CN114446473A - 基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统，包括：计算设备和间接热量仪，其中：计算设备用于：获取用户的基础信息，并根据基础信息，计算用户的理论基础代谢能量值；间接热量仪用于：检测用户在静息状态下对应的多个第一代谢能量值和用户在运动状态下对应的多个第二代谢能量值，并将多个第一代谢能量值和多个第二代谢能量值发送至计算设备；计算设备还用于：根据理论基础代谢能量值、多个第一代谢能量值和多个第二代谢能量值，计算用户的健康评估指标值，根据健康评估指标值确定用户的健康状况，并将健康状况展示在界面上。本发明便于用户及时并直观的了解其健康状况。
Description
技术领域
本发明涉及热量检测技术领域，尤其涉及一种基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统。
背景技术
人体的一切生命活动都需要能量，这些能量主要来源于食物。机体从外界摄取的营养物质包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、微量元素、水及维生素等，其中碳水化合物、脂肪和蛋白质是机体的主要能源。人体每日总能量消耗(英文为Total daily energyexpenditure,缩写为TEE)分为三个部分：基础能量消耗(英文为Basal EnergyExpenditure，缩写为BEE)，食物生热作用(英文为Diet-induced thermogenesis，缩写为DIT)和身体活动能量消耗(英文为Activity induced energy expenditure,缩写为AEE)。基础代谢能量反应的是人体最基本的能量需求，对生命活动起重要作用，如体内细胞功能、蛋白质合成等。它占据了每日能量需要的60％-75％。BEE相比较于DIT和PAEE来说更加稳定，每天变化很小，它是区分不同人之间能量需要的重要指标。能量代谢的测量方法有很多，比如直接测热法、双标水法、心率检测法、运动传感器法、自我报告法等。
目前通过能量代谢变化评估人体健康的设备及评估系统比较少，且没有相关的数据去支撑健康与能量变化之间的相关性，市面上存在设备及系统的只是能够监测人体静息或者运动状态下肺功能及能耗数据，且不能自动区分静息和运动状态，对数据没有后续的解读，需要专门的医护人员去配合使用，或者仅供专业人士使用，对一般使用者不友好，培训成本较高，通用性差。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统。
本发明提供一种基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统，包括：计算设备和间接热量仪，其中：
所述计算设备用于：获取用户的基础信息，并根据所述基础信息，计算用户的理论基础代谢能量值；
所述间接热量仪用于：检测用户在静息状态下对应的多个第一代谢能量值和用户在运动状态下对应的多个第二代谢能量值，并将所述多个第一代谢能量值和所述多个第二代谢能量值发送至所述计算设备；
所述计算设备还用于：根据所述理论基础代谢能量值、所述多个第一代谢能量值和所述多个第二代谢能量值，计算用户的健康评估指标值，根据所述健康评估指标值确定用户的健康状况，并将所述健康状况展示在界面上。
本实施例提供的基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统，首先用户向计算设备中输入基础信息，计算设备在获取到这些基础信息后计算该用户理论上的理论基础代谢能量值。然后采用间接热量仪检测用户在静息状态下的多个代谢能量值，记为第一代谢能量值；采用间接热量仪检测用户在运动状态下的多个代谢能量值，记为第二代谢能量值。计算设备基于理论基础代谢能量值、第一代谢能量值和第二代谢能量值计算健康评估指标值，然后根据健康评估指标值便可以确定用户的健康状况，进而将用户的健康状况显示在屏幕上，便于用户及时并直观的了解其健康状况。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为在一个实施例中基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明提供一种基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统，如图1所示，包括：计算设备和间接热量仪，其中：
所述计算设备用于：获取用户的基础信息，并根据所述基础信息，计算用户的理论基础代谢能量值；
所述间接热量仪用于：检测用户在静息状态下对应的多个第一代谢能量值和用户在运动状态下对应的多个第二代谢能量值，并将所述多个第一代谢能量值和所述多个第二代谢能量值发送至所述计算设备；
所述计算设备还用于：根据所述理论基础代谢能量值、所述多个第一代谢能量值和所述多个第二代谢能量值，计算用户的健康评估指标值，根据所述健康评估指标值确定用户的健康状况，并将所述健康状况展示在界面上。
也就是说，首先用户向计算设备中输入基础信息，计算设备在获取到这些基础信息后计算该用户理论上的理论基础代谢能量值。然后采用间接热量仪检测用户在静息状态下的多个代谢能量值，记为第一代谢能量值；采用间接热量仪检测用户在运动状态下的多个代谢能量值，记为第二代谢能量值。计算设备基于理论基础代谢能量值、第一代谢能量值和第二代谢能量值计算健康评估指标值，然后根据健康评估指标值便可以确定用户的健康状况，进而将用户的健康状况显示在屏幕上，便于用户及时并直观的了解其健康状况。
可理解的是，利用本申请提供的系统进行健康评估的大致思路为：对用户的基础信息进行采集、理论基础代谢能量值、利用间接热量仪在静息状态下进行呼吸能量采集、利用间接热量仪在运动状态下进行呼吸能量采集、计算健康评估指标、依据健康评估指标确定用户健康状态实现对指标的解读。
可见，本申请提供的系统涉及到在人体静态和动态下的检测、理论基础代谢能量值的计算、健康评估指标的计算等。
其中，基础信息可以包括用户的性别、身高、体重和地域；当然，还可以包括姓名、年龄等信息。
在具体实施时，所述计算设备可以具体用于：若用户的性别为男，则采用第一公式计算所述理论基础代谢能量值，所述第一公式包括：
E理论(男)＝0.01*(2625.201+60.003*G-707.702*R1)
式中，E理论(男)为性别为男的用户的理论基础代谢能量值；G为体重，单位为kg；若用户所在地域为南方，则R1为0，若用户所在的地域为北方，则R1为1。
也就是说，计算设备可以采用上述第一公式计算男性用户的理论基础代谢能量值，在第一公式中考虑了男性用户的体重、南北地域差异等因素。
在具体实施时，所述计算设备可以具体用于：若用户的性别为女，则采用第二公式计算所述理论基础代谢能量值，所述第一公式包括：
E理论(女)＝0.01*(-7141.710+82.444*H-1437.918*R2)
式中，E理论(女)为性别为女的用户的理论基础代谢能量值；H为身高，单位为cm；若用户所在地域为城市，则R2为1，若用户所在地域为乡村，则R2为0。
也就是说，计算设备可以采用第二公式计算女性用户的理论基础代谢能量值，在第二公式中考虑了女性用户的身高和城乡差异。
当然还可以采用其它的计算方式计算理论基础代谢能量值，但本申请中的计算方式不仅考虑了身高、体重、南北地域差异、城乡地域差异，尽管不同的公式有不同的侧重，但是相对于现有技术中的计算方式考虑因素更多，较为符合现实情况。
在具体实施时，所述间接热量仪在所述静息状态下的检测时段可以为：从用户进入静息状态开始，在静息状态下保持第一预设时间后开始运动，当连续的预设次数检测到的代谢能量值均大于2倍的所述理论基础代谢能量值时截止。
进一步的，所述间接热量仪在所述运动状态下的检测时段可以为：从连续的预设次数检测到的代谢能量值均大于2倍的所述理论基础代谢能量值之后的第二预设时间开始，用户运动后停止，当连续的预设次数检测到的代谢能量值均小于2倍的所述理论基础代谢能量值时截止。
也就是说，用户刚开始处于静息状态，在该状态下保持了第一预设时间后开始运动，当用户开始运动后，代谢能量值开始上升，假设预设次数取5，当连续5次检测到的代谢能量值均大于2倍理论基础代谢能量值时截止，从刚开始到截止时间的这段时间内将检测到的多个代谢能量值都作为静息状态下的代谢能量值。
当连续5次检测到的代谢能量值均大于2倍理论基础代谢能量值时，进入了静息到运动的缓冲期，在经过第二预设时间(例如，90s)的缓冲期后正式进入运动状态，用户在运动一段时间后停止运动，在停止运动后用户的代谢能量值逐渐下降，当连续5次检测到的代谢能量值都小于2倍理论基础代谢能量值时，认为运动状态截止。从进入运动状态开始到运动状态截止的这段时间内将检测到的多个代谢能量值都作为运动状态下的代谢能量值。
可见，并非只要用户在运动时就认为处于运动状态，也并非在用户停止运动后就认为在静息状态，静息状态和运动状态主要靠多次连续检测到的代谢能量值与2倍理论基础代谢能量值的大小关系进行自动判断，这种方式实际上更为准确。
可理解的是，间接热量仪将检测到的多个代谢能量值发送给计算设备，这样计算设备开始后续的计算。
在具体实施时，所述健康评估指标值可以包括能量平衡值、能效变化值和生命熵。
进一步的，所述计算设备可以具体用于：根据所述多个第一代谢能量值计算用户在静息状态下的平均代谢能量值；根据所述多个第二代谢能量值，计算用户在运动状态下的平均代谢能量值和最小代谢能量值；根据用户在静息状态下的平均代谢能量值和所述理论基础代谢能量值计算用户的能量平衡值；根据用户在运动状态下的平均代谢能量值和最小代谢能量值，计算用户的能效变化值；根据所述能量平衡值和所述能效变化值计算用户的生命熵。
也就是说，计算设备首先计算出用户在静息状态下的平均代谢能量值，在运动状态下的平均代谢能量值和最小代谢能量值，然后基于这些值计算能量平衡值、能效变化值和生命熵，然后根据这些健康评估指标确定用户的健康状态，进而将其进行展示出来。
其中，所述计算设备可以用于：采用第三公式计算所述能量平衡值，所述第三公式包括：
Q能量平衡＝[(E静息平均-E理论)/E理论]*100％
式中，Q能量平衡为所述能量平衡值，E静息平均为用户在静息状态下的平均代谢能量值，E理论为所述理论基础代谢能量值。
其中，所述计算设备可以具体用于：采用第四公式计算所述能效变化值，所述第四公式包括：
W能效变化＝[(E运动平均-E运动最小)/E运动最小]*100％
式中，W能效变化为所述能效变化值，E运动平为用户在运动状态下的平均代谢能量值，E运动最小为所述最小代谢能量值。
其中，所述计算设备可以用于：采用第五公式计算所述生命熵，所述第五公式包括：
S生命熵＝W能效变化+|Q能量平衡|
式中，S生命熵为所述生命熵，W能效变化为所述能效变化值，Q能量平衡为所述能量平衡值。
也就是说，计算设备可以利用三个公式计算出三个健康评估指标。
在具体实施时，所述计算设备可以具体用于：
(1)若所述能量平衡值在[-a％，-a％]范围内，则用户处于理想平衡状态；若所述能量平衡值在(a％，b％]范围内，则用户处于外界环境导致的不适状态；若所述能量平衡值在[-b％，-a％)范围内，则用户处于甲减、阳虚、衰老或者疲惫的状态；将用户所处的当前状态进行展示；a和b均为根据能量平衡值判断用户状态的预设临界值；
或者，(2)若所述能效变化值在[0,c％]范围内，则用户处于正常状态；若所述能效变化值在(c％，d％]范围内，则用户处于疲劳状态；若所述能效变化值在(d％，e％],则用户处于亚健康状态；将用户当前所处的状态进行展示；d和e为根据能效变化值判断用户状态的预设临界值；
或者，(3)若所述生命熵在[0,30]范围内，则所述用户处于正常状态；若所述生命熵处于(30,50]范围内，则所述用户处于疲劳状态，若所述生命熵处于(50,70]范围内，则所述用户处于亚健康状态；若所述生命熵大于70，则所述用户处于需要进行风险预警的状态；将用户当前所处的状态进行展示。
可理解的是，在(1)中，当若所述能量平衡值在(a％，b％]范围内时，是一种正偏离的状态；当所述能量平衡值在[-b％，-a％)范围内时，是一种负偏离的状态。在(3)种，当生命熵大于70时，计算设备会给出风险预警、建议用户去医院检查的建议等。
可见，本申请是基于人体呼吸代谢能量开发的静动态自动识别算法及健康评估算法，通过静息运动时测定的呼吸代谢能量实时数据与理论值之间的关系判定，自动区分静态和动态，并且通过公式得出健康评估指标，给出解读方案。即，本申请提供了自动识别静动态的基础算法，能够通过代谢能量准确识别人体静息或者运动状态，并计算人体静息和运动状态时的能耗数据。并且将能耗数据与理论能耗值进行处理，分别获得人体能量平衡、能效变化及生命熵三个评估数据，用于直观评估人体健康状态。
其中，代谢能量值(缩写为EE)：新陈代谢是生命最基本的特征之一,其包括物质代谢和能量代谢两个方面。机体通过物质代谢，从外界摄取营养物质，同时经过体内分解吸收将其中蕴藏的化学能释放出来转化为组织和细胞可以利用的能量，人体利用这些能量来维持生命活动。通常将在物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、贮存和利用称为能量代谢。单位为：(kcal/h)。
其中，基础代谢(英文为basal metabolism，缩写为BM)：是指人体维持生命的所有器官所需要的最低能量需要。测定方法是在人体在清醒而又极端安静的状态下，不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等影响时的能量代谢率。基础代谢能量也能够反应人体的健康状态，经研究验证，当人体处于亚健康、疲惫或者疾病等不良状态时，静息状态下测定的基础代谢能量会较理论值明显发生偏离，此时可以通过代谢能量变化偏移程度评估人体健康状况。
其中，能量平衡是指静息状态下平均静息代谢能量与基础代谢能量理论值之间的偏移程度。
其中，能效变化是指运动状态下平均运动代谢能量与最小运动代谢能量之间的偏移程度。
其中，生命熵是指人体内能量代谢混乱程度，反应人体健康状态。熵值的本质是能量混乱程度的描述，能量的有序度越高，熵值越低；反之，熵值越高。用熵值描述健康的有序度就形成了生命熵，使用生命熵反应健康的变化，预警亚健康的产生，是治未病的关键。生命熵的本质反映的是人体利用能量的有序性。人处在健康的状态时，在静息时能量是维持平衡的，即不能过低，导致身体对外界的刺激准备不足；又不能过高，导致身体无谓消耗过量能量，产生过量的自由基，破坏身体的有序结构，导致衰老。举例来说：外界环境温度不适的时候，需要通过肌肉抖动产热或者加速心跳加速排汗散热的方式抵御严寒和酷暑，虽然能够帮助身体适应外界刺激，但比起处在舒适温度下消耗过多的能量，产生了过量的自由基，加速了机体衰老。而当人处于甲减、阳虚、衰老或者疲惫犯困状态下，能量虽然消耗减少，但抵御外界微生物感染及对外界刺激做出有效反应的能力也随之下降，最终的结果是生活质量的下降。在对外做功时，在健康的状态下，能量的利用是高效的，即通过最小的超出静息状态的额外能耗，来实现做功的目的。举例来说：当人在醉酒、衰老、肥胖、发烧等亚健康状态下，在做功时身体除了需要提供足够能量完成有效做功，还需要额外的能量去保持平衡、增加激素水平维持神经系统稳定和多余热量的排出，实际上导致做功的有效功率下降。
其中，间接测热法(英文为indirect calorimetry)是指：测定人体消耗掉的氧气量和生成的二氧化碳量和排出的尿氮量，进一步计算出人体所生成的热能的方法。即，通过高灵敏度传感器收集人体呼吸气中的氧气和二氧化碳参数，然后经过算法计算出人体当前耗能数据。依据的设备是间接热量仪。间接热量仪的原理是：所有的能量分子在体内转化成身体可以利用的的ATP时，根据该分子碳氧原子比例，都需要消耗不同水平的氧气，产生不同水平的二氧化碳；不同种类分子在体内分解产生的能量水平也是已知的。因此，通过精准测量实时O2和CO2的消耗和产生水平，不仅可以计算出人体实时总能量产生水平，还可以进一步算出碳水、脂肪等分子的实时消耗量。这个工具目前是科研和运动生理学能耗监测的金标准，并且正在慢慢向临床和专业运动市场领域发展。
本发明借助间接热量仪和计算设备形成了一套完整的健康管理评估系统。通过本系统监测能量消耗的变化，评估运动或者疗愈方案的有效性，实时调整运动类型或干预手段，同时加以针对个体当前身体状态推送适合的饮食方案，借助数字化信息，高效地实现低熵减肥和慢病康复管理。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种基于间接测热法的动静态结合的健康评估系统，其特征在于，包括：计算设备和间接热量仪，其中：
所述计算设备用于：获取用户的基础信息，并根据所述基础信息，计算用户的理论基础代谢能量值；
所述间接热量仪用于：检测用户在静息状态下对应的多个第一代谢能量值和用户在运动状态下对应的多个第二代谢能量值，并将所述多个第一代谢能量值和所述多个第二代谢能量值发送至所述计算设备；
所述计算设备还用于：根据所述理论基础代谢能量值、所述多个第一代谢能量值和所述多个第二代谢能量值，计算用户的健康评估指标值，根据所述健康评估指标值确定用户的健康状况，并将所述健康状况展示在界面上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础信息包括用户的性别、身高、体重和地域；
所述计算设备具体用于：若用户的性别为男，则采用第一公式计算所述理论基础代谢能量值，所述第一公式包括：
E理论(男)＝0.01*(2625.201+60.003*G-707.702*R1)
式中，E理论(男)为性别为男的用户的理论基础代谢能量值；G为体重，单位为kg；若用户所在地域为南方，则R1为0，若用户所在的地域为北方，则R1为1。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述计算设备具体用于：若用户的性别为女，则采用第二公式计算所述理论基础代谢能量值，所述第一公式包括：
E理论(女)＝0.01*(-7141.710+82.444*H-1437.918*R2)
式中，E理论(女)为性别为女的用户的理论基础代谢能量值；H为身高，单位为cm；若用户所在地域为城市，则R2为1，若用户所在地域为乡村，则R2为0。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述健康评估指标值包括能量平衡值、能效变化值和生命熵；
对应的，所述计算设备具体用于：根据所述多个第一代谢能量值计算用户在静息状态下的平均代谢能量值；根据所述多个第二代谢能量值，计算用户在运动状态下的平均代谢能量值和最小代谢能量值；根据用户在静息状态下的平均代谢能量值和所述理论基础代谢能量值计算用户的能量平衡值；根据用户在运动状态下的平均代谢能量值和最小代谢能量值，计算用户的能效变化值；根据所述能量平衡值和所述能效变化值计算用户的生命熵。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述计算设备用于：采用第三公式计算所述能量平衡值，所述第三公式包括：
Q能量平衡＝[(E静息平均-E理论)/E理论]*100％
式中，Q能量平衡为所述能量平衡值，E静息平均为用户在静息状态下的平均代谢能量值，E理论为所述理论基础代谢能量值。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述计算设备用于：采用第四公式计算所述能效变化值，所述第四公式包括：
W能效变化＝[(E运动平均-E运动最小)/E运动最小]*100％
式中，W能效变化为所述能效变化值，E运动平为用户在运动状态下的平均代谢能量值，E运动最小为所述最小代谢能量值。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述计算设备用于：采用第五公式计算所述生命熵，所述第五公式包括：
S生命熵＝W能效变化+|Q能量平衡|
式中，S生命熵为所述生命熵，W能效变化为所述能效变化值，Q能量平衡为所述能量平衡值。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述计算设备具体用于：
若所述能量平衡值在[-a％，-a％]范围内，则用户处于理想平衡状态；若所述能量平衡值在(a％，b％]范围内，则用户处于外界环境导致的不适状态；若所述能量平衡值在[-b％，-a％)范围内，则用户处于甲减、阳虚、衰老或者疲惫的状态；将用户所处的当前状态进行展示；a和b均为根据能量平衡值判断用户状态的预设临界值；
或者，若所述能效变化值在[0,c％]范围内，则用户处于正常状态；若所述能效变化值在(c％，d％]范围内，则用户处于疲劳状态；若所述能效变化值在(d％，e％],则用户处于亚健康状态；将用户当前所处的状态进行展示；d和e为根据能效变化值判断用户状态的预设临界值；
或者，若所述生命熵在[0,30]范围内，则所述用户处于正常状态；若所述生命熵处于(30,50]范围内，则所述用户处于疲劳状态，若所述生命熵处于(50,70]范围内，则所述用户处于亚健康状态；若所述生命熵大于70，则所述用户处于需要进行风险预警的状态；将用户当前所处的状态进行展示。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述间接热量仪在所述静息状态下的检测时段为：从用户进入静息状态开始，在静息状态下保持第一预设时间后开始运动，当连续的预设次数检测到的代谢能量值均大于2倍的所述理论基础代谢能量值时截止。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述间接热量仪在所述运动状态下的检测时段为：从连续的预设次数检测到的代谢能量值均大于所述理论基础代谢能量值之后的第二预设时间开始，用户运动后停止，当连续的预设次数检测到的代谢能量值均小于2倍的所述理论基础代谢能量值时截止。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024129620A1 (en) * | 2022-12-13 | 2024-06-20 | Emerja Corporation | Systems and method for detecting emergent properties and improving health outcomes |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113488169A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-08 | 新绎健康科技有限公司 | 一种基于能量代谢的人体健康评估方法及装置 |
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2021
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