ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ В РЕАЛИЗАЦИИ ЗДОРОВОГО ОБРАЗА ЖИЗНИ
PERSONALIZED SYSTEM FOR GENERATING RECOMMENDATIONS TO USER IN REALIZING HEALTHY LIFESTYLE

Область техники
Изобретение относится к общему мониторингу состояния здоровья, в частности к способам и устройствам для персональных рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни, к способам измерения активности потребления и способам оценки здоровья сосудистой системы.
Предшествующий уровень техники
Понятие здоровый образ жизни включает в себя целый комплекс составляющих компонентов. Это не просто диета или занятия спортом, это стиль жизни, направленный на омоложение и оздоровление всего организма, отказ от вредных привычек, создание режима дня, в котором есть место для полноценного отдыха, продуктивной работы и физической активности.
Данные многочисленных исследований показывают, что здоровье человека в любом возрасте более чем на 50% зависит от образа жизни. Специалисты выделяют множество его преимуществ, отвечающих на вопрос, чем полезен здоровый образ жизни. Это достижение активного долголетия, снижение риска развития хронических заболеваний, избавление от плохого настроения, депрессий и стрессов, обретение желаемой фигуры.
Потребности рынка: оценка состояния здоровья и питания для контроля качества жизни.
У пользователя есть смарт часы и смартфон. Ему надо дать рекомендации по улучшению его состояния здоровья, следить за соблюдением рекомендаций и, если нужно, корректировать и периодически отслеживать динамику изменения состояния здоровья.
Известно, что оценка состояния здоровья может осуществляться, в том числе, на основе данных акселерометра/гироскопа датчика фотоплетизмограммы (ФПГ, PPG) с пользовательских устройств (US 20170249445; US 9402597).
Одним из способов оценки состояния здоровья является оценка состояния здоровья по состоянию сердечно–сосудистой системы на основе фотоплетизмографии (ФПГ или PPG – анализ).
От состояния кровеносных сосудов во многом зависит то, насколько долго и активно будет жить человек. Большинство серьезных осложнений возникает именно из–за проблем с сосудами, и наоборот – многие заболевания влияют на их состояние. Фотоплетизмография – метод регистрации параметров кровотока с использованием источника излучения ближнего инфракрасного или видимого диапазона длин волн и фотоприемного устройства. Чем больше в данный момент объем крови в ткани, тем больше излучения поглощается, тем, следовательно, меньше излучения попадает на фотоприемное устройство.
Оптические датчики фотоплетизмограммы устанавливаются как в смарт часах, так и в смартфонах. Основной реализацией предлагаемого изобретения рассматривается смартфон, поскольку такой датчик смартфона позволяет получить более качественный сигнал с пальца. В смарт часах сигнал снимается с запястья.
Движение крови в сосудах обусловлено работой сердца. Фотоплетизмография позволяет измерять объемный пульс крови, вызванный периодическим изменением объема крови при каждом ударе сердца, частоту сердцебиения и вариабельность сердечного ритма. При сокращении миокарда желудочков кровь под давлением попадает из сердца в аорту и легочную артерию. Ритмические сокращения миокарда образуют ритмические расширения сосудистой стенки (пульс), которые под действием распространения волн давления от начальной части аорты к артериолам и капиллярам приводят к появлению пульсовых волн.
Контур объемной пульсовой волны (фиг. 2а) формируется в результате взаимодействия между левым желудочком и сосудами большого круга кровообращения. Пальцевая фотоплетизмограмма отражает слияние двух объемных пульсовых волн (зубцов). Первый зубец образуется за счет систолической, прямой волны, формируемой потоком крови в систолу, передающимся напрямую от левого желудочка к пальцам верхних конечностей (анакротическая фаза). Второй зубец образуется за счет отраженной волны, которая возникает из–за отражения потока крови (от периферии к сердцу), передающегося по аорте и крупным магистральным артериям к нижним конечностям, и направляющегося обратно в восходящий отдел аорты и далее к пальцам верхних конечностей (дикротическая фаза). Скорость распространения пульсовой волны по сосудам не зависит от скорости течения крови, а определяется диаметром сосуда, толщиной его стенки и эластичностью сосуда, а также плотностью крови. Поэтому фотоплетизмография помогает выявить признаки сужения (стеноза) и склероза оценить сосудистый тонус и работу сердца.
Считается, что частота и длительность пульсовой волны зависит от работы сердечной мышцы, а величина и форма пиков фотоплетизмограммы зависит от состояния сосудистой стенки. На фиг. 2a, показана фотоплетизмограмма сосуда здорового человека, на фиг. 2b – человека, пораженного атеросклерозом, что отражается на форме сигнала фотоплетизмограммы. У здорового человека пульсовая волна имеет достаточно крутой подъем и относительно высокую отраженную волну. Сужение артерий приводит к сглаживанию подъема, удлинению дикротической фазы и уменьшению высоты отраженной волны. При значительном сужении сосудистого просвета отраженной волны может не быть вовсе.
Факторы, увеличивающие жесткость сосудов, приводящие к изменению формы кривой фотоплетизмограммы – это возраст, артериосклеротические заболевания, инфаркт головного мозга, заболевания коронарных артерий, хронические заболевания почек, сахарный диабет, гипертензия, метаболический синдром и другие.
У здорового человека форма кривой фотоплетизмограммы должна соответствовать его возрасту. Отклонения свидетельствуют о наличии проблем со здоровьем. Таким образом по форме сигнала фотоплетизмограммы можно оценивать состояние сердечно–сосудистой системы и оценивать сосудистый возраст. Он может отличаться от реального возраста, и соответственно, можно судить о состоянии здоровья.
Другим способом является оценка состояния здоровья путем детектирования привычек питания. Основным источником данных в этом случае являются акселерометр и гироскоп, входящие в инерциальные измерительные модули (IMU), встраиваемые в смарт часы, т.е. сенсоры, которые детектируют ускорения смарт часов вдоль трех осей и скорости вращения вокруг этих осей.
Сигналы акселерометра и гироскопа выглядят по–разному при выполнении пользователем различных действий, таких, как ходьба, работа на клавиатуре, прием пищи и др. и могут быть определены. При этом движения, связанные с приемами пищи, хорошо определяются с помощью смарт часов, надетых на доминантную руку (правую для правши, левую для левши) и хуже, в случае если смарт часы надеты на недоминантную руку.
На рынке широко представлены мобильные приложения для мониторинга здоровья пользователя, например, Samsung Health, Apple Activity, они отслеживают: уровень активности, частоту сердцебиения, сигнал фотоплетизмограммы, уровень стресса, питание, сон, физические упражнения, но требуют от пользователя ручного ввода многих параметров (например, времени приема пищи), при этом наблюдается низкая точность ввода данных, т.к. зависит от памяти и честности пользователя. Из этого можно заключить, что объективный мониторинг динамики состояния здоровья не обеспечивается. При этом отсутствуют решения для определения состояния здоровья по сигналам фотоплетизмограммы. Таким образом, не существует объективного метода оценки состояния здоровья пользователей с использованием электронных устройств, доступных на рынке.
В патенте US 9402597 (опубликован 02.08.2016) раскрыт способ оценки здоровья сосудов. Способ обработки данных содержит прием от портативного физиологического измерительного устройства, сконфигурированного для временного прикрепления к телу человека, данных, представляющих одну или несколько физиологических метрик или параметров тела; прием от одного или нескольких доплеровских ультразвуковых сосудистых датчиков, сконфигурированных для временного прикрепления к местам периферических артерий тела, и портативного доплеровского ультразвукового устройства измерения сосудистого сигнала, соединенного с доплеровскими ультразвуковыми сосудистыми датчиками, информации о сосудистой функции для организма; определение данных о состоянии здоровья, указывающих одно или более состояний здоровья пациента, на основе анализа и корреляции информации о сосудистой функции и физиологических показателей пациента; создание и предоставление выходных записей с указанием одного или нескольких из: рекомендаций относительно действий, которые отдельный человек или поставщик медицинских услуг должны предпринять в ответ на рекомендации или параметры; или один или несколько отчетов, анимаций или рисунков.
Способ выполняется одним или несколькими вычислительными мобильными устройствами при этом врач участвует в оценке. Пациент должен постоянно вручную вводить информацию. Врач следит за полученными данными и постоянно корректирует, необходимо постоянно следить, есть ли изменения. Устройство предназначено для пациентов, находящихся в клинике, не рассчитано на широкого потребителя, поскольку не может одновременно осуществлять мониторинг привычек питания и оценку состояния здоровья с соответствующими рекомендациями и корректировкой рекомендаций.
В заявке US 20170249445 (опубликована 31.08.2017) раскрыта система мониторинга потребления пищи. Система содержит: носимый корпус, выполненный с возможностью съемного крепления на пользователе; биосенсор, поддерживаемый носимым корпусом для размещения рядом с кровеносным сосудом; биосенсор, сконфигурированный для сбора данных профиля импульса; устройство вывода; и схему обработки, соединенную с биосенсором и выходным устройством. Схема обработки сконфигурирована для: приема данных профиля импульса от биосенсора; вычисления питательной ценности потребления из полученных данных профиля импульса; и управления устройством вывода для вывода значения потребления пищи.
Оценку потребления пищи проводят по фотоплетизмограмме. Рекомендательной системы нет. Раскрыт алгоритм оценки, когда человек поел или нет. Идет привязка к Ккал. Съел 400 грамм, предсказали 700 ккал.
Система не обеспечивает одновременный мониторинг привычек питания и оценку состояния здоровья с соответствующими рекомендациями и корректировкой рекомендаций.
В заявке US 2017340219 (опубликована 30.11.2017) раскрыты смарт часы и интерфейс человек–компьютер для мониторинга потребления пищи. Согласно способу, неинвазивно измеряют время прохождения импульса и рассчитывают значение артериального давления, используя время прохождения импульса. Устройство для ношения на запястье включает в себя наручное удлиненное кольцо, по меньшей мере, четыре электрода ЭКГ или ICG, соединенные с наручным устройством для обнаружения желудочкового выброса сердца, датчик фотоплетизмограммы (PPG), связанный с носимым на запястье устройством для обнаружения прихода импульса давления крови на запястье пользователя, и контроллер, сконфигурированный для вычисления времени прохождения импульса (PPG) для импульса давления крови. Контроллер рассчитывает одно или несколько значений артериального давления для пользователя на основе PPG.
Изобретение раскрывает множество датчиков в часах, которые на текущий момент отсутствуют на рынке. Не раскрыто также, какие параметры эти датчики измеряют. Не раскрыто, каким именно образом оценивают питание по сигналам этих сенсоров, нет практической реализации. Система не выдает рекомендаций по физической активности, питанию и сну. Не реализована система самоконтроля и коррекции. Система не обеспечивает автоматический мониторинг приема пищи.
Система не обеспечивает одновременный мониторинг привычек питания и оценку состояния здоровья с соответствующими рекомендациями и корректировкой рекомендаций.
В патенте US 7953613 (опубликован 03.07.2008) раскрыта система поддержания здоровья для всесторонней оценки состояния здоровья, выявления нарушений, мониторинга состояния здоровья, определения характера и тенденций состояния здоровья, разработки стратегии здоровья и архивирования истории здоровья. Система поддержания работоспособности содержит абонентский сегмент и системный сегмент, коммуникативно связанные. Сегмент абонента получает персональные данные и данные о здоровье абонента по меньшей мере от одного абонента, анализируя данные; выявляет конкретные нарушения здоровья; предписывает по меньшей мере один предназначенный для улучшения здоровья абонента продукт, инструктирует абонента о реализации предписанного продукта, собирает и сохраняет данные истории здоровья абонента, включая аномалии и предписанные продукты для здоровья, и выполняет мониторинг состояния здоровья абонента. Сегмент абонента получает данные абонента из сегмента абонента, хранит и поддерживает данные, облегчает поиск данных абонентом и медицинским персоналом скорой помощи, анализирует закономерности и тенденции абонента, разрабатывает новые продукты для здоровья и модифицирует существующие продукты для здоровья, а также осуществляет мониторинг эффективность продуктов для здоровья.
Система предназначена для пациентов в клинике. Доктор следит за параметрами, которые снимает пациент. Система более автоматическая. Медики наблюдают, смотрят, корректируют. Нет автоматического учета питания, мониторинга питания. Нужно постоянное вмешательство профессионалов, в системе реализован только ручной ввод данных.
Система не обеспечивает одновременный мониторинг привычек питания и оценку состояния здоровья с соответствующими рекомендациями и корректировкой рекомендаций.
В заявке US 2014136226 (опубликована 15.04.2014) раскрыта система для управления состоянием сердечно–сосудистого здоровья, т.е. система для вычисления показателя риска заболевания пациента на основании рекомендации лечения или изменения образа жизни. Система содержит устройство ввода для приема значений параметров риска для вычисления оценки риска заболевания в соответствии с алгоритмом оценки риска и для получения рекомендации по лечению или изменению образа жизни, интерпретатор для вычисления по меньшей мере одного параметра риска значение для вычисления показателя риска заболевания на основе рекомендованного лечения или изменений образа жизни, калькулятор риска для расчета показателя риска заболевания на основе полученных значений параметра риска и рассчитанного значения параметра риска, а также устройство вывода данных для передачи рассчитанной оценки риска заболевания. Благодаря интерпретатору рекомендуемое лечение или изменение образа жизни «переводится» в значение параметра риска для вычисления оценки риска заболевания, что позволяет рассчитать оценку риска в результате лечения или изменения образа жизни.
В качестве недостатков можно указать следующие: в системе не реализована оценка состояния сердечно–сосудистой системы, не обеспечена рекомендательная система самокоррекции, нет автоматического мониторинга приема пищи.
Система не обеспечивает одновременный мониторинг привычек питания и оценку состояния здоровья с соответствующими рекомендациями и корректировкой рекомендаций.
В заявке US 2014349256 (опубликована 27.11.2014) раскрыты смарт часы и интерфейс человек–компьютер для мониторинга потребления пищи. Система для мониторинга потребления пищи человеком содержит: носимый датчик, который автоматически собирает данные для обнаружения вероятных событий приема пищи; интерфейс «человек–компьютер», который используется человеком для ввода данных о потреблении пищи, причем человеку предлагается ввести данные о потреблении пищи, когда носимый датчик обнаруживает событие приема пищи; и блок анализа данных, который анализирует данные о потреблении пищи для оценки типов и количеств ингредиентов, питательных веществ и/или калорий, которые потребляет человек. Например, носимый датчик может быть частью умных часов или умного браслета. Или интерфейс «человек–компьютер» может быть частью смартфона. Интегрированная работа носимого датчика и интерфейса «человек–компьютер» обеспечивает точное измерение потребления пищи с низким вмешательством в личную жизнь человека.
К недостаткам системы можно отнести то, что обязательно надо привлекать врача для мониторинга параметров пользователя, система ориентирована на клинических пациентов, а не здоровых пользователей, нет автоматического мониторинга питания, т.е. требуется ручной ввод данных.
Система не обеспечивает одновременный мониторинг привычек питания и оценку состояния здоровья с соответствующими рекомендациями и корректировкой рекомендаций.
Сущность изобретения
В основу настоящего изобретения поставлено решение задачи создания персонализированной системы формирования рекомендаций пользователю для реализации здорового образа жизни.
В основу настоящего изобретения также поставлено решение задачи создания персонализированного способа формирования рекомендаций пользователю для реализации здорового образа жизни.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в том, что обеспечиваются одновременный мониторинг привычек питания и физической активности, достигается повышение точности оценки состояния здоровья, обеспечивается определение соответствия между поведением пользователя и физиологическими изменениями, произошедшими с пользователем вследствие его поведения. Поведение пользователя при этом оценивается с помощью сигналов, полученных от смарт часов и смартфона. На основе сформированных оценок выбираются наиболее подходящие, т.е. персонализированные рекомендации для пользователя по приему пищи и физической активности.
Предложенная система эффективна при ношении смарт часов как на доминантной руке пользователя (правой для правши, левой – для левши) так и при ношении на не доминантной руке.
Предложенные система и способ позволяют давать персонализированные рекомендации по изменению стиля жизни и по контролю образа жизни с минимальным участием пользователя с целью развития у пользователя привычек, приводящих к улучшению здоровья.
Технический результат обеспечивается путем создания персонализированной системы формирования рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни, которая содержит:
– смарт часы, содержащие акселерометр, гироскоп и датчик фотоплетизмограммы, сконфигурированные для детектирования и выдачи сигналов о двигательной активности пользователя, пульсе, уровне оксигенации крови, о качестве сна; эти данные совместно с данными о профиле пользователя и его местоположении на основе геолокации используются для оценки времени приемов пищи, пищевых привычек и паттернов физической активности, с учетом пользователя–правши или пользователя–левши;
– смартфон, содержащий датчик сигнала фотоплетизмограммы, получаемого путем касания пальцем, и содержащий блок для обработки сигналов датчика фотоплетизмограммы для оценки жесткости сосудов, определяющей сосудистый возраст,
– блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности, сконфигурированный для обнаружения соответствия между поведением пользователя и физиологическими изменениями пользователя на основе сигналов, полученных от смарт часов и/или смартфона, а также выбора наиболее подходящих рекомендаций и вывода рекомендаций на дисплей.
Предпочтительно, персонализированная система дополнительно содержит смарт весы, сконфигурированные для формирования и передачи сигналов о динамике веса пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Предпочтительно, блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности дополнительно сконфигурирован для определения различных типов отклонений от привычного поведения пользователя, например, прием пищи во время движения.
Согласно другому варианту осуществления, персонализированная система формирования рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни содержит:
– смарт часы, содержащие акселерометр, гироскоп и датчик фотоплетизмограммы, сконфигурированные для детектирования и выдачи сигналов о двигательной активности пользователя, пульсе, уровне оксигенации крови, о качестве сна; эти данные совместно с данными о профиле пользователя и его местоположении на основе геолокации используются для оценки времени приемов пищи, пищевых привычек и паттернов физической активности, с учетом пользователя–правши или пользователя–левши;
– второй датчик сигнала фотоплетизмограммы, расположенный на дисплейной стороне смарт часов, для получения сигнала фотоплетизмограммы путем касания пальцем, и
– блок для обработки сигналов датчика фотоплетизмограммы для оценки жесткости сосудов, определяющей сосудистый возраст и
– блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности, сконфигурированный для обнаружения соответствия между поведением пользователя и физиологическими изменениями пользователя на основе сигналов, полученных от смарт часов, а также выбора наиболее подходящих рекомендаций и вывода рекомендаций на дисплей часов.
Предпочтительно, персонализированная система дополнительно содержит смарт весы, сконфигурированные для формирования и передачи сигналов о динамике веса пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Предпочтительно, персонализированная система содержит датчик электрокардиограммы (ЭКГ), один из электродов которого расположен на дисплейной стороне смарт часов, а второй электрод которого расположен на задней поверхности смарт часов и сконфигурированный для формирования и передачи сигналов ЭКГ на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Предпочтительно, персонализированная система дополнительно содержит датчик глюкозы (инвазивный/неинвазивный), сконфигурированный для формирования и передачи сигналов о динамике изменения уровня глюкозы в крови пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Технический результат обеспечивается путем создания способа формирования рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни, содержащий шаги, на которых
– проводят измерение фотоплетизмограммы на смартфоне с пальца для оценки возраста сосудистой системы, на основе которого определяют статус здоровья пользователя;
– детектируют нездоровые привычки питания, включающие время приема пищи, длительность, регулярность, и физическую активность, включающую периоды времени и интенсивность, на основании наблюдений и собранных данных о поведении пользователя и формирует для пользователя рекомендации о том, как изменить привычки питания и физической активности для улучшения состояния здоровья;
– производят повторное измерение фотоплетизмограммы, на основе которого оценивают динамику изменения состояния здоровья на основе оценки возраста сосудистой системы, при необходимости принимают решение об изменении рекомендаций на основе индивидуальных особенностей привычек пользователя;
– проводят периодический мониторинг соблюдения рекомендаций и при необходимости принимают решение о корректировке или замене рекомендаций для достижения положительной динамики состояния здоровья пользователя на основе оценки возраста сосудистой системы.
Предпочтительно, в способе дополнительно используют смарт весы, посредством которых формируют и передают сигналы о динамике веса пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Предпочтительно, в способе дополнительно определяют в блоке формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности, различные типы отклонений от привычного поведения пользователя, например, прием пищи время движения.
Согласно другому варианту осуществления, способ формирования рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни содержит шаги, на которых– проводят измерение фотоплетизмограммы на смарт часах с пальца для оценки возраста сосудистой системы, на основе которого определяют статус здоровья пользователя;
– детектируют нездоровые привычки питания, включающие время приема пищи, длительность, регулярность, и физическую активность, включающую периоды времени и интенсивность, на основании наблюдений и собранных данных о поведении пользователя и формируют для пользователя рекомендации по изменению привычек питания и физической активности для улучшения состояния здоровья;
– производят повторное измерение фотоплетизмограммы, на основе которого оценивают динамику изменения состояния здоровья на основе оценки возраста сосудистой системы, при необходимости принимают решение об изменении рекомендаций на основе индивидуальных особенностей привычек пользователя;
– проводят периодический мониторинг соблюдения рекомендаций и при необходимости принимают решение о корректировке или замене рекомендаций для достижения положительной динамики состояния здоровья пользователя на основе оценки возраста сосудистой системы.
Предпочтительно, в способе дополнительно используют смарт весы, посредством которых при приеме решения о корректировке или замене рекомендаций для достижения положительной динамики состояния здоровья пользователя учитывают динамику веса пользователя.
Предпочтительно в способе дополнительно используют датчик электрокардиограммы (ЭКГ), посредством которого при приеме решения о корректировке или замене рекомендаций для достижения положительной динамики состояния здоровья пользователя учитывают состояние электрокардиограммы ЭКГ пользователя.
Предпочтительно, в способе дополнительно используют датчик глюкозы (инвазивный/неинвазивный), посредством которого при приеме решения о корректировке или замене рекомендаций для достижения положительной динамики состояния здоровья пользователя учитывают динамику изменения содержания глюкозы.
Технический результат обеспечивается благодаря тому, что дополнительно с данными, полученным с акселерометра и гироскопа, используются еще данные сигналя фотоплетизмограммы. Это обеспечивает значимое улучшение релевантности рекомендаций пользователю. Кроме того, по сравнению с известными системами, предложенная система позволяет полностью отказаться от ввода данных пользователем вручную. Существующие решения формируют общие для всех пользователей рекомендации, например, для снижения веса конкретному пользователю рекомендуется заниматься бегом, невзирая на противопоказания, которые могут быть у конкретного пользователя.
Существующие системы осуществляют мониторинг множества параметров, при этом, пользователю необходимо надевать и постоянно носить набор специализированных сенсоров, что причиняет неудобства, приводящие к отказу пользоваться системой. В заявленном изобретении не требуется дополнительных сенсоров, и не требуется модификация существующих смарт часов и смартфонов.
Использование акселерометра/гироскопа и датчика фотоплетизмограммы позволяет всесторонне оценивать образ жизни пользователя (питание/активность/сон) без взаимодействия с ним.
Система рекомендаций для улучшения состояния здоровья пользователя включает базу стандартных рекомендаций, одобренных специалистами по здоровому образу жизни, из которой выбирают персонализированные рекомендации на основе выявления поведенческих особенностей пользователя и его индивидуальных особенностей здоровья и образа жизни.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает способ формирования персонализированных рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни;
Фиг. 2 изображает контур объемной пульсовой волны, где на фиг. 2a, показана фотоплетизмограмма сосуда здорового человека, на фиг. 2b – человека, пораженного атеросклерозом;
Фиг. 3 изображает персонализированную систему формирования рекомендаций пользователю для реализации здорового образа жизни, содержащий смарт часы и смартфон, согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 4 изображает персонализированную систему формирования рекомендаций пользователю для реализации здорового образа жизни, содержащий смарт часы, смартфон и смарт весы, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 5 изображает персонализированную систему формирования рекомендаций пользователю для реализации здорового образа жизни, вариант выполнения, содержащий смарт часы, содержащие второй датчик сигнала фотоплетизмограммы, расположенный на дисплейной стороне смарт часов, для получения сигнала фотоплетизмограммы путем касания пальцем, согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 6 изображает персонализированную систему формирования рекомендаций пользователю для реализации здорового образа жизни, вариант выполнения, содержащий смарт часы, содержащие второй датчик сигнала фотоплетизмограммы, расположенный на дисплейной стороне смарт часов, для получения сигнала фотоплетизмограммы путем касания пальцем, а также смарт весы, датчик электрокардиограммы (ЭКГ), один из электродов которого расположен на дисплейной стороне смарт часов, а второй электрод которого расположен на задней поверхности смарт часов и датчик глюкозы (инвазивный/неинвазивный), согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
На Фиг. 7 представлен результат оценки возраста сосудистой системы на основе анализа сигналов фотоплетизмограммы 40000 пользователей с разделением на 3 класса: плохое/хорошее/отличное состояние сосудистой системы.
На Фиг. 8 представлен результат тестирования алгоритма автоматического детектирования приемов пищи 50 пользователей на основе сигналов акселерометра, гироскопа и датчика фотоплетизмограммы смарт часов.
Фиг. 9 изображает примеры возможных результатов анализа сигнала фотоплетизмограммы пользователя возрастом 40 лет и примеры соответствующих рекомендаций.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Персонализированная система 300 (фиг.3) формирования рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни, согласно варианту воплощения содержит смарт часы 310, содержащие акселерометр гироскоп 311 и датчик фотоплетизмограммы 312, сконфигурированные для детектирования и выдачи сигналов о двигательной активности пользователя, пульсе, уровне оксигенации крови, о качестве сна; эти данные совместно с данными о профиле пользователя и его местоположении на основе геолокации используются для оценки времени приемов пищи, пищевых привычек и паттернов физической активности, с учетом пользователя–правши или пользователя–левши;
Система 300 содержит также смартфон 320, содержащий датчик сигнала фотоплетизмограммы 321, получаемой путем касания пальцем, и содержащий блок для обработки сигналов датчика фотоплетизмограммы для оценки жесткости сосудов, определяющей сосудистый возраст.
Система 300 содержит также встроенный в смартфон 320 или смарт часы 310 блок формирования рекомендаций, пользователю по приему пищи и физической активности, сконфигурированный для обнаружения соответствия между поведением пользователя и физиологическими изменениями пользователя на основе сигналов, полученных от смарт часов и/или смартфона, а также выбора наиболее подходящих рекомендаций и вывода рекомендаций на дисплей.
Возможен предпочтительный вариант, когда персонализированная система 400 формирования рекомендаций дополнительно содержит смарт весы 430 (фиг. 4), сконфигурированные для формирования и передачи сигналов о динамике веса пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности может быть дополнительно сконфигурирован для определения различных типов отклонений от привычного поведения пользователя, включая прием пищи во время движения.
Возможен другой вариант выполнения изобретения, в котором персонализированная система 500 (фиг. 5) формирования рекомендаций пользователю в реализации здорового образа жизни содержит смарт часы 510, содержащие акселерометр гироскоп 511 и датчик фотоплетизмограммы 512, сконфигурированные для детектирования и выдачи сигналов о двигательной активности пользователя, пульсе, уровне оксигенации крови, о качестве сна; эти данные совместно с данными о профиле пользователя и его местоположении на основе геолокации используются для оценки времени приемов пищи, пищевых привычек и паттернов физической активности, с учетом пользователя–правши или пользователя–левши;
В этом случае смарт часы 510 содержат второй датчик 513 сигнала фотоплетизмограммы, расположенный на дисплейной стороне смарт часов 510, для получения сигнала фотоплетизмограммы путем касания пальцем.
В смарт часы 510 встроен блок для обработки сигналов датчика фотоплетизмограммы для оценки уровня оксигенации крови, жесткости сосудов, определяющей сосудистый возраст.
Система 500 содержит также встроенный в часы 510 блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности, сконфигурированный для обнаружения соответствия между поведением пользователя и физиологическими изменениями пользователя на основе сигналов, полученных от смарт часов, а также выбора наиболее подходящих рекомендаций и вывода рекомендаций на дисплей часов.
Возможен предпочтительный вариант выполнения, в котором персонализированная система 600 (фиг. 6) формирования рекомендаций пользователю дополнительно содержит смарт весы 630, сконфигурированные для формирования и передачи сигналов о динамике веса пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Также возможен вариант выполнения, в котором персонализированная система 600 формирования рекомендаций пользователю содержит датчик 614 электрокардиограммы (ЭКГ), один из электродов которого расположен на дисплейной стороне смарт часов, а второй электрод которого расположен на задней поверхности смарт часов и сконфигурированный для формирования и передачи сигналов ЭКГ на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Возможен также вариант, когда персонализированная система 600 формирования рекомендаций пользователю дополнительно содержит датчик 615 глюкозы (инвазивный/неинвазивный), сконфигурированный для формирования и передачи сигналов о динамике изменения уровня глюкозы в крови пользователя на блок формирования рекомендаций пользователю по приему пищи и физической активности.
Способ формирования рекомендаций 100 пользователю в реализации здорового образа жизни осуществляется следующим образом (фиг.1).
На первом шаге 101 пользователь надевает смарт часы и проводит измерение фотоплетизмограммы на смартфоне с пальца, на основе которого определяется его статус здоровья (отличный/хороший/плохой), при этом анализируется сигнал фотоплетизмограммы пользователя (фиг. 2) путем его сравнения с сигналом, полученным для здорового человека возраста, равного возрасту данного пользователя, и полученного сигнала данного пользователя, проводится сравнение формы сигналов и вычисленных из сигналов коэффициентов, связанных с жесткостью сосудов.
На втором шаге 102, через непродолжительный период времени, порядка недели, после первого измерения, система детектирует нездоровые привычки питания (время приема пищи, длительность, регулярность) и физической активности (периоды и интенсивность) на основании наблюдений и собранных данных о поведении пользователя и формирует для пользователя рекомендации о том, как изменить привычки питания и физической активности для улучшения здоровья. Персонализированные рекомендации выбираются из набора стандартных рекомендаций, одобренный специалистами по здоровому образу жизни. Рекомендации выбираются в зависимости от цели, которую ставит перед собой пользователь, он может выбрать поддержание формы, т.е. ведение здорового образа жизни, сброс или набор веса. Рекомендации также выбираются на основе текущего состояния здоровья пользователя, например, если у пользователя выявлены проблемы с сосудами, то, ему требуется ограничение физических нагрузок.
Далее на протяжении длительного периода времени, порядка трех месяцев, система осуществляет автоматический мониторинг поведения пользователя, оценивая соблюдение рекомендаций.
Приемы пищи детектируются на основе сигналов акселерометра гироскопа совместно с анализом сигналов фотоплетизмограммы, периоды и интенсивность физической активности пользователя вычисляется на основе сигналов акселерометра и гироскопа.
На третьем шаге 103, через временной интервал порядка трех месяцев после первого измерения, пользователь производит еще одно измерение фотоплетизмограммы, на основе которого система оценивает динамику изменения состояния здоровья по возрасту сосудистой системы. Состояние сосудистой системы должно улучшиться или не измениться, если оно изначально было отличным, в результате выполнения рекомендаций. В случае ухудшения состояния сосудистой системы при выполнении рекомендаций принимается решение об их изменении.
После этого еженедельно 104 проводится мониторинг соблюдения рекомендаций, в случае добросовестного их выполнения пользователя мотивируют продолжать выполнять рекомендации, в случае невыполнения рекомендаций они могут быть заменены на менее жесткие, например, если для пользователя выявится привычка спать 5 часов в сутки, рекомендация спать 8 часов будет слишком жесткой, необходимо в рекомендациях последовательно увеличивать время сна.
Частое измерение фотоплетизмограммы нецелесообразно, так как изменения в состоянии сосудистой системы проявляются через три – четыре месяца после изменения образа жизни.
В основе алгоритма определения сосудистого возраста из сигнала фотоплетизмограммы лежит определение индекса жесткости сосудов, который вычисляется с использованием амплитудных характеристик, первой, второй производной и других параметров фотоплетизмограммы. Для более точного определения сосудистого возраста применяется алгоритм машинного обучения, например, Random Forest, обученный на данных о состояния сосудистого возраста и сигналов фотоплетизмограмм 40000 человек с помощью которого обрабытываются предварительно подготовленные (отфильтрованные и нормированные) сигналы фотоплетизмограмм. Результат оценки возраста сосудистой системы представлен на Фиг. 7, при этом оценка соответствует 3 классам: плохое/хорошее/отличное состояние сосудистой системы.
Привычки питания пользователя выявляются путем анализа сигналов акселерометра, гироскопа и датчика фотоплетизмограммы, прошедших стадии предобработки, на которых были проведены их фильтрация и нормировка, с применением алгоритма глубокого машинного обучения (рекуррентные нейронные сети), обученного распознавать паттерны движений, соответствующие приемам пищи на выборке 50 человек и 1100 приемов пищи.
Сигнал фотоплетизмограммы снимается в четырех спектральных диапазонах – красный, инфракрасный, зеленый и синий. Сигналы, снятые на разных каналах, сравниваются друг с другом результатом сравнения является спектральный коэффициент рассеяния, по которому можно судить об изменении химического состава крови. После еды у пользователя меняется состав крови, соответственно меняются коэффициенты рассеяния на разных длинах волн, дополнительно по спектральным характеристикам рассеяния определяется насыщение крови кислородом, что также вместе с спектральными коэффициентами рассеяния используется в качестве входного параметра для алгоритма на основе нейронной сети.
Еще один параметр, используемый алгоритмом для определения факта приема пищи на основе нейронной сети, является изменение вариабельности сердечного ритма, связанное с активностью систем вегетативной регуляции пищеварительной системы, реагирующей на прием пищи.
На фиг. 8 показаны результаты по детектированию приемов пищи. Для доминантной руки диаграмма размаха (boxplot) представлена справа. Используется F–мера (F1–score, совместная оценка точности, precision и полноты, recall) – она в среднем равна 0,7. Диаграмма размаха справа получена для не доминантной руки здесь F–мера ниже и равна 0,63.
Пример формирования рекомендации для пользователя 40 лет представлен на (фиг. 9).
В первом случае (фиг. 9а): алгоритм оценил сосудистый возраст равным 29 годам, что гораздо меньше, чем его реальный возраст, в этом случае пользователю предлагается продолжать вести здоровый образ жизни. Рекомендуемый интервал измерения сигнала фотоплетизмограммы – 4 месяца, требуется минимальное взаимодействие с пользователем.
Во втором случае (фиг. 9b): алгоритм оценил сосудистый возраст равным 45 годам, что близко к реальному возрасту пользователя, в этом случае поддерживать и развивать у пользователя привычки приводящие к улучшению состояния здоровья путем его мотивирования. Рекомендуемый интервал измерения сигнала фотоплетизмограммы – 3 месяца, система сообщает пользователю о несоблюдении рекомендаций. В третьем случае (фиг. 9с) алгоритм оценил сосудистый возраст равным 60 годам, что гораздо выше реального возраста. В данном случае пользователю рекомендуется пройти обследование в медицинском учреждении.