CN108022632A - 一种基于应力调控的骨质健康促进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于应力调控的骨质健康促进系统：包括基本健康信息调查模块、问卷模块、信息采集模块、骨质健康促进方法推理模块、执行情况评价模块，其中采集模块采集人体成分、足底压力、运动功能能力和人体骨质状况，推理模块根据戒毒人员骨质健康状况，分三级康复目标，分阶段的提升戒毒人员骨质，基于运动锻炼对骨质健康促进的量效关系，推理生成戒毒康复人员最佳的锻炼模式、锻炼的总时间、每周锻炼次数、每次锻炼时间、锻炼时的强度范围，执行情况评价模块对骨质康复状况进行总体评估以确定是否进入下一阶段，通过以上模块的组合使得达到安全有效的提升骨质健康水平的目标，从而替代药物治疗。
Description
技术领域
本发明涉及科学健身方法领域，具体是一种基于应力调控的骨质健康促进系统。
背景技术
世界卫生组织(WHO)给骨质疏松症(Osteoporosis，OP)的定义是：一种以骨量低下，骨微结构破坏，导致骨脆性增加，易发生骨折为特征的一种全身性骨病(Listed,1987)。骨质疏松症是一种退行性疾病，随年龄增长，患病风险增加。随着人类寿命延长和老龄化社会的到来，骨质疏松症已成为人类重要的健康问题，它已成五大老年病(高血压，心血管，糠尿病，肿瘤和骨质疏松症)之一。
骨质疏松是可防可治的，影响骨质水平的因素包括：不可控因素(基因、种族、增龄、女性绝经)，可控因素(运动水平、膳食、性腺类固醇激素、生长激素、身体成分等)。目前，药物干预仍然是应对骨质疏松的首选方法，但它长时间的安全性并不确定，现在已知的一些药物给人体带来明显的副作用。因此，如何通过非药物方式综合性的促进人体骨质健康是目前重要的研究课题。虽然基因等不可控因素对骨质水平起到重要的决定作用，但在生长发育、成人和老年阶段，对运动、膳食、身体成分等可控因素的合理调制，也可以在成人早期达到一个较高的骨量峰值水平，以及降低骨质下降速度，以对抗增龄、女性绝经等引起的骨质退行性变化，从而达到防治骨质疏松的目的。相关学者已经提出了骨应力调控理论，人体骨骼在生长发育过程中，不断的通过塑建和重建适应骨骼的应力环境。但是作用于骨骼的不仅包括运动产生的运动应力，还包括人体的瘦体重和脂肪组织对其产生的负荷。因此，如何综合的分析人体骨质与人体成分各个参数的关系，以及运动能力与骨质的关系，并提出针对个体不同体质特征的个性化骨质促进方法是骨质疏松防治亟待解决的关键问题之一。
基于国内外文献的检索，专利《一种智能化人体健康测评与促进服务管理系统》(CN201510039028.0)中提出了通过人体体质测试并通过运动干预来促进人体健康的方法，其他提到了骨质健康促进，其主要提出是人体健康促进的信息化手段，未提供提升骨质的具体方法和算法。Pivonka等人在《Functional Adaptation of Bone:The MechanostatandBeyond》中提出了应力调控骨质的方法，但未包括人体自身负荷，包括瘦体重和脂肪对骨质的调制作用，本发明基于前期的研究成果，创新性的提出融合人体骨质所承载的人体自身负荷和运动产生的应力于一体的干预模型，为骨质健康促进提供了模型。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于应力调控的骨质健康促进系统，达到安全有效的提升骨质健康水平的目标，为骨质健康促进提供了量化的推理方法，增强的骨质健康促进方法的个性化和科学性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于包括：基本健康信息调查模块、问卷模块、信息采集模块、推理模块、执行情况评价模块；
基本健康信息调查模块：对用户基本信息进行调查，将调查结果传输至推理模块，所述用户基本信息包括姓名、年龄、性别、种族、身高、体重；
问卷模块：调查用户的骨折史、药物使用情况、运动习惯、生活方式信息，将调查结果传输至推理模块；
信息采集模块：采集人体成分(包括人体瘦体重(FFM)和脂肪量(FM))、足底压力和骨质健康状况(包括骨强度ρ和骨质评价T值)，信息采集传送至推理模块和执行情况评价模块，作为推理模块和执行情况评价模块的依据；
推理模块：获取信息采集模块中的骨质评价T值，按照T值的得分确定当前的骨质健康康复目标；基于基本健康信息调查模块、问卷模块和信息采集模块传输的数据，根据骨质健康促进模型，推理生成用户具体执行的骨质健康促进执行方案，执行方案包括锻炼的总时间、每周锻炼次数、每次锻炼时间、锻炼时的强度范围；
所述康复目标分为三级，包括骨质疏松提升、骨质少孔提升和骨质增强，依据骨质评价T值得分确定康复目标，当骨质评价T值大于-1.0则确定康复目标为骨质增强，当骨质评价T值在-2.5和-1.0之间则确定康复目标为骨质少孔提升，当骨质评价T值小于 -2.5则确定康复目标为骨质疏松提升；
执行情况评价模块：基于推理模块生成的骨质健康促进执行方案和信息采集模块传输的定期测试数据，对骨质康复状况进行总体评估，当评估获得的骨质评价T值大于当前康复目标的判断范围，则重新进入推理模块确定最新的骨质健康康复目标，否则继续执行当前骨质健康促进执行方案。
所述人体成分采用生物电阻抗技术，获取人体的瘦体重FFM和脂肪FM。
所述足底压力，由压力测量单元模块自由组合而成，实时测量不同运动，包括体操、慢跑、快跑、负重跑、纵跳的足底压力分布，和足底压力大小，采用以下公式：
(1)足底最大压力Pmax＝maxi＝1,…,N{Pi}，Pi表示各足底压力点采集的压力大小；
(2)足底接触面积a表示足底接触压力点面积，i表示足底接触到的压力点数；
(3)平均压力
所述人体骨质状况，采用超声测量人体跟骨超声骨密度ρ。
所述推理模块中采用的骨质健康促进模型执行一套算法，所述算法依据如下公式：
Δρ＝ρt-ρ0 (2)
ρ表示骨强度，ρt为阶段性骨质健康康复目标，FFM表示人体去脂体重，FM表示人体脂肪，S为运动产生的应力刺激，K为应力变化阈值，α，β，γ为生长系数。
所述应力变化阈值K为50-100MPa,所述运动产生的应力刺激S范围为50-500MPa，α范围为0-0.5，β范围为0-0.5，γ范围为0.5-1。
所述执行情况评价模块依据如下的方法运行：
(1)依据推理模块给出的骨质健康促进执行方案执行一个周期后，通过信息采集模块获取最新骨质评价T值，与推理模块传送的当前骨质评价T值进行对比；
(2)通过对比，如T值仍处于同一范围，则继续执行当前骨质健康促进执行方案，否则重新进入推理模块确定最新的骨质健康康复目标；所述的范围包括三个：T值大于 -1.0；T值在-2.5和-1.0之间；T值小于-2.5。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
(1)本发明所提出的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，基于个体人体成分特征和运动应力特征，给出个性化的骨质健康促进方法，使得骨质促进方案更具科学性和针对性。
(2)本发明所提出的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，根据个体实际的骨质状况，给出符合个体骨质状况的阶段性的骨质促进方法，保证了锻炼的安全性。
(3)本发明所提出的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，采用骨质健康促进模型，分阶段的提升用户骨质健康状况，采用运动促进骨质的方法，避免了药物干预的风险性，根据系统给出的健身方法，可便捷的进行锻炼，方便在大众健身领域推广。
附图说明
图1为本发明系统组成框图；
图2为本发明的骨质促进方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于包括：基本健康信息调查模块、问卷模块、信息采集模块、推理模块、执行情况评价模块；
基本健康信息调查模块：对用户基本信息进行调查，将调查结果传输至推理模块，所述用户基本信息包括姓名、年龄、性别、种族、身高、体重；
问卷模块：调查用户的骨折史、药物使用情况、运动习惯、生活方式信息，将调查结果传输至推理模块；
信息采集模块：采集人体成分(包括人体瘦体重(FFM)和脂肪量(FM))、足底压力和骨质健康状况(包括骨强度ρ和骨质评价T值)，信息采集传送至推理模块和执行情况评价模块，作为推理模块和执行情况评价模块的依据；
推理模块：获取信息采集模块中的骨质评价T值，按照T值的得分确定当前的骨质健康康复目标；基于基本健康信息调查模块、问卷模块和信息采集模块传输的数据，根据骨质健康促进模型，推理生成用户具体执行的骨质健康促进执行方案，执行方案包括锻炼的总时间、每周锻炼次数、每次锻炼时间、锻炼时的强度范围；
所述康复目标分为三级，包括骨质疏松提升、骨质少孔提升和骨质增强，依据骨质评价T值得分确定康复目标，当骨质评价T值大于-1.0则确定康复目标为骨质增强，当骨质评价T值在-2.5和-1.0之间则确定康复目标为骨质少孔提升，当骨质评价T值小于 -2.5则确定康复目标为骨质疏松提升；
执行情况评价模块：基于推理模块生成的骨质健康促进执行方案和信息采集模块传输的定期测试数据，对骨质康复状况进行总体评估，当评估获得的骨质评价T值大于当前康复目标的判断范围，则重新进入推理模块确定最新的骨质健康康复目标，否则继续执行当前骨质健康促进执行方案。
人体成分采用生物电阻抗技术，获取人体的瘦体重FFM和脂肪FM。
所述足底压力，由压力测量单元模块自由组合而成，实时测量不同运动，包括体操、慢跑、快跑、负重跑、纵跳的足底压力分布，和足底压力大小，采用以下公式：
(1)足底最大压力Pmax＝maxi＝1,…,N{Pi}，Pi表示各足底压力点采集的压力大小；
(2)足底接触面积a表示足底接触压力点面积，i表示足底接触到的压力点数；
(3)平均压力
所述人体骨质状况，采用超声测量人体跟骨超声骨密度ρ。
所述推理模块中采用的骨质健康促进模型执行一套算法，所述算法依据如下公式：
Δρ＝ρt-ρ0 (2)
ρ表示骨强度，ρt为阶段性骨质健康康复目标，FFM表示人体去脂体重，FM表示人体脂肪，S为运动产生的应力刺激，K为应力变化阈值，α，β，γ为生长系数。
所述应力变化阈值K为50-100MPa,所述运动产生的应力刺激S范围为50-500MPa，α范围为0-0.5，β范围为0-0.5，γ范围为0.5-1。
所述执行情况评价模块依据如下的方法运行：
(1)依据推理模块给出的骨质健康促进执行方案执行一个周期后，通过信息采集模块获取最新骨质评价T值，与推理模块传送的当前骨质评价T值进行对比；
(2)通过对比，如T值仍处于同一范围，则继续执行当前骨质健康促进执行方案，否则重新进入推理模块确定最新的骨质健康康复目标；所述的范围包括三个：T值大于 -1.0；T值在-2.5和-1.0之间；T值小于-2.5。
如图2所示，本系统的工作过程如下：
步骤1：使用者注册和登录；
步骤2：使用者健康问卷调查,对用户的骨折史、药物使用情况、运动习惯、生活方式信息进行调查；
步骤3：基于使用者健康问卷调查，判断是否可以进行运动的方法促进骨质；
通过下表调查用户是否可以进行运动干预，如果用户回答中有一项为是则不适合进行运动干预。
表1是否适宜进行运动干预问卷表
步骤4：通过信息采集模块中的骨质健康状况模块进行骨质测定，骨质测定采用透射法测量超声在跟骨传播过程的超声速度SOS以及宽带衰减速度BUA，通过公式计算获得骨强度指数SI(SI＝0.67×BUA+0.28×SOS-420)和骨质健康状况T值，受试者的骨骼健康被分为正常(T评分大于-1.0)，骨质少孔(T分数在-2.5和-1.0之间)和骨质疏松症(T评分小于-2.5)。
步骤5：通过信息采集模块中的人体成分测量进行人体成分测定，人体成分测量采用人体生物电阻抗技术测量人体阻抗(Resistance)，测试时候首先测量人体体重(BW)，并根据如下公式测定人体的瘦体重FFM和脂肪FM；
(1) FFM＝7.7435+(0.4542×Height2/Resistance)+(0.119×BW)+(0.0455×Reactance)
(2) FM＝BW-FFM；
在实际使用前，需进行重复性和准确性验证。
步骤6：通过信息采集模块中的足底压力测量静态足底压力，获取人体静态时候的应力，该足底压力采集由单元模块(0.8m×1.22m)自由组合而成，测量时静止站立在足底压力块上，获取静态足底压力值。
步骤7：通过信息采集模块中的足底压力测量运动足底压力，获取不同运动过程的应力。该足底压力采集由单元模块(0.8m×1.22m)自由组合而成，可实时测量不同运动 (体操、慢跑、快跑、负重跑、纵跳)的足底压力分布。
步骤8：通过推理模块推理生成阶段性骨质健康促进方法,具体方法为，通过步骤4获得骨质健康状况T值，如T值小于-2.5则为骨质疏松提升模式、如T值在-2.5和-1.0 之间则为骨质少孔提升模式、如T值大于-1.0骨质增强模式，依据Δρ＝ρt-ρ0，ρt为阶段性骨质健康康复目标，ρ0为当前骨强度STI，计算可获得阶段性骨质提升量，通过公式：
计算获得运动的应力水平，如应力水平大于500Mpa则为高应力强度运动，运动应力在300-500Mpa则为中等应力强度运动，运动为300Mpa以下，则为低应力强度运动，依据下表和用户运动爱好，推理生成运动的项目、运动时间和运动频率。
表2运动应力对应运动FITT表
步骤9：执行骨质健康促进方法，完成锻炼周期，根据推理生成的运动方案，运动执行运动方案内容，执行结束后，重新通过采集模块测试骨质状况等，进行骨质评级；
步骤10：通过信息采集模块中的骨质健康状况模块进行骨质测定，并判断骨质是否正常，评价依据为正常(T评分大于-1.0)，骨质少孔(T分数在-2.5和-1.0之间)和骨质疏松症(T评分小于-2.5)；
步骤11：如使用者骨质已恢复正常，则干预结束，当骨质大于大于-1.0且与骨质大于同龄人平均水平，则停止干预。
提供以上实施例仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (7)
1.一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：包括基本健康信息调查模块、问卷模块、信息采集模块、推理模块、执行情况评价模块；
基本健康信息调查模块：对用户基本信息进行调查，将调查结果传输至推理模块，所述用户基本信息包括姓名、年龄、性别、种族、身高、体重；
问卷模块：调查用户的骨折史、药物使用情况、运动习惯、生活方式信息，将调查结果传输至推理模块；
信息采集模块：采集人体成分，所述人体成分包括人体瘦体重(FFM)和脂肪量(FM)、足底压力和骨质健康状况，所述骨质健康状况包括骨强度ρ和骨质评价T值，信息采集传送至推理模块和执行情况评价模块，作为推理模块和执行情况评价模块的依据；
推理模块：获取信息采集模块中的骨质评价T值，按照T值的得分确定当前的骨质健康康复目标；基于基本健康信息调查模块、问卷模块和信息采集模块传输的数据，根据骨质健康促进模型，生成用户具体执行的骨质健康促进执行方案，所述骨质健康促执行方案包括锻炼的总时间、每周锻炼次数、每次锻炼时间、锻炼时的强度范围；
所述康复目标分为三级，包括骨质疏松提升、骨质少孔提升和骨质增强，依据骨质评价T值得分确定康复目标，当骨质评价T值大于-1.0则确定康复目标为骨质增强，当骨质评价T值在-2.5和-1.0之间则确定康复目标为骨质少孔提升，当骨质评价T值小于-2.5则确定康复目标为骨质疏松提升；
执行情况评价模块：基于推理模块生成的骨质健康促进执行方案和信息采集模块传输的定期测试数据，对骨质康复状况进行总体评估，当评估获得的骨质评价T值大于当前康复目标的判断范围，则重新进入推理模块确定最新的骨质健康康复目标，否则继续执行当前骨质健康促进执行方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：所述人体成分采用生物电阻抗技术，获取人体的瘦体重FFM和脂肪FM。
3.根据权利要求1所述的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：所述足底压力，由压力测量单元模块自由组合而成，实时测量不同运动，包括体操、慢跑、快跑、负重跑、纵跳的足底压力分布，和足底压力大小，采用以下公式：
(1)足底最大压力Pmax＝maxi＝1,…,N{Pi}，Pi表示各足底压力点采集的压力大小；
(2)足底接触面积a表示足底接触压力点面积，i表示足底接触到的压力点数；
(3)平均压力
4.根据权利要求1所述的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：所述人体骨质状况，采用超声测量人体跟骨超声骨密度ρ。
5.根据权利要求1所述的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：所述推理模块中采用的骨质健康促进模型执行一套算法，所述算法依据如下公式：
Δρ＝ρt-ρ0 (2)
ρ表示骨强度，ρt为阶段性骨质健康康复目标，FFM表示人体去脂体重，FM表示人体脂肪，S为运动产生的应力刺激，K为应力变化阈值，α，β，γ为生长系数。
6.根据权利要求5所述的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：所述应力变化阈值K为50-100MPa。
7.根据权利要求1所述的一种基于应力调控的骨质健康促进系统，其特征在于：所述执行情况评价模块依据如下的方法运行：
(1)依据推理模块给出的骨质健康促进执行方案执行一个周期后，通过信息采集模块获取最新骨质评价T值，与推理模块传送的当前骨质评价T值进行对比；
(2)通过对比，如果T值仍处于同一范围，则继续执行当前骨质健康促进执行方案，否则重新进入推理模块确定最新的骨质健康康复目标；所述的范围包括三个：T值大于-1.0；T值在-2.5和-1.0之间；T值小于-2.5。
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