TWI542321B - Measurement of Energy Metabolism of Fat and Sugar Based on Heart Rate , Wearable electronic devices, and computer programs - Google Patents

Description

基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法 、可穿戴式電子裝置，及電腦程式產品

本發明是有關於一種測量方法、電子裝置，及電腦程式產品，特別是指一種基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法、應用該方法的可穿戴式電子裝置，及電腦程式產品。

就現有的技術而言，欲得知使用者運動時的代謝情況，如醣類或脂肪能量代謝率，必須採集使用者運動時呼吸的氧氣濃度(Oxygen Concentration Percentage，O₂%)、二氧化碳濃度(Carbon Dioxide Concentration Percentage，CO₂%)、氣體流速(Ventilation，E)變化，以得知氧氣攝取體積(Volume of Oxygen Consumed，O₂)、二氧化碳產生體積(Volume of Carbon Dioxide Produced，CO₂)，求得呼吸交換率(Respiratory Exchange Ratio，RER)=CO₂/O₂，然後經由能量代謝儀器計算能量消耗。但是，採集氣體時，使用者必須一邊運動，一邊以採集口罩罩住口鼻，該採集口罩藉由一連接管與該儀器連接，使用者呼吸的氣體由該連接管輸入儀器之中，然後經計算才能得到使用者 的能量代謝率。此一過程不僅對使用者來說戴著採集口罩運動十分不便，再者，採集使用者呼吸氣體的儀器體積龐大且價格昂貴，不適合一般使用者在日常運動時使用。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種適於日常生活上使用的基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法。

於是，本發明基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法，包含一資料輸入步驟、一心跳感測步驟，及一計算步驟。

該資料輸入步驟，使用者利用一輸入模組輸入一最大攝氧量。

該心跳感測步驟，利用一心跳感測器感測使用者的一當下心跳率。

該計算步驟，一處理器根據該最大攝氧量及該當下心跳率計算出一能量代謝結果。

因此，本發明之第二目的，即在提供一種可穿戴式電子裝置。

於是，本發明可穿戴式電子裝置，包含一輸入模組、一心跳感測器、一處理器，及一記憶體模組。

該輸入模組用以輸入使用者的一最大攝氧量。

該心跳感測器用以感測使用者的一當下心跳率。

該記憶體模組用以儲存多個指令，當該等指令 被該處理器執行，該處理器根據該最大攝氧量及該當下心跳率計算出一能量代謝結果。

因此，本發明之第三目的，即在提供一種電腦程式產品。

於是，本發明電腦程式產品，當電腦載入該電腦程式並執行後，可完成上述之方法。

本發明之功效在於，利用處理器將由該輸入模組輸入的最大攝氧量，配合由該心跳感測器感測到的當下心跳率計算出能量代謝結果，使一般使用者亦能方便地在日常生活中得知自己的代謝情況。

1‧‧‧可穿戴式電子裝置

101‧‧‧資料輸入步驟

102‧‧‧心跳感測步驟

103‧‧‧計算步驟

2‧‧‧輸入模組

3‧‧‧心跳感測器

4‧‧‧處理器

5‧‧‧記憶體模組

6‧‧‧殼體

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一功能方塊圖，說明本發明可穿戴式電子裝置之一較佳實施例；圖2是一立體圖，說明該較佳實施例之可穿戴式電子裝置；圖3是一流程圖，說明該較佳實施例之步驟流程；及圖4是一示意圖，說明該較佳實施例中多個數值的關係。

參閱圖1與圖2，本發明基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法之較佳實施例適用於一可穿戴式電子 裝置1，配戴於使用者的手腕，包含一殼體6、一輸入模組2、一心跳感測器3、一處理器4，及一記憶體模組5，其中該輸入模組2、心跳感測器3、處理器4及記憶體模組5皆設於該殼體6。

該輸入模組2用以輸入使用者的一最大攝氧量、最大心跳率及一個人資料，如性別。在本較佳實施例中，該輸入模組2為多個設置於可穿戴式電子裝置1上的按鈕，但其實施方式不限於此，亦可以其他元件，如觸控螢幕的方式達成。

心跳感測器3設置於該可穿戴式電子裝置1與手腕接觸的一面，與使用者的手腕接觸而用以感測使用者的一當下心跳率。其實現方式不以此為限，亦可以外接線材的方式，將心跳感測器3設置於易於量測脈搏的部位如姆指下方手腕處。

該處理器4內建於可穿戴式電子裝置1中。

該記憶體模組5亦內建於可穿戴式電子裝置1。該記憶體模組5用以儲存多個指令、一醣類代謝率公式及一脂肪代謝率公式。當該等指令被該處理器4執行，該處理器4根據該最大攝氧量、最大心跳率及該當下心跳率計算出一包括一醣類代謝率及一脂肪代謝率的能量代謝結果。

參閱圖1、圖3及圖4，本發明基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法之較佳實施例包含一資料輸入步驟101、一心跳感測步驟102，及一計算步驟103。

在該資料輸入步驟101，使用者利用輸入模組2輸入最大攝氧量、最大心跳率，及個人資料。

該最大攝氧量又稱為最大氧氣攝取體積(Maximum Volume of Oxygen Consumed，O_2max)，可事先透過運動，直接藉由攝氧量分析儀測量求得，或藉由運動表現、性別、體重間接獲得最大攝氧量。如利用單位體重最大攝氧量乘以體重之後得到，其通用單位為mL/min/kg或L/min/kg。其他方式如一般常見的直接測量，可藉由如腳踏車計功器(Cycle Ergometer)、跑步機(Treadmill)，進行漸進式運動負荷測試(Graded Exercise Testing，GXT)，隨著時間增加運動強度(功率、坡度、速率)，以分析運動中最大攝氧量。

該最大心跳率(Maximum Heart Rate，HRmax)可使用公式估計。最大心跳率=208-(0.7 *年齡)(引用自Jack H.Wilmore,Davil L.Costill,W.Lary Kenny《Physiology of Sport and Exercise》4th Edition,Human Kinetics,P.163)，此時在該資料輸入步驟101可藉由該輸入模組2輸入使用者的年齡，再經由處理器4利用上述公式換算為最大心跳率。或者，事先實際進行漸進式運動負荷測試(Graded Exercise Testing，GXT)至力竭(exhausted)以得到該最大心跳率。

該個人資料包括使用者的性別。

接著，在該心跳感測步驟102，在運動時，使用者利用心跳感測器3感測使用者的當下心跳率。

然後，在該計算步驟103，處理器4先根據該最大心跳率及該當下心跳率得到一心跳率比例，再根據該最大攝氧量及該心跳率比例計算出一包括一醣類代謝率及一脂肪代謝率的能量代謝結果。在計算該醣類代謝率時，該處理器4將該最大攝氧量及該心跳率比例代入一醣類代謝率公式。類似地，將該最大攝氧量及該心跳率比例代入一脂肪代謝率公式，計算出該脂肪代謝率。以上所述的醣類代謝率公式及脂肪代謝率公式皆是利用迴歸分析方法所產生，且在進行回歸分析時，根據不同性別的樣本分析出對應不同性別的醣類代謝率公式及脂肪代謝率公式。因此該處理器4可根據在該資料輸入步驟101所輸入的性別選擇該醣類代謝率公式的種類及該脂肪代謝率公式中的多個係數。

舉例來說，某一男性使用者由該心跳感測器3測得的當下心跳率為150bpm，而最大心跳率188bpm，因此心跳率比例為150/188*100=79.8。若該男性使用者的單位體重最大攝氧量為60ml/min/kg，其體重為50kg，則該男性使用者的最大攝氧量為60ml/min/kg*50Kg=3000ml/min=3L/min。

之後，由於該男性使用者為25歲的男性，透過該輸入模組2輸入後，處理器4由記憶體模組5中查得選出該醣類代謝率公式為：醣類代謝率(g/min)=(-99.287*(心跳率比例-105.021)/(-63.297)+103.1)/100 *最大攝氧量*(4.19486*(-0.3542*(心跳率比例-105.021)/(-63.297) +1.0632)-2.9786)。

再將最大攝氧量及心跳率比例代入後，經處理器4的計算可以得到該男性使用者的醣類代謝率為1.679491(g/min)。

同理，脂肪代謝率公式為：脂肪代謝率(g/min)=(-99.287*(心跳率比例-105.021)/(-63.297)+103.1)/100*最大攝氧量*(1.69225-(1.6982*(-0.3542*(心跳率比例-105.021)/(-63.297)+1.0632)))。將最大攝氧量及心跳率比例代入後，經處理器4的計算可以得到該男性的脂肪代謝率為0.243131(g/min)。

若使用者為25歲的女性，心跳率比例為79.8，最大攝氧量為3L/min，則對應的醣類代謝率公式為：醣類代謝率(g/min)=(-97.356 *(心跳率比例-101.45)/(-58.359)+106.62)/100 *最大攝氧量*(4.19486*(-0.3549 *(心跳率比例-101.45)/(-58.359)+1.0528)-2.9786)，經計算後，醣類代謝率為1.854946(g/min)。

同理，同一位女性對應的脂肪代謝率公式為：脂肪代謝率(g/min)=(-97.356 *(心跳率比例-101.45)/(-58.359)+106.62)/100 *最大攝氧量*(1.69225-(1.6982*(-0.3549*(心跳率比例-101.45)/(-58.359)+1.0528)))，經計算後，醣類代謝率為1.854946(g/min)。

在本較佳實施例中，使用者由輸入模組2輸入的最大心跳率、最大攝氧量，及性別，先配合由該心跳感 測器3得到的當下心跳率產生心跳率比例，該處理器4再以心跳率比例配合最大攝氧量，代入根據性別選出的醣類代謝率公式及該脂肪代謝率公式，據此使用者可得知自己得醣類代謝率及脂肪代謝率。

值得一提的是，本發明基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法之較佳實施例亦可為實施於智慧型手機的電腦程式產品，如手機的App。在載入該電腦程式產品並執行後，可完成上述之方法。此時該心跳感測器3以外接的方式與該智慧型手機相連接。輸入模組2為手機的觸控螢幕，其步驟流程與以可穿戴式電子裝置1實施時類似，故在此不再贅述。

綜上所述，本發明利用處理器4將使用者由該輸入模組2輸入的最大攝氧量，及由該心跳感測器3感測到使用者的當下心跳率計算出能量代謝結果，即使是一般使用者也能方便地得知自己的代謝情況，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

101‧‧‧資料輸入步驟

102‧‧‧心跳感測步驟

103‧‧‧計算步驟

Claims (7)

1. 一種基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法，包含下列步驟：一資料輸入步驟，使用者利用一輸入模組輸入一最大攝氧量；一心跳感測步驟，利用一心跳感測器感測使用者的一當下心跳率；及一計算步驟，一處理器根據該最大攝氧量及該當下心跳率計算出一能量代謝結果；其中在該資料輸入步驟，使用者還利用該輸入模組輸入一最大心跳率，在該計算步驟，先根據該最大心跳率及該當下心跳率得到一心跳率比例，再根據該最大攝氧量、該心跳率比例利用一迴歸分析方法計算出該能量代謝結果。
2. 如請求項1所述的基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法，其中該能量代謝結果包括一醣類代謝率及一脂肪代謝率，在該計算步驟中，先利用該迴歸分析方法產生一醣類代謝率公式及一脂肪代謝率公式，再將該最大攝氧量及該心跳率比例代入該醣類代謝率公式計算出該醣類代謝率，並將該最大攝氧量及該心跳率比例代入該脂肪代謝率公式計算出該脂肪代謝率，該醣類代謝率公式為(第一係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數+第四係數)/100×最大攝氧量×(第五係數×(第六係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數)+第七係數)-第八係數) ，該脂肪代謝率公式為(第一係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數+第四係數)/100×最大攝氧量×(第九係數-(第十係數×(第六係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數+第七係數)))。
3. 如請求項2所述的基於心跳率的脂肪與醣類能量代謝測量方法，其中在該資料輸入步驟中，使用者還利用該輸入模組輸入一個人資料，且在該計算步驟中，該處理器根據該個人資料選擇該醣類代謝率公式及該脂肪代謝率公式中的多個係數，該等係數包括該第一係數、該第二係數、該第三係數、該第四係數、該第五係數、該第六係數、該第七係數、該第八係數、該第九係數及該第十係數。
4. 一種可穿戴式電子裝置，包含：一輸入模組，用以輸入使用者的一最大攝氧量及一最大心跳率；一心跳感測器，用以感測使用者的一當下心跳率；一處理器；及一記憶體模組，用以儲存多個指令，當該等指令被該處理器執行，該處理器根據該最大攝氧量及該當下心跳率計算出一能量代謝結果；其中，該處理器根據該最大心跳率及該當下心跳率得到一心跳率比例，再根據該最大攝氧量、該心跳率比例利用一迴歸分析方法計算出該能量代謝結果。
5. 如請求項4所述的可穿戴式電子裝置，其中該能量代謝 結果包括一醣類代謝率及一脂肪代謝率，且該記憶體模組還用以儲存一醣類代謝率公式及一脂肪代謝率公式，該處理器先利用該迴歸分析方法產生一醣類代謝率公式及一脂肪代謝率公式，再將該最大攝氧量及該心跳率比例代入該醣類代謝率公式而計算出該醣類代謝率，並將該最大攝氧量及該心跳率比例代入該脂肪代謝率公式而計算出該脂肪代謝率，該醣類代謝率公式為(第一係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數+第四係數)/100×最大攝氧量×(第五係數×(第六係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數)+第七係數)-第八係數)，該脂肪代謝率公式為(第一係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數+第四係數)/100×最大攝氧量×(第九係數-(第十係數×(第六係數×(心跳率比例-第二係數)/第三係數+第七係數)))。
6. 如請求項5所述的可穿戴式電子裝置，其中該輸入模組還用以輸入一個人資料，且該處理器根據該個人資料選擇該醣類代謝率公式及該脂肪代謝率公式中的多個係數，該等係數包括該第一係數、該第二係數、該第三係數、該第四係數、該第五係數、該第六係數、該第七係數、該第八係數、該第九係數及該第十係數。
7. 一種電腦程式產品，當電腦載入該電腦程式並執行後，可完成請求項1至3中任一項所述之方法。