JP5261160B2 - 生物インピーダンス計測装置とその方法 - Google Patents

Description

本発明は、生物インピーダンス計測装置とその方法に係り、特に人体のヘッド部、胴及び四肢の体脂肪を快速かつ簡易に計測することができる生物インピーダンス計測装置とその方法に関するものである。

従来の人体計測学において、より精密な方式として、中性子照射法、同位元素希釈法、赤外線感応法、体内カリウム量測定法と断層スキャン法などがあり、しかし、これらは、方法が複雑であり、高価な設備が必要であり、操作が困難であるので、経常の臨床検査には不向きであり、一般の臨床検査には、生物インピーダンス計測法が極めて便利で安全であり、特別な専門技術も必要ない。従来の生物インピーダンス計測法は、水中で重量を測るなどの方法によって身体の組成成分とその数値を計測するが、その多くが単一の評価値で、全身と四肢と胴との組成成分を代表する。

人体が二つの成分から組成されると仮説すれば、一つが脂肪質量の部分であり、もう一つが非脂肪質量の部分であり、図１に示すように、非脂肪質量の部分は、更に、骨鉱物量と、身体含水量と、内臓蛋白質と、を含み、脂肪質量の部分と非脂肪質量の部分との関係公式は、人体インピーダンスによって人体の含水量を計算するときに採用される公式と、人種と、性別と、被計測者の健康及び運動状況と、に関連し、しかし、従来の計算公式は、一定の修正値を加えないと特定のグループに適用できない。人体インピーダンスによって非脂肪質量又は脂肪比例を計算する従来の方法は色々あるが、一般の計測データは、腕部と足首部とに貼り付けられた電極の電流の流れから得られ、人体の四肢と胴との組織の違いが大きいので、その導電性も相違し、上肢と胴と下肢との横断面積の違いが大きいので、全身の脂肪量と非脂肪量との比例が、人体の上肢と胴と下肢との脂肪量と非脂肪量との比例と同じと仮定して計測すれば、その計測結果は精確ではない。

本発明の主な目的は、人体のヘッド部、胴及び四肢の体脂肪を快速かつ簡易に計測することができる生物インピーダンス計測装置とその方法を提供することにある。

本発明の請求項１に記載の生物インピーダンス計測装置によると、計測装置と、入力装置と、出力装置と、を含む生物インピーダンス計測装置において、前記計測装置は、ＣＰＵを有し、互いに通信的に連接している、評価プレートフォームと、モジュールデータベースと、が形成されており、A/Dコンバータと、それぞれ四肢と連接して四肢の電気組成成分の数値を計測するための電極対と、に通信的に連接しており、前記モジュールデータベースは、予め計測された各被計測者の計測結果であって、下肢、上肢、四肢の電気組成成分のデータと、ヘッド部及び胴の電気組成成分のデータと、前記電気組成成分のデータに基づいて統計分析を利用することにより、下記の評価の公式で、得られた下肢、上肢、四肢、胴及び全身の非脂肪組織の質量と、を含み、
FFM下肢＝C1+C2（h2/Ri）+C3w
FFM上肢＝C4+C5（h2/Rｊ）+C6w
FFM四肢及び胴＝C7+C8（h2/R（RA+T+RL））+C9w
FFM全身＝C11+C12（h2/R（RA+T+RL））+C13w
ここに、hは、被計測者の身長であり、ユニットがメートルであり、wは、被計測者の体重であり、ユニットがkgであり、FFMは非脂肪組織の質量であり、C1〜C13は統計方程式であり、
前記ＣＰＵは、前記入力装置と出力装置とに通信的に連接しており、
前記入力装置は、計測を受けようとする被計測者の基本資料を入力するためのものであり、
前記評価プレートフォームは、上記の評価の公式に、入力された前記基本資料を代入して、四肢のそれぞれの評価と、上肢評価と下肢評価と、四肢及び胴の評価と全身の評価を行ない、
四肢及び胴の評価から上肢評価と下肢評価との和を引くと、胴評価が得られ、全身の評価から四肢及び胴の評価を引くと、ヘッド部評価が得られ、すなわち、
FFM胴＝FFM四肢及び胴-2 FFM下肢-2 FFM上肢
FFMヘッド部＝FFM全身- FFM四肢及び胴
前記評価プレートフォームにより、下肢、上肢、四肢及び胴、全身の電気組成成分の数値から、ヘッド部及び胴の電気組成成分の数値を得ることができることを特徴とする生物インピーダンス計測装置である。

本発明の請求項２に記載の生物インピーダンス計測装置によると、前記評価プレートフォームは、前記ＣＰＵと通信的に連接しているプログラムデータベースを有する。
本発明の請求項３に記載の生物インピーダンス計測装置によると、前記電極対は、前記電極対は、電流を発射するための発射電極と、電流を計測するための接収電極と、を含む。

本発明の請求項４に記載の生物インピーダンス計測方法によると、被計測者の四肢に貼り付けられた電極対が計測装置と通信的に連接しており、計測装置には評価プレートフォームが形成されており、被計測者が基本資料を入力して計測装置が被計測者の基本の組成成分の数値を取ることにより、評価プレートフォームは対応しているモジュールによって分析を施し、そうすると、それに対応する評価が快速に形成され、すなわち、四肢と胴とヘッド部との電気組成成分の数値が形成される生物インピーダンス計測方法であって、
前記生物インピーダンス計測方法は、基本資料入力と、モジュール選択と、計測と、対比と、確認と、取出しと、を含み、
基本資料入力は、被計測者が身長、体重及び年齢などの基本資料を入力することであり、
モジュール選択は、評価プレートフォームのモジュールデータベース内の所定のモジュール資料によって、それに対応するモジュールを建てることであり、
計測は、被計測者の四肢にそれぞれ貼り付けられた電極対によって、四肢の電気組成成分の数値を計測することであり、
評価プレートフォームにより、モジュールデータベースから被計測者の基本資料に対応するモジュールが選定されて、左上肢及び左下肢、又は右上肢及び右下肢の電気組成成分の数値を簡単に計測した後、統計分析を利用することにより、右上肢と右下肢との評価、又は左上肢と左下肢との評価を得ることができ、すなわち、評価プレートフォームにより、人体の胴、四肢及び全身の評価を得ることができ、それらの評価の公式は下記の通りであり、
FFM下肢＝C1+C2（h2/Ri）+C3w
FFM上肢＝C4+C5（h2/Rｊ）+C6w
また、統計分析を利用すると、下記の公式が得られ、
FFM四肢及び胴＝C7+C8（h2/R（RA+T+RL））+C9w
FFM全身＝C11+C12（h2/R（RA+T+RL））+C13w
ここに、hは、被計測者の身長であり、ユニットがメートルであり、wは、被計測者の体重であり、ユニットがkgであり、FFMは非脂肪組織の質量であり、C1〜C13は統計方程式であり、
対比は、簡単の対比により、すなわち、四肢及び胴の評価から上肢評価と下肢評価との和を引くと胴評価が得られ、全身評価から四肢及び胴の評価を引くとヘッド部評価が得られ、すなわち、
FFM胴＝FFM四肢及び胴-2 FFM下肢-2 FFM上肢
FFMヘッド部＝FFM全身- FFM四肢及び胴
確認は、上記の各評価を確認することであり、
取出しは、もう一度評価を取出すことであり、
ヘッド部及び四肢の組成成分の数値の取出しは、各評価によって、それに対応する、四肢及び胴の評価と、全身評価と、を確認して、上記二つの評価の公式によって、ヘッド部評価と胴評価を得てヘッド部と胴との組成成分の数値を取出すことにあることを特徴とする生物インピーダンス計測方法である。

本発明の生物インピーダンス計測装置とその方法によれば、人体のヘッド部、胴及び四肢の体脂肪を快速かつ簡易に計測することができるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る生物インピーダンス計測装置とその方法は、図２乃至図４に示すように、計測方法１０は、被計測者２０の四肢２１、２２、２３、２４に貼り付けられた電極対３０が計測装置４０と通信的に連接しており、計測装置４０には評価プレートフォーム４１が形成されており、被計測者２０が基本資料を入力して計測装置４０が被計測者２０の基本の組成成分の数値を取ることにより、評価プレートフォーム４１は対応しているモジュールによって分析を施し、そうすると、それに対応する評価が快速に形成され、すなわち、四肢と胴２５とヘッド部２６との電気組成成分の数値が形成される。

計測装置４０には評価プレートフォーム４１が形成されており、図４に示すように、評価プレートフォーム４１内には、モジュールデータベース４１０と、プログラムデータベース４１１と、が形成されており、評価プレートフォーム４１がＣＰＵ４２と通信的に連接しており、ＣＰＵ４２は、モジュールデータベース４１０と、プログラムデータベース４１１と、にそれぞれ通信的に連接しており、そして計測装置４０は、A/Dコンバータ４３と、それぞれ四肢２１、２２、２３、２４と連接している電極対３０と、に通信的に連接しており、モジュールデータベース４１１は、各被計測者２０の計測結果であり、四肢の組成成分のデータと、ヘッド部２６及び胴２５の組成成分のデータと、各評価の分析比例及びパラメータと、を含み、ＣＰＵ４２は、入力装置４４と出力装置４５とに通信的に連接しており、入力装置４４は、キーボードでもいいし、ボタンでもいいし、タッチパネルでもよく、出力装置４５はディスプレイでもよく、入力装置４４によって被計測者２０が基本資料を入力した後、モジュールデータベース４１０により評価プレートフォーム４１がそれに対応するモジュールを選定して、四肢の組成成分の数値が入力されると、他の部分（特に、電極対３０を貼り付けることができないヘッド部２６及び胴２５）の組成成分の数値を精確に得ることができる。

本発明に係る生物インピーダンス計測方法１０は、基本資料入力１１と、モジュール選択１１０と、計測１２と、対比１３と、確認１４と、取出し１５と、を含む。

基本資料入力１１は、被計測者２０が身長、体重及び年齢などの基本資料を入力することである。

モジュール選択１１０は、評価プレートフォームのモジュールデータベース４１０内の所定のモジュール資料によって、それに対応するモジュールを建てることである。

計測１２は、被計測者２０の四肢２１、２２、２３、２４にそれぞれ貼り付けられた電極対３０によって、四肢２１、２２、２３、２４の電気組成成分の数値を計測することである。電極対３０は、発射電極３００と、接収電極３０１と、を含み、図３及び図４に示すように、計測装置４０のシングルチップ及びプログラムデータベース４１１にあるプログラムによって、四肢２１、２２、２３、２４に貼り付けられた電極対３０と、それに対応するA/Dコンバータ４３と、の電気的連接状態を制御し、これにより、被計測者２０のそのままの姿勢で、数秒以内に発射電極３００と接収電極３０１とが快速に連接したり切替したりするので、四肢２１、２２、２３、２４の電気組成成分の数値を得ることができる。

生物インピーダンスを計測するときには、被計測者２０がテストプレートフォームの足部電極の上で立ち、両手で電極を握り、二つのアームと、二つの足と、をやや離間し、電極の通信的の連接方式は、図３に示すように、Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５及びＥ７が電流を発射する電極であり、すなわち、電極対３０の発射電極３００であり、Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６及びＥ８が電流を計測する電極であり、すなわち、電極対３０の接収電極３０１であり、接収電極３０１同士の間のインピーダンスが人体のインピーダンスよりも遥かに高いので、計測時には、電流に対する影響を無視することができる。

電極対３０は、ステンレス製のストリップであり、電気的伝導性が良く、二つの計測ハンドルには、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４がそれぞれ設けられており、テストプレートフォームのベースの両側には、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７及びＥ８がそれぞれ設けられている。

これらの電極を介して交流電気回路が形成され、相違する計測電極を介して計測をすることができ、例えば、Ｅ２とＥ４とを介して回路が形成されて右上肢２１のインピーダンス（RRA）を計測することができ、Ｅ２とＥ６とを介して回路が形成されて、右上肢２１と右下肢２３と胴２５との電気組成成分の数値（RRT=RRA+RT+RRL）を計測することができ、Ｅ６とＥ８とを介して回路が形成されて右下肢２３のインピーダンス（RRL）を計測することができ、同じ計測方法によって人体の各部分の電気組成成分の数値を計測することができ、すなわち、同じ計測方法によって、左上肢２２の電気組成成分の数値（RLA）と、右上肢２１の電気組成成分の数値（RRA）と、右上肢２１と右下肢２３と胴２５との総合電気組成成分の数値（RRT）と、左下肢２４の電気組成成分の数値（RLL）と、右下肢２３の電気組成成分の数値（RRL）と、を計測することができる。

評価プレートフォーム４１により、モジュールデータベース４１０から被計測者２０の基本資料に対応するモジュールが選定されて、片方の手又は足の数値、例えば、左上肢２２及び左下肢２４、又は右上肢２１及び右下肢２３の電気組成成分の数値を簡単に計測した後、右上肢２１と右下肢２３との評価、又は左上肢２２と左下肢２４との評価を得ることができ、すなわち、評価プレートフォーム４１により、人体の胴、四肢及び全身の評価を得ることができる。

対比１３は、モジュールを比較することである。簡単な対比により、すなわち、四肢及び胴の評価１２２から上肢評価１２０と下肢評価１２１との和を引くと、胴評価１３０と、全身評価１２３から四肢及び胴の評価１２２を引いてから、ヘッド部評価１３１と、を得ることができ、胴２５やヘッド部２６に電極対３０を貼り付けることが必要なくなる。

確認１４は、モジュールの各評価を確認することである。取出し１５は、もう一度評価を取出すことである。

ヘッド部及び四肢の組成成分の数値の取出し１６は、各評価によって、それに対応する、四肢及び胴の評価１３０と、全身評価１３１と、を確認して、上記二つの評価の公式によって、ヘッド部２６と胴２５との評価を得てヘッド部２６と胴２５との組成成分の数値を取出すことにある。

モジュールデータベース４１０のモジュールを建てるプロセスは、計測５０と、一辺計測５１と、比較５２と、モジュール建て５３と、を含む。計測５０は、相違するグループ（例えばスポーツマンや学生など）の被計測者２０の四肢の生物インピーダンスを大量に計測することにある。

一辺計測５１は、被計測者２０の一辺にある手や足（例えば右側の右上肢２１と右下肢２３と）を計測した後、二機能X線吸収装置（DEXA）によって測定された、全身の非脂肪組織の比例と、一辺計測５１と、を対比してある比例を形成することにある。比較５２は、一辺計測５１と全身計測とを比較し、上記両者の照合により、相違性を見出すことができ、過大の相違部分を除去することにある。

モジュール建て５３は、人体を、右上肢２１と、左上肢２２と、右下肢２３と、左下肢２４と、胴２５と、ヘッド部２６と、に分けて、統計分析を利用することにより、組成成分に対応する数値と、非脂肪組織質量と、を計測し、単一の上肢と下肢との評価を得ることができる。それらの評価の公式は下記の通りである。

FFM下肢＝C1+C2（h²/Ri）+C3w
FFM上肢＝C4+C5（h²/Rｊ）+C6w
また、統計分析を利用すると、下記の公式が得られる。
FFM四肢及び胴＝C7+C8（h²/R（RA+T+RL））+C9w
FFM全身＝C11+C12（h²/R（RA+T+RL））+C13w
ここに、hは、被計測者の身長であり、ユニットがメートルである。wは、被計測者の体重であり、ユニットがkgである。FFMは非脂肪組織の質量である。C1〜C13は統計方程式である。

上記各公式の差を利用して、各部位の非脂肪組織の質量を得ることができる。すなわち、
FFM胴＝FFM四肢及び胴-2 FFM下肢-2 FFM上肢
FFMヘッド部＝FFM全身- FFM四肢及び胴

胴２５とヘッド部２６との非脂肪組織の質量を取ることにより、全身の組成成分の数値と、上記数値に対応する非脂肪組織の質量を得ることができ、且つ統計分析によって公式を得ることができ、上記の公式により、被計測者２０の各部位の非脂肪組織の質量を計測することができ、そして被計測者の全身と四肢との脂肪組織の質量と、それらの非脂肪組織の質量と、上記の質量らと被計測者の体重との比例と、をデータベースに入力する。

本発明は、人体を、右上肢と、左上肢と、右下肢と、左下肢と、胴と、ヘッド部と、に分けて、それらの生物組成成分に対応する数値と非脂肪組織の質量との関係を探究する。統計分析により、それらの生物組成成分に対応する数値と非脂肪組織の質量とを得ると、単一の下肢及び下肢の評価を得ることができるので、非脂肪組織の質量と、身長、体重及び組成成分の数値と、の関係を統計分析によって求めると、それらの関係を示す公式を得ることができ、各公式を互いに引くと、胴とヘッド部との非脂肪組織の質量の公式を得ることができ、得られた非脂肪組織の質量はモジュールのパラメータとすることができる。

従来の人体の組成を分析する方法を示す概略図である。 本発明に係る計測を示す概略図である。 本発明に係る計測のフローチャートである。 本発明に係る計測のハードウエアの構成を示す概略図である。 本発明によって各部位の組成成分の数値を模擬することの概略図である。 本発明に係るモジュールを建てることを示す概略図である。

１０ 計測方法
１１ 基本資料入力
１２ 計測
１３ 対比
１４ 確認
１５ 取出し
１６ ヘッド部及び四肢の組成成分の数値の取出し
２０ 被計測者
２１ 右上肢
２２ 左上肢
２３ 右下肢
２４ 左下肢
２５ 胴
２６ ヘッド部
３０ 電極対
４０ 計測装置
４１ 評価プレートフォーム
４２ ＣＰＵ
４３ A/Dコンバータ
４４ 入力装置
４５ 出力装置
５０ 計測
５１ 一辺計測
５２ 比較
５３ モジュール建て
１１０ モジュール選択
３００ 発射電極
３０１ 接収電極
４１１ プログラムデータベース
４１０ モジュールデータベース

Claims (4)

1. 計測装置と、入力装置と、出力装置と、を含む生物インピーダンス計測装置において、
   前記計測装置は、ＣＰＵを有し、互いに通信的に連接している、評価プレートフォームと、モジュールデータベースと、が形成されており、A/Dコンバータと、それぞれ四肢と連接して四肢の電気組成成分の数値を計測するための電極対と、に通信的に連接しており、
   前記モジュールデータベースは、予め計測された各被計測者の計測結果であって、下肢、上肢、四肢の電気組成成分のデータと、ヘッド部及び胴の電気組成成分のデータと、前記電気組成成分のデータに基づいて統計分析を利用することにより、下記の評価の公式で、得られた下肢、上肢、四肢、胴及び全身の非脂肪組織の質量と、を含み、
   FFM下肢＝C1+C2（h2/Ri）+C3w
   FFM上肢＝C4+C5（h2/Rｊ）+C6w
   FFM四肢及び胴＝C7+C8（h2/R（RA+T+RL））+C9w
   FFM全身＝C11+C12（h2/R（RA+T+RL））+C13w
   ここに、hは、被計測者の身長であり、ユニットがメートルであり、wは、被計測者の体重であり、ユニットがkgであり、FFMは非脂肪組織の質量であり、C1〜C13は統計方程式であり、
   前記ＣＰＵは、前記入力装置と出力装置とに通信的に連接しており、
   前記入力装置は、計測を受けようとする被計測者の基本資料を入力するためのものであり、
   前記評価プレートフォームは、上記の評価の公式に、入力された前記基本資料を代入して、四肢のそれぞれの評価と、上肢評価と下肢評価と、四肢及び胴の評価と全身の評価を行ない、
   四肢及び胴の評価から上肢評価と下肢評価との和を引くと、胴評価が得られ、全身の評価から四肢及び胴の評価を引くと、ヘッド部評価が得られ、すなわち、
   FFM胴＝FFM四肢及び胴-2 FFM下肢-2 FFM上肢
   FFMヘッド部＝FFM全身- FFM四肢及び胴
   前記評価プレートフォームにより、下肢、上肢、四肢及び胴、全身の電気組成成分の数値から、ヘッド部及び胴の電気組成成分の数値を得ることができることを特徴とする、生物インピーダンス計測装置。
2. 前記評価プレートフォームは、前記ＣＰＵと通信的に連接しているプログラムデータベースを有することを特徴とする、請求項１に記載の生物インピーダンス計測装置。
3. 前記電極対は、電流を発射するための発射電極と、電流を計測するための接収電極と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の生物インピーダンス計測装置。
4. 被計測者の四肢に貼り付けられた電極対が計測装置と通信的に連接しており、計測装置には評価プレートフォームが形成されており、被計測者が基本資料を入力して計測装置が被計測者の基本の組成成分の数値を取ることにより、評価プレートフォームは対応しているモジュールによって分析を施し、そうすると、それに対応する評価が快速に形成され、すなわち、四肢と胴とヘッド部との電気組成成分の数値が形成される生物インピーダンス計測方法であって、
   前記生物インピーダンス計測方法は、基本資料入力と、モジュール選択と、計測と、対比と、確認と、取出しと、を含み、
   基本資料入力は、被計測者が身長、体重及び年齢などの基本資料を入力することであり、
   モジュール選択は、評価プレートフォームのモジュールデータベース内の所定のモジュール資料によって、それに対応するモジュールを建てることであり、
   計測は、被計測者の四肢にそれぞれ貼り付けられた電極対によって、四肢の電気組成成分の数値を計測することであり、
   評価プレートフォームにより、モジュールデータベースから被計測者の基本資料に対応するモジュールが選定されて、左上肢及び左下肢、又は右上肢及び右下肢の電気組成成分の数値を簡単に計測した後、統計分析を利用することにより、右上肢と右下肢との評価、又は左上肢と左下肢との評価を得ることができ、すなわち、評価プレートフォームにより、人体の胴、四肢及び全身の評価を得ることができ、それらの評価の公式は下記の通りであり、
   FFM下肢＝C1+C2（h2/Ri）+C3w
   FFM上肢＝C4+C5（h2/Rｊ）+C6w
   また、統計分析を利用すると、下記の公式が得られ、
   FFM四肢及び胴＝C7+C8（h2/R（RA+T+RL））+C9w
   FFM全身＝C11+C12（h2/R（RA+T+RL））+C13w
   ここに、hは、被計測者の身長であり、ユニットがメートルであり、wは、被計測者の体重であり、ユニットがkgであり、FFMは非脂肪組織の質量であり、C1〜C13は統計方程式であり、
   対比は、簡単の対比により、すなわち、四肢及び胴の評価から上肢評価と下肢評価との和を引くと胴評価が得られ、全身評価から四肢及び胴の評価を引くとヘッド部評価が得られ、すなわち、
   FFM胴＝FFM四肢及び胴-2 FFM下肢-2 FFM上肢
   FFMヘッド部＝FFM全身- FFM四肢及び胴
   確認は、上記の各評価を確認することであり、
   取出しは、もう一度評価を取出すことであり、
   ヘッド部及び四肢の組成成分の数値の取出しは、各評価によって、それに対応する、四肢及び胴の評価と、全身評価と、を確認して、上記二つの評価の公式によって、ヘッド部評価と胴評価を得てヘッド部と胴との組成成分の数値を取出すことにあることを特徴とする、生物インピーダンス計測方法。