應(yīng)用MATLAB模型進行膳食及健康風(fēng)險評估

宋爽 王懿涵

摘 要：本研究應(yīng)用MATLAB模型，通過GUIDE（Graphical User Interfaces Development Environment）對食物營養(yǎng)、身體活動等數(shù)據(jù)進行精確采集和計算，對于計算結(jié)果生成評估性報告。結(jié)論：日常膳食攝入的各種營養(yǎng)素需要量值的把控，行為方式的選擇和實施需要有度可循。此研究旨在引導(dǎo)人們建立科學(xué)飲食觀，維持或調(diào)整健康生活方式，對膳食計劃的制訂以及行為方式的管理有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：慢性病;預(yù)防醫(yī)學(xué);風(fēng)險評估;GUIDE設(shè)計

以預(yù)防醫(yī)學(xué)實現(xiàn)保護、促進和維護機體健康的目的為指引，進行健康合理的膳食和行為管理與控制，能夠降低慢性病風(fēng)險、提高慢性病患者生活質(zhì)量。由于人們普遍存在對于膳食營養(yǎng)價值和身體活動標準的認識模糊和欠缺，本研究在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過MATLAB-GUIDE（簡稱GUI）設(shè)計，建立面向用戶的人機交互界面，實現(xiàn)對日常營養(yǎng)攝入和行為活動的科學(xué)指導(dǎo)，對健康風(fēng)險做出預(yù)防評估。

一、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

（一）膳食構(gòu)成及營養(yǎng)成分

中國營養(yǎng)學(xué)會將食物分成五大類，包括糧谷類及薯類，豆類及其制品，水果蔬菜類，肉、蛋、奶等動物性食物以及精制白糖、紅糖等純熱能食物。為了滿足人體的需要，《中國居民膳食指南科學(xué)研究報告（2021）》（以下簡稱《指南》）建議，這五大類食物不但每日攝入數(shù)量要充分，而且種類也應(yīng)多樣化。因此，五大類食物中，每一大類中的食物品種盡可能多，例如糧谷類就包括：大米、面粉、掛面、面包、蛋糕等。

不同食物的營養(yǎng)成分含量，包括三大產(chǎn)能營養(yǎng)素（蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物）、維生素（維生素A、胡蘿卜素、視黃素、核黃素等）、礦物質(zhì)常量元素（鈣、磷、鉀、鈉等）、微量元素（鐵、銅、鋅等）等，作為后臺重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，支撐人機交互。

（二）身體活動量

在行為因素中，身體活動量是評價科學(xué)健康生活方式的一個重要指標。

《指南》指出，適當身體活動可以降低包括正常人和高血壓患者的成年人血壓，可以降低2型糖尿病發(fā)生風(fēng)險25%～42%，可以降低冠心病、腦卒中、心力衰竭等心血管疾病發(fā)生風(fēng)險，還可以降低癌癥的發(fā)病風(fēng)險，進而能夠降低全因死亡風(fēng)險。

體育鍛煉是身體活動的重要方式，運動生理學(xué)證實，機體營養(yǎng)能力的高低取決于鍛煉頻率、鍛煉強度和鍛煉時長。我國把30min/次，每周至少3次的鍛煉定義為經(jīng)常參加體育鍛煉。

（三）體重指數(shù)

我國成人體重指數(shù)BMI=18.5～23.9kg/m2為正常，BMI=24～27.9kg/m2為超重，BMI28kg/m2為肥胖。

二、程序設(shè)計

在MATLAB-GUIDE環(huán)境中，完成合理的控件選擇，對相應(yīng)可編輯控件進行程序編寫，通過“Callback”調(diào)用程序，如圖1所示。在光標處插入用戶程序。

（一）體重指數(shù)數(shù)據(jù)傳遞

%edit10字符串轉(zhuǎn)換

x1=str2double（get（handles.edit10，'string'））;

%edit11字符串轉(zhuǎn)換

x2=str2double（get（handles.edit11，'string'））;

y=x1/x2/x2;

%控件顯示數(shù)據(jù)信息

set（handles.text12，'string'，num2str（y））;

（二）營養(yǎng)攝入

1.各種營養(yǎng)成分攝入量

%k種食物

m=k;

n=1;

%k行1列零矩陣

a=zeros（m，n）;

%獲取listboxJ下拉菜單控件value值，其值有K個

val=get（handles.listboxJ，'value'）;

a（val，1）=1%改變a1，僅含有個1

%各種食物蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維C、鈣成分含量

e=[7400 10300 20300 19400 15800 3000……]

f=[800 1100 6200 5000 6200 3200 ……]

g=[77900 75200 1500 2500 8800 3400 ……]

h=[0 0 0 0 0 1 ……]

i=[13 27 6 3 173 104……]

%editK字符串轉(zhuǎn)換

p=str2double（get（handles.editK，'string'））;

%第Q種食物營養(yǎng)成分

zQ1=f*a1*p

%輸出控件數(shù)據(jù)信息

set（handles.textR，'string'，zS9）;

2.蛋白質(zhì)攝入量

以蛋白質(zhì)攝入為例，說明計算過程。

m=12;

n=1;

a=zeros（m，n）;

val=get（handles.listbox1，'value'）;

a（val，1）=1

e=[7400 10300 20300 19400 15800 3000……]

p=str2double（get（handles.edit1，'string'））;

z=e*a1*p

set（handles.text3，'string'，z）;

（三）健康風(fēng)險評估

以脂肪攝入為例進行說明，其他評估對象與此類似。

%edit12字符串轉(zhuǎn)換

x12=str2double（get（handles.text4，'string'））;

if x12<55000

%text37輸出信息

set（handles.text37，'string'，'攝入不夠'）;

else

%text37輸出信息

set（handles.text37，'string'，'攝入過量'）;

%text47輸出信息

set（handles.text47，'string'，'高脂肪攝入會增大肥胖及心血管疾病風(fēng)險……'）;

End

三、運行結(jié)果

通過GUIDE（GUI）控件的賦值及程序運行，結(jié)果如圖2所示。

（一）界面由五部分組成

①基本數(shù)據(jù)區(qū)域：輸入身高、體重、鍛煉時長。

②膳食數(shù)據(jù)區(qū)域：選擇和輸入食物種類與質(zhì)量。

③計算選擇：按需求分別計算和總體評估（總體評估為右上角綠色控件）。

④顯示區(qū)域一：實際值與推薦標準對比，同時完成初判。

⑤顯示區(qū)域二：風(fēng)險評估提示。

（二）說明

隨機選取某一居民的日常生活數(shù)據(jù)。其體重為73kg，身高1.68m，鍛煉時長為60min。其某一天的膳食安排如下（每份食物質(zhì)量為100g）：早餐面食1份，雞肉1.5份，豆腐2份;中餐米飯2.5份，瘦豬肉2.5份，芹菜1份;晚餐面食2份，瘦豬肉2份，牛奶1.5份。經(jīng)過計算，顯示其身體狀況為超重，鍛煉程度不夠，各種營養(yǎng)素攝入或過量或不足，同時給出了健康風(fēng)險提示。

結(jié)語

從MATLAB-GUIDE計算顯示來看，針對居民的日常膳食和鍛煉行為，能夠進行精確計算。根據(jù)計算結(jié)果，可以指導(dǎo)居民進行膳食和活動量調(diào)整，起到維護機體健康、降低引起慢性病風(fēng)險的作用。另外，可以方便地在后臺程序擴展食物種類、行為方式等模型數(shù)據(jù)，如圖3所示（增加食物種類），實現(xiàn)更全面更精準的健康評估效果。

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作者簡介：宋爽（1970— ），女，漢族，河北石家莊人，本科，副教授，研究方向：自動控制、最優(yōu)控制策略。