JP2022547897A - 部分的に筋体積を計測するための方法、デバイス及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、身体部位の筋断面を測定するための方法に関する。筋断面（Ｓ）は、― 少なくとも２個の電極が前記身体部位に沿って位置付けられている状態で、身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極により計測された、少なくとも２つの電気抵抗値と、― 筋肉の導電率定数（σ）と、― 筋肉の誘電率定数（ε）と、の関数として測定される。

Description

本発明は、ヒト又は動物について部分的に筋体積を計測するための方法、デバイス及び装置に関する。本発明は医学、生物学及び生理学の分野に該当する。特に、本発明は医療診断に関する。

骨格筋の消耗は、健康管理全般にわたる負の転帰、例えば身体機能の低下、合併症又は併発症の発生率上昇、生活の質の低下、及び生存期間の短縮に関係している。

したがって、骨格筋の量／体積を評価するための非侵襲性かつ高度に正確な方法が強く必要とされている。骨格筋の量／体積の評価は、一般集団において、かつ一次性及び／又は二次性の筋肉の消耗及び変性を伴う身体状態において、極めて重要である。骨格筋の量／体積は、一次性及び／又は二次性の筋肉の消耗及び変性を示す指標となりうる。

先行技術には、中性子放射化を用いた全身計数測定、二重エネルギーＸ線吸収測定法、コンピュータ断層撮影法、及び核磁気共鳴画像法のような、専門技術による骨格筋量の評価が知られている。これらの方法は、現在のところ骨格筋の量／体量を計測するための標準的な方法とされている。

上記方法は費用が高額であり、多くの時間がかかり、高レベルの専門知識を必要とし、かつ特定の大型で厄介な施設を要してそこへ患者を連れて行かなければならない。

文献Salinariら, Journal of Applied Physiology, (米), 2003, vol.94, p.1552-1556及びSalinariら, American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism, (米), 2002, Vol.282: E960-6に詳述されるような生体電気インピーダンス分析法（ＢＩＡ）が知られている。しかしながら、現行のＢＩＡ法は大きな制約を有している。

従来のＢＩＡ法による骨格筋量の評価は正確ではない。実際、評価に使用されるモデルは生理学的個体差を受け入れるために単純化され過ぎている。さらに、該モデルは極めて集団特異的であるためモデルの一般化は困難である。

本発明の目的は、
－ 先行技術の方法の欠点のうち少なくとも１つを克服する方法を提供すること、及び／又は
－ あらゆる種類の集団に適用できる非侵襲性の方法を提供すること、及び／又は
－ 患者のベッドサイドで行うことが可能な方法を提供すること、及び／又は
－ 正確かつ集団非特異的な方法を提供すること、である。

この目的のために、本発明により、身体部位の筋断面を測定するための方法であって、筋断面（Ｓ）が、
－ 少なくとも２個の電極が前記身体部位に沿って位置付けられている状態で、身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極により計測された、少なくとも２つの電気抵抗値と、
－ 筋肉の導電率定数（σ）と、
－ 筋肉の誘電率定数（ε）と
の関数として測定される方法が、提供される。

身体部位に沿って位置付けられた少なくとも２個の電極は、身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極の中に含まれていることが好ましい。

該方法は、身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極から少なくとも２つの電気抵抗値を計測及び／又は測定するステップを含むことができる。少なくとも２つの電気抵抗値を測定するステップは、演算処理装置によって行なわれてもよい。

身体部位に沿って位置付けられた少なくとも２個の電極は、既知の距離をおいて互いに隔てられた身体部位の異なる場所に位置付けられていることが好ましい。

本発明によれば、少なくとも２つの電気リアクタンス値が、少なくとも２つの電気抵抗値と共に、又は該電気抵抗値の代わりとして、計測されてもよい。本発明による少なくとも２つの電気抵抗値は、少なくとも２つの電気リアクタンス値によって代用されてもよいし、該電気リアクタンス値と組み合わされてもよい。

少なくとも２つの電気抵抗値は生体電気インピーダンス分析法によって計測されてもよい。

本文書において、「電極」という用語が単独で使用される場合、該用語は電圧電極を指す。

身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極は、少なくとも３個の電極を含むことが可能であって、少なくとも３個の電極のうち少なくとも１個の電極は、筋断面（Ｓ）が測定される身体部位であって少なくとも３個の電極のうちの２個がその部位に沿って位置付けられている身体部位とは別の、身体の部位に位置付けられている。

該方法は、前記身体部位に沿って位置付けられている少なくとも２個の電極それぞれにおける電位の計測を含んでもよい。前記身体部位に沿って位置付けられている少なくとも２個の電極は、電位を計測するようになされた電極アレイの一部であってもよい。好ましくは、電位を計測するための電極アレイは身体部位に沿って配置される。電位を計測するための電極アレイの電極は、身体部位に沿った電位の変化であって、身体部位を通って流れる電流によって引き起こされている電位の変化を、計測するようになされてもよい。

該方法は、１対の電流注入電極を形成している２個の電流注入電極の中の１つの電流注入電極からもう１つの電流注入電極へと身体部位を通って流れる電流を注入するステップを含むことができる。注入される電流は交流電流であってよい。交流電流は、単発のパルス付加で、又はいくつかの異なるパルス付加で連続的に、注入可能である。好ましくは、２個の電流電極の中の１つは身体部位の上に位置付けられ、かつ２個の電流電極の中の１つは、筋断面（Ｓ）が測定される身体部位とは異なる身体の部位に、位置付けられてよい。

該方法は、身体部位に沿って位置付けられた少なくとも２個の電極の中の２個の電極の間の、かつ従って身体部位に沿った、電気抵抗の変化を測定するステップを含むことができる。

筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の誘電率定数との積の関数として測定することが可能である。

筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との間の比の関数として測定することが可能である。

筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との積を含んでいる導電率の項の関数として測定することが可能である。

筋断面は補正項の関数として測定することが可能である。

補正項により、筋断面の測定のために現在使用されている標準の項の補正を可能にすることができる。

筋断面の測定に現在使用されている標準の項は、電気抵抗値と筋肉の導電率定数との積であってよい。

補正項は、計測周波数の二乗と筋肉の誘電率定数の二乗との積を含むことができる。計測周波数は、２個の電流注入電極の間に注入される交流電流のパルス付加に、直接関係している、及び／又は比例している、及び／又は等しいことが可能である。

補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の誘電率定数の二乗との積を含むことができる。

補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電定数との比を含むことができる。

補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と計測周波数の二乗との積を含むことができる。

筋断面は、
－ 導電率の項と補正項との和、及び／又は
－ 導電率の項と補正項との和の逆数
の関数として測定することができる。

筋断面は、
－ 単一の計測周波数若しくは様々な計測周波数で計測されている少なくとも１対の電気抵抗値、及び／又は
－ 数対の電気抵抗値であって、少なくとも１対の電気抵抗値は、別の対の電気抵抗値が計測される際の計測周波数とは異なる計測周波数で計測される、数対の電気抵抗値、及び／又は
－ 数対の電気抵抗値であって、少なくとも１対の電気抵抗値は、他のそれぞれの対の電気抵抗値が計測される際の各々の計測周波数とは異なる計測周波数で測定される、数対の電気抵抗値；
から測定することが可能であり、各対の電気抵抗値は、身体部位の第１の場所に位置付けられた第１の電極において計測された第１の電気抵抗値と、身体部位の第２の場所に位置付けられた第２の電極において計測された第２の電気抵抗値とを含んでいることが好ましい。

１対の電気抵抗値は、身体の異なる場所に位置付けられた異なる電極によって計測された少なくとも２つの電気抵抗値の中に含まれることが好ましい。

１対の電気抵抗値の各々の電気抵抗値は、計測された少なくとも２つの電気抵抗値の中に含まれることが好ましい。

第１及び第２の電極は、身体部位に沿って位置付けられている少なくとも２個の電極の中に含まれることが好ましい。

相対電気抵抗値が、計測された少なくとも２つの電気抵抗値から測定されてもよい。

相対電気抵抗値は１対の電気抵抗値から測定されてもよい。相対電気抵抗値は、第１の電極と第２の電極との間の身体部位の抵抗であってよい。

１対の電気抵抗値の第１及び第２の電気抵抗値がそれぞれ計測される、身体部位の第１又は第２の場所は、別の対の電気抵抗値の第１及び第２の電気抵抗値がそれぞれ計測される身体部位の第１又は第２の場所と、同一であってもよい。

筋断面（Ｓ）は、式１すなわち

の関数として測定可能であり、上記式中、δＲ／δｚは距離ｚをおいて隔てられた身体部位の２つの場所の間の電気抵抗勾配であり、かつωは少なくとも２つの電気抵抗値が計測される際のパルス付加であって、電気抵抗勾配δＲ／δｚは前記少なくとも２つの電気抵抗値から測定される。

距離ｚをおいて隔てられた身体部位の２つの場所であって、その間の電気抵抗勾配が測定される２つの場所は、第１及び第２の電極がそれぞれ位置付けられている第１及び第２の場所であってよい。

電気抵抗勾配δＲ／δｚは、１対の電気抵抗値から測定することができる。

筋肉の導電率定数及び／又は筋肉の誘電率定数は、少なくとも２つの電気抵抗値が計測される際の計測周波数の関数であってよく；前記筋肉の導電率定数は、０．１～２ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）、好ましくは０．４～１．５Ｓ／ｍ、より好ましくは０．６～１．２Ｓ／ｍに含まれ；かつ前記筋肉の誘電率定数は、１・１０^－８～１・１０^－６ファラド／メートル（Ｆ／ｍ）、より好ましくは５・１０^－８～７・１０^－７Ｆ／ｍに含まれている。

より好ましくは：
－ 筋肉の導電率定数は、４０～６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲においては０．６～１．１Ｓ／ｍに含まれ、及び／又は
－ 筋肉の導電率定数は、２２０～２６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲においては上昇して０．７～１．２Ｓ／ｍに含まれるようになり、及び／又は
－ 筋肉の導電率定数は、３４０～３６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲においては低下して０．６５～１．１５Ｓ／ｍに含まれるようになる。

より好ましくは：
－ 筋肉の誘電率定数は、４０～６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲においては７・１０^－７～３．７・１０^－７Ｆ／ｍに含まれ、及び／又は
－ 筋肉の誘電率定数は、１８０～２２０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲においては低下して３．５・１０^－７～１・１０^－７Ｆ／ｍに含まれるようになり、及び／又は
－ 筋肉の誘電率定数は、３４０～３６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲においては低下して３・１０^－７～５・１０^－８Ｆ／ｍに含まれるようになる。

筋肉の導電率定数σは、式２すなわち

に従って計測周波数ｆの関数として定義可能であり、及び／又は誘電率定数εは、式３すなわち

に従って計測周波数ｆの関数として定義可能であって、ここで式中の項ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｇ、ｈ及びｋは、周波数ｆの関数であってもよいし、定数であってもよい。

計測周波数は４０～１０００ｋＨｚに含まれうる。

好ましくは、計測周波数は５０～５００ｋＨｚに含まれうる。

より好ましくは、計測周波数は１００～３００ｋＨｚに含まれうる。

本発明によれば、身体部位の筋体積を測定するための方法であって、身体部位の筋体積を身体部位の１以上の筋断面から測定することが可能であり、身体部位の各々の筋断面は本発明に従って測定される方法が、さらに提供される。

身体部位の筋体積は、前記身体部位に沿って位置付けられている少なくとも２個の電極の中のより遠くに離れている２個の電極を隔てている距離ｚについて筋断面を積分することにより計算することができる。

身体部位の一部分の体積を測定することもできる。身体部位の一部分の体積は、前記身体部位に沿って位置付けられている少なくとも２個の電極であって該電極の間で筋断面が測定される電極を隔てる距離ｚについて、１以上の筋断面を積分することにより計算することができる。

身体部位又は身体部位の一部分の筋体積（Ｖ）は、式４

に従って測定可能であり、上記式中、ｎは、前記身体部位に沿って位置付けられている少なくとも２個の電極であって該電極の間で筋断面Ｓが測定される電極の間の距離ｚに沿って伸びている断面Ｓ_ｎの数である。断面の数ｎは１以上の整数である。

本発明によれば、本発明の方法を実行するように配置構成及び／又は設定及び／又はプログラムされた技術的手段を具備している装置がさらに提供される。

本発明によれば、コンピュータプログラム製品であって、プログラムがコンピュータによって遂行される時に本発明の方法をコンピュータに実行させる命令を含んでいるコンピュータプログラム製品が、さらに提供される。

さらなる目的、特徴及び利点は、図面に関連する本発明のいくつかの実施形態についての以降の詳細な説明から明らかになるであろう。

ヒト参加者について電気抵抗値を計測するために使用される実験装置を示す概略図。 ヒト被験者の大腿部に沿って位置付けられた電極アレイの各々の電圧電極において計測された電気抵抗値を計測周波数の関数として示しているグラフ。 電気抵抗勾配を、ヒト被験者の大腿筋に沿って配置構成された電極アレイの電圧電極の間を隔てる距離の関数として示しているグラフ。 本発明に従って測定された筋肉の導電率を計測周波数の関数として示しているグラフ。 本発明に従って測定された筋肉の誘電率定数を計測周波数の関数として示しているグラフ。 本発明に従って測定され、かつ核磁気共鳴画像法によって測定された筋断面を、筋肉に沿った距離の関数として示しているグラフ。 ヒト被験者群の各人の筋肉の中央部で本発明に従って測定された筋断面を、ヒト被験者群の各人の筋肉の中央部で核磁気共鳴画像法によって測定された筋断面と対比して示しているグラフ。 ヒト被験者群について本発明に従って測定された筋体積を、前記ヒト被験者群について核磁気共鳴画像法によって測定された筋体積と対比して示しているグラフ。

本明細書中以下に記載される実施形態は限定的なものではなく、本明細書中以下に記載される特徴の中から選択された特徴を具備している他の実施形態について考えることが可能である。選択される特徴には、その選択された特徴が技術的な利点を付与するために又は本発明を先行技術とは区別するために十分である場合、一連の特徴群から切り離された特徴が（仮にこの選択された特徴がその他の特徴を含んでいる文の中で切り離されていても）含まれうる。この選択された特徴には少なくとも、好ましくはその技術的な機能によって説明されており構造上の特徴を伴わないか、又は構造細部の一部がそれだけで技術的な利点を付与するために若しくは本発明を先行技術とは区別するために十分である場合はその構造細部の一部を伴っている、特徴が含まれる。

更に、本明細書中以下の実施形態は、上記本発明の概要の範囲内にある非限定的な実施形態である。よって、下記の実施形態の個別のいかなる特徴も、上記本発明の概要のより一般的又は機能的なステップ又は特徴と組み合わせて考慮される。

≪参加者≫
２０人のヒト被験者群には、８人の健康な参加者と１１人の患者とが含まれている。１１人の患者は、筋肉の消耗に関連する神経筋障害を有していた。参加者全員から書面のインフォームド・コンセントが得られた。

本発明によれば、身体部位の筋断面は、
－ 前記身体部位に沿って少なくとも２個の電極が位置付けられた状態で、身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極によって計測された少なくとも２つの電気抵抗値、及び
－ 筋肉の導電率定数σ、及び
－ 筋肉の誘電率定数ε
の関数として測定される。

筋断面を測定するステップは、コンピュータの演算処理装置によって行なわれる。筋断面は、当業者には収縮性の横断面積（ｃＣＳＡ）としても知られている。

図１は、計測を実施するためにヒト参加者について使用される実験装置の概略図を示す。この装置は、少なくとも２つの電気抵抗値を計測するために生体電気インピーダンスの計測を実行するように配置構成されている。

この実験装置は、製造者であるＢｉｏｐａｒｈｏｍから商品名Ｚｍｅｔｒｉｘとして販売されている多周波生体電気インピーダンスアナライザ１を具備している。少なくとも２つの電気抵抗値を測定するステップは、該アナライザの演算処理装置によって行なわれる。この実験装置は、被験者の身体の異なる場所に位置付けられる１２個の異なる電極２を具備している。これら１２個の電極のうち、１０個の電極は電位を計測するように配置構成された電圧電極２１であり、２個の電極は被験者の身体を流れる５０～１００μＡの交流電流を注入するように配置構成された電流電極２２である。電極は、試験する部分の長軸に沿って被験者の皮膚上に置かれた皮膚電極である。注入電流は、必要に応じて単発のパルス付加で、又はいくつかの異なるパルス付加で注入される。計測周波数は、２個の電流注入電極の間に注入される交流電流のパルス付加と直接的に関係している。

１０個の電圧電極２１のうち、９個の電極２１は、本明細書中以下に説明されるように本発明に従って筋断面（Ｓ）が測定される大腿部に沿って配置構成された、電極アレイ２１１を形成する。電極アレイ２１１の９個の電極２１にはＥ１～Ｅ９の番号が付けられて該電極はＥｍと記されるが、ｍは電極アレイ２１１の検討された電極２１の番号である。電極アレイ２１１の電極Ｅ１，２１は患者の大腿部の胸部側に位置付けられ、電極アレイ２１１の電極Ｅ９，２１は患者の大腿部の腓腹側に位置付けられる。

電極アレイ２１１の電圧電極２１は互いに既知の距離をおいて隔てられている。最後の電圧電極Ｅ０，２１は、大腿部とは異なる身体部位、実施形態によれば手に、配置構成される。電流電極のうちの一方２２２は被験者の足関節部に位置付けられ、他方２２１は被験者の手に位置付けられて、その結果電流が少なくとも被験者の大腿部を通って流れるようになっている。

実施形態による電極アレイ２１１は９個の電極を具備しているが、電極アレイは必要に応じて様々な数の電極を具備することができる。例えば、電極アレイ２１１は、被験者の筋肉の異なる２箇所に位置付けられた僅か２個の電圧電極２１で代用されてもよい。

実際、筋断面は少なくとも１対の電気抵抗値から測定される。１対の電気抵抗値の各々の電気抵抗値は、計測される少なくとも２つの電気抵抗値の中に含まれる。電気抵抗値はそれぞれ１対の電圧電極２１によって計測される。１対の電圧電極２１は、その対の電圧電極２１の２個の電極２１の間の電気抵抗値を計測する。実施形態によれば、各対の電圧電極２１は、患者の手の上に位置付けられた電圧電極Ｅ０，２１と、電極アレイ２１１の１個の電圧電極Ｅｍ，２１とを含んでいる。

患者の手の上に位置付けられた電圧電極Ｅ０，２１は参照電極として使用されて、その結果各々の電気抵抗値が、手の上に位置付けられた電圧電極Ｅ０，２１と電極アレイ２１１の１個の電圧電極Ｅｍ，２１とを含んでいる１対の電圧電極２１から測定されうるようになっている。よって、計測される各々の電気抵抗値は、電極アレイ２１１の電圧電極Ｅｍ，２１が設けられた大腿部の場所において計測された電気抵抗値Ｒ_{Ｅｍ－Ｅ０}と見なされる。

図２を参照すると、ヒト患者の大腿部に沿って位置付けられた電極アレイ２１１の各々の電圧電極Ｅｍ，２１で計測された電気抵抗値Ｒ_{Ｅｍ－Ｅ０}を計測周波数ｆの関数として例証するグラフが示されている。計測周波数ｆは、５０～３５０ｋＨｚで１０ｋＨｚ間隔である。

非線形回帰を行なうためにレーベンバーグ・マーカートアルゴリズムを使用して、本発明者らは、二重指数関数が、決定係数を０．９９７±０．０１８としてこの計測に良好にフィットすることを見出している。

各対の電気抵抗値は、大腿部の第１の場所に位置付けられた電極アレイ２１１の第１の電圧電極Ｅｍ_１，２１で計測された第１の電気抵抗値Ｒ_{Ｅｍ１－Ｅ０}と、大腿部の第２の場所に位置付けられた電極アレイ２１１の第２の電圧電極Ｅｍ_２，２１で計測された第２の電気抵抗値Ｒ_{Ｅｍ２－Ｅ０}とを含んでいる。大腿部の第１及び第２の場所は距離ｚで隔てられており、その間の電気抵抗勾配δＲ／δｚを測定することが可能である。実施形態によれば、大腿部の第２の場所で計測される第２の電気抵抗値Ｒ_{Ｅ９－Ｅ０}は、電極アレイ２１１の電圧電極Ｅ９，２１である。

相対電気抵抗値Ｒｍは、第１の電極Ｅｍ，２１及び第２の電極Ｅ９，２１を含んでいる１対の電極２１の間の、大腿部の電気抵抗として定義される。すなわち、相対電気抵抗値Ｒｍは、対の電極２１の第１の電極Ｅｍ，２１の場所と、対の電極２１の第２の電極Ｅ９，２１の場所との間の、大腿部の電気抵抗である。換言すれば、相対電気抵抗値Ｒｍは、電極アレイ２１１の１対の電極２１の電極２１どうしを隔てている距離ｚに応じた、大腿部の一部分の電気抵抗である。

相対電気抵抗値Ｒｍは、式５

から測定される。

相対電気抵抗値Ｒｍは、Ｒ１＝Ｒ_{Ｅ１－Ｅ０}－Ｒ_{Ｅ９－Ｅ０}とＲ８＝Ｒ_{Ｅ８－Ｅ０}－Ｒ_{Ｅ９－Ｅ０}との間に含まれる。その結果、距離ｚで隔てられた第１及び第２の場所の間の電気抵抗勾配δＲ／δｚを、少なくとも２つの相対電気抵抗値Ｒｍから決定することができる。電気抵抗勾配δＲ／δｚは、大腿部に沿った電気抵抗の変化、及び電位の変化を示す。

図３は、相対電気抵抗の勾配δＲ／δｚを、大腿筋に沿って配置構成された電極アレイ２１１の２個の電圧電極Ｅｍ，２１を隔てる距離ｚの関数として示している。

非線形回帰を行なうために適応できる非線形最小二乗アルゴリズムを使用して、本発明者らは、三次多項式関数が、決定係数を０．９８１±０．０８２としてこの計測に良好にフィットすることを見出している。

注目に値するのは、Ｒｍ・ΔＩ_ｉｎｊ＝ΔＶｍであって、前記式中、ΔＩ_ｉｎｊは注入される電流であり、ΔＶｍは、大腿部の第１の場所に位置付けられた第１の電圧電極Ｅｍ，２１と大腿部の第２の場所に配置された第２の電圧電極Ｅ９、２１との間で計測される電位の差であるということである。Ｒｍ＝Ｒ_{Ｅｍ－Ｅ０}－Ｒ_{Ｅ９－Ｅ０}であることを考慮すれば、ΔＶｍ＝Ｖ_Ｅｍ－Ｖ_Ｅ０－Ｖ_Ｅ９＋Ｖ_Ｅ０である。よって、適正な較正を行えば、Ｖ_Ｅ０は、大腿部に沿って配置構成された電極アレイ２１１の２個の電圧電極２１の計測値のみから電気抵抗勾配δＲ／δｚを直接計測することを可能にする所定の定数となりうる。

図４を参照すると、筋肉の筋肉導電率定数σが本発明に従って計測周波数の関数として測定されている。本発明者らは、筋肉の導電率定数σを、被験者群のうち健康な参加者について核磁気共鳴画像法により測定された大腿部の筋断面Ｓ（右側のみ）、計測に使用した電極アレイ２１１の電圧電極Ｅｍ，２１の対の間でアナライザによって計測されたリアクタンス値Ｘ、電極アレイ２１１の電圧電極Ｅｍ，２１の対の間でアナライザによって計測された電気抵抗値Ｒ_{Ｅｍ－Ｅ０}、及び、大腿筋に沿って配置構成された電極アレイ２１１の１対の電極２１の２個の電圧電極Ｅｍ，２１を隔てる距離ｚから測定するために、式６

を使用する。

本発明者らは、式２すなわち

による二次多項式関数が、決定係数を０．９９５として筋肉の導電率定数σに良好にフィットすることを見出しており、上記式中、ａ、ｂ及びｃは定数であって、ａは－２．４１・１０^－１２に相当し、ｂは１．１５・１０^－６に相当し、かつｃは０．８に相当する。

黒い線は計測周波数に応じた筋肉の導電率定数σの平均値を示し、領域３は信頼区間（ＣＩ）を示す。筋肉の導電率定数σの値の間の差は、計測周波数の影響及び生理学的個体差から生じる筋肉の導電率定数σの変動に起因する。

導電率定数σは、領域３の０．６～１．２ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）に含まれる。計測が少人数のヒト被験者について行なわれたという事実を考えると、導電率定数σは絶対的には０．１～２Ｓ／ｍに含まれるとみなすことができる。筋肉の導電率定数σは、４０～６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲において０．６～１．１Ｓ／ｍに含まれている。筋肉の導電率定数σは次に、２２０～２６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲では増大して０．７～１．２Ｓ／ｍに含まれるようになる。筋肉の導電率定数は次に、３４０～３６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲では低下して０．６５～１．１５Ｓ／ｍに含まれるようになる。

図５を参照すると、本発明者らは、本発明に従って筋肉の誘電率定数εを計測周波数の関数として測定した。本発明者らは、筋肉の誘電率定数εを、大腿筋に沿って配置構成された電極アレイ２１１の２個の電圧電極Ｅｍ，２１を隔てる距離ｚの関数としてのリアクタンス勾配δＸ／δｚ、上述のようにして測定された筋肉の導電率定数σ、計測のパルス付加ω、及び、大腿筋に沿って配置構成された電極アレイ２１１の２個の電圧電極Ｅｍ，２１を隔てる距離ｚの関数としての相対電気抵抗の勾配δＲ／δｚ、から測定するために、式７

を使用し、上記式中、ω＝２πｆである。

黒い線は、計測周波数に応じた筋肉の誘電率定数εの平均値を示し、領域３は信頼区間（ＣＩ）を示している。筋肉の誘電率定数εの値の間の差は、計測周波数の影響及び生理学的個体差から生じる筋肉の誘電率定数εの変動に起因する。

本発明者らは、式３：

による二重指数関数が、決定係数を０．９９９として誘電率定数εに良好にフィットすることを見出しており、上記式中、ｄ、ｇ、ｈ及びｋは定数であって、ｄは１．０１２・１０^－６に相当し、ｇは－１０．５４．に相当し、ｈは２．６４１・１０^－７に相当し、ｋは－１３．４９に相当する。

誘電率定数εは、領域４の中の５・１０^－８～７・１０^－７ファラド／メートル（Ｆ／ｍ）に含まれる。計測が少人数のヒト被験者について行なわれたという事実を考えると、誘電率定数εは絶対的には１・１０^－８～１・１０^－６Ｆ／ｍに含まれるとみなすことができる。筋肉の誘電率定数εは、４０～６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲では７・１０^－７～３．７・１０^－７Ｆ／ｍに含まれる。筋肉の誘電率定数εは次に、１８０～２２０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲では低下して３．５・１０^－７～１・１０^－７Ｆ／ｍに含まれるようになる。筋肉の誘電率定数εは、３４０～３６０ｋＨｚに含まれる計測周波数の範囲ではさらに低下して３・１０^－７～５・１０^－８Ｆ／ｍに含まれるようになる。

計測周波数は５０～３５０ｋＨｚの範囲に含まれる。本発明者らは、１００ｋＨｚより低い計測周波数は細胞内腔に侵入するには不十分であって皮膚‐電極インピーダンスの大きな変化に関係する不整合性を生じるものと予想されるので、これらの周波数では信頼性の低い結果になりうることを見出している。反対に、３５０ｋＨｚを超える計測周波数、あるいは３００ｋＨｚでさえ、接触面で生じる現象及びこの周波数から優勢となる拡散現象が際立ってしまうので、この周波数では信頼性の低い結果となりうる。

筋断面は、導電率の項と補正項との和の逆数の関数として測定される。標準の項（standard term）は、筋断面の測定に現在使用されている項である。それは、電気抵抗値と筋肉の導電率定数との積である。補正項は、筋断面の測定に現在使用されている標準の項を補正することを目的としている。標準の項は｛（δＲ／δｚ）・σ｝と記すことができる。

補正項の目的は、筋肉の導電率定数及び筋肉の誘電率定数に対して計測周波数の影響を重み付けすることである。補正項はさらに、生理学的個体差により引き起こされる電気抵抗値の変動を緩和することも狙いとする。補正項はさらに、生理学的個体差により引き起こされる電気抵抗値の変動に対して計測周波数の影響を重み付けする。

筋断面（Ｓ）は、式１

の関数として測定され、上記式中、δＲ／δｚは距離ｚをおいて隔てられた身体部位の２つの場所の間の電気抵抗勾配であり、かつωは少なくとも２つの電気抵抗値が計測される際のパルス付加であって、電気抵抗勾配δＲ／δｚは前記少なくとも２つの電気抵抗値から決定される。

図６についてはグラフが示されており、同グラフにおいて実線は、健康な被験者の大腿筋に沿って行なわれた生体インピーダンス計測から式６に従って測定された筋断面を例証している。さらに、健康な被験者の大腿筋に沿った核磁気共鳴画像法（ＮＭＲＩ）により測定された筋断面を例証する点線も示されている。ＮＭＲＩは骨格筋量の計測のための標準的方法であると考えられる。生体電気インピーダンスの計測は１５０ｋＨｚで行われ、かつ測定に使用される筋肉の導電率定数σの値０．９１６Ｓ／ｍ、及び誘電率定数εの値２．３３８ｅ１０^－７Ｆ／ｍは、それぞれ図４及び５に由来する。図６に例証されるように、本発明により測定された断面はＮＭＲＩにより測定された断面と一致しており、計測の標準誤差は約５．９４％である。

図７及び８を参照すると、点は、被験者群（健康な参加者及び患者）の中の各人についての筋断面、又は筋断面から計算された筋体積を例証しており、筋断面は群内の各人の大腿部の中央で実行された生体電気インピーダンス計測値から式１によって測定されており、核磁気共鳴画像法により群内の各人の大腿部の中央で測定された筋断面と対比されている。生体インピーダンスの計測は１５０ｋＨｚで行われ、かつ測定に使用される筋肉の導電率定数σの値０．９１６Ｓ／ｍ、誘電率定数εの値２．３３８ｅ１０^－７Ｆ／ｍは、それぞれ図４及び５に由来する。縦軸は本発明に従って測定された筋断面を示し、横軸は核磁気共鳴画像法によって測定された筋断面を示す。直線９及び１０は、測定された筋断面の値の直線回帰によるフィッティングで得られたものである。領域５及び６は、筋断面の値の信頼区間（ＣＩ）を示す。

表１及び２は、それぞれ図７及び８に示された筋断面の値及び筋体積の値をそれぞれ直線回帰した統計パラメータに関する。

表１及び２は、大腿部中央の筋断面（Ｓ）及び筋体積（Ｖ）であって本発明により測定されたもの（それぞれｃＣＳＡ_ＢＩＡ（ｃｍ^２）及びＶ_ＢＩＡ（ｃｍ^３））並びにＮＭＲＩにより測定されたもの（それぞれｃＣＳＡ_ＮＭＲＩ（ｃｍ^２）及びＶ_ＮＭＲＩ（ｃｍ^３））、スチューデントｔ検定（２つの母集団の平均値が等しいような帰無仮説についての２標本の位置の検定）のｐ値、９５％の信頼区間における平均値の変化（ＣＩＭ（ｃｍ^２）［９５％ＣＩ］）、９５％の信頼区間における変動係数として表された測定の標準誤差（ＳＥＭ（％）［９５％ＣＩ］）、並びにｃＣＳＡ_ＢＩＡとｃＣＳＡ_ＮＭＲＩとの間（表１）及びＶ_ＢＩＡとＶ_ＮＭＲＩとの間（表２）の９５％の信頼区間（［９５％ＣＩ］）における級間相関係数、を示している。

図７及び表１を参照すると、本発明により測定された筋断面と、ＮＭＲＩにより測定された筋断面との良好な一致を認めることができる。この結果は、本発明を使用した除脂肪筋断面の計測と標準的な核磁気共鳴画像法との極めて良好な一致を示している。

本発明によれば、身体部位の１以上の筋断面から該身体部位の筋体積を測定するための方法であって、身体部位の各々の筋断面が本発明に従って測定される方法が、さらに提供される。実施形態によれば、大腿部の一部分の筋体積（Ｖ）は、式４

に従って測定され、上記式中、ｎは、大腿部に沿った電極アレイ２１１のうち２個の電圧電極Ｅｍ，２１であってそれらの間で筋断面Ｓが測定される電極の間の距離ｚに沿って伸びている断面Ｓ_ｎの数である。断面の数ｎは１以上の整数である。

大腿部全体の筋体積は、電極アレイ２１１の電圧電極Ｅｍ，２１の中で更に離れている２個の電極、すなわちＥ１及びＥ９を隔てている距離ｚについて筋断面を積分することにより計算される。

図８を参照すると、本発明に従って測定された筋断面から測定された大腿部の筋体積が、核磁気共鳴画像法によって測定された筋断面から測定された筋体積と対比して例証されている。点は、健康な参加者及び患者において測定された大腿部の筋体積を示している。筋体積は、筋断面から式４によって決定されている。直線１０は、群の中の健康な被験者及び群の中の患者において測定された大腿部の筋断面の値の直線回帰によるフィッティングで得られたものである。領域６は、群の患者の中の健康な被験者において測定された大腿部の筋断面の値の値についてのＣＩを示す。

図８及び表２を参照すると、本発明により測定された筋体積と、ＮＭＲＩにより測定された筋断面との良好な一致を認めることができる。この結果は、本発明を使用した除脂肪筋断面の計測と標準的な核磁気共鳴画像法との良好な一致を示している。

本発明は上述された実施形態に限定されるものではなく、数多くの調整を本発明の範囲内で行うことができる。

さらに、本発明の特徴、代替形態及び実施形態は、相互に排除し合わないのであれば組み合わせることができる。

よって、既述の実施形態の組み合わせ可能な代替形態において、
－ 本発明の方法によって筋断面（Ｓ）が測定される身体部位は、腓腹部若しくは前腕部若しくは上腕部である、並びに／又は
－ 少なくとも２つの電気リアクタンス値が、少なくとも２つの電気抵抗値と一緒に、若しくは該電気抵抗値の代用として、アナライザによって計測される、並びに／又は
－ 本発明による少なくとも２つの電気抵抗値は、式８

を使用して、少なくとも２つの電気リアクタンス値で代用されるか、若しくは該電気リアクタンス値と組み合わされてもよく、上記式中、Ｚ_ｉｍｐはインピーダンスであり、Ｒは抵抗であり、かつＸはリアクタンスである、並びに／又は
－ 筋断面（Ｓ）は、いくつかの異なる計測周波数で計測された電気抵抗値の対から測定され、少なくとも１対の電気抵抗値は、別の対の電気抵抗値が計測されるときの計測周波数とは異なる計測周波数で計測される、並びに／又は
－ 筋断面（Ｓ）は、いくつかの異なる計測周波数で計測された電気抵抗値の対から測定され、少なくとも１対の電気抵抗値は、他のそれぞれの対の電気抵抗値が各々計測されるときの各々の計測周波数とは異なる計測周波数で計測される、並びに／又は
－ 筋断面は、必要に応じて１対の電気抵抗値若しくは数対の電気抵抗値のいずれかから測定される、並びに／又は
－ 筋断面は、必要に応じて単一の計測周波数で計測された電気抵抗値若しくはいくつかの異なる計測周波数で計測された電気抵抗値のいずれかから測定される、並びに／又は
－ １対の電気抵抗値のうち第１及び第２の電気抵抗値がそれぞれ計測される、大腿部の第１若しくは第２の場所は、別の対の電気抵抗値の第１及び第２の電気抵抗値がそれぞれ計測される、大腿部の第１若しくは第２の場所と、同一である、並びに／又は
－ 筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の誘電率定数との積だけから、若しくはその積の関数として、測定される、並びに／又は
－ 筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との比だけから、若しくはその比の関数として、測定される、並びに／又は
－ 筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との積を含んでいる導電率の項だけから、若しくはその項の関数として、測定される、並びに／又は
－ 補正項は、計測周波数の二乗と筋肉の誘電率定数の二乗との積である、並びに／又は
－ 補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の誘電率定数の二乗との積である、並びに／又は
－ 補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との比である、並びに／又は
－ 補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と計測周波数の二乗との積である、並びに／又は
－ 筋断面は、導電率の項と補正項との和の関数として測定される、並びに／又は
－ 本発明は、本発明による方法を実行するように配置構成及び／若しくは設定及び／若しくはプログラムされた技術的手段を具備している装置に関する、並びに／又は
－ 本発明は、コンピュータプログラム製品であって、プログラムがコンピュータによって遂行される時に本発明による方法をコンピュータに実行させる命令を含んでいるコンピュータプログラム製品に関する。

Claims (19)

1. 身体部位の筋断面を測定するための方法であって、筋断面（Ｓ）が、
   － 少なくとも２個の電極が前記身体部位に沿って位置付けられている状態で、身体上の異なる場所に位置付けられた異なる電極により計測された、少なくとも２つの電気抵抗値と、
   － 筋肉の導電率定数（σ）と、
   － 筋肉の誘電率定数（ε）と
   の関数として測定される方法。
2. 筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の誘電率定数との積の関数として測定される、請求項１に記載の方法。
3. 筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との間の比の関数として測定される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 筋断面は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との積を含んでいる導電率の項の関数として測定される、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 筋断面は補正項の関数として測定される、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 補正項は、計測周波数の二乗と筋肉の誘電率定数の二乗との積を含んでいる、請求項５に記載の方法。
7. 補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の誘電率定数の二乗との積を含んでいる、請求項５又は６に記載の方法。
8. 補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と筋肉の導電率定数との比を含んでいる、請求項５～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 補正項は、検討された電気抵抗値各々について、その検討された電気抵抗値と計測周波数の二乗との積を含んでいる、請求項５～８のいずれか１項に記載の方法。
10. 筋断面は、
    － 導電率の項と補正項との和、及び／又は
    － 導電率の項と補正項との和の逆数
    の関数として測定される、請求項４及び請求項５～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 筋断面は、
    － 単一の計測周波数若しくは様々な計測周波数で計測されている少なくとも１対の電気抵抗値、及び／又は
    － 数対の電気抵抗値であって、少なくとも１対の電気抵抗値は、別の対の電気抵抗値が計測される際の計測周波数とは異なる計測周波数で計測される、数対の電気抵抗値、及び／又は
    － 数対の電気抵抗値であって、少なくとも１対の電気抵抗値は、他のそれぞれの対の電気抵抗値が計測される際の各々の計測周波数とは異なる計測周波数で測定される、数対の電気抵抗値；
    から測定され、各対の電気抵抗値は、身体部位の第１の場所に位置付けられた第１の電極において計測された第１の電気抵抗値と、身体部位の第２の場所に位置付けられた第２の電極において計測された第２の電気抵抗値とを含んでいる、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. １対の電気抵抗値の第１及び第２の電気抵抗値がそれぞれ計測される身体部位の第１又は第２の場所は、別の対の電気抵抗値の第１及び第２の電気抵抗値がそれぞれ計測される身体部位の第１又は第２の場所と同一である、先行する請求項に記載の方法。
13. 筋断面（Ｓ）は、式１
    

    

    
    の関数として測定され、上記式中、δＲ／δｚは距離ｚをおいて隔てられた身体部位の２つの場所の間の電気抵抗勾配であり、かつωは少なくとも２つの電気抵抗値が計測される際のパルス付加であって、電気抵抗勾配δＲ／δｚは前記少なくとも２つの電気抵抗値から測定される、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 筋肉の導電率定数及び／又は筋肉の誘電率定数は、少なくとも２つの電気抵抗値が計測される際の計測周波数の関数であり、前記筋肉の導電率定数は、０．１～２Ｓ／ｍ、好ましくは０．４～１．５Ｓ／ｍ、より好ましくは０．６～１．２Ｓ／ｍに含まれ、前記筋肉の誘電率定数は、１・１０^－８～１・１０^－６Ｆ／ｍ、より好ましくは５・１０^－８～７・１０^－７Ｆ／ｍに含まれる、請求項６～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. － 筋肉の導電率定数は、式２すなわち
    

    

    
    に従って計測周波数ｆの関数として定義され、
    － 誘電率定数は、式３すなわち
    

    

    
    に従って計測周波数ｆの関数として定義される、請求項６～１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 計測周波数は４０～１０００ｋＨｚに含まれる、請求項６～１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 身体部位の筋体積を測定するための方法であって、身体部位の筋体積は身体部位の１以上の筋断面から測定され、身体部位の各筋断面は請求項１～１６のいずれか１項に従って測定される方法。
18. 請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法を実行するように配置構成及び／又は設定及び／又はプログラムされた技術的手段を具備している装置。
19. コンピュータプログラム製品であって、プログラムがコンピュータによって遂行される時に請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させる命令を含んでいる、コンピュータプログラム製品。
    

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