基于可穿戴设备的中医体质状态评估系统及其评估方法与流程

本发明属于智能可穿戴设备与中医健康评估，具体涉及一种通过可穿戴设备采集人体心率变异性(hrv)和/或血氧饱和度(spo2)生理信号，经特征提取与量化建模分析后，实现人体中医体质状态多维度量化评估的系统及方法。

背景技术：

1、心率变异性(heart rate variability, hrv)是表征人体自主神经系统对心血管系统调节功能的核心生理指标，其时域参数(sdnn、rmssd、pnn50)、频域参数(lf、hf、lf/hf)及非线性参数(近似熵、样本熵等)可多维度、精细化反映人体生理稳态与自主神经调节机能状态。血氧饱和度(spo2)可直观体现人体血氧供给、气血运行及机体代谢状态，正常值为95%至100%。当前，智能手表、智能指环、智能手环等可穿戴设备已普遍实现hrv、血氧饱和度数据的常态化采集与基础分析，且现有研究已证实hrv、血氧参数与中医体质、证候状态存在明确的相关性。

2、现有技术虽已实现可穿戴生理数据采集与基础健康分析，但在中医体质量化评估领域仍存在诸多核心技术缺陷，具体如下：

3、第一，技术融合度低，中西医体系割裂。现有可穿戴设备对hrv、血氧数据的分析应用，仅局限于现代医学的疲劳检测、压力评估、睡眠监测等场景，未与中医整体观、辨证理论深度融合，缺乏生理参数与中医体质状态的量化关联模型，无法实现客观生理数据向中医体质评估结果的有效转化。

4、第二，体质评估主观性强、时效性差。传统中医体质辨识高度依赖医师四诊合参与主观经验判断，标准化、客观性不足；现有问卷式体质评估方式(如《中医体质分类与判定》标准中的自测表)受受试者主观认知、情绪状态影响极大，误差率高，且无法实现全天候、动态化的体质状态追踪监测。

5、第三，评估体系单一，覆盖维度不全。目前公开的相关技术仅能实现单一或少数体质维度的粗略评估，尚未形成一套系统化、全覆盖的中医体质量化评估指标体系。中医理论强调人体脏腑、气血、津液、神志的整体性与关联性，单一维度评估无法全面、精准反映人体复杂的体质偏颇状态。

6、第四，无法适配体质偏颇状态动态评估场景。现有健康监测设备多聚焦于疾病预警、基础生理参数异常提示，仅能实现病理性状态的被动监测，缺乏针对中医体质偏颇、机能状态特征的量化描述、动态追踪与趋势研判能力，无法满足日常中医健康管理的精细化需求。

7、第五，硬件适配门槛高，普及性受限。现有同类技术方案大多要求设备同时搭载心率、血氧等多种传感器，对可穿戴设备硬件配置要求严苛，无法适配低配、单一传感模块的主流穿戴设备，适用场景狭窄，技术落地与普及难度大。

技术实现思路

1、针对现有技术中中西医融合不足、体质评估主观化、评估维度单一、动态监测缺失、硬件适配性差等技术缺陷，本发明提供一种基于可穿戴设备的中医体质状态评估系统及其评估方法。本发明依托可穿戴设备采集的hrv和/或血氧饱和度生理数据，通过特征提纯与量化计算模型，计算得到九项标准化中医体质指数，实现中医体质状态的客观化、量化、动态化评估，为用户个性化中医健康调养、体质偏颇干预提供精准、客观的数据支撑。

2、本发明的技术解决方案是所述基于可穿戴设备的中医体质状态评估系统，其特殊之处在于，包括：

3、数据采集模块，设置于可穿戴设备终端，用于采集用户的人体生理信号数据；所述生理信号数据包括心率变异性数据和/或血氧饱和度数据；

4、特征提取模块，与所述数据采集模块通信连接，用于对采集的心率变异性数据和/或血氧饱和度数据进行预处理、降噪与特征提纯，得到标准化hrv特征参数集和/或血氧特征参数；

5、体质评估模块，与所述特征提取模块通信连接，内置基于预设映射关系的量化计算模型，用于根据所述hrv特征参数集和/或血氧特征参数，分别量化计算九项中医体质指数；

6、输出模块，用于输出九项中医体质指数的量化结果及体质评估报告；

7、所述九项中医体质指数包括：气虚指数、津亏指数、神散指数、上火指数、肝郁指数、肺郁指数、胃气指数、湿气指数和肠燥指数。

8、作为优选：所述体质评估模块还包含基准自适应单元，用于根据用户的个体属性信息，动态生成标准化子函数所需的个性化参考基准值；所述标准化子函数基于该个性化参考基准值将各输入参数映射至统一量化区间；

9、所述个体属性信息包括用户的年龄和性别；所述基准自适应单元内置预设的年龄-性别分层参考值表，通过查表或线性插值获取所述个性化参考基准值。

10、作为优选：所述hrv特征参数集包括时域参数、频域参数和非线性参数；所述时域参数包括sdnn、rmssd、pnn50；所述频域参数包括lf、hf、lf/hf；所述非线性参数包括sd1、sd2、近似熵、样本熵；

11、所述九项中医体质指数的统一取值范围为0100，数值越高，对应维度的体质偏颇程度越严重；

12、所述可穿戴设备为智能手表、智能手环、智能指环、指尖式血氧检测设备中的任意一种或多种组合；所述系统还包括健康管理方案生成模块，用于根据九项中医体质指数的量化结果，自动生成个性化中医饮食、运动、情志、作息调养方案。

13、作为优选：所述体质评估模块中，所述九项中医体质指数通过以下预设映射关系的量化计算模型对输入特征进行计算：

14、气虚指数=0.20×f(sdnn)0.15×f(rmssd)+0.20×f(tp)+0.15×f(vlf)+ 0.15×f(lf)+0.15×f(spo2)；

15、津亏指数0.12×f(sdnn)+0.12×f(rmssd)+0.11×f(pnn50)+0.15×f(tp)+0.12×f(vlf)+0.12×f(lf)+0.11×f(hf)+0.15×f(spo2)；

16、神散指数=0.35×(0.50×f(hr)+0.50×f(lf/hf))+0.35×(0.35×f(hf)+0.35×f(pnn50)+0.30×f(rmssd))+0.30×(0.40×f(sdnn)+0.30×f(apen)+0.30×f(sampen))；

17、上火指数=0.70×(0.40×f(lf/hf)+0.30×f(lf)+0.30×f(lfnu)) +0.30×(0.60×f(sdnn)+0.40×f(整体hrv))；

18、肝郁指数=0.55×(0.35×f(lf/hf)+0.25×f(rmssd)+0.25×f(pnn50)+0.15×f(hr波动))+0.45×(0.40×f(sdann)+0.30×f(sdnn)+0.30×f(hf))；

19、肺郁指数=0.35×(0.50×f(spo2_cv)+0.50×f(spo2))+0.35×(0.50×f(sdnn)+0.50×f(pnn50))+0.30×(0.35×f(tp)+0.35×f(lf)+0.30×f(hf))；

20、胃气指数=0.35×(0.35×f(rmssd)+0.35×f(pnn50)+0.30×f(hf))+0.30×(0.50×f(sdnn日间)+0.50×f(sdnn夜间))+0.20×(0.50×f(vlf)+0.50×f(lf/hf))；

21、湿气指数=0.40×(0.35×f(rmssd)+0.35×f(pnn50)+0.30×f(hf))+0.35×(0.50×f(sdnn)+0.50×f(tp))+0.25×f(spo2)；

22、肠燥指数=0.40×(0.55×f(lf/hf)+0.45×f(lf))+0.35×(0.35×f(hf)+0.35×f(rmssd)+0.30×f(pnn50)) + 0.25×f(spo2)；

23、其中，f(·)为各参数对应的标准化子函数，用于将各输入参数映射至0～1区间；各指数公式中的权重系数之和为1.0。

24、作为优选：所述标准化子函数f(x)采用minmax归一化分段函数：

25、

26、式中，x为当前输入参数值，xmin和xmax分别为该参数在正常人群参考值范围中的最小值和最大值；当输入参数超出上述参考值范围时，f(x)取值截断至0或1。

27、作为优选：所述体质评估模块中设置有自适应替代计算逻辑：

28、当仅采集hrv数据而血氧数据缺失时，通过以下hrv替代特征替代血氧特征完成涉及血氧参数的体质指数计算：

29、

30、当仅采集血氧数据而hrv数据缺失时，通过以下血氧替代特征替代hrv参数完成涉及hrv参数的体质指数计算：

31、

32、。

33、本发明的技术解决方案是所述基于可穿戴设备的中医体质状态评估方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

34、步骤s1：通过可穿戴设备连续采集用户的人体生理信号数据，所述生理信号数据包括心率变异性数据和/或血氧饱和度数据；

35、步骤s2：对采集的心率变异性数据进行预处理与特征提纯，提取标准化hrv特征参数集；

36、步骤s3：对采集的血氧饱和度数据进行预处理与特征提纯，提取标准化血氧特征参数；

37、步骤s4：将hrv特征参数集和/或血氧特征参数输入基于预设映射关系的量化计算模型，分别量化计算九项中医体质指数；

38、步骤s5：输出九项中医体质指数量化结果及对应的中医体质状态评估报告；

39、所述九项中医体质指数包括：气虚指数、津亏指数、神散指数、上火指数、肝郁指数、肺郁指数、胃气指数、湿气指数和肠燥指数。

40、作为优选：步骤s2中，所述hrv特征参数集包含时域参数sdnn、rmssd、pnn50，频域参数lf、hf、lf/hf，非线性参数sd1、sd2、近似熵、样本熵；

41、步骤s2中，所述hrv特征参数的提取包括：对采集的ppg信号进行0.5hz40hz带通滤波处理；识别r波峰值并计算rr间期序列；通过fft提取频域参数，其中fft窗口为256个采样点、重叠率50%；通过近似熵和样本熵提取非线性参数，其中近似熵和样本熵的嵌入维数m=2、相似容限r=0.2×sdnn。

42、作为优选：步骤s4中，所述九项中医体质指数通过预设映射关系的量化计算模型对输入特征计算得到；所述计算模型为基于预设映射关系的量化计算模型，非依赖大规模标注数据训练的黑盒机器学习模型，所述计算模型以hrv特征参数集和/或血氧特征参数为输入，以九项中医体质指数为输出；

43、步骤s4中，当仅采集hrv数据而血氧数据缺失时，采用权利要求7所述hrv替代特征替代血氧特征完成涉及血氧参数的体质指数计算；当仅采集血氧数据而hrv数据缺失时，采用所述血氧替代特征替代hrv参数完成涉及hrv参数的体质指数计算。

44、作为优选：步骤s5之后还包括步骤s6：根据九项中医体质指数的偏颇结果，匹配生成个性化中医健康调养管理方案；

45、步骤s6中，所述健康调养管理方案的生成包括两种模式：阈值触发模式，当单项体质指数超过预设阈值60分时，推送该单项对应的调养方案；top3综合模式，将九项体质指数按数值从高到低排序，选取最高的三项指数，生成复合型综合调养方案。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果:

47、⑴首创生理参数与中医体质的标准化量化映射体系。本发明首次建立hrv、血氧饱和度客观生理参数与九类中医体质偏颇状态的精准量化映射模型，彻底摒弃传统中医体质辨识依赖医师经验、主观问卷的弊端，实现中医体质评估的客观化、数据化、标准化。

48、⑵构建全方位、多层次的中医体质评估指标体系。本发明设计的九项体质指数，分别对应中医气、津液、神志、阳热、脏腑气机、水湿代谢、腑气通降七大核心病机维度，涵盖气虚、津亏、神散、上火、肝郁、肺郁、胃气失调、湿气偏重、肠燥九大常见体质偏颇类型，可全面、立体、精准地反映人体整体体质状态。

49、⑶实现体质状态动态监测与趋势研判。本发明依托可穿戴设备的全天候数据采集能力，可实现用户体质状态的实时计算、动态追踪与长期趋势分析，能够及时捕捉体质偏颇的细微变化，为体质偏颇早期干预、体质调养动态调整提供高时效数据支撑。

50、⑷明确非诊疗健康应用定位。本发明的评估结果仅用于人体体质状态、机能状态特征的客观描述与健康调养指导，不涉及任何疾病诊断、疾病治疗行为，可广泛应用于大众日常健康管理、中医养生调理场景。

51、⑸硬件适配性极强。本发明不强制要求设备同时搭载心率、血氧双传感器，支持仅hrv数据、仅血氧数据、双数据融合三种评估模式，可适配高、低配各类可穿戴设备，大幅降低技术落地的硬件门槛。

52、⑹实现传统中医理论的数字化转化。本发明将中医抽象的气血津液、脏腑功能、神志气机等理论概念，通过数据建模、特征映射转化为可量化、可对比、可追溯的标准化指数体系，为中医数字化、标准化、智能化发展提供了全新技术路径。

53、⑺九项指标组合体系具备显著创造性。本发明的九项体质指标组合并非现有技术的简单叠加或常规拼凑，而是基于中医整体观与辨证论治核心思想，经过系统性病机梳理、参数匹配、体系架构形成的原创性技术方案。九大指标相互独立、有机互补，完整覆盖人体体质核心评估维度。

54、⑻构建全新自研量化闭环体系。本发明自主构建九维度中医体质量化评估指数体系，一一对应九类针对性体质调养方案，构建了「可穿戴精准量化评估—个性化体质靶向调养」的完整闭环体系，解决了传统中医数字化评估仅有测评结果、无配套落地调养方案的行业痛点。