JP3984332B2

JP3984332B2 - Body composition estimation device and computer-readable recording medium recording body composition estimation program

Info

Publication number: JP3984332B2
Application number: JP22487597A
Authority: JP
Inventors: 康之久保田; 徹哉石井; 真史栗脇
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: JPH1156800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に、生体電気インピーダンス法に基づいて、被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計するのに有用な身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間や動物の身体組成を評価する目的で、生体の電気特性に関する研究が行われている。生体の電気特性は、組織又は臓器の種類によって著しく異なっており、例えば、ヒトの場合、血液の電気抵抗率は１５０Ω・ｃｍ前後であるのに対して、骨や脂肪の電気抵抗率は１〜５ｋΩ・ｃｍもある。この生体の電気特性は、生体電気インピーダンス（Bioelectric Impedance）と呼ばれ、生体の体表面に装着された複数の電極間に微小電流を流すことにより測定される。
このようにして得られた生体電気インピーダンスから被験者の体水分分布（細胞外液量、細胞内液量、これらの総和たる体水分量（体液量）等）や、体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪重量等）を推計する方法を生体電気インピーダンス法という（「身体組成の評価法としての生体電気インピーダンス法」, Baumgartner, R.N., etc.著、「生体電気インピーダンスとその臨床応用」, 医用電子と生体工学, 金井寛著, 20(3) Jun 1982、「インピーダンス法による体肢の水分分布の推定とその応用」, 医用電子と生体工学 ,波江野誠等著, 23(6) 1985、「インピーダンス法による膀胱内尿量の長時間計測」, 人間工学, 口ノ町康夫等著, 28(3) 1992 等参照）。
【０００３】
生体電気インピーダンスは、生体中のイオンによって搬送される電流に対する生体の抵抗（レジスタンス）と、細胞膜、組織界面、あるいは非イオン化組織によって作り出される様々な種類の分極プロセスと関連したリアクタンスとから構成される。リアクタンスの逆数である容量（キャパシタンス）は、電圧よりも電流に時間的遅れをもたらし、位相のズレ（フェーズシフト）を作り出すが、この値はレジスタンスに対するリアクタンスの比率の逆正接角（アークタンジェント）、即ち、電気位相角として幾何学的に定量できる。
これら生体電気インピーダンスＺ、抵抗Ｒ、リアクタンスＸ及び電気位相角φとの間の幾何学的な関係は、図１０に人体のインピーダンス軌跡として実線Ｄに示すように、周波数に依存している。周波数が０Ｈｚの時では、細胞膜と組織界面の生体電気インピーダンスＺは、電気を伝導するには高すぎる。従って、電気は細胞外液を通してのみ流れ、測定される生体電気インピーダンスＺは純粋にレジスタンスである。次に、周波数が増加するにつれて、電流は細胞膜を貫通するようになり、リアクタンスＸが高くなって位相角φを広げることになる。生体電気インピーダンスＺの大きさは、公式（Ｚ＝Ｒ²＋Ｘ²）によって定義されるベクトルの値に等しい。
リアクタンスＸが最大になる時の周波数を臨界周波数ｆCといい、伝導導体である生体の１つの電気的特性値である。この臨界周波数ｆCを超えると、細胞膜と組織界面が容量性能力を失うようになり、これにつれてリアクタンスＸが減少する。周波数が無限大では、生体電気インピーダンスは再び純粋にレジスタンスと等価になる。
【０００４】
ここで、生体の組織を構成する細胞について言及すると、図１１に示すように、細胞１，１，…は、細胞膜２，２，…によって取り囲まれているが、細胞膜２，２，…は、電気的には容量（キャパシタンス）の大きなコンデンサと見ることができる。従って、生体電気インピーダンスは、図１２に示すように、細胞外液抵抗１／Ｙeのみからなる細胞外液インピーダンスと、細胞内液抵抗１／Ｙiと細胞膜容量Ｃmとの直列接続からなる細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスと考えることができる。
そこで、上記生体電気インピーダンス法を用いて被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計する従来の身体組成推計方法においては、手足に装着された表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を、臨界周波数ｆCに近い５０ｋＨｚ（図１０）に固定してこれを疑似的に臨界周波数ｆCであるとして、被験者の生体電気インピーダンスを測定して、細胞外液インピーダンスと細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスを得、得られた並列合成インピーダンスに基づいて、被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計していた。例えば、得られた並列合成インピーダンスから、体脂肪率を計算し、計算された体脂肪率より除脂肪重量を求め、その除脂肪重量の約７３．２％が水分であるとして被験者の体水分量を算出していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の身体組成推計方法においては、手足の表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を臨界周波数ｆCに近い５０ｋＨｚに固定しているが、臨界周波数ｆCは、人体の高周波領域と低周波領域とを分ける周波数と考えられ、個人によって異なるものであるので、５０ｋＨｚに固定してしまうのでは、正確な臨界周波数ｆCを算出できないという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、正確な臨界周波数を個別的に算出できる身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、
【００１０】
請求項１記載の発明に係る身体組成推計装置は、マルチ周波のプローブ電流を生成し、生成した各周波のプローブ電流を被験者の体に投入して該被験者の体の電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定手段と、該生体電気インピーダンス測定手段によって測定された各周波数についての上記電気インピーダンスに基づいて、上記被験者の体のインピーダンス軌跡を算出するインピーダンス軌跡算出手段と、該インピーダンス軌跡算出手段によって算出された上記インピーダンス軌跡に基づいて、上記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出する臨界周波数算出手段とを備えてなることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項１記載の発明に係る身体組成推計装置は、上記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計する除水量推計手段を備えてなることを特徴としている。
【００１２】
上記除水量推計手段は、上記除水量が上記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、上記除水量を推計することを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項２記載の発明に係る身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータによって被験者の体の体水分分布や体脂肪の状態を推計するための身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、該身体組成推計プログラムは、コンピュータに、マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより測定された各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を算出させ、算出された該インピーダンス軌跡から、上記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出させることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の発明に係る身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記身体組成推計プログラムは、コンピュータに、上記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計させることを特徴としている。
【００１５】
上記身体組成推計プログラムは、コンピュータに、上記除水量が上記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、除水量を推計させることを特徴としている。
【００１６】
【作用】
この発明の構成において、マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより、被験者の体の電気インピーダンスが測定されると、得られた各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、被験者の体のインピーダンス軌跡が算出されるので、この得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数が算出される。
また、得られた臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量が推計される。
それ故、この発明の構成によれば、正確な臨界周波数が算出できる。また、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１はこの発明の一実施例である身体組成推計装置の電気的構成を示すブロック図、図２は、同装置の使用状態を模式的に示す模式図、図３は、組織内細胞の電気的等価回路図、図４は、周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図、図５は、除水量ｕｆを推計するための身体組成推計式の導出方法を説明するための説明図、図６は、同装置の動作処理手順を示すフローチャート、図７は、同装置における表示器の表示例を示す図、図８は、同動作を説明するためのタイミングチャート、図９は、同装置における表示器の別の表示例を示す図である。
この例の身体組成推計装置４は、被験者の体水分分布（細胞外液量、細胞内液量、体液量）や除脂肪重量、臨界周波数等を測定し、測定結果を表示する装置に係り、図１及び図２に示すように、被験者の体Ｅに測定信号としてマルチ周波数電流Ｉｂを流すための信号出力回路５と、被験者の体Ｅを流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出するための電流検出回路６と、被験者の手足間の電圧Ｖｐを検出するための電圧検出回路７と、入力装置としてのキーボード８と、出力装置としての表示器９と、装置各部を制御すると共に、各種演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）１０と、ＣＰＵ１０の処理プログラムを記憶するＲＯＭ１１と、各種データを一時記憶するデータ領域及びＣＰＵ１０の作業領域が設定されるＲＡＭ１２と、測定時に被験者の手甲部Ｈａや足甲部Ｌｅの皮膚表面に導電可能に貼り付けられる４個の表面電極Ｈｐ,Ｈｃ,Ｌｐ,Ｌｃとから概略構成されている。
【００１８】
まず、キーボード８は、被験者の身長や体重、測定時間等を入力するためのテンキーや機能キー、体水分分布測定モード又は体脂肪測定モードの一方を選択するモード選択キー、及び操作者（又は被験者）が測定開始／測定終了を指示するための開始／終了スイッチ等を有して構成されている。キーボード８から供給される操作データ及び身長・体重データは、図示せぬキーコード発生回路でキーコードに変換されてＣＰＵ１０に供給される。ＣＰＵ１０は、コード入力された各種操作信号及び身長・体重データをＲＡＭ１２のデータ領域に一時記憶する。
この例では、体脂肪測定モードにおいては、全測定期間Ｔf及び後述する測定信号Ｉａの掃引回数Ｎが入力される。また、体水分分布測定モードにおいては、全測定時間Ｔw、測定間隔ｔ、及び掃引回数Ｎが入力され、全測定時間Ｔwは、例えば、人工透析をモニターするのに充分な時間を考慮して、４．５時間、５時間、５．５時間、６時間、６．５時間、７時間の中から、また、測定間隔ｔは、１０分、２０分、３０分の中から任意に選択できるようになっている。これにより、全測定時間Ｔwの間、被験者の体液量ＴＢＷの経時変化が測定される。このように、与えられたいくつかの時間の中から選択する代わりに、操作者が、キーボード８を用いて自由に時間Ｔw，ｔを設定できるようにしても良い。
【００１９】
上記信号出力回路５は、ＰＩＯ（パラレル・インタフェース）５１、測定信号発生器５２及び出力バッファ５３から構成されている。測定信号発生器５２は、所定の掃引周期で、ＰＩＯ５１を介してＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧが供給されると、周波数が、例えば１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号（電流）Ｉａを、所定の掃引回数Ｎに亘って、繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。この表面電極Ｈｃは、測定時、被験者の手甲部Ｈａに導電可能に貼り付けられ、これにより、１００〜８００μＡの範囲にあるマルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅを流れることになる。
なお、体水分分布測定モードにおいては、信号発生指示信号ＳＧの供給周期は、操作者がキーボード８を用いて設定した測定間隔ｔに一致する。
【００２０】
上記電流検出回路６は、Ｉ／Ｖ変換器（電流／電圧変換器）６１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６２、Ａ／Ｄ変換器６３及びサンプリングメモリ６４から概略構成されている。Ｉ／Ｖ変換器６１は、被験者の体Ｅ、即ち、被験者の手甲部Ｈａ（図２）に貼り付けられた表面電極Ｈｃと足甲部Ｌｅに貼り付けられた表面電極Ｌｃとの間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出して電圧Ｖｂに変換し、変換により得られた電圧ＶｂをＢＰＦ６２に供給する。ＢＰＦ６２は、入力された電圧Ｖｂのうち、略１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器６３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器６３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｂをデジタルの電圧信号Ｖｂに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｂを電流データＶｂとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納する。また、サンプリングメモリ６４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｂを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
【００２１】
また、上記電圧検出回路７は、差動増幅器７１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）７２、Ａ／Ｄ変換器７３及びサンプリングメモリ７４から構成されている。差動増幅器７１は、被験者の体Ｅ、即ち、被験者の手甲部Ｈａに貼り付けられた表面電極Ｈｐと足甲部Ｌｅに貼り付けられた表面電極Ｌｐとの間の電圧（電位差）を検出する。ＢＰＦ７２は、入力された電圧Ｖｐのうち、略１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器７３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器７３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｐをデジタルの電圧信号Ｖｐに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｐを電圧データＶｐとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納する。また、サンプリングメモリ７４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｐを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
なお、ＣＰＵ１０は、２つのＡ／Ｄ変換器６３，７３に対して同一のタイミングでデジタル変換指示を行う。
【００２２】
ＲＯＭ１１は、ＣＰＵ１０の処理プログラムとして、主プログラムの他、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム、インピーダンス軌跡算出サブプログラム、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム、周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラム、臨界周波数算出サブプログラム、除水量推計サブプログラム、細胞内液抵抗算出サブプログラム、除脂肪重量推計サブプログラム、体脂肪重量推計サブプログラム、体脂肪率推計サブプログラム、細胞外液量推計サブプログラム、細胞内液量推計サブプログラム、体液量推計サブプログラム、体液量−除脂肪重量比算出サブプログラム、体液量偏差算出サブプログラム等を格納する。
また、ＲＯＭ１１には、予め統計的に処理された一般健常者の体の正常状態における体液量ＴＢＷSを、除脂肪重量ＬＢＭSで除した数値データも、正常体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷS／ＬＢＭS）として予め設定登録されている。各種プログラムは、ＲＯＭ１１からＣＰＵ１０に読み込まれ、ＣＰＵ１０の動作を制御する。なお、これらのサブプログラムを記録する記録媒体は、ＲＯＭ１１等の半導体メモリに限らず、ＦＤ（フロッピーディスク）やＨＤ（ハードディスク）等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに記録されていても良い。
【００２３】
ここで、上述の生体電気インピーダンス算出サブプログラムは、ＣＰＵ１０に、サンプリングメモリ６４，７４に記憶された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出させて、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンスを算出させる。「従来の技術」欄で説明したように、細胞膜２，２，…は、容量の大きなコンデンサとみることができるため、外部から印加された電流は、周波数の低いときには、図１１に実線Ａ，Ａ，…で示すように、細胞外液３のみを流れる。しかし、周波数が高くなるにつれて、細胞膜２，２，…を通って流れる電流が増え、周波数が非常に高くなると、同図に破線Ｂ，Ｂ，…で示すように、細胞１，１，…内を通って流れるようになる。
【００２４】
インピーダンス軌跡算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、生体電気インピーダンス算出サブプログラムの稼働により得られた各周波数についての被験者の生体電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法に従って、周波数０から周波数無限大までのインピーダンス軌跡を算出させる処理手順が書き込まれている。「従来の技術」の欄では、人体の組織内細胞を単純な電気的等価回路（図１２）で表したが、実際の人体の組織では、いろいろな大きさの細胞が不規則に配置されているので、実際の人体のインピーダンス軌跡は、図１０に実線Ｄで示すように、中心が実軸より上がった円弧となり、電気的等価回路は、図３に示すように、時定数τ＝Ｃmk／Ｙikが分布している分布定数回路で表される。なお、同図において、１／Ｙeは細胞外液抵抗、１／Ｙikは各細胞の細胞内液抵抗、Ｃmkは各細胞の細胞膜容量を示す。
【００２５】
周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムには、それぞれ、ＣＰＵ１０に、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、それぞれ、周波数０時、無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを決定させる手順が書き込まれている。
【００２６】
臨界周波数算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数ｆCを算出させる手順が書き込まれている。臨界周波数ｆCは、インピーダンス軌跡（図１０）の円弧の頂点を超える前後のデータの周波数を求め、各データの頂点から離れた割合から求めることができる。
除水量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、臨界周波数推計サブプログラムの稼働により得られた臨界周波数ｆCに基づいて、人工透析において設定すべき最適な除水量ｕｆを推計させるための推計式（１）が記述されている。ここで、式（１）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた除水量ｕｆの回帰式であり、定数α，βは、人工透析終了後に実測した除水量ｕｆをｆCの１つの説明変数で回帰分析することによって求めたものである。相関係数は、０．９６であり、高い相関が確認されている。なお、この式（１）によって表される回帰直線は、図５に示すような直線となる。
【００２７】
【数１】
ｕｆ＝−αｆC＋β… …（１）
ｕｆ：人工透析による被験者の除水量［ｌ］
ｆC：被験者の臨界周波数［ｋＨｚ］
α，β：定数
【００２８】
細胞内液抵抗算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの稼働により得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗１／Ｙiを算出させる算出式（２）が記述されている。周波数０Ｈｚでは、測定される生体電気インピーダンス１／Ｙ（０）は、細胞外液抵抗１／Ｙeと等価となるので、周波数０時インピーダンス決定サブプログラムにおいて得られたインピーダンス１／Ｙ（０）が求めるべき細胞外液抵抗１／Ｙeとなる（式（３）参照）。また、周波数無限大では、図１０に示すように、細胞膜が容量性能力を失い、測定される生体電気インピーダンス１／Ｙ（∞）は、細胞内液抵抗１／Ｙiと細胞外液抵抗１／Ｙeとの合成抵抗と等価（図４）になる。従って、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンス１／Ｙ（０）及び１／Ｙ（∞）から、細胞内液抵抗１／Ｙiが正確に算出される。
【００２９】
【数２】
Ｙi＝Ｙ（∞）−Ｙ（０）… …（２）
【００３０】
【数３】
Ｙe＝Ｙ（０）… …（３）
【００３１】
除脂肪重量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、周波数０時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた細胞外液抵抗１／Ｙe、細胞内液抵抗算出サブプログラムにより得られた細胞内液抵抗１／Ｙi、キーボード８を介して入力された被験者の身長データＨや体重データＷに基づいて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計させるための推計式（４）が記述されている。
ここで、式（４）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた除脂肪重量ＬＢＭの重回帰式であり、定数ａ₁，ｂ₁，ｃ₁，ｄ₁は、ＤＸＡで測定した除脂肪重量ＬＢＭをＷ、Ｈ²Ｙe、Ｈ²Ｙiの３つの説明変数で重回帰分析することによって求めたものである。説明変数に体重Ｗを付加することで、ＤＸＡで測定したデータとの相関係数が、０．９６に上昇する。
【００３２】
【数４】
ＬＢＭ＝ａ₁Ｗ＋ｂ₁Ｈ²Ｙe＋ｃ₁Ｈ²Ｙi＋ｄ₁… …（４）
ＬＢＭ：被験者の体の除脂肪重量［ｋｇ］
Ｗ：被験者の体重［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ａ₁，ｂ₁，ｃ₁，ｄ₁：定数
【００３３】
上記体脂肪重量推計サブプログラムは、ＣＰＵ１０に、除脂肪重量ＬＢＭを被験者の体重Ｗから減算させることによって、被験者の体脂肪重量ＦＡＴを算出させる。体脂肪率推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、除脂肪重量推計サブプログラムにより得られた除脂肪重量ＬＢＭと、体脂肪重量推計サブプログラムにより得られた体脂肪重量ＦＡＴとに基づいて、被験者の体脂肪率％ＦＡＴを算出させるための手順（式（５））が記述されている。
【００３４】
【数５】
％ＦＡＴ＝１００ＦＡＴ／（ＦＡＴ＋ＬＢＭ）… …（５）
【００３５】
細胞外液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞外液抵抗１／Ｙe、被験者の身長データＨに基づいて、被験者の細胞外液量Ｖeを推計させるための推計式（６）が記述されている。
ここで、式（６）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた細胞外液量Ｖeの回帰式であり、定数ｂ₂は、細胞外液量ＶeをＨ²Ｙeの１つの説明変数で回帰分析することによって求められたものである。
【００３６】
【数６】
Ｖe＝ｂ₂Ｈ²Ｙe… …（６）
Ｖe：被験者の細胞外液量［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
ｂ₂：定数
【００３７】
細胞内液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞内液抵抗１／Ｙi、被験者の身長データＨに基づいて、被験者の細胞内液量Ｖiを推計させるための推計式（７）が記述されている。
ここで、式（７）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた細胞内液量Ｖiの回帰式であり、定数ｃ₂は、細胞内液量ＶiをＨ²Ｙiの１つの説明変数で回帰分析することによって求められたものである。
【００３８】
【数７】
Ｖi＝ｃ₂Ｈ²Ｙi… …（７）
Ｖi：被験者の細胞内液量［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ｃ₂：定数
【００３９】
体液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞外液抵抗１／Ｙe、細胞内液抵抗１／Ｙi、被験者の身長データＨや体重データＷに基づいて、被験者の体液量ＴＢＷを推計させるための推計式（８）が記述されている。
ここで、式（８）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた体液量ＴＢＷの重回帰式であり、定数ａ₃，ｂ₃，ｃ₃，ｄ₃は、ＤＸＡで測定した体液量ＴＢＷをＷ、Ｈ²Ｙe、Ｈ²Ｙiの３つの説明変数で重回帰分析することによって求められたものである。
【００４０】
【数８】
ＴＢＷ＝ａ₃Ｗ＋ｂ₃Ｈ²Ｙe＋ｃ₃Ｈ²Ｙi＋ｄ₃… …（８）
ＴＢＷ：被験者の体液量［ｋｇ］
Ｗ：被験者の体重［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ａ₃，ｂ₃，ｃ₃，ｄ₃：定数
【００４１】
体液量−除脂肪重量比算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、被験者の体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を算出させる手順が記述されている。
また、体液量偏差算出サブプログラムには、被験者の体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）と正常体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ_s／ＬＢＭ_s）との差である体液量−除脂肪重量比偏差Δ（ＴＢＷ／ＬＢＭ）に除脂肪重量ＬＢＭを乗ずることで与えられる体液量偏差ΔＴＢＷ（式（９））を算出させる手順が記述されている。
【００４２】
【数９】
ΔＴＢＷ＝ＬＢＭ｛（ＴＢＷ／ＬＢＭ）−（ＴＢＷs／ＬＢＭs）｝… …（９）
【００４３】
ＲＡＭ１２のデータ領域には、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム等により得られた被験者の生体電気インピーダンスを周波数毎に格納する生体電気インピーダンス記憶領域と、キーボード８を介して入力された被験者の身長・体重データ等を格納する身長・体重データ記憶領域と、体脂肪率推計サブプログラムにより得られた体脂肪率等の数値を記憶する体脂肪記憶領域等が設定される。
【００４４】
ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１に記憶された各種処理プログラムの制御により、ＲＡＭ１２を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、脂肪重量ＦＡＴ、体液量ＴＢＷ等を推計する処理を順次実行する。
表示器９は、例えば、カラー表示が可能な液晶表示パネルからなり、キーボード８からの入力データやＣＰＵ１０の演算結果、例えば、体液量−除脂肪重量比に関するトレンドグラフや、体液量偏差、体脂肪率、インピーダンス軌跡（図９（ａ）,（ｂ）参照）、細胞外液抵抗、細胞内液抵抗、被験者の身長・体重等を表示する。
【００４５】
次に、この例の動作について説明する。
まず、測定に先だって、図２に示すように、２個の表面電極Ｈｃ,Ｈｐを被験者の手甲部Ｈａに、２個の表面電極Ｌｐ,Ｌｃを被験者の同じ側の足甲部Ｌｅにそれぞれ導電クリームを介して貼り付ける（このとき、表面電極Ｈｃ,Ｌｃを、表面電極Ｈｐ,Ｌｐよりも人体の中心から遠い部位に取り付ける）。上記構成の身体組成推計装置４を、例えば、透析時のモニターとして用いる場合には、操作者（又は被験者自身）が身体組成推計装置４のキーボード８を操作して、モード設定キーを操作して、体水分分布測定モードを設定し、さらに、被験者の身長Ｈ及び体重Ｗを入力すると共に、測定開始から測定終了までの全測定時間Ｔwや測定間隔等ｔ（図８）や掃引回数Ｎを設定する。この例では、全測定時間Ｔwは、透析をモニターするのに充分な時間を考慮して、７時間が選択され、また、測定間隔ｔは、３０分が選択されたとする。キーボード８から入力された身長Ｈ及び体重Ｗ等のデータや設定値は、ＲＡＭ１２に記憶される。
【００４６】
次に、操作者（又は被験者自身）が、透析開始の時刻に合わせてキーボード８の開始／終了スイッチをオンにすると、これより、ＣＰＵ１０は、図６に示す処理の流れに従って、動作を開始する。まず、ステップＳＰ１０において、ＣＰＵ１０は、信号出力回路５の測定信号発生器５２に、信号発生指示信号ＳＧを供給する。測定信号発生器５２は、ＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧを受け取ると、駆動を開始して、全測定時間の間、所定の掃引周期で、周波数が、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号Ｉａを繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態（１００〜８００μＡに範囲の一定値）に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。これにより、定電流のマルチ周波数電流Ｉｂが、表面電極Ｈｃから被験者の体Ｅを流れ、測定が開始される。
【００４７】
マルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅに供給されると、電流検出回路６のＩ／Ｖ変換器６１において、表面電極Ｈｃ,Ｌｃが貼り付けられた手足間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂが検出され、アナログの電圧信号Ｖｂに変換された後、ＢＰＦ６２に供給される。ＢＰＦ６２では、入力された電圧信号Ｖｂの中から１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器６３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器６３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｂが、デジタルの電圧信号Ｖｂに変換され、電流データＶｂとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納される。サンプリングメモリ６４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｂがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。
一方、電圧検出回路７の差動増幅器７１において、表面電極Ｈｐ,Ｌｐが貼り付けられた手足間で生じた電圧Ｖｐが検出され、ＢＰＦ７２に供給される。ＢＰＦ７２では、入力された電圧信号Ｖｐの中から１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器７３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器７３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｐが、デジタルの電圧信号Ｖｐに変換され、電圧データＶｐとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納される。サンプリングメモリ７４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｐがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。ＣＰＵ１０は、プローブ電流Ｉａの掃引回数が、指定された掃引回数Ｎになるまで繰り返す。
【００４８】
そして、掃引回数が指定の回数Ｎになると、ＣＰＵ１０は、測定を停止する制御を行った後、ステップＳＰ１１へ進み、これより、まず、生体電気インピーダンス算出サブプログラムを起動して、両サンプリングメモリ６４，７４に格納された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出して、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス（掃引回数Ｎ回の平均値）を算出する。なお、生体電気インピーダンスの算出には、その成分（抵抗及びリアクタンス）の算出も含まれる。次に、ＣＰＵ１０は、インピーダンス軌跡算出サブプログラムを起動して、生体電気インピーダンス算出サブプログラムにより得られた各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス及びその成分（抵抗及びリアクタンス）に基づいて、最小二乗法を用いるカーブフィッティングの手法に従って、周波数０から周波数無限大までのインピーダンス軌跡を算出する。このようにして算出されたインピーダンス軌跡は、図９（ａ）,（ｂ）に示すように、中心が実軸より上がった円弧となる。
【００４９】
次に、ＣＰＵ１０は、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの制御に従って、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより得られたインピーダンス軌跡に基づいて、それぞれ、周波数０時及び無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを求める。つまり、インピーダンス軌跡の円弧が、図中Ｘ軸と交わる点が、それぞれ周波数０Ｈｚと無限大の時の生体電気インピーダンスになる。ここで、周波数０Ｈｚ時の生体電気インピーダンスが、求める細胞外液抵抗となる。
次に、ＣＰＵ１０は、臨界周波数算出サブプログラムの制御に従って、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数ｆCを求める。つまり、インピーダンス軌跡（図１０）の円弧の頂点を超える前後のデータの周波数を求め、各データの頂点から離れた割合から求める。次に、ＣＰＵ１０は、細胞内液抵抗算出サブプログラムに従って、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗を算出する。
【００５０】
（ａ）体水分分布測定モード時
次に、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ１０は、図示せぬモード設定フラグを見て、現在のモードが体水分分布測定モードであるか体脂肪測定モードであるかを調べる。
いまは、操作者（又は被験者自身）によって、体水分分布測定モードが設定されているので、ＣＰＵ１０は、ステップＳＰ１３へ進み、まず、除水量推計サブプログラムの制御により、式（１）を用いて、被験者の設定すべき除水量ｕｆを推計する処理を実行する。次に、ＣＰＵ１０は、細胞外液量推計サブプログラムの制御により、式（６）を用いて、被験者の細胞外液量Ｖeを推計する処理を実行した後、細胞内液量推計サブプログラムの制御により、式（７）を用いて、被験者の細胞内液量Ｖiを推計する処理を実行する。さらに、ＣＰＵ１０は、体液量推計サブプログラムの制御により、式（８）を用いて、被験者の体液量ＴＢＷを推計する処理を実行する。
次に、ＣＰＵ１０は、除脂肪重量推計サブプログラムの制御により、式（４）を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計し、この後、体液量−除脂肪重量比算出サブプログラムの制御により、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を算出し、最後に、体液量偏差算出サブプログラムの制御により、式（９）を用いて、被験者の現在の体液量偏差ΔＴＢＷを算出する。
【００５１】
上述の一連の算出処理が完了すると、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の除水量ｕｆ、細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭ、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）、体液量偏差ΔＴＢＷ等を測定時点における測定結果としてＲＡＭ１２に記憶すると共に、ステップＳＰ１４へ進み、図７に示すように、表示器９に画面表示されたトレンドグラフ（透析開始からの経過時間を横軸とし、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を縦軸とする折れ線グラフ）上に体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）の値をプロットし、また、除水量ｕｆを目安とすべき推奨除水量として表示すると共に、細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量偏差ΔＴＢＷ、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭを現在のデータとして画面表示する。
【００５２】
この後、ステップＳＰ１５へ進み、ＣＰＵ１０は、全測定時間Ｔw（図８）が経過したか否かを判断する。この判断において、全測定時間Ｔw（この例では、７時間）が経過したとの結論が得られれば、以後の測定処理を終了するが、いま、最初の測定が終了したばかりなので、全測定時間Ｔwがいまだ経過していないと判断され、ステップＳＰ１６へ進み、測定間隔に相当する時間ｔ（同図）が経過するのを待つ。なお、この待ち時間の間も、表示器９のトレンドグラフ画面は、表示されている。そして、測定間隔に相当する時間ｔ（この例では、３０分）が経過すると、ステップＳＰ１０へ戻り、２回目の測定を開始する。そして、上述の処理を、全測定時間Ｔwが経過するまで、すなわち、透析終了時まで繰り返す。
【００５３】
（ｂ）体脂肪測定モード時
一方、被験者が除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等の測定を希望する場合には、まず、測定に先だって、操作者（又は被験者自身）が身体組成推計装置４のキーボード８を操作して、モード設定キーを操作して、体脂肪測定モードを設定し、さらに、被験者の身長Ｈ及び体重Ｗを入力すると共に、全測定時間Ｔf、及び掃引回数Ｎを設定する。次に、キーボード８の開始／終了スイッチを押下すると、これより、ＣＰＵ１０は、上述した測定演算処理（ステップＳＰ１０及びステップＳＰ１１）を実行する。そして、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ１０は、モード設定フラグを見て、現在のモードが体水分分布測定モードであるか体脂肪測定モードであるかを調べる。
今度は、体脂肪測定モードが選択されているので、ステップＳＰ１７へ進み、ＣＰＵ１０は、除脂肪重量推計サブプログラムの制御により、式（４）を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計する。次に、ＣＰＵ１０は、体脂肪重量推計サブプログラムの制御により、被験者の脂肪重量ＦＡＴを推計し、次いで、体脂肪率推計サブプログラムの制御により、式（５）を用いて、体脂肪率％ＦＡＴを算出する。
【００５４】
上述の一連の算出処理が完了すると、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等をＲＡＭ１２に記憶すると共に、ステップＳＰ１８において、図９に示すように、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等、インピーダンス軌跡、細胞外液抵抗、被験者の身長・体重等を表示器９に表示させる。そして、当該一連の処理を終了する。
【００５５】
このように、上記構成によれば、細胞外液抵抗１／Ｙeと細胞内液抵抗１／Ｙiとを、互いに確実に分離でき、しかも、細胞膜の容量成分を全く含まない上、被験者の身長Ｈのみならず、体重Ｗも考慮されるので、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体液量ＴＢＷ等について、一段と正確な推計値を得ることがでる。例えば、除脂肪重量ＬＢＭでは、ＤＸＡで測定したデータとの相関係数が、０．９６に上昇する。
また、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を求め、求められた軌跡から、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求め、求められた生体電気インピーダンスに基づいて、細胞外液抵抗及び細胞内液抵抗を算出するので、高周波投入時の浮遊容量や外来ノイズの影響を回避でき、また、人体への直流の直接投入を回避できる。それ故、測定精度が向上する。また、体水分分布測定モードにおいて、表示器９に、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）の現在の値がトレンド表示され、かつ、除水量ｕｆが目安とすべき推奨除水量として表示されると共に、被験者の現在の細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量偏差ΔＴＢＷ、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭが表示されるので、例えば、人工透析の際に、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。また、この際、被験者の体格の差異の影響を補正する必要はない。
【００５６】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、４個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐのうち、２個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐを被験者Ｅの手甲部Ｈａに、残り２個の表面電極Ｌｃ，Ｌｐを被験者Ｅの足甲部Ｌｅに、貼り付けるようにしたが、これに限らず、例えば、４個とも片足に取り付けるようにしても良い。
また、測定信号（電流）Ｉａの周波数範囲は、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに限定されない。同様に、周波数の数も複数である限り任意である。また、生体電気インピーダンスを算出する代わりに、生体電気アドミッタンスを算出するようにしても良く、これに伴い、インピーダンス軌跡を算出する代わりに、アドミッタンス軌跡を算出するようにしても良い。
また、上述の実施例では、最小二乗法によるカーブフィッティングの手法を用いて、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求めるようにしたが、これに限らず、浮遊容量や外来ノイズの影響を他の手段により回避できる場合には、例えば、２周波数（５ｋＨｚ以下の低周波と、２００ｋＨｚ以上の高周波）の測定信号を生成して被験者に投入し、被験者の体の低周波時の生体電気インピーダンスを周波数０時の生体電気インピーダンスとみなすと共に、被験者の体の高周波時の生体電気インピーダンスを周波数無限大時の生体電気インピーダンスとみなすようにしても良い。
また、表示器９のトレンドグラフを折れ線グラフに代えて棒グラフとしても良い。また、出力装置は、表示器に限らず、プリンタを用いても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、正確な臨界周波数を個人毎に算出できる。また、目安とすべき人工透析における除水量の推定が行われるので、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である身体組成推計装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】同身体組成推計装置の使用状態を模式的に示す模式図である。
【図３】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図４】周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図５】除水量を推計するための身体組成推計式の導出方法を説明するための説明図である。
【図６】同身体組成推計装置の動作処理手順を示すフローチャートである。
【図７】同身体組成推計装置における表示器の表示例を示す図である。
【図８】同身体組成推計装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】同身体組成推計装置における表示器の別の表示例を示す図である。
【図１０】人体のインピーダンス軌跡を示す図である。
【図１１】人体の組織内細胞を模式的に示す模式図である。
【図１２】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【符号の説明】
４身体組成推計装置
５信号出力回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
６電流検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
７電圧検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
８キーボード
１０ＣＰＵ（生体電気インピーダンス算出手段）
１１ＲＯＭ
１２ＲＡＭ
５２測定信号発生器
５３出力バッファ
６１Ｉ／Ｖ変換器
６２，７２ＢＰＦ
６３，７３Ａ／Ｄ変換器
６４，７４サンプリングメモリ
７１差動増幅器
Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐ表面電極
Ｅ被験者の体
Ｈａ被験者の手甲部
Ｌｅ被験者の足甲部
Ｉａ測定信号
Ｉｂマルチ周波数電流（マルチ周波のプローブ電流）
Ｖｐ被験者の手足間の電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  This inventionThe bodyThe present invention relates to a computer-readable recording medium that records a body composition estimation device and a body composition estimation program, and is particularly useful for estimating the body water distribution and body fat state of a subject based on the bioelectrical impedance method.BodyThe present invention relates to a body composition estimation device and a computer-readable recording medium on which a body composition estimation program is recorded.
[0002]
[Prior art]
In recent years, studies on the electrical characteristics of living bodies have been conducted for the purpose of evaluating the body composition of humans and animals. The electrical characteristics of a living body vary significantly depending on the type of tissue or organ. For example, in the case of humans, the electrical resistivity of blood is around 150 Ω · cm, whereas the electrical resistivity of bones and fats is 1 to There is also 5 kΩ · cm. This electrical property of the living body is called bioelectric impedance, and is measured by passing a minute current between a plurality of electrodes mounted on the body surface of the living body.
From the bioelectrical impedance thus obtained, the body water distribution of the subject (extracellular fluid volume, intracellular fluid volume, total body water volume (body fluid volume), etc.) and body fat status (body fat percentage) , Fat weight, lean body weight, etc.) is called bioelectrical impedance method ("Bioelectrical impedance method as an evaluation method of body composition", Baumgartner, RN, etc., "Bioelectrical impedance and its clinical application" ”, Medical Electronics and Biotechnology, Hiroshi Kanai, 20 (3) Jun 1982,“ Estimation of Water Distribution in the Limb by Impedance Method and Its Application ”, Medical Electronics and Biotechnology, Makoto Nami et al., 23 (6 1985, “Long-term measurement of urine volume in the bladder by impedance method”, Ergonomics, Yasuo Kuchimachi et al., 28 (3) 1992).
[0003]
  Bioelectrical impedance consists of the body's resistance to the current carried by ions in the body and the reactance associated with various types of polarization processes created by cell membranes, tissue interfaces, or non-ionized tissues . Capacitance, which is the reciprocal of reactance, causes a time delay in current rather than voltage, creating a phase shift, which is the arctangent of the ratio of reactance to resistance, That is, the electrical phase angle can be geometrically quantified.
  The geometric relationship among the bioelectric impedance Z, the resistance R, the reactance X, and the electrical phase angle φ depends on the frequency as shown by a solid line D as an impedance locus of the human body in FIG. When the frequency is 0 Hz, the bioelectrical impedance Z at the cell membrane-tissue interface is too high to conduct electricity. Thus, electricity flows only through the extracellular fluid and the measured bioelectrical impedance Z is purely resistance. Next, as the frequency increases, the current penetrates the cell membrane, and the reactance X is increased to widen the phase angle φ. The magnitude of the bioelectrical impedance Z is given by the formula (Z = R²+ X²Is equal to the value of the vector defined by
  Reactance X isThe frequency at the maximum is called the critical frequency fC, which is one electrical characteristic value of the living body which is a conductive conductor. Beyond this critical frequency fC, the cell membrane-tissue interface loses capacitive capacity and the reactance X decreases accordingly. At infinite frequency, the bioelectrical impedance is again purely equivalent to resistance.
[0004]
Here, referring to the cells constituting the living tissue, as shown in FIG. 11, the cells 1, 1,... Are surrounded by the cell membranes 2, 2,. Electrically, it can be regarded as a capacitor having a large capacitance. Accordingly, as shown in FIG. 12, the bioelectrical impedance is an intracellular fluid consisting of an extracellular fluid impedance consisting only of the extracellular fluid resistance 1 / Ye and a series connection of the intracellular fluid resistance 1 / Yi and the cell membrane capacitance Cm. It can be considered as a parallel combined impedance with impedance.
Therefore, in the conventional body composition estimation method for estimating the body water distribution and body fat state of the subject using the bioelectrical impedance method, the frequency of the sinusoidal alternating current to be passed between the surface electrodes attached to the limbs is set. The bioelectrical impedance of the test subject is measured assuming that the frequency is fixed to 50 kHz (FIG. 10) close to the critical frequency fC and this is pseudo critical frequency fC, and the parallel synthesis of the extracellular fluid impedance and the intracellular fluid impedance is performed. Based on the obtained parallel synthetic impedance, the body water distribution and body fat state of the subject were estimated. For example, the body fat percentage is calculated from the obtained parallel synthetic impedance, the lean body mass is calculated from the calculated body fat percentage, and about 73.2% of the lean body weight is moisture, the body water content of the subject Was calculated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional body composition estimation method described above, the frequency of the sinusoidal alternating current to be passed between the surface electrodes of the limbs is fixed at 50 kHz, which is close to the critical frequency fC, but the critical frequency fC is a high frequency region of the human body. Since the frequency is considered to be a frequency that divides the frequency range from the low-frequency region and varies depending on the individual, there is a drawback in that an accurate critical frequency fC cannot be calculated if the frequency is fixed at 50 kHz.
[0006]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to individually calculate an accurate critical frequency.The bodyIt is an object of the present invention to provide a computer-readable recording medium in which a body composition estimation apparatus and a body composition estimation program are recorded.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  To solve the above problems,
[0010]
  ContractClaim1The body composition estimation apparatus according to the described invention generates a multi-frequency probe current, and inputs the generated probe current of each frequency into the body of the subject to measure the electrical impedance of the body of the subject. And an impedance trajectory calculating means for calculating an impedance trajectory of the body of the subject based on the electrical impedance for each frequency measured by the bioelectrical impedance measuring means, and the impedance calculated by the impedance trajectory calculating means Based on the trajectory, the electrical impedanceReactance isAnd a critical frequency calculating means for calculating a critical frequency which is a frequency at the maximum.
[0011]
  Also,Claim1Body composition estimation device according to the invention describedOnIt is characterized by comprising a water removal amount estimating means for estimating a water removal amount to be set in the artificial dialysis based on the critical frequency.
[0012]
  UpThe water removal amount estimating means is characterized in that the water removal amount is estimated using a body composition estimation formula given that the water removal amount has a negative correlation with the critical frequency.
[0013]
  And claims2A computer-readable recording medium on which the body composition estimation program according to the described invention is recorded is a computer-readable recording medium on which a body composition estimation program for estimating the body water distribution and body fat state of a subject's body is recorded by a computer The body composition estimation program uses a least-squares calculation method based on the electrical impedance for each frequency measured by applying a multi-frequency probe current to the subject's body. By making full use of this, an impedance locus is calculated, and a critical frequency, which is a frequency at which the reactance of the electric impedance becomes maximum, is calculated from the calculated impedance locus.
[0014]
  Also,Claim2A computer-readable recording medium on which the body composition estimation program according to the described invention is recordedOnThe body composition estimation program causes a computer to estimate a water removal amount to be set in artificial dialysis based on the critical frequency.
[0015]
  UpThe body composition estimation program is characterized by causing a computer to estimate the amount of water removal using a body composition estimation formula given that the amount of water removal is negatively correlated with the critical frequency.
[0016]
[Action]
  In the configuration of the present invention, when the electrical impedance of the subject's body is measured by injecting a multi-frequency probe current into the subject's body, based on the electrical impedance for each obtained frequency, Since the impedance locus is calculated, the critical frequency is calculated based on the obtained impedance locus.
  MaGetBased on the determined critical frequency, the water removal amount to be set in the artificial dialysis is estimated.
  Therefore, according to the configuration of the present invention, an accurate critical frequency can be calculated. MaExcludingIt can be used as a guideline for determining whether water should be used mainly in the extracellular fluid or extracellular fluid, and how much water removal should be set.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be made specifically using examples.
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a body composition estimation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a use state of the apparatus, and FIG. 3 is an electrical diagram of cells in a tissue. 4 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in the tissue at an infinite frequency, and FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method for deriving a body composition estimation formula for estimating the water removal amount uf. 6 is a flowchart showing an operation processing procedure of the apparatus, FIG. 7 is a diagram showing a display example of a display in the apparatus, FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation, and FIG. It is a figure which shows another example of a display of the indicator in an apparatus.
The body composition estimation device 4 of this example relates to a device that measures the body water distribution (extracellular fluid volume, intracellular fluid volume, body fluid volume), lean body mass, critical frequency, etc. of the subject, and displays the measurement results. As shown in FIGS. 1 and 2, a signal output circuit 5 for flowing a multi-frequency current Ib as a measurement signal to the body E of the subject, and a current detection circuit for detecting the multi-frequency current Ib flowing through the body E of the subject 6, a voltage detection circuit 7 for detecting a voltage Vp between the limbs of the subject, a keyboard 8 as an input device, a display 9 as an output device, and each part of the device and various arithmetic processes. A CPU (Central Processing Unit) 10, a ROM 11 for storing a processing program of the CPU 10, a RAM 12 in which a data area for temporarily storing various data and a work area for the CPU 10 are set, and a subject at the time of measurement Hand-back portion Ha and instep portion Le of the four surface electrodes Hp to be pasted to conductively to the skin surface, it is schematically composed of Hc, Lp, and Lc.
[0018]
First, the keyboard 8 includes a numeric keypad and function keys for inputting a subject's height, weight, measurement time, etc., a mode selection key for selecting one of body moisture distribution measurement mode or body fat measurement mode, and an operator (or subject). ) Has a start / end switch or the like for instructing measurement start / end of measurement. Operation data and height / weight data supplied from the keyboard 8 are converted into key codes by a key code generation circuit (not shown) and supplied to the CPU 10. The CPU 10 temporarily stores various operation signals and height / weight data input by code in the data area of the RAM 12.
In this example, in the body fat measurement mode, the entire measurement period Tf and the number N of sweeps of the measurement signal Ia described later are input. Further, in the body moisture distribution measurement mode, the total measurement time Tw, the measurement interval t, and the number of sweeps N are input, and the total measurement time Tw is, for example, taking into account the time sufficient for monitoring artificial dialysis, 4.5 hours, 5 hours, 5.5 hours, 6 hours, 6.5 hours, and 7 hours, and the measurement interval t can be arbitrarily selected from 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes It has become. Thereby, the change with time of the body fluid amount TBW of the subject is measured during the entire measurement time Tw. In this way, instead of selecting from a number of given times, the operator may freely set the times Tw and t using the keyboard 8.
[0019]
The signal output circuit 5 includes a PIO (parallel interface) 51, a measurement signal generator 52, and an output buffer 53. When the signal generation instruction signal SG is supplied from the CPU 10 via the PIO 51 at a predetermined sweep cycle, the measurement signal generator 52 changes in frequency in a range of, for example, 1 kHz to 400 kHz and at a frequency interval of 15 kHz. The measurement signal (current) Ia to be generated is repeatedly generated over a predetermined number of sweeps N and input to the output buffer 53. The output buffer 53 sends the input measurement signal Ia to the surface electrode Hc as a multi-frequency current Ib while maintaining a constant current state. At the time of measurement, the surface electrode Hc is attached to the subject's back Ha so as to be conductive, whereby a multi-frequency current Ib in the range of 100 to 800 μA flows through the subject's body E.
In the body moisture distribution measurement mode, the supply cycle of the signal generation instruction signal SG coincides with the measurement interval t set by the operator using the keyboard 8.
[0020]
The current detection circuit 6 is roughly composed of an I / V converter (current / voltage converter) 61, a BPF (band pass filter) 62, an A / D converter 63 and a sampling memory 64. The I / V converter 61 flows between the body electrode E of the subject, that is, the surface electrode Hc attached to the back part Ha (FIG. 2) of the subject and the surface electrode Lc attached to the back part Le. The multi-frequency current Ib is detected and converted to the voltage Vb, and the voltage Vb obtained by the conversion is supplied to the BPF 62. The BPF 62 supplies the A / D converter 63 with only the voltage signal in the band of approximately 1 kHz to 400 kHz out of the input voltage Vb.
The A / D converter 63 converts the analog input voltage Vb into a digital voltage signal Vb in accordance with a digital conversion instruction issued by the CPU 10, and then uses the digitized voltage signal Vb as current data Vb for each sampling period. Each frequency of the measurement signal Ia is stored in the sampling memory 64. Further, the sampling memory 64 is composed of SRAM, and sends a digital voltage signal Vb temporarily stored for each frequency of the measurement signal Ia to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
[0021]
The voltage detection circuit 7 includes a differential amplifier 71, a BPF (band pass filter) 72, an A / D converter 73, and a sampling memory 74. The differential amplifier 71 detects a voltage (potential difference) between the body electrode E of the subject, that is, the surface electrode Hp attached to the back part Ha of the subject and the surface electrode Lp attached to the back part Le. . The BPF 72 supplies the voltage to the A / D converter 73 through only the voltage signal in the band of approximately 1 kHz to 400 kHz among the input voltage Vp.
The A / D converter 73 converts the analog input voltage Vp into a digital voltage signal Vp in accordance with a digital conversion instruction issued by the CPU 10, and then uses the digitized voltage signal Vp as voltage data Vp for each sampling period. Each frequency of the measurement signal Ia is stored in the sampling memory 74. Further, the sampling memory 74 is composed of an SRAM, and sends a digital voltage signal Vp temporarily stored for each frequency of the measurement signal Ia to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
The CPU 10 issues digital conversion instructions to the two A / D converters 63 and 73 at the same timing.
[0022]
The ROM 11 is a processing program for the CPU 10, in addition to the main program, for example, a bioelectrical impedance calculation subprogram, an impedance locus calculation subprogram, a zero-frequency impedance determination subprogram, an infinite frequency impedance determination subprogram, and a critical frequency calculation sub Program, water removal amount estimation subprogram, intracellular fluid resistance calculation subprogram, lean body mass estimation subprogram, body fat weight estimation subprogram, body fat percentage estimation subprogram, extracellular fluid volume estimation subprogram, intracellular fluid volume estimation A subprogram, a body fluid volume estimation subprogram, a body fluid volume-lean body weight ratio calculation subprogram, a body fluid volume deviation calculation subprogram, and the like are stored.
The ROM 11 also includes numerical data obtained by dividing the body fluid amount TBWS in the normal state of a normal healthy subject statistically processed in advance by the lean body mass LBMS, and the normal body fluid volume-lean body weight ratio (TBWS / LBMS). ) Is set and registered in advance. Various programs are read from the ROM 11 to the CPU 10 and control the operation of the CPU 10. The recording medium for recording these subprograms is not limited to the semiconductor memory such as the ROM 11 but may be recorded on a magnetic disk such as an FD (floppy disk) or HD (hard disk), or an optical disk such as a CD-ROM. .
[0023]
  Here, the bioelectrical impedance calculation subprogram described above causes the CPU 10 to sequentially read out current data and voltage data for each frequency stored in the sampling memories 64 and 74, and determine the bioelectrical impedance of the subject for each frequency. Let it be calculated. As described in the “Prior Art” column, since the cell membranes 2, 2,... Can be regarded as capacitors having a large capacity, when an externally applied current has a low frequency,11, Only the extracellular fluid 3 flows as indicated by solid lines A, A,. However, as the frequency increases, the current flowing through the cell membranes 2, 2,... Increases, and when the frequency becomes very high, as shown by broken lines B, B,. To flow through.
[0024]
  In the impedance trajectory calculation subprogram, the CPU 10 causes the frequency 0 to infinite frequency according to the least squares calculation method based on the bioelectrical impedance of the subject for each frequency obtained by the operation of the bioelectrical impedance calculation subprogram. The processing procedure for calculating the impedance locus up to is written. In the “Prior art” column, cells in human tissues are simply converted into electrical equivalent circuits (Fig.12) In the actual human tissue, cells of various sizes are irregularly arranged, so the impedance trajectory of the actual human body is10As shown by a solid line D in FIG. 3, the center is an arc that is higher than the real axis, and the electrical equivalent circuit is represented by a distributed constant circuit in which a time constant τ = Cmk / Yik is distributed as shown in FIG. . In the figure, 1 / Ye represents the extracellular fluid resistance, 1 / Yik represents the intracellular fluid resistance of each cell, and Cmk represents the cell membrane capacity of each cell.
[0025]
The frequency 0:00 impedance determination subprogram and the frequency infinity impedance determination subprogram are respectively based on the impedance trajectory obtained by the CPU 10 operating the impedance trajectory calculation subprogram. A procedure for determining the bioelectrical impedance of the subject is written.
[0026]
  In the critical frequency calculation subprogram, a procedure for causing the CPU 10 to calculate the critical frequency fC based on the impedance locus obtained by the operation of the impedance locus calculation subprogram is written. The critical frequency fC is the impedance locus (Fig.10), The frequency of the data before and after the vertex of the arc is obtained, and it can be obtained from the ratio away from the vertex of each data.
  In the water removal amount estimation subprogram, an estimation formula (1) for causing the CPU 10 to estimate the optimum water removal amount uf to be set in the artificial dialysis based on the critical frequency fC obtained by the operation of the critical frequency estimation subprogram. Is described. Here, the equation (1) is a regression equation of the water removal amount uf obtained as a result of conducting the sample survey on a large number of subjects in advance, and the constants α and β represent the water removal amount uf measured after the completion of the artificial dialysis as fC. It is obtained by regression analysis with one explanatory variable. The correlation coefficient is 0.96, and a high correlation is confirmed. In addition, the regression line represented by this Formula (1) becomes a straight line as shown in FIG.
[0027]
[Expression 1]
uf =-[alpha] fC + [beta] (1)
uf: Water removal amount of subject by artificial dialysis [l]
fC: Subject's critical frequency [kHz]
α, β: Constant
[0028]
  In the intracellular fluid resistance calculation subprogram, the CPU 10 calculates the intracellular fluid resistance 1 / Yi on the basis of both impedances obtained by the operation of the impedance determination subprogram at time 0 and the impedance determination subprogram at frequency infinity. The calculation formula (2) to be performed is described. At a frequency of 0 Hz, the measured bioelectric impedance 1 / Y (0) is equivalent to the extracellular fluid resistance 1 / Ye, so that the impedance 1 / Y (0) obtained in the frequency 0:00 impedance determination subprogram is The extracellular fluid resistance to be obtained is 1 / Ye (see formula (3)). In the case of infinite frequency,10As shown, the cell membrane loses capacitive capacity, and the measured bioelectrical impedance 1 / Y (∞) is equivalent to the combined resistance of the intracellular fluid resistance 1 / Yi and the extracellular fluid resistance 1 / Ye (see FIG. 4). Therefore, the intracellular fluid resistance 1 / Yi is accurately calculated from the bioelectric impedances 1 / Y (0) and 1 / Y (∞) at the time of 0 and infinity.
[0029]
[Expression 2]
Yi = Y (∞) −Y (0) (2)
[0030]
[Equation 3]
Ye = Y (0) ... (3)
[0031]
In the lean body mass estimation subprogram, the CPU 10 gives the extracellular fluid resistance 1 / Ye obtained by the impedance determination subprogram at the frequency of 0, the intracellular fluid resistance 1 / Yi obtained by the intracellular fluid resistance calculation subprogram, An estimation formula (4) for estimating the lean mass LBM of the subject based on the height data H and weight data W of the subject input via the keyboard 8 is described.
Here, the equation (4) is a multiple regression equation of the lean mass LBM obtained as a result of conducting a sample survey in advance for a large number of subjects, and a constant a₁, B₁, C₁, D₁Shows the lean mass LBM measured by DXA as W, H²Ye, H²This is obtained by multiple regression analysis with three explanatory variables of Yi. By adding the weight W to the explanatory variable, the correlation coefficient with the data measured by DXA increases to 0.96.
[0032]
[Expression 4]
LBM = a₁W + b₁H²Ye + c₁H²Yi + d₁... (4)
LBM: lean body weight of subject's body [kg]
W: Subject's weight [kg]
H: Subject's height [cm]
Ye: Reciprocal of extracellular fluid resistance [1 / Ω]
Yi: Reciprocal of intracellular fluid resistance [1 / Ω]
a₁, B₁, C₁, D₁:constant
[0033]
The body fat weight estimation subprogram causes the CPU 10 to calculate the body fat weight FAT of the subject by subtracting the lean body weight LBM from the body weight W of the subject. In the body fat percentage estimation subprogram, the CPU 10 causes the subject's body to be determined based on the lean mass LBM obtained by the lean body mass estimation subprogram and the body fat weight FAT obtained by the body fat weight estimation subprogram. A procedure (formula (5)) for calculating the fat percentage% FAT is described.
[0034]
[Equation 5]
% FAT = 100 FAT / (FAT + LBM) (5)
[0035]
In the extracellular fluid amount estimation subprogram, an estimation formula (6) for causing the CPU 10 to estimate the extracellular fluid amount Ve of the subject based on the extracellular fluid resistance 1 / Ye and the height data H of the subject is described. ing.
Here, the equation (6) is a regression equation of the extracellular fluid volume Ve obtained as a result of conducting a sample survey on a large number of subjects in advance, and a constant b₂Is the amount of extracellular fluid Ve²This is obtained by regression analysis with one explanatory variable of Ye.
[0036]
[Formula 6]
Ve = b₂H²Ye ... (6)
Ve: extracellular fluid volume of subject [kg]
H: Subject's height [cm]
Ye: Reciprocal of extracellular fluid resistance [1 / Ω]
b₂:constant
[0037]
In the intracellular fluid volume estimation subprogram, an estimation formula (7) for causing the CPU 10 to estimate the intracellular fluid volume Vi of the subject based on the intracellular fluid resistance 1 / Yi and the height data H of the subject is described. ing.
Here, the equation (7) is a regression equation of the intracellular fluid volume Vi obtained as a result of conducting the sample survey in advance for a large number of subjects, and the constant c₂Shows the intracellular fluid volume Vi to H²This is obtained by regression analysis with one explanatory variable of Yi.
[0038]
[Expression 7]
Vi = c₂H²Yi ... (7)
Vi: Intracellular fluid volume of subject [kg]
H: Subject's height [cm]
Yi: Reciprocal of intracellular fluid resistance [1 / Ω]
c₂:constant
[0039]
The body fluid amount estimation subprogram causes the CPU 10 to estimate the body fluid amount TBW of the subject based on the extracellular fluid resistance 1 / Ye, the intracellular fluid resistance 1 / Yi, and the subject's height data H and weight data W. An estimation formula (8) is described.
Here, the equation (8) is a multiple regression equation of the body fluid amount TBW obtained as a result of conducting the sample survey in advance for a large number of subjects, and the constant a_Three, B_Three, C_Three, D_ThreeShows the body fluid amount TBW measured by DXA as W, H²Ye, H²This is obtained by performing multiple regression analysis with three explanatory variables of Yi.
[0040]
[Equation 8]
TBW = a_ThreeW + b_ThreeH²Ye + c_ThreeH²Yi + d_Three... (8)
TBW: Body fluid volume [kg]
W: Subject's weight [kg]
H: Subject's height [cm]
Ye: Reciprocal of extracellular fluid resistance [1 / Ω]
Yi: Reciprocal of intracellular fluid resistance [1 / Ω]
a_Three, B_Three, C_Three, D_Three:constant
[0041]
The body fluid amount-lean body weight ratio calculation subprogram describes a procedure for causing the CPU 10 to calculate the subject body fluid volume-lean body weight ratio (TBW / LBM).
The body fluid amount deviation calculation subprogram includes a body fluid amount-lean body weight ratio (TBW / LBM) and a normal body fluid amount-lean body weight ratio (TBW)._s/ LBM_sDescribes a procedure for calculating a body fluid amount deviation ΔTBW (equation (9)) given by multiplying the body fluid amount-lean body weight ratio deviation Δ (TBW / LBM) by the lean body weight LBM. .
[0042]
[Equation 9]
ΔTBW = LBM {(TBW / LBM) − (TBWs / LBMs)} (9)
[0043]
The data area of the RAM 12 includes, for example, a bioelectrical impedance storage area for storing the bioelectrical impedance of the subject obtained by a bioelectrical impedance calculation subprogram or the like for each frequency, and the height and height of the subject input via the keyboard 8. A height / weight data storage area for storing weight data and the like, a body fat storage area for storing numerical values such as the body fat ratio obtained by the body fat ratio estimation subprogram, and the like are set.
[0044]
Under the control of various processing programs stored in the ROM 11, the CPU 10 sequentially executes a process of estimating the subject's lean body mass LBM, fat body weight FAT, body fluid amount TBW, and the like using the RAM 12.
The display device 9 is composed of, for example, a liquid crystal display panel capable of color display, and includes input data from the keyboard 8 and calculation results of the CPU 10, for example, a trend graph regarding a body fluid amount-lean body weight ratio, body fluid amount deviation, body fat. Rate, impedance trajectory (see FIGS. 9A and 9B), extracellular fluid resistance, intracellular fluid resistance, height / weight of the subject, and the like are displayed.
[0045]
Next, the operation of this example will be described.
First, prior to measurement, as shown in FIG. 2, the two surface electrodes Hc, Hp are conducted to the back part Ha of the subject, and the two surface electrodes Lp, Lc are conducted to the back part Le on the same side of the subject. Attaching via a cream (At this time, the surface electrodes Hc and Lc are attached to a part farther from the center of the human body than the surface electrodes Hp and Lp). For example, when the body composition estimation apparatus 4 having the above configuration is used as a monitor during dialysis, the operator (or the subject himself / herself) operates the keyboard 8 of the body composition estimation apparatus 4 and operates the mode setting key. , Set body moisture distribution measurement mode, input subject's height H and weight W, set total measurement time Tw from measurement start to measurement end, measurement interval t (Fig. 8) and number of sweeps N To do. In this example, it is assumed that 7 hours is selected as the total measurement time Tw in consideration of sufficient time for monitoring dialysis, and 30 minutes is selected as the measurement interval t. Data such as height H and weight W input from the keyboard 8 and set values are stored in the RAM 12.
[0046]
Next, when the operator (or the subject himself / herself) turns on the start / end switch of the keyboard 8 in accordance with the dialysis start time, the CPU 10 starts operation according to the process flow shown in FIG. . First, in step SP10, the CPU 10 supplies a signal generation instruction signal SG to the measurement signal generator 52 of the signal output circuit 5. When the measurement signal generator 52 receives the signal generation instruction signal SG from the CPU 10, the measurement signal generator 52 starts driving, and the frequency is in a range of 1 kHz to 400 kHz and a frequency of 15 kHz with a predetermined sweep period during the entire measurement time. A measurement signal Ia that changes stepwise at frequency intervals is repeatedly generated and input to the output buffer 53. The output buffer 53 sends the input measurement signal Ia to the surface electrode Hc as a multi-frequency current Ib while maintaining a constant current state (a constant value in the range of 100 to 800 μA). Thereby, the multi-frequency current Ib having a constant current flows through the body E of the subject from the surface electrode Hc, and measurement is started.
[0047]
When the multi-frequency current Ib is supplied to the body E of the subject, the I / V converter 61 of the current detection circuit 6 detects the multi-frequency current Ib flowing between the limbs to which the surface electrodes Hc and Lc are attached, After being converted to an analog voltage signal Vb, it is supplied to the BPF 62. In the BPF 62, only the voltage signal component in the band of 1 kHz to 400 kHz is allowed to pass from the input voltage signal Vb and is supplied to the A / D converter 63. In the A / D converter 63, the supplied analog voltage signal Vb is converted into a digital voltage signal Vb and stored in the sampling memory 64 as current data Vb for each predetermined sampling period and for each frequency of the measurement signal Ia. Is done. In the sampling memory 64, the stored digital voltage signal Vb is sent to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
On the other hand, in the differential amplifier 71 of the voltage detection circuit 7, the voltage Vp generated between the limbs to which the surface electrodes Hp and Lp are attached is detected and supplied to the BPF 72. In the BPF 72, only the voltage signal component in the band of 1 kHz to 400 kHz is allowed to pass from the input voltage signal Vp and supplied to the A / D converter 73. In the A / D converter 73, the supplied analog voltage signal Vp is converted into a digital voltage signal Vp, and stored in the sampling memory 74 as voltage data Vp at every predetermined sampling period and every frequency of the measurement signal Ia. Is done. In the sampling memory 74, the stored digital voltage signal Vp is sent to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10. The CPU 10 repeats until the number of sweeps of the probe current Ia reaches the designated number of sweeps N.
[0048]
When the number of sweeps reaches the designated number N, the CPU 10 performs control to stop the measurement, and then proceeds to step SP11. First, the bioelectrical impedance calculation subprogram is started, and both sampling memories 64 are started. , 74 sequentially read out current data and voltage data for each frequency, and calculates the bioelectric impedance (average value of N sweeps) of the subject for each frequency. The calculation of the bioelectrical impedance includes calculation of its components (resistance and reactance). Next, the CPU 10 activates the impedance trajectory calculation subprogram, and based on the subject's bioelectrical impedance and its components (resistance and reactance) for each frequency obtained by the bioelectrical impedance calculation subprogram, the least square method According to the curve fitting technique using, the impedance locus from frequency 0 to frequency infinity is calculated. The impedance locus calculated in this way is an arc whose center is higher than the real axis, as shown in FIGS.
[0049]
Next, the CPU 10 controls the frequency 0 and infinity, respectively, based on the impedance trajectory obtained by the impedance trajectory calculation subprogram in accordance with the control of the frequency 0 impedance determination subprogram and the frequency infinity impedance determination subprogram. The bioelectrical impedance of the subject is determined. That is, the point where the arc of the impedance locus intersects the X axis in the figure is the bioelectrical impedance when the frequency is 0 Hz and infinity, respectively. Here, the bioelectric impedance at a frequency of 0 Hz is the required extracellular fluid resistance.
Next, the CPU 10 obtains the critical frequency fC based on the impedance trajectory obtained by the operation of the impedance trajectory calculation subprogram according to the control of the critical frequency calculation subprogram. That is, the frequency of the data before and after the peak of the arc of the impedance locus (FIG. 10) is obtained, and is obtained from the ratio away from the vertex of each data. Next, according to the intracellular fluid resistance calculation subprogram, the CPU 10 calculates the intracellular fluid resistance based on both impedances obtained by the impedance determination subprogram at the time of frequency 0 and the impedance determination subprogram at the time of frequency infinite.
[0050]
(A) In body moisture distribution measurement mode
Next, proceeding to step SP12, the CPU 10 looks at a mode setting flag (not shown) and checks whether the current mode is the body moisture distribution measurement mode or the body fat measurement mode.
Now, since the body moisture distribution measurement mode is set by the operator (or the subject himself / herself), the CPU 10 proceeds to step SP13, and first uses the equation (1) under the control of the water removal amount estimation subprogram. The process of estimating the water removal amount uf to be set by the subject is executed. Next, the CPU 10 executes a process of estimating the extracellular fluid volume Ve of the subject using the equation (6) under the control of the extracellular fluid volume estimation subprogram, and then controls the intracellular fluid volume estimation subprogram. Thus, the process of estimating the intracellular fluid volume Vi of the subject is executed using the equation (7). Further, the CPU 10 executes processing for estimating the body fluid amount TBW of the subject using the equation (8) under the control of the body fluid amount estimation subprogram.
Next, the CPU 10 estimates the lean mass LBM of the subject using the equation (4) under the control of the lean body mass estimation subprogram, and thereafter, under the control of the body fluid volume-lean fat weight ratio calculation subprogram. Then, the body fluid amount-lean body weight ratio (TBW / LBM) is calculated, and finally, the current body fluid amount deviation ΔTBW of the subject is calculated using the equation (9) under the control of the body fluid amount deviation calculating subprogram.
[0051]
When the above-described series of calculation processes is completed, the CPU 10 calculates the subject's water removal amount uf, extracellular fluid amount Ve, intracellular fluid amount Vi, body fluid amount TBW, lean body weight LBM, body fluid amount-lean body weight ratio. (TBW / LBM), body fluid amount deviation ΔTBW and the like are stored in the RAM 12 as measurement results at the time of measurement, and the process proceeds to step SP14, and as shown in FIG. 7, the trend graph (from the start of dialysis) The value of the body fluid volume-lean body mass ratio (TBW / LBM) is plotted on the horizontal axis) and the body fluid volume-lean body weight ratio (TBW / LBM) is plotted on the vertical axis), The amount of water removed uf is displayed as a recommended amount of water that should be used as a guide, and the extracellular fluid volume Ve, intracellular fluid volume Vi, body fluid volume deviation ΔTBW, body fluid volume TBW, and lean body mass LBM are displayed as current data. To.
[0052]
Thereafter, the process proceeds to step SP15, and the CPU 10 determines whether or not the total measurement time Tw (FIG. 8) has elapsed. In this determination, if it is concluded that the total measurement time Tw (in this example, 7 hours) has passed, the subsequent measurement process is terminated, but since the first measurement has just ended, the total measurement time It is determined that Tw has not yet elapsed, and the process proceeds to step SP16 to wait for a time t (same as the figure) corresponding to the measurement interval to elapse. During this waiting time, the trend graph screen of the display unit 9 is displayed. Then, when a time t (30 minutes in this example) corresponding to the measurement interval elapses, the process returns to step SP10 to start the second measurement. The above process is repeated until the total measurement time Tw has elapsed, that is, until the end of dialysis.
[0053]
(B) In body fat measurement mode
On the other hand, when the subject wishes to measure the lean body mass LBM, the body fat weight FAT, the body fat percentage% FAT, etc., first, the operator (or the subject himself / herself) uses the keyboard of the body composition estimation device 4 before the measurement. 8, the mode setting key is operated to set the body fat measurement mode, and the height H and weight W of the subject are input, and the total measurement time Tf and the number N of sweeps are set. Next, when the start / end switch of the keyboard 8 is pressed, the CPU 10 executes the above-described measurement calculation processing (step SP10 and step SP11). Then, the process proceeds to step SP12, and the CPU 10 looks at the mode setting flag and checks whether the current mode is the body moisture distribution measurement mode or the body fat measurement mode.
This time, since the body fat measurement mode is selected, the process proceeds to step SP17, and the CPU 10 estimates the lean mass LBM of the subject using the equation (4) under the control of the lean mass estimation subprogram. Next, the CPU 10 estimates the fat weight FAT of the subject under the control of the body fat weight estimation subprogram, and then uses the equation (5) under the control of the body fat percentage estimation subprogram to calculate the body fat percentage% FAT. Is calculated.
[0054]
When the above-described series of calculation processing is completed, the CPU 10 stores the calculated lean body mass LBM, body fat weight FAT, body fat percentage% FAT, etc. in the RAM 12, and at step SP18, as shown in FIG. In addition, the display unit 9 displays the lean mass LBM, body fat weight FAT, body fat percentage% FAT, etc., impedance trajectory, extracellular fluid resistance, subject height / weight, etc. Then, the series of processing ends.
[0055]
As described above, according to the above configuration, the extracellular fluid resistance 1 / Ye and the intracellular fluid resistance 1 / Yi can be reliably separated from each other, do not contain any capacitive component of the cell membrane, and the height H of the subject. In addition, since the body weight W is also taken into account, more accurate estimates can be obtained for the lean body weight LBM, body fat weight FAT, body fluid amount TBW, etc. of the subject. For example, in the lean body mass LBM, the correlation coefficient with the data measured by DXA increases to 0.96.
Further, the impedance locus calculation subprogram makes full use of the least-squares calculation method to obtain the impedance locus, and from the obtained locus, the bioelectrical impedance at the frequency of 0 and infinity is obtained, and the obtained bioelectricity is obtained. Since the extracellular fluid resistance and the intracellular fluid resistance are calculated based on the impedance, it is possible to avoid the effects of stray capacitance and external noise when a high frequency is applied, and it is possible to avoid direct application of direct current to the human body. Therefore, the measurement accuracy is improved. In the body moisture distribution measurement mode, the current value of the body fluid amount-lean body weight ratio (TBW / LBM) is displayed on the display 9 as a trend, and the water removal amount uf is displayed as a recommended water removal amount as a guide. At the same time, since the current extracellular fluid volume Ve, intracellular fluid volume Vi, body fluid volume deviation ΔTBW, body fluid volume TBW, and lean body mass LBM of the subject are displayed, for example, during artificial dialysis, water removal is performed. It can be used as a guideline for determining whether the amount of water to be removed should be set, mainly based on extracellular fluid or extracellular fluid. At this time, it is not necessary to correct the influence of the difference in the physique of the subject.
[0056]
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, of the four surface electrodes Hc, Hp, Lc, and Lp, two surface electrodes Hc and Hp are provided on the back Ha of the subject E, and the remaining two surface electrodes Lc and Lp are provided. Although it affixed on the instep part Le of the test subject E, it is not restricted to this, For example, you may make it attach all four to one leg.
Further, the frequency range of the measurement signal (current) Ia is not limited to 1 kHz to 400 kHz. Similarly, the number of frequencies is arbitrary as long as it is plural. Further, instead of calculating the bioelectrical impedance, the bioelectrical admittance may be calculated. Accordingly, instead of calculating the impedance locus, the admittance locus may be calculated.
Further, in the above-described embodiment, the bioelectrical impedance at the frequency of 0 and infinity is obtained by using the curve fitting method by the least square method. However, the present invention is not limited to this, and the influence of stray capacitance and external noise is used. Can be avoided by other means, for example, a measurement signal of two frequencies (a low frequency of 5 kHz or less and a high frequency of 200 kHz or more) is generated and input to the subject, and the bioelectricity of the subject's body at the low frequency is obtained. The impedance may be regarded as a bioelectric impedance at a frequency of 0, and the bioelectric impedance at a high frequency of the subject's body may be regarded as a bioelectric impedance at an infinite frequency.
The trend graph of the display device 9 may be a bar graph instead of a line graph. The output device is not limited to a display device, and a printer may be used.
[0057]
【The invention's effect】
  As explained above, according to the configuration of the present invention, an accurate critical frequency can be obtained by an individual.EveryI can go out. MaEyesSince the amount of water removal in artificial dialysis, which should be low, is estimated, it can be used as a guideline for determining whether the water removal should be performed mainly on the extracellular fluid or the extracellular fluid, and how much the water removal amount should be set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a body composition estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a use state of the body composition estimation apparatus.
FIG. 3 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in a tissue.
FIG. 4 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in a tissue at an infinite frequency.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of deriving a body composition estimation formula for estimating the water removal amount.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation processing procedure of the body composition estimation apparatus.
FIG. 7 is a view showing a display example of a display in the body composition estimation apparatus.
FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of the body composition estimation apparatus.
FIG. 9 is a view showing another display example of the display in the body composition estimation apparatus.
FIG. 10 is a diagram showing an impedance locus of a human body.
FIG. 11 is a schematic view schematically showing cells in a human tissue.
FIG. 12 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in a tissue.
[Explanation of symbols]
4 Body composition estimation device
5 Signal output circuit (part of bioelectrical impedance calculation means)
6 Current detection circuit (part of bioelectrical impedance calculation means)
7 Voltage detection circuit (part of bioelectrical impedance calculation means)
8 Keyboard
10 CPU (Bioelectrical impedance calculation means)
11 ROM
12 RAM
52 Measurement signal generator
53 Output buffer
61 I / V converter
62,72 BPF
63,73 A / D converter
64, 74 sampling memory
71 Differential Amplifier
Hc, Hp, Lc, Lp Surface electrode
E Subject's body
Ha Subject's back
Le Subject's instep
Ia measurement signal
Ib Multi-frequency current (multi-frequency probe current)
Vp Voltage between subjects' limbs

Claims

A bioelectrical impedance measuring means for generating a multi-frequency probe current, and injecting the generated probe current of each frequency into the subject's body to measure the electrical impedance of the subject's body;
An impedance trajectory calculating means for calculating an impedance trajectory of the body of the subject based on the electrical impedance for each frequency measured by the bioelectrical impedance measuring means;
Based on the impedance locus calculated by the impedance locus calculation means, the only body composition estimating apparatus ing and a critical frequency calculating means reactance of the electrical impedance to calculate the critical frequency is the frequency at which maximizes Because
A water removal amount estimating means for estimating a water removal amount to be set in the artificial dialysis based on the critical frequency, and the water removal amount estimation means is provided on the assumption that the water removal amount is negatively correlated with the critical frequency; A body composition estimation apparatus that estimates the amount of water removal using a composition estimation formula.

A computer-readable recording medium recording a body composition estimation program for estimating the body water distribution and body fat state of a subject's body by a computer,
The body composition estimation program is stored in a computer,
Based on the electrical impedance for each frequency measured by injecting a multi-frequency probe current into the body of the subject, the impedance locus is calculated using the least squares method, and the calculated impedance locus From which the critical frequency, which is the frequency at which the reactance of the electrical impedance is maximized, is calculated , and based on the critical frequency, the water removal amount to be set in the artificial dialysis is estimated. A computer-readable recording medium on which a body composition estimation program is recorded, wherein the amount of water removal is estimated using a body composition estimation formula given as having a negative correlation with the critical frequency.