[發明專利]一種人體能量消耗監測裝置及方法

有效

• 申請號: 202010831703.4
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN112120683B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 張松;姚德彪;郝冬梅;楊益民;楊琳;李旭雯
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/0295;A61B5/1455;A61B5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種人體能量消耗監測裝置，其特征在于，包括：

由信號采集裝置(1)和軟件系統(2)兩部分組成；

信號采集裝置中包括多波長光電信號采集模塊(3)、通信模塊(4)和電源模塊(5)；

軟件系統中包括控制模塊(6)、存儲模塊(7)、計算模塊(8)和顯示模塊(9)；

多波長光電信號采集模塊(3)，用于采集至少三個波長段的人體光電容積脈搏波原始信號；

通信模塊(4)，和多波長光電信號采集模塊(3)相連接，用于完成信號采集裝置與軟件系統之間的交互，負責將采集指令發送至多波長光電信號采集模塊(3)，并將采集到的數據傳輸到軟件系統中；

電源模塊(5)，與多波長光電信號采集模塊(3)、通信模塊(4)相連接，用于信號采集裝置供電；

控制模塊(6)，與通信模塊(4)相連接，用于完成用戶與裝置間的交互；

存儲模塊(7)，與通信模塊(4)、計算模塊(8)、顯示模塊(9)相連接，用于接收信號采集裝置采集到的原始數據，并將存儲模塊(7)中的計算結果，在顯示模塊(9)中輸出；

計算模塊(8)，與存儲模塊(7)相連接，用于處理原始信號，并計算所需要的相關參數；需要計算的參數如下：人體能量消耗EE、血紅蛋白濃度Hb、脈搏血氧飽和度SpO₂、心輸出量CO、心率HR；

顯示模塊(9)，與控制模塊(6)、存儲模塊(7)相連接，為系統軟件的可視化部分；

所述計算模塊(8)的參數計算公式為：

人體靜息能量消耗REE，單位為kcal/day：

REE＝α×CO×Hb×(SaO₂-θ)??????????????????????????????(1)

式中，α、θ為常數，9.17α9.89，0.65θ0.75，CO為心輸出量，Hb為血液中血紅蛋白濃度，SaO₂為動脈血氧飽和度；

心輸出量CO：

其中Pm為平均動脈壓Ps為收縮壓，Pd為舒張壓，T為測量心動周期的次數，P(t)為即時動脈壓；

血紅蛋白濃度Hb：

將血紅蛋白分為攜氧血紅蛋白，還原血紅蛋白和非功能性血紅蛋白，其濃度分別表示為c₁、c₂、c₃，至少三個波長光源λ₁、λ₂、λ₃的吸光度變化量信息ΔA₁、ΔA₂、ΔA₃可以求得不同血紅蛋白的值；

其中K₁、K₂、K₃為攜氧血紅蛋白，還原血紅蛋白和非功能性血紅蛋白的吸光系數；△L為容積橫截面長度變化量，可以作為公因子消去；ΔA₁、ΔA₂、ΔA₃分別為三個不同波長下的吸光度變化量，根據公式(3)分別計算c1、c2、c3；

血紅蛋白濃度是三種蛋白濃度之和：

Hb＝c₁+c₂+c₃??????????????????????????????????????????(4)

吸光度變化量ΔA表示為：

其中I_max和I_min為測量得到的光強的極大值和極小值；

動脈血氧飽和度SaO₂：

其中a、b在確定波長的光和待測物質時為常數，根據試驗測定；

在正常生理狀態下，動脈血氧飽和度與脈搏血氧飽和度相等，如下式：

SaO₂＝SpO₂??????????????????????????????????????????????(7)

式中,SaO₂為動脈血氧飽和度，SpO₂為脈搏血氧飽和度；

一天靜息能量消耗計算公式為：

REE＝α×CO×Hb×(SpO₂-θ)????????????????????????????(8)

軟件系統(2)對實時傳輸信號進行解析，得到每次搏動的RR間期t_i，從而計算每次搏動的心率HR_i：

根據每次搏動的心率計算心率變化比β_i

代入實時人體能量消耗計算模型：

EE＝(c×β-d)×REE???????????????????????????(11)

式中，c、d為常數，β為心率變化比，EE為實時能量消耗，REE為靜息能量消耗；

累加實時能量消耗的結果，并以分鐘為單位進行結果輸出；

當t₁+t₂+…+t_n＝60時，輸出每分鐘能量消耗。