JP2720109B2 - 生体の健康状態を指示する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は，生体の選択されかつ測定された生理学的
特徴量を健康状態に関する対応する基準特徴量と比較す
ることに基づき，生体の健康状態を決定する方法および
装置に関する。

この発明は特に人間または動物の総合的な健康状態に
関する指摘を可能にする方法および装置に関する。

医学上の診断で使用される全ての機器において，患者
の特定の特徴量または特定のパラメータ，例えば脈数，
血圧，血液の化学的組成等が検出される。正常値の範囲
は健康な母集団の対応する測定値から知られているの
で，病気の性質や重さに対する判断基準は実際値の標準
値からの偏差により確立することができる。診断は複数
の異なる種類の特徴量からなされ，医療経験が個々の症
例における特徴量を選択する際の決定的な要素となる。
しかしながら今日まで，患者の「総合的な健康」状態に
対する明瞭で客観的な基準を確立することは，「他に採
用しうる」方法によっても達成されていない。

したがってこの発明は，被検査人の総合的な健康状態
に関して信頼できる指摘が可能な上記のような方法およ
び装置を提供することを課題とする。さらにこの発明
は，被検査人の状態が理想的な状態から総合的にどの程
度かけ離れているかを確かめることを意図している。こ
の装置はまた迅速にかつ安価に検査が行われることを可
能にすることにより，多数の被検査人を経済的に検査で
きるようにすることを意図するものである。

この発明による方法は，生体の所定の部位領域にわた
って分布している統計的に意味のある複数の測定点で，
選択された生理学的特徴量を検出し，上記部位領域につ
いて検出された測定値の度数分布を決定し，この検出さ
れた測定値の度数分布を，選択された生理学的特徴量の
対数正規分布の形を有する基準度数分布と比較すること
を特徴とする。被検査体ごとに検出された測定値から上
記の対数基準正規分布を決定することは特に有利であ
り，したがって好ましい。容易に検査可能なことから，
対象となる部位領域として被検査体の皮膚が好んで用い
られ，皮膚の電気的導電性またはその放射強度を生理学
的特徴量として採用することができる。しかしながら，
この発明はそのような特定の生理学的特徴量や「皮膚」
という部位領域に限定されるものではない。むしろ，こ
の発明による方法は他の特徴量や他の適切な内部のもし
くは外部の部位領域にも一般的に適用できる。

この発明は，統計学の規則によると，パラメータがそ
の種類によらず特定の度数分布に常に従うという事実を
利用している（エル．ザクス著「統計的評価法」第２
版，シュプリガー出版，ベルリン,1969,第105〜106頁を
参照（（L.Sachs:Statistische Auswertungsmethoden,
2.Auflage,Springer Verlag Berlin 1969,S.105−10
6）））。ここで「度数分布」とは，任意の被検査対象
においてある特定の測定値ｘを得る度数または確率を表
わす確率関数Ｐ（ｘ）と理解され，それによりｘが測定
可能な全目盛上の値を包含することができる。

例えば体長，血圧，耐薬性等の生体の生理学的特徴量
は常に対数正規分布に従って分布する。その理由は積の
形態原理（eim multiplikatives Gestaltungsprinzip）
（例えば,H.Gebelein und H.J.Heite,Klin.Wschr.28（1
959）,S.41を参照）によるものと考えられている。この
発明による検査の枠内では，対数正規分布は，複数の固
体に関してなされた測定におけるある特定の特徴量に対
してのみ存在するばかりでなく，当該特徴量が個体の十
分に多くの測定値について測定されるときには単一の健
康な個体に関してもまた存在することが確かめられてい
る。ここにおいて「十分」とは，測定値の数をさらに増
加させても結果としての度数分布にもはや重大な変化が
生じないことを意味する。

単一の被検査体から得られるこのような測定値の理想
的な対数正規分布は，理想的な「積の形態原理」，すな
わち理想的な組織という意味での全ての下部単位（Unte
reinheit）の空間的時間的な結合の効果，が満足されて
いるときのみ存在する。したがって，測定された度数分
布，もしくは測定値を適切に変換することにより決定さ
れた度数分布を対数正規分布と比較することにより，理
想的な生物学的組織の状態を基準として「総合的な」状
態を明確に分類することができる。さらに，この発明の
さらなる実施例により，同じ次数における偏差，例えば
１次からｎ次までのモーメントの相対的相違が決定さ
れ，および／または度数分布における時間変化が調べら
れて相関解析にかけられると，上記比較に加えて，上記
の点におけるさらに詳しい指摘を得ることができる。こ
の度数分布の時間展開はこの測定の基礎をなす内的依存
性のネットワークの動的振舞いを記述している。この相
関解析（例えば因子解析）により，測定値の既知の割当
に際して，皮膚領域間の内的関係を特定の皮膚領域に対
して動的に記述することが可能となる。これらの関係は
臓器との全ての相互関係を含む。

このことから，この発明の意味において，被検査体は
その分布関数Ｐ（ｘ）がPn（ｘ）から決定的にずれてい
ないときには「総合的に」「健康である」と分類され
る。ここでＰ（ｘ）は測定された分布関数を表わし,Pn
（ｘ）は健康な個体に対する理想的な分布関数である。
この分布関数Pn（ｘ）は対数正規分布であって，この発
明によると，被検査体の測定値から確立することができ
る，すなわち，複数の健康な被検査体の測定値から経験
的な関数として正規分布を得る必要はない。

逆に，「総合的な」意味での「病気の状態」は，関数
Ｐ（ｘ）とPn（ｘ）と間の体系的な（そして完全に）列
挙されたずれ（偏差）により定義される。この発明によ
る方法の一つの著しい長所は，とりわけ，複数の被検査
体の測定値を調べるという経験的な測定方法に頼る必要
がなく，個々の被検査体に適用可能な理想分布関数を測
定値から直接に計算でき，それを実際の度数分布と比較
すればよいことにある。

この発明のさらなる側面によると，この発明による方
法を実施する装置は，部位領域にわたって分布する複数
の測定点において生体の選択された生理学的特徴量を検
出して，対応する信号を出力するセンサ配列，このセン
サ配列から出力された信号を処理する装置，ならびに上
記信号処理装置から出力された信号から，得られた生理
学的特徴量の，信号に関連した測定値の実際の度数分布
および対数正規分布を計算する装置により特徴づけられ
ている。測定値を検出することは，この発明のさらなる
実施例によると，センサ配列が，所定の表面領域にわた
って分布する複数の接触もしくは非接触センサ要素，お
よびそれらを順次走査する装置を備えているときには，
特に簡単かつ迅速となる。この発明のさらなる実施例に
関しては請求の範囲の中に示されている。

この発明を，一つの例と以下の図面とを参照して，よ
り詳細に説明する。

図1a,bは治療前（図1a）および治療後（図1b）のそれ
ぞれの場合において，等しい平均値および分散を有する
対数正規分布と比較した，患者の皮膚の導電性の度数分
布を示す。

図2a,bは，対数正規分布と，治療前（図2a）および治
療後（図2b）に測定された分布とに対するｒ次（ｒ＝1,
…,6）モーメントの比を示す。

図３は，この発明の一つの実施例に従って，皮膚の導
電性を得，その得られた測定値を処理する装置のブロッ
ク図である。

図４は，図３による装置のセンサ配列のセンサ部を示
す断面図である。

第５図は図３によるセンサ配列を下から見た図であ
る。

図３から５を参照して，この発明による方法を実施す
るための手段または装置の実施例を，患者の皮膚の導電
率の測定に基づいて説明する。この装置は，図３による
と，センサ配列1,信号処理装置２およびプロセッサ３を
含む。

センサ配列１は多重チャネル電極で構成され得，それ
はセンサ部４および走査部５からなる。センサ部４は図
４および５により詳細に示されており，基盤に縦方向に
移動可能に位置している複数の針状の電極または刺鍼針
に似たセンサ要素13を備えている。それぞれのセンサ要
素13には，センサ要素を図４に示すような初期位置に付
勢するためのスプリングがあてがわれており，基盤から
突き出たセンサ要素13の自由端は，その初期位置におい
て，生体の領域，例えば被検査人の検査すべき手の曲率
に従って湾曲している，または平坦な平面上に位置して
いる。このセンサ要素13をあらかじめ付勢しておくこと
により，このセンサ要素13は皮膚の表面に接触したとき
に，その皮膚の表面に一定の圧力を加えるように作用す
る。「十分な」数のセンサ要素13が備えられており,50
から150の間の数，例えば60個のセンサ要素13が前述し
た意味では十分であることがわかっている。

センサ要素13は定められた測定領域，例えばセンサ部
４の円状の測定領域14にわたって分布している。センサ
配列１の走査部５はこの技術分野の当業者に一般的に知
られているような種類のものでよく，個々のセンサ要素
13を順次走査して，個々のセンサ要素13で得られた導電
性に関する値を特徴づける信号を処理装置２に与える。
得られる測定値は，例えば一定接触圧力で測定電極を測
定点に当てると最大値に基づいてすぐに結果が生じる，
今日では通常のものとなっている「電気刺鍼」法におけ
る例えば「ポインタ・ドロップ」のようなものでもよ
い。

信号処理装置２はセンサ配列１から出力された個々の
信号を増幅する増幅器６を含んでいる。増幅器６の出力
は測定信号からあらゆる雑音信号を除去する効果のある
バイパス・フィルタ７に導かれる。フィルタされた測定
信号はAD変換器８に与えられる。AD変換器８のディジタ
ル出力信号は信号処理装置２のインターフェイス９を介
してプロセッサ３に与えられる。このようにしてプロセ
ッサ３は増幅されかつ雑音の除去されたディジタル信号
を受けとる。これらの信号はセンサ配列１で検出された
測定信号に対応している。

さらに，この信号処理装置２は所定の基準交流電圧を
被検査人の体の適切な部位に印加する装置を含んでい
る。被検査人の手の片面上で測定値が得られたとする
と，基準電圧を印加する適切な測定点はその手の反対側
である。基準電圧を印加する装置は電圧発生器10を備え
ており，その出力は可変増幅器11を介して適切な手電極
12に与えられる。

プロセッサ３は，処理装置２から与えられかつ被検査
人の検出された測定値に対応する信号により，その被検
査人にふさわしい対数正規分布Pn（ｘ），すなわち被検
査人に関する理想分布関数と，さらに実際の分布関数Ｐ
（ｘ）とを生成する。対数正規分布は測定された分布Ｐ
（ｘ）と同じ平均値ｘおよび同じ分散（標準偏差）σを
もつ分布である。Ｐ（ｘ）とPn（ｘ）との間のずれ（偏
差）から当該健康問題の性質および範囲に関する指摘が
可能になる。

プロセッサ３は，例えば測定された度数分布に対する
対数正規分布のｒ次のモーメント比といった，被検査人
の健康状態に特徴的な量に関する指摘のための他の事項
も生成する。計算の結果はコンピュータ・モニタ上に表
示，および／またはグラフもしくは表データの形でプリ
ントアウトすることができる。またプロセッサ３は測定
されたマトリックスの範囲内にある最大導電値の局所限
定（Lokalisation）および計算を行うことができる。

測定された分布関数Ｐ（ｘ）および対数正規分布Pn
（ｘ）の計算を，計算例を基にして以下に説明する。計
算例の中の数値については表１に与えられているものを
用いることとする。

計算例 1.度数をｎ個の階級に分割する。

この例の場合ではｎ＝14である。階級の平均値は4,1
2,20,28,…,108のように８の間隔ごとに（図1a,bのｘ軸
が示すように）測定全領域にわたって（表１に示される
ように）与えられる。以下ではこれらの値をKmitte
（ｉ）と置く。ここでｉ＝1,…,14である。例えばKmitt
e（２）＝12,Kmitte（３）＝20である。

2.測定された分布Ｐ（ｘ）の計算 ａ）表１に与えられた度数（Ｐ（ｘ））の和の計算。治
療前の値を例として示す。

以下でＮとよばれる和は したがって Ｎ＝０＋14＋22＋34＋18＋32＋２＋０＝122 度数Ｐ（ｘ）をこの和Ｎで割る。

式で表すと： この測定された分布は棒グラフとして描かれる。

3.対数正規分布の計算 中心値および分散σの計算： 例 補助数： 対数正規分布： 階級平均値68の例： 全てのpn（xi）の値を，全てのｉについて加算し，かつ
その総和で除す。この総和は であるから，例えば68の場所では0.121ではなく，この
標準化により となる。

例 気管支喘息を深刻に患っている患者について，皮膚上
の112の測定点で電気導電値が得られ，それらの値の相
対度数が０から100までの目盛り上で描かれている。

様々な目盛範囲において測定された他の頻度が表１に
ｎ＝８を測定間隔として列挙されている。左欄は治療前
の値に関する。右欄は比較的成功した治療後の値に関す
るものである（患者の苦痛は少くなった）。

データそれ自体は治療前の患者の健康状態に対する客
観的な基準も，治療後の回復の程度も表してはいない。
これに対して，特定の導電値ｎを得る度数Ｐ（ｎ）が対
数正規分布（図1aおよび1bに実線で示された）と一致す
るかどうかを検査すると以下のことがわかる。

１）治療前には正規分布（図1a）からのかなりのずれ
（偏差）があり， と定義される３次およびそれより高次のモーメントにお
いてもずれがある。

これは患者が健康ではないことを示す。患いの性質お
よび重さは対数正規分布からのずれの性質および程度と
して、この突出で認識できる。

２）治療後は対数正規分布とかなり良好に一致するよう
になったこと（図2b），および正規分布の理想モーメン
トからの高次モーメントのずれがより少なくなったこと
の両方が認識でき，曲線が変形され，その結果，理想分
布および測定された分布の１次および２次モーメント
（平均および分散）が一致する。

表1:気管支喘息を患っている被検査人に関して０から10
0に割当てられた測定範囲で皮膚上の112の点で得られた
導電値の測定された度数。

治療前 治療後 測定範囲 度数 度数 0−48 0 0 48−56 14 15 56−64 22 34 64−72 34 34 72−80 18 30 80−88 32 8 88−96 2 1 96−112 0 0 これまで生理学的特徴量としての皮膚の電気的導電性
の測定を基にして発明を記述してきた。他の特徴量が使
用されるときには，この発明の装置もそれに応じて修正
されなければならない。例えば，赤外光または可視光領
域で皮膚が放射する光の強度を特徴量として使用するこ
とができる。この場合には好ましくは，既に述べた実施
例の針状センサ要素のものに対応する配列および数の非
接触センサ要素が使用される。生理学的特徴量を感知す
る他の手段として，格子電極，ローラ状電極またはブラ
シ・タイプの電極を用いることができる。さらに上では
特に，実際の分布関数を，理想的なもの，すなわち被検
査人から得られた測定値の対数正規分布と比較すること
に基づく，被検査人の総合的な健康状態の好ましい評価
について述べたが，この発明はまた，多くの健康な個体
に関してなされた測定から当該生理学的特徴量のために
生成された基準度数分布を基礎とする比較をも含むもの
である，と理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−17329（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−107964（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−104050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−43541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−68569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−155856（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／5283（ＷＯ，Ａ１) 米国特許4310003（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体の選択された生理学的特徴量を対応す
   る健康状態の基準特徴量と比較することに基づいて生体
   の健康状態について指示するための装置であって， 所定の領域にわたって分布している複数の針状のセンサ
   要素をもち，それらのセンサ要素が生体の皮膚に，対応
   する複数の測定点において接触するマルチチャネル・セ
   ンサ・ユニット， 生体の皮膚の上記マルチチャネル・センサ・ユニットと
   は異なる場所に当てられ，生体に特定の電位を与えるた
   めの電極手段， 上記電極手段に印加される電圧を発生する電圧発生器， 上記電極手段によって生体に電位が与えられたときに，
   上記針状センサ要素に現われ，上記の複数の測定点にお
   ける生体の導電性を表わす信号を取込む手段， 上記取込手段によって取込まれた信号のレベルの度数分
   布を算出するとともに，上記信号のレベルに基づいて対
   数正規分布を求める手段， 上記対数正規分布を基準として，上記度数分布と上記対
   数正規分布とのずれを算出する手段，および 生体の健康状態を指示するために，少なくとも上記の算
   出されたずれを表示する手段， を備えたことを特徴とする装置。