面向精準營養(yǎng)管理的營養(yǎng)師智能輔助系統(tǒng)研究

關鍵詞：營養(yǎng)管理；健康干預；決策支持；標簽畫像；知識推薦

0 引言

隨著國民健康需求不斷升級，營養(yǎng)管理的重要性日益凸顯。然而，當前營養(yǎng)管理面臨諸多挑戰(zhàn)，包括從群體到個體、從單一維度到多維度的發(fā)展轉(zhuǎn)變。精準營養(yǎng)框架的提出為個體提供了更為精細化的營養(yǎng)管理方式，包括考量個體飲食習慣、膳食模式、健康狀況等多方面因素。然而，當前營養(yǎng)師資源緊缺，加之傳統(tǒng)的營養(yǎng)管理工作方式，導致個性化營養(yǎng)管理工作繁重，難以實現(xiàn)長期跟蹤指導個體的營養(yǎng)情況[1]。

基于此，建立面向精準營養(yǎng)管理的營養(yǎng)師智能輔助系統(tǒng)具有重要意義。系統(tǒng)可充分利用信息技術手段，從個體生活習慣、身體情況、飲食情況等多維度數(shù)據(jù)出發(fā)，對個體進行精準評估和個性化干預。例如，系統(tǒng)可結(jié)合用戶的體征信息、膳食攝入情況以及其他相關數(shù)據(jù)，進行綜合分析和評估，準確把握個體的營養(yǎng)狀況。同時，基于大數(shù)據(jù)技術，系統(tǒng)可為個體提供定制化的營養(yǎng)管理建議，包括飲食搭配、營養(yǎng)攝入量等方面的指導，從而實現(xiàn)更加精細化的營養(yǎng)管理和個性化的健康干預。

當前已有一些營養(yǎng)管理工具或系統(tǒng)，但它們往往存在一定局限性。例如，某些系統(tǒng)只是簡單地根據(jù)用戶的膳食攝入情況進行評價，缺乏對個體身體情況、健康狀況等因素的綜合考量；而另一些系統(tǒng)雖然采用了大數(shù)據(jù)計算等技術手段，但在營養(yǎng)干預方案的推薦上缺乏個性化和多樣性。因此，建設面向精準營養(yǎng)管理的營養(yǎng)師智能輔助系統(tǒng)，不僅需要充分利用先進的信息技術手段，更需要結(jié)合營養(yǎng)學專業(yè)知識，從而實現(xiàn)對個體營養(yǎng)需求的全面理解和精準把握，為個體提供更加有效的營養(yǎng)管理服務，促進其健康發(fā)展。

1 總體設計

營養(yǎng)師智能輔助系統(tǒng)以用戶為中心，通過用戶信息采集引擎、用戶標簽畫像生成引擎、知識推薦引擎和營養(yǎng)師輔助決策引擎等核心功能，為用戶和營養(yǎng)師提供個性化、科學化的營養(yǎng)管理服務。系統(tǒng)通過收集用戶數(shù)據(jù)、分析用戶畫像、推薦個性化方案，并為營養(yǎng)師提供專業(yè)決策支持，實現(xiàn)了從個人到專業(yè)的全方位服務。系統(tǒng)整體流程圖如圖1所示。

2 關鍵技術

2.1 用戶信息采集引擎

用戶信息采集引擎旨在收集用戶的基本信息、健康狀況、飲食習慣等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是個性化服務的基礎，通過對用戶的個人特征進行分析，系統(tǒng)可以更好地了解用戶的營養(yǎng)需求和健康狀態(tài)。采集的信息包括個體的性別、年齡、身高、體重、運動情況、慢性病史、飲食偏好、食物過敏等。

用戶信息采集引擎的功能包括：

1） 數(shù)據(jù)模型設計：定義用戶信息結(jié)構。

2） 表單生成器：創(chuàng)建靈活的用戶界面收集數(shù)據(jù)。

3） 數(shù)據(jù)驗證與清洗：確保數(shù)據(jù)準確性與一致性。

4） 數(shù)據(jù)存儲與管理：選擇合適的數(shù)據(jù)庫存儲和管理用戶信息。

5） 用戶權限與安全：保障用戶數(shù)據(jù)隱私與安全。

2.2 用戶標簽生成引擎

基于用戶信息采集引擎獲取的數(shù)據(jù)，用戶標簽生成引擎對用戶進行深度分析，形成用戶的營養(yǎng)健康360度視圖。通過機器學習和大數(shù)據(jù)分析技術，系統(tǒng)可以識別用戶的特征、偏好和潛在風險，進而為用戶提供更精準的營養(yǎng)管理建議。用戶標簽涵蓋了用戶的營養(yǎng)需求、飲食習慣、生活方式、慢性病風險等方面的信息，為后續(xù)的個性化服務提供了重要參考[2]。

2.3 知識推薦引擎

知識推薦引擎基于營養(yǎng)知識庫和規(guī)則計算，為用戶提供個性化的營養(yǎng)建議和分析。首先，它建立了龐大的營養(yǎng)知識庫，包括食物成分、營養(yǎng)含量、健康效果等信息。其次，引擎采用先進的算法和規(guī)則，根據(jù)用戶的個人信息（如年齡、性別、身體狀況）、飲食偏好、飲食習慣等，結(jié)合營養(yǎng)學原理進行計算和分析。通過數(shù)據(jù)挖掘和機器學習技術，引擎可以不斷優(yōu)化個性化推薦，并提供針對性的營養(yǎng)建議，如飲食搭配、食物替換等。同時，它能夠識別用戶可能存在的營養(yǎng)缺乏或過剩問題，并提供相應的改善建議。為了保證準確性和可靠性，引擎還會不斷更新營養(yǎng)知識庫，并根據(jù)最新的科學研究和臨床實踐更新規(guī)則。營養(yǎng)知識計算引擎為用戶提供了科學、便捷的營養(yǎng)管理工具，有助于改善飲食結(jié)構，提升健康水平[3-4]。

2.4 營養(yǎng)師輔助決策引擎

營養(yǎng)師輔助決策引擎是系統(tǒng)為營養(yǎng)師提供的重要工具，旨在幫助營養(yǎng)師更好地為用戶制定個性化的營養(yǎng)管理方案。該引擎基于用戶的個人特征、健康狀態(tài)和營養(yǎng)需求，為營養(yǎng)師提供科學依據(jù)和專業(yè)建議，幫助其制定符合用戶實際情況的營養(yǎng)計劃。同時，引擎還可以對用戶的營養(yǎng)管理效果進行跟蹤和評估，為營養(yǎng)師提供反饋和優(yōu)化建議，確保服務質(zhì)量和持續(xù)改進。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本研究采用B/S架構，以MVC[5]設計思想為指導原則。系統(tǒng)主要包括3個層面：表示層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)層。表示層旨在為用戶提供交互界面，利用ElementUI 來改善用戶體驗，提升功能的可擴展性。通過API接口，表示層將用戶的數(shù)據(jù)請求傳遞到業(yè)務邏輯層。業(yè)務邏輯層負責處理請求，然后將響應結(jié)果返回給表示層進行前端界面展示。業(yè)務邏輯層主要采用SpringBoot和Hibernate技術實現(xiàn)。SpringBoot用于控制前端請求的分配，并對前端傳來的數(shù)據(jù)進行JSON解析。利用依賴注入技術@Autowired進行業(yè)務邏輯處理，最后通過Hibernate 框架與數(shù)據(jù)層的MySQL數(shù)據(jù)庫或文件進行交互。系統(tǒng)技術架構如圖2 所示。

3.1 功能模塊

根據(jù)業(yè)務場景需求，本研究劃分為5個功能模塊，包括營養(yǎng)健康問卷管理模塊、營養(yǎng)健康360度視圖模塊、營養(yǎng)健康評價模塊和評價報告輸出模塊。

3.1.1 營養(yǎng)健康問卷管理模塊

營養(yǎng)健康問卷管理模塊用于采集和存儲用戶的健康信息。用戶通過便捷、易用的操作界面，根據(jù)自身實際情況，完成營養(yǎng)健康問卷上各分類問題的填選，系統(tǒng)記錄保存用戶問卷的選項標簽。

本模塊的主要功能包括營養(yǎng)健康問卷設計、問卷發(fā)放和標簽提取。營養(yǎng)健康問卷設計采用靈活的組件布局方式，通過拖拽組件在頁面進行問卷的表單設計，除用戶的基本信息外，問卷內(nèi)容還包括飲食習慣、運動習慣、體征情況等。問卷發(fā)放可自定義設置發(fā)放方式，如一次性發(fā)放、周期性發(fā)放，發(fā)送給指定用戶群組，供用戶進行問卷填寫。標簽提取根據(jù)用戶的問卷內(nèi)容選擇自動生成對應的標簽[6]。營養(yǎng)健康問卷管理模塊如圖3所示。

3.1.2 營養(yǎng)健康360度視圖模塊

基于營養(yǎng)健康問卷管理模塊采集的數(shù)據(jù)，解析和提取問卷的選項標簽，智能化形成千人千面的用戶營養(yǎng)健康360度視圖。

本模塊的主要功能包括營養(yǎng)健康360度視圖標簽體系的建設和標簽的生成。標簽體系分為三層結(jié)構：第一層定義了營養(yǎng)健康屬性標簽，如用戶的基本信息、主訴、運動情況、睡眠情況、飲食情況等；第二層定義了上層屬性標簽的分類標簽，如用戶的基本信息屬性標簽可以包括年齡標簽、BMI標簽等，主訴屬性標簽可以包括癥狀標簽、疾病標簽等，運動情況的屬性標簽可以包括工作活動標簽、鍛煉情況標簽等；第三層定義了標簽的屬性值[7]。標簽的生成方法是基于營養(yǎng)健康問卷的數(shù)據(jù)采集獲取問卷標簽，根據(jù)營養(yǎng)健康屬性標簽的類型，進行分類智能計算，形成用戶的營養(yǎng)健康360度視圖。營養(yǎng)健康360度視圖模塊如圖4 所示。

3.1.3 營養(yǎng)健康評價模塊

營養(yǎng)健康評價模塊通過輸入營養(yǎng)健康360度視圖標簽，基于營養(yǎng)知識庫，利用大數(shù)據(jù)、人工智能算法，對個體營養(yǎng)健康情況進行綜合分析，形成用戶的靶點信息和靶點分析文案。根據(jù)靶點信息，生成健康干預建議，根據(jù)個體差異，干預建議可包括調(diào)理建議、鍛煉建議、營養(yǎng)攝入建議等。

本模塊的主要功能包括營養(yǎng)知識庫和健康評價。營養(yǎng)知識庫用于采集和匯總大量的營養(yǎng)素、營養(yǎng)干預建議等相關知識。營養(yǎng)素知識包含了營養(yǎng)素名稱、類型、配方、含量、每日攝入量、營養(yǎng)素作用等信息。通過醫(yī)學文獻采集收錄海量的營養(yǎng)干預文章，營養(yǎng)知識庫為營養(yǎng)綜合評估提供數(shù)據(jù)支撐，根據(jù)營養(yǎng)健康360度視圖標簽智能生成健康干預建議，同時結(jié)合用戶問卷的標簽生成營養(yǎng)素配方的推薦方案[8-9]。健康評價利用知識推薦引擎，通過用戶營養(yǎng)健康360度視圖標簽生成個性化的健康評價，評價包含靶點分析，并按需輸出多種類型的建議方案。其中結(jié)合營養(yǎng)知識庫和用戶真實情況，推薦營養(yǎng)素的使用方案[10]。營養(yǎng)健康評價模塊如圖5所示。

3.1.4 評價報告輸出模塊

評價報告輸出模塊將用戶營養(yǎng)健康評價的內(nèi)容結(jié)構化生成用戶的營養(yǎng)評價報告，報告內(nèi)容包括用戶的基本信息、健康狀況分析、健康干預建議和營養(yǎng)配方推薦。

用戶的基本信息內(nèi)容不僅包括用戶姓名、年齡、身高、體重等屬性信息，還包括營養(yǎng)健康360度視圖的標簽信息，多維度展示用戶健康信息的全貌。健康狀況分析的內(nèi)容基于用戶的標簽信息，結(jié)合營養(yǎng)知識庫，為用戶生成營養(yǎng)健康問題的成因以及健康風險提示。健康干預建議的內(nèi)容展示根據(jù)營養(yǎng)健康評價生成的體現(xiàn)個體特征的建議清單，建議涉及的分類包括調(diào)理建議、鍛煉建議、營養(yǎng)攝入建議等。營養(yǎng)配方推薦通過營養(yǎng)師決策輔助引擎，結(jié)合用戶身體特征、健康標簽、營養(yǎng)狀態(tài)等信息，通過分析計算用戶的營養(yǎng)需求，形成營養(yǎng)推薦方案，提供所需的營養(yǎng)素配方，包括營養(yǎng)素名稱、用量、作用，以及食品/水果推薦。評價報告輸出模塊如圖6所示。

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)的實現(xiàn)和應用，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠有效解決當前營養(yǎng)管理領域面臨的資源不足、工作繁重等問題，為個體提供更加個性化、精準的營養(yǎng)管理服務。系統(tǒng)能夠幫助用戶更好地了解自身的營養(yǎng)需求，改善飲食習慣，提高健康水平。同時，系統(tǒng)也能為營養(yǎng)師提供更有效的決策支持，提高工作效率，減輕工作負擔。

然而，本系統(tǒng)仍存在一些不足之處，如數(shù)據(jù)采集的完整性、標簽畫像生成的準確性等方面有待進一步改進。未來，將繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)的功能和性能，進一步提升系統(tǒng)的用戶體驗和營養(yǎng)管理效果，為精準營養(yǎng)管理的發(fā)展做出更大貢獻。