JPH1071130A

JPH1071130A - 体水分量測定装置

Info

Publication number: JPH1071130A
Application number: JP8228058A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kandori; 明彦神鳥
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】電極部の取り扱いの煩雑さを簡便化して、水分
量の指標である生体インピーダンスを正確に測定すると
共に、日々の水分量の変化を分かりやすい形式で表示さ
せる体水分量測定装置を提供する。【解決手段】電極部２はカフ状の部材で作製し、その上
に電流電極及び電圧電極を複数個配置する。電圧電極
９，１２の複数個の電極は並列に接続してあり、接触抵
抗及び容量を低減する。電流電極１０，１３は腕を一周
するように配置され腕内部を電流が一様に流れる。本体
１には、センサの駆動回路と検出回路が内蔵されてお
り、即座に測定結果が表示される機能と、エラー検出機
能が備わる。また、カフ部に圧力を加え、各電極と腕と
の密着性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は体水分量測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高齢者人口が急増してきており、
それに伴って在宅で医療行為を受ける老人が増えてきて
いる。そこで、大きな問題となっている症状の一つに脱
水症状がある。一度老人が脱水状態になると、合併症を
引き起こすケースが大変多い。このようなことから現
在、在宅介護では、水分の摂取量や排尿の量のチェッ
ク，皮膚等の触診によって脱水のモニタを行っている。

【０００３】従来、体内の水分量を測定する方法として
インピーダンス法が提案されている（波江野，多川，酒
本，金井，「インピーダンス法による体肢の水分分布の
推定とその応用」，医用電子と生体工学、Ｖol.２３，
Ｎo.６，１９８５)。この方法では、細胞外液抵抗と細
胞内液抵抗を計算し、これらの値と生体内の水分量との
関係を、実験的に明らかにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
述のインピーダンス法を応用して、電極部の取り扱いの
煩雑さを簡便化し、なおかつ正確に水分量の指標である
生体インピーダンスを測定すると共に、日々の水分量の
変化を分かりやすい形式で表示できる体水分量測定装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の装置は次のような構成を実現する。図１に
示すように、電極部２はカフ状の部材で作製し、この上
に電流電極９及び電圧電極１０を少なくとも２個ずつ配
置する。この電圧電極９，１２は、複数個の電極を並列
に接続して、接触抵抗及び容量を低減する構造とする。
電流電極１０，１３は腕を一周するように配置され腕内
部を電流が一様に流れる構成とする。本体１には、セン
サの駆動回路と検出回路が内蔵されており、即座に測定
結果が表示される機能と、エラー検出機能が備わってい
る。また、カフ部２に圧力を加え、各電極の腕への密着
性をよくする構造とする。この時同時に、血圧と脈拍を
測定することも可能とする。測定は電極部を巻き付け
て、本体１のボタンを押すだけで実行される。

【０００６】本発明によれば、従来のような電極を一つ
ずつ取り付けるといった煩雑さが解消される。また、測
定の自動化により測定者への負担が軽減される。さら
に、エラー検出機能を追加したことにより、より正確な
測定が行えるようになる。また細胞外液抵抗と細胞内液
抵抗の和または相対比の値の表示により、危険度の高い
脱水症状をより効果的に警告することが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図２は本発明の体水分測定装置の
説明図を示す。図２に示すように、体水分測定装置は、
患者４の腕上部装着用の電極部２と、電流発生回路，電
圧検出回路，演算回路等を内蔵する本体１と、この本体
１と電極部２とを接続する信号線を含むケーブル３を備
えて構成されている。また本体１は、計測開始及び停止
を行うためのボタン５と、腕の回りの距離等を入力する
ためのボタン６と、測定結果を表示する画面７を有す
る。本体電源は、患者４が感電しないようにするため
に、乾電池動作やバッテリ動作が望ましく、商用電源を
使用する場合には、患者に直接接触する部分（電極等）
と電源とは必ず電気的な絶縁を施す構成とする。

【０００８】図１及び図３は、図２中の電極部分２の表
と裏の構造を、それぞれ詳細に示すものである。ここで
示す電極の構成は、電極の接触インピーダンスをキャン
セルするため、４極法を採用している。

【０００９】まず図１の腕側に装着される面について説
明する。この面は電流注入電極１０，１３と、電圧検出
電極９，１２と、これら電極が取り付けてあるカフ状の
フレキシブルな部材１１と、マジックテープ等から構成
される腕装着固定用治具14ａと、ケーブル３とカフ部１
１内の電極との接続を行うコネクタ８とを有する構造と
する。

【００１０】測定は、電流注入電極１０と１３の間に微
弱な交流電流を流し、その時に腕に生じる電極９と１２
との間の電位差を検出する。また、電極の密着性を上げ
るため、カフ状の部材１１に血圧計程度の圧力を加え、
電極部を圧着する構造とする。この時、電圧電極はアル
ミ蒸着電極を用いる。この圧着法以外には、電極部に銀
／塩化銀上に導電性粘着剤を塗布した電極を使用しても
良く、この場合は圧力は必ずしも必要ではなく、電極だ
けを交換可能とする構成とすればよい。

【００１１】コネクタ８は、電圧電極９，１２からの信
号収集と、電極１０，１３への電流注入を行うための電
気的な接続を行っている。また、このコネクタ８は必ず
しも必要ではなく、直接電極部と本体とを連結した構造
にしても良い。電流注入電極１０はアルミ蒸着あるいは
アルミ箔を張り付けた構造とすることが望ましいが、抵
抗率が低く酸化膜ができにくい構造である銀／塩化銀の
ようなフレキシブルな部材を使用しても良い。

【００１２】電流は腕内部をなるべく均一に流れること
が望ましい。そこで、電極１０，１３を腕を一周する構
成とするため、腕に巻き付けた時に始点部分と終端部分
が接続できるように、端子１６ａを設ける。この端子１
６ａは、電極１０，１３と電気的に接続がされており、
着脱を簡便化するために腕装着固定用治具１４ａ上に設
置されている。この電極１６ａは、後述する電極１６ｂ
となるべく接触抵抗及び容量をもたないように密着させ
て接続するため、例えば滑らかな磁石上にアルミ蒸着し
た部材を用いて構成する。

【００１３】電圧電極９及び１２の接触抵抗及び容量が
問題になる場合では、図１に示すように並列に接続を行
う。これを図７の等価回路で説明する。一つの電極と接
触面４４との間に生じる接触抵抗４２（Ｒ），容量４３
（Ｃ）が図７のように表わされる場合、Ｎ個並列に電極
を接続すると接触抵抗はＲ／Ｎとなり、容量もＣ／Ｎと
なり接触面での抵抗及び容量を実効的に小さくすること
ができる。この場合、図８の電極の拡大図に示すような
電圧電極４６を用いても良い。この電極４６は、細分化
した小電極４５の並列結合であり、総面積を変えない構
造によって接触面積の増加に伴う接触インピーダンスの
問題を回避している。

【００１４】次に腕装着時に表側になる面について図３
で説明を行う。図１と同様にカフ部１１上には、上述の
腕装着固定用治具１４ａと接続するためにマジックテー
プ等で作成した反対側治具１４ｂと、電圧電極部の位置
確認用の目印１７と、腕回りの長さ測定用の目盛り１５
と、電極１６ａとの接続する電極１６ｂが配置されてい
る。カフ部１１上の目印１７の下方に電圧電極を位置さ
せ、測定者にその取付位置を注意させることによって、
測定値の再現性を保つようにする。また、これは接触不
良による測定エラー発生時の対策の目安となるようにす
る。

【００１５】電極１６ｂは、図１中の電極１０，１３の
右端から延長して接続された電極である。これにより、
電極１６ａと１６ｂとが接続されると、腕を一周する電
流電極が構成される。次にカフ部１１の表面上に目盛り
１５を設置しておき、電圧電極部分の腕の周囲の長さが
計測できる。

【００１６】この計測結果を図２のボタン６から本体に
入力し、本体の演算機能により結果を表示部７に表示す
る。本実施例では腕の周囲の長さを計測する方法とし
て、簡単な手動式を説明したが、巻き尺式のようなもの
で自動的に計測する手法を用いても良い。また、上述の
コネクタ８の接触抵抗が問題になる場合は、コネクタ８
を使用しない構造でも良い。腕の周囲の長さに一定値を
使用する場合は、目盛り１５と数値入力ボタン６は必要
ない。

【００１７】次に本体１の内部構成の一実施例を図４に
示す。図２中の電極部２に接続されるケーブル３は、電
流入力線と電圧検出線の両方を含む構造にする。またカ
フ部を圧力密着型にする場合には、圧力を伝達するチュ
ーブもケーブル３内に内蔵される。発振器１８からは、
１ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲の周波数を段階的に変
えながら各周波数を発生し、その各周波数毎の交流電流
を電流源１９によって発生させる。患者の感電や火傷の
事故を避けるため、この時の電流量は、３００μＡrms
以下程度とし、低周波程小さい電流値とする。

【００１８】この電流により生体発生した電圧は、プリ
アンプ２０によって増幅された後、振幅検出器２２によ
り振幅の絶対値が検出され、同時に位相検出器２１によ
り入力電流と検出電圧との位相差が検出される。この時
プリアンプ２０は、差動アンプを使用し、ノイズの同相
成分をキャンセルする構成とする。これらの各周波数毎
の振幅と位相のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部２８によ
ってデジタル信号に変換される。次にこれらのデータと
腕の周囲の長さと電極間の長さを利用して、演算処理部
で抵抗率が計算される。この演算方法は後述する。演算
された結果は、表示部２５で図２中の７に表示される。
また、通信処理部２６を使ったパーソナルコンピュータ
２９及びホストコンピュータ３０等との通信を行うこと
により、在宅患者の水分量や血圧等のバイタルサイン
を、医師や訪問看護ステーションの看護婦等がモニタす
ることができる。

【００１９】この時、通信処理部２６とパーソナルコン
ピュータ２９との間の接続は、赤外線通信等の手段で電
気的絶縁を確保するようにする。これにより患者の感電
等の事故を未然に防ぐ構造とする。そのため、電源２７
も商用電源を使用せず、電池や充電式電池等の電圧の低
いものを使用することが望ましい。また、ホストコンピ
ュータ３０とパーソナルコンピュータ２９との間は、モ
デム等を介した電話回線経由の構成とする。

【００２０】次に水分量の指標となる抵抗率の計算方法
について図５のモデルを用いて行う。Ｌ１は腕上部に装
着される電流電極部１０の位置での腕周囲の長さで、Ｌ
２は腕下部に装着される電流電極部１３の位置での腕の
周囲の長さである。また、Ｌ３はＬ１とＬ２間の距離で
ある。この時、数１に示すような面積と周囲の長さとの
関係が成り立つ。

【００２１】

【数１】Ｓ１＝(Ｌ１＊Ｌ１)／(４＊π)，Ｓ２＝(Ｌ２＊Ｌ２)／(４＊π)…（数１）そして、インピーダンス測定値をＺとすると抵抗率ρは
数２を使って計算される。

【００２２】

【数２】 ρ＝Ｚ＊(Ｓ／Ｌ３) …（数２）またこの数２中の平均断面積Ｓは、数３のように表わさ
れる。

【００２３】

【数３】Ｓ＝√(Ｓ１＊Ｓ２) …（数３）以上が抵抗率の計算方法であるが、Ｌ３は電極の配置に
よって決まる値であり、通常６乃至９cm程度にするのが
良い。その他のＬ１とＬ２は測定値を入力する構成の実
施例を説明してきたが、それ以外でも初期入力をするだ
けの構成でもよく、さらには固定値を使用して計測を最
も単純化することも可能である。つまり、同じ計測部位
について同じ計算法を常に用い、日常の変化の様子を観
察する装置とする。

【００２４】各周波数毎で得られたインピーダンスを上
述の計算法で複素数の抵抗率に変換し、この複素抵抗率
の軌跡を２次元プロットすると、図９のような円弧が描
けることが知られている。この円弧は、Ｃole−Ｃole円
弧と呼ばれている。このときの、実軸４９との交点が周
波数の低い方と高い方に２点現われる。この周波数の低
い方の交点４７の逆数の値は細胞外液抵抗Ｒe と呼ば
れ、高周波数側の交点４８の逆数の値は合成抵抗Ｒinf
と呼ばれるものである。この時、細胞内液抵抗Ｒi は数
４のように表わされることが知られている。

【００２５】

【数４】１／Ｒi ＝１／Ｒinf −１／Ｒe …（数４）これらのＲe とＲi は水分量の関係は次のように理解さ
れている。生体内の水分量が減少すると、電解液の濃度
が変化し抵抗値が上昇する。このことにより間接的に水
分の状態をモニタできるのである。

【００２６】本実施例では、患者の抵抗率の変化を図２
中の７に表示する構成とする。表示内容には、細胞内外
両方の抵抗率の変化をすぐモニタできるように（Ｒe＋
Ｒi）の値を表示するようにする。これによって、正常
な人が少量の脱水や体位変化が起きた場合に起きる、Ｒ
e の上昇とＲi の減少という変化を無視した情報を表示
することができる。そして、生命に危険が生じるほどの
患者においては、（Ｒe+Ri ）が上昇する様子がモニタ
できる。ただし、表示数値はこれに限ることなく、Ｒe
やＲi の値，血圧値，脈拍値，Ｒe ／Ｒi またはＲi ／
Ｒe の値を選択的に表示してもよい。

【００２７】また、ここでいう血圧値や脈拍値は、本実
施例が血圧計としても動作する場合に得られる値であ
る。ただし、脈拍値だけは単周波数による生体インピー
ダンスの時間変化（脈波）によっても計測可能であり、
カフ部に圧力を加えない場合でも表示可能である。また
これらの測定値はグラフ表示機能により今までの状態の
変化がモニタできる構成となっている。

【００２８】次に測定の流れについて図６を用いて説明
を行う。電源を入れてから(３１)、電極部を取り付ける
（３２）。この時、電極がきちんと取り付けられていな
い場合には、警告を発生し測定者に注意を促すようにす
る。次に腕の周囲の長さを計測し、本体に入力を行う
（３３）。これらの作業が終わると、測定開始ボタンを
押し測定を開始する（３４）。注入電流の周波数を段階
的に低周波から高周波へと変えつつ、高周波になるにつ
れて電流量を増加するように腕に流していく（３５）。
そして上述したＣole−Ｃole円弧を書かせ、その時の最
小二乗誤差を示し、測定値が正しいかどうか判断を行う
（３６）。この判断は、自動で行ってもよい。もしこの
測定が正しくないときは、もう一度測定するかどうか問
い合わせるメッセージを表示する（３７）。もう一度測
定する場合には３４にもどり、測定しない場合には４１
に行き、終了とする。また、３６で測定値が正しいと判
断された場合は結果を画面７に表示して、続いてデータ
セーブや通信機能のメニュー画面が表示される。そして
それらのメニューが選ばれると、それぞれのメニューの
実行が行われる（４０）。これらの一連の作業が終了す
ると、電源を落として終了（４１）とする。

【００２９】以上が、本発明の主な構成例であるが、こ
れに限定されるものではない。例えば、カフ部にある程
度の圧力を電極部内に加えることで、電極の密着性を向
上させる場合、同時にこの圧力とコロトコフ音あるいは
カフ圧の振動を検出すれば、血圧計としても動作可能で
ある。その他の測定部位としては、腕以外でも良く、例
えば大腿部や下腿部において測定を行っても良い。さら
に、高性能なアンプや電極を用いれば、指への装着も可
能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、従来のような電極を一
つずつ取り付けるといった煩雑さが解消される。また、
測定の自動化により測定者への負担が軽減される。さら
に、エラー検出機能を追加したことにより、より正確な
測定が行えるようになる。また細胞外液抵抗と細胞内液
抵抗の和または相対比の値の表示により、危険度の高い
脱水症状をより効果的に警告することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電極部の腕装着面を示
す説明図。

【図２】本発明の一実施例である体水分量測定装置を示
す説明図。

【図３】図１における電極部の外側の面を示す説明図。

【図４】図１における本体内部のブロック図。

【図５】図４における本体内部での抵抗率計算に使用す
る腕の説明図。

【図６】図１の体水分量測定装置を用いた場合の測定手
順を示すフローチャート。

【図７】図２における電圧電極部の接触面における等価
回路図。

【図８】図２のおける電圧電極部の他の実施例の説明
図。

【図９】図４における本体内部での細胞内液抵抗及び細
胞外液抵抗を求めるＣole−Ｃole円弧の説明図。

【符号の説明】

８…接続コネクタ、９…電圧電極（＋）、１０…電流電
極（＋）、１１…カフ部、１２…電圧電極（−）、１３
…電流電極（−）、１６ａ…電流電極接続用電極（雄
側）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体インピーダンス測定用の電流電極と電
圧電極を有する電極部と、前記電極部と接続された電流
発生回路と電圧検出回路と演算回路とデータ格納回路と
を内蔵し、測定開始と測定値を表示する画面を有する本
体とを有し、前記電極部がカフ状の部材上に構成されて
いることを特徴とする体水分量測定装置。
【請求項２】請求項１において、前記電極部内の電圧電
極が並列接続されている体水分量測定装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記カ
フ状の部材中に空気による圧力が加わる構造を有する体
水分量測定装置。
【請求項４】請求項３において、前記カフ状部材内に空
気圧を加えている間、コロトコフ音あるいはカフ圧の振
動を測定することによって血圧及び脈拍を同時モニタす
る体水分量測定装置。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかにおい
て、前記電圧電極あるいは電流電極として、銀／塩化銀
の上に導電性接着剤を塗布した電極を使用する体水分量
測定装置。
【請求項６】請求項１から請求項５のいずれかにおい
て、前記電圧電極部の取り付け位置の前記カフ状部材上
に、腕の周囲方向に目盛りを有し、なおかつ前記本体上
にこの測定値を入力する手段を有するか、または自動的
に長さを読み取るセンサを前記カフ部に有して、自動的
に測定値を前記本体に送信する機能を持つ体水分量測定
装置。
【請求項７】請求項１から請求項６のいずれかにおい
て、前記カフ部表面上に前記電圧電極または前記電流電
極の位置を示す目印が記載されている体水分量測定装
置。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれかにおい
て、前記本体内に位相検出回路，振幅検出回路，Ａ／Ｄ
変換回路，通信回路を有する体水分量測定装置。
【請求項９】請求項１から請求項８のいずれかにおい
て、演算処理回路によって、腕の周囲の長さと電圧電極
間の距離を使って複素抵抗率の計算を行うか、あるいは
これらの計算値を使用して細胞外液抵抗と細胞内液抵抗
の計算を行う体水分量測定装置。
【請求項１０】請求項９において、前記細胞外液抵抗と
前記細胞内液抵抗との和あるいは相対比の値を表示また
はグラフ表示する体水分量測定装置。
【請求項１１】請求項９または請求項１０において、前
記複素抵抗率の２次元プロット点に最も漸近する円弧を
最小二乗法で求める体水分量測定装置。
【請求項１２】請求項１１において、前記最小二乗近似
の誤差が許容範囲を越えるとエラー検出の警告が発せら
れる体水分量測定装置。