本發(fā)明涉及一種結(jié)合身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)的個體膳食能量計算方法。從應(yīng)用場景的角度講，屬于營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域；從技術(shù)實現(xiàn)的角度來講，亦屬于計算機科學(xué)與健康信息學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活質(zhì)量的顯著提高，我國居民的膳食結(jié)構(gòu)及生活方式發(fā)生了巨大變化，中國人群面臨的主要營養(yǎng)問題由單一的營養(yǎng)不良向營養(yǎng)失衡、營養(yǎng)過剩轉(zhuǎn)變。根據(jù)2015年發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告》顯示，我國居民的體格發(fā)育與營養(yǎng)狀況總體改善，成人營養(yǎng)不良率為6.0％，比2002年降低2.5個百分點。但是，由于膳食攝入的不合理，中國居民的超重肥胖問題日益凸顯，與之相關(guān)的慢性病也越來越普遍，全國18歲及以上成人超重率為30.1％，肥胖率為11.9％，比2002年上升了7.3和4.8個百分點。體重超重或肥胖人群可明顯增加2型糖尿病、心腦血管病、痛風(fēng)等疾病的患病率，體重過輕人群易出現(xiàn)骨折、免疫力下降、抑郁等病理表現(xiàn)。體重超重或過輕均與個體攝入的膳食能量密切相關(guān)，如果人體能量長期攝入過量則會轉(zhuǎn)化為脂肪儲存，如果人體長期能量攝入不足則影響正常生理活動，因此個體在保持體重合理的前提下實現(xiàn)膳食能量的攝入與需要之間的均衡具有重要的意義。

BMI指數(shù)(即身體質(zhì)量指數(shù))，是用體重公斤數(shù)除以身高米數(shù)平方得出的數(shù)字，是目前國際上常用的衡量人體胖瘦程度以及是否健康的一個標(biāo)準(zhǔn)。目前，BMI指數(shù)被廣泛應(yīng)用于超重、肥胖及其與慢性疾病的關(guān)系研究中。根據(jù)世界衛(wèi)生組織定下的標(biāo)準(zhǔn)，可按BMI值將人群分為7類：BMI范圍為18.5～24.9為合理，25.0～29.9為偏胖，30.0～34.9為肥胖，35.0～39.9為重度肥胖，大于40.0為極重度肥胖，小于18.5為偏瘦。亞洲人和歐美人屬于不同人種，WHO的標(biāo)準(zhǔn)不太適合中國人的情況，為此制定了中國參考標(biāo)準(zhǔn)，將人群分為4類：BMI范圍為18.5～23.9為合理，24～27.9為偏胖，大于27.9為肥胖，小于18.5為偏瘦。

膳食能量攝入的合理性評價一直是營養(yǎng)學(xué)最重要的研究課題，能量的重要性在營養(yǎng)學(xué)中永遠(yuǎn)排在第一位。我國在2000年提出針對中國居民的膳食營養(yǎng)素參考攝入量(Chinese DRIs)，確定了不同年齡段、性別和勞動強度個體的能量推薦攝入量(RNI)。2000年Stookey等人針對中國人群提出UNC-CH DQI膳食質(zhì)量綜合評價指標(biāo)，對能量合理性的評價為：當(dāng)能量攝入量占推薦每日攝入量RDA比例為80～119％時為合理，70～79％時為不足，小于70％時為嚴(yán)重不足，120～129％時為過量，大于等于130％時為嚴(yán)重過量。DRIs標(biāo)準(zhǔn)和DQI指數(shù)均是針對人群群體提出的，這些指標(biāo)能夠確定整體人群中能量處于合理或不合理人數(shù)比例，但其在個體能量合理性評價方面用處有限，由于不同個體之間能量消耗與體重狀況的差異性，因此對個體膳食能量合理性評價不僅應(yīng)考慮到個體能量消耗與攝入的平衡，還應(yīng)考慮到不同個體之間的差異所造成的能量適宜攝入量的不同。

對人體膳食中各種營養(yǎng)素攝入量合理性的評價，一般采用營養(yǎng)曲線的方法。圖1所示是由Jean-ChristopheB提出的營養(yǎng)曲線模型，在該模型中，營養(yǎng)素攝入的合理性采用0～1之間的分值來表示。該曲線表示在保證其他膳食營養(yǎng)成分在一個適宜水平時，人體健康狀況隨某種營養(yǎng)成分?jǐn)z入變化存在一個不足區(qū)、安全區(qū)、最佳區(qū)、安全區(qū)和過量區(qū)的過渡。任何一種營養(yǎng)成分的攝入量在最佳區(qū)變化時，不會使個體健康造成不利影響。使用這種模型描述個體健康狀況隨營養(yǎng)攝入變化的曲線稱為營養(yǎng)曲線。以能量營養(yǎng)曲線的方式表示個體能量攝入量的變化對健康程度的影響，有利于直觀、清楚地反映個體能量攝入合理情況，從而能夠做到對個體能量攝入情況進(jìn)行評價的目標(biāo)。然而，傳統(tǒng)的營養(yǎng)曲線方法采用0～1之間的分值，對健康程度的評價較為粗略，且不易區(qū)分?jǐn)z入不足和攝入過量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對當(dāng)前膳食能量評價標(biāo)準(zhǔn)單一化且不同體型人群的評價結(jié)果針對性不高的問題，本發(fā)明提出一種結(jié)合個體BMI的膳食能量計算方法，針對不同個體對能量所需攝入量的不同提出相應(yīng)的膳食能量計算標(biāo)準(zhǔn)，利用能量營養(yǎng)曲線的計算方法將個體膳食能量量化為具體的得分，進(jìn)而根據(jù)所得的能量得分可實現(xiàn)對個體膳食能量的評定和分級。

本發(fā)明的設(shè)計原理為：首先計算個體的每日能量攝入量和每日能量消耗量，二者相除得到個體的膳食能量消耗比；其次計算個體的身體質(zhì)量指數(shù)BMI，對不同BMI范圍的個體，采用不同的膳食能量計算標(biāo)準(zhǔn)；最后，將個體的膳食能量消耗比代入到依據(jù)能量營養(yǎng)曲線構(gòu)造的膳食能量計算公式，得到最終的個體膳食能量得分。設(shè)計原理框圖如圖2所示。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下步驟實現(xiàn)的：

步驟1，計算個體每日能量攝入量DEI(Daily Energy Intake)。計算公式為：

其中，e_i表示第i種食物對應(yīng)的單位能量代表值，n_i表示第i種食物的數(shù)量，w_i表示第i種食物的單位重量，N表示食物種類總數(shù)，d表示天數(shù)。為確保膳食數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映個體日常的膳食狀況，采取累積多日膳食能量并取平均值的方法。

步驟2，計算個體每日能量消耗量DEE(Daily Energy Expenditure)。

步驟2.1，計算基礎(chǔ)代謝率BMR。BMR是單位時間內(nèi)人體基礎(chǔ)代謝所消耗的能量，它受年齡、性別等多種因素影響，世界各國通常都采用FAQ/WHO建議的按體重計算BMR，其計算方法如表1所示：

表1.BMR的計算公式

其中，BMR的單位可以是千卡路里每天(Kcal/d)，也可以是兆焦每天(MJ/d)；W表示體重，單位是千克(kg)。

步驟2.2，計算身體活動水平PAL。PAL與職業(yè)相關(guān)，可以通過活動記錄法、活動習(xí)慣的問卷調(diào)查或心率監(jiān)測法等方式獲得。中國營養(yǎng)學(xué)會建議的我國成人活動水平分級如表2所示。除此之外，將無工作能力者的身體活動水平量化為1.10。

表2.中國成人活動水平分級

步驟2.3，通過上述的BMR和PAL結(jié)果計算DEE。此處采用要因加權(quán)法公式：

DEE＝BMR×PAL

步驟3，通過BMI對個體體型進(jìn)行評估。

步驟3.1，計算個體的BMI指數(shù)，BMI計算公式為：

BMI＝W/(H²)

其中W表示體重，單位為千克(kg)，H表示身高，單位為米(m)。

步驟3.2，依據(jù)中國肥胖問題組給出的中國人群BMI與體重合理性的關(guān)系，按BMI值將人群分為4類：BMI范圍為18.5～23.9為合理，24～27.9為偏胖，大于27.9為肥胖，小于18.5為偏瘦。

步驟4，計算個體膳食能量的得分。

步驟4.1，計算攝入能量與消耗能量的比值r，r＝TEI/TEE。r可用于評估個體能量的合理性，當(dāng)r從0增大至無窮時，能量合理性從嚴(yán)重不足變化至嚴(yán)重過量，變化關(guān)系如圖3所示。

步驟4.2，將r代入能量得分的計算公式：

公式參照營養(yǎng)曲線的構(gòu)造方法得來，其中，S_e表示個體的膳食能量得分，其取值為-99～-1和1～100之間的整數(shù)。在能量合理的區(qū)間內(nèi)，S_e得分為滿分；當(dāng)能量過剩時，S_e得分隨r值增大逐漸從99下降到1；為了區(qū)分能量過剩和能量不足，將能量不足時的得分取負(fù)值，S_e得分隨r值增大逐漸從-1下降到-99。為了更清楚地表達(dá)能量得分S_e和r的關(guān)系，將S_e和|S_e|隨r變化的曲線在圖4、圖5中展示，可以看出，|S_e|的形狀和圖1中的營養(yǎng)曲線模型相似。

r₁～r₄表示能量合理性判定的閾值，是依據(jù)中國居民膳食指南、平衡膳食寶塔和中國成人超重和肥胖癥預(yù)防控制指南等文獻(xiàn)對不同體重合理程度人群的膳食能量攝入建議進(jìn)行調(diào)整后得到的能量合理性判定標(biāo)準(zhǔn)，在構(gòu)造的能量得分公式中只需用到能量不足和能量過剩的閾值r₂、r₃。

r₁～r₄和c₁、c₂針對不同的BMI情況取不同值，具體取值情況如表3所示：

表3.不同BMI個體r₁～r₄取值、c₁～c₂取值

步驟4.3，依據(jù)得到的能量得分，可以判定膳食能量的合理程度。判定規(guī)則如表4所示：

表4.能量合理程度判定規(guī)則

有益效果

相比于DRIs標(biāo)準(zhǔn)和DQI指數(shù)，本發(fā)明考慮到不同個體之間的差異所造成的能量適宜攝入量的不同，針對不同BMI范圍的人群設(shè)計相應(yīng)的能量計算標(biāo)準(zhǔn)，采用能量營養(yǎng)曲線對個體能量評估結(jié)果以分值形式進(jìn)行量化。

相比于傳統(tǒng)的能量營養(yǎng)曲線方法，本發(fā)明采用百分制，將原有0～1分值表示的健康程度更加細(xì)化，另外，本發(fā)明方法中，既有正端分，又有負(fù)端分，更好的區(qū)分了能量攝入不足和能量攝入過量。

附圖說明

圖1為健康程度隨某種營養(yǎng)攝入量的變化曲線；

圖2為結(jié)合BMI的個體膳食能量計算方法原理圖；

圖3為體能量合理性程度與能量消耗比r的關(guān)系；

圖4為S_e隨r變化的曲線；

圖5為|S_e|隨r變化的曲線。

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明方法的實施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

以下所有測試均在同一臺計算機上完成，具體配置為：Intel雙核CPU(主頻2.53G)，4G內(nèi)存，Windows 7操作系統(tǒng)。

測試數(shù)據(jù)來自于2006年中國健康與營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，共8889人的個體屬性數(shù)據(jù)與3天24小時膳食數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)屬于公開數(shù)據(jù)源，在互聯(lián)網(wǎng)上可免費下載。

第一環(huán)節(jié)

對測試所用數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體實施步驟如下：

步驟1.1，確定所用屬性。原始數(shù)據(jù)中存在大量本實驗中用不到的屬性，為方便測試，將所用屬性選出，生成新的數(shù)據(jù)集。需要用到的屬性包括：年齡、性別、身高、體重、職業(yè)、3日24小時膳食數(shù)據(jù)，其中膳食數(shù)據(jù)包含食物的種類、數(shù)量和單位重量，以及通過查表得到的各食物所對應(yīng)的單位能量代表值。

步驟1.2，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式化、空缺值彌補、壞值剔除、量綱變換等操作。數(shù)據(jù)標(biāo)簽全是用字母數(shù)字代號標(biāo)注的，將其修改為易于辨認(rèn)的屬性名。將個體數(shù)據(jù)和膳食數(shù)據(jù)的度量單位修改為與技術(shù)方案中所述一致，其中，身高單位為米(m)，體重單位為千克(kg)；食物重量單位為千克(kg)，食物能量單位為卡路里(kcal)。

步驟1.3，將職業(yè)量化分級。依據(jù)技術(shù)方案中步驟2.2所述，將職業(yè)量化為無工作能力和輕度、中度、重度4個級別，分別用0、1、2、4標(biāo)識。

步驟1.4，對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)源進(jìn)行篩選。刪除能量攝入異常個體(平均每天能量攝入低于700kcal或高于5000kcal)，選擇年齡18～70歲個體共8014人。

第二環(huán)節(jié)

采用上一環(huán)節(jié)獲得的數(shù)據(jù)源，對每一個體進(jìn)行膳食能量的計算和評估。詳細(xì)說明見上述的技術(shù)方案，具體實施方案和測試所得結(jié)果如下：

步驟2.1，計算每日能量攝入量DEI和每日能量消耗量DEE，其中DEI由技術(shù)方案中步驟1公式計算得到；DEE由每一個體的基礎(chǔ)代謝率BMR和身體活動水平PAL相乘得來。按照18～39歲為青年，40～59歲為中年，60～70歲為老年將人群分為三類，不同年齡區(qū)間的DEI和DEE基本情況如表5、表6所示，其中，由于基礎(chǔ)代謝率BMR的計算方式存在男女差異，故將DEE結(jié)果分性別展示。

表5.每日能量攝入量DEI基本情況描述

表6.每日能量消耗量DEE基本情況描述

步驟2.2，計算BMI指數(shù)，并根據(jù)BMI值確定人群分類，其人群分類情況如表7所示：

表7.依據(jù)BMI的人群分類情況

步驟2.3，計算能量消耗比r，并代入能量得分計算公式，得到的個體膳食能量得分。需要注意，對于不同BMI范圍，其系數(shù)取值也不同。不同能量得分區(qū)間的人群分布情況如表8所示：

表8.各能量得分區(qū)間的人群分布情況

第三環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)將本發(fā)明方法得到的能量分級結(jié)果和采用UNC-CH DQI指標(biāo)得到的能量分級結(jié)果進(jìn)行對比，人群各能量攝入合理程度分布情況對比結(jié)果如表9所示，各等級人數(shù)和占全人群比例均已列出。

表9.人群各能量攝入合理程度分布情況對比

可以看出，相比于UNC-CH DQI方法，本發(fā)明方法得到的人群各能量合理程度分布更接近實際情況：總?cè)巳褐心芰繑z入合理的人數(shù)占總數(shù)比例超過50％，攝入能量嚴(yán)重不足的人數(shù)要遠(yuǎn)少于攝入能量不足的人數(shù)，攝入能量嚴(yán)重過量的人數(shù)要遠(yuǎn)少于攝入能量不足的人數(shù)。綜上所述，本發(fā)明方法在個體膳食能量計算方面具有更高的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明提出的個體膳食能量計算方法應(yīng)用于個體膳食能量合理性評價方面具有更加準(zhǔn)確、個體化的效果。該方法在計算個體膳食能量方面不僅考慮到個體能量消耗量與攝入量的平衡，還考慮到不同個體BMI的差異導(dǎo)致的能量適宜攝入量的不同，從而能夠?qū)崿F(xiàn)以膳食能量得分來指導(dǎo)個體體型朝更加健康的方向發(fā)展的目標(biāo)。