JP4596597B2 - 体脂肪測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の任意の断面における脂肪量を測定する体脂肪測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、体表面に複数の電極を装着して体内組織のインピーダンスを測定する方法として、いろいろな方法が提案されている。その代表的なものに、特開昭５９−１７３２９号公報に記載のコンピュータ・トモグラフィー（ＣＴ）像の形成法がある。この方法は、例えば人体の胴の周囲に１６個の電極を配置し、それぞれ一対の電極間に順次電流または電圧を印加し、残りの表面電極の発生電位を測定し、この発生電位から人体中が１個の均質な物質からなるものと仮定した場合における電位を計算し、この計算結果に対応する等電位点をプロットして人体の均一な像を形成し、順次電極対に電流または電圧を印加した各場合において測定した電位と計算した電位との割合によって等電位線に沿ったインピーダンスを１より大きな割合、または１より小さな割合に増減させてそれぞれの割合にしたがって像を形成するようにしたものである。
【０００３】
しかし、この方法では、１６の電極に対して１４５６種の電位測定を行う必要があって測定時間として１４５６秒を要することになり、ＣＰＵの機能を上げて如何に早く演算したとしてもアナログ的な測定回数を省略することができないという問題点がある。
【０００４】
そこで、このような問題点に対処したものとして、特開平６−１６８号公報においては、多信号同時供給装置からＮ個の各電極にＮ種類の周波数の電気信号を同時に印加し、多信号同時計測装置によって測定対象物の周囲電位を同時に測定し、断層像再構成装置にて、測定した電位の周波数分析を行って各周波数に対する測定対象物の周囲の電位分布の測定値を求めるように構成されたものが提案されている。この方法によれば、各電極に順番に信号を与えなくても、各電極に信号が与えられたときに当該電極に発生する電圧信号を同時に取り出すことができるので、所謂ＣＴ法で画像化する方法でありながら、多くの電極をスキャニングする必要がなく、計測時間を大幅に節約することができるという利点を有している。
【０００５】
また、前記特開昭５９−１７３２９号公報に記載のものと同様な測定原理に基づく技術として、特開平７−３６９号公報に記載のものがある。この公報に記載の技術は、被測定物の表面上に複数個配置した電流電極を切り替えて、被測定物に流れる電流経路を変化させ、同表面上に複数個配置した電圧検出電極から検出される多数組の電圧分布に座標変換した後、演算によって被測定物の表面近くの内部組織のインピーダンス分布を画像化して表示するようにした方法である。
【０００６】
さらに、特開平１１−１１３８７０号公報および特開平１１−１２３１８２号公報においては、体表面に複数の電極を装着し、対向電極間インピーダンスを測定することによって２電極間に挟まれて存在する全ての体組織の合成インピーダンス（身体の内部に存在する脂肪組織を含む）を測定するようにしたものが開示されている。特に、特開平１１−１１３８７０号公報に記載のものでは、対向電極の組を数多く作り、順番を選ぶことで多くの異なった方向に体内インピーダンスを計測してインピーダンス行列を求め、このインピーダンス行列に、電極装着部位に応じた体脂肪厚を近似する係数行列を掛けることで体脂肪分布を求めて画像表示するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５９−１７３２９号公報に記載の方法においては、前述のように測定速度上の問題点があり、また特開平６−１６８号公報に記載の方法においても、マルチ周波数発振用の発振器を含む多信号同時供給装置および検出信号の周波数弁別、マルチＡ／Ｄ変換等を行う多信号同時計測装置といった多くのハードウエアを必要とするためにコスト高が避けられず、家庭用の機器としては不向きであるという問題点がある。
【０００８】
一方、特開平１１−１１３８７０号公報および特開平１１−１２３１８２号公報に記載の方法では、体表面に設けた２電極の間に存在する体の全組織の合成インピーダンス値から体脂肪の付いている部位を体表面周囲の皮下脂肪厚分布に画像変換して表現しようとするものであるが、それぞれの対向電極毎に２電極間を結ぶ直線上および周辺組織のインピーダンス値を代表的に表しているとはいうものの、体表面皮下脂肪も体腔内脂肪組織も合わせて計測しているために、前記２電極間を結ぶ直線上のどの位置に大きいインピーダンス値を持つ組織が存在するのか、言い換えれば２電極間に挟まれた組織のどの辺りにどの程度の脂肪量が存在しているかまでは求めることができない。一般に、同じ体脂肪量であっても皮下脂肪量の大小よりも内臓脂肪量の大小の方が健康への影響が大きいとされているところであるが、これら従来技術では、結果として内臓脂肪量も皮下脂肪量も含んだ全組織の脂肪量が求められるために、計測結果から健康上問題となるような脂肪の付き具合かどうかの見極めを明確に行えないという問題点がある。
【０００９】
なお、体の横断面に存在する脂肪量の位置と量とを正確に画像により可視化できる手段としてＸ線ＣＴによる方法が従来より知られているが、この方法は高価な医療用機械を用いるとともに、検出時におけるＸ線被爆の問題もあるので、健康維持上の理由から誰もが気軽に使用できる方法ではない。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、安価で簡易な装置により、人間の体内に存在する脂肪量を身体の横断面を観察する如く、体表面周囲の脂肪についてはその量を、体腔内の脂肪についてはその存在位置と量とを推定して認識することのできる体脂肪測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（Ｘ線ＣＴによる測定画像）に示されているように、人間の体内における脂肪（図中の白色の部分）の存在形態が、体表面皮下にあって身体の断面を一周する体表面皮下脂肪層と、所謂体腔内の任意の位置に分布する体腔内脂肪層とに大別できるという考えに基づき、身体の横断面における脂肪層の存在形態と量とを表現するための前処理手段として、人間の身体の横断面の組織分布位置を予め定め、この定めた位置に合わせて組織の結合体をある大きさのインピーダンス片の結合体とみなし、これら脂肪層のインピーダンス値を求めることを基本概念とするものである。
要するに、本発明による体脂肪測定装置は、
身体の任意の断面における脂肪量を測定する体脂肪測定装置であって、前記任意の断面における体表面部皮下組織のインピーダンス値を、体表面部を複数の体表面部位により分割しその複数の体表面部位間のインピーダンス片の接合合成体のインピーダンス値に置換するとともに、前記任意の断面における体内部組織のインピーダンス値を、該体内部組織を１つのまとまった組織または３箇所に分布した組織であると仮定して、前記体表面部位間に比べて十分長い体断面部位間における１つまたは複数のインピーダンス片の接合合成体のインピーダンス値に置換し、これら置換された各インピーダンス値よりなる等価インピーダンス回路によって、前記体表面部皮下組織のインピーダンス値および前記体内部組織のインピーダンス値を求めることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、従来のＸ線ＣＴ等の高価で扱いにくく、危険度の高い装置に比べ、極めて簡単な装置によって体表面部皮下組織の脂肪層とその内部における体内部組織の脂肪層とに分離して測定することができ、体表面部皮下組織についてはその量を、体内部組織についてはその存在位置と量とを推定し、認識することができる。特に、内臓脂肪量の多少と概略の存在位置が得られるので、健康度の判定・管理に役立たせることができる。
【００１４】
ここで、前記等価インピーダンス回路は、身体の体表面部に配置される複数の電極のうち、体組織を挟んで対向する少なくとも一組の電極間に電流または電圧を印加し、この少なくとも一組の電極を含む複数の電極間に発生する電圧を測定することにより前記インピーダンス片のインピーダンス値を得るものであるのが良い。こうすることで、定めた組織分布位置を等価インピーダンス回路網に置き換えて身体の横断面脂肪層のインピーダンス等価回路網を設定することができ、このインピーダンス等価回路網を構成する各インピーダンス片のインピーダンス値を体表面部から電流を流したときに発生する電圧測定と回路方程式の解によって求めることができる。また、測定電流の付加電極数を少なくすることができるので、発生電圧測定回数も少なくなり、測定時間が短くて済む。
【００１５】
前記体表面部皮下組織のインピーダンス値は、体表面部皮下組織のみに電流または電圧を印加して求められるのが好ましい。
【００１７】
前記体内部組織のインピーダンス値は、体断面部位別および体断面部位の組織の種類に対応して定めた変換係数を用いて脂肪量および脂肪量ランク値に変換されるのが好ましい。さらに、前記等価インピーダンス回路に対応させて、身体の断面における脂肪量分布態様を画像化して表示する表示手段が設けられるのが好ましい。こうすることで、インピーダンス値を脂肪量および層の厚みに変換してレベル化、画像化することができ、体内に存在する脂肪層の分布態様、脂肪量を感覚的、視覚的に容易に把握することができ、健康管理に役立てることができる。
【００１８】
この場合、前記表示手段は、前記体表面部皮下組織および体内部組織に分布する脂肪層を脂肪量ランク値に対応させて色の濃淡付けまたは複数種の色分けにて表示するものであるのが好ましい。これにより、脂肪量に対する判断がより容易に行えることになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体脂肪測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（第１実施例）
図２は、本発明の第１実施例において胴の横断面の周囲に配される電極を示す模式図である。
【００２１】
図示のように、測定したい胴の横断面の周囲には８個の電極Ａ０〜Ａ７が配される。そして、胴の横断面における脂肪層の等価インピーダンスとして、電極Ａ０と電極Ａ４とを通る軸ＣＬを中心軸に左右に２分したそれぞれの体表面脂肪層の等価インピーダンスをＺ１，Ｚ２とし、体腔内の脂肪層の等価インピーダンスをＺｘとすると、本実施例の体脂肪測定装置における体の横断面の等価回路は図３（ａ）に示されるようになる。
【００２２】
ここで、各電極Ａ０〜Ａ７を電流電極と電圧測定電極の２つで構成するものとし、各電極間のインピーダンスを４端子法にて求めることとする。すなわち、電極Ａ０−Ａ１間、Ａ１−Ａ２間、Ａ２−Ａ３間、……、Ａ７−Ａ０間のそれぞれに一定電流を流して各電極間のインピーダンスを測定し、値ｚ０１，ｚ１２，ｚ２３，……，ｚ７０を得たものとする。次に、体の組織を挟んで対向する２つの電極Ａ０、Ａ４の間に一定電流Ｉを流し、これら電極Ａ０、Ａ４間に発生する電圧を、それぞれ電極Ａ０および電極Ａ４の近傍に設置した電圧測定電極にて測定して値Ｅを得たものとする。
【００２３】
体表面皮下脂肪分についての２分されたインピーダンスＺ１，Ｚ２は次式で表される。
Ｚ１＝ｚ０１＋ｚ１２＋ｚ２３＋ｚ３４
Ｚ２＝ｚ４５＋ｚ５６＋ｚ６７＋ｚ７０ ………（１）
また、図３（ａ）にて設定される等価回路における合成インピーダンスをＺとすると、前記測定結果より次式が成り立つ。
Ｚ・Ｉ＝Ｅ ………（２）
ただし、ＺはＺｘ，Ｚ１，Ｚ２の並列回路における合成インピーダンスであるから、次式が成り立つ。
１／Ｚ＝１／Ｚｘ＋１／Ｚ１＋１／Ｚ２ ………（３）
【００２４】
（２）式よりＺの値はＺ＝Ｅ／Ｉから求められ、また（３）式よりＺ＝Ｚ１・Ｚ２・Ｚｘ／（Ｚ１・Ｚｘ＋Ｚ２・Ｚｘ＋Ｚ１・Ｚ２）であるから、Ｚｘは、既知の値Ｚ１，Ｚ２，Ｚを用いて次式により求められる。
Ｚｘ＝Ｚ１・Ｚ２・Ｚ／｛Ｚ１・Ｚ２−Ｚ（Ｚ１＋Ｚ２）｝………（４）
【００２５】
Ｚｘには電極Ａ０−Ａ４の方向に体表面脂肪層の厚みに相当するインピーダンスが直列に加わっているので、図３（ｂ）に示されるように電極Ａ０，Ａ４における体表面脂肪層インピーダンスをそれぞれＺ３，Ｚ４とすると、体腔内脂肪層インピーダンスＺｉは次式で表される。
Ｚｉ＝Ｚｘ−（Ｚ３＋Ｚ４） ………（５）
【００２６】
ここで、前面インピーダンスＺ３および後面インピーダンスＺ４は、電極Ａ０，Ａ４近傍のインピーダンス値に、予め実験により定められる変換係数ｎを乗じて求めるものとする。すなわち、Ｚ３，Ｚ４は変換係数ｎを用いて次式にて表される。
Ｚ３＝（１／ｎ）・（ｚ０１＋ｚ７０）
Ｚ４＝（１／ｎ）・（ｚ３４＋ｚ４５） ………（６）
【００２７】
また、このようにして得られた胴の横断面の脂肪分布を画像に表現するに際しては、予め本実施例によるインピーダンスの測定結果とＸ線ＣＴによる測定画像の結果とを多くの事例に対して参照し、体表面インピーダンス値ｚｊと体表面脂肪層厚ｔｊとを関係付ける次式の変換係数ｐを定めて、この変換係数ｐを用いて、図４に示されるように、画像化した胴の横断面における体表面周囲の内部に体表面脂肪層厚ｔｊの厚みを模式的に描くようにすれば良い。
ｔｊ＝ｐ・ｚｊ ………（７）
【００２８】
また、体腔内脂肪層インピーダンスＺｉについては、ＣＴ画像等の測定データから体断面の部位別に脂肪量への変換係数が予め定められ、この係数を使って脂肪量に変換される。得られた脂肪量は、例えば体内脂肪成分の多少によって５段階のランク（多い、やや多い、普通、やや少ない、少ない）を定め、このランク値の大きさによって白色から黒色までの段階的な濃淡色に変換して表示するようにすることができる。
【００２９】
本実施例においては、電極Ａ０−Ａ４方向に体内脂肪量インピーダンスを求めるものとしたが、電極Ａ１−Ａ５の方向、電極Ａ２−Ａ６の方向、電極Ａ３−Ａ７の方向に求めても良いのは言うまでもない。また、体腔内脂肪層インピーダンスＺｉについては、これら全ての軸方向に求めたＺｉ値の平均値として与えるのが最も適切である。なお、体腔内部の脂肪層の模式図の形状として、Ｚｉ値が最大値を取る軸方向に楕円の長軸がくるように模式図を描けば、その方向に脂肪層が多いことが理解されるのでより好ましい。
【００３０】
また、本実施例においては、体表面皮下組織のインピーダンスを求める方法として、測定したい各部位に複数の電極を設け、これら電極を通して電流を流す方法について説明したが、この他に、各部位の脂肪層を掴んで厚みを測定するキャリパー法のような直接的な測定方法を用いても良い。この場合、測定された脂肪層の厚みに係るデータを体表面部位を表すデータとともに測定装置に入力し、この厚みに係るデータを予め設定されている適切な変換係数により各部位のインピーダンス値に変換するようにし、これらインピーダンス値を前記（１）式のｚ０１〜ｚ７０の各値に当てはめるようにすれば良い。また、体表面の脂肪層の画像化に際しては、測定した脂肪層の厚みの値をそのまま使用すれば良い。
【００３１】
本実施例においては、電極Ａ０−Ａ４間のインピーダンスＺｘを求めるのに、これら電極Ａ０−Ａ４間に一定電流Ｉを流すものとしたが、図５に示されるように、電極Ａ０と回路コモンとの間に既知の値を持つ抵抗Ｒｓを接続し、測定回路内に設けた定電圧電源より電圧Ｅを電極Ａ０と回路コモンとの間に付加するような回路構成を採用しても良い。この回路において、電圧印加電極Ａ０，Ａ４の近傍に設ける電圧測定電極をＡ０１，Ａ４１とし、電極Ａ０，Ａ０１と皮膚との間の接触インピーダンスをそれぞれＺａ，Ｚａ１とし、電極Ａ４，Ａ４１と皮膚との間の接触インピーダンスをそれぞれＺｂ，Ｚｂ１とする。また、電極Ａ０１とＡ４１との間の測定電圧をＥ１、抵抗Ｒｓの両端電圧の測定値をＥ２とすると、電圧測定においてはほとんど接触抵抗Ｚａ１とＺｂ１に電流を流さないようにされるので、Ｚ１，Ｚｘ，Ｚ２の並列等価回路の両端の電圧もＥ１になる。
【００３２】
よって、回路を流れる電流をＩｘとすると、Ｚ・Ｉｘ＝Ｅ１となり、ＩｘはＩｘ＝Ｅ２／Ｒｓより求められるので、合成インピーダンスＺは次式で求められる。
Ｚ＝Ｅ１・（Ｒｓ／Ｅ２） ………（８）
さらに、Ｚｘは（４）式より求められる。
【００３３】
本実施例においては、インピーダンスを測定するのに４端子法を用い、一対の電極を定電流もしくは定電圧印加用とし、他の一対の電極を身体間に発生する電圧測定用としたものを説明したが、電極を十分に大きくしたり、電極と接触する身体に導電剤を塗布するなどして十分に接触インピーダンスを下げて２端子法にて測定することもできる。このようにすれば電極数や回路数、配線数を減らすことができる。
【００３４】
また、接触インピーダンスと電極周辺の身体組織部インピーダンスと体内組織部インピーダンスを測定し、別途に接触インピーダンスと電極周辺の身体組織部インピーダンスを測定し、前者の測定値から後者の測定値を差し引いて皮下脂肪層を含む体内組織部インピーダンスを求めるようにしても良い。
【００３５】
また、２種類の周波数を発生する電気信号発生装置を備え、体表面に加える電気信号に関して、体表面皮下脂肪を測定するときは体表面近くを通り易い周波数の信号の方を選び、体表面および体内を含めた脂肪層を測定するときは身体の組織全体に通電し易い周波数の信号の方を選択して電極に与えるようにしても良い。なお、例えば局所的な皮下脂肪厚の測定に関しては、２電極法で１００ｋＨｚ以上の高周波数を用いる方法が電気情報通信学会の信学技報（ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＯＦ ＩＥＩＣＥ．ＭＢＥ９４−４９，１９９４−０７）に報告されている。
【００３６】
（第２実施例）
図６（ａ）は、本発明の第２実施例における人間の胴の横断面の模式図、図６（ｂ）は、第２実施例において胴の横断面の周囲に配される電極を示す模式図、図６（ｃ）は、図６（ａ）に対応する等価回路図である。
【００３７】
本実施例においては、図６（ａ）に示されるように、胴の横断面の周囲を取り巻くように皮下脂肪層１が配され、体腔内脂肪層２，３，４が３箇所に分布して配されていると仮定し、これら３箇所の体腔内脂肪層２，３，４の脂肪量の度合いを求める方法を提案するものである。
【００３８】
本実施例では、まず体表面周囲上の３つの基点Ａ，Ｂ，Ｃと体内に仮設したＯ点との距離がほぼＡＯ＝ＢＯ＝ＣＯとなるような基点Ａ，Ｂ，Ｃを決め、これら各点Ａ，Ｂ，Ｃに電流印加電極と電圧測定電極を一対ずつ設置する。次に、周囲Ａ−Ｂ，Ｂ−Ｃ，Ｃ−Ａを取り巻く皮下脂肪層のインピーダンスを求めるに際して、これらＡ−Ｂ間，Ｂ−Ｃ間，Ｃ−Ａ間をさらに例えば３等分して電極対Ａ２，Ａ３，Ａ４；Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４；Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４をぞれぞれ設ける。なお、これら電極対を設けるのは、例えばＡ−Ｂ間のインピーダンス値を求めるときにＡ−Ｂ間に一定電流を流した場合には、図６（ｂ）の破線５にて示されるように、体内組織に電流が入り込み体表面近くのインピーダンス値を求めることができないという理由による。この理由から、体表面を数多く細分化して多数の電極対を設けるのが好ましい。
【００３９】
電極Ａ−Ａ２間、Ａ２−Ａ３間、Ａ３−Ａ４間、Ａ４−Ｂ間のそれぞれに定電流を流して求めたインピーダンスをそれぞれｚａ１，ｚａ２，ｚａ３，ｚａ４とし、同様に、電極Ｂ−Ｂ２間、Ｂ２−Ｂ３間、Ｂ３−Ｂ４間、Ｂ４−Ｃ間のそれぞれに定電流を流して求めたインピーダンスをそれぞれｚｂ１，ｚｂ２，ｚｂ３，ｚｂ４とし、電極Ｃ−Ｃ２間、Ｃ２−Ｃ３間、Ｃ３−Ｃ４間、Ｃ４−Ａ間のそれぞれに定電流を流して求めたインピーダンスをそれぞれｚｃ１，ｚｃ２，ｚｃ３，ｚｃ４とすると、Ａ−Ｂ間、Ｂ−Ｃ間、Ｃ−Ａ間のそれぞれのインピーダンスＲ１，Ｒ２，Ｒ３は次式で表される。
Ｒ１＝ｚａ１＋ｚａ２＋ｚａ３＋ｚａ４
Ｒ２＝ｚｂ１＋ｚｂ２＋ｚｂ３＋ｚｂ４
Ｒ３＝ｚｃ１＋ｚｃ２＋ｚｃ３＋ｚｃ４ ………（９）
【００４０】
本実施例における胴の横断面における等価回路は図６（ｃ）に示されるとおりである。この図において、Ｒａ，Ｒｂ，ＲｃはそれぞれＡ点，Ｂ点，Ｃ点よりＯ点に向かう方向の体表面皮下部分の脂肪インピーダンスを示すものであって、変換係数ｎを用いて次式で求めることができる。
Ｒａ＝（１／ｎ）・ｚａ
Ｒｂ＝（１／ｎ）・ｚｂ
Ｒｃ＝（１／ｎ）・ｚｃ ………（１０）
ただし、
ｚａ＝ｚａ１＋ｚｃ４
ｚｂ＝ｚａ４＋ｚｂ１
ｚｃ＝ｚｂ４＋ｚｃ１ ………（１１）
とする。
【００４１】
次に、これら体表面部分の皮下脂肪インピーダンスＲａ，Ｒｂ，Ｒｃを含む体腔内脂肪層インピーダンスｒ１，ｒ２，ｒ３を求める方法について説明する。図７（ａ）には、図６（ｃ）の回路を解析し易い形に表現した回路図が示されている。
【００４２】
この図７（ａ）において、まず、電極Ａ−Ｂ間に測定回路より一定電流Ｉを流し、そのときに電極Ｂおよび電極Ｃに発生した電圧をＡ点からの電位差の形で測定し、それぞれＶ１，Ｖ２を得たとすると、電極Ｃ−Ｂ間の電位差はＶ１−Ｖ２となる。今、体内組織に流れ込む電流として、インピーダンスｒ１，ｒ２，ｒ３に流れる電流をそれぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃとし、皮下脂肪層等価インピーダンスＲ１，Ｒ２，Ｒ３に流れる電流をそれぞれｉａ，ｉｂ，ｉｃとすると、次式が成り立つ。
Ｉａ＝Ｉ−（ｉ１＋ｉ２）
Ｉｂ＝Ｉ−（ｉ１＋ｉ３）
Ｉｃ＝Ｉａ−Ｉｂ＝ｉ３−ｉ２ ………（１２）
ここで、ｉ１，ｉ２，ｉ３は、
ｉ１＝Ｖ１／Ｒ１
ｉ２＝Ｖ２／Ｒ３
ｉ３＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ２ ………（１３）
の式でもって測定結果より求めることができるので、体内電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃも求めることができる。
【００４３】
一方、体内電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃによって次式が成立する。
▲１▼Ｉａ・ｒ１＋Ｉｂ・ｒ２＝Ｖ１
▲２▼Ｉａ・ｒ１＋Ｉｃ・ｒ３＝Ｖ２ ………（１４）
しかしながら、（１４）式により表される連立方程式は式の数が２で、変数が３であるため、ｒ１，ｒ２，ｒ３を求めることができない。
【００４４】
そこで、図７（ｂ）に示されるように、今度は電極Ｂ−Ｃ間に前記と同じ値の一定電流Ｉを流し、電極Ｃおよび電極Ａに発生する電圧をＢ点からの電位差として測定する。こうして、電極Ｂ−Ｃ間、電極Ｂ−Ａ間、電極Ａ−Ｃ間のそれぞれの電位差の測定結果がそれぞれＵ１，Ｕ２，Ｕ１−Ｕ２であったとし、体内インピーダンスｒ２，ｒ３，ｒ１を流れる電流をＪａ，Ｊｂ，Ｊｃとすると、次式が成り立つ。
▲３▼Ｊａ・ｒ２＋Ｊｂ・ｒ３＝Ｕ１
▲４▼Ｊａ・ｒ２＋Ｊｃ・ｒ１＝Ｕ２ ………（１５）
【００４５】
（１４）式の▲１▼−▲２▼より、
Ｉｂ・ｒ２−Ｉｃ・ｒ３＝Ｖ１−Ｖ２
故に、
ｒ２＝（Ｖ１−Ｖ２＋Ｉｃ・ｒ３）／Ｉｂ ………（１６）
（１４）式の▲２▼より、
Ｉａ・ｒ１＝Ｖ２−Ｉｃ・ｒ３
故に、
ｒ１＝（Ｖ２−Ｉｃ・ｒ３）／ｒ１ ………（１７）
【００４６】
次に、（１６）式のｒ２を（１５）式の▲３▼に代入すれば、次式によってｒ３を求めることができる。
ｒ３＝｛Ｕ１・Ｉｂ−Ｊａ（Ｖ１−Ｖ２）｝／（Ｊａ・Ｉｃ＋Ｊｂ・Ｉｂ）
………（１８）
このようにしてｒ３が求まると、このｒ３を（１６）式および（１７）式に代入することで、ｒ２およびｒ１を求めることができる。
【００４７】
以上のようにして、皮下脂肪インピーダンスに続いて体内インピーダンスが求まると、体腔内インピーダンスの方には変換係数を乗じて脂肪量の度合いランクに直し、図４に示されるのと同様の脂肪分布の模式図にて画像表示することができる。体控内インピーダンス値と脂肪量の関係は、体断面の部位によって、また断面に存在する臓器、組織によって異なる。また、胸部断面であっても肺と心臓とでは変換係数が異なる。したがって、予め測定分割数と測定断面部位が設定されると測定位置が確定するので、断面部位別の、そして断面における組織の種類に対応して定められた変換係数に基づいて脂肪量の大小の程度を表すランクを決定する。なお、図６（ａ）における体腔内脂肪層２，３，４の箇所は脂肪量の程度に応じて、例えば黒色から白色までの段階的な濃淡もしくは各種のカラー色で表現すれば、視覚的に体腔内脂肪量が判定し易くなる。
【００４８】
次に、本実施例における体脂肪測定装置の装置構成並びに測定手順等について、順を追ってより具体的に説明する。
【００４９】
まず、胴の横断面の体脂肪分布を画像化するに際しては、脂肪分布の模式図とその等価回路を設定する。本実施例の場合、脂肪分布は、図６（ａ）に示されているように、体表面皮下脂肪層および体腔内脂肪層の計４箇所のブロックで表現され、等価回路は、図６（ｃ）に示されているように、胴の横断面に設定される。
【００５０】
次に、設定された等価回路に合わせて、胴の断面周囲に図６（ｂ）に示されているような電極Ａ，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ，Ｂ２，……をほぼ等間隔に配置する。各電極は、図８に示されているように、一定電流印加用の電極ａｉ１，ａｉ２，ａｉ３，……と、発生電圧測定用の電極ａｖ１，ａｖ２，ａｖ３，……との対で構成されている。これら各電極の体表面への配置方法としては、例えば胴の周りに巻く特別なベルトを用意し、このベルトの内面に予め多数の電極を配置しておき、これら電極を測定装置に接続するようにし、使用者が、描きたい画像に応じて測定装置側で電極を選択できるように構成するのが好ましい。また、他の態様として、ベルトの内面に電極を装着できる多数のステーションを設け、使用者が、描きたい画像に応じて適宜ステーションを選択して電極を装着できるようにしても良い。
【００５１】
なお、図１に示されるＸ線ＣＴ写真から明らかなように、人間の体表面の左と右とではほぼ脂肪層の厚み分布が等しいことを考慮し、電極Ａ−Ｂ間の測定結果をそのまま電極Ｃ−Ａ間に適用したり、電極Ｂ−Ｂ３間の測定結果を電極Ｂ３−Ｃ間に適用することができる。このようにすれば、電極Ｂ４，Ｃ３，Ｃ４の装着および測定を省略することができるので、装置構成がより簡素となる。
【００５２】
本実施例の体脂肪測定装置は、図９に示されるように、一定電流印加用の電極ａｉ１，ａｉ２，ａｉ３，……を通して被験者の体内に一定電流を供給する一定電流供給装置６と、発生電圧測定用の電極ａｖ１，ａｖ２，ａｖ３，……を通して電圧を測定する電圧測定装置７を備え、これら一定電流供給装置６および電圧測定装置７が演算装置８からの指令信号に基づき制御されるようになっている。また、電圧測定装置７の出力信号はＡ／Ｄ変換器９によってデジタル信号に変換されて演算装置８に入力される。この演算装置８は、前記Ａ／Ｄ変換器９からのデジタル信号を受けるＩ／Ｏ回路と、各種データに基づいて体内脂肪量を演算する中央処理装置（ＣＰＵ）と、各種データを記憶するメモリ等を含み、この演算装置８には、データ・操作入力用のキースイッチ１０およびデータ表示用の表示器１１が接続されている。
【００５３】
図１０（一定電流供給装置６の詳細回路図）に示されるように、一定電流供給装置６は、定電流Ｉを出力する演算増幅器１２と、この演算増幅器１２から定電流Ｉが出力されるように回路を制御する参照抵抗ｒｂとを備えてなり、この演算増幅器１２から出力される定電流ＩがアナログスイッチグループＡＳ１および各電極ａｉ１，ａｉ２，ａｉ３，……，ｃｉ４を介して被験者に供給されるとともに、各電極ａｉ１，ａｉ２，ａｉ３，……，ｃｉ４およびアナログスイッチグループＡＳ２を介して前記演算増幅器１２に入力されるようになっている。
【００５４】
一方、図１１（電圧測定装置７の詳細回路図）に示されるように、電圧測定装置７は、アナログスイッチグループＡＳ３側の電極ａｖ１，ａｖ２，ａｖ３，……，ｃｖ４とアナログスイッチグループＡＳ４側の電極ａｖ１，ａｖ２，ａｖ３，……，ｃｖ４との間に発生する電圧Ｖを出力する演算増幅器１３と、この演算増幅器１３の入力抵抗ｒｄ，ｒｅと負帰還回路の抵抗ｒｃとを備えてなり、この演算増幅器１３の出力電圧信号が平滑回路フィルター１４を通して前記Ａ／Ｄ変換器９に供給されるようになっている。なお、前記各アナログスイッチグループＡＳ１〜ＡＳ４は演算装置８からの指令によって切替え操作されることにより、一定電流の供給先電極および電圧の検出先電極が選択される。
【００５５】
次に、このような測定装置を用いての体脂肪の測定手順について説明する。
１）体表面皮下脂肪層インピーダンスを求める。
電極Ａから電極Ｃに向かって求める場合について説明する。なお、以下に説明する手順は、使用者がキースイッチ１０に付属するスタートキーを押せば、ＣＰＵのメモリに書き込まれたプログラムにしたがって自動的に実行される。
【００５６】
まず、図１０に示されるアナログスイッチグループＡＳ１の電極ａｉ１とアナログスイッチグループＡＳ２の電極ａｉ２の各スイッチを閉じて身体に一定電流Ｉを供給し、この供給状態にて、図１１に示されるアナログスイッチグループＡＳ３の電極ａｖ１とアナログスイッチグループＡＳ４の電極ａｖ２の各スイッチを閉じてそれら電極間の電圧を測定する。この測定によってインピーダンスｚａ２を得る。
【００５７】
続いて、電極ａｉ２−ａｉ３間に一定電流Ｉを流して電極ａｖ２−ａｖ３間に現れる電圧を測定してインピーダンスｚａ２を得る。以下、同様にして、電極ｃｉ４−ａｉ１間への一定電流Ｉの印加による電極ｃｖ４−ａｖ１間の電圧測定までを順次アナログスイッチの選択切り替えにより行い、インピーダンスｚａ１〜ｚｃ４までを求めてその結果を演算装置８内のメモリに記憶させる。
【００５８】
次いで、こうして求めた体表面皮下脂肪の区分インピーダンス値ｚａ１〜ｚｃ４より、（９）式によって電極Ａ−Ｂ間、電極Ｂ−Ｃ間、電極Ｃ−Ａ間の各インピーダンスＲ１，Ｒ２，Ｒ３を求め、更に（１０）式によって体の内部に向かう方向の皮下脂肪インピーダンスＲａ，Ｒｂ，Ｒｃを求め、これらＲ１，Ｒ２，Ｒ３の値およびＲａ，Ｒｂ，Ｒｃの値をメモリに記憶させる。
【００５９】
２）体内組織インピーダンスを求めるための測定を行う。
次に、アナログスイッチグループＡＳ１の電極ａｉ１とアナログスイッチグループＡＳ２の電極ｂｉ１とを選択して電極Ａ−Ｂ間に一定電流Ｉを流し、この電流印加状態で、アナログスイッチグループＡＳ３の電極ａｖ１とアナログスイッチグループＡＳ４の電極ｂｖ１とを選択して電極Ａ−Ｂ間の電圧（Ｖ１）を測定する。続いて、アナログスイッチグループＡＳ４の電極の選択をｂｖ１からｃｖ１に変更して電極Ａ−Ｃ間の電圧（Ｖ２）を測定する。また、電極Ｃ−Ｂ間の電圧については、得られた電圧Ｖ１とＶ２とによりＶ２−Ｖ１を演算して求める。
こうして求められた各データは一旦メモリに記憶させる。
【００６０】
次いで、アナログスイッチグループＡＳ１の電極ｂｉ１とアナログスイッチグループＡＳ２の電極ｃｉ１とを選択して電極Ｂ−Ｃ間に一定電流Ｉを流し、この電流印加状態で、アナログスイッチグループＡＳ３の電極ｂｖ１とアナログスイッチグループＡＳ４の電極ｃｖ１とを選択して電極Ｂ−Ｃ間の電圧（Ｕ１）を測定する。続いて、アナログスイッチグループＡＳ４の電極の選択をｃｖ１からａｖ１に変更して電極Ｂ−Ａ間の電圧（Ｕ２）を測定する。また、電極Ａ−Ｃ間の電圧については、得られた電圧Ｕ１とＵ２とによりＵ２−Ｕ１を演算して求める。こうして求められた各データは一旦メモリに記憶させる。
【００６１】
３）体内組織インピーダンスを求める。
前述のようにして記憶された各データから、（１２）式〜（１８）式によってｒ１，ｒ２，ｒ３を求める。また、内部組織インピーダンスＺｉ１，Ｚｉ２，Ｚｉ３は図６（ｃ）より次式で求められる。
Ｚｉ１＝ｒ１−Ｒａ
Ｚｉ２＝ｒ２−Ｒｂ
Ｚｉ３＝ｒ３−Ｒｃ ………（１９）
【００６２】
４）体の断面インピーダンスを画像化する。
体表面皮下脂肪層インピーダンスｚａ１〜ｚｃ４を（７）式のｚｊに代入してその皮下脂肪の厚みｔ１，ｔ２，……，ｔ１２を求める。また、体内組織の脂肪については、（１９）式のＺｉ１，Ｚｉ２，Ｚｉ３から体断面別、組織別に設定された変換係数を用いてそれぞれ脂肪量に変換し、別途設定されるランク境界値と比較してそのランクを決定する。こうして得られた各値に基づき、前述のように体表面皮下脂肪については求められた厚みｔｊの値を用いて例えばランク５の色（白色）で画像化し、体内脂肪については脂肪度合いを表すランクに対応した濃淡のある色で画像化するのが好ましい。図１２には、この画像化の一例が示されている。このような画像によって使用者は体表面および体内に概ねどのように脂肪分が存在しているかが容易に分かることになり、継続監視により健康管理・維持に役立たせることができる。なお、これら体内脂肪量の測定動作は全て自動的に行われるので、使用者は体に電極を設置し、年齢、性別等のデータを入力してキースイッチ１０を押すだけで、測定、演算および表示が行われて体表面および体内の脂肪層の存在位置と量とを容易に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、Ｘ線ＣＴによる人間の腹部断面の測定画像例を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の第１実施例において胴の横断面の周囲に配される電極を示す模式図である。
【図３】 図３（ａ）（ｂ）は、第１実施例における体の横断面の等価回路図である。
【図４】 図４は、第１実施例における測定結果の画像化例を示す図である。
【図５】 図５は、第１実施例の変形例における体の横断面の等価回路図である。
【図６】 図６（ａ）は、本発明の第２実施例における人間の胴の横断面の模式図、図６（ｂ）は、第２実施例において胴の横断面の周囲に配される電極を示す模式図、図６（ｃ）は、図６（ａ）に対応する等価回路図である。
【図７】 図７（ａ）（ｂ）は、図６（ｃ）の回路を解析し易い形に表現した回路図である。
【図８】 図８は、第２実施例における電極配置図である。
【図９】 図９は、第２実施例の体脂肪測定装置の装置構成ブロック図である。
【図１０】 図１０は、一定電流供給装置の詳細回路図である。
【図１１】 図１１は、電圧測定装置の詳細回路図である。
【図１２】 図１２は、第２実施例における測定結果の画像化例を示す図である。
【符号の説明】
１ 皮下脂肪層
２，３，４ 体腔内脂肪層
６ 一定電流供給装置
７ 電圧測定装置
８ 演算装置
９ Ａ／Ｄ変換器
１０ キースイッチ
１１ 表示器
１２，１３ 演算増幅器
１４ 平滑回路フィルター

Claims (6)

1. 身体の任意の断面における脂肪量を測定する体脂肪測定装置であって、前記任意の断面における体表面部皮下組織のインピーダンス値を、体表面部を複数の体表面部位により分割しその複数の体表面部位間のインピーダンス片の接合合成体のインピーダンス値に置換するとともに、前記任意の断面における体内部組織のインピーダンス値を、該体内部組織を１つのまとまった組織または３箇所に分布した組織であると仮定して、前記体表面部位間に比べて十分長い体断面部位間における１つまたは複数のインピーダンス片の接合合成体のインピーダンス値に置換し、これら置換された各インピーダンス値よりなる等価インピーダンス回路によって、前記体表面部皮下組織のインピーダンス値および前記体内部組織のインピーダンス値を求めることを特徴とする体脂肪測定装置。
2. 前記等価インピーダンス回路は、身体の体表面部に配置される複数の電極のうち、体組織を挟んで対向する少なくとも一組の電極間に電流または電圧を印加し、この少なくとも一組の電極を含む複数の電極間に発生する電圧を測定することにより前記インピーダンス片のインピーダンス値を得るものである請求項１に記載の体脂肪測定装置。
3. 前記体表面部皮下組織のインピーダンス値は、体表面部皮下組織のみに電流または電圧を印加して求められる請求項１に記載の体脂肪測定装置。
4. 前記体内部組織のインピーダンス値は、体断面部位別および体断面部位の組織の種類に対応して定めた変換係数を用いて脂肪量および脂肪量ランク値に変換される請求項１〜３のいずれかに記載の体脂肪測定装置。
5. さらに、前記等価インピーダンス回路に対応させて、身体の断面における脂肪量分布態様を画像化して表示する表示手段が設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の体脂肪測定装置。
6. 前記表示手段は、前記体表面部皮下組織および体内部組織に分布する脂肪層を脂肪量ランク値に対応させて色の濃淡付けまたは複数種の色分けにて表示するものである請求項５に記載の体脂肪測定装置。

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