本方案展示并阐述了一种基于新技术的膳食评估方法。该方法包括一个内置多个称重传感器和一个视频摄像机的餐盘。该设备的独特之处在于，它能够在一餐过程中自动测量食物和饮料的摄入量以及进食行为。
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摘要
摘要
绝大多数饮食与进食行为评估方法均基于自我报告，这类方法不仅给受试者带来较大负担，而且容易产生测量误差。近年来的技术创新使得开发更为准确、精确且对用户和研究人员而言操作更简便的饮食与进食行为评估工具成为可能。因此，一种新型基于传感器的设备被研发出来，用于评估食物摄入量和进食行为。该设备为一个常规餐盘，配备有一个摄像机和三个独立的内置称重单元。这些称重单元可在进餐过程中持续测量碗、盘和饮水杯的重量。位于正前方的摄像机记录进食行为特征（如咀嚼、吞咽次数），并通过基于人工智能（AI）的自动面部表情分析软件进行处理。餐盘的重量数据与视频信息通过无线接收器实时传输至个人计算机（PC）。通过在特定时间点对上述测量数据进行差值计算，可获得感兴趣的指标，例如摄入量、进食速度和每口食物大小。当前版本餐盘所获取的信息可用于科研目的；未来升级版设备还将有助于提供更加个性化的饮食摄入与进食行为建议。与传统的饮食评估方法不同，该设备能够在进餐过程中直接测量食物摄入，无需依赖记忆或对食物份量的主观估计。因此，该设备适用于日常主餐的食物摄入量及进食行为的测量。未来，这种基于技术的饮食评估方法还可与健康应用程序或智能手表相连接，从而全面掌握运动、能量摄入和进食行为的整体情况。
引言
在营养学研究和膳食实践中，准确评估人们吃什么、吃多少以及如何进食至关重要，这是解决超重和肥胖问题的关键。为了评估膳食摄入量，通常采用传统的自我报告问卷方法，例如食物日记、24小时回顾法或食物频率问卷1。这些方法依赖于自我报告，因此耗时较长，且容易因社会期望性回答、记忆不准确以及食物份量估计困难而产生偏倚2,3。除了评估膳食质量（所摄入的食物种类和数量）外，了解食物的进食方式也十分重要，因为减缓进食速度的进食行为已被证明可防止一餐中的过度摄入4。评估进食行为的金标准是由两名观察者对人们进餐的视频记录进行标注5。该方法劳动强度较大，耗时较长，且无法对行为提供即时反馈。
近年来的技术进步使得在进餐过程中将食物摄入量的自动化测量与进食行为的自动化测量相结合成为可能。为应对这一发展趋势，一种新型的基于传感器的膳食评估方法被开发出来，称为 mEETr，该名称源自荷兰语中的两个词“Meter”（意为：测量装置）和“eet”（意为：进食）的首字母缩写。图1展示了该餐盘及其传感器板的设计。mEETr 是一个普通的用餐托盘，内置三个称重站和一个摄像头支架。每个称重站由三个呈三角形....
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方案
本初步研究在项目启动前已获得瓦赫宁根大学医学伦理委员会（METC）的批准。
警告：所有参与本项目的人员均已签署知情同意书，包括同意使用显示其可见且可识别面部的视频影像。
1. 样本制备与受试者知情同意
- 准备一杯果汁（玻璃杯或杯子）、一份水果酸奶（碗）和一些水果块（盘子）。
注意：这些食物仅用于演示目的（图2）。 - 招募一名同意参与研究的受试者或志愿者。
- 排除佩戴眼镜（无法使用隐形眼镜）和/或面部有毛发（胡须或八字胡）的受试者，以避免测量误差。
- 向受试者说明研究内容及数据采集方式（数据存储、可访问性）。若进行非匿名视频录制，需单独获取许可。在采集数据前，须获得受试者签署的知情同意书。
2. 设备与测量位置的设置
注意：本方案适用于在受控环境（进食实验室）中进行数据采集.
- 确保房间内的光线分布均匀，避免受试者面部出现阴影。
- 录制视频时应避免除受试者外其他人员造成的背景噪音。
- 让受试者坐在桌前的椅子上，桌面高度应略低于受试者胸部。
- 将托盘的无线接收器....
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结果
进食速率较慢（图7）、每一口/每一口摄入量较小（图8）以及咀嚼次数较多（图9）导致沙拉的摄入量低于酸奶和果汁（图6），该结果由 mEETr 餐盘测量得出。与果汁相比，受试者摄入的水果沙拉减少了17%。果汁、酸奶和沙拉三者之间的所有进食行为特征均存在差异（图7、图8、图9）。受试者对水果沙拉的咀嚼显著多于酸奶和果汁。酸奶与水果沙拉之间的咀嚼次数相差达三倍。此外，沙拉的每一口大小最小，为6.5 g/口，而果汁为8 g/ sip。总体而言，咀嚼次数、每一口大小以及进食速率似乎会影响在进食实验室环境中进餐时的食物摄入量。这些发现与其他研究结果一致，即口腔加工时间增加（咀嚼次数更多、每一口更小）会减少食物摄入量
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讨论
健康的饮食和良好的进食行为已被证明在预防和解决超重与肥胖方面起着关键作用11。然而，目前用于测量膳食摄入量和进食行为的许多方法对使用者、研究人员以及医疗专业人员而言都较为繁琐，且可能存在偏差，因为这些方法依赖于记忆和对食物份量的估计。使用mEETr工具，无论是单独使用还是与传统的视频记录和膳食评估方法结合使用，均可减少评估过程中的工作量，同时提高膳食摄入量和进食行为评估的准确性和精确性。
在使用 mEETr 之前，需要解决几个关键步骤。一个基本的方法学考虑是与录制视频的面部分析相关的隐私问题。参与者的匿名性是伦理研究的一个重要特征。然而，由于面部分析是 mEETr 的一部分，实现完全匿名几乎不可能16。因此，在研究环境中使用 mEETr 需要制定严格的数据安全措施，并且必须在知情同意书及其他参与者文件中予以特别关注。最终，在 mEETr 的升级版本中，面部记录将在设备内部实时处理，而不会存储视频数据。因此，无需存储面部记录，从而可以实现匿名数据采集。
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披露
mEETr 设备及其配套软件是与商业合作伙伴 Noldus Information Technology 合作开发的。作者声明无利益冲突。
致谢
感谢瓦赫宁根大学与研究机构的技术开发工作室 J. M. C. D. Meijer 在 mEETr 培养皿开发过程中提供的帮助。本研究由荷兰四所理工大学联合资助，属于 4TU-Pride and Prejudice 项目。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 电池 | na | na | 电池组（LiPo）并通过 USB 接口连接充电电路。该端口无数据传输功能。 |
| 编程连接器 | Noldus | Noldus Information Technology 软件仪表盘 nview | |
| 餐盘 | na | na | 标准玻璃纤维增强环氧树脂餐盘 |
| 大尺寸秤 | na | na | 一种基于三力传感器方法定制的高量程秤。 |
| 主控板 | na | na | 主控板将三个秤的测量值转换为校准后的重量数值。该板还包含低功耗短距离射频发射器。 |
| 操作系统 Windows | Microsoft | Windows 10 Pro 64 位 | |
| 处理程序 | Noldus | Noldus Information Technology 软件 FaceReader | |
| 接收程序 | Noldus | Noldus Information Technology 软件 Observer | |
| 射频接收器 | na | na | 定制的 USB 转换器，连接至射频接收器。该接收器具有静噪设置，可使其对短距离信号敏感。 |
| 小尺寸秤 | na | na | 两种基于三力传感器方法定制的低量程秤。 |
参考文献
- Burrows, T. L., Ho, Y. Y., Rollo, M. E., Collins, C. E. Validity of dietary assessment methods when compared to the method of doubly labeled water: A systematic review in adults. Frontiers in Endocrinology. 10, 850(2019).
- Brouwer-Brolsma, E. M., et al.
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重印与许可
勘误
Formal Correction: Erratum: Concept Development and Use of an Automated Food Intake and Eating Behavior Assessment Method
Posted by JoVE Editors on 6/24/2021. Citeable Link.
An erratum was issued for: Concept Development and Use of an Automated Food Intake and Eating Behavior Assessment Method. An author name was updated.
The name was updated from:
Cees de Graaf
to:
Kees de Graaf
