基于智能結(jié)構(gòu)的BIA人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

（寶雞文理學(xué)院,寶雞,721016）

基于智能結(jié)構(gòu)的BIA人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

盧 虎

（寶雞文理學(xué)院,寶雞,721016）

建立人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其涉及的人體數(shù)據(jù)指標(biāo)多、影響因素大。因此，運(yùn)用智能特征建模與專家系統(tǒng)相結(jié)合的方式，建立人體健康的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)用生物 電阻抗技術(shù)，對(duì)相關(guān)指標(biāo)的成分進(jìn)行計(jì)算分析，從而得出人體的相關(guān)生理參數(shù)，在通過(guò)智能系統(tǒng)，分為決策和測(cè)評(píng)兩個(gè)不同的層次，在決策層則通過(guò)定義有限的狀態(tài)，從而最終確定系統(tǒng)所處的狀態(tài)。

智能結(jié)構(gòu)；健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)；生物電阻抗

1 健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)模型構(gòu)建

通過(guò)BIA技術(shù)，采用對(duì)人體進(jìn)行全段、分段測(cè)量相結(jié)合的方式，從而測(cè)定人體整體的無(wú)機(jī)鹽、脂肪和蛋白質(zhì)含量以及脂肪在不同部位的分布等指標(biāo)。

如圖1 所示，根據(jù)人群的不同的特征，按照性別分為男、女；按照年齡分為中、青、老。通過(guò)人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)，測(cè)定不同人體蛋白質(zhì)、脂肪、無(wú)機(jī)鹽等的含量，從而得出人體的健康狀況和健康的趨勢(shì)。

因此，需對(duì)上述變量進(jìn)行定義:

①T代表人體健康評(píng)價(jià)的肥胖程度、人體健康狀態(tài)以及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

T=(TT=(T1,T2,T3)

其中T1代表肥胖程度，

T2代表營(yíng)養(yǎng)狀況，

T3代表健康變化趨勢(shì)。

②P代表 人體健康評(píng)價(jià)的子因素集

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)測(cè)定因素的不同，設(shè)定不同的子因素集。而該系統(tǒng)子因素集主要包含人體BMI、脂肪分布、無(wú)機(jī)鹽含量、人體脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、營(yíng)養(yǎng)元素變化、脂肪含量變化。

P=（P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7）

同時(shí)，人體的肥胖因素主要取決于BMI值、脂肪含量和脂肪的分布值；人的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)主要與無(wú)機(jī)鹽和蛋白質(zhì)的含量有關(guān)；人體健康指標(biāo)主要與脂肪分布和營(yíng)養(yǎng)元素的變化有關(guān)。

③對(duì)人群的特征進(jìn)行定義

B=（B1，B2）

B1代表年齡，B2代表性別

其中B1中的年齡又分為老、中、青。B2則分為男、女。

2 智能結(jié)構(gòu)健康測(cè)評(píng)模型構(gòu)建

圖2 智能測(cè)評(píng)模型結(jié)構(gòu)圖

基于人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，運(yùn)用專家系統(tǒng)進(jìn)行智能結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建。

構(gòu)造智能結(jié)構(gòu)的健康測(cè)評(píng)模型，主要是將模型分為功能層和運(yùn)行層。而作為系統(tǒng)基礎(chǔ)的知識(shí)庫(kù)、規(guī)則集以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)我們則劃分為決策層和測(cè)評(píng)層進(jìn)行分層遞 階并行 耦合方式 。

通過(guò)對(duì)模型構(gòu)造圖，對(duì)決策層，主要通過(guò)MR A監(jiān)測(cè)器對(duì)基本信息元的輸入，通過(guò)知識(shí)庫(kù)K B A，推測(cè)得出測(cè)評(píng)所適合的測(cè)評(píng)方式，對(duì)模式進(jìn)行最后的選擇，如人群分類；對(duì)測(cè)評(píng)層則主要通過(guò)決策層的策略方案的選擇，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量的分析，從而提取出人體的多評(píng)價(jià)模式的特征，如人體脂肪變化等值。

3 基于智能結(jié)構(gòu)的BIA人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)采用整體法和分段測(cè)量的方式結(jié)合進(jìn)行，從而通過(guò)生物電阻測(cè)量技術(shù)，按照現(xiàn)階段的對(duì)人體健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立上述模型。同時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)分為五個(gè)步驟：

狀態(tài)1 ：等待檢測(cè)

狀態(tài)2 ：運(yùn)用生物電技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算出人體的成分、B MI值以及脂肪比例；

狀態(tài)3： 進(jìn)行分段的生物電阻抗實(shí)驗(yàn)測(cè)量，從而計(jì)算得出人體內(nèi)脂肪和皮下脂肪的比例。

狀態(tài)4：進(jìn)行時(shí)序分析，從而得出人體的成分的變化。

狀態(tài)5 ：結(jié)束測(cè)試

最后通過(guò)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)決策層和測(cè)評(píng)層的耦合，而決策層和側(cè)評(píng)層每部分的構(gòu)建原理如下：

3.1決策層

（1）MRA監(jiān)測(cè)器功能定義

其主要的功能是通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的定義，向系統(tǒng)輸入相關(guān)信息進(jìn)行測(cè)評(píng)適合的模式的選擇并將其投入到評(píng)價(jià)器中。其定義評(píng)價(jià)對(duì)象特征為：S=P*B (1)

（2）KBA功能定義

該功能主要是通過(guò)構(gòu)造有限狀態(tài)機(jī)，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)器和評(píng)價(jià)器的結(jié)果的輸出，從而實(shí)現(xiàn)健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移以及策略的選擇。按照定義，可以將其定義一個(gè)五元組：

M=(Q,Σ,δ,q,F)

其中Q表示橫坐標(biāo)中的①-⑤ 的全部過(guò)程，包括信號(hào)開(kāi)始到測(cè)評(píng)結(jié)束；Σ表示縱坐標(biāo)中的全部過(guò)程，包括測(cè)評(píng)信號(hào)開(kāi)始到人體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)趨勢(shì)再到測(cè)評(píng)結(jié)果輸出；δ表示狀 態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)；q 表示等待測(cè)評(píng) ；F表示測(cè)評(píng)結(jié)束。

（3）ERA功能定義

該模塊主要是將決策層和測(cè)評(píng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而獲得測(cè)評(píng)層需要輸出的相關(guān)的狀態(tài)機(jī)輸入的信息，其中一個(gè)則將人群的基本信息映射到測(cè)評(píng)層中的知識(shí)庫(kù)，用于專家?guī)斓淖詈筮x擇；另外的則映射到評(píng)價(jià)層中的監(jiān)測(cè)器中，用于測(cè)定人體的成分的模式選擇。

3.2測(cè)評(píng)層功能定義

根據(jù)上述的測(cè)評(píng)層其所處的不同的五個(gè)狀態(tài)，進(jìn)行具體的執(zhí)行，通過(guò)測(cè)量分析，將信息反饋到?jīng)Q策層，同時(shí)輸出測(cè)評(píng)的結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的評(píng)價(jià)的指標(biāo)進(jìn)行健康的評(píng)價(jià)。

(1) 監(jiān)測(cè)器MBB：

該模塊主要是根據(jù)決策層的信息，對(duì)基本信息進(jìn)行測(cè)量分析，從而將結(jié)果輸入到KBB中。

(2)知識(shí)層KBB

該模塊主要是運(yùn)用模糊的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，同時(shí)運(yùn)用定性和定量的方式將其結(jié)果進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的人體健康評(píng)價(jià)問(wèn)題提供最簡(jiǎn)便的方式。

（3） 評(píng)價(jià)器 E RB

該模塊主要是通過(guò)反饋測(cè)評(píng)層在整個(gè)的測(cè)評(píng)過(guò)程中的信息到?jīng)Q策層，同時(shí)在測(cè)評(píng)結(jié)束后，輸出相關(guān)的測(cè)評(píng)的結(jié)果。

圖1 人體健 康測(cè)評(píng)體系層次分析結(jié)構(gòu)

4 健康評(píng)價(jià)專家?guī)旖⑴e例

根據(jù)上述的模型，結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)關(guān)于健康指標(biāo)，需要制定不同的健康評(píng)價(jià)的專家?guī)欤瑥亩欣跊Q策測(cè)的判斷和輸出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。以現(xiàn)階段的青年男性的健康指標(biāo)為例子，制定健康、不健康和亞健康的指標(biāo)。

5 結(jié)論

通過(guò)以智能結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的建模方法方面入手，同時(shí)結(jié)合專家系統(tǒng)，建立了一種針對(duì)人體不同生理指標(biāo)的人體健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)。同時(shí)針對(duì)在評(píng)價(jià)中出現(xiàn)的多因素、龐大數(shù)據(jù)的等問(wèn)題，通過(guò)建立決策和測(cè)評(píng)兩個(gè)層次進(jìn)行處理，并針對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的參數(shù)，進(jìn)行定性和定量的分析，解決了人體建模中出現(xiàn)的不容易建立模型的問(wèn)題。在通過(guò)運(yùn)用BIA技術(shù)，進(jìn)行整體和分段的測(cè)量，并結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)指標(biāo)，進(jìn)行評(píng)測(cè)，具有很大的實(shí)用性。

[1] 賀杰，漆正堂．生物電阻抗技術(shù)建立運(yùn)動(dòng)人體特征性參數(shù)相關(guān)模型的價(jià)值[J]_中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2008，12(26)：5127—5130

[2] 羅仕強(qiáng)，田華，黃華．基于單片機(jī)的生物電阻抗頻譜測(cè)量系統(tǒng)[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32(12)：146—148，151．

BIA human health research and design evaluation system based on smart structures

Lu Hu
(Baoji University of Arts and Sciences，Baoji，721016)

A human health assessment system,which involves human data indicators,large factors. Therefore,the use of intelligent features of modeling and expert system combination,establish human health evaluation system,while the use of bioelectrical impedance technology,the composition of the relevant index calculation and analysis,to arrive at the relevant physiological parameters of the human body,through intelligent system,divided into decision-making and evaluation of two different levels,in decision-making through a limited definition of the state,which ultimately determine the status of the system.

smart structures；human health research；impedance technology