JP5917911B2 - 体内水分計および表示制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検者の生体の水分量を測定する体内水分計およびその表示制御方法に関するものである。

被検者の生体の水分量を測定することは重要である。生体における脱水症状は、生体中の水分が減少する病態であり、発汗や体温上昇により多くの水分が体内から体外に排出される運動時や気温の高い時に多く発現する。特に、高齢者の場合、生体の水分保持能力自体が低下しているため、一般健常者と比較して脱水症状を起こし易い。

通常、生体中の水分が体重の３％以上失われた時点で体温調整の障害が起こると言われている。体温調整の障害が起こり体温が上昇すると、生体中の更なる水分の減少を引き起こすため悪循環に陥り、遂には熱中症と称される病態に至ることとなる。熱中症には、熱痙攣、熱疲労、熱射病等の病態があり、時には全身の臓器障害が起こることもある。このため、熱中症に至る危険を未然に回避するためには、生体の水分量を的確に把握することが不可欠である。

生体の水分量を把握する、いわゆる体内水分計としては、従来より、例えば、両手でハンドルを保持するような装置で人体インピータンスを測定し、その測定結果から体内水分量を算出するものが知られている（特許文献１）。

特開平１１−３１８８４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の体内水分計の場合、被検者自身が両手でハンドルを把持することが要求されるため、被検者以外の第三者（測定者）が被検者の体内水分量を測定することができないという問題がある。すなわち、特許文献１に記載された測定部位を前提とする体内水分計の構造では、例えば、意識障害に陥った被検者の体内水分量を、第三者（測定者）が測定できないという問題がある。

一方で、被検者以外の第三者（測定者）による測定を容易に行うことができ、かつ、体内水分量の測定に適した測定部位としては、例えば、腋窩の皮膚等が挙げられる。腋窩において体内水分量を測定する場合には、たとえば体温計のような操作性が提供され、且つ、体温計による体温測定のような手軽さで脱水の傾向にあるか否かを判定できることが望ましい。一般に、体温に関しては、３７度付近が平熱か否かの境として定着しており、体温を測定するユーザは３７度付近を目安に発熱しているか否かの大まかな判断を直感的に行うことができる。しかしながら、体内水分量に関しては、体温のように広く定着した目安がなく、手軽に体内水分量を測定できて、その数値を知ることができたとしても、その数値から脱水状態なのかどうか、あるいはどの程度の脱水状態なのか、を直感的に判断することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、腋窩を測定部位とする体内水分計において、脱水状態か否かを容易に判断できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る体内水分計は以下のような構成を備える。即ち、
一方向に湾曲した形状の挿入部と、
前記挿入部の先端面に保持されたセンサ部と、
を備え、
前記センサ部を被検者の腋窩の体表面に接触させることにより、体内の水分量を検出する体内水分計であって、
前記センサ部からの生体中の水分量に関する電気信号を体内水分量に換算する換算手段と、
前記換算手段により得られた体内水分量を表示する表示手段と、
前記換算手段により得られた体内水分量が、第１の基準値未満、かつ、第２の基準値以上である場合に、使用者に脱水の可能性があること、前記第２の基準値未満の場合に、脱水状態であること、を通知すべく前記表示手段による表示の形態を変更する変更手段と、を備え、
前記センサ部が水を測定したときと空気を測定したときに出力する電気信号をそれぞれ１００％と０％の体内水分量に割り当て、前記センサ部が出力する電気信号と体内水分量をリニアな関係に対応付けた場合に、前記第１の基準値は３５％であり、前記第２の基準値は２５％である。

本発明によれば、腋窩を測定部位とする体内水分計において、使用者は、脱水状態か否かを容易に判断できるようになる。

実施形態にかかる体内水分計の外観構成を示す図である。 体内水分計の使用態様を説明するための図である。 体内水分計の機能構成を示す図である。 体内水分計の測定回路を説明するための図である。 体内水分計の動作を説明するための図である。 体内水分計の校正方法の一例を説明する図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
＜１．体内水分計の外観構成＞
図１は、本実施形態に係る体内水分計１００の外観構成の一例を示す図である。体内水分計１００は、被検者の体表面である腋窩の皮膚にセンサ部を接触させ、センサ部において供給した電気信号に応じた物理量を検出することで被検者の体内の水分量を検出する。本実施形態に係る体内水分計１００では、当該物理量（生体中の水分に関するデータ）として被検者の静電容量を測定することにより、腋窩の皮膚の湿り具合を検出し、体内の水分量を算出する。なお、体内水分量を算出するために検出する物理量は静電容量に限られるものではなく、例えば、定電圧もしくは定電流を被検者に供給して測定されるインピーダンスであってもよい。

図１に示すように、体内水分計１００は本体部１１０と挿入部１２０とを備える。本体部１１０は、上面１１４、下面１１５、側面１１６、１１７がそれぞれ長軸方向（不図示）に略平行に形成されており、全体として、直線状に形成されている。本体部１１０の筐体表面には、各種ユーザインターフェースが配置されるとともに、筐体内部には体内水分量を算出するための電子回路が収納される。

図１の例では、ユーザインターフェースとして、電源スイッチ１１１及び表示部１１２が示されている。電源スイッチ１１１は、本体部１１０の後端面１１３の凹部に配されている。このように凹部に電源スイッチ１１１を配する構成とすることで、電源スイッチ１１１の誤操作を防ぐことができる。なお、電源スイッチ１１１がオンされると後述の電源部４１１（図３）から体内水分計１００の各部への電源供給が開始され、体内水分計１００は動作状態となる。

表示部１１２は、本体部１１０の側面１１７上において、長軸方向のやや前方側に配されてることが好ましい。これは、体内水分計１００を用いて被検者の体内水分量を測定するにあたり、測定者が把持領域１１８を把持した場合であっても、測定者の把持した手で表示部１１２が完全に覆われることがないようにするためである（把持した状態でも測定結果が視認できるようにするためである）。

表示部１１２には、水分量の測定結果１３１が表示される。また、脱水の可能性の度合いや重篤度を参考的に示すためのマーク１３２もあわせて表示される。本実施形態では、
・水分量の測定結果が３５％以上であれば正常であるとして、水滴が満たされたマーク１３２ａを、
・３５％未満２５%以上であれば、水分がやや足りず、脱水の可能性もあるとして、水滴が半分満たされた状態のマーク１３２ｂを、
・２５％未満では脱水状態であり、重篤である可能性もあるとして水滴が空の状態のマーク１３２ｃを、
それぞれ表示する。

電池表示部１３３には、電池（図３の電源部４１１）の残量が表示される。また、無効な測定結果が得られた場合や測定エラーが検出された場合には、表示部１１２に“Ｅ”が表示され、その旨をユーザに報知する。なお、表示部１１２に表示される文字等は、本体部１１０の上面１１４側を上とし、下面１１５側を下として、表示されるものとする。

体内水分計１００の挿入部１２０は、上面１２４及び下面１２５が曲面形状を有しており、本体部１１０に対して、全体として、下向きに緩やかに湾曲している。挿入部１２０の先端面１２２には、センサ部１２１がスライド可能に保持されている。

センサ部１２１は、先端面１２２に略平行な面を有するセンサヘッド１２３を有しており、センサヘッド１２３の皮膚への密着を保証する上での押圧を確保するため、不図示のばねにより、矢印１４１ｂの方向へ付勢されている（たとえば７０ｇｆ程度の付勢力）。そして、センサヘッド１２３が被検者の腋窩の皮膚に押し当てられると、センサ部１２１が矢印１４１ａの方向（先端面１２２と略直交する方向、すなわち先端面１２２の法線方向）に所定量（例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ、本実施形態では４ｍｍ）スライドし、これにより測定が開始されるよう構成されている（以下、矢印１４１ａの方向をスライド方向と称す）。

具体的には、ユーザが電源スイッチ１１１をオンして体内水分計１００を動作状態とした後、センサヘッド１２３を被検者の腋窩に所定時間以上（例えば２秒以上）押し当てられたことが検知されると、体内水分量の測定が開始される。本実施形態では、ユーザが電源スイッチ１１１をオンして体内水分計１００を動作状態とした後、センサヘッド１２３を被検者の腋窩に所定負荷（例えば２０ｇｆ〜２００ｇｆ、さらに好ましくは３０ｇｆ〜１００ｇｆ、本実施形態では７０ｇｆ）で押し当てたことが検知されると、体内水分量の測定が開始される。このような仕組みにより、測定時におけるセンサヘッド１２３の腋窩への密着の程度を一定にすることができる。

なお、センサヘッド１２３の被検者との接触面には、電極が敷設され、電極を覆うように保護材が設けられている。また、センサヘッド１２３の接触面は平面形状に限られず、凸状の曲面形状でもよい。そのような接触面の形状の例としては、球面（例えば半径１５ｍｍの球面）の一部とすることが挙げられる。

＜２．体内水分計の使用例＞
次に、上記特徴的な外観形状を有する体内水分計１００の使用例について説明する。図２は、体内水分計１００の使用例を説明するための図であり、図２（Ａ）は、被測定者の左上半身を、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のａ−ａ断面を模式的に示したものである。図２（Ｂ）に示すように、体内水分計１００は、センサ部１２１が、被検者の左上腕と左胸壁との間の腋窩に押し当てられた状態で、被検者の体内水分量の測定を行う。

センサ部１２１を腋窩に押し当てるにあたり、測定者は、センサ部１２１が上側を向くように体内水分計１００の把持領域１１８を右手で把持し、被検者の前方下側から、腋窩に向かって、センサ部１２１を挿入する。

図１で示したように、体内水分計１００の挿入部１２０は緩やかに湾曲しており、被検者の前方下側から腋窩に向かって挿入した際に、上腕の前側の側壁と体内水分計１００とが干渉することはなく、また、測定者の右手が被検者の上腕と干渉することもなくセンサ部１２１を腋窩に略直角に押し当てることができる。

また、挿入部１２０の湾曲方向とセンサ部１２１のスライド方向１４１とが一致するように、挿入部１２０の湾曲形状が形成されているため、測定者は、湾曲方向２０５に沿って押圧することで、センサ部１２１を腋窩に略直角に押し当てることができる。

このように、本実施形態に係る体内水分計１００の形状によれば、高齢者等のように、腋窩が深い被検者であっても、容易に測定を行うことができる。

＜３．体内水分計の機能構成＞
図３は、本実施形態に係る体内水分計１００の機能構成例を示すブロック図である。図３において、制御部４０１は、ＣＰＵ４０２、メモリ４０３を有し、ＣＰＵ４０２はメモリ４０３に格納されているプログラムを実行することにより、体内水分計１００における種々の制御を実行する。

例えば、ＣＰＵ４０２は、図５のフローチャートにより後述する表示部１１２の表示制御、ブザー４２２やＬＥＤランプ４２３の駆動制御、体内水分量の測定（本実施形態では静電容量測定）などを実行する。メモリ４０３は、不揮発性メモリと揮発性メモリとを含み、不揮発性メモリはプログラムメモリとして、揮発性メモリはＣＰＵ４０２の作業メモリとして利用される。

電源部４１１は、交換が可能なバッテリー、或いは充電が可能なバッテリーを有し、体内水分計１００の各部へ電源を供給する。電圧レギュレータ４１２は、制御部４０１等へ一定電圧（例えば、２．３Ｖ）を供給する。電池残量検出部４１３は、電源部４１１から供給される電圧値に基づいて、電池の残量を検出し、その検出結果を制御部４０１に通知する。制御部４０１は、電池残量検出部４１３からの電池残量検出信号に基づいて、電池表示部１３３の表示を制御する。

電源スイッチ１１１が押下されると、各部への電源部４１１からの電力供給が開始される。そして、制御部４０１は、電源スイッチ１１１のユーザによる押下が１秒以上継続したことを検出すると、電源部４１１からの各部への電源供給を維持させ、体内水分計１００を動作状態とする。上述したように、測定スイッチ４１４は、センサ部１２１が矢印１４１ａの方向へ所定量以上押されるとオン状態になる。制御部４０１は、測定スイッチ４１４のオン状態が所定時間（例えば２秒）継続すると、水分量の測定を開始する。なお、電源部４１１の消耗を防止するために、体内水分計１００が動作状態になってから５分経過しても測定開始とならない場合は、制御部４０１は自動的に体内水分計１００を電源オフの状態へ移行させる。

測定回路４２１は、センサヘッド１２３と接続され、静電容量を測定する。図４は、測定回路４２１の構成例を示す図である。オペアンプ５０１、５０２、抵抗５０３、５０４、被検者容量５１０によりＣＲ発振回路が形成されている。被検者容量５１０によって出力信号５０５の発振周波数が変化するので、制御部４０１は、出力信号５０５の周波数を測定することにより、被検者容量５１０を算出する。制御部４０１はこの被検者容量５１０をさらに体内水分量へ換算し、表示部１１２に測定結果１３１として表示する。なお、本実施形態のセンサヘッド１２３は、例えば、２つのくし型電極が、それぞれのくし歯が互い違いに並ぶように配置されているものとするが、これに限られるものではない。

図４に戻る。表示部１１２は、図１で説明したような表示を制御部４０１の制御下で行う。ブザー４２２は、センサ部１２１の押下による測定の開始や、体内水分量の測定が完了した際に鳴動し、測定の開始や完了をユーザに通知する。ＬＥＤランプ４２３もブザー４２２と同様の通知を行う。すなわち、ＬＥＤランプ４２３は、センサ部１２１の押下による測定の開始や、体内水分量の測定が完了した際に点灯し、測定の開始や完了をユーザに通知する。計時部４２４は、電源がオフの状態であっても電源部４１１からの電源供給を受けて動作し、動作状態においては時刻を制御部４０１に通知する。

＜４．体内水分計の動作＞
以上のような構成を備えた、本実施形態に係る体内水分計１００の動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ５０１では、制御部４０１が、測定開始の指示を検出する。本実施形態では、測定スイッチ４１４の状態を監視し、測定スイッチ４１４のオン状態が２秒以上継続した場合に測定開始の指示を検出したと判定する。制御部４０１は、測定開始の指示を検出すると、ステップＳ５０２において、制御部４０１は、測定回路４２１からの出力信号５０５の発振周波数を測定する。ステップＳ５０３では、制御部４０１は、ステップＳ５０２において測定された出力信号５０５の発振周波数に基づいて、被検者の体内水分量を算出する。

ステップＳ５０４とステップＳ５０５において、制御部４０１は、ステップＳ５０３で算出された体内水分量が第１の基準値（本実施形態では３５％）以上か、第１の基準値未満で第２の基準値（本実施形態では２５％）以上か、第２の基準値未満かを判定する。体内水分量が第１の基準値以上の場合、処理はステップＳ５０６へ進み、制御部４０１は、脱水の心配がない正常値であることを示すマーク１３２ａを選択する。体内水分量が第１の基準値未満で第２の基準値以上の場合、処理はステップＳ５０７へ進み、制御部４０１は、脱水の可能性があることを示すマーク１３２ｂを選択する。更に、体内水分量が第２の基準値未満の場合、処理はステップＳ５０８へ進み、制御部４０１は、脱水状態が進行していることを示すマーク１３２ｃを選択する。なお、本実施形態では第１の基準値と第２の基準値により表示の形態を変更しているが、これに限られるものではない。例えば、第１の基準値で表示の形態を変更するのみとしても良いし、３つ以上の基準値で順次に表示の携帯を変更するようにしても良い。

次に、ステップＳ５０９において、制御部４０１は、今回の測定により算出された体内水分量を測定結果１３１として表示部１１２に表示する。このとき、制御部４０１は、上記ステップＳ５０６〜Ｓ５０８のいずれかで選択されたマーク１３２を表示部１１２に表示する。ユーザは体内水分量の測定値を知るとともに、マーク１３２の表示により脱水状態か非脱水状態かの判定、その重篤度を容易に判断することができる。

＜５．体内水分計の校正方法および基準値について＞
次に、本実施形態による体内水分計の校正方法と、上述した第１の基準値および第２の基準値について説明する。図６（Ａ）に示すように、本実施形態では、体内水分計１００を用いて空気中で測定を行なったときの出力信号５０５（被検者静電容量）をＳ１、水中を測定したときの出力信号５０５（被検者静電容量）をＳ２とした場合に、Ｓ１に０％の体内水分量を、Ｓ２に１００％の体内水分量を割り当てる。そして、Ｓ１とＳ２の間の出力信号と体内水分量をリニアに割り当てた直線２０１を用いて、センサからの出力信号を体内水分量に換算するように、パラメータを決定してメモリ４０３の不揮発性メモリに記憶する。ステップＳ５０３では不揮発性メモリに格納されたパラメータを用いて、被検者静電容量が体内水分量へ換算される。

このような校正が行なわれた体内水分計１００を用いて複数の被検者について腋窩で体内水分量を測定するとともに、血液検査により血清浸透圧を測定して得られた結果を図２（Ｂ）に示す。一般に血清浸透圧が２９５ｍｍＯｓｍ以上の被検者は脱水状態であると判断される。図示の測定結果に示されるように、血清浸透圧が２９５ｍｍＯｓｍ以上である被検者の８５％以上の被検者に対して、体内水分計１００による体内水分量の測定結果が３５％以下という結果を得ることができた。また、血清浸透圧２９５ｍｍＯｓｍ以上の被検者のほぼ１００％に対して、体内水分計１００による体内水分量の測定結果が４０％以下であり、血清浸透圧２９５ｍｍＯｓｍ以下の被検者のほぼ１００％の被検者に対して、体内水分計１００による体内水分量の測定結果が２５％以上である。よって、第１の基準値としては、２５％〜４０％の間の値に設定することが考えられるが、本発明者らは一般的な目安として８５％以上の被検者に当てはまる数値である体内水分量３５％を用いるのが好ましいと考えている。なお、第２の基準値については、２５％を用いることとする。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る体内水分計１００によれば、使用者は、マーク１３２の表示形態により脱水状態か否か、またその重篤度を、体温測定のように容易に判断することができる。

なお、上記実施形態では、第１の基準値や第２の基準値を固定値としたが、これに限られるものではない。例えば、上述したような２５％〜４０％の範囲でユーザが第１の基準値を設定できるようにしても良い。この場合、第２の基準値は第１の基準値より低い範囲で個別に設定できても良いし、第１の基準値から所定の値を差し引いた値が自動的に設定されるようにしても良い。このような構成にすれば、平常時における体内水分量の測定値に出現する個人差を解消できる。

また、上記実施形態では、測定結果が第１の基準値を下回った場合や第２の基準値を下回った場合の表示の形態の変更を、水滴マークの変更により行なったがこれに限られないことは言うまでもない。例えば、表示色を変えるなど、使用者に基準値を下回ったことを通知して注意を喚起できるように表示の形態が変更されればよい。

また、本実施形態で規定される第１の基準値や第２の基準値は、水を測定したときと空気を測定したときに出力する信号をそれぞれ１００％と０％の水分量に割り当て、センサ部１２１が出力する信号と水分量をリニアな関係に対応付けた場合の所定値（実施形態では３５％と２５％）に相当する値として理解されるべきである。本実施形態では、センサ部１２１の校正方法と基準値の定義を一致させているが、センサ部１２１の校正方法が異なれば第１の基準値や第２の基準値は、３５％や２５％とは異なる値となり得るからである。

１００：体内水分計、１１０：本体部、１１１：電源スイッチ、１１２：表示部、１１３：後端面、１１４：上面、１１５：下面、１１６：側面、１１７：側面、１１８：把持領域、１２０：挿入部、１２１：センサ部、１２２：先端面、１２３：センサヘッド、１２４：上面、１２５：下面

Claims (3)

1. 一方向に湾曲した形状の挿入部と、
   前記挿入部の先端面に保持されたセンサ部と、
   を備え、
   前記センサ部を被検者の腋窩の体表面に接触させることにより、体内の水分量を検出する体内水分計であって、
   前記センサ部からの生体中の水分量に関する電気信号を体内水分量に換算する換算手段と、
   前記換算手段により得られた体内水分量を表示する表示手段と、
   前記換算手段により得られた体内水分量が、第１の基準値未満、かつ、第２の基準値以上である場合に、使用者に脱水の可能性があること、前記第２の基準値未満の場合に、脱水状態であること、を通知すべく前記表示手段による表示の形態を変更する変更手段と、を備え、
   前記センサ部が水を測定したときと空気を測定したときに出力する電気信号をそれぞれ１００％と０％の体内水分量に割り当て、前記センサ部が出力する電気信号と体内水分量をリニアな関係に対応付けた場合に、前記第１の基準値は３５％であり、前記第２の基準値は２５％である、ことを特徴とする体内水分計。
2. 前記換算手段は、前記センサ部が水を測定したときと空気を測定したときに出力する信号をそれぞれ１００％と０％の水分量に割り当て、前記センサ部が出力する信号と水分量をリニアな関係に対応付けることにより、前記センサ部からの電気信号を体内水分量に換算することを特徴とする請求項１に記載の体内水分計。
3. 一方向に湾曲した形状の挿入部と、
   前記挿入部の先端面に保持されたセンサ部と、
   を備え、
   前記センサ部を被検者の腋窩の体表面に接触させることにより、体内の水分量を検出する体内水分計の表示制御方法であって、
   前記センサ部からの生体中の水分量に関する電気信号を体内水分量に換算する換算工程と、
   前記換算工程で得られた体内水分量を表示部に表示する表示工程と、
   前記換算工程で得られた体内水分量が、第１の基準値未満、かつ、第２の基準値以上である場合に、使用者に脱水の可能性があること、前記第２の基準値未満の場合に、脱水状態であること、を通知すべく前記表示部における表示の形態を変更する変更工程と、を有し、
   前記センサ部が水を測定したときと空気を測定したときに出力する電気信号をそれぞれ１００％と０％の体内水分量に割り当て、前記センサ部が出力する電気信号と体内水分量をリニアな関係に対応付けた場合に、前記第１の基準値は３５％であり、前記第２の基準値は２５％である、ことを特徴とする体内水分計の表示制御方法。