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発明の名称 体幹部内臓脂肪及び皮下脂肪測定の最適電極位置自動識別方法及び装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−68777(P2007−68777A)
公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
出願番号 特願2005−259338(P2005−259338)
出願日 平成17年9月7日(2005.9.7)
代理人 【識別番号】100082005
【弁理士】
【氏名又は名称】熊倉 禎男
発明者 増尾 善久
要約 課題
体幹部に電流を流すため電流印加電極対に電流を印加し、電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、体幹部のインピーダンスを求め、体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める方法において、体幹部に配置する電極について、自動的に電極の最適位置を探索する方法及び装置を提供する。

解決手段
一方の電流印加電極である複数の電極からなるマルチ電極を体幹部に接触させ、マルチ電極を順に切換えながら、他方の電流印加電極との間に電流を印加し、電圧計測電極対でインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスを示す値の変化から、マルチ電極の中から最適の電極を決定する。決定した最適の電極と他方の電圧計測電極との間に電流を印加したとき、電圧計測電極対で測定したインピーダンスから、体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める。
特許請求の範囲
【請求項1】
体幹部に電流を流すため電流印加電極対に電流を印加し、電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、前記体幹部のインピーダンスを求め、体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める方法であって、
一方の電流印加電極である複数の電極からなるマルチ電極を体幹部に接触させ、他方の電流印加電極を前記一方の電流印加電極から離れた位置に配置し、
一方の電圧計測電極と他方の電圧計測電極を配置し、
前記マルチ電極を順に切換えながら、前記他方の電流印加電極との間に電流を印加し、前記電圧計測電極対でインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスを示す値の変化から、前記マルチ電極の中から最適の電極を決定し、
決定した最適の電極と前記他方の電流印加電極との間に電流を印加したとき、前記電圧計測電極対で測定したインピーダンスから、体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求めることを特徴とする体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項2】
前記マルチ電極は、複数の細長い電極が隣接してアレー状に並んだアレー電極である請求項1に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項3】
前記マルチ電極は、複数の小さい電極が縦横にマトリックス状に並んだマトリックス電極である請求項1に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項4】
前記電極選択部は、隣接する複数の前記マルチ電極に同時に電流を印加しながら、電流を印加するマルチ電極を順に切換えていく請求項2又は3に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項5】
前記電圧計測電極対の各電圧計測電極を、前記マルチ電極と前記他方の電流印加電極から十分離れた位置に配置し、前記マルチ電極の切換えに伴う前記体幹部のインピーダンスを示す値の変化から、前記マルチ電極の中から最適の電極を決定し、体幹部内臓脂肪組織情報を得る請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記他方の電流印加電極と前記各電圧計測電極を体幹部から突出した部位に配置する請求項5に記載の方法。
【請求項7】
前記電圧計測電極対の一方の電圧計測電極を、体幹部に接触させた前記マルチ電極に近接して配置し、他方の電圧計測電極を前記マルチ電極と他方の電流印加電極から十分離して配置し、前記マルチ電極の切換えに伴う前記体幹部のインピーダンスを示す値の変化から、前記マルチ電極の中から最適の電極を決定し、体幹部皮下脂肪組織層情報を得る請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記他方の電流印加電極と前記他方の電圧計測電極を体幹部から突出した部位に配置する請求項7に記載の方法。
【請求項9】
測定したインピーダンスが所定の値をとるとき、前記最適の電極であると判定する請求項1乃至8の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項10】
測定したインピーダンスが極大値又は極小値をとるとき、前記最適の電極であると判定する請求項1乃至8の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項11】
前記最適の電極の判定が終了したとき、ディスプレーに表示して報知する請求項9又は10に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項12】
前記最適の電極の判定が終了したとき、ブザーで報知する請求項9又は10に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法。
【請求項13】
体幹部に電流を印加するための電流印加電極対と、前記体幹部に生じた電位差を測定するための電圧計測電極対とを備え、前記電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、体幹部のインピーダンスを求め、それにより前記体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める装置であって、
一方の電流印加電極は、複数の電極からなるマルチ電極であり、
前記マルチ電極を順に切換えて他方の電流印加電極との間に電流を印加する切換部と、
前記電圧計測電極対で測定されたインピーダンスにより、前記マルチ電極の中から最適の電極を求める最適電極判定手段とを備え、
前記最適の電極と前記他方の電流印加電極との間に電流を印加したときに測定された前記電圧計測電極対の間のインピーダンスから、内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求めることを特徴とする体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項14】
前記マルチ電極は、複数の細長い電極が隣接してアレー状に並んだアレー電極である請求項13に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項15】
前記マルチ電極は、複数の小さい電極が縦横にマトリックス状に並んだマトリックス電極である請求項13に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項16】
前記電極選択部は、隣接する複数の前記マルチ電極に同時に電流を印加しながら、電流を印加するマルチ電極を順に切換えていく請求項14又は15に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項17】
前記最適電極判定手段は、測定したインピーダンスが所定の値をとるとき、前記最適の電極であると判定する請求項13乃至16の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項18】
前記最適電極判定手段は、測定したインピーダンスが極大値又は極小値をとるとき、前記最適の電極であると判定する請求項13乃至16の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項19】
前記最適電極判定手段は、前記最適の電極を判定したとき、ディスプレーに表示して報知する請求項17又は18に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項20】
前記最適電極判定手段は、前記最適の電極を判定したとき、ブザーで報知する請求項17又は18に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項21】
体幹部に電流を印加するための電流印加電極対と、前記体幹部に生じた電位差を測定するための電圧計測電極対とを備え、前記電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、体幹部のインピーダンスを求め、それにより前記体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める装置であって、
本体部と、前記本体部と電線で接続された一対のグリップ電極部とを備え、
少なくとも一方のグリップ電極部の体幹部に接触させるための接触面は、電流印加電極である複数の電極からなるマルチ電極を備え、
各グリップ電極部の手で把持するためのグリップ部は、電流印加電極と電圧計測電極のうち少なくとも一方を備え、
前記本体部は、前記マルチ電極を順に切換えて他の電流印加電極との間に電流を印加する切換部と、
前記電圧計測電極対で測定されたインピーダンスにより、前記マルチ電極の中から最適の電極を求める最適電極判定手段とを備え、
前記最適の電極と前記他の電流印加電極との間に電流を印加したときに測定された前記電圧計測電極対の間のインピーダンスから、内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求めることができることを特徴とする体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項22】
前記本体部の各々の側にグリップ電極部が屈曲可能に接続され、前記本体部と前記一対のグリップ電極部とが一体となっている請求項21に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項23】
前記本体部は体重計形であり、
前記本体部上面の両足を乗せる部分には、左足用の電流印加電極と電圧計測電極、及び右足用の電流印加電極と電圧計測電極が設けられている請求項21に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項24】
前記マルチ電極は、複数の細長い電極が隣接してアレー状に並んだアレー電極である請求項21乃至23の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項25】
前記マルチ電極は、複数の小さい電極が縦横にマトリックス状に並んだマトリックス電極である請求項21乃至23の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項26】
前記電極選択部は、隣接する複数の前記マルチ電極に同時に電流を印加しながら、電流を印加するマルチ電極を順に切換えていく請求項24又は25に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項27】
各グリップ電極部の手で把持するためのグリップ部は、電流印加電極と電圧計測電極とを備える請求項21乃至26の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
【請求項28】
前記グリップ電極部に設けられた前記マルチ電極に近接して、電圧計測電極が設けられている請求項21乃至27の何れか1項に記載の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、体幹部内臓脂肪組織及び皮下脂肪組織層の測定方法および装置、並びに測定情報を用いた健康指針アドバイス装置に関する。
【背景技術】
【0002】
生体電気インピーダンスを利用した体脂肪組織の推定技術は、体脂肪組織および体脂肪率を計測する技術として世に広がってきたが、実際には、脂肪組織を直接的に測定するものとはなっておらず、脂肪組織以外の水が支配的な除脂肪組織を電気的に計測したものである。特に、全身(Whole Body)計測では、旧来のタイプでは仰臥位姿勢で片手-片足間を1つの円柱でモデル化している(片手-片足間誘導法)し、簡易型としては、立位姿勢で測定する両掌間誘導法や、体重計と一体になった両脚裏間誘導法、上肢と下肢または、上肢と下肢と体幹部、または、左右上肢、左右下肢、体幹部の様に5セグメントに分けて個別に円柱モデルを適用可能としてインピ−ダンスを計測した技術も顕在化してきている。また、インピ−ダンスCT計測技術を簡略して体幹部臍囲に電流印加・電圧計測電極を配置して腹部のインピ−ダンスを計測し、内臓脂肪組織量を推定する計測技術について、特許出願がなされている(特許文献1および特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】特許第3396677号
【特許文献2】特許第3396674号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、体脂肪組織の情報は、糖尿病や高血圧および高脂血症などの生活習慣病のスクリ−ニング用としての有用性が特に問われており、内臓器組織近辺に付着、蓄積した内臓脂肪組織や皮下脂肪組織層に関して、その計測の重要性が日に日に高まってきている。
【0005】
特に、内臓脂肪組織は、体幹部の腹部付近に集中的に分布する体脂肪組織で、X線CТ やMRI等による腹部横断画像でその体脂肪組織の横断面積で判断されてきていた。しかし、装置が大掛かりで、また、X線の場合被曝の問題もあり、費用面もあり、フィールドおよび家庭用での計測に適さない。そこで、内臓脂肪組織は、全身脂肪組織との相関または、全身の除脂肪組織との相関から推定するのが一般的で、スクリーニング用としても、十分な信頼性を確保するにいたらなかった。
【0006】
最近では、体幹部の臍囲周辺に電極を配置し、体幹部の内部インピ−ダンスを計測して、内臓脂肪組織情報を推定するといった方法も開発中である。しかしながら、この方法は、骨格筋組織層と皮下脂肪組織層と内臓脂肪組織の間に有意な相関が存在することに基づくものであり、いずれかの組織の情報が捕捉出来ればおおよその情報の推定が可能であることを前提とするものである。このため、非常に有意な相関が存在し得る自立性の高い健康域の被験者については良好な結果が期待できるが、各組織間の相関が異なる対象者、例えば、内臓脂肪組織が顕著に肥大し、かつ、皮下脂肪組織層や骨格筋組織層との相関性が顕著に低い被験者における計測結果については大きな誤差を含んだものとなり得る。つまり、この開発中の方法にあっても、健康な自立生活が可能な被験者であれば、臍部全周囲のどこに電極を配置しても何とか計測の可能性は考えられるが、麻痺・介護患者等、特にベッド上の寝たきり患者での計測となると課題が大きい。
【0007】
また、この開発中の方法は、測定対象としている組織部位を腹部表面から電流を印加通電させて、内部の組織に関連するインピ−ダンス値を取得している点で高い技術と言えるが、測定部位である体幹部が有する内部構造上の問題から、測定されたインピ−ダンス情報そのものが内臓脂肪組織に対してほとんど有用な感度を有していないのが実情である。即ち、測定部位である体幹部は太短く、多層構造、つまり、測定対象である内臓脂肪組織は内臓器組織や背骨組織とともに非常に良好な導電性を示す骨格筋組織層で覆われ、更に、この骨格筋組織層は電気導電性が非常に悪い皮下脂肪組織層で覆われているといった構造になっている。特に、測定対象である内臓脂肪組織周辺は、骨格筋組織層より導電性が劣る内臓器組織とこの内臓器組織に付着、蓄積した導電性が悪い内臓脂肪組織が混在した複雑な構成のため、骨格筋組織層より内部の導電性はかなり劣るものと推測される。このため、単純に電流印加電極を腹周囲に配置したとしても、大半は、骨格筋組織層を通じた通電になり、電流密度分布も、骨格筋組織層に支配的な電位分布として表面計測電極から観測されることになる。さらに、電流印加電極の表面積または腹周囲方向への電極幅で印加電流密度の分布が決まり、電極直下の皮下脂肪組織層における電流密度が高い拡がり抵抗領域での情報の観測が支配的となってしまう。
【0008】
更に言えば、測定部位である体幹部は太短いため、電流印加電極直下の電流密度集中(広がり抵抗)領域の皮下脂肪組織層における感度が高くなり、さらに、骨格筋組織は脂肪組織に比べて導電性が相当高いことから、皮下脂肪組織層を通過した電流の大半が骨格筋組織層を介して対向する電流印加電極側に皮下脂肪組織層を通って戻るル−トを取り、結果的に、内部での電位分布はこの骨格筋組織層で大幅に歪められてしまう。よって、従来の方法では、測定される電位の大半は、皮下脂肪組織層の情報となってしまい、測定対象である内臓脂肪組織、即ち、内臓器組織およびその周囲に付着、蓄積する内臓脂肪組織への通電はほとんど期待できず、全インピ−ダンス計測区間の10%以下の極めて計測感度の低い情報しか捕捉出来ていないのである。
【0009】
これらの問題を回避するために、皮下脂肪組織層面積と相関性が高い腹囲長を推定式に組み込むことで、その推定誤差の拡大を防止する方法も考えられてはいるが、この方法はあくまで構成組織間の相関性による間接推定にほかならず、腹部中央に必要な通電感度を確保した計測法とは言いづらい。つまり、統計的相関デザインからずれる個々人の誤差は、保証出来ず、特に病的に皮下や内臓脂肪組織が多い場合や、中間の骨格筋組織層が多い/少ない場合などは顕著な誤差が生じ得る。尚、皮下脂肪組織層面積が腹囲長と相関性が高いのは、人間の体幹部は同心円状の組織配列デザインとなっており、皮下脂肪組織層は、最も外側の配置であるため、外周囲長と皮下脂肪組織層厚でその面積が決まることになるからである。
【0010】
体幹部に対しての電極配置にも通常は、四電極法が用いられる。この方法は、被験者の体内に電流を印加するとともに、印加電流によって被験者の測定部位区間に生じた電位差を測定して測定部位区間の生体電気インピーダンスを測定するというものである。体幹部のような太短い測定部位に四電極法を適用した場合、電流が広がり始めの電流密度集中(即ち、広がり抵抗領域)が、例えば、電流印加電極直下のため、皮下脂肪組織層付近で大きな電位差を生じ、電圧計測電極間で計測される電位差の大半を占めることになる。この広がり抵抗による影響を小さくするためには、電流印加電極と電圧計測電極間距離を十分確保する配置とすることが重要である。一般的な測定では、測定区間が長く電圧計測電極間距離が十分確保できる条件での測定であるため、いわゆるS/N感度(Nは広がり抵抗による影響(ノイズ)、Sは電圧計測電極間で計測される信号)は十分確保されるはずである。しかしながら、体幹部のような太短い測定部位の場合は、Nを小さくすべく、電流印加電極からの距離を確保しようとして電圧計測電極を遠ざけると、逆に、電圧計測電極区間距離が小さくなり、この結果、Sが小さくなって、結局、S/Nは悪くなってしまう。さらに、電流密度が高い広がり抵抗部は、皮下脂肪組織層部であり、厚みがある肥満傾向の被験者が一般的であるため、かなり大きなNとなってしまい、二重にS/Nが悪くなってしまう。このように、体幹部のような太短い測定部位に対して四電極法を用いる場合には、単に臍囲周上に電極を配置しただけでは、内臓脂肪組織への有用なS/N感度を確保することにかなり無理があると推測される。尚、S/Nに関しては、後述する実施例についての説明において更に詳述する。
【0011】
本発明者等は、これらの問題点を解消するため、導電性の悪い内臓器組織および内臓脂肪組織の領域においても測定に必要な感度を確保し、体幹部に蓄積される脂肪組織、特に、内臓器組織周辺に付着、蓄積する脂肪組織および皮下層に蓄積する皮下脂肪組織層情報を、切換えのみによって同時に測定可能とするため、四肢部と体幹部に電極を配置する方法および装置を開発してきた。
しかし、体幹部に電極を配置する以上、体幹部内部の組織構造は複雑であり、また測定対象が太短いためにスイートスポット(電極の最適位置)が狭く、そのため、電極が最適電極位置からずれると影響が大きいものと推測される。
【0012】
信頼性や有用性の高い計測を行うためには、体幹部に配置する電極の最適位置を見つけ出すことが必要となる。
【0013】
本発明者等は、体幹部上に電極を滑らせて、電極の最適位置を探索する方法を発明した。しかし、より簡便に自動的に電極の最適位置を探索する方法が望まれている。
また、簡便計測法として、コンシューマーにまで普及させるためにも、簡便な最適位置合わせ手段が必要である。
【0014】
本発明の目的は、体幹部に配置する電極について、複数の電極を配置し、その中から自動的に最適の電極を決定する方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の一つの観点によれば、体幹部に電流を流すため電流印加電極対に電流を印加し、電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、前記体幹部のインピーダンスを求め、体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める方法であって、
一方の電流印加電極である複数の電極からなるマルチ電極を体幹部に接触させ、他方の電流印加電極を前記一方の電流印加電極から離れた位置に配置し、
一方の電圧計測電極と他方の電圧計測電極を配置し、
前記マルチ電極を順に切換えながら、前記他方の電流印加電極との間に電流を印加し、前記電圧計測電極対でインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスを示す値の変化から、前記マルチ電極の中から最適の電極を決定し、
決定した最適の電極と前記他方の電流印加電極との間に電流を印加したとき、前記電圧計測電極対で測定したインピーダンスから、体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める体幹部内臓・皮下脂肪測定方法が提供される。
【0016】
本発明の一つの実施形態によれば、前記マルチ電極は、複数の細長い電極が隣接してアレー状に並んだアレー電極であることを含む。
【0017】
本発明の別の実施形態によれば、前記マルチ電極は、複数の小さい電極が縦横にマトリックス状に並んだマトリックス電極であることを含む。
【0018】
本発明の別の実施形態によれば、前記電極選択部は、隣接する複数の前記マルチ電極に同時に電流を印加しながら、電流を印加するマルチ電極を順に切換えていくことを含む。
【0019】
本発明の別の実施形態によれば、前記電圧計測電極対の各電圧計測電極を、前記マルチ電極と前記他方の電流印加電極から十分離れた位置に配置し、前記マルチ電極の切換えに伴う前記体幹のインピーダンスを示す値の変化から、前記マルチ電極の中から最適の電極を決定し、体幹部内臓脂肪組織情報を得ることを含む。十分離れた位置とは、体幹部でも、又は手足等の体幹部から突出した位置でも良い。
【0020】
本発明の別の実施形態によれば、前記他方の電流印加電極と前記各電圧計測電極を体幹部から突出した部位に配置することを含む。
【0021】
本発明の別の実施形態によれば、前記電圧計測電極対の一方の電圧計測電極を、体幹部に接触させた前記マルチ電極に近接して配置し、他方の電圧計測電極を前記マルチ電極と他方の電流印加電極から十分離して配置し、前記マルチ電極の切換えに伴う前記体幹部のインピーダンスを示す値の変化から、前記マルチ電極の中から最適の電極を決定し、体幹部皮下脂肪組織層情報を得ることを含む。
【0022】
本発明の別の実施形態によれば、前記他方の電流印加電極と前記他方の電圧計測電極を体幹部から突出した部位に配置することを含む。
【0023】
本発明の別の実施形態によれば、測定したインピーダンスが所定の値をとるとき、前記最適の電極であると判定することを含む。
【0024】
本発明の別の実施形態によれば、測定したインピーダンスが極大値又は極小値をとるとき、前記最適の電極であると判定することを含む。
【0025】
本発明の別の実施形態によれば、前記最適の電極の判定が終了したとき、ディスプレーに表示して報知することを含む。
【0026】
本発明の別の実施形態によれば、前記最適の電極の判定が終了したとき、ブザーで報知することを含む。
【0027】
本発明の別の観点によれば、体幹部に電流を印加するための電流印加電極対と、前記体幹部に生じた電位差を測定するための電圧計測電極対とを備え、前記電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、体幹部のインピーダンスを求め、それにより前記体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める装置であって、
一方の電流印加電極は、複数の電極からなるマルチ電極であり、
前記マルチ電極を順に切換えて他方の電流印加電極との間に電流を印加する切換部と、
前記電圧計測電極対で測定されたインピーダンスにより、前記マルチ電極の中から最適の電極を求める最適電極判定手段とを備え、
前記最適の電極と前記他方の電流印加電極との間に電流を印加したときに測定された前記電圧計測電極対の間のインピーダンスから、内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める体幹部内臓・皮下脂肪測定装置が提供される。
【0028】
本発明の一つの実施形態によれば、前記マルチ電極は、複数の細長い電極が隣接してアレー状に並んだアレー電極であることを含む。
【0029】
本発明の別の実施形態によれば、前記マルチ電極は、複数の小さい電極が縦横にマトリックス状に並んだマトリックス電極であることを含む。
【0030】
本発明の別の実施形態によれば、前記電極選択部は、隣接する複数の前記マルチ電極に同時に電流を印加しながら、電流を印加するマルチ電極を順に切換えていくことを含む。
【0031】
本発明の別の実施形態によれば、前記最適電極判定手段は、測定したインピーダンスが所定の値をとるとき、前記最適の電極であると判定することを含む。
【0032】
本発明の別の実施形態によれば、前記最適電極判定手段は、測定したインピーダンスが極大値又は極小値をとるとき、前記最適の電極であると判定することを含む。
【0033】
本発明の別の実施形態によれば、前記最適電極判定手段は、前記最適の電極を判定したとき、ディスプレーに表示して報知することを含む。
【0034】
本発明の別の実施形態によれば、前記最適電極判定手段は、前記最適の電極を判定したとき、ブザーで報知することを含む。
【0035】
本発明の別の観点によれば、体幹部に電流を印加するための電流印加電極対と、前記体幹部に生じた電位差を測定するための電圧計測電極対とを備え、前記電圧計測電極対に生じた電位差を測定することにより、体幹部のインピーダンスを求め、それにより前記体幹部の内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求める装置であって、
本体部と、前記本体部と電線で接続された一対のグリップ電極部とを備え、
少なくとも一方のグリップ電極部の体幹部に接触させるための接触面は、電流印加電極である複数の電極からなるマルチ電極を備え、
各グリップ電極部の手で把持するためのグリップ部は、電流印加電極と電圧計測電極のうち少なくとも一方を備え、
前記本体部は、前記マルチ電極を順に切換えて他の電流印加電極との間に電流を印加する切換部と、
前記電圧計測電極対で測定されたインピーダンスにより、前記マルチ電極の中から最適の電極を求める最適電極判定手段とを備え、
前記最適の電極と前記他の電流印加電極との間に電流を印加したときに測定された前記電圧計測電極対の間のインピーダンスから、内臓脂肪組織情報、及び/又は、皮下脂肪組織層情報を求めることができることを特徴とする体幹部内臓・皮下脂肪測定装置が提供される。
【0036】
本発明の一つの実施形態によれば、前記本体部の各々の側にグリップ電極部が屈曲可能に接続され、前記本体部と前記一対のグリップ電極部とは、一体となっている。
【0037】
本発明の別の実施形態によれば、前記本体部は体重計形であり、
前記本体部上面の両足を乗せる部分は、左足用の電流印加電極と電圧計測電極、及び右足用の電流印加電極と電圧計測電極を備える。
【0038】
本発明の別の実施形態によれば、前記マルチ電極は、複数の細長い電極が隣接してアレー状に並んだアレー電極である。
【0039】
本発明の別の実施形態によれば、前記マルチ電極は、複数の小さい電極が縦横にマトリックス状に並んだマトリックス電極である。
【0040】
本発明の別の実施形態によれば、前記電極選択部は、隣接する複数の前記マルチ電極に同時に電流を印加しながら、電流を印加するマルチ電極を順に切換えていく。
【0041】
本発明の別の実施形態によれば、各グリップ電極部の手で把持するためのグリップ部は、電流印加電極と電圧計測電極とを備える。
【0042】
本発明の別の実施形態によれば、前記グリップ電極部に設けられた前記マルチ電極に近接して、電圧計測電極が設けられている。
【発明の効果】
【0043】
本発明によれば、内臓器組織及び内臓脂肪組織からなる複合組織層への通電量及び感度を引き上げて、体幹部内臓脂肪組織を精度よく測定できると同時に皮下脂肪組織層も測定できる。また、ノイズとなる骨格筋組織層による電位の乱れによるN成分も、筋腹支配域を外す位置で電圧計測電極を配置することでS/N特性を改善できる。
【0044】
また、麻痺患者及び介護等によりベッド上で寝たきりの被験者においても、測定部を背中部を除く腹部前面とすることで、験者及び被験者が容易に測定を可能と出来る。更に、腹部への電極装着により、測定部位を被験者が意識できることによって、意識的拘束による測定精度の向上及びモチベ−ションの確保に有益となる。
【0045】
更に、内臓器組織付近に付着する内臓脂肪組織の蓄積具合を、簡単に精度良く測定することができる。
【0046】
更に、本発明によれば、小型で簡便な装置にて体幹部内臓脂肪組織や皮下脂肪組織層を精度よく測定できるので、家庭用として最適なものとすることもできる。しかも、測定前の腹部コンディションチェック、すなわち、内臓器組織等での炎症や病的な体液分布異常の早期チェック等も可能で、それに応じた適切な健康指針アドバイスも与えることができる。したがって、ユーザにとっては、食事および運動による日々のダイエットを適正に行い且つそのためのモチベーションを維持し、継続可能な健康の維持増進の自己管理をする上で役立つ諸情報を簡便な仕方で得ることができ、非常に有用なものとなる。
【0047】
更に、本発明によれば、複数の電極の中から最適の電極を自動的に認識し、最適の電極で測定することができるので、測定の信頼性が向上し、且つ簡単に測定することができる。
また、誰が測定しても、最適の電極位置で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0048】
本発明の実施の形態および実施例について詳細に説明する前に、体幹部の内臓脂肪組織量の測定原理について説明する。本発明は、基本的には、上肢(腕)、下肢(脚)、体幹部(体幹中部)等の四肢誘導法で得られるセグメント毎の生体電気インピーダンス情報と身体特定化情報を用いて、体幹腹部(中部)の内臓脂肪組織情報(横断面積量、体積量または重量)、体幹部内臓脂肪組織量と皮下脂肪組織量との比(V/S)、および皮下脂肪組織量と内臓脂肪組織量の合計脂肪組織量(体幹腹部脂肪組織量)を推定可能とする。
【0049】
本発明は、このため次のような手法を駆使する。
(1)体幹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。ここでは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)。
【0050】
(2)腹囲長が身体特定化情報として確保できる場合は、皮下脂肪組織量も、等価回路モデルに含めた、高精度モデルとして、皮下脂肪組織層と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。
【0051】
(3)皮下脂肪組織量推定は、身体特定化情報のうち腹囲長を主体的な説明変数とした重回帰式で構成されること。さらには、腹囲長の二乗を主体的説明変数と置くこと。
【0052】
(4)内臓器組織情報の確定は、身体特定化情報のうち、身長情報が主体的な説明変数とした重回帰式で構成し、内臓脂肪組織情報推定のための未確定情報の確定に用いる。
【0053】
(5)各組織を定量化するための重回帰分析(検量線作成手法)に用いる組織の基準測定は、臍位でのX線CT断層画像からの組織横断面積(CSA)やMRI法によるCSA及び体幹部全体でのDEXA法、MRI法(長さ方向へ、スライス毎の積分処理)を用いた組織体積量,重量(体積量から重量への変換は、先行研究による組織密度情報より算出可能)で実現できる。DEXA法では、腹部内臓脂肪組織と皮下脂肪組織層の合計の総脂肪組織情報を基準測定できる。
【0054】
(6)上記のような手法を用いて内臓脂肪組織の情報を高精度に捕捉可能とするためには、呼吸等による体幹部の計測インピーダンス情報の変動を一定条件値に置き換える手立てが必要となり、インピーダンス計測サンプリング周期を一般的な呼吸周期の1/2以内とし、呼吸変化を時系列的にモニタリングして、呼吸周期及び呼吸周期毎の最大値と最小値を呼吸周期毎に判別し、安静呼吸の中央値を捕捉可能とすること。
【0055】
(7)さらに、測定前の飲食及び膀胱尿の貯留などによる悪影響の事前チェックも、計測インピーダンス情報より可能とする。一般に、体幹部のインピーダンス値は、健康な一般的な被験者集団では、骨格筋組織層の情報が支配的に反映される。また、体幹部の骨格筋組織層の情報は、測定値としては非常に小さく個々人毎で大きな違いが認められない。理由は、地球重力下で自重を支えて発達する抗重力筋との相関の高いデザインとなるため、特別に寝たきりで重力の影響を受けない被験者とか、自重の数倍のストレスが加わる種目のアスリートなど、特殊な集団以外ではほぼ身体サイズで決定されてしまうためである。ここで、骨格筋組織層及び前記呼吸変動以外で体幹部のインピーダンスに影響が大きいのは、飲食及び膀胱尿の貯留などによる悪影響である。よって、集団デ−タとして体幹部のインピーダンス値を収集し、平均値[mean]と偏差[SD]で見ると、飲食及び膀胱尿の貯留などによる影響は、2SDを超える範囲にあることがわかった。ただ、ある程度のアスリート等の準一般的集団まで踏まえると、3SDをクライテリアとすることで、本影響のスクリーニングを可能と出来る。
【0056】
次に、前述したような手法に基づく本発明の測定原理につき、順を追って詳述していく。
【0057】
1.体幹部構成組織の電気的等価回路モデル化
(1)体幹部は、主として、皮下脂肪組織層と、骨格筋組織層(腹筋群,背筋群)と、内臓器組織とその隙間に付着する内臓脂肪組織から成ると考えることが出来る。骨組織を構成組織として挙げていないのは、骨組織は骨格筋組織層と量的相関が非常に高く、一体の組織体として考えられるからである。体積抵抗率も、生体内では骨髄組織なども含めることでかなり導電性が良く、骨格筋組織層や内臓器組織に近い特性を有するものと考えられる。よって、この4組織を電気的な等価回路モデルで表すと、内臓器組織と内臓脂肪組織を直列に構成し、その直列の合成組織に対して、皮下脂肪組織層および骨格筋組織層がそれぞれ並列に構成される。この等価回路モデルについては、後述する実施例についての説明において詳述する。このモデルによると、体幹部の長さ方向への通電に対しては、骨格筋組織層に支配的に電流が流れる。内臓脂肪組織は、内臓器組織の周辺の隙間に付着することから、内臓脂肪組織が無い時、または少ない時、内臓器組織が骨格筋組織層に近い導電性を示すことから、内臓器組織側にも電流が通電されることになる。また、内臓脂肪組織が多くなるほど、内臓器組織と内臓脂肪組織の複合体としての複合組織層への通電量が低下してゆくことになる。体幹部の計測インピーダンスと、それを構成する4組織を等価回路モデルで表した時のモデル式は、下記の様に表現できる。
Ztm = ZFS//ZMM//(ZVM+ZFV) ・・・式1
ここで、
体幹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、皮下脂肪組織層と同等かそれよりも、やや小さ目と考えられる。脂肪組織の合成分解が皮下脂肪組織層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。
【0058】
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、式1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2
となる。
【0059】
2.体幹部骨格筋組織横断面積量(AMM)と体幹部骨格筋組織層インピーダンス(ZMM)の推定
(2)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(X線−CT、MRI)法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。骨格筋組織層の横断面積量(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3
ここで、a、b、c、dは、定数である。
(3)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4
ここで、a0、b0は、定数である。
【0060】
3.内臓脂肪組織インピーダンス(ZFV)及び内臓脂肪組織量(AFV)の推定
式1、2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。
(4)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5
式5を変形すると、
1/Ztm ≒ 1/ZMM + 1/(ZVM+ZFV) ・・・式6
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6からZFVを誘導すると、次の式7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7
【0061】
(5)アプローチ2
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1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1を変形すると、
1/Ztm = 1/ZFS + 1/ZMM + 1/(ZVM+ZFV) ・・・式8
ZFV= 1/[ 1/Ztm−1/ZMM−1/ZFS] − ZVM・・・式9
【0062】
(6)内臓脂肪組織量(AFV)は、ここでは内臓脂肪組織横断面積として取り扱う。内臓脂肪組織組織量(AFV)は、式10において、上記インピーダンス情報と身長情報から算出することができ、
AFV=aa*H/ZFV+bb・・・式10
ここで、aa、bbは定数である。
【0063】
4.内臓器組織量[AVM]及び内臓器組織インピーダンス[ZVM]の推定
(7)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11
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。
【0064】
(8)次に、内臓器組織のインピーダンスZVMを推定する。
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12
ここで、a2、b2は、定数である。
【0065】
5.皮下脂肪組織量[AFS]の推定
(9)体幹部の皮下脂肪組織量[AFS]は、腹囲長の二乗[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[AFS] = a10*腹囲長[Lw]2+b10*身長[H]+ c10*体重[W]
+ d10*年齢[Age] + e10・・・式13
女性用: 皮下脂肪組織量[AFS] = a11*腹囲長[Lw]2+b11*身長[H]+ c11*体重[W]
+ d11*年齢[Age] + e11・・・式14
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。
【0066】
6.体幹部内臓脂肪/皮下脂肪比[V/S]の推定
(10)内臓脂肪/皮下脂肪比[V/S]は、式13、14からの皮下脂肪組織量[AFS]と式10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15
【0067】
7.体幹部(中部)のインピーダンスによる内臓器組織異常判定の考え方
(11)内臓脂肪組織量推定に必要な体幹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、体幹部の組織異常の判定も可能と出来る。
【0068】
(12)呼吸による変動の影響除去処理
(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ーダンス値を体幹部のインピーダンス値として登録し、測定を完了とする。
【0069】
(13)飲食及び膀胱等への水分貯留(尿等)による異常値判定処理
(a)体幹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臨んで貰う様促す。ただし、実際にこれらの影響なしに骨格筋組織層の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たりの値として規定値を規定する。
【0070】
次に、本発明の最適測定位置探索方法及び装置の特徴について説明する。
(1) 本発明者等は、体幹部上に電極を滑らせて、電極の最適位置を探索する方法を発明した。本発明は、電極を滑らせるのではなく、複数のマルチ電極を配列し、マルチ電極を順次切換えて測定した測定情報の中から、最適位置に位置する電極での測定情報を測定結果として選択することで、更に簡便に正確に測定することができる。
【0071】
(2) 電極を配置する領域としては、腱膜部、又は骨格筋層が薄い又は少ない領域、又は腱膜支配の領域とする。
【0072】
(3) 左右の腱膜部等の体幹腹部にある最適電極位置(スイートスポット)に対して、大体の位置を狙って電極を配置しても、全体の面積が大きいマルチ電極を用いるので、最適電極位置が十分マルチ電極の範囲内に入る。
【0073】
(4) 電極の配列は、1列のアレー状のアレー電極とすることができ、又は複数の行と列からなるマトリクス電極とすることもできる。
【0074】
(5) この細分化した電極のドライブを順次切換えて測定を実施し、最適電極位置での測定値を最適測定値として採用する最適電極判定手段を有する。
【0075】
(6) 内臓脂肪組織を測定するのに最も好ましい電極配置は、4つの電極のうち一方の電流印加電極のみを体幹腹部に配置し、他方の電流印加電極と2つの電圧計測電極を四肢部に配置することである。この配置により、体幹腹部のマルチ電極を細分化しても、電極相互間のクロストークの影響を最小限にとどめることができる。
【0076】
(7) 電流印加電極を小型化して、マルチ電極のピッチを細かくし、最適位置合わせ精度を上げることが好ましい。そのため、細分化したマルチ電極のうち複数の電極に同時に電流を印加する(複数の電極を同時に駆動する)ことで、必要な電極面積を得ることができる。そして、電流印加電極のシフトは、細分化されたマルチ電極のピッチで行うことで、拡がり抵抗の影響を回避しながら、最適の電極を簡単に精度良く見出すことができる。マルチ電極が、マトリックス電極の場合も、複数の電極を同時に駆動しながら電極を切換えていくことができる。
【0077】
次に、前述したような本発明の測定原理に基づいた、電極最適位置を探索し、体幹部内臓脂肪組織、及び/又は、皮下脂肪組織層を測定するための本発明の体幹部内臓・皮下脂肪測定方法及び装置の実施形態を説明する。
【0078】
図1は、本発明の第1の実施形態による体幹部内臓・皮下脂肪測定装置の概略斜視図である。図2は、図1の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置のグリップ電極を把持して、接触面の電極を体幹腹部に押し当てている状態を示す概略図である。図3は、体幹部内臓・皮下脂肪測定装置に含まれる本体部のブロック図である。
【0079】
図1に示すように、体幹部内臓・皮下脂肪測定装置1は、本体部11と、電線120L、120Rを介して本体部11に接続された2つのグリップ電極部130、140を備える。グリップ電極部130、140をそれぞれ左右の手に持って、それらを被験者の測定部位、例えば腹部に押し当てて測定する。
【0080】
本体部11の前面には、操作・入力部51と表示部52を有する操作表示パネル5と、報知ブザー22とが、設けられている。報知ブザー22は、例えば測定が終了したときブザー音を発生する。
【0081】
操作・入力部51は、身長、体重を含む身体特定情報の入力に使用することができ、操作表示パネル5の表示部52には、各種測定結果、アドバイス情報等が表示される。この操作表示パネル5は、操作・入力部51と表示部52とが一体となったタッチパネル式の液晶表示器として形成されてもよい。表示部52には、測定したインピーダンスを表示するようにしても良い。
【0082】
図3に示すように、本体部11の内部には、演算・制御部30、電源部18、記憶部(メモリ)4、印刷部31等が設けられている。演算・制御部30は、操作・入力部51から入力された身体目方特定情報(体重等)、計測したインピーダンス、前述した式等に基づいて、体幹部の内臓脂肪組織量、皮下脂肪組織量、内臓脂肪/皮下脂肪比等を演算したり、呼吸による変動の影響除去処理や、内臓器組織異常判定等の処理を行ったり、その他、各種の入出力、測定、演算等を行う。
【0083】
電源部18は、本装置の電気系統各部に電力を供給する。
記憶部4は、身長、体幹部長等の身体特定化情報や、前述した式等を記憶する他、後述するような健康指針アドバイスのための適当なメッセージ等も記憶する。
【0084】
印刷部31は、表示部52に表示される各種結果、アドバイス情報等を印刷する。
【0085】
本体部11のインピーダンス測定部は、被験者の測定部位に電流を印加するための電流印加電極10aと、電流印加のための複数のアレー電極A1〜n、被験者の測定部位における電位差を計測するための複数の電圧計測電極11a〜n、電流印加電極10aとアレー電極A1〜nの間に電流を供給する電流源12、使用態様に応じて所定の電圧計測電極11a〜nを選択するための電圧計測電極選択部20、アレー電極A1〜nを切換えるための切換部21Bを含む。また、測定された電位差を増幅する差動増幅器23、フィルタリングのためのバンドパスフィルタ24、検波部25、増幅器26、及び、A/D変換器27を含む。尚、電圧計測電極11a〜nの数は、使用態様に応じて決定されるものであり、特に限定されるものではない。アレー電極A1〜nの数も特に限定されるものではない。
【0086】
再度図1を参照すると、グリップ電極部130の体幹部に接触させるための接触面には、上段に、電流印加電極である複数のアレー電極A1〜nが設けられ、下段に、電圧計測電極11eが設けられている。
グリップ電極部140の体幹部に接触させるための接触面には、上段に、電流印加電極である複数のアレー電極A’1〜nが設けられ、下段に、電圧計測電極11fが設けられている。
グリップ電極部130の手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10cと電圧計測電極11cが設けられている。又は、電流印加電極10c、電圧計測電極11cのうち一方を設けることもできる。
グリップ電極部140の手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10dと電圧計測電極11dが設けられている。又は、電流印加電極10d、電圧計測電極11dのうち一方を設けることもできる。
【0087】
図2は、図1の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置のグリップ電極部を把持して、接触面の電極を腹部の腱膜部付近に押し当てて、測定を実施している状態を示す。
第1の実施形態では、内臓脂肪組織情報を得るための測定を実施することができる。アレー電極A1〜n(又はA’1〜n)を腱膜部付近に押し当てる。グリップ部の電流印加電極10c、10dの何れかと、接触面のアレー電極A1〜n(又はA’1〜n)の間に順に電流を流し、2つの電圧計測電極の間の電位差を検出する。2つの電圧計測電極は、グリップ部の電流印加電極10c、10dの何れか通電使用側と反対の腕側のグリップ部の電圧計測電極11c、11dの何れかと、グリップ電極部140の接触面にある電圧計測電極11f(アレー電極A’1〜nを使用するときは、グリップ電極部130の接触面にある電圧計測電極11e)を使用する。測定した電位差により、腱膜部に配置したアレー電極の中から最適の電極を決定する。次に、グリップ部の電流印加電極と最適の電極との間に電流を流し、電圧計測電極の間のインピーダンスを測定して、内臓脂肪組織情報を得ることができる。
電圧計測電極を任意に切換えて、インピーダンスを計測することができる。
【0088】
また、第1の実施形態では、アレー電極A’1〜nと電圧計測電極11fとが近接しているので、皮下脂肪組織層情報を得るための測定を実施することができる。一方のグリップ電極140の接触面にあるアレー電極A’1〜nと電圧計測電極11fとを腹部に押し当て、アレー電極A’1〜nを切換えながら、グリップ部の電流印加電極10c、10dの何れかとの間に電流を流し、電圧計測電極11fと他の電圧計測電極の間の電位差を検出する。他の電圧計測電極は、グリップ部の電流印加電極10c、10dの何れか通電使用側と反対の腕側のグリップ部の電圧計測電極11c、11dの何れか、又はグリップ電極部130の接触面にある電圧計測電極11eを使用する。測定した電位差により、アレー電極A’1〜nの中から皮下脂肪組織層測定のために最適の電極を決定する。最適の電極を決定した後、最適の電極と、他の電流印加電極との間に電流を流し、電圧計測電極11fと他の電圧計測電極の間の電位差を測定し、皮下脂肪組織層情報を得ることができる。
電流印加電極を任意に切換えて電流を印加し、電圧計測電極を任意に切換えて、インピーダンスを計測することができる。
【0089】
図4は、体幹部内臓・皮下脂肪測定装置に含まれる本体部の別の実施形態のブロック図である。別の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、アレー電極以外に、被験者の測定部位に電流を印加するための1つの電流印加電極10aだけではなく、n個の電流印加電極10a〜10nが設けられ、また使用態様に応じて電流印加電極10a〜10nを選択するための電流印加電極選択部21Aを含むことである。
【0090】
図5は、本発明の第2の実施形態による体幹部内臓・皮下脂肪測定装置の概略図である。第2の実施形態の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置は、左右のグリップ電極部130、140が、本体部11’と一体に接続されている。本体部11’と左右のグリップ電極部130、140との間は、屈曲可能に接続されていて、測定に人体の腹部の曲面にフィットするようになっている。本体部11’には、操作表示パネル5が設けられている。
各グリップ電極部130、140の体幹部に接触させるための接触面とグリップ部の電極配置は、第1の実施形態と同様である。即ち、グリップ電極部130の接触面には、上段に、電流印加電極である複数のアレー電極A1〜n、下段に、電圧計測電極(図示せず)が、設けてある。グリップ電極部130の手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10cと、電圧計測電極11cが設けられている。グリップ電極部140の接触面には、上段に、電流印加電極である複数のアレー電極A’1〜n、下段に、電圧計測電極(図示せず)が、設けてある。グリップ電極部140の手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10dと、電圧計測電極11dが設けられている。
【0091】
図6(a)は、本発明の第3の実施形態による体幹部内臓・皮下脂肪測定装置の概略図である。第3の実施形態の体幹部内臓・皮下脂肪測定装置は、本体部11と1つのグリップ電極部135とを備える。グリップ電極部135は、左右のグリップ部が一体となったものである。
グリップ電極部135の左手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10cと電圧計測電極11cが設けられている。又は、電流印加電極10c、電圧計測電極11cのうち一方を設けることもできる。
グリップ電極部135の右手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10dと電圧計測電極11dが設けられている。又は、電流印加電極10d、電圧計測電極11dのうち一方を設けることもできる。
グリップ電極部135の体幹部に接触させるための接触面には、複数のアレー電極A1〜n(電流印加電極)と、電圧計測電極11eとが設けられている。
【0092】
図6(b)は、第3の実施形態による体幹部内臓・皮下脂肪測定装置のグリップ電極を把持して、接触面の電極を腹部の腱膜部付近に押し当てて、測定を実施している状態を示す。
【0093】
図7(a)は、本発明の第4の実施形態による体幹部内臓・皮下脂肪測定装置の概略図である。第4の実施形態では、体幹部内臓・皮下脂肪測定装置は体重計形の本体部11と、引き出し可能なグリップ電極部130、140とが、それぞれ電線120L、120Rで、接続されている。
グリップ電極部130の左手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10cと電圧計測電極11cとが設けられている。又は、電流印加電極10c、電圧計測電極11cのうち一方を設けることもできる。
グリップ電極部140の右手で把持するためのグリップ部には、電流印加電極10dと電圧計測電極11dが設けられている。又は、電流印加電極10d、電圧計測電極11dのうち一方を設けることもできる。
図7(b)に一方のグリップ部140の拡大図を示す。一方のグリップ電極部140の一端部には、体幹部に押し付け電流を印加するためのアレー電極A1〜nが設けられている。
本体部11の上面には、左足用の電流印加電極10aと、電圧計測電極11a、右足用の電流印加電極10bと、電圧計測電極11bとが設けられている。また、操作表示パネル5が設けられている。
【0094】
第4の実施形態では、まず、一方のグリップ電極部140の先端部のアレー電極A1〜nを腹部に押し当てて、電流印加電極10a〜dの何れか1つと、アレー電極A1〜nの間に順に電流を印加し、2つの電圧計測電極間の電位差を検出し、アレー電極の中から最適の電極を決定する。決定した最適の電極と、他の電流印加電極との間に電流を印加し、内臓脂肪組織情報を得るための測定を実施する。
電流印加電極を任意に切換えて電流を印加し、電圧計測電極を任意に切換えて、電位差を計測することができる。
図7には示さないが、アレー電極A1〜nに近接して電圧計測電極を設ければ、皮下脂肪組織情報を得るための測定を実施することができる。
【0095】
これら電流印加電極10と電圧計測電極11は、SUS材及び樹脂材表面を金属めっき処理等して実現されていてもよい。このタイプの電極は、金属電極表面に、保水性高分子膜をコ−ティングすることで、測定前に水分をふきつけるか、水にぬらして使用する。水にぬらすことにより、皮膚との電気的接触の安定性を確保することができる。
また、粘着性貼り付けタイプの電極を用いることもできる。これは交換可能な粘着パッドを各電極のベ−ス電極面に貼り付けて皮膚との接触安定性をよくするものである。このタイプは、例えば、低周波治療器や心電図電極等でよく用いられており、測定後に取り外して廃棄するディスポーザブルのものと、繰り返し使用するものとがある。
【0096】
次いで、図8を参照して、本装置にて用いられる四肢誘導法による各種の身体部位間の生体インピーダンスの測定のうち、特に、体幹部インピーダンスを測定する場合の電極配置の態様を説明する。
【0097】
図8の(A)は、右手−右足間に通電し、左手−左足間にて電位差測定することにより、体幹部インピーダンスを測定する場合を示している(右上肢部と右下肢部間通電ルート体幹腹部生体インピーダンスZtmrrを示している)。この場合において、右手電流印加電極10dと右足電流印加電極10bとが電流印加電極として使用され、左手電圧計測電極11cと左足電圧計測電極11aとが電圧計測電極として使用される。
【0098】
図8の(B)は、左手−左足間に通電し、右手−右足間にて電位差測定することにより、体幹部インピーダンスを測定する場合を示している(左上肢部と左下肢部間通電ルート体幹腹部生体インピーダンスZtmllを示している)。この場合において、左手電流印加電極10cと左足電流印加電極10aとが電流印加電極として使用され、右手電圧計測電極11dと右足電圧計測電極11bとが電圧計測電極として使用される。
【0099】
図8の(C)は、右手−左足間に通電し、左手−右足間にて電位差測定することにより、体幹部インピーダンスを測定する場合を示している(右上肢部と左下肢部間通電ルート体幹腹部生体インピーダンスZtmrlを示している)。この場合において、右手電流印加電極10dと左足電流印加電極10aとが電流印加電極として使用され、左手電圧計測電極11cと右足電圧計測電極11bとが電圧計測電極として使用される。
【0100】
図8の(D)は、左手−右足間に通電し、右手−左足間にて電位差測定することにより、体幹部インピーダンスを測定する場合を示している(左上肢部と右下肢部間通電ルート体幹腹部生体インピーダンスZtmlrを示している)。この場合において、左手電流印加電極10cと右足電流印加電極10bとが電流印加電極として使用され、右手電圧計測電極11dと左足電圧計測電極11aとが電圧計測電極として使用される。このような四肢誘導法による各種の身体部位間の生体インピーダンスの測定における電極切換えは、被測定者(ユーザ)が各電極にタッチした状態において、演算兼制御部7により制御のもとで、電流印加電極切換部21Aおよび電圧計測電極切換部20によって行われる。
【0101】
図9は、体幹腹部(中部)の構造を模式的に示す図であり、体幹腹部を構成する組織は、皮下脂肪組織層(FS)、骨格筋組織層(MM)、内臓器組織(VM)、その隙間に付着する内臓脂肪組織(FV)と考えることができる。体幹部へ通電する場合には、骨格筋組織層へ大半の電流が通電すると考えられる。何故ならば、骨格筋組織層の電気導電性が他の組織に比べて良いからである。内臓器組織は、内臓脂肪組織と直列に考えられ、内臓脂肪組織の大小により、通電量の変化を期待できることがわかる。
【0102】
図10は、図9の体幹腹部の構造を電気的等価回路として表したもので、皮下脂肪組織層を省略して考えた簡略化体幹腹部等価回路を示しており、前述した(4)におけるアプローチ1の手法にて考慮される体幹腹部等価回路である。また、図11は、同様に、図9の体幹腹部の構造を電気的等価回路として表したもので、皮下脂肪組織層を省略せずに考えた体幹腹部の等価回路を示しており、(5)におけるアプローチ2の手法にて考慮される体幹腹部の等価回路である。なお、これらの図において使用されている符号は、前述したとおり、Ztmは、体幹中部全体のインピーダンス、ZFSは、皮下脂肪組織層のインピーダンス、ZMMは、骨格筋組織層のインピーダンス、ZVMは、内臓器組織のインピーダンス、ZFVは、内臓脂肪組織のインピーダンスをそれぞれ示している。そして、前述したとおり、図10の等価回路においては、
Ztm ≒ ZMM//(ZVM+ZFV)の関係式が成り立ち、
図11の等価回路においては、Ztm = ZFS//ZMM//(ZVM+ZFV)の関係式が成り立つ。
【0103】
<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>
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。
【0104】
図12は、図9に示された体幹部の模式図を臍高さにおける腹囲周横断面にてモデル化した図である。この図に示すように、体幹部断面は、最も外側にある皮下脂肪組織層(FS)と、そのすぐ内側にある骨格筋組織層(MM)と、最も内側にある内臓器組織(VM)とそれに取り巻く内臓脂肪組織(FV)を含む。
【0105】
図13は、図12に示された模式図を更に電気的な等価回路として表したものである。例えば、電流印加電極10e、10fにおいて電流(I)を印加し、電圧計測電極11e、11fで電位差(V)を測定するものとした場合、この等価回路における電気抵抗は、主として、臍前後付近の皮下脂肪組織層のインピーダンス(ZFS1、ZFS2)と、腹周囲の皮下脂肪組織層のインピーダンス(ZFS0)と、臍の左右各側の骨格筋組織層のインピーダンス(ZMM1、ZMM2)と、臍前後付近の内臓脂肪組織のインピーダンス(ZFV1、ZFV2)、更に、体幹部中心付近の内臓器組織のインピーダンス(ZVM)として現れる。
【0106】
図14に、図13を更に簡略化した回路を示す。ZFS1とZFS2は略同じ大きさと考えられるため、ここでは、それらを同値のZFSとして表し、また、ZMM1とZMM2、或いは、ZFV1とZFV2は、それぞれ、ZMM、ZFVとして表している。また、導電性が他の領域に比べて著しく低いと考えられるZFS0は省略した。これを省略できる点は、前述した「1.体幹部構成組織の電気的等価回路モデル化」(1)の記載から明らかであろう。
【0107】
次に、図15を参照して、四電極法における電極間距離と広がり抵抗の関係を説明する。図15は、電極間距離と広がり抵抗の関係を示したものである。図中、丸い点線で囲った部分30は広がり抵抗領域を示す。電流印加電極からの電流は、印加後に徐々に被験者の体内に広がるが、印加直後の領域、即ち、広がり抵抗領域においては、それほど大きくは広がっておらず、このため、これらの領域では電流密度が他の領域に比べて非常に高くなる。したがって、電流印加電極10e、10fと電圧計測電極11e、11fをあまりに接近させて配置した場合には、電圧計測電極11e、11fにおいて測定される電位差は広がり抵抗領域における電流の影響を大きく受けてしまう。
【0108】
例えば、前述した式2より明らかなように、臍付近における皮下脂肪組織層のインピーダンス(ZFS)と、腹周囲における皮下脂肪組織層のインピーダンス(ZFS0)、骨格筋組織層のインピーダンス(ZMM)、内臓脂肪組織のインピーダンス(ZFV)、及び、体幹部中心付近の内臓器組織のインピーダンス(ZVM)の間には、
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位差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。
【0109】
広がり抵抗の影響を小さくするには、電流印加電極と電圧計測電極の間の距離を大きくする必要がある。例えば、I−V電極間距離を10cm程度確保して配置した場合の電位差計測インピーダンスΣZ2は、
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。
【0110】
この広がり抵抗の影響を詳細に検討するため、図16に示すように、電極11e、11f、11g、11hにおけるI−V電極間及びV−V電極間相互の距離が各々1/3程度になるよう10cm程度確保して配置した場合を考える。ただし、電極10e、11eや、電極10f、11hは、前記I−V電極間距離がほとんど無い近接配置とする。この場合の電位差計測インピーダンスΣZ3は、
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(電位差)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。
【0111】
また、ほとんどの電流は骨格筋組織層で支配的に通電されるため、内臓器組織と内臓脂肪組織の複合組織層への通電感度を十分に確保することはできない。即ち、骨格筋組織層に流れる電流をI1、測定対象である内臓器組織と内臓脂肪組織の複合組織層に流れる電流をI2とすれば、
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、電流印加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。
【0112】
本発明によれば、皮下脂肪組織層情報のみならず、内臓脂肪組織情報をも互いに分離した情報として同時に計測することができる。本発明の装置は、内臓脂肪組織を計測するための電圧計測電極と、皮下脂肪組織層を計測するための電圧計測電極の双方を有し、これらの電極配置を切換手段で選択的に切換えることによって、内臓脂肪組織情報と皮下脂肪組織層情報の双方を計測することもできる。両方同時計測の目的は、呼吸等による測定中の変動誤差要因を呼吸の変動より速いサンプリングタイミングで計測する等、両測定を同じ環境で同時に測定することでその誤差要因を相対的に除去可能とすることにある。よって、呼吸以外に心拍その他の体動等による影響も考えられる。スピ−ドを早くする以外に、同一測定環境でのスム−ジング処理等でも、同様の目的を達することが出来る。
【0113】
次に、本発明による、体幹部内臓・皮下脂肪組織測定を行なうための、基本的な考え方について簡単に説明する。
【0114】
本発明では四電極法の考え方を用いる。四電極法で用いる基本的な4電極に関して、これらのうち、通電に必要な電流印加電極側の一方は、体幹部から突出する四肢部または頭部(例えば、頭部の耳部にクリップ電極部として挟んで装着など)の何れかに配置するものとし、他方の電流印加電極は体幹腹部に配置するものとする。この構成によれば、例えば、耳部にクリップ電極部として装着して体幹部との間での測定を行うことができるため、寝たきりで両手が不自由な被験者の測定も可能である(この場合、耳クリップ電極部は、例えば、装置本体からリード線で引き出される形態にしてもよい)。また、本発明によれば、体幹部に配置する電極は、電流印加電極の一方のみとし、他の電極、つまり電圧計測電極は、二つとも他方の電流印加電極配置以外の残りの四肢部または頭部に配置するようにしてもよい。ここでは、Organらの誘導法を応用した新誘導法を導入することもできる。この方法によれば、体幹腹部に配置する電流印加電極を一方のみにすることで、体幹腹部へ配置する電圧計測電極側への制約が大幅に改善することができる。
【0115】
本発明では、体幹腹部の内臓脂肪組織及び皮下脂肪組織層情報を簡便に測定するために、体幹部への通電を簡便にする。例えば、皮下脂肪組織層を測定するに際しては、測定対象とする体幹腹部に他方の電流印加電極を配置し、その電極直下の広がり抵抗成分を計測するための電圧計測電極配置として、電流印加電極に近接して電圧計測電極の一方を配置する。他方の電圧計測電極は、電流印加電極からの広がり抵抗の影響を受けない程度までの距離を確保して配置した電圧計測電極との間で得られる電位差から、皮下脂肪組織層(厚)の情報を確保する。この他方の電圧計測電極は、体幹腹部に配置されても良いし、Organらの誘導法を応用した新誘導法により、四肢部に配置されても良い。
【0116】
皮下脂肪組織層計測時の電圧計測電極配置では、体幹部に配置されている電流印加電極から電極直下の広がり抵抗の影響を支配的に受ける近接位置に配置し、他方をほぼ無視できる程度の距離を確保して電極を配置する。両電極とも臍囲周近辺上としても良いし、一方を体幹部長手方向としても良い。
【0117】
尚、臍囲周上の皮下脂肪組織厚分布は、部位によって個人差があるため、個々人で特徴を有する複数部位の計測情報を確保できる方が皮下脂肪組織量推定精度向上に有利である。四肢部および頭部に配置される一方の電流印加電極と対応する体幹部側に配置される電流印加電極を臍囲周近辺上に複数配置し、その電流印加電極直下の皮下脂肪組織層情報を計測可能とする電圧計測電極を必要数分配置する。
【0118】
本発明では、内臓脂肪組織を測定するに際しては、測定対象とする体幹腹部への他方の電流印加電極の配置を、体幹腹部を構成している骨格筋組織層を除いた通電性の悪い腱膜部(骨格筋との結合組織)とすることで、四肢部および頭部からの通電電流が体幹部表面の骨格筋組織層支配となることを回避し、深部の内臓器組織+内臓脂肪組織の複合組織層への通電電流比率を改善し、内臓脂肪組織の推定感度向上を可能とする。
【0119】
更に詳細に説明すると、ここでは、
1)体幹部からの突出部(例えば、四肢部や頭部)に通電用電流印加電極の一方を配置し、他方は、体幹腹部に配置する。
2)他方は、体幹腹部の骨格筋組織層上の筋腹部を除く腱膜部に配置する。
3)最適な腱膜部は、左右の腹直筋と外腹斜筋の結合区間とする。
4)上肢部および頭部より電流を印加する場合は、前記腱膜部内の臍囲周近辺に他方の電流印加電極を配置する。
5)下肢部より電流を印加する場合は、前記腱膜部内の臍囲周より上肢部寄りの大隔膜寄りの近辺域に他方の電流印加電極を配置する。
6)体幹部に配置する電極は、電流印加電極の一方のみで、他の電極、つまり電圧計測電極は、二つとも他方の電流印加電極配置以外の残りの四肢部または頭部に配置することが出来る。ここでも、Organらの誘導法を応用した新誘導法を導入することができる。
【0120】
図17、図18は、体幹腹部の内臓脂肪組織情報を得る場合に、電流印加電極を移動させながら電流印加電極の最適位置を探索する状態を示す概略図である。
【0121】
図17(a)は、電流Iを印加するため、臍A周囲の体幹部の右側腱膜15R付近に一方の電流印加電極10eを設け、他方の電流印加電極10dを、体幹部から十分離れた右上肢側、例えば、右手の掌部に設ける。電位差Vを計測するため、一方の電圧計測電極11cを、左上肢側、例えば、左手の掌部に設け、他方の電圧計測電極11bを、右下肢部、例えば右足裏部に配置する。上肢部又は下肢部に電圧計測電極を設けた場合の、体幹部上の仮想電極位置をSAで示す。
この状態で、電流印加電極10eを腱膜付近の体幹腹部に接触させて矢印で示すように臍囲周上を横方向に移動させながら、電流印加電極10dと10eの間に電流を印加し、電圧計測電極11bと11cの間でインピーダンスを測定して、内臓脂肪組織情報を得る。
【0122】
図17(b)は、一方の電流印加電極10eの体幹腹部上の位置と、インピーダンスの関係を示す図である。腱膜部では右外側斜筋と腹直筋の部分よりインピーダンスが高い。一方の電流印加電極10eを体幹腹部上に移動させながらインピーダンスを測定する。インピーダンスの高い位置が腱膜部の位置であると容易に特定することができる。
こうして、電流印加電極10eを確実に腱膜部に位置決めすることができる。
【0123】
また、図18(a)は、電流Iを印加するため、体幹部の右側腱膜15Rに一方の電流印加電極10eを設け、他方の電流印加電極10bを体幹部から十分離れた右下肢側、例えば、右脚の足裏部に設ける。電位差Vを計測するため、一方の電圧計測電極11aを、左下肢側、例えば、左脚の足裏部に設け、他方の電圧計測電極11cを、体幹部から十分離れた左上肢側、例えば、左手の掌部に設ける。この状態で、電流印加電極10eを腱膜付近の体幹腹部に接触させて矢印で示すように腱膜付近を縦方向に移動させながら、インピーダンスを測定する。
【0124】
図18(b)は、一方の電流印加電極10eの体幹側部上の位置と、インピーダンスの関係を示す図である。上部の外腹斜筋よりその下の腱膜部分は、インピーダンスが高く、その下の骨盤部腸骨部分は更にインピーダンスが高いことが分る。一方の電流印加電極を体幹腹部上に移動させながら測定する。インピーダンスが所定の一定の値になる位置が腱膜部の位置であると容易に特定することができる。こうして、電流印加電極10eを確実に腱膜部に位置決めすることができる。
【0125】
図19は、体幹腹部の皮下脂肪組織層情報を得る場合に、一体化された電流印加電極と電圧計測電極を手で持ち移動させながら、電極の最適位置を探索する状態を示す概略図である。
図19(a)は、電流Iを印加するため、体幹腹部の臍Aの高さに一方の電流印加電極10eを設け、他方の電流印加電極10bを体幹部から十分離れた右下肢側、例えば、右脚の足裏部に設ける。電位差Vを計測するため、一方の電圧計測電極11aを、左下肢側、例えば、左脚の足裏部に設け、他方の電圧計測電極11fを、体幹腹部の電流印加電極10eに近接させて配置し、皮下脂肪組織層情報を得る電極配置を示す。この状態で、電流印加電極10eと電圧計測電極11fとを体幹腹部に接触させて矢印で示すように臍高さで横方向に移動させながら、電流印加電極10bと10eの間に電流を印加して、電圧計測電極11aと11fでインピーダンスを測定する。
【0126】
図19(b)は、臍位置の横断面の模式図である。皮下脂肪組織層は、臍穴部近辺では殆どなく、腹囲前部で極大となり、腱膜部では少なくなり、背部に極大となる部分があり、背骨の位置では少なくなる。図19(c)は、電流印加電極10eと電圧計測電極11fを体幹腹部の臍囲の高さで臍Aから図19(b)の矢印で示す方向へ移動する場合の電極位置と、インピーダンスとの関係を示す図である。図19(d)は、電極位置と、皮下脂肪組織層の分布との関係を示す図である。これらの図から、インピーダンスと脂肪厚さは相関関係があることが分る。インピーダンスは、腹囲前部の皮下脂肪厚の最大部で最大になり、極小を経て、背部の皮下脂肪組織層の厚さの最大部で極大値となり、背骨に向かって減少していく。
電流印加電極10eと電圧計測電極11fを体幹腹部上に移動させながらインピーダンスを測定する。インピーダンスが最も高くなった位置が皮下脂肪組織層の厚さ最大部であり、最も低くなった位置が、皮下脂肪組織層の厚さ最小部であると容易に特定することができる。このようにして、皮下脂肪組織層の厚さの最大部と最小部を容易に見つけ出すことができる。
【0127】
次に、図20〜24を用いて、電流印加電極を手で持ち、体幹腹部上を移動させながら測定するのではなく、本発明により電流印加電極であるマルチ電極を順に切換えて、最適な測定位置にある電流印加電極を求める方法を説明する。
図20は、電流印加電極であるマルチ電極がアレー電極A1〜8であり、アレー電極を腱膜部に配置した状態を示す。アレー電極A1〜8を切換えながら、右手に配置した電流印加電極10dとの間に電流を印加し、右足の電圧計測電極11bと、左手の11cとでインピーダンスを測定する。アレー電極A1〜8の中から、インピーダンスが最も高いときの電極を最適の電極として選択することができる。アレー電極の電極数は、8個に限定されない。
【0128】
図21は、別の電極配置を示す。右足の電圧計測電極11bの代わりに腹部の電圧計測電極11eが設けられている。他の電極配置は、図20の電極配置と同じである。電圧計測電極11eは、アレー電極A1〜8に近接して設けられているので、この電極配置は皮下脂肪組織層情報を得るのに適している。
【0129】
図22に示す実施形態では、マルチ電極は、横8列、縦3列のマトリックス状に配置されたマトリックス電極であり、縦横に電流印加電極を切換えることができる。そのため、2次元の面内で最適の電極を選択することができる。他の電極配置は図19の実施形態と同様である。マトリックス電極の縦横の数は、図示したものに限定されない。
【0130】
図23は、図20の実施形態で、切換部21Bにより、アレー電極A1〜8を順に切換える状態を示す。ドライブ1で電極A1〜A3に電流を印加し、ドライブ2で電極A2〜A4に電流を印加し、順次電流を印加する電極をずらせていく。ドライブ7で電極A1〜A3に戻って電流を印加する。本実施形態では、同時に3つの電極に電流を印加するが、同時に電流を印加する電極の数は、これに限定されない。また、電極の切換え方は、図示したものに限定されない。
【0131】
図24は、図22の実施形態で、マトリックス電極A1〜8、B1〜8、C1〜8を順に切換える状態を示す。切換部21Bは、行の切換部21aと列の切換部21bを備え、マトリックス状に配置された電極の行と列を順に切換えることができる。ドライブ1で電極A1〜3、B1〜3に電流を印加し、ドライブ2で電極A2〜4、B2〜4に電流を印加し、順次電流を印加する電極をずらせていく。ドライブ7で電極B1〜3、C1〜3に電流を印加し、順次電流を印加する電極をずらせていく。ドライブ13でもとに戻ってドライブ1と同様に電流を印加する。本実施形態では、同時に2×3の6つの電極に電流を印加するが、同時に電流を印加する電極の行と列の数は、これに限定されない。また、電極の切換え方は、図示したものに限定されない。
【0132】
<電極配置位置の組み合わせ>
次に、図25乃至図30を参照して、本発明のマルチ電極を使用することができる四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置による脂肪組織、ここでは特に、内臓脂肪組織を測定するための電極配置を説明する。本発明によれば、体幹部に配置する電流印加電極のうち1つをマルチ電極とすることが出来る。
【0133】
図25A乃至Cに、通電用の電流印加電極の一方を(グリップ電極部として)掌部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、その他2つの電圧計測電極対を体幹腹部上に配置する電極配置を示す。
【0134】
図25Aは、特に、右腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I1を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10dを(グリップ電極部として)右手の掌部に設け、腹部用のものとして体幹腹部内(腱膜上)に他方の電流印加電極10eを設け、更に、電位差V1、V1’を計測するため、電圧計測電極対11e、11gと電圧計測電極対11f、11gを、体幹腹部上にそれぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。特に、電圧計測電極11fは、臍囲周上の電流印加電極10eから、広がり抵抗の影響が回避できる距離以上を確保でき、また、同等電位が計測できる位置であればどこに配置されていてもよい。尚、電位差V1、電位差V1’のいずれによっても、略同じ測定結果を得ることができる。
【0135】
図25Bは、電流I2を印加して電位差V2、V2’を計測するための、左腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、図46Aとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0136】
図25Cは、図25A、Bを組み合わせた両腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I3を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10dを(グリップ電極部として)右手の掌部に設け、さらに、電流印加電極対の一方の電流印加電極10cを(グリップ電極部として)左手の掌部に設け、腹部用のものとして体幹腹部内(腱膜上)に他方の電流印加電極10eを設け、更に、電位差V3、V3’を計測するため、電圧計測電極対11e、11gと電圧計測電極対11f、11gを、体幹腹部上にそれぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0137】
図26D乃至Fに、通電用の電流印加電極の一方を(フット電極部として)足裏部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、その他2つの電圧計測電極対を体幹腹部上に配置する電極配置を示す。
【0138】
図26Dは、特に、右脚部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I4を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10bを(フット電極部として)右脚の足裏部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V4、V4’を計測するため、電圧計測電極対11f、11gと電圧計測電極対11e、11gを、体幹腹部上にそれぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0139】
また、図26Eは、電流I5を印加して電位差V5、V5’を計測するための、左脚部−体幹腹部通電計測に関するものであって、図20Dとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0140】
図26Fは、図26D、Eを組み合わせた両脚−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I6を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10bを(フット電極部として)右脚の足裏部に設け、さらに、電流印加電極対の一方の電流印加電極10aを(フット電極部として)左脚の足裏部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V6、V6’を計測するため、電圧計測電極対11e、11gと電圧計測電極対11f、11gを、体幹腹部上にそれぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0141】
図27G乃至Iに、頭部耳部に通電用の電流印加電極の一方を(耳たぶ等に挟むクリップ電極部として)設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、1つ又は複数の電圧計測電極対を体幹腹部上等に配置する電極配置を示す。
【0142】
図27Gは、特に、右耳部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I7を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10fを(耳たぶ等に挟むクリップ電極部として)右側の頭部耳部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V7を測定するため、電圧計測電極対11e、11fを体幹腹部上に、それぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0143】
また、図27Hは、電流I8を印加して電位差V8を測定するための、左耳部−体幹腹部通電計測に関するものであって、図27Gとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0144】
図21Iは、図21のG、Hを組み合わせた、Organらの誘導法による右耳部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I7を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10fを(耳たぶ等に挟むクリップ電極部として)右側の頭部耳部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V9、V9’、V9”、V9’”を測定するため、電圧計測電極対11e、11d、11cと電圧計測電極対11f、11d、11cを、体幹腹部上にそれぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0145】
図28J、Kに、通電用の電流印加電極の一方を(グリップ電極部として)掌部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、2つの電圧計測電極対の一方を電流印加電極と左右対向する掌部に(グリップ電極部として)設け、他方を体幹腹部上に配置する電極配置を示す。
【0146】
図28Jは、特に、Organらの誘導法による右腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I1を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10dを(グリップ電極部として)右手の掌部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V10、V10’を計測するため、電圧計測電極対それぞれに共通する一方の電圧計測電極11cを電流印加電極10dと左右対向する掌部に(グリップ電極部として)設け、2つの電圧計測電極対のうちの他方の電圧計測電極11e、11fを、体幹腹部上に、それぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0147】
図28Kは、電流I2を印加して電位差V11、V11’を計測するための、Organらの誘導法による左腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、図28Jとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0148】
図29L、Mに、通電用の電流印加電極の一方を(フット電極部として)足裏部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、2つの電圧計測電極対の一方を電流印加電極と左右対向する足裏部に(フット電極部として)設け、他方を体幹腹部上に配置する電極配置を示す。
【0149】
図29Lは、特に、Organらの誘導法による右脚部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I4を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10bを(フット電極部として)右脚の足裏部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V12、V12’を計測するため、電圧計測電極対それぞれに共通する一方の電圧計測電極11aを電流印加電極10bと左右対向する足裏部に(フット電極部として)設け、2つの電圧計測電極対のうちの他方の電圧計測電極11e、11fを、体幹腹部上に、それぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0150】
また、図29Mは、電流I5を印加して電位差V13、V13’を計測するための、Organらの誘導法による左脚部−体幹腹部通電計測に関するものであって、図23Lとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0151】
図30N乃至Rに、通電用の電流印加電極の一方を四肢部(及び頭部)のいずれか1箇所に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、2つの電圧計測電極対の一方を前記四肢部の1箇所に設けた電流印加電極と左右対向する四肢部に設け、他方を電流印加電極を設けていない上下肢の対向する左右二肢側の電極間を電気的にショートさせて配置する電極配置を示す。
【0152】
図30Nは、特に、Organらの誘導法による右腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I1を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10dを(グリップ電極部として)右手の掌部に設け、他方の電流印加電極10e(左側)と10f(右側)を臍Aを中心とした左右各側に設け、更に、前記電流印加に対する共通の電位差V14を計測するため、電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11cを電流印加電極10dと左右対向する掌部に(グリップ電極部として)設け、他方の電圧計測電極11a、11bを電気的にショートさせて、左右の脚の足裏部に(フット電極部として)配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0153】
また、図30Oは、電流I2を印加して電位差V15を計測するための、Organらの誘導法による左腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、図30Nとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0154】
図30Pは、Organらの誘導法による右耳部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I7を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10h(左側)又は10g(右側)を(耳たぶ等に挟むクリップ電極部として)左右各側の頭部耳部に設け、これらにそれぞれ対応して、他方の電流印加電極10f(左側)又は10c(右側)を体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V16、16’を測定するため、一方の電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11dを右手の掌部に、他方の左右脚電圧計測電極11bと11aを電気的にショートして足裏部に、また、他方の電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11cを左手の掌部に、他方の左右脚電圧計測電極11bと11aを電気的にショートして足裏部に、それぞれ配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0155】
図30Qは、Organらの誘導法による右脚−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I4を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10bを(フット電極部として)右脚の足裏部に設け、他方の電流印加電極10e、10fを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、V17を計測するため、電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11aを左脚の足裏部に(フット電極部として)設け、他方の左右の掌部の電圧計測電極11c、11dを電気的にショートして配置して、内臓脂肪組織を測定する電極配置を示す。
【0156】
図30Rは、電流I5を印加して電位差V18を計測するための、Organらの誘導法による左脚−体幹腹部通電計測に関するものであって、図30Nとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0157】
更に、図31乃至図34を参照して、マルチ電極を使用することが出来る四肢と体幹部組み合わせ電極配置による脂肪組織、ここでは特に、皮下脂肪組織層を計測するための電極配置を説明する。本発明によれば、体幹部に配置する電流印加電極のうち1つをマルチ電極とすることが出来る。
【0158】
図31S乃至Uに、通電用の電流印加電極の一方(グリップ電極部)を掌部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、その他2つの電圧計測電極対を体幹腹部上に配置する誘導法を示す。
【0159】
図31Sは、特に、右腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I1a、I1bを印加するため、共通する電流印加電極対の一方の電流印加電極10dを(グリップ電極部として)右手の掌部に設け、他方の電流印加電極10e(右側)、10f(左側)を腹部用のものとして体幹腹部内(腱膜上)の臍Aを中心とした左右各側に設け設け、更に、電位差V1、V1’を計測するため、電圧計測電極対それぞれに共通する一方の電圧計測電極11eを電流印加電極10e、10fから十分離して体幹腹部上に設け、2つの電圧計測電極対のうちの他方の電圧計測電極11f(右側)、11g(左側)をそれぞれ、電流印加電極10e、10fに近接させて配置して、皮下脂肪組織層を、或いは、皮下脂肪組織層と内臓脂肪組織を選択的に測定する電極配置を示す。
【0160】
図31Tは、電流I2a、I2bを印加して電位差V2a、V2a’を計測するための、左腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、図31Sとは、電極の配置位置を左右対称としたものである。
【0161】
図31Uは、両腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I3a、I3bを印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10dと10cとをショート(短絡配線)するとともに、10dを(グリップ電極部として)右手の掌部に、かつ10cを(グリップ電極部として)左手の掌部に設け、印加電流I3bに対応する他方の電流印加電極10fを腹部用のものとして体幹腹部内(腱膜上)の臍Aを中心とした左側に設け、印加電流I3aに対応する他方の電流印加電極10eを腹部用のものとして体幹腹部内(腱膜上)の臍Aを中心とした右側に設け、更に、V3b、V3b’を計測するため、電圧計測電極対それぞれに共通する一方の電圧計測電極11eを電流印加電極10e、10fから十分離して体幹腹部上に設け、2つの電圧計測電極対のうちの他方の電圧計測電極11f(右側)、11g(左側)をそれぞれ、電流印加電極10e、10fに近接させて配置して、皮下脂肪組織層を、或いは、皮下脂肪組織層と内臓脂肪組織を選択的に測定する電極配置を示す。
【0162】
図32に、通電用の電流印加電極の一方を(フット電極部として)足裏部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、その他2つの電圧計測電極対を体幹腹部上に配置する誘導法を示す。
図32は、特に、右脚部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I4a、I4bを印加するため、電流印加電極対それぞれに共通する一方の電流印加電極10bを右脚の足裏部に(フット電極部として)設け、他方の電流印加電極10e(右側)、10f(左側)を、体幹腹部内(腱膜上)の臍Aを中心とした左右各側に設け、更に、V4aを計測するため、電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11eを電流印加電極10e、10fから十分離して体幹腹部上に設け、他方の電圧計測電極11fを、電流印加電極10eに近接させてその右側に、また、V4bを計測するため、電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11eを電流印加電極10e、10fから十分離して体幹腹部上に設け、他方の電圧計測電極11gを、電流印加電極10eに近接させてその左側に、更に、V4cを計測するため、電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11eを電流印加電極10e、10fから十分離して体幹腹部上に設け、他方の電圧計測電極11hを、電流印加電極10fに近接させてその右側に、更にまた、V4dを計測するため、電圧計測電極対の一方の電圧計測電極11eを電流印加電極10e、10fから十分離して体幹腹部上に設け、他方の電圧計測電極11iを、電流印加電極10fに近接させてその左側に、それぞれ配置して、皮下脂肪組織層を、或いは、皮下脂肪組織層と内臓脂肪組織を選択的に測定する電極配置を示す。
【0163】
図33に、通電用の電流印加電極の一方を(グリップ電極部として)掌部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、2つの電圧計測電極対の一方を電流印加電極と左右対向する掌部に(グリップ電極部として)設け、他方を体幹腹部上に配置する誘導法を示す。
図33は、特に、Organらの誘導法による右腕−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I1を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10dを(グリップ電極として)右手の掌部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V5、V5’を計測するため、電圧計測電極対それぞれに共通する一方の電圧計測電極11cを電流印加電極10dと左右対向する左手の掌部に(グリップ電極として)設け、他方を電流印加電極10eに近接させて体幹腹部上におけるその左右各側にそれぞれ配置して、皮下脂肪組織層を選択的に測定する電極配置を示す。
【0164】
図34に、通電用の電流印加電極の一方を(フット電極部として)足裏部に設け、他方の電流印加電極を体幹腹部内(腱膜上)に設け、2つの電圧計測電極対の一方を電流印加電極と左右対向する足裏部に(フット電極部として)設け、他方を体幹腹部上に配置する誘導法を示す。
図34は、特に、Organらの誘導法による右脚部−体幹腹部通電計測に関するものであって、電流I4を印加するため、電流印加電極対の一方の電流印加電極10bを(フット電極部として)右脚の足裏部に設け、他方の電流印加電極10eを体幹腹部内(腱膜上)に設け、更に、電位差V6、V6’を計測するため、電圧計測電極対それぞれに共通する一方の電圧計測電極11aを、電流印加電極10bと左右対向する足裏部に(フット電極部として)設け、他方の電圧計測電極11f、11eを、電流印加電極10eに近接させて体幹腹部上におけるその左右各側にそれぞれ配置して、皮下脂肪組織層を選択的に測定する電極配置を示す。
【0165】
<フローチャート>
次に、図35に示す基本フローチャートと図36から図42に示すサブルーチンフローチャートを参照して、図1乃至7に示す本発明の実施形態での体幹部内臓脂肪組織測定装置の操作および動作について説明する。
【0166】
図35に示す基本フローチャートにおいては、先ず、操作・入力部51における電源スイッチ(図示していない)がオンされると、電源部18から電気系統各部に電力を供給し、表示部52により身長等を含む身体特定化情報(身長、体重、性別、年齢等)を入力するための画面が表示される(ステップS1)。
【0167】
続いて、この画面にしたがって、ユーザは、操作・入力部51から身長、体重、性別、年齢等を入力する(ステップS2)。この場合において、体重については、操作・入力部51から入力してもよいが、体重計形の本体部11に設けられた体重測定部により、身体目方特定情報(体重)に起因する電位差について測定し、演算・制御部30により身体目方特定情報(体重)を演算するようにしてもよい。これら入力値は、記憶部4に記憶される。
【0168】
次に、ステップS3にて、体幹部長、腹囲長等の形態計測実測値を入力するか否かの判断を行い、それら形態計測実測値を入力する場合には、ステップS4にて、形態計測を実施して、体幹部長、腹囲長等の実測値を操作・入力部51から入力し、ステップS6へ移行する。ステップS3において、形態計測実測値を入力しないと判断する場合には、ステップS5に移行する。これら入力値も、記憶部4に記憶される。同様に、以下の処理において得られる数値情報等は、記憶部4に記憶される。
【0169】
ステップS5において、演算・制御部30は、記憶部4に記憶された身長、体重、性別、年齢等の身体特定化情報から、体幹部長、腹囲長等を推定する形態計測情報推定処理(例えば、人間身体情報データベースから作成する検量線使用)を行う。
【0170】
続いて、ステップS6において、最適電極位置探査処理を実施するか否かの判断を行い、実施すると判断した場合は、ステップ7において、アレー電極のなかから、測定に最適の電極を決定する。このステップ7については、図39に示すサブルーチンフローチャートを参照して後で詳述する。ステップS6において、最適電極位置探査処理を実施しないと判断した場合は、ステップS8へ移行する。
【0171】
続いて、ステップS8において、インピーダンス測定部により、体幹部インピーダンス計測処理を行う。この体幹部インピーダンス計測処理については、図40等に示すサブルーチンフローチャートを参照して後述する。
【0172】
次に、ステップS9において、演算・制御部30により、体幹部骨格筋組織横断面積量(AMM)の推定処理を行う。この演算処理は、例えば、記憶部4に記憶された身長H、体重W、年齢Ageを用いて、前述の式3に基づいて行われる。
【0173】
次に、ステップS10において、演算・制御部30により、体幹部骨格筋組織層インピーダンス(ZMM)の推定処理を行う。このZMMは、記憶部4に記憶された身長Hと、ステップS7で求めたAMMとを用いて、前述の式4に基づいて行われる。
【0174】
次に、ステップ11において、演算・制御部30により、皮下脂肪組織量(AFS)の推定処理を行うものである。このステップ11については、図36に示すサブルーチンフローチャートを参照して後で詳述する。
【0175】
ステップS12は、演算・制御部30により、内臓器組織量(AVM)および内臓器組織インピーダンス(ZVM)の推定処理を行うものである。このステップ12については、図37に示すサブルーチンフローチャートを参照して後で詳述する。
【0176】
ステップS13は、演算・制御部30により、内臓脂肪組織インピーダンス(ZFV)および内臓脂肪組織量(AFV)の推定処理を行うものである。このステップ13については、図38に示すサブルーチンフローチャートを参照して後で詳述する。
【0177】
次に、ステップS14において、演算・制御部30により、内臓脂肪/皮下脂肪比(V/S)の演算処理を行う。この処理は、記憶部4に記憶された前述した式15に従って行われる。
【0178】
次に、ステップS15において、演算・制御部30により、体格指数(BMI)の演算処理を行う。この演算処理は、記憶部4に記憶された体重Wと身長Hから次の式にて算出され得る。
BMI=W/H2
【0179】
更に、ステップS16において、演算・制御部30により、体幹部体脂肪率(%Fatt)の演算処理を行う。この演算処理は、記憶部4に記憶された皮下脂肪組織量(AFS)、内臓脂肪組織量(AFV)、体幹部骨格筋横断面積量(AMM)、及び、内臓器組織量(AVM)から次の式にて算出されるものである。
%Fatt=(AFS+AFV)/[(AFS+AFV)+AMM+AVM]*100
【0180】
次に、ステップS17において、演算・制御部30により、内臓脂肪率(%VFat)の演算処理が行われる。この処理は、前述の演算処理により算出され記憶部4に記憶された体幹部体脂肪率(%Fatt)、内臓脂肪/皮下脂肪比(V/S)から次の式にて行われる。
%VFat=%Fatt*(V/S)/[(V/S)+1]
【0181】
最後に、ステップS18において、演算・制御部30は、前述したような演算処理にて求められた内臓脂肪組織情報(AFV、%VFat)、体組成情報(%Fatt、AMM、AFS、AVM)、体格指数(BMI)や、後述する処理によって得られるアドバイス指針等を、表示部52に表示させるような表示処理を行う。これにより、一連の処理を終了する(ステップS19)。
【0182】
次に、前述のステップS11の皮下脂肪組織量(AFS)の推定処理について、図36のサブルーチンフローチャートを参照して詳述する。この推定処理は、ステップS20にて、記憶部4に記憶された諸数値および前述の式13、14を用いて行われる。
【0183】
次に、前述のステップS12の内臓器組織量(AVM)および内臓器組織インピーダンス(ZVM)の推定処理について、図37のサブルーチンフローチャートを参照して詳述する。この推定処理は、ステップS21において、記憶部4に記憶された諸数値および前述の式8を用いて内臓器組織量(AVM)を算出し、ステップS22において、記憶部4に記憶された諸数値および前述の式12を用いて実行される。
【0184】
次に、前述のステップS13の内臓脂肪組織インピーダンス(ZFV)および内臓脂肪組織量(AFV)の推定処理について、図38のサブルーチンフローチャートを参照して詳述する。この推定処理は、ステップS23において、記憶部4に記憶された諸数値および前述の式7を用いて内臓脂肪組織インピーダンス(ZFV)を算出し、ステップS24において、記憶部4に記憶された身長Hおよび算出した内臓脂肪組織インピーダンス(ZFV)および前述の式10を用いて内臓脂肪組織量(AFV)を算出するものである。
【0185】
ステップS7のアレー電極による最適電極位置探査処理について、図39のサブルーチンフローチャートを参照して、詳述する。本処理により、複数のアレー電極の中から、内臓脂肪組織と皮下脂肪組織層の計測に最適なアレー電極位置を、最適電極として求める。
まず、ステップS25にて、カウンター等の初期設定を行う。例えば、Ztmmxのmはアレー電極番号、xは時系列番号として、m=0、x=0とする。
次に、ステップS26で、測定タイミングか否かの判定を行う。一例として、サンプリング周期は、Ts=0.2秒とする。そして、測定タイミングでないと判定された場合には、所定の周期後に再度ステップS26で測定タイミングか否かの判定を行う。測定タイミングと判定された場合には、ステップ27にて、体幹部探査インピーダンス(Ztm)測定電極配置設定処理を行う。
【0186】
ステップS28に移行して、アレー電極(m=1〜8)の選択処理を行う。
m←m+1
【0187】
次に、ステップS29に移行して、m番目のアレー電極をドライブする。
【0188】
次に、ステップS30に移行して、体幹部インピーダンス(Ztmx)計測処理を行う。
【0189】
次に、ステップS31に移行して、x>1か否かの判定を行う。ステップS31において、x>1でないと判定された場合は、ステップS34に移行する。
【0190】
ステップS31において、x>1であると判定された場合は、ステップS32に移行し、m番目のアレー電極配置での体幹部探査インピーダンスの前回登録値の読み出し処理を行い、標準サブルーチン処理パッケージで処理するため、次のようにデータの置換処理を行う。
Ztmx-1←Ztmmx-1
【0191】
次に、ステップS33に移行して、探査計測インピーダンス(Ztmx)データスムージング処理(移動平均処理等)を行う。
体幹部探査インピーダンス:Ztmx←(Ztmx-1+Ztmx)/2
【0192】
次に、ステップS34に移行して、次のようにデータの置き戻し処理を行い、m番目のアレー電極配置での体幹部探査インピーダンス計測登録処理を行う。
Ztmmx←Ztmx
【0193】
次に、ステップS35に移行して、m≧8か否かの判定を行う。ステップS35において、m≧8でないと判定された場合は、ステップS26へ戻り、測定タイミングか否かの判定を行う。
【0194】
ステップS35において、m≧8であると判定された場合は、ステップS36へ移行する。
【0195】
次に、ステップS36において、最適電極配置位置判定処理を行う。即ち、8つのアレー電極(m=1〜8)間のインピーダンスを相互に比較し、最適電極配置の条件に合う配置を見つける。
【0196】
次に、ステップS37に移行し、最適電極配置に相当するアレー電極番号と探査計測インピーダンスとを次式により、登録する。
x,Ztm□x
【0197】
次に、ステップS38に移行して、x>所定回数nか否かの判定を行う。ステップS38において、x>所定回数nでないと判定された場合は、ステップS39に移行し、
x←x+1、m←0
とする。次に、ステップS26へ戻り、再度測定タイミングか否かを判定する。
【0198】
ステップS38において、x>所定回数nである、と判定された場合は、ステップS40へ移行し、最適電極配置で登録されているアレー電極番号の一致率判定処理を行う。即ち、規定回数同じ番号が続くか、又は近接する番号範囲内かを判定する。
【0199】
次に、ステップS41に移行し、最適電極配置決定条件を満足するか否かの判定を行う。ステップS41において、最適電極配置決定条件を満足しないと判定された場合は、ステップS39に移行し、x←x+1、m←0とする。
【0200】
ステップS41において、最適電極配置決定条件を満足すると判定された場合は、ステップS42に移行し、最適電極配置アレー電極番号で計測された探査測定インピーダンスの安定性判定処理を行う。即ち、探査測定インピーダンスが所定の変動値、例えば、±1Ω以内であるかの判定処理を行う。
【0201】
次に、ステップS43に移行し、Ztm□xが安定条件を満足するか否かの判定を行う。ステップS43において、安定条件を満足しないと判定された場合は、ステップS39に移行し、x←x+1、m←0とする。
【0202】
ステップS43において、Ztm□xが安定条件を満足すると判定された場合は、ステップS44へ移行し、探査測定完了報知処理を行う。即ち、ブザー等により、探査測定が完了したことを知らせ、このサブルーチンを完了する。
【0203】
次に、ステップS8の体幹部インピーダンス計測処理について、図40のサブルーチンフローチャートを参照して、詳述する。この形態においては、前述した7.(12)および(13)において説明したような「呼吸による変動の影響除去処理」および「飲食および膀胱等への水分貯留(尿等)による異常値判定処理」を行うものである。先ず、ステップS45おいて、演算・制御部30は、操作・入力部51等からの指示に基づいて、カウンター等の初期設定体幹部のインピーダンスZtmの測定データのサンプル数及びフラグFの初期設定を行う。Fは、”1”、”0”のフラグである。
【0204】
続いて、ステップS46において、演算・制御部30は、測定タイミングか否かの判定を行う。そして、測定タイミングと判定された場合には、ステップS47にて、演算・制御部30は、体幹部インピーダンス(Ztm)測定電極配置設定処理を行い体幹部インピーダンス(Ztmx)計測処理を行う。
【0205】
次いで、ステップS46において測定タイミングでないと判定された場合には、ステップS48に移行して、計測インピーダンス(Zx)データスムージング処理(移動平均処理等)を行う。それから、ステップ49において、体幹部インピーダンス計測データ呼吸変動補正処理を行う。この補正処理については、図41のサブルーチンフローチャートを参照して後述する。
【0206】
続いて、ステップS50にて、演算・制御部30は、各部位毎の計測インピーダンスの時系列安定性確認処理を行う。これは、ステップS47の体幹部インピーダンス計測データ呼吸変動補正処理後の各値が所定回数所定変動以内の値に収束したかどうかを判定することによって行われる。
【0207】
ステップS51において、演算・制御部30は、測定したZtmxが安定条件を満足するか否かの判定を行う。この判定は、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するようなものである。このステップS51にて、安定条件が満足されたと判定される場合には、ステップS52に移行して、確定した中央値のインピーダンス値を体幹部のインピーダンス値として、最終安定条件判定値を測定値結果値として記憶部4に登録する。一方、ステップS51において、安定条件が満足されないと判定される場合には、ステップS46に戻って同様の処理が繰り返される。
【0208】
ステップS52に続いて、ステップS53において、演算・制御部30は、飲食および膀胱尿貯留等による異常値判定処理を行い、更に、ステップS54において、測定の完了を報知器ブザー22(図1参照)等を用いてブザー等で報知し、測定を完了する。尚、ステップ53の異常値判定処理については、図42のサブルーチンフローチャートを参照して後述する。
【0209】
次に、ステップS49の体幹部インピーダンス計測データ呼吸変動補正処理について、図41のサブルーチンフローチャートを参照して、詳述する。先ず、ステップS55において、演算・制御部30は、ステップS48にて処理後の時系列データから変極点検知処理を行う。ステップS56において、変極点か否かの判定を行う。これは、前後の微係数または差分値の極性変化位置のデータを検知することにより行われる。ステップS56にて変極点であると判定される場合には、ステップS57に進み、最大値か否かの判定がなされる。これは、最大値と最小値の振り分けを行うステップである。最大値でない場合には、ステップS58にて、記憶部4に記憶された次の式にて最小値判定データ移動平均化処理が行われる。
[Ztm]minx←([Ztm]minx-1+[Ztm]minx)/2
【0210】
ステップS57において最大値と判定される場合には、ステップS59において、記憶部4に記憶された次の式にて最大値判定データ移動平均化処理が行われる。
[Ztm]maxx←([Ztm]maxx-1+[Ztm]maxx)/2
【0211】
続いて、ステップS60において、一呼吸周期分の最大値と最小値データが確保されたかの判定がなされる。ステップS60において、そのデータが確保されたと判定された場合には、ステップS61にて、記憶部4に記憶された次の式にて呼吸変動中央値演算処理(最大値と最小値データの平均値演算)がなされる。
Ztmx←([Ztm]maxx+[Ztm]minx)/2
【0212】
次に、ステップS53の飲食および膀胱尿貯留等による異常値判定処理について、図42のサブルーチンフローチャートを参照して、詳述する。先ず、ステップS62において、演算・制御部30は、記憶部4に記憶された次の式にて、体幹部インピーダンス(Ztm)が正常許容範囲内かのチェックを行う。
Mean−3SD≦Ztm≦Mean+3SD
ここで、許容値例としては、26.7±4.8(Mean±SD)に対応して±3SDが考えられる。
【0213】
ステップS63において、体幹部インピーダンスが許容範囲内かの判定がなされる。許容範囲内でないと判定される場合には、ステップS64に移行して、演算・制御部30にて、体幹部(腹部)コンディション異常に関するメッセージ報知処理がなされ、表示部52に適切なアドバイスの表示等がなされる。このアドバイスとしては、例えば、「体幹部コンディション異常につき、排便、排尿等の準備処理を実施」等の報知が考えられる。また、準備処理後も同様の判定結果となる場合は、異常値を用いて測定を完了させ、測定の中止はしないようにすることもできる。
【0214】
ステップS63において許容範囲内と判定される場合には、ステップS65において、演算・制御部30は、体幹部(腹部)コンディション正常に関するメッセージ報知処理がなされ、表示部52に適切なアドバイスの表示等がなされる。このアドバイスとしては、例えば、「体幹部コンディション正常」等の報知が考えられる。
【0215】
このような操作および動作にて、本発明によれば、体幹部(体幹部腹部)の内臓脂肪組織情報を求めることができ、しかも、呼吸による変動の影響除去処理や飲食および膀胱等への水分貯留(尿等)による異常判定処理を行い、それに応じたアドバイス情報も提供できる。なお、前述の実施例では、体幹部内臓脂肪組織情報を脂肪率として求めるものとしたが、本発明は、これに限らず、適当な変換式等を用いることにより、横断面積量や、体積量や重量等として求めることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【0216】
本発明によれば、内臓器組織付近に付着する内臓脂肪組織の蓄積具合を、簡単に精度良く測定することができる。
【0217】
本発明によれば、小型で簡便な装置にて体幹部内臓脂肪組織を精度よく測定できるので、家庭用として最適なものとすることもできる。しかも、測定前の腹部コンディションチェック、すなわち、内臓器組織等での炎症や病的な体液分布異常の早期チェック等も可能で、それに応じた適切な健康指針アドバイスも与えることができる。したがって、ユーザにとっては、食事および運動による日々のダイエットを適正に行い且つそのためのモチベーションを維持し、継続可能な健康の維持増進の自己管理をする上で役立つ諸情報を簡便な仕方で得ることができ、非常に有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0218】
【図1】本発明の第1の実施形態として体幹部内臓・皮下脂肪測定装置の外観を示す斜視図である。
【図2】図1の装置に用いられているグリップ電極部の拡大斜視図である。
【図3】図1の装置の構成を示すブロック図である。
【図4】図1の装置の他の構成を示すブロック図である。
【図5】本装置の第2の実施形態の装置を示す斜視図である。
【図6(a)】本発明の第3の実施形態の装置を示す斜視図である。
【図6(b)】図6の装置のグリップ電極部を把持して、接触面の電極を腹部に押し当てて、測定を実施している状態を示す図である。
【図7(a)】本発明の第4の実施形態の装置を示す斜視図である。
【図7(b)】図7の装置の一方のグリップ電極部の拡大図である。
【図8】四肢部誘導法について説明するための図である。
【図9】体幹腹部の構造を模式的に示す図である。
【図10】図8の体幹腹部の構造を、皮下脂肪組織層を省略して考えた体幹腹部の電気的等価回路として示す図である。
【図11】図8の体幹腹部の構造を、皮下脂肪組織層を省略せずに考えた体幹腹部の電気的等価回路として示す図である。
【図12】図8に示した体幹部の模式図を臍高さにおける腹囲周横断面にてモデル化した図である。
【図13】図12のモデル図を電気的等価回路として表した図である。
【図14】図12の回路を簡略化して示したものである。
【図15】電極間距離と広がり抵抗の関係を説明する図である。
【図16】電極間距離と広がり抵抗の関係を説明する図である。
【図17】体幹腹部の内臓脂肪組織を計測する場合の電流印加電極の最適位置を探索する状態を示す概略図である。
【図18】体幹腹部の内臓脂肪組織を計測する場合の電流印加電極の最適位置を探索する状態を示す概略図である。
【図19】体幹腹部の皮下脂肪組織層を計測する場合の電流印加電極の最適位置を探索する状態を示す概略図である。
【図20】アレー電極を切換えながら測定をする状態を示す概念図である。
【図21】アレー電極を切換えながら測定をする状態を示す概念図である。
【図22】マトリックス電極を切換えながら測定をする状態を示す概念図である。
【図23】アレー電極の切換えを示す概念図である。
【図24】マトリックス電極の切換えを示す概念図である。
【図25】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図26】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図27】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図28】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図29】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図30】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図31】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図32】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図33】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図34】四肢部と体幹部の組み合わせ電極配置例である。
【図35】本発明の1実施形態としての体幹部への通電誘導法による内臓脂肪組織の特定計測基本フローを示す図である。
【図36】図29の基本フローのサブルーチンとしての皮下脂肪組織量および皮下脂肪組織層インピーダンスの推定処理フローを示す図である。
【図37】図35の基本フローのサブルーチンとしての内臓器組織量および内臓器組織インピーダンスの推定処理フローを示す図である。
【図38】図29の基本フローのサブルーチンとしての内臓脂肪組織インピーダンスおよび内臓脂肪組織量の推定処理フローを示す図である。
【図39】図35の基本フローのサブルーチンとしての電極最適位置探査の処理フローを示す図である。
【図40】図35の基本フローのサブルーチンとしての四肢部、体幹部インピーダンス計測処理フローを示す図である。
【図41】図40の四肢部、体幹部インピーダンス計測処理フローのサブルーチンとしての体幹中部インピーダンス計測データ呼吸変動補正処理フローを示す図である。
【図42】図40の四肢部、体幹部インピーダンス計測処理フローのサブルーチンとしての飲食および膀胱尿貯留等による異常値判定処理フローを示す図である。
【符号の説明】
【0219】
1 体幹部内臓・皮下脂肪測定装置
4 記憶部(メモリ)
5 操作表示パネル
11 本体部
10a〜n 電流印加電極
11a〜n 電圧計測電極
15 腱膜部
16 側腹部
18 電源部
20 電圧計測電極選択部
21A 電流印加電極選択部
21B 切換部
22 報知ブザー
23 差動増幅器
24 バンドパスフィルタ
25 検波部
26 増幅器
27 A/D変換器
30 演算・制御部
31 印刷部
51 操作・入力部
52 表示部
120 電線
130、140 グリップ電極部
A 臍
A1〜n、B1〜n、C1〜n マルチ電極
SA 仮想電極位置




 

 


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