EP2863794A1 - Verfahren und gerät zur ermittlung von körperzusammensetzungs-parametern mit bioimpedanzmessung - Google Patents

Verfahren und gerät zur ermittlung von körperzusammensetzungs-parametern mit bioimpedanzmessung

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EP2863794A1
EP2863794A1 EP13732416.6A EP13732416A EP2863794A1 EP 2863794 A1 EP2863794 A1 EP 2863794A1 EP 13732416 A EP13732416 A EP 13732416A EP 2863794 A1 EP2863794 A1 EP 2863794A1
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EP
European Patent Office
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leg
impedance
arm
impedances
ratio
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13732416.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anja Bosy-Westphal
Rüdiger LEUNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seca AG
Original Assignee
Seca AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Seca AG filed Critical Seca AG
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Publication of EP2863794A1 publication Critical patent/EP2863794A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0537—Measuring body composition by impedance, e.g. tissue hydration or fat content
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4869—Determining body composition

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining a body composition parameter using a bioimpedance measurement on a subject, wherein in the calculation of the body composition parameter, the total body size and an impedance value of the body of the probing ⁇ enter the calculation.
  • the conductivity of the human body is strongly influenced by the water content. Since the fat-free portions of said body such as muscles and the body fluids contain a large part of the body's water while adipose tissue has a relatively low water content, may (by determining the conductivity of the body or a Köperseg ⁇ ments or conversely the resistance or impedance of the body or of the body segment), a conclusion as to the rela tive proportion of fat ⁇ be drawn, at least when additional data such as the size and weight of the person to be considered.
  • a method and a device for bioimpedance analysis are described, for example, in WO 97/01303.
  • the device described has eight electrodes, namely four foot electrodes, two each for contacting a foot, and four hand-held electrodes, two each for contacting one hand of the person. Then an alternating current is impressed on two electrodes located on different limbs and the voltage is measured on two electrodes, which are also located on different limbs.
  • Electrodes can successively different Whysegemente un ⁇ be tersucht. Further, when power is supplied to one hand and one foot and voltage measurement to the same hand and leg, an entire body side can be measured.
  • Body composition parameters in the sense of the present description are e.g. fat free mass (FFM), fat mass (FM), total body water mass (TBW), extracellular water (ECW) or lean soft tissue (LST).
  • FAM fat free mass
  • FM fat mass
  • TW total body water mass
  • EW extracellular water
  • LST lean soft tissue
  • Calculated value ⁇ ⁇ ⁇ l x + a 2 x 2 + ... ⁇ , some x ⁇ factors are included, the measured values for the impedances of the body, and the coefficients a ⁇ are predetermined coefficients. These coefficients are determined in studies in which, for a representative group of subjects, the values of the body composition parameter are determined using independent methods and, in addition, impedance measurements are performed. The coefficients a ⁇ are calculated such that the best correlation between the inde pendent ⁇ specific body composition parameters and determined by the above equation from the impedance values, values of the body composition parameter results. An overview of various formulas in the form of the above-admit ⁇ nen equation gives the article cited above.
  • ⁇ x of the above equation to improve the determination of the values of the body composition Para ⁇ meters are for example the imaginary part of the impedance X c, weight, age or sex of the subject.
  • FFM fat free body weight
  • FFM -4.104 + 0.518 ⁇ Ht 2 / R50 + 0.231 ⁇ weight + 0.130 ⁇ Xc + 4.229 ⁇ sex
  • Ht is the total body size of the subject and R50 is the real ⁇ part of the impedance across a body side of the subject at 50 kHz
  • Xc the imaginary portion of the subject impedance
  • the total body size Ht is assumed as a measure of the lengths of the extremities (arms and legs), and it is not considered that the lengths of the different extremities may be in different proportions to each other.
  • the torso wearing (trunk) of the body by its large cross section only a very small proportion to the total resistance, but contains egg ⁇ NEN large part of the body volume and thus Wesent ⁇ Lich determines the values to be determined, the body composition Para ⁇ meter.
  • the proportion of the torso of the test person should be better taken into account at the value to be determined for the body composition parameter.
  • a term is input which is a product of a predetermined coefficient and the ratio of the impedance value of the torso to the sum of the impedance values of all body extremities in the form of the real parts of the impedances in the mold
  • R torso ⁇ ⁇ chterArm inkeArm ⁇ ⁇ chtesBein inkesBein the real parts of the complex impedances of Impe ⁇ trunk, right arm, left arm, right leg, left leg, and
  • XC torso ⁇ > XC rechterArm 'Xc iinkeArm' Xc right bein 'Xc unkesBein are the 1ma g ⁇ ärte11e the comple ⁇ xen impedances of the trunk, right arm, left arm, right leg, left leg.
  • the impedance values of the individual limbs are proportional to their lengths. It has been found within the scope of the present invention that precisely the ratio of the impedances of torso to the sum of the impedances of the extremities allows a surprisingly improved correlation to independently measured body composition parameters, so that in this way individually varying length ratios of body segments can be better taken into account ,
  • the impedances of the individual body segments are used as a measure. It is measured at a frequency of preferably 50 kHz, the com plex ⁇ impedance Z for the segments torso, right arm, left arm, right leg and left leg. From this complex impedance then the real part R and imaginary part Xc is formed. It has been found in the context of the present invention that a significant improvement in the correlation to independent measurements can be achieved without needing to separately detect the lengths of the limbs when the following ratios are formed from the impedance values: R 50kHz, torso
  • the averaging can be dispensed with, which corresponds only to a change of the associated coefficient a ⁇ :
  • a Bioimpedanzmess réelle is provided with a plurality of electrodes for contacting the limb of a subject and with a control and evaluation unit which is adapted to memorize with various measuring Program ⁇ men alternating current via two electrodes and to measure resulting voltages on other electrodes thereof to determine the impedances of the body and individual body segments, wherein the control and evaluation unit is further to as ⁇ arranged to perform a method of the invention as defined above.
  • FIG. 1 schematically shows a subject as a circuit diagram for a bio-impedance measuring method
  • Fig. 2 shows schematically a bioimpedance meter
  • LST right soft leg soft tissue mass composition parameter
  • Fig. 4 shows the same distribution of the deviations of the body composition values LST as in Fig. 3, the values of the body composition parameters were determined herein by bioimpedance measurement ⁇ by a method according to the present invention.
  • a typical apparatus for bioimpedance measurements is shown in Figure 2 and has, for example, a standing platform 12, to which the person to be measured stands with both feet.
  • a standing platform 12 to which the person to be measured stands with both feet.
  • two electrodes are formed for each foot, for example one in the area of the heel and one in the area of the forefoot.
  • two handles EXISTING ⁇ taken by the user in a specific manner, and thus brings a hand in contact with two electrodes, for example, one at each of the index and middle finger and to the klei ⁇ NEN and the ring finger.
  • a control and evaluation unit 10 is set up to carry out various measuring programs with which impedance Measurements for the whole body, a body side or individual body segments can be performed. If it is stamped on one hand and one foot of the same side of the body to the case ⁇ an alternating current across electrodes game and the resultie ⁇ Rende voltage to the same hand and the same distance is measured with the other electrode, the impedance of a whole body side is measured, that is, a Obtained measure of the whole-body impedance.
  • alternating current is again supplied via an electrode on one hand and an electrode on a foot of the same body side, and the voltage at the electrode of one hand and the other hand is measured; this situation is shown in FIG.
  • This impedance measurement is sensitive to the impedance of the current flowing through the arm.
  • alternating current is impressed in the same way as before and the voltage is measured via an electrode on one and an electrode on the other foot. This impedance measurement is sensitive to the impedance of the current-carrying leg.
  • the impedance values of the entire body and individual body segments can be measured.
  • the impedances are complex values that are determined at a certain frequency, for example at 50 kHz.
  • the symbol Z is used, with R the real part of Z and Xc is the imaginary part of Z be ⁇ draws.
  • the index indicates the frequency in kHz at which the impedance was determined and the body segment on which it was measured.
  • a multi-line ⁇ are regression was performed to determine the coefficients a ⁇ that n the best correlation of theischenzusammenset ⁇ wetting parameters LST right Be i from the bio-impedance measurement and the independent measurement result.
  • a coefficient of determination r 2 0.937 is obtained.
  • the coefficient of determination r 2 is the square of the coefficient Korrelationskoeffi ⁇ r and indicates what proportion of the variance of LST right leg will be explained according to the above formula by the linear regression.
  • the coefficient of determination is 0 (no linear to ⁇ connection) and 1 (perfect linear relationship).
  • the distribution of the differences between the value of LST re leg, as determined by the above formula and that determined by independent measurement, has a standard deviation of 0.501 kg, which may also be referred to as an error. Is added the following ratio as X5
  • LST right leg ⁇ ⁇ ⁇ x l + ⁇ 2 ⁇ x 2 + ⁇ 3 + x 3 + a 4 ⁇ x 4 extend the term x 5 from the formula E20 in WO 96/08198 AI, namely

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters unter Anwendung einer Bioimpedanzmessung an einem Probanden, wobei bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters die Gesamtkörpergröße und ein Impedanzwert des Körpers des Probanden in die Berechnung eingehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters zusätzlich ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffizienten und des Verhältnisses des Impedanzwertes des Torsos zu der Summe der Impedanzwerte aller Körperextremitäten in Form der Realteile der Impedanzen in der Form des Verhältnisses (I) und/oder ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffizienten und des Verhältnisses der Impedanzwerte in Form der Imaginärteile der Impedanzen in der Form des Verhältnisses (II) des Probanden darstellt.

Description

Verfahren und Gerät zur Ermittlung von Körperzusammensetzungs¬ parametern mit Bioimpedanzmessung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters unter Anwendung einer Bioimpedanzmessung an einem Probanden, wobei bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters die Gesamtkörpergröße und ein Impedanzwert des Körpers des Proban¬ den in die Berechnung eingehen.
Die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers wird stark durch den Wasseranteil beeinflusst. Da die fettfreien Anteile des Körpers wie Muskeln und die Körperflüssigkeiten einen Großteil des körpereigenen Wassers beinhalten, während Fettgewebe einen nur relativ geringen Wasseranteil besitzt, kann durch die Bestimmung der Leitfähigkeit des Körpers oder eines Köperseg¬ ments (oder umgekehrt des Widerstands oder der Impedanz des Körpers oder des Körpersegments) ein Rückschluss auf den rela¬ tiven Anteil von Fett gezogen werden, zumindest wenn weitere Daten wie die Größe und das Gewicht der Person berücksichtigt werden .
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bioimpedanzanalyse sind z.B. in WO 97/01303 beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist acht Elektroden auf, nämlich vier Fußelektroden, jeweils zwei zum Kontaktieren eines Fußes, und vier Handelektroden, jeweils zwei zur Kontaktierung an einer Hand der Person. Dann wird ein Wechselstrom über jeweils zwei, an unterschiedlichen Gliedmaßen befindliche Elektroden eingeprägt und an zwei, ebenfalls an unterschiedlichen Gliedmaßen anliegenden Elektroden die Spannung gemessen. Durch Übergang zu anderen Paaren von stromeinprägenden Elektroden und Spannungserfassenden Elektroden können sukzessive verschiedene Körpersegemente un¬ tersucht werden. Ferner kann bei Stromeinspeisung in eine Hand und einen Fuß und Spannungsmessung an derselben Hand und an demselben Fuß eine ganze Körperseite gemessen werden.
Bei Körperzusammensetzungsparametern im Sinne der vorliegenden Beschreibung handelt es sich z.B. um die fettfreie Masse (FFM) , die Fettmasse (FM) , die Gesamtkörperwassermasse (TBW) , extrazelluläres Wasser (ECW) oder Weichteilmagermasse (lean- soft-tissue, LST) .
Verfahren der eingangs genannten Art sind zum Beispiel in dem Artikel „Bioelectrical impedance analysis - part I: review of principles and methods" von Ursula G. Kyle et al . , Espen Gui¬ delines, beschrieben. In solchen Verfahren zur Ermittlung von Körperzusammensetzungsparametern unter Berücksichtigung von Impedanzmessungen werden die Werte eines Körperzusammenset¬ zungsparameters mithilfe einer Gleichung der Form:
Wert = αλ ■ xl + a2 ■ x2 + ... berechnet, wobei einige x± Faktoren sind, die Messwerte für die Impedanzen des Körpers enthalten, und die Koeffizienten a± vorab bestimmte Koeffizienten sind. Diese Koeffizienten werden in Studien ermittelt, in denen für eine repräsentative Gruppe von Probanden die Werte des Körperzusammensetzungsparameters mit unabhängigen Verfahren bestimmt werden und daneben Impedanzmessungen durchgeführt werden. Die Koeffizienten a± werden so berechnet, dass sich die beste Korrelation zwischen den unab¬ hängig bestimmten Körperzusammensetzungsparametern und den durch die obige Gleichung aus den Impedanzwerten bestimmten Werten für den Körperzusammensetzungsparameter ergibt. Eine Übersicht über verschiedene Formeln in Form der oben angegebe¬ nen Gleichung gibt der oben zitierte Artikel. Weitere Faktoren x± der oben angegebene Gleichung zum Verbessern der Bestimmung der Werte des Körperzusammensetzungspara¬ meters sind zum Beispiel der Imaginäranteil der Impedanz Xc, das Gewicht, Alter oder Geschlecht des Probanden. Ein Beispiel für eine in dem angegebenen Artikel aufgeführte Gleichung für das fettfreie Körpergewicht (FFM) ist:
FFM = -4,104 + 0,518 · Ht2 / R50 + 0,231 · weight + 0,130 · Xc + 4,229 · sex wobei Ht die Gesamtkörpergröße des Probanden und R50 der Real¬ teil der Impedanz über eine Körperseite des Probanden bei 50 kHz, Xc der Imaginäranteil der Impedanz, weight das Körperge¬ wicht und sex das Geschlecht ist (= 1 für Männer, =2 für Frau¬ en) .
Der wesentliche Faktor in vielen der verwendeten Formeln wie oben ist xi = Ht2 / R50. Die Überlegung, die hinter dem Aus¬ druck i = Ht2 / R50 steht, geht davon aus, dass aus der Länge eines Zylinders und dem Widerstand auf dessen Volumen ge¬ schlossen werden kann {R=p'L/A, wobei R die Impedanz, p der spezifische Widerstand, L die Länge und A die Querschnittsflä¬ che des Zylinders sind) . Dabei wird aber die Gesamtkörpergröße Ht als Maß für die Längen der Extremitäten (Arme und Beine) angenommen, und es wird nicht berücksichtigt, dass die Längen der verschiedenen Extremitäten in unterschiedlichen Verhältnissen zueinander stehen können. Insbesondere trägt der Torso (Rumpf) des Körpers durch seinen großen Querschnitt nur einen sehr kleinen Anteil zum Gesamtwiderstand bei, enthält aber ei¬ nen großen Teil des Körpervolumens und bestimmt damit wesent¬ lich die zu ermittelnden Werte der Körperzusammensetzungspara¬ meter .
Aus WO 96 / 0 8 1 98 AI ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters unter Anwendung einer Bioimpe¬ danzmessung an einem Probanden bekannt, bei dem ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffizienten und des Verhältnisses von der Summe der Impedanzen beider Arme zu der Impedanz des Torsos in die Berechnung eines Körperzusammensetzungsparameters einfließt .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparame¬ ters durch Bioimpedanzmessung in seiner Genauigkeit zu verbessern, indem die Längen der Gliedmaßen des Probanden berücksichtigt werden, ohne die Längen der einzelnen Gliedmaßen messen zu müssen. Insbesondere soll der Anteil des Torsos des Probanden an dem zu ermittelnden Wert für den Körperzusammensetzungsparameter besser berücksichtigt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und das Gerät mit den Merkmale des Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters zusätzlich ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffizienten und des Verhältnisses des Impedanzwertes des Torsos zu der Summe der Impedanzwerte aller Körperextremitäten in Form der Realteile der Impedanzen in der Form
~Torso
V rechterArm lin ker Arm rechtesBein UnkesBein
und/oder ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab be¬ stimmten Koeffizienten und des Verhältnisses der Impedanzwerte in Form der Imaginärteile der Impedanzen in der Form Xc Torso
( \ Xc rechterArm + Xc lin ker Arm + Xc rechtesBein + Xc linkesBein
des Probanden darstellt, wobei
RTorso ^ chterArm ^inkeArm ^ chtesBein ^inkesBein die Realteile der komplexen Impe¬ danzen von Rumpf, rechtem Arm, linkem Arm, rechtem Bein, linkem Bein und
XCTorso■> XC rechterArm ' XciinkeArm ' Xc rechtesBein ' XcunkesBein die 1magίπärte11e der komple¬ xen Impedanzen von Rumpf, rechtem Arm, linkem Arm, rechtem Bein, linkem Bein sind.
Die Impedanzwerte der einzelnen Gliedmaßen sind proportional zu deren Längen. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass gerade das Verhältnis der Impedanzen von Torso zur Summe der Impedanzen der Extremitäten eine überraschend verbesserte Korrelation zu unabhängig gemessenen Körperzusammensetzungsparametern ermöglicht, so dass im Ergebnis auf diese Weise individuell variierende Längenverhältnisse von Körpersegmenten besser berücksichtigt werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss nicht der Aufwand getrieben werden, die Längen aller Körpersegmente einzeln zu messen, sondern es werden stattdessen die Impedanzen der einzelnen Körpersegmente als Maß herangezogen. Es wird die kom¬ plexe Impedanz Z für die Segmente Torso, rechter Arm, linker Arm, rechtes Bein und linkes Bein bei einer Frequenz von vorzugsweise 50 kHz gemessen. Aus dieser komplexen Impedanz wird dann der Realteil R und Imaginärteil Xc gebildet. Es hat sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass eine erhebliche Verbesserung der Korrelation zu unabhängigen Messungen erzielt werden kann, ohne Notwendigkeit die Längen der Gliedmaßen gesondert zu erfassen, wenn aus den Impedanzwerten die folgenden Verhältnisse gebildet werden: R 50kHz , Torso
x R 50 trunkl extremities
iß-50kHz,rechterArm ~*~ ^50kHz , lin ker Arm ^ 50 kHz , rechtesBein ~*~ ^50kHz ,linkesBein )/ ^
Λ Yr^ 50kHz, Torso
Xc 50trunk I extremities | y V _ι_ V _ι_ V \ lA
V *- 50kHz, rechter -Arm + ÄC ' 50kHz, lin ker Arm + ÄC ' 50kHz, rechtesBein + ÄC ' 50kHz, linkesBein '/ ^
Diese Verhältnisse können dann als x einzeln oder beide in die oben genannte Formel eingehen.
Es kann auf die Mittelwertbildung verzichtet werden, was nur einer Änderung des zugehörigen Koeffizienten a± entspricht:
^50kHz, Torso
j — .
R 50trunk I extremities
50 kHz, rechter Arm 50 kHz, lin ker Arm 50 kHz, rechtesBein 50 kHz, linkesBein
Anstelle des Realteils und Imaginärteils könnte der Betrag verwendet werden:
J50kHz,Torso
X Z 50trunk I extremities
Z 50 kHz, rechter Arm ^ 50 kHz , lin ker Arm ^ 50 kHz , rechtesBein ^ 50 kHz , linkesBein ^
Erfindungsgemäß wird ein Bioimpedanzmessgerät bereitgestellt mit einer Mehrzahl von Elektroden zum Kontaktieren der Extremitäten eines Probanden und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist mit verschiedenen Messprogram¬ men Wechselstrom über jeweils zwei Elektroden einzuprägen und resultierende Spannungen über andere Elektroden zu messen, um daraus die Impedanzen des Körpers und einzelner Körpersegmente zu bestimmen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit weiter da¬ zu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren wie zuvor definiert durchzuführen. Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren näher beschrieben, in denen:
Fig. 1 schematisch eine Probanden als Schaltbild für ein Bio- impedanzmessverfahren zeigt,
Fig. 2 schematisch ein Bioimpedanzmessgerät zeigt,
Fig. 3 eine Verteilung der Abweichungen des Körperzusammensetzungsparameters Weichteilmagermasse (LST) des rechten Beins und die Abweichungen der durch die Bioimpedanzmessung bestimmten LST-Werte von unabhängig bestimmten LST-Werten für eine represäntative Probandengruppe zeigt, wobei für die Bestimmung des Körperzusammensetzungswertes durch Bioimpedanzmessung ein Verfahren nach dem Stand der Technik angewendet wurde, und
Fig. 4 die gleiche Verteilung der Abweichungen der Körperzusammensetzungswerte LST wie in Fig. 3 zeigt, wobei die Werte des Körperzusammensetzungsparameters hier durch Bioimpedanz¬ messung nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wurden.
Ein typisches Gerät für Bioimpedanzmessungen ist in Figur 2 gezeigt und weist zum Beispiel eine Standplattform 12 auf, auf die die zu messende Person sich mit beiden Füßen stellt. Auf der Standplattform 12 sind für jeden Fuß zwei Elektroden ausgebildet, zum Beispiel eine im Bereich der Ferse und eine im Bereich des Vorderfußes. Ferner sind zwei Handgriffe vorhan¬ den, die der Benutzer in bestimmter Weise ergreift und damit jede Hand in Kontakt mit zwei Elektroden bringt, zum Beispiel jeweils eine an Zeige- und Mittelfinger und eine an dem klei¬ nen und dem Ringfinger.
Eine Steuer- und Auswerteeinheit 10 ist dazu eingerichtet, verschiedene Messprogramme durchzuführen, mit denen Impedanz- messungen für den ganzen Körper, eine Körperseite oder einzelne Körpersegmente durchgeführt werden können. Wenn zum Bei¬ spiel ein Wechselstrom über Elektroden an einer Hand und einem Fuß der gleichen Körperseite eingeprägt wird und die resultie¬ rende Spannung an derselben Hand und demselben Fuß mit der jeweils anderen Elektrode gemessen wird, wird die Impedanz einer ganzen Körperseite gemessen, d.h. ein Maß für die Ganzkörperimpedanz erhalten.
In einem anderen Messprogramm wird Wechselstrom wiederum über eine Elektrode an einer Hand und eine Elektrode an einem Fuß der gleichen Körperseite eingespeist und die Spannung an der Elektrode der einen Hand und der anderen Hand gemessen; diese Situation ist in Figur 2 gezeigt. Diese Impedanzmessung ist sensitive für die Impedanz des stromdurchflossenen Arms. In einem weiteren Messprogramm wird Wechselstrom in gleicher Weise wie zuvor eingeprägt und die Spannung über eine Elektrode an dem einen und eine Elektrode an dem anderen Fuß gemessen. Diese Impedanzmessung ist sensitive für die Impedanz des stromdurchflossenen Beines.
Auf diese Weise können die Impedanzwerte des gesamten Körpers und einzelner Körpersegmente gemessen werden.
In dem Ersatzschaltbild in Fig. 1 sind die Impedanzen der Körpersegmente wie folgt bezeichnet:
1 Impedanz linker Arm
2 Impedanz rechter Arm
3 Impedanz linkes Bein
4 Impedanz rechtes Bein
5 Impedanz Torso .
Die Impedanzen sind komplexe Werte, die bei einer bestimmten Frequenz ermittelt werden, zum Beispiel bei 50 kHz. Für die komplexe Impedanz wird das Formelzeichen Z verwendet, mit R wird der Realteil von Z und mit Xc der Imaginärteil von Z be¬ zeichnet. Im Index ist die Frequenz in kHz angegeben, bei der die Impedanz ermittelt wurde, sowie das Körpersegment an dem sie gemessen wurde.
Im Folgenden wird eine Messung an einer Gruppe von Probanden betrachtet, an denen jeweils eine Impedanzmessung und eine un¬ abhängige Messung des Körperzusammensetzungsparameters Weich¬ teilmagermasse (LST, lean-soft-tissue) des rechten Beines vor¬ genommen wurde. Zur unabhängigen Messung dieses Körperzusammensetzungsparameters wurde eine DXA-Messung (dual energy x- ray absorption) durchgeführt. Anschließend wurde zur Vorhersa¬ ge des Körperzusammensetzungswertes LST eine Gleichung der Form:
LSTrechtesBein = ax ■ xl + a2 ■ x2 + a3 + x3 + a4 ■ x4 verwendet, wobei xi = Ht2 / R50reChtes Bein, 2 = Xc50reChtes Bein, 3 = Gewicht und X4 = Geschlecht. Anschließend wurde eine multiline¬ are Regression vorgenommen, um die Koeffizienten a± zu bestimmen, die die bestmögliche Korrelation des Körperzusammenset¬ zungsparameters LSTrechtes Bein aus der Bioimpedanzmessung und der unabhängigen Messung ergeben. Mit diesem Verfahren nach dem Stand der Technik erhält man ein Bestimmtheitsmaß r2 = 0,937. Das Bestimmtheitsmaß r2 ist das Quadrat des Korrelationskoeffi¬ zienten r und gibt an, welcher Anteil der Varianz von LSTrechtes Bein nach obiger Formel durch die lineare Regression erklärt wird. Das Bestimmtheitsmaß liegt zwischen 0 (kein linearer Zu¬ sammenhang) und 1 (perfekter linearer Zusammenhang) . Die Verteilung der Differenzen zwischen dem Wert von LSTreChtes Bein nach obiger Formel und den mit unabhängiger Messung bestimmten hat eine Standardabweichung von 0,501 kg, die auch als Fehler bezeichnet werden kann. Wird als X5 das folgende Verhältnis hinzugefügt
Torso
l5 I n D D D
V rechterArm lin ker Arm rechtesBein linkesBein und ein zugehöriger Koeffizient as durch Regression bestimmt, so verbessert sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren das Bestimmtheitsmaß r2 auf 0,948 und der Fehler (Standardabwei¬ chung der Verteilung der Differenzen zwischen berechnetem LSTrechtes Bein und unabhängig gemessenem) auf 0, 459 kg.
Verwendet man zusätzlich als x 6
^C Torso
rechter Arm lin ker Arm ^C rechtesBein ^C linkesBein ) I ^ und einen zugehörigen durch Regression bestimmten Koeffizienten ae so erhält man eine weitere Verbesserung des Bestimmt¬ heitsmaßes r2 auf 0, 956 und des Fehlers auf 0, 425 kg. Somit zeigt sich, dass mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Verfah¬ rensweisen eine Verbesserung der Messgenauigkeit für Körperzu¬ sammensetzungsparameter mit Bioimpedanzmessung erreicht wird.
Die Erfindung ermöglicht auch gegenüber dem nächstliegenden Stand der Technik gemäß WO 96/08198 AI eine deutliche Verbes¬ serung der Messgenauigkeit der Körperzusammensetzungsparame¬ ter. Um dies zu zeigen, kann man im Vergleich zu den obigen Ergebnissen nach der Erfindung die oben genannte Formel
LSTrechtesBein = αγ ■ xl + α2 ■ x2 + α3 + x3 + a4 ■ x4 um den Term x5 aus der Formel E20 in WO 96/08198 AI erweitern, nämlich
D
„ rechterArm + R linier Arm Mt _^
Λ5 _ R Torso R rechtesBein Gegenüber der Formel E20 aus WO 96/08198 AI haben wir in die¬ sem Term, da im vorliegenden Beispiel LSTrechtesBein betrachtet wird, den Gesamtkörperwiderstand Rw durch den passenden Term RrechtesBein ersetzt. In diesem Fall erhält man lediglich eine Verbesserung des Bestimmtheitsmaßes r2 auf 0,942 und des Feh¬ lers auf 0, 485 kg, was noch einmal zeigt, dass mit der erfin¬ dungsgemäßen Verfahrensweise eine deutliche Verbesserung ge¬ genüber dem nächstliegenden Stand der Technik erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungspa¬ rameters unter Anwendung einer Bioimpedanzmessung an einem Probanden, wobei bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters die Gesamtkörpergröße und ein Impe¬ danzwert des Körpers des Probanden in die Berechnung eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters zusätzlich ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffi¬ zienten und des Verhältnisses des Impedanzwertes des Torsos zu der Summe der Impedanzwerte aller Körperextre¬ mitäten in Form der Realteile der Impedanzen in der Form des Verhältnisses
'Torso
V rechterArm linker Arm rechtesBein linkesBein
und/oder ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab be¬ stimmten Koeffizienten und des Verhältnisses der Impedanzwerte in Form der Imaginärteile der Impedanzen in der Form des Verhältnisses
Xc Torso
'rechter -Arm -^^lin kei Arm ^C rechtesBein ^C linkesBein )/ ^
des Probanden darstellt, wobei
RTorso ^ chterArm ^inkeArm ^ chtesBein ^inkesBein dle ealteile der komplexen
Impedanzen von Rumpf, rechtem Arm, linkem Arm, rechtem Bein, linkem Bein und ^CTorSo ^CrechterArm ^CtinkeArm ^CrechteSBem ^CtinkeSBein ^ΙΘ Imag1ΠäΓtθ 11θ der komplexen Impedanzen von Rumpf, rechtem Arm, linkem Arm, rechtem Bein, linkem Bein sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzwerte bei einer Frequenz von 50 kHz gemessen werden.
Bioimpedanzmessgerät mit einer Mehrzahl von Elektroden zum Kontaktieren der Extremitäten eines Probanden und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (10), die dazu eingerich¬ tet ist mit verschiedenen Messprogrammen Wechselstrom über jeweils zwei Elektroden einzuprägen und resultierende Spannungen über andere Elektroden zu messen, um daraus die Impedanzen des Körpers und einzelner Körpersegmente zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (10) weiter dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen .
EP13732416.6A 2012-06-26 2013-06-20 Verfahren und gerät zur ermittlung von körperzusammensetzungs-parametern mit bioimpedanzmessung Withdrawn EP2863794A1 (de)

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