JP5309180B2 - 体幹部皮下脂肪測定方法および装置 - Google Patents
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本発明の一つの実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とで構成し、前記第1の電流印加電極を臍横に配置し、前記第2の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とで構成し、前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置する。
本発明の別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とで構成し、前記第1の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記第2の電流印加電極を側腹部に配置し、前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とで構成し、前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置する。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とで構成し、前記第1の電流印加電極を側腹部に配置し、前記第2の電流印加電極を肩甲骨下部に配置し、前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とで構成し、前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置する。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とで構成し、前記第1の電流印加電極を臍横に配置し、前記第2の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、前記第3の電流印加電極を側腹部に配置し、前記第4の電流印加電極を肩甲骨下部に配置し、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とで構成し、前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置し、前記第3の電圧計測電極を前記第3の電流印加電極に近接して配置し、前記第4の電圧計測電極を前記第4の電流印加電極に近接して配置する。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とで構成し、前記第1の電流印加電極を臍横に配置し、前記第2の電流印加電極を肩甲骨下部に配置し、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、前記第3の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記第4の電流印加電極を側腹部に配置し、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とで構成し、前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置し、前記第3の電圧計測電極を前記第3の電流印加電極に近接して配置し、前記第4の電圧計測電極を前記第4の電流印加電極に近接して配置する。
本発明の別の観点によれば、体幹部に配置される複数の電流印加電極と複数の電圧計測電極とを有し、体幹部のインピーダンスを測定することにより体幹部皮下脂肪組織層情報を求める装置において、前記複数の電流印加電極の各電流印加電極に対して、前記複数の電圧計測電極の各電圧計測電極が近接して配置され、前記複数の電流印加電極の各電流印加電極が印加のために対にされて電流印加電極対が構成され、前記電流印加電極対の各電流印加電極に近接して配置された電圧計測電極が測定のために対にされて電圧計測電極対が構成され、前記電流印加電極対の各電流印加電極が配置された部位の組み合わせが、臍横と肩甲骨下部の組み合わせ、肩甲骨下部と側腹部の組み合わせ、側腹部と腱膜部の組み合わせ、臍横と腱膜部の組み合わせ、臍凹部と背骨部の組み合わせ、臍凹部と腱膜部の組み合わせのいずれかとされることを特徴とする体幹部皮下脂肪測定装置が提供される。
本発明の一つの実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とからなり、前記第1の電流印加電極が臍横に配置され、前記第2の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とからなり、前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置される。
本発明の別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とからなり、前記第1の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記第2の電流印加電極が側腹部に配置され、前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とからなり、前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置される。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とからなり、前記第1の電流印加電極が側腹部に配置され、前記第2の電流印加電極が肩甲骨下部に配置され、前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とからなり、前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置される。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とからなり、前記第1の電流印加電極が臍横に配置され、前記第2の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、前記第3の電流印加電極が側腹部に配置され、前記第4の電流印加電極が肩甲骨下部に配置され、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とからなり、前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置され、前記第3の電圧計測電極が前記第3の電流印加電極に近接して配置され、前記第4の電圧計測電極が前記第4の電流印加電極に近接して配置される。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とからなり、前記第1の電流印加電極が臍横に配置され、前記第2の電流印加電極が肩甲骨下部に配置され、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、前記第3の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記第4の電流印加電極が側腹部に配置され、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とからなり、前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置され、前記第3の電圧計測電極が前記第3の電流印加電極に近接して配置され、前記第4の電圧計測電極が前記第4の電流印加電極に近接して配置される。
(1)体幹腹部の生体電気インピーダンス情報に含まれる組織情報を骨格筋組織層と内臓器組織と内臓脂肪組織で直並列の等価回路モデルで仮定すること。内臓器組織と内臓脂肪組織を直列に考える。(したがって、内臓脂肪組織の大小により通電量の変化を期待できる)。
(1)体幹部を上部/中部/下部に分けた時、骨格筋組織層の発達の関係は、次のようである。
(a)体幹上部は、上肢部との相関が高く、特に、近位部の上腕部の骨格筋組織との相関が高い。
(b)体幹下部は、下肢部との相関が高く、特に、近位部の大腿部の骨格筋組織との相関が高い。
(c)体幹中部は、下肢部の大腿部骨格筋組織量との相関が高い(下肢の大腿部をコントロールする大腰筋,腸腰筋等が占有筋組織量として大きいため)。
(2)体幹中部(腹部)の骨格筋組織層は、腹筋群と背筋群で構成されており、これらは、上肢部と下肢部のジョイント(左右の回転動作や前後への屈伸動作など)としての機能的発達を有している。
(3)よって、体幹中部の骨格筋組織層発達(量)は、上下肢部の骨格筋組織層の発達と密接な関係がある。つまり、体幹中部の骨格筋組織量は、上下肢部の骨格筋組織量より推定できる。体幹中部骨格筋組織量を従属変数として、上肢部骨格筋組織量及び下肢部骨格筋組織量を各々独立の説明変数と置いて、重回帰式を作ることで、体幹中部の骨格筋組織量を推定することが出来る。
体幹中部骨格筋組織量[MMtm]=a0*下肢部骨格筋組織量[MMl] + b0*上肢部骨格筋組織量[MMu] + c0 ・・・式1
ここで、a0、b0、c0は、回帰係数で定数である。
下肢部骨格筋組織量[MMl]=a1*Ll2/Zl + b1・・・式2
上肢部骨格筋組織量[MMu]=a2*Lu2/Zu + b2・・・式3
ここで、a1,a2,b1,b2は、回帰係数で定数である。Ll:下肢部の長さ、Luは、上肢部の長さ、Zlは、下肢部のインピーダンス値、Zuは、上肢部のインピ−ダンス値である。
体幹中部骨格筋組織量[MMtm]= a3*H2/Zl + b3*H2/Zu +c3・・・式4
ここで、a3、b3、c3は、回帰係数で定数である。Hは身長、Zlは下肢部のインピーダンス値、Zuは上肢部のインピ−ダンス値である。
式1〜3に対して、
体幹中部骨格筋組織量[MMtm]=a0’*下肢部骨格筋組織量[MMl]*Ltm2/Ltm’2+ b0’*上肢部骨格筋組織量[MMu ] *Ltm2 /Ltm’2+ c0’・・・式5
ここで、a0’、b0’、c0’は、回帰係数で定数である。そして、Ltmは体幹長(または体幹中部長)である。そして、Ltm’は、四肢長または身長からの体幹部長(または体幹中部長)の推定値である。
Ltm’=aa*Ll+bb*Lu+cc ・・・式5-1
または
Ltm’=aa1*H+bb1 ・・・式5-2
ここで、aa、aa1、bb、bb1、ccは、回帰係数で定数である。
(a)体幹上部と下部は、上肢部と下肢部との相関が高いことから、上部は上肢部とみなし、下部は下肢部とみなす考え方。
(b)体幹上部と下部を体幹中部と合わせて、体幹部とみなす考え方がある。
いずれの方法でも、対象者を一般健常人または、それに近い自立生活が出来る範囲に置くことで、各々の相互間の相関が高いことから、いずれの考え方でも大きな違いは出てこない。
(12)四肢誘導法より求められる体幹部のインピーダンスは、体幹中部の情報となる。このインピーダンスについては、後述する実施例についての説明において詳述する。
Ztm = ZFS//ZMM//(ZVM+ZFV) ・・・式6
ここで、
体幹中部全体のインピーダンス:Ztm
皮下脂肪組織層のインピーダンス:ZFS・・・体積抵抗率は、大きい。
骨格筋組織層のインピーダンス:ZMM・・・体積抵抗率は、小さい。
内臓器組織のインピーダンス:ZVM・・・骨格筋組織層に近い体積抵抗率と考えられている。
内臓脂肪組織のインピーダンス:ZFV・・・体積抵抗率は、皮下脂肪組織と同等かそれよりも、やや小さ目と考えられる。脂肪の合成分解が皮下脂肪組織に比べて速いことから、組織内血管及び血液量が多いものと考えられる。
組織間の電気的特性は、インピーダンスよりはむしろ体積抵抗率ρ[Ωm]で決まる。
上の関係から、各組織の電気的特性値は一般に以下の関係で説明される。
ρMM<<ρ(VM+FV)<ρFS
ρVM<<ρFV
ρMM=ρMV、若しくは、ρMM<ρMV
ρFV=ρFS、若しくは、ρFV<FS
ここで、
皮下脂肪組織層の体積抵抗率:ρFS
骨格筋組織層の内側の内臓器組織と内臓脂肪組織の複合組織層の体積抵抗率:ρ(VM+FV)
骨格筋組織層の体積抵抗率:ρMM
よって、各組織間の電気的特性の比較関係は、
ZFS >> (ZVM+ZFV) >> ZMM ・・・式7
と考えられる。
この式6、7の関係式から、次の様な二つのアプローチ案によって、内臓脂肪組織情報を推測可能とする手法が考えられる。
皮下脂肪組織層は、他の構成組織と比較する中で体積抵抗率が高いことから体幹中部の等価回路から見て、省略して考える。つまり、体幹中部で計測されるインピーダンス値には、体幹中部の皮下脂肪組織層を除いた内臓脂肪組織を含む除脂肪組織の情報が計測されているものと考えることが出来る。よって、この関係式は、次の様に表現できる。
Ztm ≒ ZMM//(ZVM+ZFV) ・・・式8
式8を変形すると、
1/Ztm ≒ 1/ZMM + 1/(ZVM+ZFV) ・・・式9
この式中の骨格筋組織層のインピーダンスZMMおよび内臓器組織のインピーダンスZVMを下記で記述される手段で顕在化することで、内臓脂肪組織のインピーダンスZFVを算出可能となる。そして、この内臓脂肪組織のインピーダンス情報より、内臓脂肪組織量を推定可能と出来る。式9からZFVを誘導すると、次の式10となり、内臓脂肪組織の情報を有するインピーダンス情報を求めることができる。
ZFV= 1/[ 1/Ztm−1/ZMM] − ZVM・・・式10
前記アプローチ1では皮下脂肪組織層を省略して考えたが、皮下脂肪組織層を大量に有する被験者に対しては誤差要因となりえるため、式6のままで進める方法である。
この式中の骨格筋組織層のインピーダンスZMMおよび内臓器組織のインピーダンスZVMは、前記手法と同様とし、皮下脂肪組織層のインピーダンスZFSに対して、インピーダンス情報は他の組織と同様の考え方で皮下脂肪組織量と有用な関係が有る。ここで、皮下脂肪組織量は、その組織表面での周囲長、つまり、腹囲長との相関が非常に高い関係があることが一般に報告されている(特に皮下脂肪組織層が多い被験者に対して、または、皮下脂肪組織層を除く除脂肪組織に比較して多い場合)ことから、皮下脂肪組織層は腹囲長情報から推定可能となる。よって、皮下脂肪組織層のインピーダンスは、腹囲長の情報から推測可能と出来る。以下、前記アプローチと同様の手法で内臓脂肪組織のインピーダンスZFVを算出可能となる。そして、この内臓脂肪組織のインピーダンス情報より、内臓脂肪組織量を推定可能と出来る。
式6を変形すると、
1/Ztm = 1/ZFS + 1/ZMM + 1/(ZVM+ZFV) ・・・式11
ZFV= 1/[ 1/Ztm−1/ZMM−1/ZFS] − ZVM・・・式12
(16)体幹中部の内臓器組織量[VM]は、身長、体重、性別、年齢等の身体(個人)特定化情報から推定することが出来る。説明変数の中で、身長項の影響が大きい。
男性用: 内臓器組織量[VM] = a4*身長[H]+ b4*体重[W] + c4*年齢[Age] + d4
・・・式13-1
女性用: 内臓器組織量[VM] = a5*身長[H]+ b5*体重[W] + c5*年齢[Age] + d5
・・・式13-2
ここで、a4、a5、b4、b5、c4、c5、d4、d5は、回帰係数で定数である。
なお、本検量線(回帰式)に用いる内臓脂肪組織量VMの基準量の計測は、MRI法やX線CТ法により得られるスライス毎のCSA(組織横断面積)を長さ方向に積分して求めた組織体積、または、臍位等の1スライスからのCSAとする。組織体積は、先行研究論文等で公知の組織密度情報から重量へ変換することで組織量とすることが出来る。
各組織とも、インピーダンスと組織量との関係を式で表現可能とするために、円柱モデルを適用する。適用式は、下記の様に表現できる。
VM ∝ LVM2 / ZVM・・・式14-1
変形すると、
ZVM ∝ LVM2 / VM・・・式14-2
ここで、LVMは、円柱モデル化するときの仮想円柱長であるが、体幹部長[Lt],体幹中部長[Ltm]および身長[H]との高い相関関係が有ることから、
LVM ∝ Lt ∝ Ltm ∝ H ・・・式15
よって、LVMの代わりに身長H(体幹部の実測情報が得られるのであれば、Ltまたは Ltmで式中に用いる)で代用するとすると、
ZVM = a6*H2 / VM + b6・・・式16
となり、内臓器組織のインピーダンスZVMを推定することが出来る。
ここで、a6、b6は、回帰係数で定数である。
この式16は、単回帰式であるが身体特定化情報を説明変数として組み込む重回帰式とすることで、推定精度向上が期待できる。
男性用:ZVM= a7*H2 /VM + b7*H + c7*W + d7*Age + e7・・・式17-1
女性用: ZVM= a8*H2 /VM + b8*H + c8*W + d8*Age + e8・・・式17-2
ここで、a7、a8、b7、b8、c7、c8、d7、d8、e7、e8は、回帰係数で定数である。
(18)体幹中部の骨格筋組織量[MM]は、前記式1、4、5で求めた四肢部骨格筋量(四肢インピーダンス情報)からの体幹中部骨格筋組織量[MMtm]を用いる。
MM=MMtm・・・式18
各組織とも、インピーダンスと組織量との関係を式で表現可能とするために、円柱モデルを適用する。適用式は、下記の様に表現できる。
MM ∝ Ltm2 / ZMM・・・式19-1
変形すると、
ZMM ∝ Ltm2 / MM・・・式19-2
ここで、Ltmは、円柱モデル化するときの体幹中部長であるが、体幹部長[Lt]および身長[H]との高い相関関係が有ることから、
Ltm ∝ Lt ∝ H ・・・式20
よって、Ltmの代わりに身長H(体幹部の実測情報Ltm、Ltが得られない場合)で代用するとすると、
ZMM = a9*H2 / MM + b9・・・式21
となり、骨格筋組織層のインピーダンスZMMを推定することが出来る。
ここで、a9、b9は、回帰係数で定数である。
この式21は、単回帰式であるが身体特定化情報を説明変数として組み込む前記同様の手順により重回帰式とすることで、推定精度向上が期待できる。
(20)体幹中部の皮下脂肪組織量[FS]は、腹囲長[Lw]2から推定することが出来る。さらに、他の身体特定化情報を説明変数として付加して重回帰式とすることで精度向上が期待できる。
男性用: 皮下脂肪組織量[FS] = a10*腹囲長[Lw]2+b10*身長[H]+ c10*体重[W] + d10
*年齢[Age] + e10・・・式22-1
女性用: 皮下脂肪組織量[FS] = a11*腹囲長[Lw]2+b11*身長[H]+ c11*体重[W]+ d11
*年齢[Age] + e11・・・式22-2
ここで、a10、a11、b10、b11、c10、c11、d10、d11、e10、e11は、回帰係数で定数である。
なお、本検量線(回帰式)に用いる皮下脂肪組織量FSの基準量の計測は、MRI法やX線CТ法により得られるスライス毎のCSA(組織横断面積)を長さ方向に積分して求めた組織体積、または、臍位等の1スライスからのCSAとする。組織体積は、先行研究論文等で公知の組織密度情報から重量へ変換することで組織量とすることが出来る。
各組織とも、インピーダンスと組織量との関係を式で表現可能とするために、円柱モデルを適用する。適用式は、下記の様に表現できる。
FS ∝ Ltm2 / ZFS・・・式23-1
変形すると、
ZFS ∝ Ltm2 / FS・・・式23-2
ここで、Ltmは、円柱モデル化するときの体幹中部長であるが、体幹部長[Lt]および身長[H]との高い相関関係が有ることから、
Ltm ∝ Lt ∝ H ・・・式20
よって、Ltmの代わりに身長H(体幹の実測情報Ltm、Ltが得られない場合)で代用するとすると、
ZFS = a12*H2 / FS + b12・・・式24
となり、皮下脂肪組織層のインピーダンスZFSを推定することが出来る。
ここで、a12、b12は、回帰係数で定数である。
この式24は、単回帰式であるが身体特定化情報を説明変数として組み込む前記同様の手順により重回帰式とすることで、推定精度向上が期待できる。
(22)内臓脂肪組織のインピーダンス[ZFV]は、式10または式12へ、体幹中部の実測インピーダンス[Ztm]と、式16、17で求めた内臓器組織のインピーダンス[ZVM]と、式21で求めた骨格筋組織層のインピーダンス[ZMM]を、または式24で求めた皮下脂肪組織層のインピーダンス[ZFS]を代入することで求められる。
各組織とも、インピーダンスと組織量との関係を式で表現可能とするために、円柱モデルを適用する。適用式は、下記の様に表現できる。
FV ∝ LFV2 / ZFV・・・式25
ここで、LFVは、円柱モデル化するときの仮想円柱長であるが、体幹長[Lt],体幹中部長[Ltm]および身長[H]との高い相関関係が有ることから、
LFV ∝ Lt ∝ Ltm ∝ H ・・・式26
よって、LFVの代わりに身長H(体幹の実測情報が得られるのであれば、LtまたはLtmで式中に用いる)で代用するとすると、
FV = a13*H2 / ZFV + b13・・・式27
となり、内臓脂肪組織量FVを推定することが出来る。
ここで、a13、b13は、回帰係数で定数である。
この式27は、単回帰式であるが身体特定化情報を説明変数として組み込む重回帰式とすることで、推定精度向上が期待できる。
男性用:FV = a14*H2 /ZFV + b14*H + c14*W + d14*Age + e14・・・式28-1
女性用: FV = a15*H2 /ZFV + b15*H + c15*W + d15*Age + e15・・・式28-2
ここで、a14、a15、b14、b15、c14、c15、d14、d15、e14、e15は、回帰係数で定数である。
(24)腹部脂肪組織量[FM]は、式22からの皮下脂肪組織量[FS]と式27または式28からの内臓脂肪組織量[FV]から求めることが出来る。
FM=FS+FV・・・式29
(26)内臓脂肪/皮下脂肪比[V/S]は、式22からの皮下脂肪組織量[FS]と式27または式28からの内臓脂肪組織量[FV]から求めることが出来る。
V/S=FV/FS・・・式30
(27)前記で内臓脂肪組織量推定に必要な体幹腹部(中部)のインピーダンスZtmは、呼吸及び飲食等により変動が大きな部位でもあることから、安定性及び信頼性の高い情報の計測が必要となる。よって、次の様な処理を加えることで、信頼性の高い体幹腹部のインピーダンス情報を確保出来る。また、一部体幹部の体液分布の乱れに関連する情報としての視点から、体幹腹部の組織異常の判定も可能と出来る。
(a)一般的な呼吸周期時間の1/2より短いサンプリング周期で、体幹腹部のインピーダンスを測定する。
(b)サンプリング毎の測定デ−タに対して移動平均等によるスムージング処理を施す。
(c)処理後の時系列データより、呼吸の周期性と周期毎の最大値と最小値を検出する。
(d)毎周期毎の最大値と最小値を各々別個に平均処理する。
(e)最大値と最小値の平均処理後の値を平均して、呼吸の中央値を算出する。
(f)呼吸周期毎の呼吸の中央値が規定回数規定以内の安定域に入った時点で、呼吸中央値確定と判断し、確定した中央値のインピ-ダンス値を体幹腹部のインピーダンス値として登録し、測定を完了とする。
(a)体幹腹部のインピーダンスは、26.7±4.8Ω(mean±SD)が集団の一般的な値となる。
(b)反面、便秘及び膀胱尿の貯留や胃での飲食物の充満時の値は、mean±3SDの範囲を超える。
(c)よって、3SDを超える測定値が得られる場合には、飲食及び膀胱尿等の影響の可能性を被験者へ報知し、最善の環境で測定に望んで貰う様促す。ただし、実際にこれらの影響なしに骨格筋組織層発達及び内臓器組織が標準サイズとは異なる被験者においては、測定を継続出来る様に進める。
(d)さらに、判定感度を上げる方法としては、性別、体重、身長別で規定値を細分化する。又は、体重で割るか、身長で割って単位当りの値として規定値を規定する。
皮下脂肪組織層を、或いは、皮下脂肪組織層及び内臓脂肪組織を、選択的に測定するにあたっては、特に、以下の11〜16を考慮する。
(30)組織間の電気的特性は、インピーダンスよりはむしろ体積抵抗率ρ[Ωm]で決まる。「3.体幹部構成組織の電気的等価回路モデル化」で示した関係から、各組織の電気的特性値は一般に以下の関係で説明される。
ρMM<<ρ(VM+FV)<ρFS
ρVM<<ρFV
ρMM=ρMV、若しくは、ρMM<ρMV
ρFV=ρFS、若しくは、ρFV<FS
ここで、
皮下脂肪組織層の体積抵抗率:ρFS
骨格筋組織層の内側の内臓器組織と内臓脂肪組織の複合組織層の体積抵抗率:ρ(VM+FV)
骨格筋組織層の体積抵抗率:ρMM
よって、式6との関連により、各組織間の電気的特性の比較関係は、
ZFS >> (ZVM+ZFV) >> ZMM ・・・式31(式7と同じ)
となる。
(31)内臓脂肪組織量は横断面積量や体積量で表すことができる。横断面積量の場合は、臍囲周での計測においては、CT法(X線−CT、MRI)による横断面積量が一般的な計測基準と考えられる。一方、体積量の場合は、CT法によるスライスによる横断面積量を長さ方向に複数のスライス情報で積分することで求めることができる。骨格筋組織量(骨格筋量)は、これら横断面積量と体積量の双方に高い相関を有すると考えられる。ここでは横断面積量で考えることにする。骨格筋組織の横断面積量(AMM)は、身体特定化情報でおおよそ推定することができる。なぜなら、身体の骨格筋組織層の発達デザインは、地球重力下で自重を支えるための発達、適応でほとんど決まってしまうからである。よって、アスリートや麻痺看者や介護者などの重力非適応者を除けば、身体特定化情報で推定可能となる。この推定は、身長H、体重W、年齢Ageを以下の式に代入することによって行う。
AMM=a*H+b*W+c*Age+d・・・式32
ここで、a、b、c、dは、定数である。
(32)体幹部骨格筋組織層インピーダンス(ZMM)も身体特定化情報によって推定できる。便宜上、ここでは上で求めた横断面積量(AMM)を利用する。この推定は以下の式を用いて行うことができる。
ZMM=a0*H/AMM+b0・・・式33
ここで、a0、b0は、定数である。
式6、31の関係式から、次の様な2つのアプローチ案によって、内臓脂肪組織情報を推測可能とする手法が考えられる。
(33)アプローチ1
皮下脂肪組織層は、他の構成組織と比較する中で体積抵抗率が高いことから体幹部の等価回路から見て、省略して考える。つまり、体幹部で計測されるインピーダンス値には、体幹部の皮下脂肪組織層を除いた内臓脂肪組織を含む除脂肪組織の情報が計測されているものと考えることが出来る。よって、この関係式は、次の様に表現できる。
Ztm ≒ ZMM//(ZVM+ZFV) ・・・式34
式34を変形すると、
1/Ztm ≒ 1/ZMM + 1/(ZVM+ZFV) ・・・式35
この式中の骨格筋組織層のインピーダンスZMMおよび内臓器組織のインピーダンスZVMを下記で記述される手段で顕在化することで、内臓脂肪組織のインピーダンスZFVを算出可能となる。そして、この内臓脂肪組織のインピーダンス情報より、内臓脂肪組織量を推定可能と出来る。式35からZFVを誘導すると、次の式36となり、内臓脂肪組織の情報を有するインピーダンス情報を求めることができる。
ZFV= 1/[ 1/Ztm−1/ZMM] − ZVM・・・式36
前記アプローチ1では皮下脂肪組織層を省略して考えたが、皮下脂肪組織を大量に有する被験者に対しては誤差要因となりえるため、式6のままで進める方法である。
この式中の骨格筋組織層のインピーダンスZMMおよび内臓器組織のインピーダンスZVMは、前記手法と同様とし、皮下脂肪組織層のインピーダンスZFSに対して、インピーダンス情報は他の組織と同様の考え方で皮下脂肪組織量と有用な関係がある。ここで、皮下脂肪組織量は、その組織表面での周囲長、つまり、腹囲長との相関が非常に高い関係があることが一般に報告されている(特に皮下脂肪組織層が多い被験者に対して、または、皮下脂肪組織層を除く除脂肪組織に比較して多い場合)ことから、皮下脂肪組織層は腹囲長情報から推定可能となる。よって、皮下脂肪組織層のインピーダンスは、腹囲長の情報から推測可能と出来る。以下、前記アプローチと同様の手法で内臓脂肪組織のインピーダンスZFVを算出可能となる。そして、この内臓脂肪組織のインピーダンス情報より、内臓脂肪組織量を推定可能と出来る。
式6を変形すると、
1/Ztm = 1/ZFS + 1/ZMM + 1/(ZVM+ZFV) ・・・式37
ZFV= 1/[ 1/Ztm−1/ZMM−1/ZFS] − ZVM・・・式38
AFV=aa*H/ZFV+bb・・・式39
ここで、aa、bbは定数である。
(36)体幹部の内臓器組織量[VM]は、身長、体重、性別、年齢等の身体(個人)特定化情報から推定することが出来る。説明変数の中で、身長項の影響が大きい。
内臓器組織量[AVM] = a1*身長[H]+ b1*体重[W] + c1*年齢[Age] + d1・・・式40
ここで、a1、b1、c1、d1は、男女で別の値を与える定数である。
なお、本検量線(回帰式)に用いる内臓器組織量VMの基準量の計測は、MRI法やX線CТ法により得られるスライス毎のCSA(組織横断面積)を長さ方向に積分して求めた組織体積、または、臍位等の1スライスからのCSAとする。組織体積は、先行研究論文等で公知の組織密度情報から重量へ変換することで組織量とすることが出来る。
内臓器組織のインピーダンス[ZVM]は、身長、体重、性別、年齢等の身体(個人)特定化情報から推定することが出来る。説明変数の中で、身長項の影響が大きい。便宜上、ここでは上で求めた内臓器組織量[AVM]を利用する。この推定は、以下の式を用いて行うことができる。
ZVM=a2*H/AVM+b2・・・式41
ここで、a2、b2は、定数である。
(38)体幹部の皮下脂肪組織量[AFS]の測定方法については後述する。なお、本検量線(回帰式)に用いる皮下脂肪組織量FSの基準量の計測は、MRI法やX線CТ法により得られるスライス毎のCSA(組織横断面積)を長さ方向に積分して求めた組織体積、または、臍位等の1スライスからのCSAとする。組織体積は、先行研究論文等で公知の組織密度情報から重量へ変換することで組織量とすることが出来る。
(39)内臓脂肪/皮下脂肪比[V/S]は、式22-1、式22-2からの皮下脂肪組織量[AFS]や後述する式45からの皮下脂肪組織量[AFS]と式39からの内臓脂肪組織量[AFV]から求めることが出来る。
V/S=AFV/AFS・・・式42
(40)体幹部の皮下脂肪組織量AFSは、前項「6.皮下脂肪組織量[FS]からのインピーダンス[ZFS]の推定」で説明したように、腹囲長[Lw]2から推定することもできるが、以下に示すように、皮下脂肪組織層のインピーダンス情報ZFSと腹囲長Lwから推定することも出来る。
皮下脂肪組織量[AFS] = aa0*ZFS*Lw+bb0・・・式43
ここで、aa0、bb0は、定数である。
尚、上の式43の導き方については後に詳述する。
(a)測定対象皮下脂肪組織厚計測部位の組み合わせは、皮下脂肪組織沈着が最も大きい部位として、臍囲周上の臍横と肩甲骨下部の組み合わせ、または、臍横と腸骨稜上縁部(側腹部)の組み合わせの何れかとする。
(b)皮下脂肪組織厚計測部位は、皮下脂肪組織沈着が最も薄い部位として、臍囲周上の臍凹部と背骨部と腱膜部(腹直筋と外腹斜筋の間の結合腱部)の何れか又は、すべての情報を用いること。特に、個人差が大きい腱膜部(腹直筋と外腹斜筋の間の結合腱部)の情報を用いること。
(c)皮下脂肪組織厚計測部位は、前記皮下脂肪組織沈着の最も大きい部位候補部と最も薄い部位の組み合わせた情報を用いること。
(d)複数対の計測用電極を測定対象皮下脂肪組織厚計測部位に配置し、それぞれの対で計測された皮下脂肪組織厚の和の情報を皮下脂肪組織量の推定に用いること。
(e)皮下脂肪組織分布は、臍囲周での横断面積で、臍と背骨を直線で結んで左右線対称になっている。よって、左右いずれか一方の所定部位の皮下脂肪組織分布情報を計測すれば済むことになる。
Ztm ≒ ZMM//(ZVM+ZFV)の関係式が成り立ち、
図9の等価回路においては、Ztm = ZFS//ZMM//(ZVM+ZFV)の関係式が成り立つ。
特に、皮下脂肪組織層測定、或いは、皮下脂肪組織層及び内臓脂肪組織の選択測定に用いられる技術を説明する。
ZFS >> (ZVM+ZFV) >> ZMM
の関係がある。
したがって、I−V電極間距離がほとんど無く近接して配置されたときの電圧計測インピーダンスΣZ1は、
ΣZ1=2*ZFS+ZMM//(ZVM+ZFV)≒2*ZFS
となる。これにより明らかなように、広がり抵抗の影響でZFSが数倍に増幅されるため、ここでは、ZFSによる情報が支配的となる。
ΣZ2≒2*ZFS+ZMM//(ZVM+ZFV)
である。明らかなように、I−V電極間距離を広げることによって、広がり抵抗の影響は多少小さくなっているが、この程度離しただけでは、まだZFSの情報が支配的である。
ΣZ3≒2*ZFS+ZMM//(ZVM+ZFV)である。
このとき電極間で計測される電圧降下の関係は、おおよそ次のようになる。
V1=I*ZMM//(ZVM+ZFV)
V2=V3=I*2*ZFS
V1:(V2+V3)≒1〜2:10〜20=S:N
上式におけるSの1〜2やNの10〜20のバラツキは、皮下脂肪組織層の厚みの個人差と骨格筋組織層の発達具合によるものである。この結果からも分かるように、たとえ電極間距離を調節しても、十分なS/Nが確保できるとは言いがたい。
V1=I*ZMM//(ZVM+ZFV)=I1*ZMM=I2*(ZVM+ZFV)
I=I1+I2
となり、よって、
ZMM:(ZVM+ZFV)=I2:I1≒1:2〜5
となる。これより明らかなように、たとえ広がり抵抗の影響を排除できたとしても、骨格筋組織層に流れる電流は内臓器組織と内臓脂肪組織に流れる電流の2〜5倍にも及ぶため、この結果、S/N特性は更に悪くなる。このように、体幹部のような太短い測定部位においては、たとえ電極間距離を調整しても、電流電極間距離で上限が決まってしまうことから、S/N特性の改善には限界がある。
△Z ∝ ZFS ∝ LFS/A0 ∝ LFS
である。故に、皮下脂肪組織層の横断面積量AFSは、
AFS=Lw*LFS=aa0*ZFS*Lw+bb0・・・式43
で求めることができる。尚、上式において、Lwは腹囲長、つまり、腹16周囲の長さ、aa0、bb0は、男女で別の値となる定数である。
ZFS=aa1*(ZFS1+2)+bb1 ・・・・・・・・・式44−1
又は、
ZFS=cc1*(ZFS1+2)+dd1*(ZFS3+4)+ee1
・・・式44−2
ここで、aa1、bb1、cc1、dd1、ee1は、定数であり、男女で別の値を与える。
そして、前述の式43に基づいて、皮下脂肪組織量AFSを算出する。
BMI=W/H2 ・・・式45
%Fatt=(AFS+AFV)/[(AFS+AFV)+AMM+AVM]*100
・・・式46
%VFat=%Fatt*(V/S)/[(V/S)+1] ・・・式47
[Ztm]minx←([Ztm]minx-1+[Ztm]minx)/2 ・・・式48
[Ztm]maxx←([Ztm]maxx-1+[Ztm]maxx)/2 ・・・式49
Ztmx←([Ztm]maxx+[Ztm]minx)/2 ・・・式50
Mean−3SD≦Ztm≦Mean+3SD ・・・式51
ここで、許容値例としては、26.7±4.8(Mean±SD)に対して、±3SDが考えられる。
2 本体部
3 体重測定部
4 腹部押当て電極部
4A 腹部電極押当て部
5 電気ケーブル
6 電気ケーブル
10a〜10m 電流印加電極
10A 電流印加電極
10B 電流印加電極
11a〜11m 電圧計測電極
15 腱膜部
A 臍
16 腹
21 電力供給部
22 演算兼制御部
23 部位インピーダンス測定部
24 記憶部
25 表示兼入力部
25a 入力部
25b 表示部
26 ブザー報知部
27 印刷部
31 載台
34 電圧計測電極
36 電圧計測電極
ZFS 皮下脂肪組織層部のインピーダンス
LFS 皮下脂肪組織層の厚み
41 腹部押当てプレート
42 左手用グリップ
43 右手用グリップ
231 電流供給部
232 電流印加電極切替部
233 電圧計測切替部
234 電位差測定部
Claims (12)
- 複数の電流印加電極と複数の電圧計測電極とを体幹部に配置し、体幹部のインピーダンスを測定することにより体幹部皮下脂肪組織層情報を求める方法において、
前記複数の電流印加電極の各電流印加電極に対して、前記複数の電圧計測電極の各電圧計測電極を近接して配置し、
前記複数の電流印加電極の各電流印加電極を印加のために対にして電流印加電極対を構成し、前記電流印加電極対の各電流印加電極に近接して配置した電圧計測電極を測定のために対にして電圧計測電極対を構成し、
前記電流印加電極対の各電流印加電極を配置する部位の組み合わせを、臍横と肩甲骨下部の組み合わせ、肩甲骨下部と側腹部の組み合わせ、側腹部と腱膜部の組み合わせ、臍横と腱膜部の組み合わせ、臍凹部と背骨部の組み合わせ、臍凹部と腱膜部の組み合わせのうちのいずれかとすることを特徴とする体幹部皮下脂肪測定方法。 - 前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とで構成し、
前記第1の電流印加電極を臍横に配置し、前記第2の電流印加電極を腱膜部に配置し、
前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とで構成し、
前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置することを特徴とする請求項1に記載の体幹部皮下脂肪測定方法。 - 前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とで構成し、
前記第1の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記第2の電流印加電極を側腹部に配置し、
前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とで構成し、
前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置することを特徴とする請求項1に記載の体幹部皮下脂肪測定方法。 - 前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とで構成し、
前記第1の電流印加電極を側腹部に配置し、前記第2の電流印加電極を肩甲骨下部に配置し、
前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とで構成し、
前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置することを特徴とする請求項1に記載の体幹部皮下脂肪測定方法。 - 前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とで構成し、
前記第1の電流印加電極を臍横に配置し、前記第2の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、
前記第3の電流印加電極を側腹部に配置し、前記第4の電流印加電極を肩甲骨下部に配置し、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、
前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とで構成し、
前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置し、
前記第3の電圧計測電極を前記第3の電流印加電極に近接して配置し、前記第4の電圧計測電極を前記第4の電流印加電極に近接して配置することを特徴とする請求項1に記載の体幹部皮下脂肪測定方法。 - 前記複数の電流印加電極を、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とで構成し、
前記第1の電流印加電極を臍横に配置し、前記第2の電流印加電極を肩甲骨下部に配置し、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、
前記第3の電流印加電極を腱膜部に配置し、前記第4の電流印加電極を側腹部に配置し、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対を構成し、
前記複数の電圧計測電極を、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とで構成し、
前記第1の電圧計測電極を前記第1の電流印加電極に近接して配置し、前記第2の電圧計測電極を前記第2の電流印加電極に近接して配置し、
前記第3の電圧計測電極を前記第3の電流印加電極に近接して配置し、前記第4の電圧計測電極を前記第4の電流印加電極に近接して配置することを特徴とする請求項1に記載の体幹部皮下脂肪測定方法。 - 体幹部に配置される複数の電流印加電極と複数の電圧計測電極とを有し、体幹部のインピーダンスを測定することにより体幹部皮下脂肪組織層情報を求める装置において、
前記複数の電流印加電極の各電流印加電極に対して、前記複数の電圧計測電極の各電圧計測電極が近接して配置され、
前記複数の電流印加電極の各電流印加電極が印加のために対にされて電流印加電極対が構成され、前記電流印加電極対の各電流印加電極に近接して配置された電圧計測電極が測定のために対にされて電圧計測電極対が構成され、
前記電流印加電極対の各電流印加電極が配置された部位の組み合わせが、臍横と肩甲骨下部の組み合わせ、肩甲骨下部と側腹部の組み合わせ、側腹部と腱膜部の組み合わせ、臍横と腱膜部の組み合わせ、臍凹部と背骨部の組み合わせ、臍凹部と腱膜部の組み合わせのいずれかとされることを特徴とする体幹部皮下脂肪測定装置。 - 前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とからなり、
前記第1の電流印加電極が臍横に配置され、前記第2の電流印加電極が腱膜部に配置され、
前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とからなり、
前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置されることを特徴とする請求項7に記載の体幹部皮下脂肪測定装置。 - 前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とからなり、
前記第1の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記第2の電流印加電極が側腹部に配置され、
前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とからなり、
前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置されることを特徴とする請求項7に記載の体幹部皮下脂肪測定装置。 - 前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極とからなり、
前記第1の電流印加電極が側腹部に配置され、前記第2の電流印加電極が肩甲骨下部に配置され、
前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極とからなり、
前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置されることを特徴とする請求項7に記載の体幹部皮下脂肪測定装置。 - 前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とからなり、
前記第1の電流印加電極が臍横に配置され、前記第2の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、
前記第3の電流印加電極が側腹部に配置され、前記第4の電流印加電極が肩甲骨下部に配置され、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、
前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とからなり、
前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置され、
前記第3の電圧計測電極が前記第3の電流印加電極に近接して配置され、前記第4の電圧計測電極が前記第4の電流印加電極に近接して配置されることを特徴とする請求項7に記載の体幹部皮下脂肪測定装置。 - 前記複数の電流印加電極が、第1の電流印加電極と第2の電流印加電極と第3の電流印加電極と第4の電流印加電極とからなり、
前記第1の電流印加電極が臍横に配置され、前記第2の電流印加電極が肩甲骨下部に配置され、前記第1の電流印加電極と前記第2の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、
前記第3の電流印加電極が腱膜部に配置され、前記第4の電流印加電極が側腹部に配置され、前記第3の電流印加電極と前記第4の電流印加電極とで電流印加電極対が構成され、
前記複数の電圧計測電極が、第1の電圧計測電極と第2の電圧計測電極と第3の電圧計測電極と第4の電圧計測電極とからなり、
前記第1の電圧計測電極が前記第1の電流印加電極に近接して配置され、前記第2の電圧計測電極が前記第2の電流印加電極に近接して配置され、
前記第3の電圧計測電極が前記第3の電流印加電極に近接して配置され、前記第4の電圧計測電極が前記第4の電流印加電極に近接して配置されることを特徴とする請求項7に記載の体幹部皮下脂肪測定装置。
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