通訊。

有效運動量監測裝置在時間周期T內的人體運動能量消耗值由下式計算得出:

E t = f ( m , ∫ t 1 t 2 | a x | dt , ∫ t 1 t 2 | a y | dt , ∫ t 1 t 2 | a z | dt ) , ]]>

m:受管理者的體重;

T:連續運動的時間周期(t1-t2);

ax:三維加速度傳感器1在x軸向的加速度值;

ay:三維加速度傳感器1在y軸向的加速度值;

az:三維加速度傳感器1在z軸向的加速度值。

表征運動環境的氣壓傳感器3、溫度傳感器4和濕度傳感器5,分別實時監測并將其測量的運動者所處環境的溫度、濕度和大氣壓力與運動加速度測量輸出值同步輸入單片機6,作為進行運動能量消耗計算的修正參數,最終得出有效運動能量消耗值,即

Et有效=f(ET,T,CT,P,CP,R,CR)

如最簡單的一種人體運動能量的計算公式可以是:

Et有效=ET×Ct·T×CP·P×CR·R,其中:

T:t時間周期內運動環境溫度平均值,單位:℃

Ct:運動環境溫度修正系數,Ct=e0.01|t-20|;

修正范圍:t=-40-40;

Ct=1-1.82;

CP:運動環境氣壓修正系數,Cp=(0.0098×P)-1;

P:t時間周期內運動環境氣壓平均值,單位hPa;

修正范圍:P=101.3-61.6(0-4000m);

CP=1-1.647;

CR:運動環境濕度修正系數;

R-相對濕度單位:%RH;

修正范圍:R=0-100;

CR=1-1.718。

R:t時間周期內運動環境濕度平均值。

數據表明,通過采用本發明的健康管理系統對糖尿病、高血壓、肥胖癥和控煙癥群進行管理(675家社區衛生服務機構,慢性病患者56625人。其中,完成三個月強化期管理的為47386人,在47386人員中,高血壓患者18612人,占39.28%;糖尿病患者12095人,占25.52%;肥胖超重者4750人,占10.02%;其他為11929人,占25.17%。),取得了如下的效果:

(1)糖尿病患者:?

在12095例糖尿病患者中:男性5023人,占41.52%,女性7072人,占58.48%;年齡段為20-89歲,其中20-39歲169人,40-49歲882人,50-59歲3738人,60-69歲4590人,70-79歲2456人,80歲以上260人(具體見表1)。

表1:年齡、性別分布情況

經強化管理3個月后,空腹血糖達標率為84.20%,比管理前提高了42.32%;餐后2h血糖控制達標率為91.10%,比管理前提高了37.32%;糖化血紅蛋白控制達標率為77.80%,比管理前提高了40.50%。其中糖化血紅蛋白下降≥1.0mmol/l的人數為2405,占糖尿病管理人數的18.64%(具體見表2)。

表2:管理前后血糖指標控制達標情況

備注:空腹血糖、餐后血糖、糖化血紅蛋白達標指分別滿足≤7.2mmol/L、≤10.0mmol/L、-7.0%者。

此外,糖尿病患者的各項理化檢查指標均有較明顯的變化,如:體重指數平均下降0.7kg/m2,腰圍平均下降2.4cm,收縮壓平均下降6.2mmHg,舒張壓平均下降3.4mmHg,空腹血糖平均下降1mmol/l,餐后2小時血糖平均下降1.7mmol/l,糖化血紅蛋白平均下降0.7?mmol/l,總膽固醇平均下降0.33mmol/l,甘油三脂平均下降0.24mmol/l,高密度脂蛋白平均升高0.04mmol/l,低密度脂蛋白平均下降0.22mmol/l,經統計學分析,各項指標管理前后間差異均有統計學意義(p-0.01,具體見表3)管理后有效運動量明顯增加、實際攝入量下降,與管理前比較差異均有統計學意義(p-0.01,具體見表4)

表3:管理前后各項理化檢查指標均值變化情況

表4:管理前后飲食和運動均均值變化情況

(2)高血壓患者:?

在18612高血壓病患者中:男性7615人,占40.91%;女性10997?人,占59.09%。年齡段18~94歲,18~39歲515人,40~49歲1792人,50~59歲6178人,60~69歲6520人,70~79歲3136人,80歲以上471人。(具體見表5)

表5:年齡、性別分布情況

經強化管理3個月后,血壓控制達標率為93.50%,比管理前提高了65.82%;其中收縮壓下降≥9mmHg的人數10401,占高血壓管理人數的55.88%,舒張壓下降≥4mmHg的人數10752人,占高血壓管理人數的57.77%(具體見表6)。

表6:管理前后血糖指標控制達標情況

備注:血壓達標指血壓-140/90mmHg者。

各理化檢查指標均有較明顯的變化:體重指數平均下降0.8kg/m2,腰圍平均下降2.6cm,收縮壓平均下降9.7mmHg,舒張壓平均下降5.9mmHg,空腹血糖平均下降0.2mmol/l,餐后2小時血糖平均下降0.4?mmol/l,糖化血紅蛋白平均下降0.1mmol/l,總膽固醇平均下降0.32mmol/l,甘油三脂平均下降0.21mmol/l,高密度脂蛋白平均升高0.03mmol/l,低密度脂蛋白平均下降0.22mmol/l,經統計學分析,各項指標管理前后間差異均有統計學意義(p-0.01,具體見表7)管理后有效運動量明顯增加、實際攝入量下降,與管理前比較差異均有統計學意義(p-0.01,具體見表8)

表7:管理前后各項理化檢查指標均值變化情況

表8:管理前后飲食和運動均均值變化情況

(3)肥胖癥患者:?

在4750肥胖超重患者中:男性1773人,占37.33%;女性2977人,占62.67%。年齡段1196歲,11-39歲1886人,40-49歲1047人,50-59歲998人,60-69歲657人,70-79歲150人,80歲以上12人。

(具體見表9)

表9:年齡、性別分布情況

經強化管理3個月后,超重肥胖比率由管理前的93.49%下降至83.45%,比管理前降低了10.74%;中心性肥胖比率由管理前的89.40%下降至76.25%,比管理前降低了14.70%。(具體見表10)

表10:管理前后體重變化情況

備注:超重:24≤BMI<28、肥胖:BMI≥28、中心性肥胖:男性腰圍≥85;女性腰圍≥80

各理化檢查指標均有較明顯的變化:體重指數平均下降1.3kg/m2,腰圍平均下降3.7cm,收縮壓平均下降3.9mmHg,舒張壓平均下降?3.2mmHg,空腹血糖平均下降0.1mmol/l,餐后2小時血糖平均下降0.2mmol/l,糖化血紅蛋白平均下降0.1mmol/l,總膽固醇平均下降0.3mmol/l,甘油三脂平均下降0.18mmol/l,高密度脂蛋白平均升高0.03mmol/l,低密度脂蛋白平均下降0.18mmol/l,經統計學分析,各項指標管理前后間差異均有統計學意義(p-0.01,具體見表11)管理后有效運動量明顯增加、實際攝入量下降,與管理前比較差異均有統計學意義(p-0.01,具體見表12)

表11:管理前后各項理化檢查指標均值變化情況

表12:管理前后飲食和運動均均值變化情況

(4)控煙癥群:?

參與者狀況:2個單位共62名人員(參與者均為男性),年齡最長者為56歲,最小者為23,平均年齡為32.8歲。煙齡最長者為36年,最短者為1年,平均煙齡為11.5年。

效果:經過6個月的管理,參與者的吸煙量大大下降,其中戒煙率為59.7%,、沒完全戒煙的參與者的平均煙量減量率為40.3%。

如上所述,對本發明的實施例進行了詳細地說明,另外,本發明也可用于亞健康、高危人群的生活方式干預治療。顯然,只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果、對本領域的技術人員來說是顯而易見的變形,也均包含在本發明的?;し段е?。

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一種 有效 運動量 監測 裝置 以及 包含 健康 管理 系統
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