應用MATLAB模型進行膳食及健康風險評估

宋爽 王懿涵

摘 要：本研究應用MATLAB模型，通過GUIDE（Graphical User Interfaces Development Environment）對食物營養、身體活動等數據進行精確采集和計算，對于計算結果生成評估性報告。結論：日常膳食攝入的各種營養素需要量值的把控，行為方式的選擇和實施需要有度可循。此研究旨在引導人們建立科學飲食觀，維持或調整健康生活方式，對膳食計劃的制訂以及行為方式的管理有指導作用。

關鍵詞：慢性病;預防醫學;風險評估;GUIDE設計

以預防醫學實現保護、促進和維護機體健康的目的為指引，進行健康合理的膳食和行為管理與控制，能夠降低慢性病風險、提高慢性病患者生活質量。由于人們普遍存在對于膳食營養價值和身體活動標準的認識模糊和欠缺，本研究在數據基礎上通過MATLAB-GUIDE（簡稱GUI）設計，建立面向用戶的人機交互界面，實現對日常營養攝入和行為活動的科學指導，對健康風險做出預防評估。

一、數據基礎

（一）膳食構成及營養成分

中國營養學會將食物分成五大類，包括糧谷類及薯類，豆類及其制品，水果蔬菜類，肉、蛋、奶等動物性食物以及精制白糖、紅糖等純熱能食物。為了滿足人體的需要，《中國居民膳食指南科學研究報告（2021）》（以下簡稱《指南》）建議，這五大類食物不但每日攝入數量要充分，而且種類也應多樣化。因此，五大類食物中，每一大類中的食物品種盡可能多，例如糧谷類就包括：大米、面粉、掛面、面包、蛋糕等。

不同食物的營養成分含量，包括三大產能營養素（蛋白質、脂肪、碳水化合物）、維生素（維生素A、胡蘿卜素、視黃素、核黃素等）、礦物質常量元素（鈣、磷、鉀、鈉等）、微量元素（鐵、銅、鋅等）等，作為后臺重要的基礎數據，支撐人機交互。

（二）身體活動量

在行為因素中，身體活動量是評價科學健康生活方式的一個重要指標。

《指南》指出，適當身體活動可以降低包括正常人和高血壓患者的成年人血壓，可以降低2型糖尿病發生風險25%～42%，可以降低冠心病、腦卒中、心力衰竭等心血管疾病發生風險，還可以降低癌癥的發病風險，進而能夠降低全因死亡風險。

體育鍛煉是身體活動的重要方式，運動生理學證實，機體營養能力的高低取決于鍛煉頻率、鍛煉強度和鍛煉時長。我國把30min/次，每周至少3次的鍛煉定義為經常參加體育鍛煉。

（三）體重指數

我國成人體重指數BMI=18.5～23.9kg/m2為正常，BMI=24～27.9kg/m2為超重，BMI28kg/m2為肥胖。

二、程序設計

在MATLAB-GUIDE環境中，完成合理的控件選擇，對相應可編輯控件進行程序編寫，通過“Callback”調用程序，如圖1所示。在光標處插入用戶程序。

（一）體重指數數據傳遞

%edit10字符串轉換

x1=str2double（get（handles.edit10，'string'））;

%edit11字符串轉換

x2=str2double（get（handles.edit11，'string'））;

y=x1/x2/x2;

%控件顯示數據信息

set（handles.text12，'string'，num2str（y））;

（二）營養攝入

1.各種營養成分攝入量

%k種食物

m=k;

n=1;

%k行1列零矩陣

a=zeros（m，n）;

%獲取listboxJ下拉菜單控件value值，其值有K個

val=get（handles.listboxJ，'value'）;

a（val，1）=1%改變a1，僅含有個1

%各種食物蛋白質、脂肪、碳水化合物、維C、鈣成分含量

e=[7400 10300 20300 19400 15800 3000……]

f=[800 1100 6200 5000 6200 3200 ……]

g=[77900 75200 1500 2500 8800 3400 ……]

h=[0 0 0 0 0 1 ……]

i=[13 27 6 3 173 104……]

%editK字符串轉換

p=str2double（get（handles.editK，'string'））;

%第Q種食物營養成分

zQ1=f*a1*p

%輸出控件數據信息

set（handles.textR，'string'，zS9）;

2.蛋白質攝入量

以蛋白質攝入為例，說明計算過程。

m=12;

n=1;

a=zeros（m，n）;

val=get（handles.listbox1，'value'）;

a（val，1）=1

e=[7400 10300 20300 19400 15800 3000……]

p=str2double（get（handles.edit1，'string'））;

z=e*a1*p

set（handles.text3，'string'，z）;

（三）健康風險評估

以脂肪攝入為例進行說明，其他評估對象與此類似。

%edit12字符串轉換

x12=str2double（get（handles.text4，'string'））;

if x12<55000

%text37輸出信息

set（handles.text37，'string'，'攝入不夠'）;

else

%text37輸出信息

set（handles.text37，'string'，'攝入過量'）;

%text47輸出信息

set（handles.text47，'string'，'高脂肪攝入會增大肥胖及心血管疾病風險……'）;

End

三、運行結果

通過GUIDE（GUI）控件的賦值及程序運行，結果如圖2所示。

（一）界面由五部分組成

①基本數據區域：輸入身高、體重、鍛煉時長。

②膳食數據區域：選擇和輸入食物種類與質量。

③計算選擇：按需求分別計算和總體評估（總體評估為右上角綠色控件）。

④顯示區域一：實際值與推薦標準對比，同時完成初判。

⑤顯示區域二：風險評估提示。

（二）說明

隨機選取某一居民的日常生活數據。其體重為73kg，身高1.68m，鍛煉時長為60min。其某一天的膳食安排如下（每份食物質量為100g）：早餐面食1份，雞肉1.5份，豆腐2份;中餐米飯2.5份，瘦豬肉2.5份，芹菜1份;晚餐面食2份，瘦豬肉2份，牛奶1.5份。經過計算，顯示其身體狀況為超重，鍛煉程度不夠，各種營養素攝入或過量或不足，同時給出了健康風險提示。

結語

從MATLAB-GUIDE計算顯示來看，針對居民的日常膳食和鍛煉行為，能夠進行精確計算。根據計算結果，可以指導居民進行膳食和活動量調整，起到維護機體健康、降低引起慢性病風險的作用。另外，可以方便地在后臺程序擴展食物種類、行為方式等模型數據，如圖3所示（增加食物種類），實現更全面更精準的健康評估效果。

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作者簡介：宋爽（1970— ），女，漢族，河北石家莊人，本科，副教授，研究方向：自動控制、最優控制策略。