代谢能量监控系统的制作方法

专利名称：代谢能量监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及代谢能量监控系统的使用，该代谢能量监控系统具有一个或多个生理 学测量平台和显示器，该系统能够计算并显示能量平衡、千卡能量消耗和千卡摄入。在优选 实施方式中，该系统能够实现一个或多个体载(on-body)监控平台的流动性使用，以能够 测量一时间段内身体成分(body composition)变化和千卡能量消耗，由此能够使比较器计 算该时间段内的净能量平衡并计算该相同时间段内的千卡摄入。这些数据之后可以被显示 在与体载监控平台无线通信的显示设备上，以向系统的使用者提供体重管理应用的有用信 息和指导。还描述了另外的方法和设备，包括手持监控平台。
背景技术：
肥胖被定义为身体脂肪的异常积累且被广泛认为是造成许多慢性疾病的重要危 险因素。普遍接受的是肥胖人群有非常高的风险患心脏病、高血压、糖尿病、关节炎以及某 些癌症，因此肥胖对总体健康状态和生活质量有直接影响。由于在确定总体健康和患慢性 病的可能倾向中肥胖起着重要作用，因此在临床和流行病学非常需要有效的肥胖管理。在肥胖以及饮食管理过程中，不管是出于改善健康、疾病管理还是出于改变生活 方式的目的，用于监督营养和锻炼的方法可以基于千卡(kcal)摄入和千卡消耗之间的关 系，这在一时间段内产生净能量平衡(体重)(等式1)。如果能量平衡是正值，则该多余的 能量一般作为能量储备源(例如脂肪)被存储在身体中，因此体重就会增加。等式1摄入(kcal)-消耗(kcal)=能量平衡(kcal)通过对个人总能量平衡进行管理，可以实现期望的体重减少/增加或保持当前 体重。为了实现这个目标，已经尝试过各种方式。这些方式包括使用kcal能量消耗计算器， 以及kcal摄入估计器。例如，通常通过手动保存日志和/或基于对包含在食物搭配中的平 均kcal的估计的外部意见或实际进食的映像来完成摄入监控。这些方式一般来说容易使 人顺从(compliance)或容易出现估计误差。可替换的方式包括使用体重秤或身体成分分析器来作为总能量平衡(体重)变化 的指标。但是，这些方式不能提供关于与kcal摄入进行比较后的kcal能量消耗的反馈。此 外，这些时间点或非频率性(周期性)设备依赖于使用者的依从性，这不能准确测量kcal 能量平衡。此外，关于与体重增加/减少相关联的任意其他因素的信息(例如，kcal摄入) 的缺失明显会限制作为体重管理疗法的信息的利用。简言之，由于使用者较差的依从性、由于周期性测量导致的内在的系统不精确性 和/或kcal摄入估计的不准确性，上述方式已经被证实不足以能充分提供求解等式1中各 项所需的数据和方案。所需要的是一种能够确定kcal能量消耗、能量平衡以及kcal摄入 的系统，由此关于饮食习惯和kcal能量消耗的有用信息可以用于为个人制定个性化饮食 和锻炼计划。

发明内容
这里所述的发明阐述了一种用于确定一时间段内的kcal能量消耗、能量平衡和 kcal摄入的新型系统。该系统的优选元件包括能够测量与身体成分、kcal摄入和/或 kcal能量消耗相关联的至少一个生理学参数的至少一个监控平台；能够根据身体成分变 化来确定能量平衡、确定kcal能量消耗由此可以计算kcal摄入的至少一个比较器；以及能 够向使用者和/或其他第三方显示所述确定和计算的至少一部分的至少一个显示器。在本发明的优选实施方式中，基本上薄型(low profile)且柔性的监控平台保持 有效持续接触一处或多处身体区域并给至少一个比较器提供生理学数据。而比较器使用所 述生理学数据来确定kcal摄入、kcal消耗以及能量平衡，并通过位于单独显示单元中的显 示器来从视觉上显示所述确定的至少一部分，该显示单元可以周期性与监控平台进行无线 通信。比较器的功能和位置可以分布在监控平台和显示单元之间，以更好地管理监控平台 与显示单元之间的功率、通信需求以及处理电路需求。在多种实施方式中，比较器可以例如使用移动电话网络通信与一个或多个远程数 据管理系统进行通信。这些远程数据系统可以被提供有使用者数据的至少一部分，且可以 反过来向使用者提供饮食指导、建议或其他形式的信息。US专利7，044，911公开了包括监 控平台、显示单元和远程数据管理系统的这种系统，该专利的全部内容在此作为引用合并 到本文。包括目标卡路里或饮食目标，kcal摄入、卡路里消耗和/或能量平衡的预测趋势 分析的其他信息(其可以使使用者计划何时达到饮食目标)也可以被提供给使用者。在该 实施方式的变形中，该系统可以利用预测分析来自动或按要求给使用者提供校正的指示、 警报、支持、奖励、激励或其他形式的信息以及服务，由此可以更好地坚持对饮食/锻炼计 划或代谢状态规划的坚持，以达到期望的目标。这种信息可以位于比较器内或可以由与该 比较器通信的一个或多个远程数据系统来提供。 在再一实施方式中，可以向使用者通知或传输营养学和/或kcal能量消耗方式和 改进饮食习惯或活动的建议，以更好地实现期望的体重目标。这种通知可以由比较器自动 生成，或通过与比较器远程通信的外方和/或数据系统自动生成，且可以包括在显示单元 或监控平台上的声音警报、振动或其他形式的通信。在又一实施方式中，该系统可以向使用 者提供对改善他们体重管理的一个或多个规划、咨询和/或材料的获取。在某些情况中，这 种获取可以是菜单的形式，从该菜单中使用者可以选择想要的项。在本发明的又一实施方式中，本发明的系统被整合到健康管理规划中，其包括用 于监控身体新陈代谢或疾病条件出现或进展的临床监督。


图1示出了本发明的一种形式；图2示出了本发明的实施方式；图3示出了本发明的监控平台的一个实施方式；图4示出了指示可拆卸电路元件的监控平台的一个实施方式；图5是表示所观测的身体脂肪指标与局部测量的生物电峰值相角之间的关系的 图表；图6示出了本发明的一个实施方式中的显示器。
具体实施例方式本发明一般涉及用于改进的体重管理的新型系统。该系统的方法包括自动确定个 体的能量平衡(优选地基于所测量的身体成分变化)，以及个体的kcal能量消耗，该kcal 能量消耗使得能够进行后续的一时间段内的个体的kcal摄入的计算。本发明还要求使用 所确定的项目(平衡、消耗、摄入)和从这些项目中导出的因素，以用于管理饮食和代谢状 态相关的健康问题。在所选的实施方式中，一个或多个体重管理工具可以由使用者选择和 /或通过与该系统相关联的算法自动生成，以进一步实现体重管理目的。此外，本发明还可 以包括在本地或远距离环境中显示、存储以及传输所确定的项目。在各种实施方式中，该系统可以使用一个或多个所测量的生理学参数来确定卡路 里消耗、kcal摄入和能量平衡状态，并根据这些值帮助使用者修改食物摄入和锻炼以满足 他们的目标体重和身体成分目的。在这些应用中，提供给使用者或其他被授权的第三方的 信息可以包括当前测量到的参数状态，和/或从所测量/收集的数据中导出的变量，例如 对何时超过预定阈值的趋势和预测。在其他能想到的实施方式中，该系统可以被用于非体 重管理应用，例如军人和应急人员的预备或形体监控、老年人活动和代谢健康监控、营养状 态监控、慢性疾病监控以及可能在分析物定量中的使用(例如葡萄糖监控/疾病治疗评 估)。因此，本发明另外的用途是易于想到的且本发明的范围不局限于这里描述的这些应 用。图1中示出了本发明的一种形式。如图所示，系统100包括监控平台110，该监控 平台110与被测量的身体105基本上接触。显示单元130具有视觉显示器132，以及比较 器120(点线结构表示)被示出为位于监控平台110与显示单元130上。还示出了实线箭 头140，其表示监控平台110与显示单元130之间信息、指令或数据的通信。这种通信可以 通过无线(例如无线电传输)或直接连接的方式。还示出了虚线箭头150，其表示显示单 元130与一个或多个远程数据管理位置160之间的通信，该远程数据管理位置160可以向 使用者提供使用的另外的信息或数据。根据本发明的方法，监控平台110测量身体105的一个或多个生理学参数，所述生 理学参数与身体成分或kcal能量消耗相关联。该感测到的参数可以包括组织成分、分析物 和/或流体状态的变化。在优选实施方式中，比较器120可以通过使用算法将来自一个或 多个身体区域的一个或多个测量的数据相关联，以估计总身体成分的变化。其他生理学和 /或人体测量参数(例如运动)的另外测量能够确定身体的kcal能量消耗。比较器120还能够存储所接收到的信息并对该信息进行数学处理，以确定一时间 段内的kcal摄入，例如通过运用等式2。等式2消耗(kcal)+能量平衡(kcal)=摄入(kcal)计算后的kcal摄入、kcal能量消耗和/或能量平衡然后可以自动或经使用者要 求通过使用显示器130被显示给使用者。在某些实施方式中，比较器120还可以将所收集的关于能量平衡、kcal消耗、kcal 摄入、营养或其他使用者特性(倾向、异常)的数据集或信息传输(150)到远程数据管理系 统160，数据管理系统160具有用于另外的分析的另外的数据存储和比较器功能。该传输 150可以通过无线或有线的方式，例如移动电话网络、使用互联网链接的以太网等。数据管 理系统160在对所述接收到的数据分析后例如通过显示器130给使用者提供关于饮食、锻炼或生活方式的建议性修改的反馈，以帮助使用者达到他们的体重管理目标或保持他们当 前的能量平衡(体重)。在一些实施方式中，使用者数据的趋势可以通过任一个比较器来启 动对使用者的优先推荐，以减轻或改变预测的趋势结果。用于体重管理应用(减轻或保持)的本发明的优选实施方式如图2所示。如图所 示，监控平台210被构建成基本上薄型(平面状)和柔性的，并例如通过粘合剂被贴附到身 体205的所选择的身体区域。片(patch)状的监控平台能够实现可能的有利使用，例如能 够实现在穿着衣服和/或步行使用时进行测量，以及可能降低对在使用者部位上有效使用 该系统的依从性。片状传感器还可以有利地能够在长期的时间段(例如，小时、天、周)从 单个身体区域获得测量结果。此外，与单个身体区域的有效持续接触可以有利地提供对指 定身体区域的测量的连贯性，由此潜在地降低由于位置改变造成的随时间采集的测量数据 集的不期望的易变性，从而与由测量平台的连续应用采用的测量相比，可能能够更精确地 确定所测量身体区域中发生的成分变化。为了实现所述测量，监控平台210具有支撑结构212、控制电路214、电源(例如电 池)216以及传输天线218。传感器元件220包括多个电极，用于传导可能在身体成分确 定中使用的区域多频率生物电阻抗测量结果；温度传感器，例如热敏电阻，该温度传感器用 于辅助确定身体成分和kcal能量消耗；至少一个多维加速计，可能在kcal能量消耗确定中 使用；以及用于心率测量的电极，其也可能在kcal能量消耗确定中使用。在该优选实施 方式的变形中，至少一些用于生物电阻抗测量的电极可以是用于测量心率和呼吸速率的电 极。在组件和结构层/给总体结构210提供另外的层的材料之间提供电连接的必要的互连 (线)没有示出。更具体地，控制电路214具有从传感器获得测量数据、处理所述数据(例如信号 噪声消除和转换成对后续分析有用的值)、以及传输所述数据所需的各种元件，例如微控制 器、存储器、放大器、无线电收发信机(传输/接收)芯片组、模数转换器、数模转换器、开 关、时钟晶体等。这些信号处理和向有用数据的转换代表比较器活动的至少一部分，该比较 器可以位于监控平台上。这些电路元件可以由分散的电路组件(例如电阻器、运算放大器、 微控制器)来构建，或可以包括多功能组件，例如专用集成电路(ASIC)，或可以包括这些元 件的组合。这些元件还可以由基于常规硅(CM0Q的电路元件来构建，或可以部分或全部利 用印刷电子和/或高级纳米电子元件，由此与基于硅的元件相比可能能够实现改进的平台 灵活性。如图3所示，以侧视图示出监控平台300的结构，该监控平台300具有如箭头所示 那样被分离的多个层，该监控平台300可以包括多层状的基本上薄型(平面的)结构，其具 有至少三个基本层。第一层(或底层)310具有能够与身体基本接触的第一表面312，且可 以包括传感器元件314，例如电极。该层还可以包括一个或多个生物兼容的粘合剂316，以 加强监控平台与身体的粘合。第二层或中间层320包括必要电路的位置，例如电子器件层， 其具有监控平台功能所需的电路元件322，该电路元件322被安装在优选柔性基板324(例 如聚酰亚胺或其他合适的材料)上。在优选实施方式中，这些电子组件被构建以便这些元 件被包含在监控平台的总体结构中。第三层或上层330可以包括大部分的保护覆盖层332， 以最小化下面的电路和传感器可能沾染的湿气。此外，上层可以部分由泡沫材料334构建， 使得能改善使用者的舒适度。在相关的实施方式中，上层还可以包括一个或多个显示元件，例如有机发光二极管(OLED)显示器，和/或可以包含与商业或市场营销目的有关的标 志或图案。上层330还可以包括视觉指示器(例如光学元件)，以确认该设备正在正常工作 或已经经历了错误状态。在相关实施方式中，部分电路元件可以被构建为可拆卸、可替换的电路“盘 (puck)”或结构，由此可以降低监控平台使用的总费用。图4示出了这样的实施方式，其中 监控平台400具有基本上薄型(平面的)的下结构403以及基本上薄型(平面的)的上覆 盖结构405，下结构403包括电池435、传感器430、电气路径(electrical trace) 425、圆形 电接触件420和固定夹423。包括电路元件415的电路盘410插入到下结构403与上结构 405之间，从而能够实现位于盘410表面上与电接触件420相对的电路盘电接触件之间的 接触(盘410电接触件未示出)。圆形接触件420的使用有利于最小化对正确插入电路盘 410的定向要求的需求。容易想到的是可以有其他几何尺寸的电路盘结构和其他形式的电 接触方式，例如光学互连、椭圆形盘等，且本发明的范围不限于图4所示的结构。再参照图2，在该优选实施方式中，监控平台210与显示单元230之间的通信通过 无线方法实现，例如通过使用无线电波通信，例如蓝牙 或其他常用的无线电通信方式。 在该优选实施方式中，这种通信具有限定的范围，例如小于10米，且可以被加密以防止不 期望的对传输数据集等的获得。在其他实施方式中，监控平台210与显示单元230之间的 通信可以利用长距离无线电波通信，例如蜂窝、WiFi、WiMax或具有距离大于10米的其他无 线电通信方式。这些通信数据还可以包含用于识别总监控平台210的全部或部分(例如， 电路214和/或传感器220)的标识符，由此可以针对不同的用途(例如，在较大数据收集/ 分析集合中将数据集联系到个别使用者，或追踪制造性能/可靠性)来跟踪这些元件。在监 控平台210与显示单元230之间的通信是不可获得的情况中，可以在一段时间(例如多至 M小时)内存储传感器数据，直到通信恢复，然后传感器数据可以被传输到显示单元230。显示单元230具有能启动进一步的比较器活动以及将比较器信息/分析传输给使 用者(例如显示器232)的功能组件。这些功能组件(未示出)包括各种电路元件，例如微 控制器、存储器、电池、一个或多个收发信机和相关天线等，且这些功能组件是电子领域的 技术人员公知的电子器件。在该优选实施方式的某些形式中，显示单元包括具有内含必要 比较器软件的蜂窝电话，以用于实现蜂窝电话和显示单元的双重功能。显示单元可以在监 控平台210与显示单元230之间动态分配比较器功能。该动态比较器功能分配可以基于电 源剩余量、无线通信链路质量、测量生理学参数变化率或类似的生理学环境或系统元件而 得到调节。在比较器中，可以有数学功能例如算法，该数学功能能够确定成分变化，并确定与 该成分变化、kcal能量消耗和kcal摄入相关联的作为结果的能量平衡。这种算法可以包 括另外的信息，例如使用者数据(例如年龄、性别、和/或身体尺寸(例如身高、腰围或臀 围))，使用者数据可以由使用者或其他人输入并用于算法功能和比较器分析。这种数据可 以响应于在显示单元上的查询(作为比较器功能的一部分)被输入，这种数据可通过位于 显示单元中的键盘或语音识别功能被输入或通过远程数据管理系统250被输入。图2所示的是显示单元230与远程数据管理系统250之间的通信。在该优选实施 方式中，该通信可以包括无线方法，例如通过移动电话网络、结合因特网通信方式。在远程 数据管理系统250处，可以执行对使用者数据的另外分析，且提供指示、建议、支持、服务等以便能更好地使使用者能够管理体重管理目标的响应被发送回显示单元以供使用者阅览。下面进一步详细描述本发明的每个元件。监控平台——监控平台包括能测量生理学参数的一个或多个传感器，该生理学 参数用于计算身体成分、能量平衡、kcal摄入和kcal能量消耗。为了确定身体成分变化，待测量身体区域优选为能够关联总的身体成分变化的一 个或多个测量的身体区域。更优选地，这些被测量区域包括较大身体结构的仅一部分，例如 腹部部分的区域测量(与跨越整个躯干(例如肩膀到臀部)或延伸至两个端点(例如腿到 腿测量)的测量相比)。此外，所选的区域优选能够评估一个或多个身体成分元素(例如， 身体脂肪、体液、瘦肉质量)的变化。这种区域的示例可以包括下胸部、腹部、大腿上部的区 域或能够响应于千卡摄入和消耗变化而明显存储身体脂肪的其他身体区域。在一些实施方式中，基于在特定人群(例如，性别、年龄、总体形体(瘦、标准、超 重、肥胖)或并存疾病(co-morbidity))中身体区域对身体成分变化的灵敏性，可以将一个 或多个身体区域选择为最优放置/测量点，由此一组个体(例如成年男性)可以具有与不 同组(例如成年女性)的放置位置不同推荐的放置位置。因此，本发明的范围不限于一个 身体位置或区域。通常来说，用于评估身体成分的传感器包括与身体区域的一个或多个能量交换， 以能够评估身体区域的成分。这些能量一般具有由不同的组织类型差别影响例如差别吸收 的有用特性，且因此可以利用对来自这些传感器的信号的分析来确定信号穿过的组织的成 分变化。这些传感器可以包括电磁能、电能、光能、机械能或声能，且本发明的范围不限于 任意一种形式或类型的传感器。这些传感器可以测量成分、成分变化或使用引入的元素 (例如纳米颗粒、光敏试剂等)来辅助这些测量活动。在本发明的优选形式中，一个或多个 生物电阻抗传感器(使用通常位于IkHz与IOOOkHz之间最优选在IkHz与200kHz范围内 的一个或多个频率)被用于确定一个或多个身体区域中的身体成分。已经有利地观察到在 下胸部/腹部上获得的区域多频率生物电测量结果使得该测量结果对确定与身体成分相 关联的因素有用，且因此在本发明的系统中是有用的。该区域生物电阻抗测量结果可以通 过使用位于单个结构(例如，衬片)中的电极从外部获得，因此不需要使用电线或分开的监 控平台结构来传导身体成分测量结果。例如，图5表示从这些与多个个体的身体脂肪指标相关联的区域多频率生物电阻 抗测量结果(其使用公开的美国军队的身体脂肪指标算法来测量)中获得的原生物电阻抗 峰值相角数据。如相关性线510所示，在生物电阻抗峰值相角和身体脂肪指标之间存在明 显的逆相关性，其斜率为-0. 4，相关系数为R = 0. 7，由此示出了在身体区域获得的测量结 果的一般性能与身体脂肪百分比相关联并扩展至总的身体成分。所观测到的数据集的散布 可以被降低，且通过包含另外的因素(例如性别、年龄、身体尺寸等)通过多回归或其他形 式的数学分析来改进相关性。这些改进相关性的方法和方式是数学和身体成分分析领域中 的技术人员公知的。此外，用于确定身体成分(和/或kcal能量消耗)的传感器可以是侵入性的(例 如植入)。可替换地，传感器测量可以基本上是非侵入的，例如通过在阻抗测量的情况中使 用位于皮肤表面的电极型传感器。在本发明的再一形式中，还可以使用完全非接触形式的测量来确定身体成分(身体脂肪、体液、瘦肉质量)、分析物、kcal消耗或代谢状态。这些形 式的测量的示例包括使用超宽带雷达，其中一个或多个能量的交换不需要与身体表面直接 接触。这种超宽带频率一般在2GHz到IOGHz的范围内，可以提供对人体组织的几厘米的穿 透，由此能够确定被检查区域内的身体成分。在又一实施方式中，用于测量可能反映身体成分变化、代谢状态或活动的一个或 多个分析物的传感器可以单独使用或与用于辅助确定身体成分变化、kcal消耗、kcal摄入 或临时数据的其他传感器结合使用。这种传感器可以包括用于计算荷尔蒙(例如瘦蛋白、 胰岛素、间质糖)、计算乳酸、计算维生素、渗出的酮、呼出的二氧化碳、神经活动(例如交感 神经活动)的传感器，或可以包括能够确定出汗量、成分或速率的传感器。在相关实施方式 中，可以包括响应于相关代谢参数的另外的传感器。传感器还可以包括反映长期代谢变化 (例如血红蛋白的糖基化、血压或尿蛋白浓度)的传感器。在形式上，所述传感器(以及监 控平台)可以包括与一个或多个其他传感器集成的结构，或可以用作单独(例如，血糖测计 仪)的传感器。所述传感器可以以多种方式(例如光、电、机械、声)被构建，并利用使用常 规硅基电子器件到纳米结构到结合的生物/无机结构的材料，例如响应于存在一个或多个 分析物的基因工程单元。本发明的形式和范围不限于任意一种形式或类型的分析物传感
ο
在又一实施方式中，检查具有相同或不同能量形式的一个或多个身体区域的一个 或多个传感器可以用于确定身体成分、身体成分变化或代谢状态。在本发明的有关形式中， 用于确定身体成分变化的传感器还可以利用来自其他形式的身体测量(例如，体重秤或特 定重力/浮力确定)的传感器数据来帮助总体分析。除了用于身体成分确定的传感器外，本发明的方法和系统还可以使用用于确定 kcal能量消耗的一个或多个传感器。一般来说，这些传感器响应于与活动相关的身体的 kcal能量消耗。来自这些传感器的数据可以用于也结合基本/静止代谢速率和/或身体的 其他非活动相关形式的kcal能量消耗(例如消化)的估计的算法，以确定一时间段内的总 kcal能量消耗。在本发明的优选实施方式中，能够确定与活动相关联的kcal能量消耗(例如确 定心率、活动和体中心温度)的传感器与用于确定身体成分的传感器位于同一个监控平台 中。该传感器的形式可以包括电极或光学装置，例如用于确定心率的脉动血氧计、用于活动 的多维加速计和用于确定体中心温度的热敏电阻或热流传感器。通常，活动传感器的使用 和能量估计是活动管理领域中的技术人员公知的，因此，在这点上，可以使用其他形式和类 型的传感器，且本发明的范围不限于一种形式或类型的活动传感器。用于kcal能量消耗的一个或多个传感器还可以用于身体成分确定。例如，能够进 行超宽带雷达测量的用于身体成分确定的传感器还可以有利地用于确定心率和/或呼吸 率，以提供用于kcal能量消耗确定的有用数据。这些各自分析所使用的数据可以是相同的 数据集或不同的数据集。例如，用于kcal能量消耗确定的区域超宽带雷达数据可以使用基 于时间的测量，例如以用于进行心率和/或呼吸确定，而基于静止或非速率的数据可以用 于确定基础组织(underlying tissue)的成分从而用于身体成分的确定。在可替换实施方式中，用于kcal能量消耗的传感器可以直接与身体kcal能量消 耗的总和相关联，即传感器可以直接与总代谢(kcal)率/消耗关联。这些传感器可以是与
10身体的间接热量测量相关联的传感器，并可以包括用于测量吸入和呼出气体的传感器(例 如相对于氧气和二氧化碳的外界(吸入)水平的二氧化碳的呼出)，或体中心温度传感器。还可以在变化的时间周期(占空因数)进行传感器测量，该时间周期与期望测量 的参数相称(例如，活动的方式、水平或速率和/或身体成分状态变化)。这种传感器的示 例可以是活动传感器，该活动传感器利用采用非经常性测量(例如10或30分钟测量一次) 的睡眠模式、然后响应于活动或运动的突然变化而转换到活动模式(例如几秒钟或几分钟 一次)。因为活动变化可能比身体成分变化速率更频繁，因此用于活动和/或身体kcal能 量消耗确定的传感器测量的测量占空因数可以与用于在一时间段内的区域成分变化的测 量所采用的占空因数不同。一般来说，除了将能量递送到身体区域或从身体区域接收能量的一个或多个传感 器元件(例如，阻抗电极或加速计)之外，监控平台还包括完成传感器的合适功能所需的电 子电路。这样，所述电子电路可以包括存储器、微控制器和/或数字信号处理器、模数转换 器、数模转换器、放大器和电源(电池)，以及将传感器数据传输到一个或多个比较器以用 于分析和后续显示的装置。该传输可以是无线或有线的，例如通过无线电传输或通过作为 较大电路组件的一部分的直接连接装置。在某些情况中，用于一个或多个传感器的电路，例 如超宽带雷达可以至少部分地用于传输传感器数据。通常，传感器电路的设计和结构是电 子领域中的技术人员公知的，且因此关于这点，可以使用其他形式和类型的传感器，且本发 明的范围不限于一种形式或类型的传感器电路。监控平台可以包括自动激活，通过例如接 近电接触件、安装电池、将位于平台上的光电池开关暴露在光下等方式。在其他形式中，显 示单元可以用于将监控平台从睡眠模式完全激活。这可以通过多种方式来实现，例如，通过 无线传输指令或通过基于直接接触的方式，例如通过使用一个或多个传导元件来传递电信 号给监控平台。形式上，用于身体成分和/或kcal能量消耗确定的传感器和监控平台可以以多种 方式被配置，且本发明的范围不限于任意一种形式的监控平台。例如，传感器可以被植入到 身体中、直接贴附到皮肤表面、手持、集成到衣物中，或贴附到家具、寝具或粘附到墙上。在 相关实施方式中，本发明的传感器可以被集成到医疗设备中，该医疗设备具有与本发明相 关联的功能以外的另外的功能。作为监控平台的手持实施方式的一个示例，传感器可以被集成到也具有比较器和 显示功能的手持设备中(例如，位于被适当配置的移动电话中)。在这种形式中，例如超 宽带雷达之类的传感器可以被启用并使用，在所选择的身体位置(例如下胸部上)定期放 置传感器，以提供适用于确定身体成分的数据，以及在设备主体中集成用于活动的传感器 (例如加速计)，该设备被规定为在不用时是耗尽的(worn)。在又一实施方式中，能够测量身体成分的监控平台与用于测量kcal能量消耗的 监控平台不同且在物理位置上是分开的。这些多个平台的示例包括使用步数计或与贴附到 身体的一个或多个衬片相结合的其他活动传感器，从而能够测量身体成分。比较器——比较器的优选功能是确定对应于一时间段(例如，小时、天或星期) 的kcal能量平衡、kcal消耗和kcal摄入。该确定通过使用监控平台数据和输入设置数据 (优选地根据等式2表示的数学公式)来实现。可以理解，出于计算(以及显示)的目的， 将kcal作为能量可以用其他形式的能量单位(例如焦耳)来替换，和/或替换成可替换形式的能量单位，例如将kcal转换成“杯形蛋糕(cupcake) ”单位和/或点，且从而以该形式 向使用者传达，例如3个杯形蛋糕，或3个杯形蛋糕=7个点，以能够便于进一步理解和改 进对饮食方面的顺从性。因此，本发明的范围不局限于任意一种形式的能量单位。比较器功能的位置可以部分或全部位于监控平台、显示单元或一个或多个远程数 据管理系统中的电子组件中，且本发明的系统不限于用于比较器活动的一个位置/结构。 可以通过监控平台、显示单元或远程数据管理系统或这些系统元件的组合来控制比较器功 能的动态分配。优选使用至少两个平台传感器数据集以便根据等式2的使用来实现代谢kcal参 数的评估，例如，在指定时间段的起始所测量的至少一个数据集以及在该时间段的末尾所 测量的至少一个数据集。这种数据集还可以包括在该时间段中的中间间隔中获得的多个数 据。因此，在这种实施方式中，比较器可以给监控平台指令或以其他方式来与监控平台一起 操作，以完成传感器测量并接收相应的数据集。这种通信可以包括经要求比较器向监控平 台发送指令，或从平台接收由监控平台根据预定程序获得的数据集。在其他实施方式中，计 划的或预期的数据集(例如，基于过去活动方式的活动和/或能量平衡/身体成分趋势) 可以被替换为一个或多个所测量的数据集。因此，本发明的范围不局限于任意一种形式的 用于获得在该评估中使用的所述数据集的指令或方法。通常，比较器使用的用于确定能量平衡和kcal能量消耗、kcal能量摄入的算法可 以使用例如使用者年龄、性别、身高、形体水平、起始腰围和初始起始体重的数据来改进一 个或多个区域测量与总体身体成分变化和/或净kcal能量消耗的关联性。在某些其他实 施方式中，其他信息(例如，使用者或医生输入的数据，例如共存疾病、血液检测结果、压力 检测结果等)或另外的基于人口的数据还可以被包括在一个或多个算法中以改进确定灵 敏度。在本发明的又一形式中，根据一个或多个测量结果来建立基线参数，由此根据基线得 到的变化或趋势可以被确定并被用在之后的能量平衡、千卡摄入等的计算和估计中。在一些实施方式中，计算和/或显示与使用者的即时或当前状态相关联的发现是 不利的。也就是说，这种估计没有必要结合新摄取的食物或营养，因此，在一些实施方式中， 偏移的时间段(例如分钟或小时)可以用于在计算和显示之前分配整个身体的摄取到的营 养。在又一实施方式中，用于确定能量平衡和/或kcal消耗的一个或多个算法是动态 的，因为所述算法中的一个或多个参数可以通过使用一个或多个校正因子或随时间输入的 项而被自动(手动)调节，例如调节在计算基本代谢率中使用的项以补偿与体重减少相关 联的速率变化。在相关实施方式中，这种调节可以包括响应于一个或多个所接收的输入或 数据集的自我学习或自我调节算法。千卡能量平衡—在本发明的优选实施方式中，根据身体成分变化来确定能量平 衡，其中所述身体成分变化从数学上被转换成与该变化相关联的相应的能量平衡(千卡)。 例如，如果确定脂肪净增长为100g，则通过使用转换公式(例如，Ig的脂肪代表约9kcal的 能量)，该增长可以被转换成900kcal的总能量平衡的净增加。作为确定身体成分变化的优选方法，认为身体被分成两个主要部分身体脂肪 (BF)和无脂肪质量(FFM)。虽然水的含量占了总体重的约60%，但是其被认为对脂肪质 量的影响可以忽略(< 2% )，这种观点能够将FFM进一步分成两个部分液体(H)和其他组织质量(0)，其中0包括部分通常被认为反映身体内其他主要能量源的组分——瘦肉质 量——包括蛋白质(例如肌肉)和复合性碳水化合物(例如糖原)。0的剩余部分，例如骨 质量，通常被认为是不变化的且在大多数代谢分析情况中没什么贡献。通过使用另外的转 换公式，例如蛋白质和复合性碳水化合物都代表约4kcal/g，蛋白质和复合性碳水化合物的 质量变化可以反过来被转换成总能量平衡。因此根据这些观点，身体脂肪质量(BF)和其他 组织质量(0)变化的确定能够确定总能量平衡。反映身体成分变化以及延伸的能量平衡的BF和0或0的组分的变化可以通过多 种方法获得，且本发明的范围不限于任意一种形式或方法。例如，BF和0的变化可以通过 使用等式3来实现，其中BFI指示个体的身体脂肪指标(或身体脂肪百分比)。作为一般的 方式，可以为初始测量周期以及之后在所选时间段结束时确定等式3中的项。这两个确定 由此能够从BF和0的最终(时间段的末尾)值中减去初始确定的BF和0的值，从而提供 BF和0的总的变化。根据BF和0的变化(表示为克或其他质量单位)，可以使用转换公式 (例如，脂肪=9kcal/g以及0(蛋白质和碳水化合物)=4kcal/g)来容易地确定对应于这 些变化的能量(kcal)。 等式3 BFI = ^^ = u^
总的身体质量 H + BF + O在等式3的优选解中，在时间段的起始和末尾处确定BFI并结合在该时间段内确 定H的变化就能够估计BF和0的变化，而不需要中间的或多次体重测量。能确定BFI和H 变化的传感器包括区域生物电阻抗传感器，其中对产生的阻抗信号进行分析以用于液体变 化和身体成分(BFI)。具体地，有利地观察到区域生物电阻抗的电阻和电抗项可以用于估 计系统液体变化，而阻抗相角项，例如多频率生物电阻抗测量的峰值相角可以与BFI相关 联，例如图3所示的数据所表示的。使用这些数据作为示例，相关性线的斜率(SBFI)将相 角(Φ)的变化灵敏度与BFI的变化相关联(等式4)。等式4 Sm = ^^ = -0.4一般来说，生物电阻抗相角的最小可检测变化能够使BFI变化确定的灵敏度最 大。相角的分辨率由多个因素控制，包括电路灵敏度、重复测量的次数以及总的信号阻抗。 除了相角测量，其他因素(例如年龄、性别、生活方式、形体估计、种族、初始腰围等)都可以 被应用于改进相角与BFI之间的相关性的算法中。根据这些输入，可以构建将阻抗相角与 BFI相关联且由此能够跟踪BFI随时间的变化的算法。同样地，也能够构建用于根据生物 电测量来确定水合作用变化的算法，且用于水合作用变化评估的方法和设备在US专利申 请S/N 10/922，370中被描述，该专利的全部内容作为引用结合于此。一般来说，这些方法 可以由其他形式的能将一个或多个区域测量与系统生理学参数(例如身体成分)相关联的 传感器使用。在该优选实施方式中，起始身体质量或体重的第一估计被使用，由此可以更好地 确定初始的脂肪质量BF。但是，由于在该实施方式中，身体成分的组分变化(例如BF、H和 0的变化)用于之后在确定能量平衡时使用，因此输入的起始体重和总的液体质量H的小的 精确性误差不会明显影响之后对提到的参数变化的计算。举例来说，精确性在于对该实施方式的解很重要的变化量的估计，而不在于绝对质量的真实精确性，例如，重要的是确定脂肪变化是100g，而不在于起始脂肪重量是Mkg 还是24. 5kg且产生的最终脂肪质量分别是Ikg还是24. 6kgo类似的理由适用于对个体 中液体H的初始估计。一般来说，在瘦弱的个体中，H可以占总身体质量的60%，而在肥胖 个体中，H可以占55%或更少。但是，用于之后测量的H变化会影响一天中BF和0的总体 评估，由于液体摄入和流失(撒尿、出汗、呼吸等)，该值可以明显改变，例如几升(或kg)， 但是对于大多数个体来说困难的是在该相对短的时间段内差不多掉0. Ikg以上的脂肪。因 此，对H变化的估计改进了对BF和0变化的确定的总灵敏度。之后，通过输入对应于BFI的传感器数据并建立基线液体状态H，可以针对该时间 段的初始或起始点来对等式3进行求解。结合具有对应于具有那个BFI的个体的水合作用 百分比的基于人口的公式，起始体重的估计可以用于建立H。根据这些初始参数，可以确定 初始的起始脂肪质量BF，例如使用等式3的形式，在等式3中，用总身体质量作为分母、BF 作为分子、并然后等于BFI。反过来，可以通过使用等式3的替换形式来确定初始的起始0 的质量，在等式3中，分母中具有F、H和0项，分子为BF，且等于BFI，并通过将其他项(包 括基线液体状态H)代换掉来解出0。在所选择的时间段的末尾，在根据初始值确定BF和H的变化中使用的等式3的解 可以用多种方式来求得。在优选的方法中，对应于该时间段末尾的传感器数据用于确定对 应于该时间段末尾(EOP)的新的BFI，例如BFIe。p。传感器数据还可以用于提供能够确定在 该时间段内的H变化(例如的数据。通过使用该所确定的以及H的初始估计， 可以通过将加到H上来计算新的H(Hrap)。BFItop和Htop然后可以分别用于解等式3的 代表该时间段末尾的BF和0的项，例如BFe。p和Oeop。用于确定BFrap和Otop的优选方法通过计算过程来实现，该计算过程包括所计算的 BFeop值的循环替代以确定0e。p的估计，然后使用这些0e。p的估计来得到进一步的BFe。p的估 计等。这种替代过程持续进行直到收敛，例如在Otop和BFrap的值中观察不到变化。可替换的方式是不需要同时计算例如使用等式3)、BFItop的情况下计算 BFeop,并通过H变化来调节初始的起始体重估计，然后估计0_。一种估计Orap的方法可以 使用来自基于人口研究的结果，该研究结果提供对与脂肪质量减少相关联的蛋白质或瘦肉 质量的成比例减少的见解(insight)。也就是说，一般在节食期间，减掉的体重的大约70% 与脂肪减少相关联，而30%是由于蛋白质和碳水化合物联合减少引起的。这种关系可以用 于提供对0变化的估计，根据0可以容易地确定0_。另一种方法可以仅将BF考虑为仅感兴趣参数，例如由于脂肪每克重量具有最高 的卡路里含量，且通常是减重计划的重点。通过示例的方式，考虑IOOkg的个体具有25%的 BFI0该BFI对应于25kg的脂肪质量BF。在第二时间点，例如从首次确定起1或2天后，假 定个体体重为101kg，其中0. 9kg是增加的液体(H变化)，0. Ikg是增加的脂肪质量，这表 示新的BFISM. 85%。根据本发明的一种实施方式，可以通过使用所测量的H变化和BFI 测量来估计增加的脂肪质量的评估。也就是说，通过使用一种或多种感测方法，例如，通过 使用区域多频率阻抗测量，可以确定液体的增量。从该液体的增量中，总体重可以被计算为 100. 9kg(与“真实”的IOlkg体重相比)。该个体的新的BFI还可以通过测量(例如通过 使用生物电阻抗相角测量)得到确定。由于相角测量可以与基于人口的BFI评估相关联， 而与H无关，所以所测量的BFI可以是24. 85% (或位于由所用测量技术导致的误差范围内)。从所测量的24. 85的BFI中计算脂肪质量BF且假定的100. 9kg的体重产生BF的值 为25. 07kg或与“真实”值相差0.03kg。由于在相对短的时间段内(例如，天)，增加或减 少身体脂肪质量的能力比与H相关联的可能的波动小得多，因此在许多应用中这些误差是 可以接受的，该误差代表每天卡路里摄入的一小部分，例如10%。此外，根据能够确定各种身体部分质量变化的这些计算，可以确定新的总体重估 计，且该估计可以在之后的测量和分析中使用。该过程可以进一步通过使用其他参数的周 期性(例如，周)输入、体重秤测量来为个体量身定制，以提供对在分析中使用的算法变量 的进一步的校准。可替换地，通过在两个或更多个分开的时机将体重输入到比较器、并在这些时机 向比较器提供与BFI相关联的传感器数据，等式3可以以上述方式被求解并被使用。比较 器然后可以使用该信息来首先求出BF，然后通过代换来在假定H不变的同时求出0的估计。 但是，该实施方式和/或相关的实施方式可能会受到与由于液体(水合作用)变化导致的 非成分体重变化相关联的身体成分确定误差的不利影响，该非成分体重变化会影响对H和 /或饮食/排泄(voiding)方式的估计，从而影响总体重的估计或与临时监控平台放置相关 联的不精确性。在优选实施方式中，在相对短的时间段内(例如秒或分钟)，进行用于身体成分分 析的多个测量，由此，可以对这些确定自身进行平均以降低与测量精确性相关联的不确定 性，例如影响运动伪影的信号噪声，且假定身体参数(例如BF)被认为在该短的测量时间段 内是不变的。而这些确定可以反过来在较长的时间段内使用，从而能够确定身体成分变化。在本发明的又一实施方式中，可以使用不太频繁的测量，例如通过在一整天定期 使用手持监控平台。这些测量可以使用一种或多种测量技术和/或一个或多个身体位置， 以用于提供期望的数据。此外，在本发明的这些和其他实施方式中，另外的传感器(例如， 心率、呼吸、温度等)或它们的传感器测量结果可以用于调节获得的测量，以最小化信号噪 声、位置或运动伪影。简言之，存在多种方法来确定身体成分变化和/或能量平衡，且本发明的范围不 限于任意一种形式或解决方法。在本发明的又一形式中，可将反映基本生理学特征(例如血糖水平)的一个或多 个参数的测量结果结合起来，以形成对个体总代谢状态的更完整的指示。这些评估有利于 调节比较器中的一个或多个参数(例如基本代谢率估计和/或与摄入相关联的身体成分 变化)，以进一步为个人量身定制所述算法。这些测量的参数可以反映所检查的基本生理学 特征的短期和长期状态。此外，这些测量可以提供对饮食方式或不一定会产生立即身体成分变化但是可能 有用于指导、指示等的习惯的见解。例如，血糖水平一般在一时间段(例如分钟或小时)内 响应于食物的摄取会先上升再下降。这种上升和下降的方式、持续时间以及幅度可以提供 对吃掉的食物的属性和量的有用的见解，且可以通过连续血糖仪等来监控。因此，可以通过 这种措施给使用者提供相对即时的反馈，由此可以预测吃掉的食物的能量(例如葡萄糖) 的量，以基于预计的kcal能量消耗来得出体重减轻或增重的量。这些数据还可以与相对于 kcal能量消耗(例如，锻炼)的进食时机(timing)相关联，由此可以向使用者提供更有效 的咨询和指导以改进总的代谢管理目标。除了葡萄糖的其他代谢，例如脂肪酸循环，可以以
15这种方式被使用，因此在这方面本发明的范围不限于使用葡萄糖。在稍微相关的实施方式中，使用的是在相对短期的血糖水平波动与稍微较长期的 总血糖水平的评估进行比较的方式或关系，该较长期的评估通过测量一周的果糖胺水平来 确定以提供可能过量的血糖(能量)水平的较长期(例如，2-3周)的评估。通过对基于一 个月或半年的糖化血红蛋白HbAlc的确定来提供总代谢管理的较长评估。当查阅时，这些 测量提供对日(短期)葡萄糖循环和葡萄糖和/或使用者的其他形式的kcal摄入的总的 长期管理的更好的见解，因此能够提供改进的咨询、指导等。千卡能量消耗——一般来说，在本发明的优选实施方式中，在一时间段内的kcal 能量消耗的确定可以通过在该时间段内计算基本/静止的代谢率和所测量的活动相关的 kcal能量消耗来确定。在这些项中，基本/静止的代谢率是具有习惯久坐或低活动量生活 方式的个体的kcal能量消耗中的主要部分。从人口研究中导出的多种算法都适用于估计 该基本/静止的代谢率，且本发明的范围不限于任意一种形式或类型的基本/静止的代谢 率确定。在优选的实施方式中，能够计算一时间段内与活动相关联的kcal能量消耗的传 感器可以被使用。多种设备和方法可以用于以或多或少连续的方式来测量在一时间段内的 基于活动的kcal能量消耗。这些可以包括一种或多种技术，例如心率监视器、环境温度/ 湿度监视器、加速计、温度监视器、热流监视器、汗液测量等。这些方法和设备是生理学能量 监控领域的技术人员公知的。在本发明的优选实施方式中，一种或多种这样的技术可以合 并到监控平台中，例如衬片，以用于检测用于确定能量平衡的一个或多个生物参数。在该时间段内的基于活动的kcal能量消耗的确定结果然后与与基本/静止的代 谢率相关联的相应能量相结合，以进行在该时间段内的kcal能量消耗的总体确定。作为对 该实施方式或其他实施方式的进一步改进，可以调节对基本/静止的代谢率的估计，以补 偿在长期的时间段(例如星期或月)内的成分变化和/或体重变化。例如在睡眠、锻炼、进食等期间，能量消耗可能因人而异，因此一个或多个传感器 可以提供能用于量化个体在一个或多个长期的时间段(例如小时或天)内的kcal能量消 耗的数据，因此在优选的实施方式中，传感器数据与描述性算法结合使用以考虑个体差异。 一般来说，相应的算法使用另外的输入数据(例如，年龄、身高、性别)和活动的数据测量， 以用于确定kcal能量消耗。这种在一天中对kcal能量消耗的跟踪能够识别出活动增加或 被调整的时段，从而更好地服务体重管理规划的总目标。在本发明的优选实施方式中，用于kcal能量消耗的生物参数监视器(例如心率监 视器、温度传感器和加速计)被整合到监控平台中以用于确定能量平衡，例如在确定身体 成分变化时使用的具有生物电阻抗和/或UWR感测能力的传感器。在再一实施方式中，可以根据关于生理学特性(例如，年龄、大致的体重、身高、 性别等)的输入数据和关于生活方式、活动和体检史(physical history)的数据来确定 kcal能量消耗。这些实施方式可以或不可以使用一个或多个设备来直接测量与kcal能量 消耗相关联的一个或多个生理学参数。在可替换的实施方式中，可以通过从个体获知的数 据或从基于人口的分析来估计活动kcal能量消耗，以得到使用者在一时间段内的kcal能 量消耗的最终确定。简言之，本发明的范围不限于用于计算kcal能量消耗的任意一种形式、设备或方法。千卡能量摄入——在本发明的优选实施方式中，可以通过利用对应于一时间段的 能量平衡和kcal能量消耗的确定，使用等式2来计算该时间段内的kcal能量摄入。在本发 明的各种变形中，可以在一时间段(小时、天、星期等)内对kcal能量摄入进行多次计算， 由此可以改进该估计的总的精确性，且可以确定数据集的趋势。在可替换实施方式中，使用一个或多个测量到的参数(例如血糖或间质糖测量) 的估计可以结合kcal能量消耗确定一起被使用，以提供一时间段内的净代谢平衡的评估。在又一实施方式中，比较器还可以自动地或经要求查阅数据集，以确定在多个时 间段内的kcal能量消耗、kcal摄入和/或能量平衡的趋势或方式。这种分析还可以包括 由比较器选择一个或多个用于实现期望体重或代谢状态目标的建议并在显示器上显示。该 建议可以被整合到比较器的存储器中作为选自基于使用者数据分析的查找表或列表的一 部分。此外，这种向使用者显示动作或活动的一个或多个建议的课程(course)可以在一天 内的特定时间点被执行，由此可以事先修改预期的使用者行为，例如在午餐之前即时建议 备选方案以避免过多的kcal摄入。在相关的实施方式中，这种方式可以用于创建使用者 “签名”，由此这些签名库可以被编辑并用于在各个使用者之间进行比较，或用于使用者随 时间进行的比较。这种趋势或方式分析可以以多种方式完成，例如在某误差余量内的时间 课程变化、或通过自我学习、人工智能或神经网络型程序和分析。本发明的范围不限于任意 一种数据分析形式或方法。此外，可以随时间编辑代谢信息以确定趋势、方式或异常事件。这些信息可以有利 地用于多种用途，包括获得一个或多个饮食或代谢状态目标所需的时间估计和能量摄入或 消耗的预料的预计，由此可以给出指导、材料、供应或其他形式的咨询/支持，以改变或支 持预计的状态。在进一步的实施方式中，这些分析的结果可以发起一个或多个治疗活动，以纠正 或辅助体重管理或代谢状态目标。这些治疗活动可以包括提醒使用者管理一种或多种药 物，例如代谢制剂(例如瘦蛋白(leptin))，或触发一种或多种治疗制剂的自动递送。相反 地，这种分析可以用于调节疗法，例如基于个体的代谢状态的递送的药物或制剂的时机和用里。这种治疗活动可以包括与一个或多个治疗设备或治疗相一致的操作，以用于管 理一种或多种疾病状态(例如糖尿病、心血管疾病、HIV、神经病、高血压、肾病或代谢综合 征)。在一个实施方式中，本发明的形式(植入或非植入的)在充分的测量中确定在一时间 段内的身体成分变化、净卡路里平衡、kcal能量消耗和kcal摄入，然后与一个或多个治疗 设备或系统进行通信，以用于疾病状态的治疗。本发明的这种形式可以包括与一个或多个 治疗设备/系统直接或间接联系的分离单元，或可以被集成在该设备/系统中，且可以包括 该治疗系统/设备的一部分。这种治疗设备的示例包括但不限于可以通过神经刺激改变行 为或新陈代谢的设备，例如刺激一个或多个神经以提供饱和感的设备。治疗设备还可以包 括测量一个或多个生物参数(例如血糖)的设备，或递送一种或多种治疗制剂的设备，例如 胰岛素递送设备。可以想到触发响应的多种形式和方法，且本发明的范围不限于这些示例。显示单元——为了向使用者显示能量平衡、kcal能量消耗和kcal摄入以及另外
17的信息(例如，建议的饮食/锻炼计划变化/建议)，可以使用一个或多个显示单元。显示 单元可以从一个或多个比较器中直接或间接接收数据。显示可以包括视觉图像、文本消息、 声音和合成语音或机械信号(例如振动)。本发明的系统中传达数据和信息的方式不限于 任何一种形式或方式，且可以根据要传达的信息的属性进行变化。此外，在实施方式的某些形式中，显示器还可以实现使用者或指定第三方输入数 据。在该实施方式中，输入可以通过一种或多种方法实现，包括使用字母数字键盘输入、触 摸屏输入、菜单驱动选择或语音启动软件。本发明的范围不限于任何一种数据输入的形式 或方法。图6示出了本发明的系统的一种形式。如图所示，包含在显示单元600中的显示 器610向使用者显示与之前时间段(例如二4小时滚动平均)的kcal能量消耗、kcal摄入 以及能量平均的累积值和即时值有关的数据。该数据可以用于指导个体的活动(例如，锻 炼和/或饮食行为)，由此可以实现体重管理目标。图6还示出了净能量平衡620与预定体 重目标615的图表。在显示器中还示出了偏移625，其中，在灰色条示出的时间段(例如分 钟、小时或天)内没有显示代谢参数，例如kcal能量消耗和能量摄入。在显示器中使用这 样的偏移时间段可以用于多种有利的用途，包括在显示所计算的数据之前允许充足的时间 来消化摄取的食物并分散到整个身体。图中还示出了用于给比较器输入有用的字母数字信 息的数据输入按钮605。使用其他生理学变量(例如分析物(葡萄糖))可以在摄取的食物 被消化并分散到整个身体时提供kcal摄入的临时计算。在相关的实施方式中，成分变化(例如身体脂肪百分比和随时间的百分比变化) 还可以被显示给使用者。这些数据可以以文本、图形或其他方式显示，并可以包括其他参 数、测量结果和/或代表使用者以及使用历史的数据。在又一实施方式中，可以向使用者显 示数据、图形或其他形式的通信，其传达基于之前的方式化行为的预测信息。该预测信息可 以包括使使用者能够查阅各种可能情况并从中选择以作为遵照执行的行动课程的选项或 备选方案。在其他实施方式中，显示可以是多层或多部分的。例如，在本发明的一种形式中， 显示可以是简单的符号或颜色，例如金色的星表示一直在期望的体重管理目标的设定界限 内，或者蓝色的圆圈表示超出期望的体重管理界限。在该实施方式中，使用者可以具有查询 数据集的能力，以例如进一步查看响应于该第一层显示的趋势线和/或建议。同样地，这些 符号/显示特征可以结合到较大的显示器中，以允许查询(如果使用者或具有资格的第三 方发起了查询)。在又一实施方式中，可以从比较器向使用者显示一个或多个建议，以达到期望体 重管理目标。该建议可以是文本消息、警报声音、机械(振动)的形式或这些传送形式的组 合。这些建议可以包括用于活动等的详细指示或建议，或简单地用作在一天的某些时间点 的警报或提醒。在相关的实施方式中，使用者可以输入在所选择的时间点(例如每个中午 时间)向他们显示的一个或多个提醒或建议的动作课程。在相关的实施方式中，一个或多 个显示功能可以被合并到监控平台的结构中，例如，如果监控平台物理上与显示单元有区 别。在该实施方式中，视觉显示(例如OLED显示)、声音显示、机械(振动)显示)可以被 合并，以基于成果(performance)和/或目标给使用者提供激励、提醒或其他信息。提供饮 食管理的监督而其他人不能直接观察到的支持动作是本发明的该实施方式的有利的特征。
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在相关的实施方式中，显示可以结合化身(avatar)或动画的图形来向使用者显 示数据、建议、支持等，从而能更好地从比较器向使用者传达期望信息。在又一实施方式中，可以通过文本菜单、提供化身的搜索结果或其他格式给使用 者提供信息和/或对使用者可以从中进行选择的一个或多个外部服务、工具或体重管理帮 助的访问。这些服务或工具包括多种可能的形式，例如体重咨询、锻炼计划/规划、饮食(进 餐)供应等，且本发明的范围不限于这里示出的示例。在选择的实施方式中，比较器可以启 动基于人工智能的网络搜索器，以用于为个体使用者体重管理简档量身定制的适用的规划 等。这些搜索结果然后可以通过显示器显示，包括可能通过使用一个或多个化身图形。在该实施方式的其他形式中，可以向使用者显示这些选项或服务中的一个或多 个，且一经选择，将由供应商对这些服务进行计费。在可替换的实施方式中，使用者可以具 有能自动使用一个或多个服务的订阅。在又一实施方式中，这些服务中的一个或多个可以 免费提供。在相关的实施方式中，可以向使用者显示选择，数据管理系统(例如远程比较器) 可以按效果自动对该选择进行排序。这种排序可以通过多种方式来执行，例如由其他使用 者执行或通过集中从体重管理系统的多个使用者中得出的数据和所讨论的材料而自动执 行。可以想到还有多种排序形式和方法，且排序方法不限于这里所示的这些示例。作为进 一步的实施方式，在选择了一个或多个服务、计划等之后，使用者可以输入其自身的数据， 并且这些数据可以用于与来自所选择材料的其他使用者的结果进行比较。在这种情况中， 这些比较可以使使用者能够确定所选择的材料是否有效或它们自身的行动是成功的还是 失败的。在本发明的又一形式中，使用者数据被传输到一个或多个远程数据管理系统，从 而能够查阅使用者数据和体重管理或代谢状态目标的进展。该信息然后可以提供给医生、 营养学家或其他第三方(包括自动系统)，其可以通过咨询或其他动作给个体使用者提供 帮助。在该实施方式的某些形式中，数据管理系统给外部方提供警报或其他形式的通知， 通知一个或多个阈值标准(例如饮食速率或绝对值)已经被超出和期望进行干预。在本发 明的这些形式中，通过显示单元可以实现支持性图片与使用者之间的人员通信，以能够改 进饮食、生活方式和/或锻炼行为。在本发明的所选择的实施方式中，达到目标的奖励或促进依从性和/或对部分个 体使用者的积极活动的激励可以由系统直接提供或通过第三方(具有至少一些通过系统 对使用者的访问)提供。这种激励可以是有形的(例如，金钱)或无形的(例如，鼓励)，且 本发明不限于任何一种形式的激励和/或奖励。在某些实施方式中，在本发明系统中的使用者的数据和/或对参与的确认可以由 其他使用者或授权第三方知晓。这种数据/确认可以以多种格式或方法被显示，例如基于 互联网的虚拟实体网址(其利用化身表示个体系统使用者和/或第三方(训练师、教练或 医师))、文本消息或基于实时互联网的视频讨论组。这种互动的好处可以是支持网络内的 社群化，其可以积极巩固使用者对体重或代谢管理规划、计划或活动的投入。作为该实施方 式的扩展，该系统可以加入一个或多个外部源，以能够实现用于使用者的项目的自动订制 和/或递送，例如饮食补充、预先包装餐或激励媒介，且可以部分基于使用者数据。本发明的一个或多个实施方式可以与远程数据管理系统和/或互联网进行通信的方法可以是有线或无线的方式。在本发明的优选形式中，比较器和显示器被包含在无线 蜂窝电话中，因此能够通过无线网络通信能力实现远程通信。此外，本发明可以与一个或多个另外的医疗系统或设备结合使用，以通过使用这 些系统或设备来改进对病人的护理管理，或用于改进这些系统或设备的功能。这些系统的 示例可以是提供饱食控制(例如，通过神经激活或一种或多种药物自动投放或治疗)的系 统，或用于代谢综合症管理(至少部分地涉及血清或间质葡萄糖水平的测量)中的系统。总之，本发明的范围并不限于本文呈现的示例。本发明的其他形式是容易想到的， 并且包括这里所述的实施方式的各种组合，因此都落入本发明的范围内。使用示例本发明的方法和系统可以用于多种使用和应用。这些应用可以从个人使用者管理 身体体重以达到期望的体重目标到临床/家庭护理应用以保证老年病人获得足够营养。本 发明的其他应用使用本发明的方法和设备来监控代谢状态和/或得出的代谢状态的组分， 例如葡萄糖水平。示例A)体重管理系统。在该示例中，本发明的系统包括两种使用者操作设备体 载监控衬片，用于测量能够确定身体成分变化和kcal能量消耗的生物参数和/或物理特 性；和显示单元，其与一个或多个体载监控衬片无线通信。而显示单元通过无线方式与至少 一个远程数据管理系统通信。在该示例中，该系统的显示单元(和比较器活动以及数据输 入特征的优势)位于移动电话中，由此该电话的电子功能，例如逻辑电路、存储器和电池电 源，也能够实现本发明的数据收集、分析和显示功能。为了利用根据该示例的系统，使用者首先激活该系统。在一种形式中，系统的激活 可以通过移动电话拨号连接远程数据管理服务以注册到体重管理系统中来完成。而该数据 管理服务反过来可以下载软件和/或体重管理系统服务选项到使用者的移动电话，该移动 电话还用作比较器/显示设备。结合注册，使用者激活监控平台，以用于确定人体成分和kcal能量消耗。该激活 可以包括接近电接触件、安装电池、将位于该平台上的光电池开关曝露于光中等。系统激活 还可以包括将数据输入到位于移动电话中的比较器。该输入可以包括移动电话键盘的使用 或振动/语音识别软件的使用。输入的数据可以包括用于认证/解密使用者数据和将移动 电话与监控平台同步的监控平台标识符。另外的输入数据可以包括对比较器算法使用有用 的信息，例如年龄、体重、性别、腰围和期望的体重目标。在使用中，粘性衬片形式的监控平台在身体上被持续磨损，并以周期性(例如，每 隔几分钟)的方式与移动电话/显示器进行无线通信。当移动电话位于衬片的范围以外时， 传感器数据被存储在衬片上的存储器中，然后在通信恢复时该传感器数据被下载到移动电 话。在该示例中，监控平台与移动电话之间的通信可以通过无线传输方式(例如蓝牙或超 宽带无线电)来实现。在初始时间段(例如，1-24小时)之后，显示器可以向使用者显示他们的kcal消 耗值、能量平衡值和kcal摄入值。该显示可以被持续更新(例如每隔一小时)，由此可以向 使用者持续显示M小时滚动平均。在使用了一些天后，方式化行为和相对于目标的趋势可 以由比较器确定并被显示给使用者。此外，一个或多个建议可以被传达给使用者，以鼓励他 们现在的活动/饮食习惯或建议更改，以达到体重管理目标。
在使用一段时间后(例如一周)，可以丢掉衬片，在身体上安装新的衬片。来自之 前衬片的之前的数据仍然可以存储在比较器中，以能够对新衬片的读取进行校准，而不需 要重新输入数据或不会丢失之前的数据。在该实施方式的一种形式中，来自旧衬片的传感 器数据能够进行使用者的自动认证并可以使替换衬片完全激活，而不需要重新输入其他数 据，例如与替换衬片相关联的标识符等。通过移动电话，比较器还可以发起互联网浏览或菜单，以使使用者能够通过远程 数据管理服务从可用选项中进行选择以支持他们的体重管理目标。在该实施方式的相关形式中，一些或全部传感器(例如身体成分传感器和活动传 感器)可以被包含在移动电话中，由此体载监控主要被限制在使用者携带移动电话时的醒 着的时间。示例B)老年人饮食管理系统。在该示例中，一个或多个生物参数监控设备被贴附 到例如传感器衬片，或者以其他方式从被监控的个体收集数据并与一个或多个固定数据收 集单元(例如，墙上安装的单元，位于整个辅助护理设施)无线通信。来自所述数据收集单 元的数据然后在中心接收站(例如，护理站)被汇编，并通过使用一个或多个与生物参数监 控设备相关联的标识符，能够计算并显示针对每个特定个体的总的能量平衡、kcal消耗和 kcal摄入。在该实施方式中，其他生物参数(例如活动)和建议(例如，活动等级的调整)的 显示可以被结合到显示器中。此外，指示医生或系统设定的界限达到或超过的时间的警报 也可以被包括。该实施方式的扩展还可以包括数据传输和/或转换到一个或多个远程数据 管理系统，从而能够让远处的医生能够进行查阅并与个体的监控平台和/或中心接收站进 行双向通信。示例C)代谢状态监控系统。在本发明的这种形式中，本发明的传感器和系统用于 提供对一个或多个代谢进程和/或分析物水平的估计。在该实施方式的一个变形中，可以 做出对循环的血糖水平的估计。该估计可以通过对kcal能量消耗和/或神经活动(例如交 感神经活动)的估计来完成，且可以使用来自传感器的数据，例如，心率、温度、汗液、神经 监视器和/或活动。此外，葡萄糖的估计还可以通过使用一个或多个身体成分和/或经能 量平衡的测量来进一步得到改进(refine)。在该实施中，比较器/显示器可以是手持单元， 该手持单元除了能够使用从一个或多个监控平台接收的数据，还具有使用另外的生理学传 感器输入(例如，血条测试)的能力。此外，其他传感器可以用于提供关于分析物水平(例 如，循环的瘦蛋白或葡萄糖水平)的信息，由此比较器可以对身体成分、能量代谢和/或代 谢状态做出更完整的分析。示例D)训练及形体评估。关于个体的代谢状态和/或身体成分，本发明的该方法 和系统可以用于评估该个体的总体形体。该评估可以对进行高强度活动(例如，军人、急救 人员、运动员)的个体或外表和形体是他们职业的重要标准的个体(例如时装业者或模特) 有用。具体地，在这些应用中，该系统可以通过脂肪质量减少低于预设水平或处在不可接受 的速率(指示营养不良或不够或过度节食)而被触发。相反，该系统可以用于监控个体参 加形体或训练课(regimen)的进展，从而能够监控身体脂肪减少和量身定制卡路里(食物) 补充，以更好地适应饮食需要。本发明对其他应用的扩展可以包括监控一个或多个生理学参数，所述一个或多个生理学参数可以指示所测量对象的营养或代谢情况的状态或检测指示伤病或损伤的一个 或多个生理学异常。可以想到基于本发明，可以有多种应用，且本发明的范围不限于以上公 开的示例。
权利要求
1.一种用于确定在一时间段内的代谢状态的方法，该方法使用a)在所述时间段内的身体成分变化的至少一个确定；b)在所述时间段内的kcal能量消耗的至少一个确定；c)以及对应于所述时间段的能量摄入的至少一个确定；其中，所述身体成分变化的确定用于确定对应于所述时间段的能量平衡，且所述能量 平衡的确定与所述kcal能量消耗的确定结合使用来通过一个或多个数学过程确定所述能 量摄入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间段是小时、天或星期。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法用于体重管理规划中。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法能够实现在多个时间段内的代谢状态的自动趋 势或方式形成。
5.一种用于确定在一时间段内的代谢状态的系统，该系统包括a)至少一个监控平台，该至少一个监控平台能够实现至少一个生理学参数的至少一个 测量；b)至少一个比较器，该至少一个比较器能够实现对在所述时间段内的身体成分变化和 kcal能量消耗的确定；c)以及至少一个显示单元，该至少一个显示单元能够实现对所述比较器的确定的至少 一部分进行显示；其中，所述测量用于确定在所述时间段内的身体成分变化，之后用于确定能量平衡，该 能量平衡的确定与kcal能量消耗的确定结合使用来通过一个或多个数学过程确定kcal摄 入。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述监控平台基本被贴附到身体区域，且在能够 在被贴附的所述时间段内适应使用者的移动性活动。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述监控平台被集成到手持设备中，该手持设备 还用作所述显示单元。
8.根据权利要求5所述的系统，该系统还使用与所述比较器和所述显示单元进行通信 的远程数据管理系统。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述远程数据管理系统还能够向所述使用者显 示一个或多个体重管理帮助或工具。
10.根据权利要求5所述的系统，该系统响应于所确定的参数对使用者使用一个或多 个激励或奖励。
11.一种用于自动确定一时间段内的身体成分变化的系统，该系统包括a)至少一个监控平台，该至少一个监控平台能够实现具有与身体成分相关联的一个或 多个生理学参数的至少一个身体区域的多个测量；b)以及至少一个比较器，其中，至少一个所述测量用于通过一个或多个数学过程确定 与所述时间段对应的身体成分变化。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述监控平台在所述时间段内被基本贴附到 身体区域，且能够适应移动性使用。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述监控平台在所述时间段内被贴附到所述身体区域时自动获得一个或多个测量。
全文摘要
本发明涉及一种代谢能量监控系统，其具有一个或多个生理学测量平台和显示器，该系统能够计算并显示能量平衡、千卡能量消耗和千卡摄入。在优选的实施方式中，该系统使用一个或多个体载监控平台来测量在一时间段内的身体成分变化和千卡能量消耗，从而使比较器能够计算该时间段内的净能量平衡并计算在该时间段内的千卡摄入。该数据然后可以被显示在与该体载监控平台无线通信的显示单元上，以给系统使用者提供体重管理应用中有用的信息和指导。
文档编号A61B5/0205GK102065754SQ200980123284
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者C·F·爱德曼, D·D·转能, N·C·巴瓦纳就 申请人:善量有限公司