[发明专利]一种人体能量消耗监测装置及方法

权利要求书

1.一种人体能量消耗监测装置，其特征在于，包括：

由信号采集装置(1)和软件系统(2)两部分组成；

信号采集装置中包括多波长光电信号采集模块(3)、通信模块(4)和电源模块(5)；

软件系统中包括控制模块(6)、存储模块(7)、计算模块(8)和显示模块(9)；

多波长光电信号采集模块(3)，用于采集至少三个波长段的人体光电容积脉搏波原始信号；

通信模块(4)，和多波长光电信号采集模块(3)相连接，用于完成信号采集装置与软件系统之间的交互，负责将采集指令发送至多波长光电信号采集模块(3)，并将采集到的数据传输到软件系统中；

电源模块(5)，与多波长光电信号采集模块(3)、通信模块(4)相连接，用于信号采集装置供电；

控制模块(6)，与通信模块(4)相连接，用于完成用户与装置间的交互；

存储模块(7)，与通信模块(4)、计算模块(8)、显示模块(9)相连接，用于接收信号采集装置采集到的原始数据，并将存储模块(7)中的计算结果，在显示模块(9)中输出；

计算模块(8)，与存储模块(7)相连接，用于处理原始信号，并计算所需要的相关参数；需要计算的参数如下：人体能量消耗EE、血红蛋白浓度Hb、脉搏血氧饱和度SpO₂、心输出量CO、心率HR；

显示模块(9)，与控制模块(6)、存储模块(7)相连接，为系统软件的可视化部分；

所述计算模块(8)的参数计算公式为：

人体静息能量消耗REE，单位为kcal/day：

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

式中，α、θ为常数，9.17α9.89，0.65θ0.75，CO为心输出量，Hb为血液中血红蛋白浓度，SaO₂为动脉血氧饱和度；

心输出量CO：

其中Pm为平均动脉压Ps为收缩压，Pd为舒张压，T为测量心动周期的次数，P(t)为即时动脉压；

血红蛋白浓度Hb：

将血红蛋白分为携氧血红蛋白，还原血红蛋白和非功能性血红蛋白，其浓度分别表示为c₁、c₂、c₃，至少三个波长光源λ₁、λ₂、λ₃的吸光度变化量信息ΔA₁、ΔA₂、ΔA₃可以求得不同血红蛋白的值；

其中K₁、K₂、K₃为携氧血红蛋白，还原血红蛋白和非功能性血红蛋白的吸光系数；△L为容积横截面长度变化量，可以作为公因子消去；ΔA₁、ΔA₂、ΔA₃分别为三个不同波长下的吸光度变化量，根据公式(3)分别计算c1、c2、c3；

血红蛋白浓度是三种蛋白浓度之和：

Hb＝c₁+c₂+c₃                                          (4)

吸光度变化量ΔA表示为：

其中I_max和I_min为测量得到的光强的极大值和极小值；

动脉血氧饱和度SaO₂：

其中a、b在确定波长的光和待测物质时为常数，根据试验测定；

在正常生理状态下，动脉血氧饱和度与脉搏血氧饱和度相等，如下式：

SaO₂＝SpO₂                                              (7)

式中,SaO₂为动脉血氧饱和度，SpO₂为脉搏血氧饱和度；

一天静息能量消耗计算公式为：

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

软件系统(2)对实时传输信号进行解析，得到每次搏动的RR间期t_i，从而计算每次搏动的心率HR_i：

根据每次搏动的心率计算心率变化比β_i

代入实时人体能量消耗计算模型：

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

式中，c、d为常数，β为心率变化比，EE为实时能量消耗，REE为静息能量消耗；

累加实时能量消耗的结果，并以分钟为单位进行结果输出；

当t₁+t₂+…+t_n＝60时，输出每分钟能量消耗。