JP6272313B2 - 対象の体の一部の流体量を推定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象の体の一部の流体量を推定するための方法及び装置に関し、特に、生体インピーダンス測定から、対象の（例えば肺等の）体の一部の流体量を推定するための方法及び装置に関する。

肺浮腫は、心不全又は腎疾患等、多くの異なる疾患によって引き起こされる臨床状態であり、血液から肺空間への水の漏出をもたらす肺毛細血管における血圧増加の後に続く、肺の間質内及び肺胞内空間における流体の蓄積から成る。この状態は、進行性の性質を有し、さらに、肺浮腫の臨床徴候は遅れて生じ、典型的には、肺の流体が、初期段階の間質浮腫から少なくとも６倍増えたときに生じる。これは、肺浮腫は早期に検出されないことが多くあり、患者に対する必要な処置が遅れるということを意味する。

肺浮腫を検出するための現存する臨床方法は、胸部Ｘ線検査又は肺毛細血管楔入圧測定等、侵襲的且つ高価である。肺の流体量の前臨床検出及び監視は、医学的処置を強化し、さらに、肺浮腫を有する患者の入院から生じる医療コストを潜在的に削減するであろう。

生体インピーダンス分光法（ＢＩＳ）は、肺浮腫を検出するための低コスト且つ非侵襲的な技術である。この技術の根底にある原理は、生物学的組織の電気インピーダンス（抵抗及びリアクタンス）が、組織の水和及び含水量、すなわち、細胞内及び細胞外の水に直接関連づけられるという事実である。従って、組織の電気特性の測定は、その体の一部に存在する流体の量を示すことができる。ＢＩＳ方法は、体内の水の総量及び体組成（すなわち、体脂肪量及び除脂肪量）を決定するために使用されてきた。最近ＢＩＳは、全身、胸腔内又は経胸壁測定システムを使用した肺浮腫に対する指標として、流体の蓄積を監視するために使用されてきている。

胸腔内及び経胸壁ＢＩＳは、全身に対する技術よりも感受性が高い且つ直接的な肺の流体量の測定を提供し、周辺領域及び肺領域両方の流体の蓄積を検出する。しかし、胸部ＢＩＳ測定は、肺浮腫の発症を示すことができる時間の経過に伴う肺の流体量における変化の質的評価をするように、最近になって使用することができるものであり、これらの測定を使用して、肺における流体の量を定量化すること、又は、肺の流体量における変化を定量化することはまだ可能ではない。

従って、肺における流体の量、及び／又は、肺の流体量における変化の定量的指標を提供することができる生体インピーダンス測定から肺の流体量を推定するための改善された方法及び装置の必要性がある。そのような方法及び装置を監視システムにおいて使用して、肺浮腫の存在及び進行を検出するだけでなく、受けている処置の結果として患者の状態における改善を監視することができる。

経胸壁生体インピーダンス測定は、胸部領域内の皮膚上に置かれた電極を使用して、生物学的組織の電気特性（特に、インピーダンス）を測定することによって行われる。体液は、空気、脂肪、肺組織、及び、胸部内に存在する連結組織よりも高い伝導率を有しているため、肺における多い流体量は、測定されたインピーダンスにおける減少をもたらす。加えて、生物学的組織のインピーダンスは、その組成（又は水の量）によって決定されるだけでなく、測定される体積の形状及びサイズによっても決定される。

経胸壁ＢＩＳ測定は、対象の胸部の断面積と強く関連しており、胸囲が大きいほど（従って、断面積が大きいほど）、測定されるインピーダンスは大きいということがわかってきている。これは、胸部にわたって置かれた電極の間隔が、異なる対象間において一致している場合でさえもそうであるとわかってきている。図１におけるグラフは、体脂肪量（ＦＭ）の割合の単位によって正規化された（Ｄｅ Ｌｏｒｅｎｚｏ Ａ，Ａｎｄｒｅｏｌｉ Ａ，Ｍａｔｔｈｉｅ Ｊ，Ｗｉｔｈｅｒｓ Ｐ．による“Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｂｏｄｙ ｃｅｌｌ ｍａｓｓ ｗｉｔｈ ｂｉｏｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ：ａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ”Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ．１９９７．８２：１５４２−１５５８において記載された生物学的組織のインピーダンスのコール・コールモデルからの外部抵抗である）細胞外空間の抵抗Ｒ_ＥＸＴに対して（センチメートルｃｍで測定された）胸囲をプロットしている。図１から、胸囲と測定される抵抗との間には、おおよそ比例関係があるということがわかり、対象の胸囲に対して調整される生体インピーダンス測定を使用して、肺の流体量の定量的評価を得ることができるということを示唆している。

平均Ｒ_ＥＸＴと、心不全患者における経胸壁生体インピーダンスを測定するために使用される、テキスタイル電極を上に有する胸部ベルトのサイズとの関係を分析することによって、類似の発見を観察した。使用される胸部ベルトのサイズ（従って、ＢＩＳ電極間の直線距離）は、一般に、患者の胸囲に比例していた。図２は、胸部ベルトのサイズ、従って、ＢＩＳ電極間の直線距離と、心不全を有する患者において測定された平均外部抵抗との効果を示したグラフである。図２において、胸部ベルトの４つのサイズ（ミディアム−Ｍ、ラージ−Ｌ、エクストララージ−ＸＬ、及び、エクストラエクストララージＸＸＬ）は、２つのセットにグループ化され、平均Ｒ_ＥＸＴは、体脂肪量及び体組成に関係なく、小さい胸部ベルトのセットよりも大きな胸部ベルトのセットに対して、より大きいということがわかる。実際、胸囲が大きいほど（従って、生体インピーダンス測定電極間の直線距離が長いほど）、測定される組織のインピーダンスは大きい。

従って、対象の胸部サイズ、及び、胸部組織にわたって生体インピーダンスを測定するために使用される電極間の距離を考慮に入れる、生体インピーダンス測定を使用した対象の体内（特に、対象の肺内）の流体の定量的評価が提供される。

特に、本発明の第１の態様によると、対象の体の一部における流体の量を推定するための方法が提供され、当該方法は、対象の体の一部の周囲ｃの測定値を得るステップ、対象の体の一部にわたって取り付けられた電極を使用して、対象の体の一部のインピーダンスの測定値を得るステップ、並びに、インピーダンスの測定値及び周囲ｃの測定値から、対象の体の一部における流体の量を推定するステップを含む。

好ましくは、周囲ｃの測定値を得るステップは、対象の体の一部の周りに置かれた周囲センサを使用して周囲ｃの測定値を得るステップを含む。これは、周囲の測定値が、対象によっていかなる行動も取られることなく自動的に得られることを可能にする。

一部の実施形態において、周囲ｃの測定値を得るステップは、対象の体の一部の周りに置かれた周囲センサを使用して複数の周囲の測定値を得る、及び、複数の測定値を平均して、周囲ｃの測定値を提供するステップを含む。この加算平均は、特に、測定値が、対象の胸部の周囲の測定値である場合に、呼吸による時間の経過に伴う周囲における変化の効果が考慮に入れられることを可能にする。

別のそれほど好ましくはない実施形態において、周囲ｃの測定値を得るステップは、対象又は他のユーザによって測定された周囲ｃの測定値を受けるステップを含み得る。

一部の実施形態において、インピーダンスの測定値及び周囲ｃの測定値から、対象の体の一部における流体の量を推定するステップは、さらに、対象の皮膚にわたる電極間で測定された距離ｄを使用する。

好ましい実施形態において、距離ｄは予め決定される。これは、例えば、ハーネス又は他の衣料品に電極が取り付けられるか又はその内部に統合される、すなわち、電極間の距離が固定されることを意味する場合の一例である。

別の実施形態において、当該方法は、さらに、対象の皮膚にわたる電極間の距離ｄの測定値を得るステップを含む。任意で、対象の皮膚にわたる電極間の距離ｄの測定値を得るステップは、対象又は他のユーザによって測定された距離ｄの測定値を受けるステップを含み得る。しかし、対象の皮膚にわたる電極間の距離ｄの測定値を得るステップは、好ましくは、センサを使用して距離ｄの測定値を得るステップを含む。これは、距離の測定値が、いかなる行動も対象によって取られることなく自動的に得られることを可能にする。

対象の体の一部のインピーダンスの測定値を得るステップは、好ましくは、対象の体の一部にわたって交流を加える、及び、電位を測定するステップを含む。好ましくは、対象の体の一部のインピーダンスの測定値を得るステップは、対象の体の一部にわたって複数の周波数の交流を加える、及び、各周波数にて電位を測定するステップを含む。これは、細胞外の流体及び細胞内の流体によるインピーダンスの要素が、別々に決定されることを可能にする。

好ましい実施形態において、流体の量を推定するステップは、以下の式、

を評価するステップを含み、ここで、Ｖ_ＥＸＴは、体の一部における細胞外の水の量であり、Ｒ_ＥＸＴは、細胞外の流体に対応するインピーダンスの測定値の要素であり、Ａは、電極の断面積であり、さらに、ρ_ＥＸＴは、細胞外の水の抵抗率である。

好ましくは、体の一部は対象の肺であり、周囲ｃは対象の胸部の周囲であり、さらに、流体の量は、対象の肺における細胞外の流体の量である。

本発明の第２の態様によると、コンピュータプログラムが提供され、該コンピュータプログラムは、その中に組み入れられるコンピュータ可読コードを含み、コンピュータ可読コードは、適したコンピュータ又はプロセッサによる実行によって、コンピュータ又はプロセッサが上記の方法を行うように構成される。

本発明の第３の態様によると、対象の体の一部における流体の量を推定するための装置が提供され、当該装置は、対象の体の一部の周囲ｃの測定値を得る、対象の体の一部にわたって取り付けられる電極を使用して、対象の体の一部のインピーダンスの測定値を得る、さらに、インピーダンスの測定値及び周囲ｃの測定値から、対象の体の一部における流体の量を推定するように構成される制御ユニットを含む。

好ましい実施形態において、当該装置は、対象の体の一部の周りに置かれるように、さらに、対象の体の一部の周囲ｃを測定するように構成される周囲センサをさらに含む。これは、周囲の測定値が、対象によっていかなる行動も取られることなく自動的に得られることを可能にする。

一部の実施形態において、制御ユニットは、周囲センサを使用して複数の周囲の測定値を得るように、さらに、複数の測定値を平均して、周囲ｃの測定値を提供するように構成される。この加算平均は、特に、測定値が対象の胸部の周囲の測定値である場合に、呼吸による時間の経過に伴う周囲における変化の効果が考慮に入れられることを可能にする。

別のそれほど好ましくはない実施形態において、制御ユニットは、対象又は他のユーザから、周囲ｃの測定値を示す入力を受けるように構成される。

一部の実施形態において、制御ユニットは、インピーダンスの測定値、周囲ｃの測定値、及び、対象の皮膚にわたる電極間で測定された距離ｄから、対象の体の一部における流体の量を推定するように構成することができる。

好ましくは、距離ｄは予め決定される。これは、例えば、ハーネス又は他の衣料品に電極が取り付けられるか又はその内部に統合される、すなわち、電極間の距離が固定されることを意味する場合の一例である。

或いは、制御ユニットは、対象の皮膚にわたる電極間の距離ｄの測定値を得るようさらに構成される。一部の実施形態において、制御ユニットは、対象又は他のユーザから、距離ｄの測定値を示す入力を受けるように構成される。別の好ましい実施形態において、当該装置は、対象の皮膚にわたる電極間の距離を測定するためのセンサをさらに含む。これは、距離の測定値が、いかなる行動も対象によって取られることなく自動的に得られることを可能にする。

当該装置は、好ましくは、電極を使用して対象の体の一部にわたって交流を加えるよう、及び、電位を測定するように構成される。より好ましくは、当該装置は、対象の体の一部にわたって複数の周波数の交流を加えるよう、及び、各周波数にて電位を測定するように構成される。これは、細胞外の流体及び細胞内の流体によるインピーダンスの要素が、別々に決定されることを可能にする。

好ましくは、制御ユニットは、以下の式、

を評価することによって流体の量を推定するように構成され、ここで、Ｖ_ＥＸＴは、対象の体の一部における細胞外の水の量であり、Ｒ_ＥＸＴは、細胞外の流体に対応するインピーダンスの測定値の要素であり、Ａは、電極の断面積であり、さらに、ρ_ＥＸＴは、細胞外の水の抵抗率である。

好ましい実施形態において、体の一部は対象の肺であり、周囲ｃは対象の胸部の周囲であり、さらに、流体の量は、対象の肺における細胞外の流体の量である。

本発明をより理解するため、及び、どのようにして施行することができるかをより明確に示すために、付随の図面が単なる例として次に参照される。

多くの患者に対する生体インピーダンスの測定値から決定された抵抗に対して胸囲を示したグラフである。 多くの患者に対する生体インピーダンスの測定値から決定された平均抵抗に対して胸部ベルトのサイズを示したグラフである。 本発明の一実施形態による、対象の体の一部の流体量を測定するための装置を例示した図である。 電極により対象の胸部上のポイントＡにて加えられた電流によって与えられた組織の体積Ｖのあり得る形状の描写を示し、測定電極が、対象の胸部上のポイントＢにて置かれている、図である。 本発明の一実施形態による、生体インピーダンスの測定値から肺の流体量を推定する方法を例示した流れ図である。

図３は、本発明の一実施形態による、対象の体の一部の流体量を測定するための装置を示している。装置２は、図３において、対象４によって装着されているか、又は、対象４に取り付けられているとして示されている。装置２は、対象４の皮膚に取り付けられることになるか、さもなければ、対象４の皮膚と接触して置かれることになる電極８、１０、１２、１４に接続される制御ユニット６を含む。例示された実施形態において、２対の電極が提供されている。第１の対の電極８、１２は、１つ又は複数の選択された周波数の小さな電流を、対象４の胸部内に送達する。第２の対の電極１０、１４は、第１の対における電極８、１２のうちそれぞれの電極の近くにそれぞれ置かれ、対象４の胸部にわたって差動電位（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を測定するように対象４の皮膚の上に置かれている。例示された実施形態のように、装置２が、対象４の肺の流体量を測定するためにある場合、各対における電極は、対象４の胸部の反対側に置かれる。例示された装置２は、従って、経胸壁生体インピーダンス測定システムである。

電極８及び１２は、第１の対の電極を形成し、さらに、対象４の体内に交流を加えるか又は注入するために使用され、他の対の電極１０及び１４は、対象４の胸部にわたって電位（電圧）を測定するために使用される。電極の対８及び１２によって加えられるか又は注入される交流の周波数は、例えば１ｋＨｚの最小周波数から、例えば１ＭＨｚの最大周波数まで次第に変えることができる。以下においてより詳細に考察されるように、異なる周波数を有する電流を使用して多数の生体インピーダンスの測定値を得ることは、細胞外の水及び細胞内の水の抵抗が別々に決定されるのを可能にする。

特に、（例えば０Ｈｚに近づく）低い測定周波数にて、測定される生物学的組織のインピーダンスは、主に、細胞外の流体量及びその特徴によって決定される。これらの低い周波数では、注入される電流は細胞膜を容易に通過しない。より高い周波数では、生物学的組織の電気特性は、注入される電流は細胞膜を通過することができるため、細胞内及び細胞外の流体量両方によって決定される。従って、測定される生体インピーダンスに対する細胞内及び細胞外の流体量の影響は、注入される電流の周波数次第である。これは、コール・コールモデルによる生物学的組織の電気特性の特徴づけを可能にする。多数の周波数での測定値を使用することによって、細胞外の流体量がインピーダンスの主な要素である場合に直流（ＤＣ、ゼロＨｚの周波数）での組織の電気特性の補間による近似が可能になる。

第２の対の電極１０、１４によって測定される電位は、加えられるか又は注入される交流の特定の周波数での対象４の体内の介在性組織のインピーダンスを決定するために、制御ユニット６によって処理される。制御ユニット６は、対象４に加えられることになる要求される周波数の電流を、関連する電極８、１２に供給し、さらに、第２の対の電極１０、１４から、測定された電位を受ける。制御ユニット６は、１つ又は複数の測定された電位を処理して、介在性組織のインピーダンス、及び、本発明に従って流体量を決定することができる。或いは、制御ユニット６は、（スマートフォン、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ又は他の処理装置等の）遠隔ステーションまで測定値を伝えることができ、遠隔ステーションは、その測定値を処理して、組織のインピーダンス及び流体量を決定する。この伝達は、有線で、又は、無線伝送を使用して行うことができる。

図３には示されていないけれども、電極８、１０、１２、１４は、好ましくは、衣料品、ハーネス、又は、胸部ベルト若しくはストラップの一部であるか、さもなければそれらの内部に統合されるため、対象４に適用するのは容易である（これは、特定の対象４にとって、多数の生体インピーダンスの測定値に対する対象４の上での電極の一貫した配置を確実にするのにも寄与する）。これは、本発明に従い流体量を決定することにおいて要求される、各対における電極間の距離が、既知になるか又は容易に決定されるということも意味する。電極８、１０、１２、１４は、テキスタイル電極を含む、生体インピーダンスを測定するのに適したいかなるタイプの電極でもあり得る。

或いは、電極８、１０、１２、１４は、「離れていて」（すなわち、ハーネス又は衣料品内にセットとして統合されなくて）もよく、それは、対象４の体の適した部分に別々に適用することができるということを意味する。しかし、この場合、対象４の体に適用されると、その対における電極間の対象４の皮膚にわたる距離を別々に決定することが必要となる。この距離は、対象４によって、若しくは、医療従業者によって手動で測定することができるか、又は、装置２に提供されるセンサによって自動的に測定することができる。

例示された実施形態において、電極８、１０、１２、１４は、ワイヤを使用して制御ユニット６に接続されるが、電極は、或いは、制御ユニット６に無線で接続することができるということが正しく理解される。それらの実施形態において、制御ユニット６は、対象４から離して置くことができる。

制御ユニット６及び電極８、１０、１２、１４に加えて、本発明に従い肺の流量を決定するために、対象４の体の一部の周囲の測定値が要求されるため、装置２は、好ましくは、対象４の体の一部の周囲を測定するためのセンサ１６をさらに含み、その周囲を介してインピーダンスの測定値が得られることになる。例示された実施形態において、センサ１６は、対象４の胸部の周囲を測定するためにあり、従って、対象４の胸部の周りに装着されるようにベルト又はストラップの形状で構成される。

センサ１６は、当技術分野において既知の多くの技術のいずれも使用して、対象４の胸部（又は、対象４の体のいかなる他の部分）の周囲を測定することができる。例えば、センサ１６は、抵抗又は誘導の原理を使用して、対象４の胸部の周囲を測定することができる。抵抗又は誘導の原理を使用する例証的な周囲測定センサは、ＷＯ２００９／１２５３２７において記載されている。特に、胸囲を自動的に評価する１つの方法は、着用可能ベスト内に置かれるか、又は、単に対象の胸部に取り付けられるテキスタイルエラスティックゴムバンドに組み込まれるピエゾ抵抗センサを使用し得る。ピエゾ抵抗バンドの電気特性は、既定の長さに引っ張られながら決定され、後に、バンドが対象の胸部の周りに置かれている間に得られた特性に比較される。電気特性における変化は、ピエゾ抵抗材料の特徴を考慮すれば、対象の胸部に沿ったバンドの長さを決定するために使用することができ、その結果、対象４の胸囲を示す。類似のタイプの測定センサを使用して、電極間の対象４の皮膚にわたる距離を測定することができる。場合によっては、単一のセンサを、胸部の周囲を測定するため、及び、対象４の皮膚にわたる距離を測定するために提供することができる。

別のそれほど好ましくはない実施形態において、対象４の体の一部の周囲は、対象４によって、又は、（装置２が使用されることになるときに存在する場合に）医療従業者によって手動で測定することができる。手動での周囲の測定値は、次に、流体量の計算において使用するために制御ユニット６内に入力することができる（この場合、制御ユニット６には、この入力を可能にするユーザインターフェースが提供される）。

制御ユニット６は、図３において、センサ１６に取り付けられているとして示されているけれども、他の実施形態において、制御ユニット６はセンサ１６から離すことができるということが正しく理解される。好ましい実施形態において、制御ユニット６、電極８、１０、１２、１４及びセンサ１６は、電極８、１０、１２、１４と同じハーネス又は衣料品内に統合させることができる。制御ユニット６、電極８、１０、１２、１４及びセンサ１６の別の構成が、当業者には明らかになる。

生物学的組織のコール・コールモデルによると、別々のインピーダンスの測定値を提供するために異なる周波数を有する加えられる電流の使用は、細胞外及び細胞内の水の抵抗、それぞれＲ_ＥＸＴ及びＲ_ＩＮＴが決定されることを可能にする。これらの測定値から、測定される組織の細胞外の区分を占める流体の量を、以下の所与の物質の抵抗率の定義、

に従って得ることができ、ここで、ρは測定される組織の抵抗率であり、Ｒは測定された抵抗であり、Ｌは、電極が対象４に取り付けられる場合の対における電極間の直線距離であり、Ａは、注入される電流によって与えられる部分の面積（例えば、電極８、１０、１２、１４の断面積）であり、さらに、Ｖは、注入される電流によって与えられる組織の体積（Ｖ＝Ａ×Ｌ）である。

図４は、電極８により対象４の胸部上のポイントＢにて加えられた電流によって与えられた組織の体積Ｖのあり得る形状の描写を示しており、測定電極１２が、対象４の胸部上のポイントＣにて置かれている。対象４の胸部は、半径ｒを有する円として描かれている。電流注入電極８及び測定電極１２は、対象４の胸部の表面にわたって測定される場合に距離ｄ分離れて置かれている。従って、式（２）における距離Ｌは、ポイントＢからポイントＣまでの弦の長さである。

コール・コールモデルによると、（ほぼ０Ｈｚの）低い周波数では、細胞外の水のみが電流を伝えることになる。従って、式（１）におけるＲは、Ｒ_ＥＸＴに等しくなり、ρは、関心のある体積における導電及び非導電性組織の割合から、Ｈａｎａｉ論に従って（Ｔｅｔｓｕｙａ Ｈａｎａｉ，Ｎａｏｋａｚｕ Ｋｏｉｚｕｍｉ，Ｔａｋｅｏ Ｓｕｇａｎｏ ａｎｄ Ｒｅｍｐｅｉ Ｇｏｔｏｈ，Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ＩＩ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｏ／Ｗ ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ ＣＯＬＬＯＩＤ＆ＰＯＬＹＭＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ．Ｖｏｌｕｍｅ１７１，Ｎｕｍｂｅｒ １（１９６０），２０−２３）、以下式、

に記載されているように得ることができ、ここで、ρ_ＥＸＴは、（組織のうち、非常に低い周波数にて伝導する唯一の部分であるため）細胞外の水の抵抗率であり、Ｖ_ＥＸＴは、細胞外の水の量である。

式（２）及び（３）を組み合わせることによって、以下の式、

に記載されているように細胞外の水の量を得ることが可能であり、ここで、ρ_ＥＸＴは、食塩水の抵抗率（０．４Ωｍ）に等しいとみなすことができるか、又或いは、その値は実験から得ることができる。そのような試みは、男性に対して０．４０３Ωｍ、及び、女性に対して０．４２３Ωｍとしてρ_ＥＸＴに対する値を与えることができる。

従って、式（４）は、どのようにして、抵抗の測定値、注入された電流による影響を受ける組織の体積Ｖ、及び、注入及び測定電極８、１２間の距離Ｌから、肺うっ血並びに間質性及び肺胞性浮腫の形成に対して責任がある胸部領域における細胞外の流体の量Ｖ_ＥＸＴを決定するかを示す。後者２つのパラメータは非常に患者特異的であり、従って、対象４の胸部の周囲の測定が、Ｖ及びＬの値を決定するために行われる。

組織を通る電極８、１２間の距離Ｌは、電極８、１２間のアーク長（アークＢＣは「ｄ」に等しい）及び胸囲（円形の周囲は、対象４の胸部を通る断面を表している）から決定することができるということが図４からわかる。長さＬ（弦長ＢＣ）は、以下の式、

に従ってわかり、ここで、ｃは、測定される胸囲（図４において示されている近似によると、２・×半径ｒに等しい）であり、ｄは、電極間の直線距離である。

Ｖ＝Ａ×Ｌであり、さらに、Ａは、わかりやすくするために、組織内に電流を注入する電極８の表面積として仮定することができるが、Ａを決定する別の方法があるということが当業者には正しく理解される。例えば、Ａは、注入された電流によって与えられることになる、予想される胸部の領域のコンピュータシミュレーションを使用して決定することができる。

上記から、細胞外の水の量Ｖ_ＥＸＴを、以下の式、

を使用して、生体インピーダンスの測定値Ｒ_ＥＸＴ、胸部の表面に沿った電極間の距離ｄ（これが変数である場合。一部の実施形態においてはそうではない）、及び、胸囲ｃの測定値の関数として得ることができる。

上記の式を使用して、Ｖ_ＥＸＴ及びＶ間の比を計算して、肺組織の水和率を得ること、並びに、時間の経過に伴い生体インピーダンス及び胸囲を監視することを介して、肺における流体の蓄積における変化を決定することが可能である。

注入及び測定電極８、１２間の距離が固定されている（例えば、電極が衣料品又はストラップ内に統合されている）実施形態において、距離ｄは既知になるということが正しく理解される。注入及び測定電極８、１２間の距離が固定されていない別の実施形態において、ｄは、細胞外の水の量を計算するために決定される必要がある変数である。上記のように、この距離ｄは、対象４若しくは医療従業者によって手動で、又は、装置２において存在するセンサによって自動的に測定することができる。

生体インピーダンスの測定値が１つの周波数の電流を使用して得られる別の実施形態において、測定された生体インピーダンスにおける細胞内及び細胞外の流体量の要素を別々に決定することは可能ではないということが正しく理解される。しかし、そのような測定値を使用して、対象４の体の一部の全流体量を決定することができる。当業者は、抵抗率ρに対する適したモデルを用いて、上記の式（２）及び（５）から全流体量を得ることができるということを正しく理解することになる。

上記の式において、注入された電流が通過する対象４の体の体積は、断面Ａを有する円柱であると仮定される。電流が通過する体積に関して別の仮定をすることができるということが正しく理解される。例えば、体積は、均一ではない断面を有すると仮定されてもよく、及び／又は、対象４の体を通った曲線状の道に従うと仮定されてもよい。そのような場合、長さＬに対する式は、状況に応じて修正される。

式（６）によって与えられる肺の流体量の量の決定は、図４に例示された円形モデルではなく、対象４の胸部の楕円モデルを使用することによって潜在的に改善することができるということも正しく理解される。そのような場合、式（５）は、楕円形における弦長を決定するための適した式と取り替えられる。

本発明の実施形態に従って対象４の肺における細胞外の水の量を決定する方法が、図５において示されている。

ステップ１０１において、少なくとも一対の電極８、１０、１２、１４が、対象４に取り付けられる。対における電極のうち１つの電極８が、対象４内に交流を注入するために使用され、さらに、対象４の胸部の１つの側に置かれる。対における他の電極１２が、対象４の胸部の別の部分の電圧を測定するために使用される。

ステップ１０３において、対象４の皮膚にわたる電極８、１２間の距離ｄが、（距離ｄが別の方法ですでに既知ではない場合、例えば、電極８、１２が、その間の距離が調整されるのを可能にしない方法でハーネス内に統合される場合）測定される。先に提案したように、ｄの測定値は、センサを使用して、又は、対象４若しくは医療従業者等の別の人によって手動で得ることができる。測定が手動で行われる場合、その測定値は、対象４の肺の流体量を決定することにおいて使用するために、制御ユニット６（又は、その測定値から肺の流体量の計算を行うためにある遠隔端末装置等のいかなる他のユニット）内に入力される。対象４の皮膚にわたる電極間の距離ｄがすでに既知である場合、ｄの値は、制御ユニット６又は他のユニットに前もって入力されている。

ステップ１０５において、対象４の胸部の周囲ｃが測定される。上記のように、周囲ｃは、好ましくは、対象４の胸部の周りに置かれたセンサ１６を使用して測定される。周囲の測定値は、制御ユニット６に入力される。或いは、対象４の胸部の周囲は、対象４又は別の人によって手動で測定することができる。この場合、ｃに対して測定された値は、制御ユニット６又は他のユニットに手動で入力される。

対象４の胸部の周囲ｃは、対象４が呼吸するのに従い変化するため、多数の胸囲の測定を、呼吸サイクルを介して行うことができ、その測定値は平均されて、肺の流体量を決定することにおいて使用されることになるｃの値を与える。

ステップ１０３、１０５及び１０７は、実質的に同時に、又或いは、いかなる順でも行うことができるということが正しく理解される。

ステップ１０７において、第１の周波数の交流が、注入電極８を介して対象４に加えられる。第２の周波数の交流も、注入電極８を介して、又は、別の注入電極１０を介して対象４に加えられる。

ステップ１０９において、加えられるか又は注入される交流の特定の周波数での、電極８、１２間の対象４の胸部における組織の生体インピーダンスが、測定電極１２によって測定された電位（電圧）から決定される。

ステップ１１１において、外部抵抗Ｒ_ＥＸＴ（細胞外の流体の抵抗）が、２つの電流周波数で測定された、胸部における組織の生体インピーダンスから決定される。上記のように、外部抵抗は、好ましくは、コール・コールモデルを使用して決定される。

次に、ステップ１１３において、対象４の胸部における（特に、注入及び測定電極８、１２間の組織の体積における）細胞外の流体の量Ｖ_ＥＸＴが、Ｒ_ＥＸＴ、測定された周囲ｃ、及び、電極８、１２間の距離ｄから推定される。上記のように、Ｖ_ＥＸＴは、好ましくは、式（６）に従い決定される。

細胞外の流体の量Ｖ_ＥＸＴが推定されると、流体を含む組織の割合を、Ｖ_ＥＸＴとＶとの比を計算することによって決定することができる。次にこれを使用して、肺の全流体量を推定することができ、その結果、肺浮腫のリスク又は重症度の指標を提供することができる。細胞外の流体の量Ｖ_ＥＸＴ、流体を含む組織の割合、及び、肺の全流体量の推定のいずれも、以前の１つ又は複数の測定値から対象４の進行を決定するために、前もって得た値と比較することができるということも正しく理解される。

本発明は、主として、対象４の肺における細胞外の水の量を決定することにおいて使用するためにあるとして記載されてきたけれども、本発明は、対象４の体の他の部分の（細胞外、細胞内、又はその組み合わせであろうと）流体量を決定するために使用することができるということが正しく理解される。例えば、装置２は、（例えば、関節の炎症の評価の部分として）対象４の手首、足首又は他の関節上で使用するために提供することができ、その場合、電極８、１０、１２、１４は、手首、足首又は関節の向かい合う側に置かれることになり、さらに、センサ１６は、対象４の体の一部を通った電極間の距離の計算の部分として周囲を測定することになる。

従って、（対象の肺等の）対象の体の一部における流体の定量的評価が、生体インピーダンスの測定値を使用して行われることを可能にする方法及び装置が提供される。

本発明は、図面及び上記の説明において詳細に例示及び記述されてきたけれども、そのような例示及び記述は、例示的又は例証的であり、拘束性はないと考慮されることになる。本発明は、開示された実施形態に限定されない。

開示された実施形態に対する変化は、請求された発明を実行する際に、図面、明細書、及び付随の特許請求の範囲の調査から当業者により理解する及びもたらすことができる。特許請求の範囲において、「含む」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞はその複数形を除外しない。１つのプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲において列挙されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属項において記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを役立つよう使用することができないと示しているわけではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に若しくはその一部として供給される、光記憶媒体又は固体記憶媒体等、適したメディア上に記憶／分散させてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介して等、他の形状で分散させてもよい。特許請求の範囲におけるいかなる参照番号も、その範囲を限定するとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 対象の肺における細胞外液の量を推定するための方法であって、
   前記対象の胸部の周囲ｃの測定値を得るステップ、
   前記対象の胸部にわたって取り付けられた電極を使用して、前記対象の胸部のインピーダンスの測定値を得るステップ、並びに、
   以下の式
   

   

   を評価することによって、前記インピーダンスの測定値及び前記周囲ｃの測定値から、前記対象の肺における細胞外液の量を推定するステップ、
   を含み、式中、Ｖ _ＥＸＴ は、前記肺における細胞外液の量であり、Ｒ _ＥＸＴ は、前記細胞外液に対応するインピーダンスの測定値の成分であり、Ａは、注入電流によって包囲された断面積であり、ρ _ＥＸＴ は、前記細胞外液の抵抗率であり、さらに、Ｌは、一組の電極が前記対象に取り付けられたときの前記電極間の直線距離であり、前記距離Ｌは、前記対象の皮膚にわたる前記電極間の距離ｄ、及び、前記周囲ｃの測定値から決定される、方法。
2. 前記周囲ｃの測定値を得るステップが、
   前記対象の胸部の周りに置かれた周囲センサを使用して周囲ｃの測定値を得るステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記周囲ｃの測定値を得るステップが、
   前記対象の胸部の周りに置かれた周囲センサを使用して周囲の複数の測定値を得るステップ、及び、
   前記複数の測定値を平均して、周囲ｃの測定値を提供するステップ、
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記対象の皮膚にわたる電極間の距離ｄの測定値を得るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記対象の皮膚にわたる電極間の距離ｄの測定値を得るステップが、
   センサを使用して距離ｄの測定値を得るステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記対象の体の一部のインピーダンスの測定値を得るステップが、
   前記対象の胸部にわたって複数の周波数の交流を加える、及び、各周波数にて電位を測定するステップを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記細胞外液の量を推定するステップが、以下の式、
   

   

   を評価するステップを含み、ここで、注入電流によって包囲された断面積Ａは、電極の断面積である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. コンピュータプログラムであって、その中に組み入れられるコンピュータ可読コードを含み、該コンピュータ可読コードは、適したコンピュータ又はプロセッサによる実行によって、前記コンピュータ又はプロセッサが、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を行うように構成される、コンピュータプログラム。
9. 対象の肺における細胞外液の量を推定するための装置であって、
   前記対象の胸部の周囲ｃの測定値を得る、
   前記対象の胸部にわたって取り付けられる電極を使用して、前記対象の胸部のインピーダンスの測定値を得る、さらに、
   以下の式
   

   

   を評価することによって、前記インピーダンスの測定値及び前記周囲ｃの測定値から、前記対象の肺における細胞外液の量を推定する
   ように構成される制御ユニットを含み、式中、Ｖ _ＥＸＴ は、前記肺における細胞外液の量であり、Ｒ _ＥＸＴ は、前記細胞外液に対応するインピーダンスの測定値の成分であり、Ａは、注入電流によって包囲された断面積であり、ρ _ＥＸＴ は、前記細胞外液の抵抗率であり、さらに、Ｌは、一組の電極が前記対象に取り付けられたときの前記電極間の直線距離であり、前記距離Ｌは、前記対象の皮膚にわたる前記電極間の距離ｄ、及び、前記周囲ｃの測定値から決定される、装置。
10. 前記対象の胸部の周りに置かれるように、さらに、前記対象の胸部の周囲ｃを測定するように構成される周囲センサ
    をさらに含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記制御ユニットが、前記インピーダンスの測定値、前記周囲ｃの測定値、及び、前記対象の皮膚にわたる前記電極間で測定された距離ｄから、前記対象の胸部における細胞外液の量を推定するように構成される、請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記制御ユニットが、前記対象の皮膚にわたる前記電極間の距離ｄの測定値を得るようさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記対象の体の一部にわたって複数の周波数の交流を加えるように、さらに、各周波数にて電位を測定するように構成される、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の装置。

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