DietPal:一个基于web的膳食菜单生成和管理系统

介绍

规划营养又可口的菜单是一项复杂的任务，自20世纪60年代初以来，研究人员一直试图将其电脑化。1，2］．虽然近年来已经开发了许多菜单计划系统，但这些系统主要用于帮助健康个体计算他们的卡路里摄入量，并根据预先指定的卡路里值来帮助监控菜单的选择。此外，其中一些系统没有解决营养师在咨询患者时采用的标准做法和程序。然而，为病人规划营养菜单与为健康人规划菜单是不一样的。病人在设计菜单时需要营养师的建议和指导。另一方面，营养师在会诊病人的过程中，可能需要参考病人的病史和饮食史、饮食回忆、生化数据和人体测量数据。为患者制定合适的饮食计划和菜单。例如，适合糖尿病患者的菜单是根据患者的卡路里需求(使用体重和身高等人体测量数据确定)构建的。检查患者的血糖控制，以决定精制糖的允许量。最后，获得特定患者的饮食史是必要的，以便考虑诸如饮食习惯和偏好等因素。 Therefore, an ideal menu-planning system should not only contain information about foods and menus but should also incorporate other related information for the purpose of decision making by dietitians (as discussed earlier).

鉴于现有系统的功能有限，本文根据营养师在管理患者时遵循的标准程序和实践，并基于开发系统之前进行的用户需求研究，描述了基于web的自动菜单生成系统的开发。该项目是信息科学与技术学院和联合健康科学学院之间的合作项目(见“致谢”以获取资助信息)。

目前，该系统旨在供营养师和卫生专业人员使用，以提取患者的饮食回忆，并根据患者的饮食习惯和营养需求设计合适的菜单。

相关研究与开发

如前所述，已经有许多菜单生成系统或饮食分析程序可用，或者作为基于web的应用程序实现[3.-8]或传统的信息系统[9-11］．

回顾了一些系统，如基于案例的菜单计划(CAMP) [12]、智能菜单选择模式调节器(PRISM) [13]和规则强化CAMP (CAMPER) [11——采用人工智能领域的技术;

• CAMP使用基于案例的推理(CBR)技术向用户建议菜单。CAMP使用过去的菜单，这些菜单是从有信誉的来源编译的，并根据需要进行修改，以确保它们符合rdi(参考每日摄入量)和美国人饮食指南和审美标准[10］．由CAMP生成的菜单是基于营养成分、服务类型和零食数量。
• PRISM使用规则来生成菜单。这些规则主要与菜单和用餐模式有关。
• CAMPER是CAMP和PRISM采用的技术的集成。因此，除了使用基于案例的推理技术外，CAMPER还使用规则或“what if”分析模块来增强菜单建议活动。

与其他被审查的系统相比，我们的系统显示出的主要有趣和显著的特征是它使用了马来西亚，特别是马来西亚国立大学医院的营养师目前坚持的完整饮食管理系统。此外，我们的系统利用了当前先进的互联网技术，将系统的实现视为一个基于web的应用程序。这在一定程度上增加了系统的外延，供同一医院或其他地点的营养师和卫生专业人员使用。该系统还能够存储和组织患者的饮食记录和其他健康饮食相关信息。这种能力将允许营养师在整个咨询期间有效地评估或监测患者的饮食变化。

方法

用户信息需求研究和功能规范

在开发该系统之前，在马来西亚巴生谷的营养师中进行了一项用户需求研究[14) . .用户需求研究包括2项独立调查。对营养师的第一次调查是关于计算机知识和使用，信息搜索活动，以及对饮食管理所需信息的评估和对饮食制度依从性的评估。第二项调查包括对营养师的半结构化访谈，以提取菜单建议过程的知识和工作流程。

DietPal的发展

DietPal是作为一个基于网络的系统开发的，目的是扩大服务范围，特别是在农村地区。使用的主要脚本语言是Active Server Pages (ASP)以及其他脚本语言，主要是VBScript和JavaScript。

DietPal的开发考虑了用户需求研究的主要发现和营养师目前坚持的咨询流程。

后评价

初步的后评估是通过向直接参与管理马来西亚国立大学医院病人的10名营养师分发书面调查来进行的。

结果

用户信息需求研究和功能规范

在第一次调查中，向93名在马来西亚营养师协会注册的临床营养师发放了问卷;52名受试者(56%)回应。问卷中有这样一个问题:“你寻求哪些信息项目来支持饮食制度的决策和评估”，其中列出了10个项目表1参与者被要求分配1到5分的评分(1 =最不可能寻求，5 =最可能寻求)，用来确定所需的信息。以类似的方式，参与者被问及他们需要哪些信息项目来监控患者的依从性(表2）.

表1和表2介绍从用户需求研究中获得的部分结果。由于问卷是自我管理的，并非所有52名受试者都回答了所有项目;因此，丢失数据是不可避免的。

的结果表1和表2，根据得分平均值，最常用于支持决策的信息是医疗诊断、当前体重和身高、营养需求、生化值和饮食回忆。

据报道，监测患者依从性的最相关指标是生化值、食物摄入变化、对饮食方案的依从性和体重变化。

第二项调查涉及对来自政府、大学医院和私立医院的14名临床营养师进行人种学观察，这些营养师进行个人饮食咨询。这项研究类似于信息工程活动，其中的任务是提取知识和为患者生成菜单的工作流程。在这种情况下，14名营养师在进行日常活动时接受了采访和观察。该调查还旨在验证第一次调查的结果，并确定在菜单建议过程的哪个阶段使用了“经常寻求”的信息项。这项调查的结果是马来西亚营养师目前使用的菜单建议流程，如图所示图1．

‎ 查看此图

菜单生成和管理与DietPal

如DietPal的系统架构所示(图2)，系统由5个数据库组成，其中有管理模块和菜单生成模块两个主要模块。管理模块旨在管理与患者个人和医疗信息有关的信息，并评估患者对饮食制度的遵守情况。菜单生成模块旨在交互式地帮助用户为患者规划合适的菜单和饮食计划。患者数据库用于存储患者的信息，包括个人数据、人体测量和生化数据、医疗记录和饮食召回信息。这个数据库在管理模块中被大量使用。食品成分数据库包括有关食品和营养成分的信息，这些信息摘自《马来西亚食品成分表》中的宏量营养素和微量营养素。这个数据库用于食品分析。饮食计划/菜单数据库包括针对特定疾病的治疗菜单;这些菜单是从信誉良好的来源获得的，并得到了营养师的认可。

当对现有患者使用DietPal时，营养师首先需要更新人体测量数据，特别是体重;这是记录自上次会议以来病人的任何重要变化。如果当前的生化数据可用，这些数据也将由营养师记录;这是为了监测患者的进展，以评估患者对先前建议的菜单的依从性。有关任何新的医疗诊断和当前药物的信息(如果有的话)也将被记录下来。对于新患者，要求营养师在系统中对患者进行正式登记;将记录姓名、出生日期、地址、职业等与现有患者类似的信息。

‎ 查看此图

下一步包括获取患者的饮食回忆，以评估患者对饮食制度的遵守情况，并协助营养师根据患者的饮食习惯规划合适的菜单。在正常情况下，营养师会记录患者最多7天的饮食回忆。在这种情况下，营养师将与患者面谈，并选择存储在食物成分数据库中的可用食物。对于数据库中没有的食物，营养师将根据卡路里含量选择其他类似类型的食物。DietPal将自动计算平均1天的宏量营养素和微量营养素水平。除此之外，DietPal还允许用户根据基础代谢率(BMR)、体力活动和压力因素将宏量营养素水平与个人卡路里需求进行比较，而微量营养素摄入量则与马来西亚推荐膳食摄入量(RDA)进行比较。[15根据病人的性别和年龄组来确定营养成分。饮食回忆的任务对于评估患者对饮食方案的依从性很重要，但是，由于这个过程很耗时，营养师可以跳过它，直接进入菜单生成功能。

菜单生成从DietPal自动计算身体质量指数(BMI)开始，并提供关于患者是否正常、肥胖或体重过轻的建议。简单的规则被用来做这样的决定。DietPal还显示人体测量信息，以帮助营养师做出决定。有两种方法可以自动生成每个病人的能量需求:

• 基于基础代谢率(BMR)估算能量需求的预测方程(表3)、压力因子(表4)、活动因子(表5）.需要量的计算公式如下[16:能量需要量= BMR ×应激因子×活性因子。
• 快速法，计算公式如下:能量需要量=体重(kg) ×快速法系数(kcal/kg)

基于体重状况和身体活动的快速方法因子的值显示在表6［17］．

一旦确定了能量需要量，就会计算出大量营养素的需要量(能量分配为3种大量营养素，见表7）.在这种情况下，营养师将提供碳水化合物、蛋白质和脂肪的百分比(C-P-F)， DietPal将根据特定患者的能量需求自动计算碳水化合物、蛋白质和脂肪的千卡数和克数。值表7是系统提供的默认值;源自《马来西亚膳食指南》[18］．然而，营养师可以根据病人的需要改变这些值，如图3．如果所有营养素的总百分比超过100%或低于100%，则向用户提供错误信息。根据这些营养百分比，系统会自动生成卡路里和克数。

‎ 查看此图

下一步需要营养师按食物组和餐点设计交换表。交换表描述了每个食物组的部分，以预先确定的碳水化合物、蛋白质和脂肪为基础。例如，一份谷物食物组的食物含有15克碳水化合物，2.0克蛋白质和0.5克脂肪。在这种情况下，DietPal将首先根据马来西亚营养师目前使用的标准计算建议一个交换表。允许用户根据患者的需要改变任何交换部分;DietPal会相应地更新碳水化合物、蛋白质、脂肪和能量的含量。一旦成功制作出按食物分组的交换表，营养师将继续设计按食物分组的交换表。在这种情况下，营养师需要填写相关用餐时间的交换部分。DietPal将检测可能发生的任何不一致，例如，如果分配的交换部分数量不等于总交换。

作为上述过程的替代方案，营养师可以按食物和膳食检索存储在Diet Plan数据库中的现有标准交换表。迄今为止，DietPal有许多由马来西亚国立大学医院联合健康科学学院的营养师设计的饮食计划，从1200千卡到2000千卡不等。图4说明了1600千卡标准饮食计划按食物和膳食的交换表的输出。宏量营养素的分配是基于每个食物组的预先交换范围(即谷物，8-14交换;水果，2次交换;脱脂牛奶，1-2份;蔬菜最少2份;肉，1-2个交换;鱼，2个交换;和石油，6-10交换)。使用现有的饮食计划大大减少了设计这种食物分配表的时间。

菜单建议将在上述所有步骤完成后做出。目前，dietpal提供了两种可行的方法——要么营养师根据营养需求和交换表设计菜单，要么他们可以从案例库中检索和重用已有的菜单。从各食物组别的交换津贴(图4)，营养师便可根据马来西亚食物成分表制作合适的菜单。或者，营养师可以根据患者的营养需求和疾病状态检索先前存在的菜单。营养师可以根据患者的适合性编辑或修改检索到的菜单。输出菜单(手工设计或从Case Base检索)将存储在Case Base中以供将来使用。营养师可以为患者设计或检索不止一份菜单。图5演示了使用DietPal生成菜单计划的示例。

‎ 查看此图

‎ 查看此图

在没有指定的合格营养师的农村地区，保健中心的医疗专业人员会发现，已有的菜单对于为患有某些疾病的病人提供建议很有用。设计的菜单只适合非素食者，因为素食主义在马来西亚社会中并不突出。

DietPal的功能分布到许多不同级别的菜单(页面)，如图6，这与前面描述的菜单建议活动相对应。

‎ 查看此图

后评价

在马来西亚国立大学医院直接参与患者管理并使用该系统的10名营养师中进行了初步评估。这个评估的结果在表8，其中1表示非常不同意/不满意，5表示非常同意/满意。评估过程中使用的类别来源于[19-21］．

结果表8显示系统在所有评估类别中的得分高于平均水平，用满足用户需求得分最高。这些结果表明，平均而言，营养师对系统生成和管理膳食菜单的整体能力感到满意。

讨论

在与健康有关的应用中采用互联网或基于网络的技术仍然远远落后于其他领域的采用[22］．预计如果认真研究通过互联网和万维网进行的通信，就可以提高提供保健和服务的效率[23］．

DietPal是一款针对患者的膳食菜单生成和管理系统，具有简单的智能功能，可以根据患者的能量需求设计和生成合适的饮食计划和菜单。将该系统与其他类似的基于网络的系统(如由国家健康、肺和血液研究所(NHLBI)开发的菜单规划器)进行比较[6];营养分析工具(NAT) [7]，由伊利诺伊大学食品科学与人类营养系提供的公共服务系统;及DietSite.com [8]，由Dietsite.com inc .提供，该系统有几个显著特点:

• 存储和检索与患者相关的历史数据的能力，可用于评估患者对饮食制度的遵守情况
• 检索先前存在的菜单，以满足现有患者的需求
• 能够根据建议的菜单监测每个病人的进展

目前正在对该系统进行更严格的测试和评估。根据这里报告的初步经验，我们认为它有可能提供以下重大贡献:

• 协助提高保健服务的质量，并以最低的费用改善城市，特别是农村地区的服务。
• 为患者提供健康菜单标准。因此，特别是农村地区的医院和诊所将能够访问一个最新的数据库，具体说明某些病人的需要。
• 优化营养师计算营养摄入和能量需求的时间，并生成交换表和菜单。因此，营养师将有更多的时间向患者进行营养教育。我们会就营养师或卫生专业人员使用该系统的成本效益进行研究。

我们正在进行的工作包括应用人工智能技术，为患有糖尿病、高脂血症、肥胖和高血压等疾病的患者智能地生成合适的菜单。我们正在探索基于案例的推理技术，在这种技术中，通过寻找相似的过去案例来解决新问题，并在新的问题情境中重用它们[24］．尽管这种技术已经在CAMP中使用[12]及CAMPER [11]，我们的做法与这两者有以下不同:

• 我们将考虑四种主要疾病(糖尿病、高脂血症、肥胖和高血压)来制定所需的饮食计划或菜单。
• 由于马来西亚是一个多种族的国家(例如，马来人、华人、印度人)，我们需要根据各自的种族来考虑菜单。
• 在提供合适的菜单时，我们会考虑患者的饮食回忆以及患者的饮食交流情况。