CN106202902B - 一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成*** - Google Patents

一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，包括：手机客户端供患者输入个人信息，并通过网络将患者输入的信息上传至云端服务器，同时患者可通过手机客户端查看自己的运动方案；云端服务器用于根据患者上传的信息进行存储和处理，并结合天气状况和空气质量为患者生成个体化的运动方案，再将设计的运动方案返回到客户端供患者运动参考；手机客户端和云端服务器之间通过网络连接。本发明根据2型糖尿病患者的个人信息和天气状况以及空气质量为患者提供科学、合理和可视化的运动指导方案，旨在解决现有技术存在的问题，包括运动项目与天气状况和空气质量不适应，没有结合患者的并发症设计及未提供每个运动项目具体执行时间等。

Description

一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***。
背景技术
糖尿病，尤其是2型糖尿病已经成为严重危害人类健康的重大疾病。我国的2型糖尿病患病率高达9.7％，并且呈现上升趋势，已成为世界上糖尿病第一大国，糖尿病的预防与治疗已经刻不容缓。缺少运动是2型糖尿病的主要诱因之一，2型糖尿病被认为是一种缺少运动(身体惰性)的疾病，超过80％的2型糖尿病与肥胖及身体惰性有关，通过运动干预可以有效控制和延缓糖尿病及其并发症的发生和发展。由于糖尿病病情复杂，糖尿病患者运动又没有统一的标准，没有***化的运动方案为患者提供精细化指导，患者的运动存在运动难以量化和难以自我掌控的问题。因此，为糖尿病患者制定个体化的量化运动方案既方便患者对运动量、运动时间和运动强度的控制，又便于患者执行。
广西医科大学研发了1套“量化糖尿病运动处方”[参见：Xue G Y.A Study on theDetermination of the Exercise Intensity of the Diabetes Quantitative ExercisePrescriptions[J].Journal of Guangzhou Sport University,2008,9(8):1770-1774.以及Xue G Y.Research on the Trial Application of the Diabetic QuantitativeExercise Prescriptions[J].Journal of Chengdu Sport University,2010.]，该量化方案被多次试用于临床及社区糖尿病患者，验证了其安全性、适用性及有效性。但是该方案以未考虑患者的个体化差异，没有针对不同并发症患者严格限制运动形式、运动强度和运动时间。姚斌等设计一种个性化运动方案设计方法和***对运动人群进行分类，根据用户的BMI、年龄、血压、血糖和血脂等给出特定的运动方案指导建议，然而该运动运动方案设计方法和***不是专门针对2型糖尿病患者设计，对于2型糖尿病患者的运动方案设计未考虑患者的并发症和个体体征的差异性，并且对于运动时间和运动强度的量化程度不够，达不到对2型糖尿病患者个体化运动干预的目的[参见姚斌,常翠青,张可治,呙玉文,吴爽,吕祎然,谢金科,王友松.一种个性化运动处方设计方法和***[P].北京：CN105321135A,2016-02-10.]。Hordern等为2型糖尿病患者设计一种运动方案，规定了患者的运动项目、运动强度和运动时间，但是没有考虑患者的并发症因素为患者提供科学的运动方案[参见HordernM D,Dunstan D W,Prins J B,et al.Exercise prescription for patients with type2 diabetes and pre-diabetes:Aposition statement from Exercise and SportScience Australia[J].Journal of Science&Medicine in Sport,2012,15(1):25–31.]。
现有的一些糖尿病运动方案的设计均未考虑天气因素，会造成运动项目与天气状况以及空气质量不适应的情况，不便于患者执行，其次，没有结合患者的并发症对患者的运动量做必要的限制，会给并发症患者运动带来风险，再次，未提供每个运动项目具体执行时间，不便于患者对运动量的掌控。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，根据2型糖尿病患者的个人信息(身高、体重、并发症)和未来一周天气状况以及空气质量为患者设计个体化量化运动方案，为患者提供科学、合理和可视化的运动指导方案旨在解决现有糖尿病患者运动方案设计存在的问题，包括运动项目与天气状况以及空气质量不适应，没有结合患者的并发症对患者的运动量做必要的限制，给并发症患者运动带来风险以及未提供每个运动项目具体执行时间不便于患者对运动量的掌控。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，包括：
手机客户端，供患者输入个人信息，并通过网络将患者输入的信息上传至云端服务器，同时患者通过客户端查看自己的运动方案；
云端服务器，用于根据患者上传的信息进行存储和处理，并结合天气状况以及空气质量为患者设计个体化的运动方案，再将设计的运动方案返回到客户端供患者参考；
手机客户端和云端服务器之间通过网络连接进行数据的交互。
作为本发明优选的技术方案，所述手机客户端包括用户信息模块和运动方案模块。患者可在用户信息模块输入自己的体征信息包括身高、体重和并发症类型。患者输入的信息会自动上传到云端服务器。患者可利用运动方案模块查看自己的运动方案。
作为本发明优选的技术方案，所述云端服务器包括数据交互接口、患者信息处理模块、有氧运动次数分配模块、运动项目选择模块、运动项目数据库、有氧运动时间优化模型和运动方案生成模块。其中数据交互接口负责接收从手机客户端传上来的用户信息，用户信息经过患者信息处理模块、有氧运动次数分配模块、运动项目选择模块、有氧运动时间优化模型和运动方案生成模块后生成运动方案，运动方案经过数据交互接口再通过网络返回给手机客户端。
作为本发明优选的技术方案，患者信息处理模块从数据交互接口得到的用户信息包括身高、体重和并发症类型，根据用户信息分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T、有氧运动频率n、抗阻运动频率、运动强度、每天运动的最小时长tmin和每天运动的最大时长tmax,具体实现如下：
(1)分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T：
首先根据身高和体重计算BMI，BMI计算公式：
BMI＝体重(kg)/身高(m)2 (1)
再根据BMI分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T，若BMI<24则T大于150分钟，若BMI>24则T大于175分钟。
(2)根据患者的并发症类型从量化运动指标分配表中查找一周有氧运动频率n、抗阻运动频率、运动强度、每天运动的最小时长tmin、每天运动的最大时长tmax、有氧运动次数。
作为本发明优选的技术方案，有氧运动次数分配模块根据未来一周的天气状况以及空气质量和有氧运动频率，首先统计天气状况以及空气质量良好的天数和天气状况以及空气质量差的天数，按照天气状况以及空气质量差的天数小于天气状况以及空气质量良好的天数就多分配室外有氧运动次数，否则多分配室内有氧运动次数的原则查找有氧运动次数分配表，合理分配室内有氧运动次数和室外有氧运动次数。
作为本发明优选的技术方案，运动项目选择模块用于选择患者要进行的有氧运动和抗阻运动，其中有氧运动的选择需根据患者信息处理模块分配的有氧运动频率、抗阻运动频率和有氧运动次数分配模块分配的室内有氧运动次数和室外有氧运动次数，从运动项目数据库的有氧运动项目表选择运动项目，要选择的运动项目总个数＝有氧运动频率+抗阻运动频率，要选择的有氧运动个数＝有氧运动频率＝室内有氧运动次数+室外有氧运动次数。选择方法是：根据患者并发症类型和运动强度，若运动强度为中，选择代谢当量值为5.5～6.5范围之间的运动项目，若运动强度为低，选择代谢当量值为3～4.5范围之间的运动项目，运动强度为中、低，选择代谢当量值为3～6.5范围之间的运动项目。对于室内有氧运动的选择根据室内有氧运动次数选择有氧运动项目表中字段为“是否为室外”标记为0的运动，要选择的室内有氧运动个数＝室内有氧运动次数；对于室外有氧运动的选择根据室外有氧运动次数选择有氧运动项目表中“是否为室外”标记为1的运动，要选择的室外有氧运动个数＝室外有氧运动次数；抗阻运动的选择原则是根据患者并发症类型和患者信息处理模块确定的抗阻运动频率，从运动项目数据库的抗阻运动项目表选择抗阻运动，选择的抗阻运动个数＝抗阻运动频率。
作为本发明优选的技术方案，运动项目数据库用于存储运动项目和计算过程需要的一些数据，包括有氧运动项目表和抗阻运动项目表，表内字段为“运动名称”、“代谢当量”和“是否为室外”，还包括量化运动指标分配表和有氧运动次数分配表。
作为本发明优选的技术方案，有氧运动时间优化模型用于计算每一个有氧运动的运动时长，模型优化目标和约束条件描述如下：
优化目标为：约束条件为：
式中ti代表患者执行的第i个有氧运动时长，n的取值为患者信息处理模块计算出的有氧运动频率，tmin和tmax分别为患者要执行的每个有氧运动的时长范围，T为患者一周内要执行的有氧运动时长。然后计算出ti，计算方法如下：
步骤1：以tmin作为ti的起始值，ti赋值为tmin；
步骤2：生成0至3之间的一个随机整数rand(0,3)，按照公式ti＝ti+3×rand(0,3)循环更新ti的值，每一轮更新判断ti是否等于tmax，若ti＝tmax，则ti停止更新；
步骤3：重复进行步骤2，每一轮更新都判断是否大于T，若算法停止，输出ti的值。
作为本发明优选的技术方案，运动方案生成模块首先根据患者年龄计算患者的运动心率，计算方法：运动心率＝(220－年龄)×60～85％，然后将选出的有氧运动项目、抗阻运动项目和已计算出有氧运动时长、运动心率为患者制定可执行的运动方案。运动方案包括：本周有氧运动项目、抗阻运动项目和已计算出有氧运动时长、运动心率。最后运动方案将通过所述云端服务器的数据交互接口再经过网络输出到所述手机客户端供患者做运动参考。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的第一个有益效果是结合未来一周的天气状况以及空气质量，对室内有氧运动次数和室外有氧运动次数进行合理分配，避免了在恶劣天气条件下为患者生成室外运动，使得设计的运动方案更合理、更安全。
本发明的第二个有益效果是结合患者的并发症对患者的运动量做必要的限制，降低并发症患者的运动风险。
本发明的第三个有益效果是通过有氧运动时间优化模型，为患者提供具体有氧运动时长，便于患者对运动时间的掌控。
附图说明
图1是本发明一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***的框架图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述：
在本实施例中，如图1所示，本发明主要由手机客户端1和云端服务器2组成，手机客户端1和云端服务器2之间通过无线网络连接进行数据的交互。其中所述手机客户端1包括用户信息模块101和运动方案模块102。患者可在用户信息模块101输入自己的体征信息包括身高、体重和并发症类型。患者输入的信息会自动上传到云端服务器2。患者可利用运动方案模块102查看自己的运动方案。
所述云端服务器2包括数据交互接口201、患者信息处理模块202、有氧运动次数分配模块203、运动项目选择模块204、运动项目数据库205、有氧运动时间优化模型206和运动方案生成模块207。其中数据交互接口201负责接收从手机客户端1传上来的用户信息，用户信息经过患者信息处理模块202、有氧运动次数分配模块203、运动项目选择模块204、有氧运动时间优化模型206和运动方案生成模块207后生成运动方案，运动方案经过数据交互接口201再通过网络输出显示在手机客户端1。
患者信息处理模块202从数据交互接口201得到的用户信息包括身高、体重和并发症类型，根据用户信息分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T、有氧运动频率n、抗阻运动频率、运动强度、每天运动的最小时长tmin和每天运动的最大时长tmax,具体实现如下：
(1)分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T：
首先根据身高和体重计算BMI，BMI计算公式：
BMI＝体重(kg)/身高(m)2 (1)
再根据BMI分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T，若BMI<24则T大于150分钟，若BMI>24则T大于175分钟。
(2)分配患者的类型从量化运动指标分配表中查找一周有氧运动频率n、抗阻运动频率、运动强度、每天运动的最小时长tmin和每天运动的最大时长tmax，如表1所示。
表1量化运动指标分配表
有氧运动次数分配模块203结合未来一周的天气状况以及空气质量和患者信息处理模块202输出的有氧运动频率n，首先统计天气状况以及空气质量良好的天数和天气状况以及空气质量差的天数，按照天气状况以及空气质量差的天数小于天气状况以及空气质量良好的天数就多分配室外有氧运动次数，否则多分配室内有氧运动次数的原则查找有氧运动次数分配表(见表2)，合理分配室内有氧运动次数和室外有氧运动次数。
表2有氧运动次数分配表
运动项目选择模块204用于选择患者要进行的有氧运动和抗阻运动，其中有氧运动的选择需根据患者信息处理模块202分配的有氧运动频率、抗阻运动频率和有氧运动次数分配模块203分配的室内有氧运动次数和室外有氧运动次数，从运动项目数据库205的有氧运动项目表选择运动项目，要选择的运动项目总个数＝有氧运动频率+抗阻运动频率，要选择的有氧运动个数＝有氧运动频率＝室内有氧运动次数+室外有氧运动次数。选择方法是：根据患者并发症类型和第一步已确定的运动强度，若运动强度为中，选择代谢当量值为5.5～6.5范围之间的运动项目，若运动强度为低，选择代谢当量值为3～4.5范围之间的运动项目，运动强度为中、低，选择代谢当量值为3～6.5范围之间的运动项目。对于室内有氧运动的选择根据室内有氧运动次数选择有氧运动项目表中字段为“是否为室外”标记为0的运动，要选择的室内有氧运动个数＝室内有氧运动次数；对于室外有氧运动的选择根据室外有氧运动次数选择有氧运动项目表中“是否为室外”标记为1的运动，要选择的室外有氧运动个数＝室外有氧运动次数；抗阻运动的选择原则是根据患者并发症类型和患者信息处理模块202确定的抗阻运动频率，从运动项目数据库205的抗阻运动项目表选择抗阻运动，选择的抗阻运动个数＝抗阻运动频率。
运动项目数据库205用于存储运动项目和计算过程中需要的一些数据，包括有氧运动项目表(见表3)和抗阻运动项目表(见表4)，有氧运动项目表的表内字段为“运动名称”、“代谢当量”和“是否为室外”，还包括量化运动指标分配表(见表1)和有氧运动次数分配表(见表2)。
表3有氧运动项目表
表4抗阻运动项目表
运动名称
俯卧撑
仰卧起坐
背蹲
深蹲起
有氧运动时间优化模型206用于计算每一个有氧运动的运动时长，模型优化目标和约束条件描述如下：
优化目标为：约束条件为：
式中ti代表患者执行的第i个有氧运动时长，n的取值为患者信息处理模块202计算出的有氧运动频率，tmin和tmax分别为患者要执行的每个有氧运动的时长范围，T为患者一周内要执行的有氧运动时长，n、tmin、tmax和T是模型的输入参数，由患者信息处理模块202计算得出。然后计算出ti，计算方法如下：
步骤1：以tmin作为ti的起始值，ti赋值为tmin；
步骤2：生成0至3之间的一个随机整数rand(0,3)，按照公式ti＝ti+3×rand(0,3)循环更新ti的值，每一轮更新判断ti是否等于tmax，若ti＝tmax，则ti停止更新；
步骤3：重复进行步骤2，每一轮更新判断是否大于T，若算法停止，输出ti的值。
运动方案生成模块207首先根据患者年龄计算患者的运动心率，计算方法：运动心率＝(220－年龄)×60～85％，然后将选出的有氧运动项目、抗阻运动项目和已计算出有氧运动时长、运动心率以及结合未来一周的天气状况以及空气质量以“键/值”的形式为患者制定可执行的运动方案。运动方案包括：本周有氧运动项目、抗阻运动项目和已计算出有氧运动时长、运动心率。最后运动方案将通过所述云端服务器2的数据交互接口201再经过网络输出到所述手机客户端1供患者做运动参考。患者可通过手机客户端1的运动方案模块102查看自己的运动方案。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (6)

1.一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，其特征在于，包括：
手机客户端，供患者输入个人信息，并通过网络将患者输入的信息上传至云端服务器，同时患者可通过手机客户端查看自己的运动方案；
云端服务器，用于根据患者上传的信息进行存储和处理，并结合天气状况以及空气质量为患者设计个体化的运动方案，再将设计的运动方案返回到客户端供患者运动参考；
手机客户端和云端服务器之间通过网络连接进行数据的交互；
所述云端服务器包括数据交互接口、患者信息处理模块、有氧运动次数分配模块、运动项目选择模块、运动项目数据库、有氧运动时间优化模型和运动方案生成模块；所述数据交互接口负责接收从手机客户端传上来的用户信息，用户信息依次经过患者信息处理模块、有氧运动次数分配模块、运动项目选择模块、有氧运动时间优化模型和运动方案生成模块后生成运动方案，运动方案经过数据交互接口再通过网络返回给手机客户端；
所述患者信息处理模块从数据交互接口得到的用户信息包括身高、体重和并发症类型，根据用户信息分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T、有氧运动频率n、抗阻运动频率、运动强度、每天运动的最小时长tmin和每天运动的最大时长tmax；所述患者信息处理模块按如下方法实现：
步骤1，分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T：
首先根据身高和体重计算BMI，BMI计算公式：
BMI＝体重(kg)/身高(m)2 (1)
再根据BMI分配患者未来一周内所要执行的有氧运动时长T，若BMI<24则T大于150分钟，若BMI>24则T大于175分钟；
步骤2，根据患者的并发症类型从量化运动指标分配表中查找一周有氧运动频率n、抗阻运动频率、运动强度、每天运动的最小时长tmin、每天运动的最大时长tmax、有氧运动次数；
所述有氧运动时间优化模型用于计算每一个有氧运动的运动时长，模型优化目标和约束条件描述如下：
优化目标为：约束条件为：
式中ti代表患者一周内执行的第i个有氧运动时长，ti计算方法如下：
步骤1：以tmin作为ti的起始值，ti赋值为tmin；
步骤2：生成0至3之间的一个随机整数rand(0,3)，按照公式ti＝ti+3×rand(0,3)循环更新ti的值，每一轮更新判断ti是否等于tmax，若ti＝tmax，则ti停止更新；
步骤3：重复进行步骤2，每一轮更新判断是否大于T，若算法停止，输出ti的值。
2.如权利要求1所述一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，其特征在于，所述手机客户端包括用户信息模块和运动方案模块，其中用户信息模块供患者输入自己的体征信息包括身高、体重和并发症类型，患者输入的信息会自动上传到云端服务器；运动方案模块供患者查看自己的运动方案。
3.如权利要求1所述一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，其特征在于，所述有氧运动次数分配模块结合未来一周的天气状况以及空气质量和有氧运动频率，首先统计天气状况以及空气质量良好的天数和天气状况以及空气质量差的天数，按照天气状况以及空气质量差的天数小于天气状况以及空气质量良好的天数就多分配室外有氧运动次数，否则多分配室内有氧运动次数的原则查找有氧运动次数分配表，合理分配室内有氧运动次数和室外有氧运动次数。
4.如权利要求1所述一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，其特征在于，所述运动项目选择模块用于选择患者要进行的有氧运动和抗阻运动，其中有氧运动的选择需根据患者信息处理模块分配的有氧运动频率、抗阻运动频率和有氧运动次数分配模块分配的室内有氧运动次数和室外有氧运动次数，从运动项目数据库的有氧运动项目表选择运动项目，要选择的运动项目总个数＝有氧运动频率+抗阻运动频率，要选择的有氧运动个数＝有氧运动频率＝室内有氧运动次数+室外有氧运动次数；抗阻运动的选择原则是根据患者并发症类型和患者信息处理模块确定的抗阻运动频率，从运动项目数据库的抗阻运动项目表选择抗阻运动，选择的抗阻运动个数＝抗阻运动频率。
5.如权利要求1所述一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，其特征在于，所述运动项目数据库用于存储运动项目和计算过程需要的一些数据，包括有氧运动项目表、抗阻运动项目表、还包括量化运动指标分配表和有氧运动次数分配表。
6.如权利要求1所述一种个体化2型糖尿病量化运动方案生成***，其特征在于，所述运动方案生成模块首先根据患者年龄计算患者的运动心率，计算方法：运动心率＝(220－年龄)×60～85％，然后将选出的有氧运动项目、抗阻运动项目和已计算出有氧运动时长、运动心率以及结合未来一周的天气状况和空气质量以“键/值”的形式为患者制定可执行的运动方案；运动方案包括：本周有氧运动项目、抗阻运动项目和已计算出有氧运动时长、运动心率；最后运动方案将通过所述云端服务器的数据交互接口再经过网络输出到所述手机客户端供患者做运动参考。
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雾霾天气下体育运动对呼吸***的损害程度分析;李春璐;《科 技 通 报》;20140131;第30卷(第1期);第62页引言以及64页第2节 *

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