基于聲音輸入的能量代謝測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種能量代謝測量方法，公開了一種基于聲音輸入的能量代謝測量方法，該方法包含：一數據輸入步驟，一用戶利用一輸入模塊輸入一最大攝氧量；一靜止收音步驟，當該用戶根據一提示模塊的一提示于一靜止狀態發出一對應該提示的靜止時聲音時，一收音模塊接收該靜止時聲音；一運動收音步驟，當該用戶根據該提示模塊的該提示于一運動狀態發出一對應該提示的運動時聲音時，該收音模塊接收該運動時聲音；及一計算步驟，一處理器根據該靜止時聲音及運動時聲音計算出一能量代謝率結果。
【專利說明】基于聲音輸入的能量代謝測量方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能量代謝測量方法，特別是涉及一種基于聲音輸入的能量代謝測量方法。

【背景技術】
[0002]一般而言，想要知道用戶運動時的糖類與脂肪能量代謝率，必須采集用戶運動時呼吸的氧氣濃度(Oxygen Concentrat1n Percentage, O2% )、二氧化碳濃度(CarbonD1xide Concentrat1n Percentage, CO2% )、氣體流速(Ventilat1n, VE)變化，以得知氧氣攝取體積(Volume of Oxygen Consumed, VO2)、二氧化碳產生體積(Volume of CarbonD1xide Produced, VCO2),求得呼吸交換率(Respiratory Exchange Rat1 = VC02/V02,RER)，然后經由能量代謝儀器計算能量消耗。但是，采集氣體時，用戶必須一邊運動，一邊以采集口罩罩住口鼻，該采集口罩通過一連接管與該儀器連接，用戶呼吸的氣體由該連接管輸入儀器中，然后經計算才能得到用戶的能量代謝率。此一過程對用戶來說，首先，戴著采集口罩運動十分不便，除此之外，采集用戶呼吸氣體的儀器體積龐大且價格昂貴，無法在日常運動時使用。


【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種基于聲音輸入的能量代謝測量方法。
[0004]本發明基于聲音輸入的能量代謝測量方法，適用于一包括一輸入模塊、一提不模塊、一收音模塊及一處理器的可攜式電子裝置，包含一數據輸入步驟、一靜止收音步驟、一運動收音步驟，及一計算步驟。
[0005]在該數據輸入步驟，一用戶利用該輸入模塊輸入一最大攝氧量。
[0006]在該靜止收音步驟，當該用戶根據該提示模塊的一提示于一靜止狀態發出一對應該提不的靜止時聲音時，該收音模塊接收該靜止時聲音。
[0007]在該運動收音步驟，當該用戶根據該提示模塊的該提示于一運動狀態發出一對應該提不的運動時聲音時，該收音模塊接收該運動時聲音。
[0008]在該計算步驟，該處理器根據該靜止時聲音及運動時聲音計算出一能量代謝率結果O
[0009]本發明的有益效果在于:利用該提示模塊提示用戶發出該靜止時聲音及該運動時聲音，然后利用處理器根據該收音模塊接收到的該靜止時聲音及該運動時聲音，計算出一能量代謝率結果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是說明本發明一種基于聲音輸入的能量代謝測量方法的一流程圖；
[0011]圖2是說明用于實施本發明基于聲音輸入的能量代謝測量方法的系統的第一及第二較佳實施例的一系統方塊圖；
[0012]圖3是說明本發明中各數值的關系的一示意圖；及
[0013]圖4是說明用于實施本發明基于聲音輸入的能量代謝測量方法的系統的第三較佳實施例的一系統方塊圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明:
[0015]參閱圖1及圖2，本發明基于聲音輸入的能量代謝測量方法的第一較佳實施例以一手機軟件(Applicat1n, App)方式實施,適用于一可攜式電子裝置8。該方法包含一數據輸入步驟101、一靜止收音步驟102、一運動收音步驟103，及一計算步驟104。
[0016]該可攜式電子裝置8包括一輸入模塊2、一提不模塊3、一收音模塊4、一處理器5、一用戶界面6，及一運算核心7。在本較佳實施例中，該可攜式電子裝置8為一智能手機。
[0017]該輸入模塊2、提示模塊3，及收音模塊4分別為手機內置的觸摸屏、喇叭，及麥克風。當然，為了得到更好的收音及播音效果，該喇叭及麥克風也可以為外接的耳機麥克風所替代。
[0018]該用戶界面6及運算核心7為手機軟件的元件，為電腦程序產品，當手機于處理器5中載入該手機軟件并執行后，可完成所述的方法。
[0019]以下進一步說明本發明基于聲音輸入的能量代謝測量方法的細節。
[0020]如步驟101所示，一用戶利用該輸入模塊2輸入一最大攝氧量及個人資料。最大攝氧量可事先通過運動，直接通過攝氧量分析儀測量求得，或通過運動表現、性別、體重間接獲得最大攝氧量信息。最大攝氧量又稱為最大氧氣攝取體積(Maximum Volume of OxygenConsumed, V02max),相對于個人體重通用單位為mL/min/kg或L/min/kg。一般常見的直接測量，可通過如腳踏車測力器(Cycle Ergometer)、跑步機(Treadmill),進行漸進式運動負荷測試(Graded Exercise Testing，GXT)，隨時間增加運動強度(功率、坡度、速率)增加，以分析運動中最大氧氣攝取量。在此步驟中，用戶通過手機的觸摸屏，利用用戶界面6輸入最大攝氧量、體重及性別。
[0021]如步驟102所示，當該用戶根據該提示模塊3的一提示于一靜止狀態發出一對應該提示的靜止時聲音時，該收音模塊4接收該靜止時聲音。在此步驟中，該提示模塊3依一定節奏間隔地播放該提示的多個內容，該用戶一口氣地根據這些內容發出對應的靜止時聲音，直到無法繼續為止。該靜止時聲音包括多個與這些內容——對應的口令。舉例來說，該提示模塊3依照固定每分鐘120拍的發聲節奏發出嗶聲的短聲音，然后用戶在未開始運動前，用平常自然的說話音量，在生理上可忍受，且不會造成不適的情況下，以一口氣，中間不能吸氣或中斷的方式，隨著該等短聲音的節奏盡力念出多組口令，如1234、2234、3234、4234、5234、6234、7234、8234、9234、0234、1234等數字的組合，至無法繼續為止。這些口令可為其他形式而不限于數字的組合。然后，這一段用戶發出的聲音被該收音模塊4所接收，成為該靜止時聲音。
[0022]接著，如步驟103所示，當該用戶根據該提示模塊3的該提示于一運動狀態發出一對應該提示的運動時聲音時，該收音模塊4接收該運動時聲音。在此步驟中，與該靜止收音步驟102類似地，該提示模塊3依一定節奏間隔地播放該提示的多個內容，如上述的嗶聲的短聲音，該用戶在運動中一口氣地根據這些內容再一次地發出對應的運動時聲音，直到無法繼續為止。類似地，該運動時聲音包括多個與這些內容——對應的口令，這些口令預先告知用戶，且可為其他形式也不限于數字的組合。然后，這一段用戶發出的聲音被該收音模塊4所接收，成為該運動時聲音。
[0023]接著，如步驟104所示，該處理器5根據該靜止時聲音及運動時聲音計算出一能量代謝率結果。詳細過程述敘如下。
[0024]首先，參閱圖2及圖3，該處理器5配合該運算核心7根據該靜止時聲音的時間長度及該運動時聲音的時間長度得到一聲音長度比例。該聲音長度比例為運動時聲音的時間長度除以靜止時聲音的時間長度的值。
[0025]然后，通過一攝氧率公式由該聲音長度比例計算出一對應該用戶當下情況的攝氧率。同時，通過一呼吸交換率公式由該聲音長度比例計算出一對應該用戶當下情況的呼吸交換率。然后，根據該攝氧率及呼吸交換率，配合最大攝氧量，先得到當下攝氧量后，再計算出該能量代謝率結果。
[0026]攝氧率，為用戶在運動中攝取氧氣能力的指標，當用戶運動強度提高時，攝氧率會隨著運動強度具有正相關的趨勢關系，即當到達100%運動強度時，單位時間用戶攝入的氧氣體積會接近用戶的最大攝氧量。值得一提的是，上述攝氧率公式是利用一回歸分析方法預先產生。而本發明中所使用的回歸分析方法，為線性回歸(Linear Regress1n),是統計學中經常使用的手段，所以不加以贅述。另外，該攝氧率公式的多個系數與用戶性別有高度相關性，所以在手機的存儲器(圖未示)中存儲有多組系數，然后該處理器5配合該運算核心7根據該個人資料，即用戶的性別，選擇該攝氧率公式及呼吸交換率公式中的多個系數。在本較佳實施例中，男性的攝氧率=(-99.287X聲音長度比例+103.1)/100，而女性攝氧率=(-97.356X聲音長度比例+106.62)/100。若該男性靜止說話聲音的時間長度為15秒，運動時聲音長度9秒，男性用戶聲音長度比例為0.6(9秒/15秒=0.6)，男性攝氧率=(-99.287X0.6+103.1)/100 = 0.4353 = 43.53%，若該女性靜止說話聲音的時間長度為12秒，運動時聲音長度7.2秒，女性用戶聲音長度比例為0.6(7.2秒/12秒=0.6)，女性攝氧率=(-97.356X0.6+106.62)/100 = 0.4821 = 48.21%。
[0027]呼吸交換率(Respiratory Exchange Rat1, RER),為用戶在運動中二氧化碳產生體積(Volume of Carbon D1xide Produced, VCO2)與氧氣攝取體積(Volume of OxygenConsumed, VO2)的比例為呼吸交換率(RER，VC02/V02)。同樣地，在本發明中不直接測量，而是以呼吸交換率公式得到。該呼吸交換率公式也是利用回歸分析方法預先產生。另外，呼吸交換率公式的多個系數也與用戶性別有高度相關性，所以該處理器5配合該運算核心7根據該個人資料中的性別，選擇該呼吸交換率公式中的多個系數。在本較佳實施例中，男性的呼吸交換率=-0.3542 X聲音長度比例+1.0632，女性的呼吸交換率=-0.3549 X聲音長度比例+1.0582。若該男性靜止說話聲音的時間長度為15秒，運動時聲音長度9.75秒，男性用戶聲音長度比例為0.65(9.75秒/15秒=0.65)，男性呼吸交換率=-0.3542X0.65+1.0632=0.8330，若該女性靜止說話聲音的時間長度為12秒，運動時聲音長度7.8秒，女性用戶聲音長度比例為0.65(7.8秒/12秒=0.65)，女性呼吸交換率=-0.3549X0.65+1.0582 =0.8275。
[0028]該能量代謝率結果包括一糖類代謝率及一脂肪代謝率。在計算糖類代謝率時，先由該攝氧率及在數據輸入步驟101所輸入的最大攝氧量，計算出一當下攝氧量，再將該當下攝氧量及呼吸交換率代入一糖類代謝率公式計算出該糖類代謝率。舉例來說，某一位用戶體重50kg其相對體重的最大攝氧量為50mL/min/kg,個人絕對的最大攝氧量為50kgX50mL/min/kg = 2500mL/min = 2.5L/min,若進行運動時的攝氧率為80%,則其當下攝氧量為，80% X2500mL/min = 2000mL/min = 2L/min。若該用戶的呼吸交換率為0.85，利用該糖類代謝率公式:糖類代謝率(g/min)=當下攝氧量X (4.19486X呼吸交換率-2.97867) = 2X (4.19486X0.85-2.97867) = 1.17392，可以得到該用戶的糖類代謝率為1.17392 (g/min)。糖類代謝率的單位為g/min,當下攝氧量的單位為L/min,呼吸交換率的在人體正常比例為0.7-1.2。
[0029]而在計算脂肪代謝率時，類似地，先由該攝氧率及最大攝氧量，計算出一當下攝氧量(當下攝氧量=最大攝氧量X攝氧率)，再將該當下攝氧量及呼吸交換率代入一脂肪代謝率公式計算出該脂肪代謝率。某一位用戶體重50kg其相對體重的最大攝氧量為50mL/min/kg,個人絕對的最大攝氧量為 50kgX50mL/min/kg = 2500mL/min = 2.5L/min,若進行運動時的攝氧率為80%，則其當下攝氧量為80% X2500mL/min = 2000mL/min = 2L/min，呼吸交換率為0.85，以脂肪代謝率公式，可計算出脂肪代謝率。脂肪代謝率(g/min)=當下攝氧量 X (-1.6982X 呼吸交換率 +1.69225) = 2X (-L 6982X0.85+1.69225)=
0.49756 (g/min)。該脂肪代謝率的單位為g/min,當下攝氧量的單位為L/min,呼吸交換率在人體正常比例為0.7-1.2。上述糖類代謝率公式及脂肪代謝率公式也由回歸分析方法預先產生。
[0030]值得一提的是，本較佳實施例也可利用存儲于該手機存儲器中的表格，以查表的方式得到該最大攝氧量，此時輸入的個人資料除了性別、體重外還有年齡，通過登階梯法測試(Step Test)、Balke Treadmill (Balke 跑步機法)、1.5 英里(2400m)田徑場法測試的時間，或12分鐘跑走(12min Run)距離，且查表對照美國運動醫學會運動測驗與處方指引(ACSM1 s Guidelines for Exercise Testing and Prescript1n)(表格收錄于下)，因應年齡、性別，間接取得最大攝氧量(V02max)信息，得到的為相對單位體重的最大攝氧量，所以單位為mL/min/kg。因此，當某一位25歲體重50kg的用戶，在輸入個人資料及12分鐘跑走的距離1.88英里，后經處理器5配合該運算核心7查表后得到的單位體重最大攝氧量為56.2mL/min/kg，若進行運動時的攝氧率為80%，則其當下攝氧量為80% X 56.2mL/min/kgX 50kg = 2248ml,/mi n = 2.248L/min。
[0031]

【權利要求】
1.一種基于聲音輸入的能量代謝測量方法，適用于一個包括一個輸入模塊、一個提不模塊、一個收音模塊及一個處理器的可攜式電子裝置，包含下列步驟，其特征在于: 一個數據輸入步驟，一個用戶利用所述輸入模塊輸入一個最大攝氧量； 一個靜止收音步驟，當所述用戶根據所述提示模塊的一個提示于一個靜止狀態發出一個對應所述提示的靜止時聲音時，所述收音模塊接收所述靜止時聲音； 一個運動收音步驟，當所述用戶根據所述提示模塊的所述提示于一個運動狀態發出一個對應所述提示的運動時聲音時，所述收音模塊接收所述運動時聲音；及 一個計算步驟，所述處理器根據所述靜止時聲音及運動時聲音計算出一個能量代謝率結果。
2.如權利要求1所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:在所述計算步驟，所述處理器根據所述靜止時聲音的時間長度及所述運動時聲音的時間長度得到一個聲音長度比例，再根據所述聲音長度比例計算出所述能量代謝率結果。
3.如權利要求2所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:在所述計算步驟，先通過一個攝氧率公式由所述聲音長度比例計算出一個對應所述用戶當下情況的攝氧率，并通過一個呼吸交換率公式由所述聲音長度比例計算出一個對應所述用戶當下情況的呼吸交換率，繼而根據所述攝氧率及呼吸交換率，計算出所述能量代謝率結果。
4.如權利要求3所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:所述能量代謝率結果包括一個糖類代謝率及一個脂肪代謝率，在所述計算步驟中，先由所述攝氧率及最大攝氧量，計算出一個當下攝氧量，再將所述當下攝氧量及呼吸交換率代入一個糖類代謝率公式計算出所述糖類代謝率，并將所述當下攝氧量及呼吸交換率代入一個脂肪代謝率公式計算出所述脂肪代謝率。
5.如權利要求4所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:所述攝氧率公式及呼吸交換率公式是利用一個回歸分析方法所產生。
6.如權利要求5所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:在所述數據輸入步驟中，所述用戶還利用所述輸入模塊輸入一個個人資料，且在所述計算步驟中，所述處理器根據所述個人資料選擇所述攝氧率公式及呼吸交換率公中的多個系數。
7.如權利要求1所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:當所述提示模塊依一定節奏間隔地播放所述提示的多個內容時，所述用戶一口氣地根據所述內容發出對應的靜止時聲音或運動時聲音，直到無法繼續為止，所述靜止時聲音或運動時聲音，分別包括多個與所述內容——對應的口令。
8.如權利要求7所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:所述提示模塊為一個喇機，且所述內容分別為一段短聲音。
9.如權利要求7所述的基于聲音輸入的能量代謝測量方法，其特征在于:所述提示模塊為一個屏幕，且所述內容分別為一段畫面。
【文檔編號】A61B5/00GK104173024SQ201310190535
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月21日 優先權日:2013年5月21日
【發明者】沙部·魯比, 林嘉志, 戴文凱, 潘怡廷, 林正常 申請人:司波特沙部文化國際有限公司