JPH1094523A - 体脂肪測定装置 - Google Patents

体脂肪測定装置

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JPH1094523A
JPH1094523A JP8253617A JP25361796A JPH1094523A JP H1094523 A JPH1094523 A JP H1094523A JP 8253617 A JP8253617 A JP 8253617A JP 25361796 A JP25361796 A JP 25361796A JP H1094523 A JPH1094523 A JP H1094523A
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JP
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body fat
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light
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JP8253617A
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Katsuhiko Maruo
勝彦 丸尾
Masami Oka
雅美 岡
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4869Determining body composition
    • A61B5/4872Body fat

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブロードな発光強度特性を有する発光手段を
用いても測定精度を高くすることができる。 【解決手段】 生体部位に光を照射した際の吸収度をも
とに体脂肪を測定する体脂肪測定装置である。中心波長
が660nmから740nmの範囲で選択された少なく
とも一つの可視光を用いる。この波長域においては脂肪
厚さと吸光度とが対応している上に、単位波長当たりの
吸光度変化が平坦であるために、半値幅が広い発光手段
を用いた測定器を構成する場合には、吸光度変化が最も
大きくなる波長を用いる場合よりも却って測定精度の維
持・向上に優位となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は生体の体脂肪厚さや
体脂肪率などを光を用いて非侵襲的に測定する体脂肪測
定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の体脂肪測定装置は、近赤外分光
分析技術を体組成分析に応用することで生まれたもの
で、近赤外領域、特に波長が1000nm以下のハーシ
ャル領域と呼ばれる近赤外領域での生体脂肪組織の量的
な変化に対応する特徴的な吸収スペクトル変化を利用し
てその部位の脂肪量を定量する。また、全身の体脂肪率
との相関の高い部位(たとえば上腕2頭筋や肩胛骨直
下)を測定部位として選択することにより、体脂肪率の
推定も可能となる。
【0003】そして、定量手法としては連続スペクトル
を測定して測定スペクトルを主成分回帰分析あるいはP
LS回帰分析等の多変量解析手法で定量する方法と、数
種類の単色光源から得られる吸光度より重回帰分析等の
簡単な多変量解析手法を用いて定量する方法とが一般に
なされているが、前者はグレーティングによる分光分析
やフーリエ変換式の近赤外分光装置(FT−NIR)の
ようなラボ用の分析装置を必要とし、操作が繁雑である
とともに装置が高価であることから、一般家庭や保健施
設では後者の定量手法に基づくものが用いられている。
この手法に基づく体脂肪測定装置として、特表平4−5
00762号公報に示されたものがある。
【0004】ここにおいて、上記公報に示されたもので
は、950nmの1波長、あるいは937nmと947
nmの2波長の近赤外光を皮膚表面から照射することで
体脂肪率測定を行っているが、このような波長が選択さ
れているのは次の理由によると推測される。すなわち、
図1は本発明者らが測定した脂肪組織厚さ変化に対応す
る吸収スペクトルの変化を示しており、図において95
0nm(947nm)は水の第2倍音に起因する970
nmの吸収ピークの中間に位置する点であり、940n
m(937nm)は脂肪量変化(脂肪厚さ変化)によら
ない中立点を示している。一般的に濃度変化や温度変化
のような物理変化のある系では940nm(937n
m)のような中立点が存在すれば、その波長を説明変数
として利用したり、中立点の吸収で規格化する等の前処
理を施すことで外乱に強いロバストな定量が可能となる
ことが多く、上記公報に示された2波長を用いるもの
は、この点に基づくものと思われる。
【0005】従って、上記公報で示されたものにおける
実質的な脂肪量測定に用いている波長は950nmまた
は947nmであるが、この波長においては図から明ら
かなように、脂肪量変化に基づく吸光度の変化が大き
く、従って吸光度変化を正確に捕らえることができるな
らば、高い精度で脂肪量を測定することができる。な
お、脂肪量変化に基づく吸光度の変化が最も大きくなる
のは水の第2倍音の吸収ピークに対応する970nm
と、脂肪の吸収ピークに対応する930nm付近である
が、これらの波長を用いていないのは、これらの波長を
中心波長とする発光ダイオードが市販されていないこと
や、950nmで体脂肪量を定量する方が970nmや
930nmの波長を利用して定量した場合よりも精度が
よい(これは本発明者らが行った重回帰分析を用いた検
量実験でも確認した)のが理由と思われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、脂肪量の定
量に利用する波長の選択は光学系ハードウェアの光学特
性に大きく依存するものであり、グレーティング分光装
置やFT−NIRのような装置、あるいはレーザー光源
を用いた計測であれば波長分解能が数nmであるのに対
して、発光ダイオードのような半値幅が30〜60nm
程度のブロードな発光強度特性を有する光源を用いる場
合には上記波長の選択は適切ではない。
【0007】今、半値幅が60nmで中心波長が950
nmと940nmの2種類の発光ダイオードを発光手段
として用いて定量分析を行うならば、両波長は中心波長
が近接しているために発光ダイオードの発光強度分布が
大部分重なってしまうものであり、しかも上記波長域に
おいては単位波長当たりの吸光度の変化が大きいため
に、得られた吸光度は平均値的な変化量を扱うことにな
り、波長分解能の高い装置で得られた分光装置で得られ
るような大きな吸光度の変化は得ることができない。発
光ダイオードの光を干渉フィルターによってフィルタリ
ングすることで半値幅の改善を図っても、その改善はわ
ずかであって数nm程度の半値幅を得ることはできず、
しかも干渉フィルターが高価なためにコスト高となって
しまう。
【0008】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところはブロードな発光強度特
性を有する発光手段を用いても測定精度を高くすること
ができる体脂肪測定装置を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、生体
部位に光を照射した際の吸光度をもとに体脂肪を測定す
る体脂肪測定装置において、中心波長が660nmから
740nmの範囲で選択された少なくとも一つの可視光
を用いることに特徴を有している。離散的な吸光度デー
タを重回帰分析のような解析手法で定量化することで体
脂肪量の定量を行うにあたっての波長選択は、前記従来
例で示したもののように、目的変量の変化に対応した吸
光度変化が最も大きくなる波長をピックアップして説明
変数として利用するのが一般的であるのに対して、66
0nm〜740nmの範囲の波長域の光を用いるのは、
この波長域においては図1から明らかなように、体脂肪
量に応じた吸光度の変化はさほど大きくないが、脂肪厚
さと吸光度とが対応している上に、単位波長当たりの吸
光度変化が平坦であるために、発光ダイオードのような
半値幅が広い発光手段を用いた測定器を構成する場合に
は、吸光度変化が最も大きくなる波長を用いる場合より
も却って測定精度の維持・向上に優位となるからであ
る。
【0010】そして、脂肪量に対して中立点である94
0nm付近の近赤外光の吸光度を併用するものにおいて
は、更に高精度な体脂肪測定を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、図2に示すように、パルス駆動回路2に
よって駆動される発光ダイオード1と、シリコンフォト
ダイオードからなる受光素子3、アンプ4、演算制御回
路5、そして液晶ディスプレーである表示部6とから構
成している。発光ダイオード1はパルス駆動回路2によ
り断続光として発光する。断続光とするのは、外乱とし
ての周囲環境からの迷光と発光ダイオード1からの照射
光とを区別するためであり、またチョッピング増幅を行
うことでSN比の向上を図ることができるためである。
【0012】発光ダイオード1と受光素子3との間隔は
たとえば10mm程度に設定するが、皮下脂肪の厚い部
位や肥満者の皮下脂肪厚さを測定する場合などは、さら
に間隔を大きくする必要があり、この場合、発光ダイオ
ード1の発光強度が間隔の上限を決めるパラメータとな
る。受光素子3からの信号はアンプ(OPアンプ)4で
増幅されてマイクロコンピュータからなる演算制御回路
5に電圧信号として入力される。演算制御回路5は該信
号をもとに検量式での演算を行って皮下脂肪厚さを算出
(さらには体脂肪率を算出する演算式に代入することで
体脂肪率を算出)し、表示部6に算出結果を表示する。
体脂肪率を算出する場合には、前述のように上腕2頭筋
や肩胛骨直下付近を測定部位とするのが好ましい。
【0013】上記検量式の作成手法はどのようなもので
あってもよいが、あらかじめ測定した複数の被験者の皮
下脂肪厚さの実測値(たとえば超音波エコーによる画像
データから求めた実測値)と吸光度との関係から求めた
り、DEXA法などの手法で求めた体脂肪率と吸光度、
性別、年齢、体重、身長、更には運動歴、ウエスト・ヒ
ップ比、血圧、個人の20才時の体重などの関係から求
めたものを好適に用いることができ、該作成は汎用統計
ソフトウェアによる重回帰分析によって行うことができ
る。
【0014】ここにおいて、上記発光ダイオード1には
660nm〜740nmの範囲に中心波長を有するもの
を用いるのであるが、この種の発光ダイオード1として
は、中心波長が720nm、半値幅が30nmのもの
(スタンレー電気(株)製NR403AF)や、中心波
長が695nmのもの(スタンレー電気(株)製NR3
12)があり、これらを用いたところ、いずれも高い精
度で体脂肪量の測定を行うことができた。
【0015】また、図3に示すように、中心波長が94
0nmの近赤外光を発光する発光ダイオード8(浜松ホ
トニクス製L2388:半値幅40nm)を併用したと
ころ、該波長の吸光度を中立点として用いることができ
たために、更に高い精度で体脂肪量の測定を行うことが
できた。なお、2つの発光ダイオード1,8は図から明
らかなように受光素子3から等距離のところにおくのが
好ましい。また、940nmの波長での吸光度を利用す
るにあたっては、該波長での吸光度も説明変量として重
回帰分析するほか、660nm〜740nmの範囲の波
長での吸光度を940nmでの吸光度で除して規格化を
行って検量線を作成してもよく、さらに検量線作成に際
しての前処理も2つの吸光度の差をとるなど様々な手法
があって、上記手法に限定するものではない。
【0016】さらに、660nm〜740nmの範囲の
波長を中心波長とする発光ダイオード1を1つだけ用い
たものを示したが、上記範囲内で且つ異なる波長の複数
の発光ダイオード1を用いてもよいのはもちろんであ
る。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明においては、中心波
長が660nmから740nmの範囲で選択された少な
くとも一つの可視光を用いるために、すなわち脂肪厚さ
の変化が吸光度の大きさに対応している上に、単位波長
当たりの吸光度変化が平坦である波長域の光を用いるた
めに、発光ダイオードのような半値幅が広い発光手段を
用いた場合、吸光度変化が最も大きくなる波長を用いる
場合よりも却って測定精度の維持・向上に優位となるも
のであり、このために発光ダイオードを発光源とするよ
うな安価なものにおいて、高い精度の体脂肪測定を行う
ことができる。
【0018】そして、脂肪量に対して中立点である94
0nm付近の近赤外光の吸光度を併用するものでは、更
に高精度な体脂肪測定を行うことができる。また、発光
手段を発光ダイオードとする場合には、安価で且つ手軽
に体脂肪測定を行うことができるものを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】脂肪厚さと波長と吸光度との関係を示す説明図
である。
【図2】本発明の実施の形態の一例を示すブロック回路
図である。
【図3】他例を示しており、(a)は概略正面図、(b)はブ
ロック回路図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生体部位に光を照射した際の吸光度をも
    とに体脂肪を測定する体脂肪測定装置において、中心波
    長が660nmから740nmの範囲で選択された少な
    くとも一つの可視光を用いることを特徴とする体脂肪測
    定装置。
  2. 【請求項2】 生体部位に光を照射した際の吸光度をも
    とに体脂肪を測定する体脂肪測定装置において、中心波
    長が660nmから740nmの範囲で選択された少な
    くとも一つの可視光と、中心波長が940nm付近の近
    赤外光とを用いることを特徴とする体脂肪測定装置。
  3. 【請求項3】 発光部材が発光ダイオードであることを
    特徴とする請求項1または2記載の体脂肪測定装置。
JP8253617A 1996-09-25 1996-09-25 体脂肪測定装置 Withdrawn JPH1094523A (ja)

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