徐穎穎，莊 彥，未 培

1 智能體重管控系統(tǒng)需求分析

人民群眾的身心健康對國家的發(fā)展和未來有著至關(guān)重要的意義.在國民身體健康這一領(lǐng)域內(nèi)，肥胖已成為相當(dāng)突出的問題之一.世界四大醫(yī)學(xué)社會(huì)問題其中之一就是肥胖，與艾滋病、吸毒與酗酒并列.2017年，《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》稱目前全球肥胖人口數(shù)量已超20億，占總?cè)丝诘?/3.世界衛(wèi)生組織（WHO）更是宣稱，全球首要健康問題，將是肥胖癥.

據(jù)中國疾病預(yù)防控制中心發(fā)布的報(bào)告，中國肥胖人口比例約為12%.中國已是全球肥胖人口最多的國家.據(jù)國內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的各項(xiàng)報(bào)告，我國的肥胖人口分布呈現(xiàn)以下趨勢.

中青年人群中，肥胖人數(shù)上升.《1993-2011年中國9省區(qū)成年人腰圍分布變化趨勢》顯示，在1993至2011年間，18至65歲的成年人中，單腰圍均值一項(xiàng)，男性從76.5厘米增至84厘米，女性從75.3厘米增至80.6厘米［1］.

青少年肥胖率呈上升趨勢.2014年，由教育部負(fù)責(zé)的《2014全國學(xué)生體質(zhì)健康調(diào)研結(jié)果》中，明確指出，各年齡段學(xué)生肥胖檢出率持續(xù)上升［2］.

肥胖、超重在中小城市及鄉(xiāng)村蔓延.北京大學(xué)衛(wèi)生研究所的研究報(bào)告稱，自2005年至2010年間，內(nèi)地中小城市及鄉(xiāng)村肥胖人口數(shù)量顯著增加.

從宏觀數(shù)據(jù)及分項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，肥胖人口顯著增多的主要原因是社會(huì)的高速發(fā)展，物質(zhì)生活的日益豐富，生活節(jié)奏的加快，生活壓力的加大，各種外包服務(wù)日益完善，如外賣服務(wù)，人們以最便捷的方式獲取食物已成為主流.高熱量高脂肪的快餐的興起，加之大多數(shù)上班族的久坐缺乏運(yùn)動(dòng)，肥胖率的增加在所難免.肥胖人群的年輕化、蔓延化對于國民身體健康水準(zhǔn)的提高有弊無利.我國對于肥胖癥的控制已經(jīng)刻不容緩，應(yīng)吸取發(fā)達(dá)國家的教訓(xùn)，學(xué)習(xí)其經(jīng)驗(yàn)，以管控為基礎(chǔ)，推廣國民健康減肥、健康減負(fù)，倡導(dǎo)健康的生活方式.體重管理信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用對提高特定人群的健康具有重要意義［3］.本款智能體重管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，旨在為個(gè)人用戶提供專業(yè)、中肯的健康之道，以便捷的手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備為載體，為廣大用戶提供有效、實(shí)時(shí)、長期的數(shù)據(jù)支持，在使用本款系統(tǒng)的同時(shí)，逐漸養(yǎng)成健康的生活方式，塑造理想體型、擁有健康體魄.

2 智能體重管控系統(tǒng)組成

智能體重管控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，主要由五個(gè)模塊組成，各模塊功能詳解如下.

圖1 智能體重管控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 攝入量模塊

想要保持或達(dá)到理想的體重，重點(diǎn)在于達(dá)到攝入和輸出的平衡，飲食習(xí)慣對于體重管控至關(guān)重要.該模塊功能圖如圖2所示.

圖2 攝入量模塊功能圖

本模塊中的營養(yǎng)素標(biāo)準(zhǔn)值比對表以NRV營養(yǎng)素參考值日推薦攝入量標(biāo)準(zhǔn)表為基準(zhǔn)，用戶在開始使用本模塊功能之前，將自己的各項(xiàng)指標(biāo)輸入，具體到性別、年齡、身高、體重、體脂率、腰圍等，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)的處理，為用戶制定其具體標(biāo)準(zhǔn)值，所有的營養(yǎng)素值都應(yīng)當(dāng)是一個(gè)區(qū)間，在最低值和最高值之間攝入均可.

用戶在食用食物之前，需要使用手機(jī)中的掃一掃功能，掃描食品包裝以及其NRV標(biāo)簽，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別用戶的攝入食物的品種，以及對NRV標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別和記錄.由于NRV的計(jì)算通常以100g或100mL為基準(zhǔn)單位，需要對食品的質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.在計(jì)算食品食用量的問題上，由于當(dāng)前對于重量感知的壓力傳感器較大，無法集成到手機(jī)中，故而在此處，使用一個(gè)app模塊，連接設(shè)備的藍(lán)牙，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)上.如表1所示，以某品牌巧克力能量表、僅脂肪單項(xiàng)營養(yǎng)素為例.

表1 某品牌巧克力營養(yǎng)成分表

用戶在食用之前，掃描營養(yǎng)成分表和包裝，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別其為巧克力，作為一種食物種類自動(dòng)加到食物攝入種類中，并識(shí)別其營養(yǎng)成分表中的數(shù)據(jù)，通過包裝袋上的凈含量或使用外接壓力傳感器稱重其質(zhì)量為15g，計(jì)算這一塊巧克力的脂肪含量為34.7/100*15=5.205g.假設(shè)該用戶是標(biāo)準(zhǔn)體重，脂肪攝入量參照標(biāo)準(zhǔn)表，從該單項(xiàng)指標(biāo)來看應(yīng)小于60g，則該用戶一天食用該巧克力（假設(shè)無其他任何脂肪攝入）的份數(shù)應(yīng)當(dāng)小于12.

對單項(xiàng)營養(yǎng)素進(jìn)行分別的計(jì)算.單項(xiàng)營養(yǎng)素的總值應(yīng)當(dāng)不低于用戶的最低值，不超過最高值.并以24小時(shí)為一個(gè)周期，來獲取用戶攝入量的值，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對.并以14天為一個(gè)周期來監(jiān)測食物的質(zhì)量、品種、營養(yǎng)素的分配等指標(biāo).

2.2 輸出量模塊

運(yùn)動(dòng)量主要分為日常消耗和運(yùn)動(dòng)消耗，即非主動(dòng)運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種.能量是人體維持新陳代謝、生長發(fā)育、從事體力活等生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，身體活動(dòng)消耗的能量至少應(yīng)占總能量的15%，對一般人群而言，也就是240～360千卡.去除日?；顒?dòng)等之外，還需要再加主動(dòng)身體活動(dòng)40分鐘，即時(shí)速5.4～6.0km的6000步運(yùn)動(dòng)量.

本模塊中，以標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)量的作為依據(jù)，并根據(jù)用戶身體狀況、塑身需求來制定合理、專業(yè)、長期的安排，為用戶提供參考運(yùn)動(dòng)量區(qū)間值.用戶應(yīng)當(dāng)根據(jù)參考運(yùn)動(dòng)量值作為指導(dǎo)，完成目標(biāo)量.該模塊功能圖如圖3所示.

圖3 輸出量模塊功能圖

輸出量模塊對非主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的熱量消耗和運(yùn)動(dòng)消耗都會(huì)記錄，并針對個(gè)人用戶的性別、年齡、身高、體重、身體狀況等情況，對個(gè)人用戶的運(yùn)動(dòng)時(shí)長、強(qiáng)度、消耗能量提出專業(yè)性的指導(dǎo).建議適量運(yùn)動(dòng)，避免過度運(yùn)動(dòng).

該模塊的數(shù)據(jù)的監(jiān)測和計(jì)量，可以通過各種智能穿戴設(shè)備來完成，當(dāng)前的技術(shù)完全可以達(dá)到要求.

2.3 個(gè)人體重?cái)?shù)據(jù)

個(gè)人體重報(bào)表模塊功能圖如圖4所示.

圖4 個(gè)人體重報(bào)表模塊功能圖

主要采用體質(zhì)指數(shù)（BMI）、體脂率（BFR）來判斷體重是否健康.

其中，BMI為體質(zhì)指數(shù)，BW為體重（kg），Height為身高（m）.其值以中國標(biāo)準(zhǔn)而言，超過28即為肥胖，超過40為極重度肥胖.

其中，BFR為體脂率，WC為腰圍（cm），BW為體重（kg）.C為常量，男性取值44.74，女性取值34.89.BFR男性取值超過25%、女性超過30%即為肥胖.

以上述較為客觀的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行同比監(jiān)控，并對其他身體指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，包括血壓、心跳等指標(biāo)，對單項(xiàng)數(shù)據(jù)曲線圖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測.單項(xiàng)數(shù)據(jù)曲線圖不應(yīng)波動(dòng)較大，而短期內(nèi)的指標(biāo)驟然改變必然造成不可逆的身體損傷.

2.4 群體體重?cái)?shù)據(jù)

群體體重報(bào)表模塊功能表如圖5所示.

圖5 群體體重報(bào)表模塊功能圖

群體體重?cái)?shù)據(jù)以大數(shù)據(jù)為依托，對同社區(qū)、同城市、同省份等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，對全國體重及其他相關(guān)指標(biāo)，以及對個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比對.本模塊數(shù)據(jù)對于國民身體素質(zhì)、健康水準(zhǔn)都有一定意義，當(dāng)用戶量達(dá)到一定程度時(shí)，本模塊中的數(shù)據(jù)不僅僅可以對個(gè)人用戶的體重管理起到指導(dǎo)作用，亦可與醫(yī)療等大型數(shù)據(jù)庫對接，發(fā)揮更大的作用.

2.5 預(yù)警模塊

體重過低或過高均會(huì)增加疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn).肥胖固然有害，盲目減肥更加有害.如今隨著市場需求的加大，各種減肥產(chǎn)品大行其道，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，而很多人，尤其以青年人為主，盲目減肥、跟風(fēng)減肥，為了降低體重值，節(jié)食甚至斷食，越來越多的人陷入了“肥胖→過度減肥→亞健康”的怪圈，非但沒有起到好的作用，反而把身體弄得更加糟糕.而隨著微信運(yùn)動(dòng)等app的興起，在朋友圈里曬步數(shù)也成為了一種潮流.為了所謂的步數(shù)造成的過度運(yùn)動(dòng)非但不能起到健身的作用，反而對身體有害.無論是過度節(jié)食、過度運(yùn)動(dòng)，或過度進(jìn)食、久坐不動(dòng)，都會(huì)造成身體的損傷.預(yù)警系統(tǒng)在前四個(gè)模塊的基礎(chǔ)上，為用戶提供及時(shí)、有效、專業(yè)的預(yù)警，使得管控更加有效.本模塊功能圖如圖6所示.運(yùn)動(dòng).當(dāng)差額較小或?yàn)樨?fù)值，以14天為一個(gè)周期來提醒用戶.

（4）個(gè)人指標(biāo)預(yù)警.當(dāng)用戶的各項(xiàng)指標(biāo)，主要包括BMI以及體脂率發(fā)生銳減或者陡增時(shí)，都應(yīng)實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警.

3 結(jié)論

圖6 預(yù)警模塊功能圖

（1）營養(yǎng)素預(yù)警.當(dāng)攝入量過低，低于前文所述的攝入量最低值，當(dāng)14天一個(gè)監(jiān)測周期結(jié)束時(shí)，平均值仍低于最低值，發(fā)出營養(yǎng)素過低預(yù)警；同理，當(dāng)攝入量高于最高值，也應(yīng)當(dāng)及時(shí)發(fā)出過高預(yù)警.

（2）熱量預(yù)警.當(dāng)攝入量與輸出量的差值以14天為周期監(jiān)測時(shí)，其絕對值持續(xù)保持較高值時(shí)，應(yīng)當(dāng)發(fā)出預(yù)警.持續(xù)較高正值容易造成能量堆積，形成脂肪，造成肥胖；持續(xù)負(fù)值，且絕對值較高，攝入熱量不足以維持機(jī)體運(yùn)行，會(huì)對人體造成不可逆的損傷.

（3）運(yùn)動(dòng)量預(yù)警.在輸出量模塊中的運(yùn)動(dòng)量追蹤、記錄，應(yīng)當(dāng)與該模塊中標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)量相比較.當(dāng)運(yùn)動(dòng)量與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)量差額為較高正值，則表示運(yùn)動(dòng)量較大，以24h為一個(gè)周期，及時(shí)制止過度

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在國民肥胖率不斷提高的背景下，每個(gè)人都應(yīng)當(dāng)意識(shí)到體重管控的重要性.本系統(tǒng)以攝入模塊來控制用戶的攝入量，以輸出模塊來監(jiān)控用戶的輸出量，對個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行長期收集，并且將個(gè)人數(shù)據(jù)與群體數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，對用戶在使用過程中的營養(yǎng)素?cái)z入量、熱量、運(yùn)動(dòng)量等直接與健康情況相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警.相比其他體重管控的方法，本系統(tǒng)以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)，是一款依托大數(shù)據(jù)提供專業(yè)、實(shí)時(shí)、高效的智能系統(tǒng).設(shè)計(jì)目標(biāo)小而言之，是為了個(gè)人用戶的身體健康；大而言之，是為了提高國民的整體身體素質(zhì).在互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)背景下，令數(shù)據(jù)指引智慧生活，讓科技更好地服務(wù)于生活.