JP4033614B2 - 骨密度推定方法および装置並びに骨粗鬆症判定計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨密度(Bone Mineral Density、以下、BMDという)を推定する方法および装置に関し、特に、骨折および骨粗鬆症を予防するための骨粗鬆症判定方法および判定計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
老齢化により人体の骨は脆くなってくるものであり、転倒等による骨折の割合が増加するものであり、また、骨折後の回復にも時間が掛かるようになってくるものである。例えば、老齢の人が足の骨折などをしてしまうと、歩行困難な時期が長くなり、寝たきり生活を強いられ日常生活が著しく損なわれるだけでなく、運動等ができなくなるなどのために衰弱が加速的に進行してしまう可能性が高くなってしまう。
【0003】
そこで、人体の骨の脆さを知るための一つの手段として、骨の健康度の一つの指標であるBMDを測定する方法および装置の開発がなされており、病院等で用いられてきている。ここで、BMDは、単位面積に含まれる骨塩量(Bone Mineral Calcium、以下、BMCという)である。骨には、骨基成分(繊維成分)と石灰成分とが含まれており、現在の骨量測定では、石灰化量を測定しているため、骨量を骨塩量と呼ぶ。
【0004】
このような測定方法を用いた病院等での測定結果によると、老齢化の進んだ人の中では、いつ骨折を起こしてもおかしくないような状態、つまり骨粗鬆症である人が非常に多く、65歳以上の女性の半数が、男性でも80歳以上で半数の人が骨粗鬆症であると判定され、極めて重大な問題となってきている。そして、近年では、老齢化の進んだ人に限らず、若年層でも、運動不足、偏食、過度のダイエット等による影響で、骨粗鬆症であると判定される人が増えてきている。また、病弱者も同様な理由で骨粗鬆症になりやすく、妊婦も出産、授乳で体内の大量のカルシウムを消費するため、骨粗鬆症になり易いと言われている。このように、骨粗鬆症となってしまう危険は、日常にあふれていると言える。
【0005】
したがって、骨粗鬆症を予防するため骨の健康度を判定するための方法および装置が種々開発されてきており、それらを大別すると次のようなものがある。
(1)単純X線像
X線撮影を元に、脊椎骨や大腿骨頚部のカルシウム繊維の減り具合によって判断するものである。
(2)第2中手骨萎縮度測定法(MD法、DIP法)
コンピュータで、X線写真を解析し、骨の萎縮度を数値で表す方法である。MD法は、第2中手骨をX線で撮影し、その写真を解析するのに対し、DIP法は、X線写真を計測用テレビカメラを通じて高分解能処理装置に送り、骨量を推定するものである。
(3)二重エネルギーX線吸収法(DEXA法)
波長の違う2つのX線を用いて、腰椎前後、側面、大腿骨頚部等の骨を測定し、解析するものである。皮質骨と海綿骨の両方を測定することができるものである。
(4)QCT方法
写真を使わずに、X線の吸収量を推定し、コンピュータ処理により骨量を推定するものである。骨変形やカルシウムの貯留を除外して、脊椎の錐体海綿骨だけを輪切り状に測定できるものである。
(5)超音波法
踵等に超音波信号を送り、その音速の伝わる速さ等から骨強度を推定するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記(1)項から(4)項の方法は、いずれもX線を使用するものであるため、放射線技師が不可欠であり、普及の障害となっている。また、被測定者にX線被爆を与えるという点では好ましいとは言えず、さらにまた、高価なものとなってしまう点でも好ましいとは言えない。一方、上記(5)項の方法は、上記(1)項から(4)項の方法と比較してやや安価であり、X線を使用しないという面では好ましいが、精度が、例えば、上記(3)項のDEXA法と比べて落ちるものである。この方法は、比較的に安価とはいえ、現在のところ、医療機関、研究機関以外に普及するほどの価格ではない。
【0007】
これらのX線や超音波を使用する方法とは別に、特開平7−327947号公報に開示されたような骨粗鬆症診断装置が提案されている。この装置においては、体脂肪率測定装置により測定した除脂肪量(Fat Free Mass、以下、FFMという)を標準体重から導かれた標準除脂肪量と比較して骨粗鬆症であるかを判定している。この方法は、X線等を使用しない点では、比較的に安全で安価なものではあるが、次の点で問題があるものと思われる。
【0008】
すなわち、この方法は、BMDを推定することにより骨粗鬆症を判定するのでなく、FFMを判定の基準に用いている。これは、BMDとFFMとの間に相関があることを前提条件としているものと思われる。しかし、本発明者等が測定したところによれば、添付図面の図4および図5に例示するように、BMDとFFMとの間の相関係数は、男性の場合で、0.817(図4参照)であり、女性の場合で、0.736(図5参照)であり、相当にバラツキのあることが分かる。したがって、この方法は、判定精度の点でそれほど信頼できるものではないと考えられる。
【0009】
このように、骨粗鬆症を予防するために現在使用できる比較的に精度の良い方法および装置は、放射線技師を必要とし且つ高価である等の理由から、一部の医療機関、研究施設に設置されているだけなのが現状である。したがって、大多数の人は、骨密度を測定する機会がなく、自分が骨粗鬆症となってしまっているのか、骨粗鬆症となってしまう危険が高まっているのか等を知ることができないのが現状である。
【0010】
本発明の目的は、前述したような現状に鑑み、X線被爆の心配がなく安全で、安価で、適正な精度で骨粗鬆症の危険を知らせたり、適切なアドバイスをすることを可能とする骨密度推定方法および装置並びに骨密度に基づく骨粗鬆症判定方法および判定計を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点によれば、被測定者の除脂肪量および身長を可変量とする演算式に基づいて被測定者の骨密度を推定する骨密度推定方法であって、前記演算式は、除脂肪量をFFM、身長をHt、骨密度をBMD、C1、C2、C3およびC4を定数とした場合において、BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht 2 +C4で表されることを特徴とする骨密度推定方法が提供される。
【0013】
本発明の別の実施の形態によれば、前記演算式において、被測定者の性別、年令、月経の有無、閉経時の年令および閉経後の年数の個人パラメータに基づく補正を行う。
【0015】
本発明のさらに別の観点によれば、被測定者の除脂肪量を入力する第1の入力手段と、被測定者の身長を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段からのデータおよび前記第2の入力手段からのデータに基づいて骨密度を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された骨密度値を表示するための表示手段とを備える骨密度推定装置であって、前記演算手段は、除脂肪量をFFM、身長をHt、骨密度をBMD、C1、C2、C3およびC4を定数とした場合において、BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht 2 +C4で表される演算式に基づいて演算を行うことを特徴とする骨密度推定装置が提供される。
【0016】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記第1の入力手段は、被測定者の生体電気インピーダンスおよび体重を測定し、該測定値に基づいて被測定者の除脂肪量を算出して自動的に入力する構成とされている。
【0017】
本発明のさらに別の観点によれば、被測定者の除脂肪量を入力する第1の入力手段と、被測定者の身長を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段からのデータおよび前記第2の入力手段からのデータに基づいて骨密度を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された骨密度値と標準の骨密度値とを比較することにより被測定者の骨の状態を判定するための比較手段と、該比較手段による判定結果を表示するための表示手段とを備える骨粗鬆症判定計であって、前記演算手段は、除脂肪量をFFM、身長をHt、骨密度をBMD、C1、C2、C3およびC4を定数とした場合において、BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht 2 +C4で表される演算式に基づいて演算を行うことを特徴とする骨粗鬆症判定計が提供される。
【0018】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記表示手段は、前記判定結果をグラフ表示にて示す。
【0019】
本発明の別の実施の形態によれば、前記表示手段は、前記判定結果を絵的表示にて示す。
【0020】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記表示手段は、前記判定結果の表示と共にアドバイスの表示も行う。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態および実施例について、本発明をより詳細に説明する。
【0022】
先ず、最初に、本発明の基本となる骨密度の推定方法について説明する。添付図面の図6および図7は、FFMとDEXAにより計測したBMCとの相関グラフを示している。これら図に示されるように、両者の相関係数は、男性の場合で0.927(図6参照)、女性の場合で0.896(図7参照)であり、このことは、FFMよりBMCを推定することが可能であることを示している。
【0023】
この相関関係より、次の回帰式が得られる。
【0024】
BMC=C1×FFM+C2 (式1)
ここで、C1およびC2は、定数である。
【0025】
図8および図9は、BMC/Ht2とBMDとの相関グラフを示している。ここで、Htは、身長、BMDは、骨密度である。図8および図9に示されるように、両者の相関係数は、男性の場合で0.957(図8参照)、女性の場合で0.936(図9参照)である。ここで、BMDの推定に、BMC/Ht2とBMDとの相関を利用するのが好ましいのかについて、簡単に説明しておく。BMCとBMDとの相関を種々検討してみた結果、BMCとBMDとの単純な相関よりも身長Htを考慮に入れた両者の相関の方が高くなることが確認され、特に、前述したBMC/Ht2とBMDとの相関がより高くなることが確認されている。したがって、骨密度の推定には、BMC/Ht2とBMDとの相関を利用するのが適切であると言える。
【0026】
そこで、BMC/Ht2とBMDとの相関関係より、次の回帰式が得られる。
【0027】
BMD=C3×BMC/Ht2+C4 (式2)
ここで、C3およびC4は、定数である。
【0028】
式1を式2に代入することにより、次式が成り立つ。
【0029】
BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht2+C4 (式3)
したがって、FFMとBMCとの関係から定数C1およびC2を求め、BMC/Ht2とBMDとの関係から定数C3およびC4を求める。求めた定数C1〜C4、生体電気インピーダンスから求めたFFMおよびHtを式3に代入することにより骨密度BMDを求めることができる。
【0030】
定数C1〜C4は、性別以外に年令、月経の有無、閉経時の年令または閉経後の年数等の個人的パラメータによって異なってくることが分かっている。したがって、このような個人的パラメータに基づく補正をすることにより、より正確な骨密度の推定を行うことができる。
【0031】
次に、骨粗鬆症の判断基準を示す。基準として、日本骨代謝学会が1996年に示した原発性骨粗鬆症の診断基準がある。それを以下に示す。
(1)X線上椎体骨折を認める場合
低骨量(骨萎縮度I度以上、あるいは骨密度値が若年成人平均値(YAM)の80%以下)で非外傷性椎体骨折のある症例を骨粗鬆症とする。
(2)X線上椎体骨折を認めない場合
このような基準によれば、骨密度がYAMの80%〜70%の場合、骨量減少と判定。70%未満の場合、骨粗鬆症と判定されることになる。ここで、YAM(Young Adult Mean)は、20〜44歳の若年成人平均値である。
【0032】
次に、前述したような骨密度の推定に基づいて骨粗鬆症の判定を行う本発明の一実施例として骨粗鬆症判定計について説明する。
【0033】
図1は、グラフ表示機能付き体脂肪計兼骨粗鬆症判定計の外観を示す概略斜視図であり、図2は、図1のグラフ表示機能付き体脂肪計兼骨粗鬆症判定計の電気回路構成を示すブロック図である。この実施例の判定計1は、体重計の載せ台2に、生体に電流路を形成するための通電用電極3a、3bと、生体に生じる電位差を検出するための計測用電極4a、4bと、個人条件の設定登録や時間設定をするための設定キー5a、5bと、記録を消去するための消去キー6と、設定キー5a、5bにより個人設定登録条件に基づいて計測するための個人キー7a、7b、7c、7dと、体重だけを計測するための体重専用キー8と、設定条件の状態や計測結果や判定結果を表示するための表示装置9とを設けている。また、図2に示されるように、載せ台2の内部には、荷重を検出し電気信号に変換するための重量センサー15と、載せ台2で受けた荷重を重量センサー15に伝達するための伝達装置16と、電子回路基板20と、等が設けられている。
【0034】
この電子回路基板20は、載せ台2に設けている表示装置9と、消去キー6と、設定キー5a、5bと、通電用電極3a、3bに高周波の微弱な定電流を印加するための高周波低電流回路21と、計測用電極4a、4bとの間に生じる生体の電位差を計測するための電圧測定回路22と、この電圧測定回路22や重量センサー15からのアナログ信号をデジタル信号に変換するためのA/D変換回路23と、時間の設定を発信するための時計装置26と、設定登録条件や計測データ等を記憶するための記憶装置25と、計測条件や計測した生体インピーダンスデータや体重データに基づいて体脂肪率の演算および制御等の処理を行うためのCPU24とを実装している。そして、通電用電極3a、3b、計測用電極4a、4b、重量センサー15、個人キー7a、7b、7c、7dおよび体重専用キー8と電子回路基板20とは、電線により接続している。
【0035】
図3は、本実施例における骨粗鬆症の判定のための測定および判定手順並びに動作の概要を示すフローチャートである。以下、このフローチャートにそって全体動作について説明する。ステップS1において、設定キー5aを押し、ステップS2において、個人番号設定の入力を行う。ステップS3において、性別設定の入力を行う。ステップS4において、身長の設定を行う。このステップでは、表示装置9に身長が表示されるので、設定キー5aを押して身長を切り替え登録したい身長の数値とする。そして、設定キー5aを押して表示している身長を確定する。ステップS5において、測定開始キーが押されると、ステップS6において、被測定者が載せ台2に載ると体重を計測する。ステップS7において、表示装置9に体重値を表示する。ステップS8において、生体電気インピーダンスの測定が開始される。
【0036】
ステップS8では、生体電気インピーダンスが以下のように測定される。すなわち、高周波低電流回路21は、高周波の微弱な定電流を出力する。この出力は、通電用電極3a、3bを介して被測定者に印加される。この時、被測定者に流れる電流は、計測用電極4a、4bとの間に生じる生体の電位差として、電圧測定回路22により検出される。このアナログ出力は、A/D変換器23によりデジタル信号に変換される。このようにして、生体電気インピーダンスが測定される。
【0037】
続いて、ステップS9に進み、ステップS8で測定された生体電気インピーダンス測定値から、FFMが算出される。すなわち、人体の脂肪以外の部分(除脂肪)の体積当たりの抵抗率をρとすると、長さLで断面積Aの場合のインピーダンスZは、
Z=L×ρ÷A
で表される。
【0038】
除脂肪の重量(除脂肪量)FFMは、除脂肪の比重をτとすると、
FFM=L×A×τ
であるから、
FFM=L×L×ρ×τ÷Z
となる。ここで、電流の経路長、すなわち、両足の長さは、身長にほぼ比例することから、Lは、身長Htに比例定数kを掛けたものとして置き換えでき、ρおよびτを一定値として、
比例定数K=k×k×ρ×τ
をおくと、
FFM=Ht×Ht×K÷Zとして、
FFMを計算できる。
【0039】
更に、式3を用いて、骨密度BMDを求める。
【0040】
そして、ステップS10に進み、図10に示すように、測定値および測定値から算出された結果が表示装置9に表示される。
【0041】
本実施例では、求められた骨密度から、先に示した日本骨代謝学会の判断基準に基づいて骨粗鬆症の判定を行う。この判定結果は、図10に示した表示装置9の表示画面中、右下に骨粗鬆症危険度として表示される。この表示において、「危険」は、BMDがYAMの70%未満を意味し、骨粗鬆症であると判定されたことを意味し、「注意」は、YAMの70%から80%未満を意味し、骨粗鬆症になる恐れがあることを意味し、「標準」は、80%から110%未満を意味し、「高」は、110%以上を意味し、骨健康度が標準よりも良いことを意味している。表示装置9は、判定結果に基づいて、これら文字表示のうちの該当するものにハイライトを掛ける等することにより指示する。また、図10の表示画面の右上に示すように、このような判定結果をグラフ化して指示するようにしてもよい。このグラフ表示では、縦軸に骨密度、横軸に年令をとり、前述したような「危険」、「注意」、「標準」および「高」の領域を示す曲線を表示して、過去の測定骨密度値を黒ドット、現在の測定骨密度値を白ドットにて重ねて示すようにしている。
【0042】
また、この判定結果の表示は、図11に例示するような判定表の形式で行うこともできる。この判定表は、左蘭を20歳までの表示欄、中央欄を20歳から45歳までの表示欄、右欄を45歳以上の表示欄とし、最上欄を「骨ぎっしり」であることを指示する欄、二番目の欄を「普通」を指示する欄、三番目の欄を「注意」を指示する欄、最下欄を「すかすか危険」を指示する欄とし、各欄にそのことを視覚的に示す絵を表示する形式としている。この場合において、表示装置9は、判定結果に基づいて該当する欄をハイライトする等によりその判定結果を指示する。また、このようにハイライトされた欄に、図12に例示するようなアドバイスを表示するようにしてもよい。
【0043】
その後、ステップS11で、終了キーが押されると、本装置による測定および動作は終了する。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、X線を使用しないため被爆の問題が無く安全であり、放射線技師を必要としないため、手軽に実施できる。また、体脂肪計と同等で安価であるため、一般家庭でも購入して使用できる。その上、適正な精度で骨粗鬆症の危険を知らせたり、年令あるいは骨密度に応じて適切なアドバイスをすることができる。また、子供から高齢者まで誰でも家庭で簡単に使用できるので、定期的に使用し、自己管理に役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としてのグラフ表示機能付き体脂肪計兼骨粗鬆症判定計の外観を示す概略斜視図である。
【図2】図1のグラフ表示機能付き体脂肪計兼骨粗鬆症判定計の電気回路構成を示すブロック図である。
【図3】図1の判定計における骨粗鬆症の判定のための測定および判定手順並びに動作の概要を示すフローチャートを示す図である。
【図4】男性の場合におけるBMDとFFMとの間の相関を例示する図である。
【図5】女性の場合におけるBMDとFFMとの間の相関を例示する図である。
【図6】男性の場合におけるFFMとDEXAにより計測したBMCとの相関グラフを示す図である。
【図7】女性の場合におけるFFMとDEXAにより計測したBMCとの相関グラフを示す図である。
【図8】男性の場合におけるBMC/Ht2とBMDとの相関グラフを示す図である。
【図9】女性の場合におけるBMC/Ht2とBMDとの相関グラフを示す図である。
【図10】図1の判定計の表示装置に表示される画面例を示す図である。
【図11】図1の判定計の表示装置に表示される画面の別の例を示す図である。
【図12】図1の判定計の表示装置に表示されるアドバイスの例を示す図である。
【符号の説明】
1 グラフ表示機能付き体脂肪計兼骨粗鬆症判定計
2 載せ台
3a 通電用電極
3b 通電用電極
4a 計測用電極
4b 計測用電極
5a 設定キー
5b 設定キー
6 消去キー
7a 個人キー
7b 個人キー
7c 個人キー
7d 個人キー
8 体重専用キー
9 表示装置
15 重量センサー
16 伝達装置
20 電子回路基板
21 高周波定電流回路
22 電圧測定回路
23 A/D変換回路
24 CPU
25 記憶装置
26 時計装置
Claims (11)
- 被測定者の除脂肪量および身長を可変量とする演算式に基づいて被測定者の骨密度を推定する骨密度推定方法であって、前記演算式は、除脂肪量をFFM、身長をHt、骨密度をBMD、C1、C2、C3およびC4を定数とした場合において、BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht 2 +C4で表されることを特徴とする骨密度推定方法。
- 前記演算式において、被測定者の性別、年令、月経の有無、閉経時の年令および閉経後の年数の個人パラメータに基づく補正を行う請求項1に記載の骨密度推定方法。
- 被測定者の除脂肪量を入力する第1の入力手段と、被測定者の身長を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段からのデータおよび前記第2の入力手段からのデータに基づいて骨密度を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された骨密度値を表示するための表示手段とを備える骨密度推定装置であって、前記演算手段は、除脂肪量をFFM、身長をHt、骨密度をBMD、C1、C2、C3およびC4を定数とした場合において、BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht 2 +C4で表される演算式に基づいて演算を行うことを特徴とする骨密度推定装置。
- 前記演算手段は、骨密度の演算において、被測定者の性別、年令、月経の有無、閉経時の年令および閉経後の年数の個人パラメータに基づく補正を行う請求項3に記載の骨密度推定装置。
- 前記第1の入力手段は、被測定者の生体電気インピーダンスおよび体重を測定し、該測定値に基づいて被測定者の除脂肪量を算出して自動的に入力する構成とされている請求項3または4に記載の骨密度推定装置。
- 被測定者の除脂肪量を入力する第1の入力手段と、被測定者の身長を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段からのデータおよび前記第2の入力手段からのデータに基づいて骨密度を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された骨密度値と標準の骨密度値とを比較することにより被測定者の骨の状態を判定するための比較手段と、該比較手段による判定結果を表示するための表示手段とを備える骨粗鬆症判定計であって、前記演算手段は、除脂肪量をFFM、身長をHt、骨密度をBMD、C1、C2、C3およびC4を定数とした場合において、BMD=C3(C1×FFM+C2)/Ht 2 +C4で表される演算式に基づいて演算を行うことを特徴とする骨粗鬆症判定計。
- 前記演算手段は、骨密度の演算において、被測定者の性別、年令、月経の有無、閉経時の年令および閉経後の年数の個人パラメータに基づく補正を行う請求項6に記載の骨粗鬆症判定計。
- 前記第1の入力手段は、被測定者の生体電気インピーダンスおよび体重を測定し、該測定値に基づいて被測定者の除脂肪量を算出して自動的に入力する構成とされている請求項6または7に記載の骨粗鬆症判定計。
- 前記表示手段は、前記判定結果をグラフ表示にて示す請求項6から8のうちのいずれか1つに記載の骨粗鬆症判定計。
- 前記表示手段は、前記判定結果を絵的表示にて示す請求項6から8のうちのいずれか1つに記載の骨粗鬆症判定計。
- 前記表示手段は、前記判定結果の表示と共にアドバイスの表示も行う請求項6から8のうちのいずれか1つに記載の骨粗鬆症判定計。
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KR102068587B1 (ko) * | 2018-09-17 | 2020-01-21 | 주식회사 셀바스헬스케어 | 골밀도 정보를 제공하는 컴퓨팅 장치 |
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