[發明專利]自給式可穿戴代謝分析儀

在審

• 申請號: 201980081705.1
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN113301844A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: X·冼;D·布里奇曼;F·陶;E·福爾扎尼;N·陶
• 申請（專利權）人: TF健康公司
• 主分類號: A61B5/083
• 分類號: A61B5/083;A61B5/097
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃曉升

一種用于測量代謝率和呼吸商的獨立、全集成自給式可穿戴代謝分析儀，包括：裝置主體、一次性面罩和頭帶。裝置主體包括多個不同的小型化模塊，包括比色傳感模塊、流量模塊、控制電路、電源模塊、環境傳感器、無線模塊、通信模塊、存儲模塊、信號處理模塊和顯示模塊。包覆有化學傳感探針的一次性傳感器芯片用于比色傳感模塊中，以檢測呼出氣中的O₂和CO₂。基于文丘里管和壓力傳感器的流量模塊測量呼氣流量。自給式可穿戴代謝分析儀獲得生理參數，包括靜息能量消耗(REE)、呼吸商(RQ)、耗氧量(VO₂)、二氧化碳產量(VCO₂)、分鐘通氣量(VE)、呼吸頻率(BF)和潮氣量(TV)。

技術領域

本公開涉及一種用于基于間接測熱法測定代謝率和呼吸商的可穿戴獨立式全集成代謝分析儀。

背景技術

測量代謝率的意義

靜息代謝率占人體總消耗能量的80％，在判斷人體能量平衡方面起著非常重要的作用。靜息代謝率被廣泛應用于減肥、營養、健身及慢性病管理。雖然哈里斯-本尼迪克特方程(Harris-Benedict equation)和米夫林-圣約爾方程(Mifflin-St.Jeor equation)等已用于根據用戶體重、身高、性別和年齡計算靜息代謝率，但此等方程式是基于平均人口數進行估計，而不是針對個體進行準確測量，其誤差率大于50％。為了獲得更好的健康結果并更有效地控制體重，需要一種可準確可靠測量個體代謝率的裝置。除代謝率外，呼吸商(RQ)是另一個有助于評估身體氧化脂肪酸和/或碳水化合物的靈活性的參數。該參數在糖尿病、甲狀腺功能減退和代謝綜合征等不同的慢性疾病中會發生變化。RQ指示能量來源，其無法通過方程式估算，但可基于間接測熱法通過測量確定(如下文中所述)。

間接測熱法是測量代謝率的金標準

有兩種公認的測量個體代謝率的方法：直接測熱法和間接測熱法。前者要求受試者在受控環境下待在密閉室內24小時，同時監測其產生的熱量，通過產生的熱量確定其代謝率。該方法可準確測量代謝率，但由于實用性原因而不再使用。后者通過分析呼氣中的耗氧率和二氧化碳產生率測量代謝率。間接測熱法還可通過二氧化碳產量和耗氧量之間的比值來測定個體的呼吸商。將測得的參數與堰流方程式(Weir Equation)一起使用即可計算出代謝率。該方法被廣泛應用于代謝率的無創和準確測量，是臨床環境中測量耗能量的金標準。

當前基于間接測熱法的代謝分析儀

為了通過間接測熱法測量代謝率和呼吸商，傳感器被用于測量呼氣中的氧氣和二氧化碳濃度以及呼氣流速。一些被廣泛使用的代謝分析儀示例包括代謝車，如麥加菲(MGCDiagnostics)公司的Ultima CCM^TM間接測熱計、康爾福盛(CareFusio)公司的Oxycon心肺功能儀和Parvo Medics公司的Parvo代謝測量系統。雖然這些設備通常準確、可靠，但卻體積龐大、價格昂貴，并且需要專人操作、校準和維護。因此，這些設備僅適用于醫院和研究機構。為了滿足小型診所、健身或減肥俱樂部以及終端用戶的使用需求，市場上推出了幾種便攜式代謝分析儀，包括臺式設備，如科時邁(Cosmed)公司的Fitmate肺功能/代謝儀和KORR公司的REEVUE間接熱量儀，以及手持設備，如邁克大夫(Microlife)的Medgem間接熱量儀、Metaflow公司的Lumen呼吸分析儀和TF健康公司的Breezing(^TM)基礎代謝測量儀。

此外，還開發出了其他的便攜式間接熱量儀，通過使用連接至能夠測量耗氧率和二氧化碳產生率的裝置的面罩來評估運動過程中的能量消耗和乳酸閾值。這些裝置通過固定儀器的帶子附接到人體上，儀器連接至面罩入口和出口，以抽取一部分吸入或呼出氣體。這一系統的示例包括Cosmed的K4b和K5可穿戴設備、CareFusion的Oxycon Mobile便攜式運動心肺功能儀和Vacumed公司的Turbo Trainer系統。

對自給式可穿戴代謝分析儀的需求