JP3984332B2 - 身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に、生体電気インピーダンス法に基づいて、被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計するのに有用な身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間や動物の身体組成を評価する目的で、生体の電気特性に関する研究が行われている。生体の電気特性は、組織又は臓器の種類によって著しく異なっており、例えば、ヒトの場合、血液の電気抵抗率は１５０Ω・ｃｍ前後であるのに対して、骨や脂肪の電気抵抗率は１〜５ｋΩ・ｃｍもある。この生体の電気特性は、生体電気インピーダンス（Bioelectric Impedance）と呼ばれ、生体の体表面に装着された複数の電極間に微小電流を流すことにより測定される。
このようにして得られた生体電気インピーダンスから被験者の体水分分布（細胞外液量、細胞内液量、これらの総和たる体水分量（体液量）等）や、体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪重量等）を推計する方法を生体電気インピーダンス法という（「身体組成の評価法としての生体電気インピーダンス法」, Baumgartner, R.N., etc.著、「生体電気インピーダンスとその臨床応用」, 医用電子と生体工学, 金井寛著, 20(3) Jun 1982、「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 ,波江野誠等著, 23(6) 1985、「インピーダンス法による膀胱内尿量の長時間計測」, 人間工学, 口ノ町康夫等著, 28(3) 1992 等参照）。
【０００３】
生体電気インピーダンスは、生体中のイオンによって搬送される電流に対する生体の抵抗（レジスタンス）と、細胞膜、組織界面、あるいは非イオン化組織によって作り出される様々な種類の分極プロセスと関連したリアクタンスとから構成される。リアクタンスの逆数である容量（キャパシタンス）は、電圧よりも電流に時間的遅れをもたらし、位相のズレ（フェーズシフト）を作り出すが、この値はレジスタンスに対するリアクタンスの比率の逆正接角（アークタンジェント）、即ち、電気位相角として幾何学的に定量できる。
これら生体電気インピーダンスＺ、抵抗Ｒ、リアクタンスＸ及び電気位相角φとの間の幾何学的な関係は、図１０に人体のインピーダンス軌跡として実線Ｄに示すように、周波数に依存している。周波数が０Ｈｚの時では、細胞膜と組織界面の生体電気インピーダンスＺは、電気を伝導するには高すぎる。従って、電気は細胞外液を通してのみ流れ、測定される生体電気インピーダンスＺは純粋にレジスタンスである。次に、周波数が増加するにつれて、電流は細胞膜を貫通するようになり、リアクタンスＸが高くなって位相角φを広げることになる。生体電気インピーダンスＺの大きさは、公式（Ｚ＝Ｒ2＋Ｘ2）によって定義されるベクトルの値に等しい。
リアクタンスＸが最大になる時の周波数を臨界周波数ｆCといい、伝導導体である生体の１つの電気的特性値である。この臨界周波数ｆCを超えると、細胞膜と組織界面が容量性能力を失うようになり、これにつれてリアクタンスＸが減少する。周波数が無限大では、生体電気インピーダンスは再び純粋にレジスタンスと等価になる。
【０００４】
ここで、生体の組織を構成する細胞について言及すると、図１１に示すように、細胞１，１，…は、細胞膜２，２，…によって取り囲まれているが、細胞膜２，２，…は、電気的には容量（キャパシタンス）の大きなコンデンサと見ることができる。従って、生体電気インピーダンスは、図１２に示すように、細胞外液抵抗１／Ｙeのみからなる細胞外液インピーダンスと、細胞内液抵抗１／Ｙiと細胞膜容量Ｃmとの直列接続からなる細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスと考えることができる。
そこで、上記生体電気インピーダンス法を用いて被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計する従来の身体組成推計方法においては、手足に装着された表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を、臨界周波数ｆCに近い５０ｋＨｚ（図１０）に固定してこれを疑似的に臨界周波数ｆCであるとして、被験者の生体電気インピーダンスを測定して、細胞外液インピーダンスと細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスを得、得られた並列合成インピーダンスに基づいて、被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計していた。例えば、得られた並列合成インピーダンスから、体脂肪率を計算し、計算された体脂肪率より除脂肪重量を求め、その除脂肪重量の約７３．２％が水分であるとして被験者の体水分量を算出していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の身体組成推計方法においては、手足の表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を臨界周波数ｆCに近い５０ｋＨｚに固定しているが、臨界周波数ｆCは、人体の高周波領域と低周波領域とを分ける周波数と考えられ、個人によって異なるものであるので、５０ｋＨｚに固定してしまうのでは、正確な臨界周波数ｆCを算出できないという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、正確な臨界周波数を個別的に算出できる身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、
【００１０】
請求項１記載の発明に係る身体組成推計装置は、マルチ周波のプローブ電流を生成し、生成した各周波のプローブ電流を被験者の体に投入して該被験者の体の電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定手段と、該生体電気インピーダンス測定手段によって測定された各周波数についての上記電気インピーダンスに基づいて、上記被験者の体のインピーダンス軌跡を算出するインピーダンス軌跡算出手段と、該インピーダンス軌跡算出手段によって算出された上記インピーダンス軌跡に基づいて、上記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出する臨界周波数算出手段とを備えてなることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項１記載の発明に係る身体組成推計装置は、上記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計する除水量推計手段を備えてなることを特徴としている。
【００１２】
上記除水量推計手段は、上記除水量が上記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、上記除水量を推計することを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項２記載の発明に係る身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータによって被験者の体の体水分分布や体脂肪の状態を推計するための身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、該身体組成推計プログラムは、コンピュータに、マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより測定された各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を算出させ、算出された該インピーダンス軌跡から、上記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出させることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の発明に係る身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記身体組成推計プログラムは、コンピュータに、上記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計させることを特徴としている。
【００１５】
上記身体組成推計プログラムは、コンピュータに、上記除水量が上記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、除水量を推計させることを特徴としている。
【００１６】
【作用】
この発明の構成において、マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより、被験者の体の電気インピーダンスが測定されると、得られた各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、被験者の体のインピーダンス軌跡が算出されるので、この得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数が算出される。
また、得られた臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量が推計される。
それ故、この発明の構成によれば、正確な臨界周波数が算出できる。また、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１はこの発明の一実施例である身体組成推計装置の電気的構成を示すブロック図、図２は、同装置の使用状態を模式的に示す模式図、図３は、組織内細胞の電気的等価回路図、図４は、周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図、図５は、除水量ｕｆを推計するための身体組成推計式の導出方法を説明するための説明図、図６は、同装置の動作処理手順を示すフローチャート、図７は、同装置における表示器の表示例を示す図、図８は、同動作を説明するためのタイミングチャート、図９は、同装置における表示器の別の表示例を示す図である。
この例の身体組成推計装置４は、被験者の体水分分布（細胞外液量、細胞内液量、体液量）や除脂肪重量、臨界周波数等を測定し、測定結果を表示する装置に係り、図１及び図２に示すように、被験者の体Ｅに測定信号としてマルチ周波数電流Ｉｂを流すための信号出力回路５と、被験者の体Ｅを流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出するための電流検出回路６と、被験者の手足間の電圧Ｖｐを検出するための電圧検出回路７と、入力装置としてのキーボード８と、出力装置としての表示器９と、装置各部を制御すると共に、各種演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）１０と、ＣＰＵ１０の処理プログラムを記憶するＲＯＭ１１と、各種データを一時記憶するデータ領域及びＣＰＵ１０の作業領域が設定されるＲＡＭ１２と、測定時に被験者の手甲部Ｈａや足甲部Ｌｅの皮膚表面に導電可能に貼り付けられる４個の表面電極Ｈｐ,Ｈｃ,Ｌｐ,Ｌｃとから概略構成されている。
【００１８】
まず、キーボード８は、被験者の身長や体重、測定時間等を入力するためのテンキーや機能キー、体水分分布測定モード又は体脂肪測定モードの一方を選択するモード選択キー、及び操作者（又は被験者）が測定開始／測定終了を指示するための開始／終了スイッチ等を有して構成されている。キーボード８から供給される操作データ及び身長・体重データは、図示せぬキーコード発生回路でキーコードに変換されてＣＰＵ１０に供給される。ＣＰＵ１０は、コード入力された各種操作信号及び身長・体重データをＲＡＭ１２のデータ領域に一時記憶する。
この例では、体脂肪測定モードにおいては、全測定期間Ｔf及び後述する測定信号Ｉａの掃引回数Ｎが入力される。また、体水分分布測定モードにおいては、全測定時間Ｔw、測定間隔ｔ、及び掃引回数Ｎが入力され、全測定時間Ｔwは、例えば、人工透析をモニターするのに充分な時間を考慮して、４．５時間、５時間、５．５時間、６時間、６．５時間、７時間の中から、また、測定間隔ｔは、１０分、２０分、３０分の中から任意に選択できるようになっている。これにより、全測定時間Ｔwの間、被験者の体液量ＴＢＷの経時変化が測定される。このように、与えられたいくつかの時間の中から選択する代わりに、操作者が、キーボード８を用いて自由に時間Ｔw，ｔを設定できるようにしても良い。
【００１９】
上記信号出力回路５は、ＰＩＯ（パラレル・インタフェース）５１、測定信号発生器５２及び出力バッファ５３から構成されている。測定信号発生器５２は、所定の掃引周期で、ＰＩＯ５１を介してＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧが供給されると、周波数が、例えば１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号（電流）Ｉａを、所定の掃引回数Ｎに亘って、繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。この表面電極Ｈｃは、測定時、被験者の手甲部Ｈａに導電可能に貼り付けられ、これにより、１００〜８００μＡの範囲にあるマルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅを流れることになる。
なお、体水分分布測定モードにおいては、信号発生指示信号ＳＧの供給周期は、操作者がキーボード８を用いて設定した測定間隔ｔに一致する。
【００２０】
上記電流検出回路６は、Ｉ／Ｖ変換器（電流／電圧変換器）６１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６２、Ａ／Ｄ変換器６３及びサンプリングメモリ６４から概略構成されている。Ｉ／Ｖ変換器６１は、被験者の体Ｅ、即ち、被験者の手甲部Ｈａ（図２）に貼り付けられた表面電極Ｈｃと足甲部Ｌｅに貼り付けられた表面電極Ｌｃとの間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出して電圧Ｖｂに変換し、変換により得られた電圧ＶｂをＢＰＦ６２に供給する。ＢＰＦ６２は、入力された電圧Ｖｂのうち、略１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器６３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器６３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｂをデジタルの電圧信号Ｖｂに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｂを電流データＶｂとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納する。また、サンプリングメモリ６４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｂを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
【００２１】
また、上記電圧検出回路７は、差動増幅器７１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）７２、Ａ／Ｄ変換器７３及びサンプリングメモリ７４から構成されている。差動増幅器７１は、被験者の体Ｅ、即ち、被験者の手甲部Ｈａに貼り付けられた表面電極Ｈｐと足甲部Ｌｅに貼り付けられた表面電極Ｌｐとの間の電圧（電位差）を検出する。ＢＰＦ７２は、入力された電圧Ｖｐのうち、略１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器７３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器７３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｐをデジタルの電圧信号Ｖｐに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｐを電圧データＶｐとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納する。また、サンプリングメモリ７４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｐを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
なお、ＣＰＵ１０は、２つのＡ／Ｄ変換器６３，７３に対して同一のタイミングでデジタル変換指示を行う。
【００２２】
ＲＯＭ１１は、ＣＰＵ１０の処理プログラムとして、主プログラムの他、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム、インピーダンス軌跡算出サブプログラム、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム、周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラム、臨界周波数算出サブプログラム、除水量推計サブプログラム、細胞内液抵抗算出サブプログラム、除脂肪重量推計サブプログラム、体脂肪重量推計サブプログラム、体脂肪率推計サブプログラム、細胞外液量推計サブプログラム、細胞内液量推計サブプログラム、体液量推計サブプログラム、体液量−除脂肪重量比算出サブプログラム、体液量偏差算出サブプログラム等を格納する。
また、ＲＯＭ１１には、予め統計的に処理された一般健常者の体の正常状態における体液量ＴＢＷSを、除脂肪重量ＬＢＭSで除した数値データも、正常体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷS／ＬＢＭS）として予め設定登録されている。各種プログラムは、ＲＯＭ１１からＣＰＵ１０に読み込まれ、ＣＰＵ１０の動作を制御する。なお、これらのサブプログラムを記録する記録媒体は、ＲＯＭ１１等の半導体メモリに限らず、ＦＤ（フロッピーディスク）やＨＤ（ハードディスク）等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに記録されていても良い。
【００２３】
ここで、上述の生体電気インピーダンス算出サブプログラムは、ＣＰＵ１０に、サンプリングメモリ６４，７４に記憶された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出させて、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンスを算出させる。「従来の技術」欄で説明したように、細胞膜２，２，…は、容量の大きなコンデンサとみることができるため、外部から印加された電流は、周波数の低いときには、図１１に実線Ａ，Ａ，…で示すように、細胞外液３のみを流れる。しかし、周波数が高くなるにつれて、細胞膜２，２，…を通って流れる電流が増え、周波数が非常に高くなると、同図に破線Ｂ，Ｂ，…で示すように、細胞１，１，…内を通って流れるようになる。
【００２４】
インピーダンス軌跡算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、生体電気インピーダンス算出サブプログラムの稼働により得られた各周波数についての被験者の生体電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法に従って、周波数０から周波数無限大までのインピーダンス軌跡を算出させる処理手順が書き込まれている。「従来の技術」の欄では、人体の組織内細胞を単純な電気的等価回路（図１２）で表したが、実際の人体の組織では、いろいろな大きさの細胞が不規則に配置されているので、実際の人体のインピーダンス軌跡は、図１０に実線Ｄで示すように、中心が実軸より上がった円弧となり、電気的等価回路は、図３に示すように、時定数τ＝Ｃmk／Ｙikが分布している分布定数回路で表される。なお、同図において、１／Ｙeは細胞外液抵抗、１／Ｙikは各細胞の細胞内液抵抗、Ｃmkは各細胞の細胞膜容量を示す。
【００２５】
周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムには、それぞれ、ＣＰＵ１０に、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、それぞれ、周波数０時、無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを決定させる手順が書き込まれている。
【００２６】
臨界周波数算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数ｆCを算出させる手順が書き込まれている。臨界周波数ｆCは、インピーダンス軌跡（図１０）の円弧の頂点を超える前後のデータの周波数を求め、各データの頂点から離れた割合から求めることができる。
除水量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、臨界周波数推計サブプログラムの稼働により得られた臨界周波数ｆCに基づいて、人工透析において設定すべき最適な除水量ｕｆを推計させるための推計式（１）が記述されている。ここで、式（１）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた除水量ｕｆの回帰式であり、定数α，βは、人工透析終了後に実測した除水量ｕｆをｆCの１つの説明変数で回帰分析することによって求めたものである。相関係数は、０．９６であり、高い相関が確認されている。なお、この式（１）によって表される回帰直線は、図５に示すような直線となる。
【００２７】
【数１】
ｕｆ＝−αｆC＋β… …（１）
ｕｆ：人工透析による被験者の除水量［ｌ］
ｆC：被験者の臨界周波数［ｋＨｚ］
α，β：定数
【００２８】
細胞内液抵抗算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの稼働により得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗１／Ｙiを算出させる算出式（２）が記述されている。周波数０Ｈｚでは、測定される生体電気インピーダンス１／Ｙ（０）は、細胞外液抵抗１／Ｙeと等価となるので、周波数０時インピーダンス決定サブプログラムにおいて得られたインピーダンス１／Ｙ（０）が求めるべき細胞外液抵抗１／Ｙeとなる（式（３）参照）。また、周波数無限大では、図１０に示すように、細胞膜が容量性能力を失い、測定される生体電気インピーダンス１／Ｙ（∞）は、細胞内液抵抗１／Ｙiと細胞外液抵抗１／Ｙeとの合成抵抗と等価（図４）になる。従って、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンス１／Ｙ（０）及び１／Ｙ（∞）から、細胞内液抵抗１／Ｙiが正確に算出される。
【００２９】
【数２】
Ｙi＝Ｙ（∞）−Ｙ（０）… …（２）
【００３０】
【数３】
Ｙe＝Ｙ（０）… …（３）
【００３１】
除脂肪重量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、周波数０時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた細胞外液抵抗１／Ｙe、細胞内液抵抗算出サブプログラムにより得られた細胞内液抵抗１／Ｙi、キーボード８を介して入力された被験者の身長データＨや体重データＷに基づいて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計させるための推計式（４）が記述されている。
ここで、式（４）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた除脂肪重量ＬＢＭの重回帰式であり、定数ａ1，ｂ1，ｃ1，ｄ1は、ＤＸＡで測定した除脂肪重量ＬＢＭをＷ、Ｈ2Ｙe、Ｈ2Ｙiの３つの説明変数で重回帰分析することによって求めたものである。説明変数に体重Ｗを付加することで、ＤＸＡで測定したデータとの相関係数が、０．９６に上昇する。
【００３２】
【数４】
ＬＢＭ＝ａ1Ｗ＋ｂ1Ｈ2Ｙe＋ｃ1Ｈ2Ｙi＋ｄ1… …（４）
ＬＢＭ：被験者の体の除脂肪重量［ｋｇ］
Ｗ：被験者の体重［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ａ1，ｂ1，ｃ1，ｄ1：定数
【００３３】
上記体脂肪重量推計サブプログラムは、ＣＰＵ１０に、除脂肪重量ＬＢＭを被験者の体重Ｗから減算させることによって、被験者の体脂肪重量ＦＡＴを算出させる。体脂肪率推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、除脂肪重量推計サブプログラムにより得られた除脂肪重量ＬＢＭと、体脂肪重量推計サブプログラムにより得られた体脂肪重量ＦＡＴとに基づいて、被験者の体脂肪率％ＦＡＴを算出させるための手順（式（５））が記述されている。
【００３４】
【数５】
％ＦＡＴ＝１００ＦＡＴ／（ＦＡＴ＋ＬＢＭ）… …（５）
【００３５】
細胞外液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞外液抵抗１／Ｙe、被験者の身長データＨに基づいて、被験者の細胞外液量Ｖeを推計させるための推計式（６）が記述されている。
ここで、式（６）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた細胞外液量Ｖeの回帰式であり、定数ｂ2は、細胞外液量ＶeをＨ2Ｙeの１つの説明変数で回帰分析することによって求められたものである。
【００３６】
【数６】
Ｖe＝ｂ2Ｈ2Ｙe… …（６）
Ｖe：被験者の細胞外液量［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
ｂ2：定数
【００３７】
細胞内液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞内液抵抗１／Ｙi、被験者の身長データＨに基づいて、被験者の細胞内液量Ｖiを推計させるための推計式（７）が記述されている。
ここで、式（７）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた細胞内液量Ｖiの回帰式であり、定数ｃ2は、細胞内液量ＶiをＨ2Ｙiの１つの説明変数で回帰分析することによって求められたものである。
【００３８】
【数７】
Ｖi＝ｃ2Ｈ2Ｙi… …（７）
Ｖi：被験者の細胞内液量［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ｃ2：定数
【００３９】
体液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞外液抵抗１／Ｙe、細胞内液抵抗１／Ｙi、被験者の身長データＨや体重データＷに基づいて、被験者の体液量ＴＢＷを推計させるための推計式（８）が記述されている。
ここで、式（８）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた体液量ＴＢＷの重回帰式であり、定数ａ3，ｂ3，ｃ3，ｄ3は、ＤＸＡで測定した体液量ＴＢＷをＷ、Ｈ2Ｙe、Ｈ2Ｙiの３つの説明変数で重回帰分析することによって求められたものである。
【００４０】
【数８】
ＴＢＷ＝ａ3Ｗ＋ｂ3Ｈ2Ｙe＋ｃ3Ｈ2Ｙi＋ｄ3… …（８）
ＴＢＷ：被験者の体液量［ｋｇ］
Ｗ：被験者の体重［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ａ3，ｂ3，ｃ3，ｄ3：定数
【００４１】
体液量−除脂肪重量比算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、被験者の体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を算出させる手順が記述されている。
また、体液量偏差算出サブプログラムには、被験者の体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）と正常体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷs／ＬＢＭs）との差である体液量−除脂肪重量比偏差Δ（ＴＢＷ／ＬＢＭ）に除脂肪重量ＬＢＭを乗ずることで与えられる体液量偏差ΔＴＢＷ（式（９））を算出させる手順が記述されている。
【００４２】
【数９】
ΔＴＢＷ＝ＬＢＭ｛（ＴＢＷ／ＬＢＭ）−（ＴＢＷs／ＬＢＭs）｝… …（９）
【００４３】
ＲＡＭ１２のデータ領域には、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム等により得られた被験者の生体電気インピーダンスを周波数毎に格納する生体電気インピーダンス記憶領域と、キーボード８を介して入力された被験者の身長・体重データ等を格納する身長・体重データ記憶領域と、体脂肪率推計サブプログラムにより得られた体脂肪率等の数値を記憶する体脂肪記憶領域等が設定される。
【００４４】
ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１に記憶された各種処理プログラムの制御により、ＲＡＭ１２を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、脂肪重量ＦＡＴ、体液量ＴＢＷ等を推計する処理を順次実行する。
表示器９は、例えば、カラー表示が可能な液晶表示パネルからなり、キーボード８からの入力データやＣＰＵ１０の演算結果、例えば、体液量−除脂肪重量比に関するトレンドグラフや、体液量偏差、体脂肪率、インピーダンス軌跡（図９（ａ）,（ｂ）参照）、細胞外液抵抗、細胞内液抵抗、被験者の身長・体重等を表示する。
【００４５】
次に、この例の動作について説明する。
まず、測定に先だって、図２に示すように、２個の表面電極Ｈｃ,Ｈｐを被験者の手甲部Ｈａに、２個の表面電極Ｌｐ,Ｌｃを被験者の同じ側の足甲部Ｌｅにそれぞれ導電クリームを介して貼り付ける（このとき、表面電極Ｈｃ,Ｌｃを、表面電極Ｈｐ,Ｌｐよりも人体の中心から遠い部位に取り付ける）。上記構成の身体組成推計装置４を、例えば、透析時のモニターとして用いる場合には、操作者（又は被験者自身）が身体組成推計装置４のキーボード８を操作して、モード設定キーを操作して、体水分分布測定モードを設定し、さらに、被験者の身長Ｈ及び体重Ｗを入力すると共に、測定開始から測定終了までの全測定時間Ｔwや測定間隔等ｔ（図８）や掃引回数Ｎを設定する。この例では、全測定時間Ｔwは、透析をモニターするのに充分な時間を考慮して、７時間が選択され、また、測定間隔ｔは、３０分が選択されたとする。キーボード８から入力された身長Ｈ及び体重Ｗ等のデータや設定値は、ＲＡＭ１２に記憶される。
【００４６】
次に、操作者（又は被験者自身）が、透析開始の時刻に合わせてキーボード８の開始／終了スイッチをオンにすると、これより、ＣＰＵ１０は、図６に示す処理の流れに従って、動作を開始する。まず、ステップＳＰ１０において、ＣＰＵ１０は、信号出力回路５の測定信号発生器５２に、信号発生指示信号ＳＧを供給する。測定信号発生器５２は、ＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧを受け取ると、駆動を開始して、全測定時間の間、所定の掃引周期で、周波数が、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号Ｉａを繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態（１００〜８００μＡに範囲の一定値）に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。これにより、定電流のマルチ周波数電流Ｉｂが、表面電極Ｈｃから被験者の体Ｅを流れ、測定が開始される。
【００４７】
マルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅに供給されると、電流検出回路６のＩ／Ｖ変換器６１において、表面電極Ｈｃ,Ｌｃが貼り付けられた手足間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂが検出され、アナログの電圧信号Ｖｂに変換された後、ＢＰＦ６２に供給される。ＢＰＦ６２では、入力された電圧信号Ｖｂの中から１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器６３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器６３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｂが、デジタルの電圧信号Ｖｂに変換され、電流データＶｂとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納される。サンプリングメモリ６４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｂがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。
一方、電圧検出回路７の差動増幅器７１において、表面電極Ｈｐ,Ｌｐが貼り付けられた手足間で生じた電圧Ｖｐが検出され、ＢＰＦ７２に供給される。ＢＰＦ７２では、入力された電圧信号Ｖｐの中から１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器７３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器７３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｐが、デジタルの電圧信号Ｖｐに変換され、電圧データＶｐとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納される。サンプリングメモリ７４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｐがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。ＣＰＵ１０は、プローブ電流Ｉａの掃引回数が、指定された掃引回数Ｎになるまで繰り返す。
【００４８】
そして、掃引回数が指定の回数Ｎになると、ＣＰＵ１０は、測定を停止する制御を行った後、ステップＳＰ１１へ進み、これより、まず、生体電気インピーダンス算出サブプログラムを起動して、両サンプリングメモリ６４，７４に格納された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出して、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス（掃引回数Ｎ回の平均値）を算出する。なお、生体電気インピーダンスの算出には、その成分（抵抗及びリアクタンス）の算出も含まれる。次に、ＣＰＵ１０は、インピーダンス軌跡算出サブプログラムを起動して、生体電気インピーダンス算出サブプログラムにより得られた各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス及びその成分（抵抗及びリアクタンス）に基づいて、最小二乗法を用いるカーブフィッティングの手法に従って、周波数０から周波数無限大までのインピーダンス軌跡を算出する。このようにして算出されたインピーダンス軌跡は、図９（ａ）,（ｂ）に示すように、中心が実軸より上がった円弧となる。
【００４９】
次に、ＣＰＵ１０は、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの制御に従って、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより得られたインピーダンス軌跡に基づいて、それぞれ、周波数０時及び無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを求める。つまり、インピーダンス軌跡の円弧が、図中Ｘ軸と交わる点が、それぞれ周波数０Ｈｚと無限大の時の生体電気インピーダンスになる。ここで、周波数０Ｈｚ時の生体電気インピーダンスが、求める細胞外液抵抗となる。
次に、ＣＰＵ１０は、臨界周波数算出サブプログラムの制御に従って、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数ｆCを求める。つまり、インピーダンス軌跡（図１０）の円弧の頂点を超える前後のデータの周波数を求め、各データの頂点から離れた割合から求める。次に、ＣＰＵ１０は、細胞内液抵抗算出サブプログラムに従って、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗を算出する。
【００５０】
（ａ）体水分分布測定モード時
次に、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ１０は、図示せぬモード設定フラグを見て、現在のモードが体水分分布測定モードであるか体脂肪測定モードであるかを調べる。
いまは、操作者（又は被験者自身）によって、体水分分布測定モードが設定されているので、ＣＰＵ１０は、ステップＳＰ１３へ進み、まず、除水量推計サブプログラムの制御により、式（１）を用いて、被験者の設定すべき除水量ｕｆを推計する処理を実行する。次に、ＣＰＵ１０は、細胞外液量推計サブプログラムの制御により、式（６）を用いて、被験者の細胞外液量Ｖeを推計する処理を実行した後、細胞内液量推計サブプログラムの制御により、式（７）を用いて、被験者の細胞内液量Ｖiを推計する処理を実行する。さらに、ＣＰＵ１０は、体液量推計サブプログラムの制御により、式（８）を用いて、被験者の体液量ＴＢＷを推計する処理を実行する。
次に、ＣＰＵ１０は、除脂肪重量推計サブプログラムの制御により、式（４）を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計し、この後、体液量−除脂肪重量比算出サブプログラムの制御により、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を算出し、最後に、体液量偏差算出サブプログラムの制御により、式（９）を用いて、被験者の現在の体液量偏差ΔＴＢＷを算出する。
【００５１】
上述の一連の算出処理が完了すると、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の除水量ｕｆ、細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭ、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）、体液量偏差ΔＴＢＷ等を測定時点における測定結果としてＲＡＭ１２に記憶すると共に、ステップＳＰ１４へ進み、図７に示すように、表示器９に画面表示されたトレンドグラフ（透析開始からの経過時間を横軸とし、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を縦軸とする折れ線グラフ）上に体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）の値をプロットし、また、除水量ｕｆを目安とすべき推奨除水量として表示すると共に、細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量偏差ΔＴＢＷ、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭを現在のデータとして画面表示する。
【００５２】
この後、ステップＳＰ１５へ進み、ＣＰＵ１０は、全測定時間Ｔw（図８）が経過したか否かを判断する。この判断において、全測定時間Ｔw（この例では、７時間）が経過したとの結論が得られれば、以後の測定処理を終了するが、いま、最初の測定が終了したばかりなので、全測定時間Ｔwがいまだ経過していないと判断され、ステップＳＰ１６へ進み、測定間隔に相当する時間ｔ（同図）が経過するのを待つ。なお、この待ち時間の間も、表示器９のトレンドグラフ画面は、表示されている。そして、測定間隔に相当する時間ｔ（この例では、３０分）が経過すると、ステップＳＰ１０へ戻り、２回目の測定を開始する。そして、上述の処理を、全測定時間Ｔwが経過するまで、すなわち、透析終了時まで繰り返す。
【００５３】
（ｂ）体脂肪測定モード時
一方、被験者が除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等の測定を希望する場合には、まず、測定に先だって、操作者（又は被験者自身）が身体組成推計装置４のキーボード８を操作して、モード設定キーを操作して、体脂肪測定モードを設定し、さらに、被験者の身長Ｈ及び体重Ｗを入力すると共に、全測定時間Ｔf、及び掃引回数Ｎを設定する。次に、キーボード８の開始／終了スイッチを押下すると、これより、ＣＰＵ１０は、上述した測定演算処理（ステップＳＰ１０及びステップＳＰ１１）を実行する。そして、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ１０は、モード設定フラグを見て、現在のモードが体水分分布測定モードであるか体脂肪測定モードであるかを調べる。
今度は、体脂肪測定モードが選択されているので、ステップＳＰ１７へ進み、ＣＰＵ１０は、除脂肪重量推計サブプログラムの制御により、式（４）を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計する。次に、ＣＰＵ１０は、体脂肪重量推計サブプログラムの制御により、被験者の脂肪重量ＦＡＴを推計し、次いで、体脂肪率推計サブプログラムの制御により、式（５）を用いて、体脂肪率％ＦＡＴを算出する。
【００５４】
上述の一連の算出処理が完了すると、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等をＲＡＭ１２に記憶すると共に、ステップＳＰ１８において、図９に示すように、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等、インピーダンス軌跡、細胞外液抵抗、被験者の身長・体重等を表示器９に表示させる。そして、当該一連の処理を終了する。
【００５５】
このように、上記構成によれば、細胞外液抵抗１／Ｙeと細胞内液抵抗１／Ｙiとを、互いに確実に分離でき、しかも、細胞膜の容量成分を全く含まない上、被験者の身長Ｈのみならず、体重Ｗも考慮されるので、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体液量ＴＢＷ等について、一段と正確な推計値を得ることがでる。例えば、除脂肪重量ＬＢＭでは、ＤＸＡで測定したデータとの相関係数が、０．９６に上昇する。
また、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を求め、求められた軌跡から、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求め、求められた生体電気インピーダンスに基づいて、細胞外液抵抗及び細胞内液抵抗を算出するので、高周波投入時の浮遊容量や外来ノイズの影響を回避でき、また、人体への直流の直接投入を回避できる。それ故、測定精度が向上する。また、体水分分布測定モードにおいて、表示器９に、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）の現在の値がトレンド表示され、かつ、除水量ｕｆが目安とすべき推奨除水量として表示されると共に、被験者の現在の細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量偏差ΔＴＢＷ、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭが表示されるので、例えば、人工透析の際に、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。また、この際、被験者の体格の差異の影響を補正する必要はない。
【００５６】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、４個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐのうち、２個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐを被験者Ｅの手甲部Ｈａに、残り２個の表面電極Ｌｃ，Ｌｐを被験者Ｅの足甲部Ｌｅに、貼り付けるようにしたが、これに限らず、例えば、４個とも片足に取り付けるようにしても良い。
また、測定信号（電流）Ｉａの周波数範囲は、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに限定されない。同様に、周波数の数も複数である限り任意である。また、生体電気インピーダンスを算出する代わりに、生体電気アドミッタンスを算出するようにしても良く、これに伴い、インピーダンス軌跡を算出する代わりに、アドミッタンス軌跡を算出するようにしても良い。
また、上述の実施例では、最小二乗法によるカーブフィッティングの手法を用いて、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求めるようにしたが、これに限らず、浮遊容量や外来ノイズの影響を他の手段により回避できる場合には、例えば、２周波数（５ｋＨｚ以下の低周波と、２００ｋＨｚ以上の高周波）の測定信号を生成して被験者に投入し、被験者の体の低周波時の生体電気インピーダンスを周波数０時の生体電気インピーダンスとみなすと共に、被験者の体の高周波時の生体電気インピーダンスを周波数無限大時の生体電気インピーダンスとみなすようにしても良い。
また、表示器９のトレンドグラフを折れ線グラフに代えて棒グラフとしても良い。また、出力装置は、表示器に限らず、プリンタを用いても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、正確な臨界周波数を個人毎に算出できる。また、目安とすべき人工透析における除水量の推定が行われるので、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である身体組成推計装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】同身体組成推計装置の使用状態を模式的に示す模式図である。
【図３】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図４】周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図５】除水量を推計するための身体組成推計式の導出方法を説明するための説明図である。
【図６】同身体組成推計装置の動作処理手順を示すフローチャートである。
【図７】同身体組成推計装置における表示器の表示例を示す図である。
【図８】同身体組成推計装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】同身体組成推計装置における表示器の別の表示例を示す図である。
【図１０】人体のインピーダンス軌跡を示す図である。
【図１１】人体の組織内細胞を模式的に示す模式図である。
【図１２】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【符号の説明】
４ 身体組成推計装置
５ 信号出力回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
６ 電流検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
７ 電圧検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
８ キーボード
１０ ＣＰＵ（生体電気インピーダンス算出手段）
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
５２ 測定信号発生器
５３ 出力バッファ
６１ Ｉ／Ｖ変換器
６２，７２ ＢＰＦ
６３，７３ Ａ／Ｄ変換器
６４，７４ サンプリングメモリ
７１ 差動増幅器
Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐ 表面電極
Ｅ 被験者の体
Ｈａ 被験者の手甲部
Ｌｅ 被験者の足甲部
Ｉａ 測定信号
Ｉｂ マルチ周波数電流（マルチ周波のプローブ電流）
Ｖｐ 被験者の手足間の電圧
【発明の属する技術分野】
この発明は、身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に、生体電気インピーダンス法に基づいて、被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計するのに有用な身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間や動物の身体組成を評価する目的で、生体の電気特性に関する研究が行われている。生体の電気特性は、組織又は臓器の種類によって著しく異なっており、例えば、ヒトの場合、血液の電気抵抗率は１５０Ω・ｃｍ前後であるのに対して、骨や脂肪の電気抵抗率は１〜５ｋΩ・ｃｍもある。この生体の電気特性は、生体電気インピーダンス（Bioelectric Impedance）と呼ばれ、生体の体表面に装着された複数の電極間に微小電流を流すことにより測定される。
このようにして得られた生体電気インピーダンスから被験者の体水分分布（細胞外液量、細胞内液量、これらの総和たる体水分量（体液量）等）や、体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪重量等）を推計する方法を生体電気インピーダンス法という（「身体組成の評価法としての生体電気インピーダンス法」, Baumgartner, R.N., etc.著、「生体電気インピーダンスとその臨床応用」, 医用電子と生体工学, 金井寛著, 20(3) Jun 1982、「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 ,波江野誠等著, 23(6) 1985、「インピーダンス法による膀胱内尿量の長時間計測」, 人間工学, 口ノ町康夫等著, 28(3) 1992 等参照）。
【０００３】
生体電気インピーダンスは、生体中のイオンによって搬送される電流に対する生体の抵抗（レジスタンス）と、細胞膜、組織界面、あるいは非イオン化組織によって作り出される様々な種類の分極プロセスと関連したリアクタンスとから構成される。リアクタンスの逆数である容量（キャパシタンス）は、電圧よりも電流に時間的遅れをもたらし、位相のズレ（フェーズシフト）を作り出すが、この値はレジスタンスに対するリアクタンスの比率の逆正接角（アークタンジェント）、即ち、電気位相角として幾何学的に定量できる。
これら生体電気インピーダンスＺ、抵抗Ｒ、リアクタンスＸ及び電気位相角φとの間の幾何学的な関係は、図１０に人体のインピーダンス軌跡として実線Ｄに示すように、周波数に依存している。周波数が０Ｈｚの時では、細胞膜と組織界面の生体電気インピーダンスＺは、電気を伝導するには高すぎる。従って、電気は細胞外液を通してのみ流れ、測定される生体電気インピーダンスＺは純粋にレジスタンスである。次に、周波数が増加するにつれて、電流は細胞膜を貫通するようになり、リアクタンスＸが高くなって位相角φを広げることになる。生体電気インピーダンスＺの大きさは、公式（Ｚ＝Ｒ2＋Ｘ2）によって定義されるベクトルの値に等しい。
リアクタンスＸが最大になる時の周波数を臨界周波数ｆCといい、伝導導体である生体の１つの電気的特性値である。この臨界周波数ｆCを超えると、細胞膜と組織界面が容量性能力を失うようになり、これにつれてリアクタンスＸが減少する。周波数が無限大では、生体電気インピーダンスは再び純粋にレジスタンスと等価になる。
【０００４】
ここで、生体の組織を構成する細胞について言及すると、図１１に示すように、細胞１，１，…は、細胞膜２，２，…によって取り囲まれているが、細胞膜２，２，…は、電気的には容量（キャパシタンス）の大きなコンデンサと見ることができる。従って、生体電気インピーダンスは、図１２に示すように、細胞外液抵抗１／Ｙeのみからなる細胞外液インピーダンスと、細胞内液抵抗１／Ｙiと細胞膜容量Ｃmとの直列接続からなる細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスと考えることができる。
そこで、上記生体電気インピーダンス法を用いて被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計する従来の身体組成推計方法においては、手足に装着された表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を、臨界周波数ｆCに近い５０ｋＨｚ（図１０）に固定してこれを疑似的に臨界周波数ｆCであるとして、被験者の生体電気インピーダンスを測定して、細胞外液インピーダンスと細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスを得、得られた並列合成インピーダンスに基づいて、被験者の体水分分布や体脂肪の状態を推計していた。例えば、得られた並列合成インピーダンスから、体脂肪率を計算し、計算された体脂肪率より除脂肪重量を求め、その除脂肪重量の約７３．２％が水分であるとして被験者の体水分量を算出していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の身体組成推計方法においては、手足の表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を臨界周波数ｆCに近い５０ｋＨｚに固定しているが、臨界周波数ｆCは、人体の高周波領域と低周波領域とを分ける周波数と考えられ、個人によって異なるものであるので、５０ｋＨｚに固定してしまうのでは、正確な臨界周波数ｆCを算出できないという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、正確な臨界周波数を個別的に算出できる身体組成推計装置及び身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、
【００１０】
請求項１記載の発明に係る身体組成推計装置は、マルチ周波のプローブ電流を生成し、生成した各周波のプローブ電流を被験者の体に投入して該被験者の体の電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定手段と、該生体電気インピーダンス測定手段によって測定された各周波数についての上記電気インピーダンスに基づいて、上記被験者の体のインピーダンス軌跡を算出するインピーダンス軌跡算出手段と、該インピーダンス軌跡算出手段によって算出された上記インピーダンス軌跡に基づいて、上記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出する臨界周波数算出手段とを備えてなることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項１記載の発明に係る身体組成推計装置は、上記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計する除水量推計手段を備えてなることを特徴としている。
【００１２】
上記除水量推計手段は、上記除水量が上記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、上記除水量を推計することを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項２記載の発明に係る身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータによって被験者の体の体水分分布や体脂肪の状態を推計するための身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、該身体組成推計プログラムは、コンピュータに、マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより測定された各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を算出させ、算出された該インピーダンス軌跡から、上記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出させることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の発明に係る身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記身体組成推計プログラムは、コンピュータに、上記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計させることを特徴としている。
【００１５】
上記身体組成推計プログラムは、コンピュータに、上記除水量が上記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、除水量を推計させることを特徴としている。
【００１６】
【作用】
この発明の構成において、マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより、被験者の体の電気インピーダンスが測定されると、得られた各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、被験者の体のインピーダンス軌跡が算出されるので、この得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数が算出される。
また、得られた臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量が推計される。
それ故、この発明の構成によれば、正確な臨界周波数が算出できる。また、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１はこの発明の一実施例である身体組成推計装置の電気的構成を示すブロック図、図２は、同装置の使用状態を模式的に示す模式図、図３は、組織内細胞の電気的等価回路図、図４は、周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図、図５は、除水量ｕｆを推計するための身体組成推計式の導出方法を説明するための説明図、図６は、同装置の動作処理手順を示すフローチャート、図７は、同装置における表示器の表示例を示す図、図８は、同動作を説明するためのタイミングチャート、図９は、同装置における表示器の別の表示例を示す図である。
この例の身体組成推計装置４は、被験者の体水分分布（細胞外液量、細胞内液量、体液量）や除脂肪重量、臨界周波数等を測定し、測定結果を表示する装置に係り、図１及び図２に示すように、被験者の体Ｅに測定信号としてマルチ周波数電流Ｉｂを流すための信号出力回路５と、被験者の体Ｅを流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出するための電流検出回路６と、被験者の手足間の電圧Ｖｐを検出するための電圧検出回路７と、入力装置としてのキーボード８と、出力装置としての表示器９と、装置各部を制御すると共に、各種演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）１０と、ＣＰＵ１０の処理プログラムを記憶するＲＯＭ１１と、各種データを一時記憶するデータ領域及びＣＰＵ１０の作業領域が設定されるＲＡＭ１２と、測定時に被験者の手甲部Ｈａや足甲部Ｌｅの皮膚表面に導電可能に貼り付けられる４個の表面電極Ｈｐ,Ｈｃ,Ｌｐ,Ｌｃとから概略構成されている。
【００１８】
まず、キーボード８は、被験者の身長や体重、測定時間等を入力するためのテンキーや機能キー、体水分分布測定モード又は体脂肪測定モードの一方を選択するモード選択キー、及び操作者（又は被験者）が測定開始／測定終了を指示するための開始／終了スイッチ等を有して構成されている。キーボード８から供給される操作データ及び身長・体重データは、図示せぬキーコード発生回路でキーコードに変換されてＣＰＵ１０に供給される。ＣＰＵ１０は、コード入力された各種操作信号及び身長・体重データをＲＡＭ１２のデータ領域に一時記憶する。
この例では、体脂肪測定モードにおいては、全測定期間Ｔf及び後述する測定信号Ｉａの掃引回数Ｎが入力される。また、体水分分布測定モードにおいては、全測定時間Ｔw、測定間隔ｔ、及び掃引回数Ｎが入力され、全測定時間Ｔwは、例えば、人工透析をモニターするのに充分な時間を考慮して、４．５時間、５時間、５．５時間、６時間、６．５時間、７時間の中から、また、測定間隔ｔは、１０分、２０分、３０分の中から任意に選択できるようになっている。これにより、全測定時間Ｔwの間、被験者の体液量ＴＢＷの経時変化が測定される。このように、与えられたいくつかの時間の中から選択する代わりに、操作者が、キーボード８を用いて自由に時間Ｔw，ｔを設定できるようにしても良い。
【００１９】
上記信号出力回路５は、ＰＩＯ（パラレル・インタフェース）５１、測定信号発生器５２及び出力バッファ５３から構成されている。測定信号発生器５２は、所定の掃引周期で、ＰＩＯ５１を介してＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧが供給されると、周波数が、例えば１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号（電流）Ｉａを、所定の掃引回数Ｎに亘って、繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。この表面電極Ｈｃは、測定時、被験者の手甲部Ｈａに導電可能に貼り付けられ、これにより、１００〜８００μＡの範囲にあるマルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅを流れることになる。
なお、体水分分布測定モードにおいては、信号発生指示信号ＳＧの供給周期は、操作者がキーボード８を用いて設定した測定間隔ｔに一致する。
【００２０】
上記電流検出回路６は、Ｉ／Ｖ変換器（電流／電圧変換器）６１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６２、Ａ／Ｄ変換器６３及びサンプリングメモリ６４から概略構成されている。Ｉ／Ｖ変換器６１は、被験者の体Ｅ、即ち、被験者の手甲部Ｈａ（図２）に貼り付けられた表面電極Ｈｃと足甲部Ｌｅに貼り付けられた表面電極Ｌｃとの間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出して電圧Ｖｂに変換し、変換により得られた電圧ＶｂをＢＰＦ６２に供給する。ＢＰＦ６２は、入力された電圧Ｖｂのうち、略１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器６３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器６３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｂをデジタルの電圧信号Ｖｂに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｂを電流データＶｂとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納する。また、サンプリングメモリ６４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｂを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
【００２１】
また、上記電圧検出回路７は、差動増幅器７１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）７２、Ａ／Ｄ変換器７３及びサンプリングメモリ７４から構成されている。差動増幅器７１は、被験者の体Ｅ、即ち、被験者の手甲部Ｈａに貼り付けられた表面電極Ｈｐと足甲部Ｌｅに貼り付けられた表面電極Ｌｐとの間の電圧（電位差）を検出する。ＢＰＦ７２は、入力された電圧Ｖｐのうち、略１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器７３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器７３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｐをデジタルの電圧信号Ｖｐに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｐを電圧データＶｐとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納する。また、サンプリングメモリ７４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｐを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
なお、ＣＰＵ１０は、２つのＡ／Ｄ変換器６３，７３に対して同一のタイミングでデジタル変換指示を行う。
【００２２】
ＲＯＭ１１は、ＣＰＵ１０の処理プログラムとして、主プログラムの他、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム、インピーダンス軌跡算出サブプログラム、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム、周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラム、臨界周波数算出サブプログラム、除水量推計サブプログラム、細胞内液抵抗算出サブプログラム、除脂肪重量推計サブプログラム、体脂肪重量推計サブプログラム、体脂肪率推計サブプログラム、細胞外液量推計サブプログラム、細胞内液量推計サブプログラム、体液量推計サブプログラム、体液量−除脂肪重量比算出サブプログラム、体液量偏差算出サブプログラム等を格納する。
また、ＲＯＭ１１には、予め統計的に処理された一般健常者の体の正常状態における体液量ＴＢＷSを、除脂肪重量ＬＢＭSで除した数値データも、正常体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷS／ＬＢＭS）として予め設定登録されている。各種プログラムは、ＲＯＭ１１からＣＰＵ１０に読み込まれ、ＣＰＵ１０の動作を制御する。なお、これらのサブプログラムを記録する記録媒体は、ＲＯＭ１１等の半導体メモリに限らず、ＦＤ（フロッピーディスク）やＨＤ（ハードディスク）等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに記録されていても良い。
【００２３】
ここで、上述の生体電気インピーダンス算出サブプログラムは、ＣＰＵ１０に、サンプリングメモリ６４，７４に記憶された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出させて、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンスを算出させる。「従来の技術」欄で説明したように、細胞膜２，２，…は、容量の大きなコンデンサとみることができるため、外部から印加された電流は、周波数の低いときには、図１１に実線Ａ，Ａ，…で示すように、細胞外液３のみを流れる。しかし、周波数が高くなるにつれて、細胞膜２，２，…を通って流れる電流が増え、周波数が非常に高くなると、同図に破線Ｂ，Ｂ，…で示すように、細胞１，１，…内を通って流れるようになる。
【００２４】
インピーダンス軌跡算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、生体電気インピーダンス算出サブプログラムの稼働により得られた各周波数についての被験者の生体電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法に従って、周波数０から周波数無限大までのインピーダンス軌跡を算出させる処理手順が書き込まれている。「従来の技術」の欄では、人体の組織内細胞を単純な電気的等価回路（図１２）で表したが、実際の人体の組織では、いろいろな大きさの細胞が不規則に配置されているので、実際の人体のインピーダンス軌跡は、図１０に実線Ｄで示すように、中心が実軸より上がった円弧となり、電気的等価回路は、図３に示すように、時定数τ＝Ｃmk／Ｙikが分布している分布定数回路で表される。なお、同図において、１／Ｙeは細胞外液抵抗、１／Ｙikは各細胞の細胞内液抵抗、Ｃmkは各細胞の細胞膜容量を示す。
【００２５】
周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムには、それぞれ、ＣＰＵ１０に、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、それぞれ、周波数０時、無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを決定させる手順が書き込まれている。
【００２６】
臨界周波数算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数ｆCを算出させる手順が書き込まれている。臨界周波数ｆCは、インピーダンス軌跡（図１０）の円弧の頂点を超える前後のデータの周波数を求め、各データの頂点から離れた割合から求めることができる。
除水量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、臨界周波数推計サブプログラムの稼働により得られた臨界周波数ｆCに基づいて、人工透析において設定すべき最適な除水量ｕｆを推計させるための推計式（１）が記述されている。ここで、式（１）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた除水量ｕｆの回帰式であり、定数α，βは、人工透析終了後に実測した除水量ｕｆをｆCの１つの説明変数で回帰分析することによって求めたものである。相関係数は、０．９６であり、高い相関が確認されている。なお、この式（１）によって表される回帰直線は、図５に示すような直線となる。
【００２７】
【数１】
ｕｆ＝−αｆC＋β… …（１）
ｕｆ：人工透析による被験者の除水量［ｌ］
ｆC：被験者の臨界周波数［ｋＨｚ］
α，β：定数
【００２８】
細胞内液抵抗算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの稼働により得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗１／Ｙiを算出させる算出式（２）が記述されている。周波数０Ｈｚでは、測定される生体電気インピーダンス１／Ｙ（０）は、細胞外液抵抗１／Ｙeと等価となるので、周波数０時インピーダンス決定サブプログラムにおいて得られたインピーダンス１／Ｙ（０）が求めるべき細胞外液抵抗１／Ｙeとなる（式（３）参照）。また、周波数無限大では、図１０に示すように、細胞膜が容量性能力を失い、測定される生体電気インピーダンス１／Ｙ（∞）は、細胞内液抵抗１／Ｙiと細胞外液抵抗１／Ｙeとの合成抵抗と等価（図４）になる。従って、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンス１／Ｙ（０）及び１／Ｙ（∞）から、細胞内液抵抗１／Ｙiが正確に算出される。
【００２９】
【数２】
Ｙi＝Ｙ（∞）−Ｙ（０）… …（２）
【００３０】
【数３】
Ｙe＝Ｙ（０）… …（３）
【００３１】
除脂肪重量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、周波数０時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた細胞外液抵抗１／Ｙe、細胞内液抵抗算出サブプログラムにより得られた細胞内液抵抗１／Ｙi、キーボード８を介して入力された被験者の身長データＨや体重データＷに基づいて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計させるための推計式（４）が記述されている。
ここで、式（４）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた除脂肪重量ＬＢＭの重回帰式であり、定数ａ1，ｂ1，ｃ1，ｄ1は、ＤＸＡで測定した除脂肪重量ＬＢＭをＷ、Ｈ2Ｙe、Ｈ2Ｙiの３つの説明変数で重回帰分析することによって求めたものである。説明変数に体重Ｗを付加することで、ＤＸＡで測定したデータとの相関係数が、０．９６に上昇する。
【００３２】
【数４】
ＬＢＭ＝ａ1Ｗ＋ｂ1Ｈ2Ｙe＋ｃ1Ｈ2Ｙi＋ｄ1… …（４）
ＬＢＭ：被験者の体の除脂肪重量［ｋｇ］
Ｗ：被験者の体重［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ａ1，ｂ1，ｃ1，ｄ1：定数
【００３３】
上記体脂肪重量推計サブプログラムは、ＣＰＵ１０に、除脂肪重量ＬＢＭを被験者の体重Ｗから減算させることによって、被験者の体脂肪重量ＦＡＴを算出させる。体脂肪率推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、除脂肪重量推計サブプログラムにより得られた除脂肪重量ＬＢＭと、体脂肪重量推計サブプログラムにより得られた体脂肪重量ＦＡＴとに基づいて、被験者の体脂肪率％ＦＡＴを算出させるための手順（式（５））が記述されている。
【００３４】
【数５】
％ＦＡＴ＝１００ＦＡＴ／（ＦＡＴ＋ＬＢＭ）… …（５）
【００３５】
細胞外液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞外液抵抗１／Ｙe、被験者の身長データＨに基づいて、被験者の細胞外液量Ｖeを推計させるための推計式（６）が記述されている。
ここで、式（６）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた細胞外液量Ｖeの回帰式であり、定数ｂ2は、細胞外液量ＶeをＨ2Ｙeの１つの説明変数で回帰分析することによって求められたものである。
【００３６】
【数６】
Ｖe＝ｂ2Ｈ2Ｙe… …（６）
Ｖe：被験者の細胞外液量［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
ｂ2：定数
【００３７】
細胞内液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞内液抵抗１／Ｙi、被験者の身長データＨに基づいて、被験者の細胞内液量Ｖiを推計させるための推計式（７）が記述されている。
ここで、式（７）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた細胞内液量Ｖiの回帰式であり、定数ｃ2は、細胞内液量ＶiをＨ2Ｙiの１つの説明変数で回帰分析することによって求められたものである。
【００３８】
【数７】
Ｖi＝ｃ2Ｈ2Ｙi… …（７）
Ｖi：被験者の細胞内液量［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ｃ2：定数
【００３９】
体液量推計サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、細胞外液抵抗１／Ｙe、細胞内液抵抗１／Ｙi、被験者の身長データＨや体重データＷに基づいて、被験者の体液量ＴＢＷを推計させるための推計式（８）が記述されている。
ここで、式（８）は、多数の被験者について予め標本調査を実施した結果得られた体液量ＴＢＷの重回帰式であり、定数ａ3，ｂ3，ｃ3，ｄ3は、ＤＸＡで測定した体液量ＴＢＷをＷ、Ｈ2Ｙe、Ｈ2Ｙiの３つの説明変数で重回帰分析することによって求められたものである。
【００４０】
【数８】
ＴＢＷ＝ａ3Ｗ＋ｂ3Ｈ2Ｙe＋ｃ3Ｈ2Ｙi＋ｄ3… …（８）
ＴＢＷ：被験者の体液量［ｋｇ］
Ｗ：被験者の体重［ｋｇ］
Ｈ：被験者の身長［ｃｍ］
Ｙe：細胞外液抵抗の逆数［１／Ω］
Ｙi：細胞内液抵抗の逆数［１／Ω］
ａ3，ｂ3，ｃ3，ｄ3：定数
【００４１】
体液量−除脂肪重量比算出サブプログラムには、ＣＰＵ１０に、被験者の体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を算出させる手順が記述されている。
また、体液量偏差算出サブプログラムには、被験者の体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）と正常体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷs／ＬＢＭs）との差である体液量−除脂肪重量比偏差Δ（ＴＢＷ／ＬＢＭ）に除脂肪重量ＬＢＭを乗ずることで与えられる体液量偏差ΔＴＢＷ（式（９））を算出させる手順が記述されている。
【００４２】
【数９】
ΔＴＢＷ＝ＬＢＭ｛（ＴＢＷ／ＬＢＭ）−（ＴＢＷs／ＬＢＭs）｝… …（９）
【００４３】
ＲＡＭ１２のデータ領域には、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム等により得られた被験者の生体電気インピーダンスを周波数毎に格納する生体電気インピーダンス記憶領域と、キーボード８を介して入力された被験者の身長・体重データ等を格納する身長・体重データ記憶領域と、体脂肪率推計サブプログラムにより得られた体脂肪率等の数値を記憶する体脂肪記憶領域等が設定される。
【００４４】
ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１に記憶された各種処理プログラムの制御により、ＲＡＭ１２を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、脂肪重量ＦＡＴ、体液量ＴＢＷ等を推計する処理を順次実行する。
表示器９は、例えば、カラー表示が可能な液晶表示パネルからなり、キーボード８からの入力データやＣＰＵ１０の演算結果、例えば、体液量−除脂肪重量比に関するトレンドグラフや、体液量偏差、体脂肪率、インピーダンス軌跡（図９（ａ）,（ｂ）参照）、細胞外液抵抗、細胞内液抵抗、被験者の身長・体重等を表示する。
【００４５】
次に、この例の動作について説明する。
まず、測定に先だって、図２に示すように、２個の表面電極Ｈｃ,Ｈｐを被験者の手甲部Ｈａに、２個の表面電極Ｌｐ,Ｌｃを被験者の同じ側の足甲部Ｌｅにそれぞれ導電クリームを介して貼り付ける（このとき、表面電極Ｈｃ,Ｌｃを、表面電極Ｈｐ,Ｌｐよりも人体の中心から遠い部位に取り付ける）。上記構成の身体組成推計装置４を、例えば、透析時のモニターとして用いる場合には、操作者（又は被験者自身）が身体組成推計装置４のキーボード８を操作して、モード設定キーを操作して、体水分分布測定モードを設定し、さらに、被験者の身長Ｈ及び体重Ｗを入力すると共に、測定開始から測定終了までの全測定時間Ｔwや測定間隔等ｔ（図８）や掃引回数Ｎを設定する。この例では、全測定時間Ｔwは、透析をモニターするのに充分な時間を考慮して、７時間が選択され、また、測定間隔ｔは、３０分が選択されたとする。キーボード８から入力された身長Ｈ及び体重Ｗ等のデータや設定値は、ＲＡＭ１２に記憶される。
【００４６】
次に、操作者（又は被験者自身）が、透析開始の時刻に合わせてキーボード８の開始／終了スイッチをオンにすると、これより、ＣＰＵ１０は、図６に示す処理の流れに従って、動作を開始する。まず、ステップＳＰ１０において、ＣＰＵ１０は、信号出力回路５の測定信号発生器５２に、信号発生指示信号ＳＧを供給する。測定信号発生器５２は、ＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧを受け取ると、駆動を開始して、全測定時間の間、所定の掃引周期で、周波数が、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号Ｉａを繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態（１００〜８００μＡに範囲の一定値）に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。これにより、定電流のマルチ周波数電流Ｉｂが、表面電極Ｈｃから被験者の体Ｅを流れ、測定が開始される。
【００４７】
マルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅに供給されると、電流検出回路６のＩ／Ｖ変換器６１において、表面電極Ｈｃ,Ｌｃが貼り付けられた手足間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂが検出され、アナログの電圧信号Ｖｂに変換された後、ＢＰＦ６２に供給される。ＢＰＦ６２では、入力された電圧信号Ｖｂの中から１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器６３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器６３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｂが、デジタルの電圧信号Ｖｂに変換され、電流データＶｂとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納される。サンプリングメモリ６４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｂがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。
一方、電圧検出回路７の差動増幅器７１において、表面電極Ｈｐ,Ｌｐが貼り付けられた手足間で生じた電圧Ｖｐが検出され、ＢＰＦ７２に供給される。ＢＰＦ７２では、入力された電圧信号Ｖｐの中から１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器７３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器７３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｐが、デジタルの電圧信号Ｖｐに変換され、電圧データＶｐとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納される。サンプリングメモリ７４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｐがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。ＣＰＵ１０は、プローブ電流Ｉａの掃引回数が、指定された掃引回数Ｎになるまで繰り返す。
【００４８】
そして、掃引回数が指定の回数Ｎになると、ＣＰＵ１０は、測定を停止する制御を行った後、ステップＳＰ１１へ進み、これより、まず、生体電気インピーダンス算出サブプログラムを起動して、両サンプリングメモリ６４，７４に格納された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出して、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス（掃引回数Ｎ回の平均値）を算出する。なお、生体電気インピーダンスの算出には、その成分（抵抗及びリアクタンス）の算出も含まれる。次に、ＣＰＵ１０は、インピーダンス軌跡算出サブプログラムを起動して、生体電気インピーダンス算出サブプログラムにより得られた各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス及びその成分（抵抗及びリアクタンス）に基づいて、最小二乗法を用いるカーブフィッティングの手法に従って、周波数０から周波数無限大までのインピーダンス軌跡を算出する。このようにして算出されたインピーダンス軌跡は、図９（ａ）,（ｂ）に示すように、中心が実軸より上がった円弧となる。
【００４９】
次に、ＣＰＵ１０は、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの制御に従って、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより得られたインピーダンス軌跡に基づいて、それぞれ、周波数０時及び無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを求める。つまり、インピーダンス軌跡の円弧が、図中Ｘ軸と交わる点が、それぞれ周波数０Ｈｚと無限大の時の生体電気インピーダンスになる。ここで、周波数０Ｈｚ時の生体電気インピーダンスが、求める細胞外液抵抗となる。
次に、ＣＰＵ１０は、臨界周波数算出サブプログラムの制御に従って、インピーダンス軌跡算出サブプログラムの稼働により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、臨界周波数ｆCを求める。つまり、インピーダンス軌跡（図１０）の円弧の頂点を超える前後のデータの周波数を求め、各データの頂点から離れた割合から求める。次に、ＣＰＵ１０は、細胞内液抵抗算出サブプログラムに従って、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗を算出する。
【００５０】
（ａ）体水分分布測定モード時
次に、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ１０は、図示せぬモード設定フラグを見て、現在のモードが体水分分布測定モードであるか体脂肪測定モードであるかを調べる。
いまは、操作者（又は被験者自身）によって、体水分分布測定モードが設定されているので、ＣＰＵ１０は、ステップＳＰ１３へ進み、まず、除水量推計サブプログラムの制御により、式（１）を用いて、被験者の設定すべき除水量ｕｆを推計する処理を実行する。次に、ＣＰＵ１０は、細胞外液量推計サブプログラムの制御により、式（６）を用いて、被験者の細胞外液量Ｖeを推計する処理を実行した後、細胞内液量推計サブプログラムの制御により、式（７）を用いて、被験者の細胞内液量Ｖiを推計する処理を実行する。さらに、ＣＰＵ１０は、体液量推計サブプログラムの制御により、式（８）を用いて、被験者の体液量ＴＢＷを推計する処理を実行する。
次に、ＣＰＵ１０は、除脂肪重量推計サブプログラムの制御により、式（４）を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計し、この後、体液量−除脂肪重量比算出サブプログラムの制御により、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を算出し、最後に、体液量偏差算出サブプログラムの制御により、式（９）を用いて、被験者の現在の体液量偏差ΔＴＢＷを算出する。
【００５１】
上述の一連の算出処理が完了すると、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の除水量ｕｆ、細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭ、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）、体液量偏差ΔＴＢＷ等を測定時点における測定結果としてＲＡＭ１２に記憶すると共に、ステップＳＰ１４へ進み、図７に示すように、表示器９に画面表示されたトレンドグラフ（透析開始からの経過時間を横軸とし、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）を縦軸とする折れ線グラフ）上に体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）の値をプロットし、また、除水量ｕｆを目安とすべき推奨除水量として表示すると共に、細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量偏差ΔＴＢＷ、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭを現在のデータとして画面表示する。
【００５２】
この後、ステップＳＰ１５へ進み、ＣＰＵ１０は、全測定時間Ｔw（図８）が経過したか否かを判断する。この判断において、全測定時間Ｔw（この例では、７時間）が経過したとの結論が得られれば、以後の測定処理を終了するが、いま、最初の測定が終了したばかりなので、全測定時間Ｔwがいまだ経過していないと判断され、ステップＳＰ１６へ進み、測定間隔に相当する時間ｔ（同図）が経過するのを待つ。なお、この待ち時間の間も、表示器９のトレンドグラフ画面は、表示されている。そして、測定間隔に相当する時間ｔ（この例では、３０分）が経過すると、ステップＳＰ１０へ戻り、２回目の測定を開始する。そして、上述の処理を、全測定時間Ｔwが経過するまで、すなわち、透析終了時まで繰り返す。
【００５３】
（ｂ）体脂肪測定モード時
一方、被験者が除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等の測定を希望する場合には、まず、測定に先だって、操作者（又は被験者自身）が身体組成推計装置４のキーボード８を操作して、モード設定キーを操作して、体脂肪測定モードを設定し、さらに、被験者の身長Ｈ及び体重Ｗを入力すると共に、全測定時間Ｔf、及び掃引回数Ｎを設定する。次に、キーボード８の開始／終了スイッチを押下すると、これより、ＣＰＵ１０は、上述した測定演算処理（ステップＳＰ１０及びステップＳＰ１１）を実行する。そして、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ１０は、モード設定フラグを見て、現在のモードが体水分分布測定モードであるか体脂肪測定モードであるかを調べる。
今度は、体脂肪測定モードが選択されているので、ステップＳＰ１７へ進み、ＣＰＵ１０は、除脂肪重量推計サブプログラムの制御により、式（４）を用いて、被験者の除脂肪重量ＬＢＭを推計する。次に、ＣＰＵ１０は、体脂肪重量推計サブプログラムの制御により、被験者の脂肪重量ＦＡＴを推計し、次いで、体脂肪率推計サブプログラムの制御により、式（５）を用いて、体脂肪率％ＦＡＴを算出する。
【００５４】
上述の一連の算出処理が完了すると、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等をＲＡＭ１２に記憶すると共に、ステップＳＰ１８において、図９に示すように、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体脂肪率％ＦＡＴ等、インピーダンス軌跡、細胞外液抵抗、被験者の身長・体重等を表示器９に表示させる。そして、当該一連の処理を終了する。
【００５５】
このように、上記構成によれば、細胞外液抵抗１／Ｙeと細胞内液抵抗１／Ｙiとを、互いに確実に分離でき、しかも、細胞膜の容量成分を全く含まない上、被験者の身長Ｈのみならず、体重Ｗも考慮されるので、被験者の除脂肪重量ＬＢＭ、体脂肪重量ＦＡＴ、体液量ＴＢＷ等について、一段と正確な推計値を得ることがでる。例えば、除脂肪重量ＬＢＭでは、ＤＸＡで測定したデータとの相関係数が、０．９６に上昇する。
また、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を求め、求められた軌跡から、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求め、求められた生体電気インピーダンスに基づいて、細胞外液抵抗及び細胞内液抵抗を算出するので、高周波投入時の浮遊容量や外来ノイズの影響を回避でき、また、人体への直流の直接投入を回避できる。それ故、測定精度が向上する。また、体水分分布測定モードにおいて、表示器９に、体液量−除脂肪重量比（ＴＢＷ／ＬＢＭ）の現在の値がトレンド表示され、かつ、除水量ｕｆが目安とすべき推奨除水量として表示されると共に、被験者の現在の細胞外液量Ｖe、細胞内液量Ｖi、体液量偏差ΔＴＢＷ、体液量ＴＢＷ、除脂肪重量ＬＢＭが表示されるので、例えば、人工透析の際に、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。また、この際、被験者の体格の差異の影響を補正する必要はない。
【００５６】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、４個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐのうち、２個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐを被験者Ｅの手甲部Ｈａに、残り２個の表面電極Ｌｃ，Ｌｐを被験者Ｅの足甲部Ｌｅに、貼り付けるようにしたが、これに限らず、例えば、４個とも片足に取り付けるようにしても良い。
また、測定信号（電流）Ｉａの周波数範囲は、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに限定されない。同様に、周波数の数も複数である限り任意である。また、生体電気インピーダンスを算出する代わりに、生体電気アドミッタンスを算出するようにしても良く、これに伴い、インピーダンス軌跡を算出する代わりに、アドミッタンス軌跡を算出するようにしても良い。
また、上述の実施例では、最小二乗法によるカーブフィッティングの手法を用いて、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求めるようにしたが、これに限らず、浮遊容量や外来ノイズの影響を他の手段により回避できる場合には、例えば、２周波数（５ｋＨｚ以下の低周波と、２００ｋＨｚ以上の高周波）の測定信号を生成して被験者に投入し、被験者の体の低周波時の生体電気インピーダンスを周波数０時の生体電気インピーダンスとみなすと共に、被験者の体の高周波時の生体電気インピーダンスを周波数無限大時の生体電気インピーダンスとみなすようにしても良い。
また、表示器９のトレンドグラフを折れ線グラフに代えて棒グラフとしても良い。また、出力装置は、表示器に限らず、プリンタを用いても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、正確な臨界周波数を個人毎に算出できる。また、目安とすべき人工透析における除水量の推定が行われるので、除水を細胞外液又は細胞外液を中心として行うのか、また、除水量をどれぐらいに設定すべきかなどの目安として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である身体組成推計装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】同身体組成推計装置の使用状態を模式的に示す模式図である。
【図３】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図４】周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図５】除水量を推計するための身体組成推計式の導出方法を説明するための説明図である。
【図６】同身体組成推計装置の動作処理手順を示すフローチャートである。
【図７】同身体組成推計装置における表示器の表示例を示す図である。
【図８】同身体組成推計装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】同身体組成推計装置における表示器の別の表示例を示す図である。
【図１０】人体のインピーダンス軌跡を示す図である。
【図１１】人体の組織内細胞を模式的に示す模式図である。
【図１２】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【符号の説明】
４ 身体組成推計装置
５ 信号出力回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
６ 電流検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
７ 電圧検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
８ キーボード
１０ ＣＰＵ（生体電気インピーダンス算出手段）
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
５２ 測定信号発生器
５３ 出力バッファ
６１ Ｉ／Ｖ変換器
６２，７２ ＢＰＦ
６３，７３ Ａ／Ｄ変換器
６４，７４ サンプリングメモリ
７１ 差動増幅器
Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐ 表面電極
Ｅ 被験者の体
Ｈａ 被験者の手甲部
Ｌｅ 被験者の足甲部
Ｉａ 測定信号
Ｉｂ マルチ周波数電流（マルチ周波のプローブ電流）
Ｖｐ 被験者の手足間の電圧
Claims (2)
- マルチ周波のプローブ電流を生成し、生成した各周波のプローブ電流を被験者の体に投入して該被験者の体の電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定手段と、
該生体電気インピーダンス測定手段によって測定された各周波数についての前記電気インピーダンスに基づいて、前記被験者の体のインピーダンス軌跡を算出するインピーダンス軌跡算出手段と、
該インピーダンス軌跡算出手段によって算出された前記インピーダンス軌跡に基づいて、前記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出する臨界周波数算出手段とを備えてなる身体組成推計装置であって、
前記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計する除水量推計手段を備え、前記除水量推計手段は、前記除水量が前記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、前記除水量を推計することを特徴とする身体組成推計装置。 - コンピュータによって被験者の体の体水分分布や体脂肪の状態を推計するための身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
該身体組成推計プログラムは、コンピュータに、
マルチ周波のプローブ電流を被験者の体に投入することにより測定された各周波数についての電気インピーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を算出させ、算出された該インピーダンス軌跡から、前記電気インピーダンスのリアクタンスが最大になる時の周波数である臨界周波数を算出させ、かつ、前記臨界周波数に基づいて、人工透析において設定すべき除水量を推計させるものであり、コンピュータに、前記除水量が前記臨界周波数と負の相関関係にあるとして与えられる身体組成推計式を用いて、前記除水量を推計させることを特徴とする身体組成推計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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