用于分析對(duì)象的呼吸氣體的成分的便攜設(shè)備和方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年7月6日、發(fā)明名稱為"個(gè)人化營(yíng)養(yǎng)和保健輔助物"的 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201280033971. 5的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的相互引用
[0003] 本專利申請(qǐng)要求享有2011年7月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/505,877 以及2012年3月22日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/614, 191的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，這兩個(gè) 美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)都通過引用方式被整體納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明屬于健康、保健和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)領(lǐng)域，尤其關(guān)乎使用便攜設(shè)備向用戶提供連續(xù) 的實(shí)時(shí)和長(zhǎng)期代謝反饋。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明可以對(duì)這樣的數(shù)據(jù)做出同步估計(jì)，以向 用戶提供實(shí)時(shí)的個(gè)人化的營(yíng)養(yǎng)和/或鍛煉指導(dǎo)，從而促進(jìn)他/她進(jìn)展朝向（或維持）個(gè)人 健康、保健和/或運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)目標(biāo)。本發(fā)明也可以被用于為了科學(xué)和/或臨床研宄以及一般 消費(fèi)者應(yīng)用的目的來應(yīng)用這樣的代謝、生理、情緒和/或行為數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以采用這樣的 數(shù)據(jù)以通過使用社交網(wǎng)絡(luò)和/或社交游戲環(huán)境中的個(gè)人化用戶數(shù)據(jù)來激勵(lì)用戶實(shí)現(xiàn)個(gè)人 健康、保健和/或運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)目標(biāo)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所利用的測(cè)量技術(shù)可以涉及間接量熱 和經(jīng)皮膚的分光光度測(cè)定領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0005] 工業(yè)化和技術(shù)時(shí)代的開啟已經(jīng)對(duì)我們每天構(gòu)筑身體的人類飲食和軀體需求產(chǎn)生 了巨大影響。代替必須消耗能量來種植自家低卡路里食物資源的是，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó) 家的大批人現(xiàn)在通過超市或快餐連鎖店就能得到多種柜臺(tái)上的卡路里密集飲食。不僅如 此，這些人之中最大比例的人大多數(shù)醒著的時(shí)間在久坐狀態(tài)中度過一一從事辦公室工作、 看電視、玩電腦游戲、閱讀或社交（2010美國(guó)時(shí)間使用調(diào)查以及2007-2009加拿大健康測(cè)量 調(diào)查）。
[0006] 不幸的是，人類身體不是為這樣的"高卡路里攝入-低卡路里支出"生活模式設(shè)計(jì) 的，并且現(xiàn)代社會(huì)的大量嚴(yán)重代謝紊亂特征（例如肥胖、糖尿病、代謝綜合征、心血管疾病 等）反映了現(xiàn)代人類的生活方式的危害。根據(jù)2009全球健康風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告（WHO, 2009)，五個(gè) 首要的全球致死風(fēng)險(xiǎn)之中的四個(gè)涉及代謝異常，它們是高血壓（占致死的13% )、高血糖 (6% )、體能活動(dòng)不足（6% )以及超重或肥胖（5% )。同時(shí)，占心血管致死的大多數(shù)（61% ) 的八個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素之中的六個(gè)是現(xiàn)代生活方式的癥候（即，高血壓、高體質(zhì)指數(shù)、高膽固醇、 高血糖、低水果和蔬菜攝入以及體能活動(dòng)不足）。盡管這些調(diào)查提供了提高人的健康和生活 預(yù)期需要解決的最關(guān)鍵區(qū)域的清楚和簡(jiǎn)單的圖景，但很少看到積極的改變。
[0007] 大部分人確實(shí)認(rèn)識(shí)到定期鍛煉對(duì)維持或提高他們的總體健康的重要性，但他們不 能實(shí)際地看到和度量自己的行為，這阻止了他們實(shí)現(xiàn)個(gè)人健康目標(biāo)。例如，加拿大統(tǒng)計(jì)局近 期報(bào)告，50%的加拿大人報(bào)告他們定期每星期參與最少180-210分鐘的鍛煉，而實(shí)際上僅 15%實(shí)現(xiàn)了即使每星期150分鐘的最少推薦。更顯著的是不能實(shí)際地看到和度量自己的營(yíng) 養(yǎng)狀況（例如，低血糖水平僅通過相當(dāng)主觀的眩暈、饑餓感、渴望和/或情緒波動(dòng)感受來體 現(xiàn)，而高血糖水平的指征幾乎不存在）、睡眠質(zhì)量或壓力水平?？紤]到這些缺點(diǎn)，大部分現(xiàn)代 人類不能實(shí)現(xiàn)和維持個(gè)人健康、保健和/或運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)目標(biāo)就不足為怪了 一一即使他們懷著 最好的意愿這樣做。
[0008] 現(xiàn)代社會(huì)具有向那些志在提高他們的總體健康和保健的人們提供指導(dǎo)和支持的 健身房和食療組織。盡管大體上是成功的，但低頻率的接觸會(huì)面是這樣商業(yè)機(jī)構(gòu)的典型特 點(diǎn)，并且會(huì)員在合約期滿之后常常退回到先前的生活方式。這些團(tuán)體之中幾乎沒有或完全 沒有團(tuán)體有能力向會(huì)員提供關(guān)于他們朝個(gè)人飲食或健身目標(biāo)做出的進(jìn)展的實(shí)時(shí)激勵(lì)和反 饋，并且甚至更不適于向會(huì)員提供更需要的實(shí)時(shí)營(yíng)養(yǎng)和鍛煉指導(dǎo)和支持。
[0009] 諷刺的是，正是已經(jīng)給我們帶來這樣的不健康生活方式的現(xiàn)象（技術(shù)）也能夠?yàn)?我們的一些煩惱提供解決方案：關(guān)于我們的代謝率的瞬時(shí)信息可以通過使用各種各樣的代 謝測(cè)量設(shè)備（例如，ReeVue和MetaCheck(Korr)、MedGem? 和BodyGeffl? (Microlife)、 QuarkRMR和Fitmate(COSMED)、道格拉斯袋（DouglasBag)、代謝腔等）來獲得，而關(guān)于我 們的身體組成（即，去脂體重與體脂重之比）的知識(shí)可以通過一系列現(xiàn)代技藝和技術(shù)（例 如，同位素稀釋、磁共振成像、流體靜力稱重、計(jì)算機(jī)斷層掃描、中子激活、雙能量X射線吸 收法（DEXA)、BodyMetrix超聲、BodPod(LMi)、Tanita、皮膚皺襞測(cè)量、BMI計(jì)算，以及使用 多種方程--諸如哈里斯-本尼迪克特方程（Harris-Benedictequation)與卡奇-麥阿 德方程（Katch-McArdleequation)的結(jié)合）來獲得。盡管不是必然的，但對(duì)于一般健康改 善本身，身體組成已經(jīng)被顯示為我們發(fā)展成糖尿病、高血壓、高膽固醇、心血管疾病、荷爾蒙 失衡等風(fēng)險(xiǎn)的重要的決定性指標(biāo)，并且我們的個(gè)人身體組成的知識(shí)可以極為有助于我們關(guān) 于我們的飲食和鍛煉計(jì)劃采取正確決定。同時(shí)，用于提供關(guān)于我們的日?？防镏С龅男?息的可穿著的能量跟蹤設(shè)備（例如，F(xiàn)itbit、B〇dybugg? (BodyMedia)、Nike+FuelBand、 Basiswatch、MotoActv(Motorola)、myTREK(Scosche)、F〇reruilIier? (Garmin)等）近 期已經(jīng)變得格外流行，同時(shí)存在允許我們記錄和跟蹤我們的近似能量支出和/或能量消耗 的諸多移動(dòng)電話應(yīng)用（例如，F(xiàn)itocracy、Runkeeper、Endomondo、Cardiotrainer、Adidas MiCoach、intelli_Diet、DailyBurn、NutriTiming等）。其他自量化設(shè)備和應(yīng)用旨在跟蹤睡 眠模式（例如Zeo)、情緒（例如HealthyPlace、Mood24/7)和壓力水平（例如Basiswatch、 StressTracker等）。最后，運(yùn)動(dòng)感測(cè)計(jì)算機(jī)游戲（例如任天堂的Wii)近期傳入市場(chǎng)，向 許多人提供了重要的動(dòng)機(jī)來改善他們的個(gè)人健康水平，主要作為由將用戶動(dòng)作瞬時(shí)中繼到 游戲中的化身提供的娛樂因素的結(jié)果。
[0010] 然而，考慮所有技藝和技術(shù)，市場(chǎng)上仍顯然缺乏能夠高度精確地實(shí)時(shí)估計(jì)人的每 日能量支出、能量吸收（uptake)(與攝入（intake)相對(duì)）和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)（即，用戶在任何給 定時(shí)刻正在利用哪些營(yíng)養(yǎng)素資源作為代謝燃料）的創(chuàng)新產(chǎn)品。當(dāng)前的可穿戴的實(shí)時(shí)測(cè)量 設(shè)備利用能夠估計(jì)實(shí)時(shí)能量支出水平的變量，諸如運(yùn)動(dòng)感測(cè)（加速計(jì)）、心率、皮膚電反應(yīng) 和皮膚溫度。不幸的是，這些設(shè)備之中的大部分僅提供中等的精確度，以及非用戶專用的 (non-userspecific)量熱輸出。
[0011] 在專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練和塑造場(chǎng)合，這些缺點(diǎn)格外突出。運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)生理監(jiān) 測(cè)和塑造對(duì)于精英運(yùn)動(dòng)員變得必不可少，以確保最佳表現(xiàn)并且保持延續(xù)成績(jī)極限數(shù)據(jù) (envelope)和世界紀(jì)錄。精英運(yùn)動(dòng)員的經(jīng)理、教練和訓(xùn)練員愈發(fā)依賴前沿技術(shù)來調(diào)整和塑 造運(yùn)動(dòng)員，或者在競(jìng)賽時(shí)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員。但在這個(gè)環(huán)境中GPS和心率監(jiān)測(cè)器已經(jīng)變得平凡，更 多注意被放在用于綜合調(diào)整、競(jìng)賽前準(zhǔn)備（priming)和競(jìng)賽期間的營(yíng)養(yǎng)與鍛煉制度的結(jié)合 上，以實(shí)現(xiàn)最佳表現(xiàn)。就此而言，不存在能夠被用來優(yōu)化綜合調(diào)整期間、競(jìng)賽前和競(jìng)賽期間 的營(yíng)養(yǎng)與鍛煉的結(jié)合的、能夠提供對(duì)代謝數(shù)據(jù)的精確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)。迄今，除了GPS和心 率感測(cè)以外，視覺監(jiān)測(cè)技術(shù)被最常用來提供管理運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些技術(shù)都沒有 充分滿足增長(zhǎng)的對(duì)將營(yíng)養(yǎng)吸收和支出集成到上述方程中的需要。
[0012] 另外，上面提及的幾乎所有可穿戴的創(chuàng)新產(chǎn)品都有導(dǎo)致對(duì)用戶提供不滿意或不精 確反饋的缺點(diǎn)，同時(shí)它們幾乎都不向用戶提供對(duì)用戶的個(gè)人呼吸商（RQ)的實(shí)時(shí)估計(jì)。RQ值 的重要性在于它能夠表明身體在給定時(shí)刻為其代謝活動(dòng)正在及時(shí)利用的主要能量源（即， RQ值表明，在呼吸商被測(cè)量的時(shí)刻，用戶正在燃燒什么類型的能量源）。這是可能的，因?yàn)?RQ值代表在燃燒過程期間消耗的每個(gè)O2分子產(chǎn)生的CO2分子的比率，并且本身反映了燃燒 材料的分子結(jié)構(gòu)（例如，碳水化合物比脂肪分子更氧化，從而碳水化合物的燃燒與脂肪的 燃燒相比產(chǎn)生更高的RQ值）。實(shí)時(shí)RQ值的精確確定對(duì)遭受代謝反常的用戶可以是無價(jià)的 (接近〇. 7的RQ值常常指示著異化代謝和糖尿病，而高甘油指數(shù)膳食由接近I. 0的RQ值表 征）。同時(shí)，該值