楊文君，楊波＊，王保強(qiáng)

成都信息工程學(xué)院，物理場(chǎng)生物效應(yīng)及儀器四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川，成都，610225

0 引言

行為醫(yī)學(xué)是綜合行為科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)知識(shí)的一門(mén)新興的多學(xué)科交叉的學(xué)科，在我國(guó)興起只有短短的十余年。但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，行為醫(yī)學(xué)得到了迅速的發(fā)展[3]。它研究行為科學(xué)中與健康相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)，并把這些知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用于疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)的學(xué)科領(lǐng)域。行為醫(yī)學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)是那些與人的健康關(guān)系密切的行為的研究，從而指導(dǎo)人們樹(shù)立健康行為，矯正異常行為，改變不合理的生活方式和不良習(xí)慣。

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，汽車(chē)等交通工具的日益普及，步行運(yùn)動(dòng)和體力活動(dòng)越來(lái)越少，諸多因素促成了肥胖、高血壓、糖尿病和血脂異常等生活方式相關(guān)性疾病的流行，并越來(lái)越威脅著人們的健康和生命[4]。我國(guó)目前約有25% 的城市居民患各種慢性病，60% 的就診病人為慢性病人 ，慢性病正日益嚴(yán)重地威脅著我國(guó)人民的健康，已成為重要的社會(huì)公共問(wèn)題和醫(yī)療經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要原因[5]。

傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)量的定義也稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，指人體在體育活動(dòng)中所承受的生理、心理負(fù)荷量以及消耗的熱量，由完成練習(xí)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、動(dòng)作的準(zhǔn)確性和運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)等因素所決定。本文所述的運(yùn)動(dòng)量主要是指散步或者跑步的次數(shù)，通過(guò)智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)管理軟件來(lái)處理該運(yùn)動(dòng)量。智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)量干預(yù)屬于行為醫(yī)學(xué)的范疇。

根據(jù)專(zhuān)家的調(diào)查顯示，人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)該注意監(jiān)測(cè)自己的健康狀態(tài)，尤其是糖尿病、高血壓等慢性病患者要定期監(jiān)測(cè)自己的各項(xiàng)健康指標(biāo)，隨時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)量，避免運(yùn)動(dòng)過(guò)量導(dǎo)致猝死等嚴(yán)重后果。心臟病患者最怕運(yùn)動(dòng)時(shí)過(guò)度激烈或者時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而引起心臟病的發(fā)作。如果是長(zhǎng)期不運(yùn)動(dòng)的人，這些危險(xiǎn)更容易發(fā)生[6]，所以需要對(duì)他們身體鍛煉進(jìn)行監(jiān)督和鞭策。本文基于干預(yù)治療的理論，不論是對(duì)一些不能過(guò)度運(yùn)動(dòng)的患者還是對(duì)那些必須進(jìn)行身體鍛煉者，進(jìn)行一種運(yùn)動(dòng)干預(yù)的作用。通過(guò)使用智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)量干預(yù)軟件監(jiān)督和管理，實(shí)時(shí)的記錄他們的鍛煉情況，并通過(guò)遠(yuǎn)程健康管理中心根據(jù)患者身體信息及時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)量，以達(dá)到對(duì)患者最有效最安全的目的。

1 方法歸類(lèi)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：

(1) 設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)功能，識(shí)別使用者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)、暫停運(yùn)動(dòng)和停止運(yùn)動(dòng)三個(gè)基本功能狀態(tài)的管理；

(2) 設(shè)計(jì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)每次的運(yùn)動(dòng)信息以及與遠(yuǎn)程上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接通信；

(3) 設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)圖顯示以及運(yùn)動(dòng)量查詢功能。根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況繪制運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)坐標(biāo)圖，通過(guò)直觀的坐標(biāo)圖顯示以及運(yùn)動(dòng)量查詢功能查看具體時(shí)間運(yùn)動(dòng)情況，使用者可以清楚的了解自己的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)自己的身體情況增加和減少運(yùn)動(dòng)量；

(4) 上位機(jī)端的網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)據(jù)建立。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Structure design of system

1.2 運(yùn)動(dòng)量計(jì)算編程

因?yàn)樵撥浖枰ㄟ^(guò)調(diào)用android智能手機(jī)的加速度傳感器，利用加速度傳感器的特性來(lái)判斷使用者的運(yùn)動(dòng)情況并且記錄運(yùn)動(dòng)信息，所以軟件編程時(shí)必須先引入關(guān)于傳感器幾個(gè)重要的的包文件[1]，包括：android.hardware.sensor、android.hardware.sensorEvent、android.hardware.sensorManager以及android.hardware.sensorEventListener。

在使用加速度傳感器前，需要對(duì)傳感器進(jìn)行初始化和注冊(cè)以后才能使用，使用完后要注銷(xiāo)該傳感器[1]。初始化加速度傳感器獲得該傳感器的使用權(quán)限。初始化和注冊(cè)傳感器的代碼都編寫(xiě)在開(kāi)始按鈕函數(shù)代碼段當(dāng)中，當(dāng)用戶點(diǎn)擊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)按鈕后，加速度傳感器就可以正常使用。注銷(xiāo)傳感器的代碼編寫(xiě)在停止按鈕函數(shù)代碼段中，當(dāng)使用者停止運(yùn)動(dòng)后，需要點(diǎn)擊停止按鈕，此時(shí)注銷(xiāo)加速度傳感器。

當(dāng)注冊(cè)好傳感器后，就能開(kāi)始對(duì)運(yùn)動(dòng)量計(jì)算進(jìn)行編程。計(jì)算編程時(shí)在代碼段必須要復(fù)寫(xiě)onSensorChanged(SensorEvent event)函數(shù)，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器的三個(gè)坐標(biāo)值在不斷變化，變化值就是event.value[3]這個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)組，從而能通過(guò)event.value[3]浮點(diǎn)型數(shù)組里的三個(gè)坐標(biāo)前后值的變化來(lái)判斷使用者是否在運(yùn)動(dòng)。在event.value[3]浮點(diǎn)型數(shù)組中，event.value[0]代表x軸，event.value[1]代表y軸，event.value[2]代表z軸，當(dāng)在使用運(yùn)動(dòng)傳感器時(shí)，這三個(gè)坐標(biāo)值在不停變化。坐標(biāo)軸方向如圖2所示。

圖2 坐標(biāo)方向Fig.2 Direction of Coordinate

每隔200 ms去取一次浮點(diǎn)數(shù)組event.value[3]的值，把它存起來(lái)。前一個(gè)200 ms為舊值存儲(chǔ)在一個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)組里old Points。當(dāng)前取得值為新值存儲(chǔ)在另一個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)組里new Points。由它們的坐標(biāo)值分別求出模值old Mold、new Mold，以此算出向量改變的夾角。當(dāng)改變夾角angle大于20o時(shí)，判定使用者在運(yùn)動(dòng)此時(shí)增加一次運(yùn)動(dòng)量，并實(shí)時(shí)顯示此時(shí)的運(yùn)動(dòng)量。

當(dāng)使用者點(diǎn)擊停止按鈕停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，注銷(xiāo)傳感器的同時(shí)把當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)量存入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 手機(jī)界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)涉及到3個(gè)Activity：一個(gè)主界面的布局、一個(gè)坐標(biāo)圖顯示以及一個(gè)運(yùn)動(dòng)量具體時(shí)間查詢的界面.3個(gè)Activity均采取LinearLayout布局[2]。

(1) 主界面涉及到背景、按鈕和文本框顯示的設(shè)計(jì)。

(2) 坐標(biāo)圖采用canvas設(shè)計(jì)，通過(guò)引入canvas、Paint和Color的包文件，包括android.graphics.Canvas，android.graphics.Color ，android.graphics.Paint 。 Piant設(shè)置畫(huà)筆的特性，如paint.setColor(Color.GREEN)用來(lái)設(shè)置畫(huà)筆的顏色。drawLinew函數(shù)用來(lái)繪制坐標(biāo)橫軸、縱軸和點(diǎn)之間的連線，其中橫軸代表時(shí)間，縱軸代表運(yùn)動(dòng)量。drawCircle函數(shù)用來(lái)繪制坐標(biāo)點(diǎn)，這些坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)間和與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行繪制。drawText函數(shù)用來(lái)顯示這些繪制，使用者就可以通過(guò)繪制的坐標(biāo)圖直觀地觀察到自身最近的運(yùn)動(dòng)情況。

(3) 運(yùn)動(dòng)量時(shí)間查詢界面設(shè)計(jì)了一個(gè)時(shí)間控件，需要引入的數(shù)據(jù)包有android.widget.DatePicker，android.app.DatePickerDialog，android.app.Dialog，android.app.TimePickerDialog。使用者通過(guò)輸入時(shí)間來(lái)準(zhǔn)確查詢當(dāng)天運(yùn)動(dòng)量。

通過(guò)坐標(biāo)圖和運(yùn)動(dòng)量查詢功能，使用者可以及時(shí)地了解自己的運(yùn)動(dòng)情況，從而根據(jù)自身的情況增加和減少運(yùn)動(dòng)量。

1.4 手機(jī)與上位機(jī)間的通信

在手機(jī)運(yùn)用程序中的開(kāi)始運(yùn)動(dòng)按鈕中，設(shè)置連接遠(yuǎn)程上位機(jī)服務(wù)器的操作，在點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)按鈕的同時(shí)，后臺(tái)通過(guò)socket與指定的IP地址和端口號(hào)連接并建立數(shù)據(jù)流。在停止運(yùn)動(dòng)按鈕中設(shè)置運(yùn)動(dòng)信息的發(fā)送功能，當(dāng)點(diǎn)擊停止運(yùn)動(dòng)按鈕后，后臺(tái)發(fā)送運(yùn)動(dòng)信息到上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于遠(yuǎn)程健康管理中心能及時(shí)了解使用者的運(yùn)動(dòng)情況，并可以根據(jù)使用者的身體情況制定適合的運(yùn)動(dòng)量反饋給使用者。斷開(kāi)連接的操作復(fù)寫(xiě)到onPause()函數(shù)中，當(dāng)退出該程序時(shí)直接關(guān)閉socket連接和數(shù)據(jù)流發(fā)送[1]。手機(jī)端socket連接上位機(jī)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛄鞒倘鐖D3所示。

在上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，應(yīng)用VC6.0程序新建一個(gè)線程，后臺(tái)監(jiān)聽(tīng)手機(jī)端發(fā)送的使用者運(yùn)動(dòng)信息，并且將其按使用者的編號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。程序首先建立java虛擬機(jī)，然后查看java程序：jclass cls = env-＞FindClass( "NumFile" )，獲取socket通信端口發(fā)送過(guò)來(lái)的消息jstring result=(jstring)env-＞CallStaticObjectMethod(cls, mid,env-＞NewStringUTF( strUTF8.c_str() ) )，并且對(duì)信息分類(lèi)存儲(chǔ)。socket接受程序命名為NumFile.java。上位機(jī)端socket連接程序流程如圖4所示。

圖3 手機(jī)socket連接程序流程圖Fig.3 The flow chart of mobile phone socket connection program

圖4 上位機(jī)socket連接程序流程圖Fig.4 The flow chart of PC socket connection program

1.5 上位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在上位機(jī)中首先設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)患者基本信息、體檢狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)量計(jì)劃和運(yùn)動(dòng)量四個(gè)信息，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)Fig.5 Database structure of PC

患者基本信息可以使醫(yī)生準(zhǔn)確地了解患者的各種信息，以便根據(jù)患者的情況制定科學(xué)的身體鍛煉強(qiáng)度，再把這個(gè)鍛煉強(qiáng)度反饋給患者，防止患者運(yùn)動(dòng)過(guò)量的情況發(fā)生。體檢狀況可以反映最近一段時(shí)間患者使用該干預(yù)系統(tǒng)以后身體的情況，可以根據(jù)每個(gè)人自己的身體狀況制定運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，從而達(dá)到最好的運(yùn)動(dòng)效果。運(yùn)動(dòng)量信息反映了使用者最近的使用情況，如果運(yùn)動(dòng)量強(qiáng)度太小或者太多時(shí)，遠(yuǎn)程健康管理中心可以及時(shí)反饋信息給使用者，提醒他應(yīng)該加強(qiáng)還是降低鍛煉強(qiáng)度，起到監(jiān)督使用者的作用。

2 結(jié)果

2.1 上位機(jī)通信結(jié)果

在上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)上應(yīng)用VC6.0編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)量干預(yù)系統(tǒng)軟件，監(jiān)聽(tīng)和接收手機(jī)發(fā)送來(lái)的運(yùn)動(dòng)信息并存儲(chǔ)在上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)里。上位機(jī)運(yùn)動(dòng)量干預(yù)系統(tǒng)主界面如圖6所示。

圖6 運(yùn)動(dòng)量干預(yù)系統(tǒng)Fig.6 The invention system of exercise amount

2.2 手機(jī)界面

智能手機(jī)界面有三個(gè)Activity顯示，包括一個(gè)主界面，如圖7所示；一個(gè)運(yùn)動(dòng)量坐標(biāo)顯示界面，如圖8所示；還有一個(gè)運(yùn)動(dòng)量查詢界面，如圖9所示。

圖7 手機(jī)主界面Fig.7 The interface of mobile phone

圖8 運(yùn)動(dòng)量坐標(biāo)圖顯示Fig.8 The coordinates figure shows of exercise amount

3 討論

圖9 運(yùn)動(dòng)量查詢Fig.9 The exercise amount inquires

基于智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)量的行為干預(yù)，可應(yīng)用于行為醫(yī)學(xué)，作為行為治療的新手段。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)量干預(yù)軟件來(lái)幫助用戶，特別是幫助慢性病患者，使他們能科學(xué)地進(jìn)行身體鍛煉。例如對(duì)于肥胖2型糖尿病患者，增加步行運(yùn)動(dòng)量至19 000步/d，7周后與運(yùn)動(dòng)量保持在4 500步/d者相比，不僅能起到明顯的減輕體重作用(減少7．8 kg)，而且可顯著提高胰島素的敏感性[7]。在步行運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，媒體和大眾健康教育者普遍推薦的處方是每天步行10 000步，這一概念可追溯到30多年前國(guó)外的一些商業(yè)口號(hào)、日本步行俱樂(lè)部提出的口號(hào)，也得到了一些研究者的認(rèn)可。但這一目標(biāo)對(duì)于某些人群如老年人和一些慢性病患者可能太高，而對(duì)于兒童(防止肥胖)而言則太低，也就是說(shuō)并不適宜所有人群[8][9]。所以需要健康管理中心結(jié)合使用者的實(shí)際病況和體檢狀況，合理的制定運(yùn)動(dòng)量并觀察使用者的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)于一些特殊慢性病患者要防止因運(yùn)動(dòng)過(guò)量而導(dǎo)致猝死等嚴(yán)重后果；對(duì)于需要身體鍛煉而懶惰的慢性病患者，需要提醒督促。所以健康管理中心這種及時(shí)的有效的監(jiān)督指導(dǎo)，能使使用者進(jìn)行科學(xué)合理的運(yùn)動(dòng)，只有這樣才能到達(dá)最好最安全的運(yùn)動(dòng)效果，從而讓慢性病患者逐步調(diào)整自己的身體狀況。通過(guò)使用該軟件對(duì)用戶長(zhǎng)期的干預(yù)，鍛煉身體的同時(shí)并且糾正自身不良生活習(xí)慣，從而脫離慢性病的困擾，走進(jìn)健康者的行列。

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