JP2016165406A - 生体インピーダンス測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体の腔内に安全に挿入され、電極を安全かつ適切に腔壁に当接することができ、低侵襲かつ精度の高い測定が可能な生体インピーダンス測定装置を提供する。【解決手段】軸方向に延伸する４個の長孔を有し腔内に挿入される中空の本体部１０と、本体部１０に軸方向に摺動可能に挿入される操作部１２と、操作部１２の本体部１０へ挿入される端部近傍周りに所定間隔で略一列に配設され、操作部１２を本体部１０へ挿入することにより、腔壁方向に突出して腔壁に当接される４個の電極１５と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、生体の腔内のインピーダンスを計測する生体インピーダンス測定装置に関する。

生体のインピーダンスを計測する生体用のインピーダンス測定装置としては、例えば特許文献１に開示されているものがある。この生体インピーダンス測定装置は、金属板で構成される電極を生体に当接させて、生体への電流の印加や電圧の測定を行うものである。

しかしながら、このような金属板からなる電極を用いた生体インピーダンス測定装置を生体の腔内、例えば口腔や肛門等に用いようとすると、電極が生体インピーダンス測定装置の表面に露出しているため、生体の腔内への挿入時や、測定時の腔内の壁（腔壁）への侵襲性が高く、また、腔壁に電極を確実に当接することは困難である。

特開２００７−１１７６２４号公報

本発明は、上記課題に鑑み創作されたものであり、生体の腔内に安全に挿入され、電極を安全かつ適切に腔壁に当接することができ、低侵襲かつ精度の高い測定が可能な生体インピーダンス測定装置の提供を目的とする。

本発明は、生体の腔内のインピーダンスを計測する生体インピーダンス測定装置を提供する。この生体インピーダンス測定装置は、
周方向に略等間隔で配設され軸方向に延伸する４個の長孔を少なくとも１組有し腔内に挿入される中空の本体部と、
前記本体部に軸方向に摺動可能に挿入される操作部と、
前記操作部の本体部へ挿入される端部近傍に周方向に略等間隔で略一列に配設され、前記操作部を前記本体部へ挿入することにより、腔壁方向に突出して腔壁に当接される４個の電極を少なくとも１組と、
を備え、腔壁におけるインピーダンスを測定するものである。

また、前記各電極は、前記操作部が前記本体部に挿入される長さに応じて、前記本体部が有する長孔から該本体部の表面よりも腔壁側に突出するように構成される。

詳しくは後述するが、上記により、前記本体部が腔内へ挿入された後、前記操作部を前記本体部に挿入操作したときにのみ、前記電極が所定の量だけ腔壁方向に突出して腔壁に当接される。これにより、本生体インピーダンス測定装置を腔内へ挿入する時の、ヒトや動物など生体への負担を軽減することを実現し得る。

また、前記本体部に前記操作部を挿入するのみの容易な操作により、電極を略等間隔で略同列に、かつ所望の量だけ腔壁側に突出させることが可能となり、電極の腔壁への十分かつ確実な当接が担保される。従って、低侵襲性的かつ高精度の測定が可能となる。

尚、前記各電極の腔壁側の先端部は、略半球形状を形成することが望ましい。

詳しくは後述するが、本発明の生体インピーダンス測定装置の測定対象となる生体の腔壁は、腔内から見て概ね略Ｒ形状を有する。したがって、各電極を略半球形状とすることにより、腔壁の略Ｒ形状と適合して、電極の腔壁へのより十分な当接が可能となる。また、電極の腔壁への接触箇所の形状が滑らかであるため、前記電極の腔壁に対する侵襲性の問題を回避し得る。

また、本発明の生体インピーダンス測定装置では、前記本体部と、前記各電極との軸方向の位置決め手段を備えることが望ましい。

詳しくは後述するが、上記により、同一固体の生体で定期的にインピーダンスを測定する場合、測定の都度、容易に前記電極を腔壁の所定の位置に当接させてインピーダンスを測定できる。結果、後述する４電極法での測定を経時的に繰り返し行う場合に、高精度なデータを得ることが可能となる。

尚、本発明の生体インピーダンス測定装置では、前記電極を一端に支持し他端が前記操作部の端部近傍に固定されるサポート部を備えても良く、該サポート部は弾性材料で形成されることが望ましい。

詳しくは後述するが、上記の構成として前記操作部と前記電極との間に該サポート部を介在させることで、生体インピーダンス測定装置による腔壁への侵襲性を低減させつつ、前記サポート部の弾性により、前記電極を腔壁に十分に当接させることが可能となる。

上述するように、本発明の生体インピーダンス測定装置によれば、生体の腔内に挿入後に電極が腔壁方向に突出されて、腔壁の所定の位置に確実に当接される。結果、低侵襲にかつ精度の高いインピーダンスの測定が可能となる。また、電極の先端部が略半球形状であることから、腔壁への電極の当接が十分かつ安全となり、生体の腔内のインピーダンスを、低侵襲性的かつ高精度で測定することを達成し得る。

本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、非測定時の状態を腔内側（周方向）から見た写真図である。 本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内側（周方向）から見た写真図である。 本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内の奥壁（軸方向）から見た写真図である。 本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内側（径方向）の別の角度から見た写真図である。 本発明の別実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内側（周方向）から見た写真図である。

以下に、本発明の生体インピーダンス測定装置３０の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の非測定時、即ち腔内への挿入時及び抜去時の状態を腔内側（周方向）から見た写真図であり、図２は、測定時の状態を腔内側（周方向）から見た写真図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内の奥壁（軸方向）から見た写真図である。
尚、図１〜図５において、下２桁が同一な番号は、同種の部材を示している。

《生体インピーダンス測定装置の構成》
本発明の生体インピーダンス測定装置（以下、「生体プローブ」とも称する）３０は、図１に示すように、概ね本体部１０と、操作部１２と、電極１５と、電気配線１７とで構成される。この電極１５は、図２に示すように、１５ａ〜１５ｄの４個が備えられる。また、本体部１０には、図１及び図２に示すように、４個の長孔１１を１組有する。この長孔１１は、本体部１０の周方向に略等間隔に配設され、各々軸方向に延伸している。

また、図２の各電極１５ａ〜１５ｄには、それぞれ電極を構成する伝導部１５ｅを介して電気配線１７が接続される。この配線１７は、例えば操作部１２に配設された配線用穴（図示せず）を介して検出器（図示せず）に接続され、後述する４電極法により腔壁のインピーダンスが測定される。

この電極１５を構成する伝導部１５ｅの一端には、電極１５が配設される。また、他端は、電極１５が周方向に略等間隔で、かつ略一列となるように、操作部１２の本体部１０へ挿入される端部の近傍に固着される。

尚、本体部１０の先端近傍は、図１に示すように略球状の曲面に形成されることが好ましい。これにより、生体プローブ３０を生体の腔内へ挿入する際の侵襲性が低減される。

また、この本体部１０の先端近傍には、少なくとも１つのエア抜き孔１８が配設されることが好ましい。これにより、生体プローブ３０の腔内への挿入及び／又は抜去時に、本体部１０と腔との間に正圧及び／又は負圧が生じることが防止される。結果、生体プローブ３０の挿入及び／又は抜去時に、腔内と腔外との圧力差に起因する、腔壁等に対する侵襲性を低減できる。

《腔壁のインピーダンスの測定方法》
ここで、図１に示す生体プローブ３０による腔壁のインピーダンスの測定方法について詳細に説明する。図１に示す非測定時、即ち腔内への挿入時及び抜去時の状態では、本体部１０の開放端に操作部１２の一部が摺動可能に挿入されている。また、図１の状態では、電極１５及び伝導部１５ｅは本体部１０に収納されている。これにより、図２に示す電極１５及び伝導部１５ｅを腔壁（図示せず）等に接触させることなく腔内へ導入することが可能となり、低侵襲性的な測定を達成し得る。

腔壁のインピーダンスの測定は、まず、図１に示すように、電極１５及び伝導部１５ｅが本体部１０に収納された状態で、生体プローブ３０を構成する本体部１０を、所定の位置まで腔内へ挿入する。挿入後、操作部１２を、図２に示すように、本体部１０の所定の位置まで挿入操作する。

上記により、図３に示すように、電極１５は伝導部１５ｅの材料、例えば銅合金の弾性により本体部１０の表面より腔壁方向に突出されて、腔壁（図示せず）に当接する。

このとき、図３に示すように、各電極１５の間隔Ｓ（Ｓ１〜Ｓ３）は、操作部１２の本体部１０への挿入量が一定であれば、一定かつ略同一となる。

詳述すると、上述したように図２に示す本体部１０は、その周方向に略等間隔に配設され軸方向に延伸する４個の長孔１１を１組、有する。また、各電極１５ａ〜１５ｄは、それぞれ伝導部１５ｅを介して操作部１２の端部近傍に、電極１５が周方向に略等間隔、かつ略一列となるように固着されている。

さらに、操作部１２は、本体部１０が有する４個の長孔１１と、伝導部１５ｅを介して操作部１２に固定された各電極１５ａ〜１５ｄと、の周方向の位相が一致するように、本体部１０に挿入される。

また、各電極１５ａ〜１５ｄと操作部１２とを連結する伝導部１５ｅは、同一材料により略同一形状に形成される。

上記の構成により、図２に示す各電極１５ａ〜１５ｄは、操作部１２が本体部１０に挿入される長さに応じて、本体部１０が有する長孔１１から突出する。したがって、操作部１２の本体部１０への挿入量が一定の場合、各電極１５ａ〜１５ｄの周方向の間隔は、一定かつ略同一（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３）となる。また、各電極１５ａ〜１５ｄは、本体部１０の周方向に略一列となる。

上記により、電極１５を腔壁に当接させるために必要な、操作部１２の本体部１０への挿入長さが、例えばインピーダンスを測定する生体の個体差等によって異なる場合でも、各電極１５ａ〜１５ｄの間の周方向の間隔を略同一に維持しながら、本体部１０の周方向に略一列に位置させることが可能となる。

上述してきた手順で図１の生体プローブ３０を腔内へ挿入し、図３の電極１５を腔壁に当接させた後、腔壁におけるインピーダンスが測定される。本発明の生体プローブ３０では、インピーダンスの測定法として汎用されている４電極法を用いる。

一般に、この４電極法では、図３に示す電圧測定用の電極対である電極１５ｂと１５ｃとの間の間隔が一定であり、かつ、この電圧測定用の電極対１５ｂ，１５ｃと、電流付加用の電極対である上記電極１５ａ，１５ｄとが、同列に配設されることが重要である。

詳述すると、４電極法では、電極１５ａと１５ｄとの間に電流Ｉを付加し、電極１５ｂと１５ｃとの間の電圧Ｖを測定する。図示しない検出器によって、この電圧値Ｖと、電流値Ｉとの比をもとにインピーダンスが検出される。したがって、電極１５ｂと１５ｃとの間の間隔が一定であること、及び各電極１５ａ〜１５ｄが同列に配設されることの重要性が理解されよう。

本実施形態の生体プローブ３０では、上述し図２に示すように、４個の電極１５（１５ａ〜１５ｄ）は、インピーダンスの測定時の状態において、本体部１０の表面周方向に沿ったラインＸ-Ｘ上に略同列に配設される。また、上述し図３に示すように、４個の電極１５の間隔は略同一に配設される。これにより、腔壁のインピーダンスの高精度な測定を実現し得る。

尚、各電極１５ａ〜１５ｄの腔壁側の先端部は、略半球形状に形成されることが望ましい。また、図３に示すように、電極１５は円柱形で、その腔壁側の先端部を略球形状に面取り加工したものでも良い。

先述したように、本発明の生体プローブ３０の測定対象となる生体の腔壁は、腔内から見て略Ｒ形状を有する。また、上記腔壁、例えば直腸壁等は大小の凹凸を有する。

各電極１５ａ〜１５ｄ、又は１５ａ〜１５ｄの腔壁に当接される先端部を略半球形状とすることにより、腔壁の略Ｒ形状と適合して、電極の腔壁へのより十分な当接が可能となる。また、電極１５の腔壁の接触箇所が滑らかであることにより、腔壁が凹凸を有する場合も、それらを侵襲することなく、電極１５を確実に測定部位に当接させることができる。結果、電極１５により腔壁を侵襲することなく、腔壁のインピーダンスを正確に測定し得る。

また、本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内側（径方向）の別の角度から見た写真図である図４に示すように、本実施形態の生体プローブ３０では、本体部１０と、電極１５との軸方向の位置決め手段、一例としてネジ２０と、本体部１０に位置決め用長孔２２とが備えられる。

インピーダンスの測定時には、予めネジ２０を、位置決め用長孔２２を介して操作部１２に配設されたネジ穴（図示せず）に仮締めされた状態しておく。次に、操作部１２を本体部１０に所定位置まで挿入し、各電極１５ａ〜１５ｄを腔壁に当接させる。その状態で、ネジ２０を締め込むことにより、本体部１０と操作部１２とが軸方向へ摺動不能に固定される。

これにより、上述したように操作部１２の端部の近傍に配設された４個の電極１５（１５ａ〜１５ｄ）を、図３に示すように、本体部１０から突出して各電極１５ａ〜１５ｄの間隔が略同一（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３）となった状態で固定することができる。また、同時に、この４個の電極１５（１５ａ〜１５ｄ）を、図２に示し上述したように本体部１０の表面周方向に沿ったラインＸ-Ｘ上に略一列となった状態で固定することができる。

定期的に生体のインピーダンスの測定を行おうとする場合、例えば予備測定時に、図４の本体部１０を先端から腔内へ挿入し、インピーダンスの測定に適した腔壁の位置を確認したうえで、図４に示すように操作部１２に配設されたネジ２０の位置を、長溝２２の周縁にマーキング（図４にＡとして示す）する。また、本体部１０の挿入長さを、本体部１０の表面にマーキング（図４にＢとして示す）する。

本測定時には、まず、生体プローブ３０を、本体部１０の表面のマーキングＢの位置まで腔内へ挿入する。次に、ネジ２０がマーキングＡの位置に到達するまで操作部１２を本体部１０へ挿入操作し、ネジ２０を締めこんで本体部１０と、電極１５との軸方向の相対位置を固定する。

上記により、定期的にインピーダンスの測定を行う場合において、都度、電極１５をインピーダンスの測定に好適な腔壁の所定の位置に容易に当接して、腔壁のインピーダンス測定を行うことが可能となる。また、測定中に意図せず操作部１２に触れた場合等も、本体部１０と、電極１５との軸方向の相対位置が固定されているため、電極１５の配設間隔が変化することを防止できる。結果、４電極法を適正に利用して、腔壁のインピーダンスを高い精度で測定することを達成し得る。

尚、上記ではインピーダンスの測定に適した腔壁の位置を確認して、図４に示したようにネジ２０の位置や本体部１０の挿入長さをそれぞれマーキングすることとしたが、予め長溝２２の周縁や本体部１０の表面周囲に目盛りを印字する等して、記録媒体、例えばカルテ等に記録すれば、次回以降のインピーダンス測定時に、別固体の生体プローブ３０を使用する場合にも、腔壁の同じ位置で測定を行うことが容易に可能となる。

また、例えばネジ２０の軸部（図示せず）と、本体部１０に配設される位置決め用長孔２２との周方向のクリアランスを、本体部１０と操作部１２とが摺動可能な程度縮小して、本体部１０と、電極１５が固定された操作部１２とのし相対回転を抑制することも可能である。

結果、インピーダンス測定中に電極１５と腔壁との当接位置が、意図せず移動することを防止でき、より確実なインピーダンスの測定を担保しながら、腔壁に対する侵襲のさらなる低減を実現し得る。

また、本実施例では、図３に示す各電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、操作部１２の周方向に略等間隔（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３）で、略一列に配設されており、電極１５ａ〜１５ｄは等間隔としたが、発明者の知見によると、電流付加用の電極１５ａと、それに隣接される電圧測定用の電極１５ｂ、及び電流付加用の電極１５ｃとそれに隣接される電圧測定用の電極１５ｄ、との間隔は同一でなくても良い。

換言すると、図３においてＳ１とＳ３とを同一にしない場合も、インピーダンスの測定は適正に行うことができる。

《別実施形態の生体インピーダンス測定装置の構成》
尚、本発明の別実施形態に係る生体インピーダンス測定装置の、測定時の状態を腔内側（周方向）から見た写真図である図５に示すように、電極１５を支持するサポート部２４を備えても良く、サポート部２４は弾性材料で形成されることが望ましい。

詳述すると、図５に示す生体プローブ１３０では、各電極１１５ａ〜１１５ｃ及び図示しない電極１１５ｄと、操作部１２との間に、弾性材料で形成されたサポート部２４を各々備える。

このサポート部２４の一端には、電極１１５ａ〜１１５ｃ及び図示しない電極１１５ｄがそれぞれ溶着や接着等で固定される。また、サポート部２４の他端は、操作部１２の先端近傍に固定される。サポート部２４は、一端が電極１１５に接続された電気ハーネス（図示せず）をそれぞれ具備しており、操作部１２の先端近傍で電気配線１７と接続される。

上記のように、操作部１２と電極１１５との間に弾性を有する材料、例えばゴムや樹脂等で形成されたサポート部２４を介在させることにより、図４に示すような金属製の伝導部１５ｅと腔壁等との接触を確実に防止して侵襲性を低減させつつ、サポート部２４の弾性により、各電極１１５を腔壁に十分に当接させて、インピーダンスを正確に測定することが可能となる。

尚、上記ではサポート部２４に電気ハーネス（図示せず）が具備されることとしたが、図４に示すような、電極１５を構成する平板状の伝導部１５ｅの周囲を、例えばシリコーンゴム（図示せず）等で被覆した場合も、各電極１５は、伝導部１５ｅの材料、例えば銅合金とシリコーンゴムとの弾性により腔壁方向に突出して腔壁に確実に当接され、同様な効果を得ることが可能である。

尚、上述してきた実施形態では、本体部１０に４個の長孔１１を１組と、操作部１２に４個の電極１５を１組と、を備えることとしたが、それぞれを複数組、備えても良い。このとき、複数組の長孔１１と電極１５とは、周方向に位相を相違させて配設されても良いし、軸方向の位置を相違させて配設されても良い。

上記により、腔内の周方向や軸方向に異なる位置の腔壁のインピーダンスを同時に測定することができ、結果、測定の効率を向上させたり、測定データの精度を向上することが可能である。

本発明の生体インピーダンス測定装置３０，１３０は、生体情報の収集として腔内インピーダンスの測定に用いることが可能であり、例えば、直腸癌、直腸膣壁弛緩等や逆流性食道炎等の消化器系の疾病の原因を特定するための直腸内、食道内壁等のインピーダンス測定に用いることができる。

以上、本発明の生体インピーダンス測定装置についての実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が得られることが当業者は理解できるであろう。

１０ 本体部
１１ 長孔
１２ 操作部
１５ 電極
１５ａ，１５ｄ 電流付加用の電極
１５ｂ，１５ｃ 電圧測定用の電極
１５ｅ 伝導部
１７ 電気配線
１８ エア抜き孔
２０ 位置決め手段
２２ 位置決め用長孔
２４ サポート部
３０ 生体インピーダンス測定装置

Claims (5)

1. 生体の腔内のインピーダンスを計測する生体インピーダンス測定装置であって、
   周方向に略等間隔で配設され軸方向に延伸する４個の長孔を少なくとも１組有し腔内に挿入される中空の本体部と、
   前記本体部に軸方向に摺動可能に挿入される操作部と、
   前記操作部の本体部へ挿入される端部近傍に周方向に略等間隔で略一列に配設され、前記操作部を前記本体部へ挿入することにより、腔壁方向に突出して腔壁に当接される４個の電極を少なくとも１組と、
   を備え、
   腔壁におけるインピーダンスを測定するための生体インピーダンス測定装置。
2. 前記各電極は、前記操作部が前記本体部に挿入される長さに応じて、前記本体部が有する長孔から該本体部の表面よりも腔壁側に突出する、ことを特徴とする請求項１に記載の生体インピーダンス測定装置。
3. 前記各電極の腔壁側の先端部は、略半球形状を形成する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の生体インピーダンス測定装置。
4. 前記本体部と、前記各電極との軸方向の位置決め手段を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体インピーダンス測定装置。
5. 前記電極を一端に支持し他端が前記操作部の端部近傍に固定されるサポート部を備え、該サポート部は弾性材料で形成される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体インピーダンス測定装置。