JP4101654B2 - 身体インピーダンス測定装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の身体の生体電気インピーダンスを測定し、更には、このインピーダンスの測定値や身長、体重、年齢、性別等の身体特定化情報を利用して当該被検者の体脂肪量、筋肉量、骨量、骨密度、除脂肪量、体脂肪率、基礎代謝量等の身体組成や健康状態に関連した各種情報を推算して提示するための身体インピーダンス測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、肥満等の健康管理のためには専ら体重測定を行うことが一般的であったが、近年、単に体格上の肥満のみならず、肥満を測る一つの指標として、皮下脂肪や内臓脂肪などの体脂肪の量や体重に対する体脂肪の割合を示す体脂肪率が注目されている。
従来より、身体内の生体電気インピーダンス（以下、単に「インピーダンス」という）を測定し、この測定値を利用して体脂肪率等を推定するという研究は各所で行われている。その方法の一つはいわゆる４電極法と呼ばれるもので、例えば被検者の右手甲と右足甲に通電用電極を装着するとともに、その通電用電極の内側、例えば右手首と右足首とに測定用電極を装着する。そして、両通電用電極間に身体をほぼ縦貫する高周波電流を流し、そのときに測定用電極間の電位差を測定する。その電圧値と電流値とからインピーダンスを求め、その測定値を利用して体脂肪率等を推定する、という方法である。
【０００３】
また最近は、より簡便に体脂肪率を測定するための装置（いわゆる体脂肪計）も開発され、広く市販されている。例えば特開平7-51242号公報に記載の装置では、両手で握持するグリップの左右それぞれに通電用電極及び測定用電極を配置し、被検者が該グリップを握持した際に、両手の指側に通電用電極が密着するとともに手首側に測定用電極が密着する構成とし、これによって取得したインピーダンスに基づいて除脂肪量、体脂肪率、体内水分量、基礎代謝量等の各種情報を推算するようにしている。また、特公平5-49050号公報に記載の装置では、被検者が測定台上に両足を載せたときに両足の裏側に電極が密着する構成とし、体重と体脂肪率とを同時に測定できるようにしている。
【０００４】
上述した身体組成測定装置では、片手と片脚との間、両手の間、又は両脚の間を電流経路としてインピーダンスを測定している。片手と片脚との間を電流経路としてその間の電圧を測定する場合には、脚部や腕部と比較して断面積が数十倍大きな胸部や腹部（体幹部）が電流経路の一部となっているため、インピーダンスに対する脚部や腕部の寄与が相対的に大きく、逆に、腹部の皮下脂肪、腹腔内脂肪（内臓脂肪）の寄与が低い。そのため、腹部の皮下脂肪、腹腔内脂肪の増減が結果に現れにくく、結果として信頼性を欠くことになる。一方、両手間や両脚間を電流経路としてその間の電圧を測定する場合には、体幹部の殆どが電流経路に含まれないため、身体全体の体脂肪率等を推定する際の誤差が大きくなり易いという問題がある。
【０００５】
また、従来、インピーダンス測定値から体脂肪率等を推定する際には、水中体重秤量法を推定基準とした検量線に則って作成された生体電気インピーダンス法（ＢＩＡ）による推定式が用いられている。しかしながら、このような方法では、除脂肪構成組織である筋肉、骨のインピーダンスへの寄与度合の相違が考慮されていないなどの不備な点があり、推定誤差を小さくすることが困難である。
【０００６】
更にまた、このような測定法を適用する前提として、人体の構成組織である骨、筋肉及び脂肪の電気的特性の違いを利用して各組織が並列に接続されている並列モデルを想定し、各組織の構成比率、及び構成組織全体と個々の組織との電気的特性（体積抵抗率）は一定であるとの条件の下に、インピーダンスから身体組成を算出している。実際、一般的な成人の集団では、統計的にこのような条件はかなり高い信頼性を有していると言われている。しかしながら、子供等の非成人や老齢者、或いは運動選手のような身体的に特殊な集団、などに於いては、構成比率及び電気的特性ともに一定しておらず、個人差によって上記条件から大きく外れる場合が多く、信頼性の高い結果を得るのが難しいのが実状である。
【０００７】
一方、単に肥満の防止といった観点ではなく、身体の強化度合や老化度合の把握という観点から言うと、身体の筋肉量、筋力等の測定が非常に重要である。具体的に言えば、例えば、運動選手等、特に身体能力の向上を図っている者にとっては、筋肉量はトレーニング等の成果を測る１つの指標値であり、また、トレーニングの際の目標にも成り得る。また、事故や疾病による長期の入院により弱った身体部位を強化・回復すべくリハビリテーション治療を行っている者などに対しても、同様のことが言える。更には、今後の高齢者層の増加を考えると、例えば高齢者介護の現場等で高齢者個人毎の筋肉量や筋力、それらの左右半身に於けるバランスなどを手軽に測定し、自立生活能力を事前に判断可能とすることによってパフォーマンスの高い日常生活をおくることができるように、日常生活をおくる上で不充分な点をカバーするような生活環境の改善及びダイエット（食事及び運動メニュー）を提供するといった必要性は大きく増大するものと思われる。
【０００８】
しかしながら、従来のこの種の装置は、このような情報を提供することができないか、或いは、精度の低い情報しか提供することができないものである。
勿論、大病院に備え付けられているような磁気共鳴イメージング装置やＸ線ＣＴスキャンなどを用いれば、この種の正確な測定が可能であることは言うまでもない。しかし、このような装置は大掛かりで費用も掛かり、被検者の長幼を問わず、拘束時間も長く、身体的、精神的ともに負担が大きい。
【０００９】
また、各個人が容易に取り扱えるほどではなくとも、例えば、老人家庭を個別に訪問する福祉担当者等が必要に応じて携帯し、訪問先の家庭で簡便に被検者の測定を行える程度に簡便な装置であれば、つまり、測定に関して或る程度の訓練を受けた者が容易に測定が行え、しかもその装置自体のコストがそれほど大きなものでなければ、非常に大きな利用価値がある。
【００１０】
このような課題に鑑みて、本出願人は特願2000-362896号に於いて新規の身体組成測定方法及び装置を提案している。この身体組成測定方法及び装置によれば、身体を複数に分割した各身体部位に於ける筋肉量、骨量、脂肪量等の身体組成情報を非常に精度よく推算することができる。勿論、こうした身体組成測定装置に於いて測定精度を高めるには、外部から飛来する又は電源線等を伝播してくる各種雑音の影響をできる限り除去する等、細部に亘る配慮が要求される。このような要求は従来のような比較的精度の低い身体組成測定装置では殆ど問題にならなかったが、本出願人が先に提案したような、より高精度な測定を行い得る装置に於いては、非常に大きな問題である。
また、このような身体組成測定装置では、正常な測定時には身体の組織を損傷することがないようなごく微弱な電流を身体中に流すのみであるが、装置に何らかの異常等が発生した場合でも、被検者の身体を損傷するような過剰な電流が電極を通して被検者の身体に流れることを防止するような配慮が望まれる。
更にまた、このような身体組成測定装置は、医療施設のように比較的設置スペースに余裕がある場所で使用するのみならず、その装置の形態によっては、上述したように例えば看護・福祉担当者等が独居高齢者の自宅を訪問してその場で測定を行う等、比較的狭い設置スペースに装置を置くことも考慮する必要がある。また、或る程度、搬送の容易性も確保する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこれらの点に鑑みて成されたものであり、その目的は、被検者の感電事故等を確実に防止することができる安全性の高い身体インピーダンス測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明に係る身体インピーダンス測定装置は、被検者の身体に接触した通電用電極を通して該身体中に微弱電流を流し、それによって生じる電圧を身体に接触した測定用電極により計測する測定部と、身体に通した電流値及び計測された電圧値に基づいて身体のインピーダンスを算出する演算部と、を具備する身体インピーダンス測定装置に於いて、
a)商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、
b)変換された直流電力を蓄積しておき、少なくとも前記交流電力の供給がない場合に当該装置の駆動電力として供給する蓄電手段と、
c)商用交流電源と前記電力変換手段とを接続する又は該電力変換手段と前記蓄電手段とを接続する電源経路を閉成・開成自在の電源経路開閉手段と、
d) 前記測定部に含まれる測定回路部と前記通電用電極及び測定用電極とをそれぞれ接続する信号経路を閉成・開成自在の信号経路開閉手段と、
e)少なくとも身体中に通電して電圧を計測する期間中には、前記電源経路開閉手段を開成し、前記蓄電手段から当該装置の各回路に駆動電力を供給させ、身体に通電して電圧を計測する期間以外のときに、前記信号経路開閉手段を開成して前記通電用電極及び測定用電極を前記測定回路部から切り離す制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る身体インピーダンス測定装置によれば、身体に通電する必要のない期間、例えば測定前の各種入力設定などの準備時や測定前の待機時、或いは電圧計測後のインピーダンス算出時、更にはこのように算出されたインピーダンス測定値や被検者の身長、体重などの身体特定化情報を利用して被検者の全身又は一部身体の筋肉量、脂肪量、骨量などの各種身体組成情報を推算する際などに於いては、制御手段は電源経路開閉手段を閉成し、商用交流電源が本装置に接続されるようにする。このときには、商用交流電源から供給される交流電力が電力変換手段によって適宜の電圧を有する直流電力に変換され、蓄電手段に蓄積される。また、測定部の回路や演算部などには、この直流電力が駆動電力として供給される。
【００１４】
測定開始の指示に応じて通電用電極を通して身体に通電を行うとき、その通電に先立って、上記制御手段は電源経路開閉手段を開成して商用交流電源を本装置から切り離し、蓄電手段からの直流電力を本装置の駆動電力として供給させる。そして、被検者の身体への通電に応じた電圧の計測が終了し通電が停止されると、電源経路開閉手段を閉成して再び商用交流電源を本装置に接続し、当該装置の駆動電力を蓄電手段から電力変換手段により得られる直流電力に切り替える。勿論、商用交流電源のコンセントに本装置の電源プラグが差し込まれていない、或いは停電時であるといった商用交流電源からの電力の供給が不可能な状況下では、電源経路開閉手段が閉成された場合でも蓄電手段からの直流電力を使用して本装置を駆動することが可能である。また、ここで言う「身体中に通電して電圧を計測する期間」とは、純粋に身体中に通電を行っている期間のみならず、その期間を含んで前後に適宜の時間を設定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成によれば、身体インピーダンスに対応する電圧を計測する際には商用交流電源が測定部から切り離されるので、商用交流電源の電源線を通した外部からの雑音の侵入を防止でき、計測値のＳ／Ｎ比が向上する。そのため、高い精度でインピーダンスを算出することができる。また、回路の故障や不具合があった場合でも、身体への通電時に商用交流電流が通電用電極を通して被検者の身体に漏洩することがない。したがって、被検者の感電事故を防止し、高い安全性を確保することができる。
また本発明に係る身体インピーダンス測定装置によれば、身体への非通電時には通電用電極及び測定用電極が測定回路部から切り離される。したがって、仮に通電の指示がないにも拘わらず商用交流電流が通電用電極又は測定用電極に漏れ込んでしまうような回路上の不具合が生じた場合であっても、通電用電極又は測定用電極を通して被検者の身体に商用交流電流が流れてしまうことを防止できる。これにより、更に高い安全性を確保することができる。
【００１６】
またこの構成では、前記制御手段は、身体への通電を行う前に、まず電源経路開閉手段を開成して商用交流電源を本装置から切り離し、そのあとに信号経路開閉手段を閉成して通電用電極及び測定用電極を測定回路部に接続するようにし、逆に通電終了後には、まず信号経路開閉手段を開成して通電用電極及び測定用電極を測定回路部から切り離し、そのあとに電源経路開閉手段を閉成して商用交流電源を本装置に接続する構成とすることが好ましい。これにより、通電用電極及び測定用電極が測定回路部に接続されている期間中は商用交流電源が本装置から必ず切り離されているので、非常に高い安全性を保証することができる。
【００１７】
なお、前記電源経路開閉手段及び／又は信号経路開閉手段としては電磁リレーを用いることができる。これによれば、確実に導通・遮断が行えるとともにコストも安価ですむ。
また、その電磁リレーは、身体への通電時に開成又は閉成のための駆動電流が不要であるような電磁リレーであることが好ましい。即ち、電源経路開閉手段は身体への通電時に開成するから、開成時に駆動電流が不要である（つまりノーマルブレイク型）ような電磁リレーが好ましく、一方、信号経路開閉手段は身体への通電時に閉成するから、閉成時に駆動電流が不要である（つまりノーマルメイク型）ような電磁リレーが好ましい。このような通電時には本装置は蓄電手段からの直流電力によって駆動されているが、この構成によればそのような蓄電手段の利用時に消費電力が小さくてすむという利点がある。
【００１８】
また、本発明に係る身体インピーダンス測定装置の一実施態様としては、前記演算部による演算処理は汎用のパーソナルコンピュータで所定の制御プログラムを実行することにより具現化するとともに、前記測定部は前記パーソナルコンピュータと相互に通信自在の同一の筐体を有する本体部内に配設された構成とすることができる。
この構成によれば、既存のパーソナルコンピュータに所定の制御プログラムをインストールし、このパーソナルコンピュータに本体部を接続しさえすれば、本装置を得ることができる。したがって、量産品であるパーソナルコンピュータを活用できるので、本装置を低コストで提供することができる。また、ユーザが手持ちのパーソナルコンピュータを利用すれば、更にコストが安価ですむ。なお、ここで言う「パーソナルコンピュータ」とは、ノート型、デスクトップ型等のコンピュータとしての形状を限定するものではなく、更にまた、情報端末機器等の実体としてパーソナルコンピュータと同等の機能を有するべくＣＰＵを搭載し、外部から制御プログラムをインストールすることが可能である機器も含むものとする。
また、ノート型のパーソナルコンピュータであればバッテリを内蔵しているから、前記蓄電手段としてパーソナルコンピュータに内蔵のバッテリを用いる構成とすることができる。これにより、バッテリを特別に用意する必要がない。
【００１９】
また、前記パーソナルコンピュータと本体部との間の通信手段はシリアルインタフェイスとすることができる。更に、近年、パーソナルコンピュータと周辺装置等とを接続するためにＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）規格に準拠するインタフェイスが盛んに用いられているが、ＵＳＢ規格では、１ポート当たり最大で5V/500mAの電力が供給できるように規定されている。そこで、前記通信手段はＵＳＢ規格に準拠したインタフェイスであり、前記本体部の駆動電力を該インタフェイスを介してパーソナルコンピュータ側より受ける構成とすることができる。この構成によれば、パーソナルコンピュータと本体部との間で電源用のケーブルと信号用のケーブルとが一体化されるので、接続が容易になる。
【００２０】
なお、パーソナルコンピュータで算出した測定結果などを印刷したい場合、プリンタ（印刷手段）を有線の信号線で接続すると、そのパーソナルコンピュータとプリンタとの接地が繋がり、プリンタの電源（商用交流電源）からの雑音が侵入してくるおそれがある。そこで、パーソナルコンピュータと印刷手段と間の通信は非接触で行う構成とすることが好ましい。具体的には、一般に利用されている赤外線を用いた各種通信インタフェイスが有用であるが、電波によるインタフェイスでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る身体インピーダンス測定装置を用いた身体組成測定装置の一実施例について、図面を参照して説明する。
【００２２】
まず、本実施例の身体組成測定装置の構成及び動作を説明するに先立って、本身体組成測定装置に於けるインピーダンスの測定方法について説明する。図２１はこの測定方法に対応する人体のインピーダンス構成の近似モデル図である。本実施例の装置では、人体を複数のセグメントに細分化し、各セグメント単位でインピーダンスを求める。また、インピーダンスに基づく身体組成情報の推定精度を向上させるために、身体組成が比較的一定である、つまり後述する円柱モデルに近似し易い部位毎にセグメントを構成するようにしている。
【００２３】
具体的に説明すると、図２１に示すように、頭部及び手先、足先を除く身体全体について、左右腕部（手首より先は除く）をそれぞれ肘近傍で上腕部及び前腕部に分割し、左右脚部（足首より先は除く）をそれぞれ膝近傍で大腿部及び下腿部に分割する。このように四肢を合計８個のセグメントに細分化し、それに胸部及び腹部を含む体幹部を加え、身体全体を９個のセグメントに細分化している。この９個の各セグメントにそれぞれ独立したインピーダンスを対応させ、各インピーダンスが図２１に示すように接続されたモデルを想定する。ここで、左前腕部、左上腕部、右前腕部、右上腕部、左大腿部、左下腿部、右大腿部、右下腿部及び体幹部の９個のセグメントのインピーダンスはそれぞれ、Ｚ_ＬＦＡ、Ｚ_ＬＵＡ、Ｚ_ＲＦＡ、Ｚ_ＲＵＡ、Ｚ_ＬＦＬ、Ｚ_ＬＣＬ、Ｚ_ＲＦＬ、Ｚ_ＲＣＬ、及びＺ_Ｔであるとする。
このような９個のインピーダンスを測定するために、仰臥姿勢で横たわった被検者の四肢に対し、４個所の電流供給点Ｐｉ_１〜Ｐｉ_４、及び８個所の電圧測定点Ｐｖ_１〜Ｐｖ_８を設定する。本例では、電流供給点Ｐｉ_１〜Ｐｉ_４は両手の甲部の中指の付け根付近、両足の甲部の中指の付け根付近である。一方、電圧測定点Ｐｖ_１〜Ｐｖ_８は、左右の手首、左右の肘、左右の足首、左右の膝である。このうち、左右手首の電圧測定点Ｐｖ_１、Ｐｖ_２と左右足首の電圧測定点Ｐｖ_５、Ｐｖ_６とは相対的に体幹部から遠い位置にあるため、これら４個所の電圧測定点で電圧を測定することを遠位測定と呼ぶこととする。他方、左右肘の電圧測定点Ｐｖ_３、Ｐｖ_４と左右膝の電圧測定点Ｐｖ_７、Ｐｖ_８とは相対的に体幹部から近い位置にあるため、これら４個所の電圧測定点で電圧を測定することを近位測定と呼ぶこととする。
【００２４】
４個所の電流供給点Ｐｉ_１〜Ｐｉ_４のうちの２個所を選択してその間に高周波電流を流し、所定の２個所の電圧測定点の間の電位差を測定すると、その電位差は１個のインピーダンス又は複数の直列接続されたインピーダンスの両端に発生する電位差であると看做せる。この場合、電流の通過経路にあたっていない身体部位には電流が殆ど流れないので、その部位のインピーダンスは無視して、測定対象のインピーダンスの両端からそれぞれ引き出された単なる導電線であると看做すことができる。
【００２５】
例えばいま両手の電流供給点Ｐｉ_１、Ｐｉ_２の間に電流を流す場合を考える。このとき、両手首の電圧測定点Ｐｖ_１、Ｐｖ_２間（つまり遠位測定）の電位差は、Ｚ_ＬＦＡ、Ｚ_ＬＵＡ、Ｚ_ＲＦＡ及びＺ_ＲＵＡを直列に接続したインピーダンス、つまり左右両腕部のインピーダンスに対応した電圧となる。また、両肘の電圧測定点Ｐｖ_３、Ｐｖ_４間（つまり近位測定）の電位差は、Ｚ_ＬＵＡとＺ_ＲＵＡとを直列に接続したインピーダンス、つまり左右両上腕部のインピーダンスに対応した電圧となる。更に、左手首の電圧測定点Ｐｖ_１と左足首の電圧測定点Ｐｖ_５ （又は右足首の電圧測定点Ｐｖ_６）との間の電位差は、上述したように左右脚部及び体幹部を単なる導電線と看做すことによって、Ｚ_ＬＦＡとＺ_ＬＵＡとを直列に接続したインピーダンス、つまり左腕部のインピーダンスに対応した電圧となる。更にまた、左肘の電圧測定点Ｐｖ_３と左膝の電圧測定点Ｐｖ_７（又は右膝の電圧測定点Ｐｖ_８）との間の電位差は、左右大腿部及び体幹部を単なる導電線と看做すことによって、Ｚ_ＬＵＡなるインピーダンス、つまり左上腕部のインピーダンスに対応した電圧となる。
【００２６】
他の身体部位に於いても同様の測定が行え、このような測定結果を利用すれば、上述した９個のセグメントのインピーダンスをそれぞれ独立に精度よく求めることができる。このようにして取得されたインピーダンスの測定値に基づいて、或いはインピーダンス測定値と身体特定化情報とに基づいて身体組成情報を推定する。その推定の際には、例えば、ＭＲＩによって収集された身体組成情報を活用して作成された推定式を用いることができる。
【００２７】
本実施例の身体組成測定装置では、予め、身長、体重、年齢、性別等の身体特定化情報が相違する多数のモニタをＭＲＩにより測定し、その測定結果に基づいて信頼性の高い回帰分析定数を算出することにより、推定式自体の精度も高めている。次に、身体組成情報を推定するための推定方法の一例を説明する。
【００２８】
周知のように、ＭＲＩでは、人体の任意の部位の断面画像を得ることができる。その断面画像によれば、その断面の中の筋肉、脂肪、骨といった身体組織の量やそれぞれの比率を知ることができる。そこで、図２２（ａ）に示すように、対象とする身体部位の長手方向に所定厚さＤ毎に該身体部位を輪切りにした断面画像を取得し、各断面画像より脂肪、筋肉、骨といった組織の量（面積）をそれぞれ算出する。その結果、図２２（ｂ）に示すような身体部位の長さ方向に於ける各組織の面積の分布が得られるから、これを長さ方向に積分し、当該身体部位に対する各組織の量を決定する。本測定方法では、上述したように身体を９個のセグメントに分割しているため、各セグメント単位に対してこのようなＭＲＩ法を適用し易く、しかも各セグメントは円柱体に近似し易いので高い精度で各組織の量を求めることができる。
各セグメント単位毎の身体組成の推定方法に関し、除脂肪量の推定方法の一例を挙げる。
【００２９】
９個の各セグメントに対して、それぞれ図２３（ａ）に示すような円柱形状の組成モデルを適用する。即ち、各セグメントは、断面積Ａ_ｆの脂肪組織、断面積Ａ_ｍの筋肉組織、断面積Ａ_ｂの骨組織を有し、その長さはいずれもＬであるとする。脂肪組織、筋肉組織及び骨組織の体積抵抗率をそれぞれρ_ｆ、ρ_ｍ及びρ_ｂとすると、脂肪組織、筋肉組織及び骨組織のインピーダンスＺ_ｆ、Ｚ_ｍ及びＺ_ｂは、
Ｚ_ｆ＝ρ_ｆ・（Ｌ／Ａ_ｆ）
Ｚ_ｍ＝ρ_ｍ・（Ｌ／Ａ_ｍ）
Ｚ_ｂ＝ρ_ｂ・（Ｌ／Ａ_ｂ）
である。セグメント単位のインピーダンスＺ_０は、電気的には、図２３（ｂ）に示すような各組織のインピーダンスＺ_ｆ、Ｚ_ｍ、Ｚ_ｂの並列モデルとして近似できる。したがって、インピーダンスＺ_０ は次の(1)式となる。
１／Ｚ_０＝（１／Ｚ_ｆ）＋（１／Ｚ_ｍ）＋（１／Ｚ_ｂ） …(1)
除脂肪層の体積をＶ_ＬＢＭ、密度をＤ_ＬＢＭとする。密度Ｄ_ＬＢＭは先行研究より既知である。除脂肪量ＬＢＭは、
ＬＢＭ＝Ｖ_ＬＢＭ・Ｄ_ＬＢＭ
となる。ここで、
Ｖ_ＬＢＭ ＝Ａ_ＬＢＭ・Ｌ＝（Ａ_ｍ＋Ａ_ｂ）・Ｌ＝ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_ｍ）＋ρ_ｂ・（Ｌ^２／Ｚ_ｂ） …(2)
である。(1)式を変形して(2)式に代入すると、
Ｖ_ＬＢＭ＝ρ_ｍ・Ｌ^２・〔（１／Ｚ_０）−（１／Ｚ_ｆ）〕＋（ρ_ｂ−ρ_ｍ）・（Ｌ^２／Ｚ_ｂ） …(3)
となる。ここで、各組織の体積抵抗率の関係は、ρ_ｍ＜ρ_ｂ＜＜ρ_ｆである。
【ｙ００３０】
まず、手首、足首などの遠位局部の影響を除いて考えると（条件Ａ）、
Ａ_ｂ＜＜Ａ_ｍ
と看做すことができる。したがって、
Ｚ_ｆ（＝ρ_ｆ・（Ｌ／Ａ_ｆ））＞Ｚ_ｂ（＝ρ_ｂ・（Ｌ／Ａ_ｂ））＞＞Ｚ_ｍ（＝ρ_ｍ・（Ｌ／Ａ_ｍ））＞Ｚ_０
これを(3)式に適用すると、
Ｖ_ＬＢＭ＝ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋（ρ_ｂ−ρ_ｍ）・（Ｌ^２／Ｚ_ｂ） …(4)
となる。ここで、
ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＞＞（ρ_ｂ−ρ_ｍ）・（Ｌ^２／Ｚ_ｂ）
であるから、
Ｖ_ＬＢＭ ＝ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）
である。したがって、
ＬＢＭ＝Ｄ_ＬＢＭ ×ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）
故に、所定の関数ｆ（ｘ）を用いて次の関係が成り立つ。
ＬＢＭ＝ｆ（Ｌ^２／Ｚ_０）
他方、手首、足首などの遠位局部の影響を考慮する場合には（条件Ｂ）、
Ａ_ｂ＜Ａ_ｍ
とすることができる。したがって、
ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＞（ρ_ｂ−ρ_ｍ）・（Ｌ^２／Ｚ_ｂ）＝ΔＶ_ｂ
一般に体重Ｗが重いほど、身体を保持するために骨組織の体積Ｖ_ｂは増加するから、Ｖ_ｂ∝ΔＶ_ｂ∝ｆ（Ｗ）の関係が推定できる。そこで、(4)式より、
Ｖ_ＬＢＭ＝ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋（ρ_ｂ−ρ_ｍ）・（Ｌ^２／Ｚ_ｂ）
＝ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋ΔＶ_ｂ≒ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋ｆ（Ｗ）
よって、
ＬＢＭ ＝ｆ（Ｌ^２／Ｚ_０，Ｗ）
更に、各組織の加齢による変化及び、性差による相違などを考慮して多重回帰分析で推定式を作成すると、
ＬＢＭ＝ａ”＋ｂ”・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋ｃ”・Ｗ＋ｄ”・Ａｇ …(5)
となる。ここで、ａ”、ｂ”、ｃ”、ｄ”は定数（多重回帰係数）であり、性別により値が異なる。ＭＲＩ法により求めた除脂肪量ＬＢＭを上記多重回帰分析の推定式に適用し、性別毎に定数ａ”、ｂ”、ｃ”、ｄ”を求めておけばよい。
【００３１】
次に、筋肉量の推定方法の一例を挙げる。上述した除脂肪量の推定と基本的に同様である。筋肉層の体積をＶ_ＭＭ、密度をＤ_ＭＭとすると、筋肉量ＭＭは、
ＭＭ＝Ｖ_ＭＭ・Ｄ_ＭＭ
となり、筋肉層のインピーダンスＺ_ｍを用いれば、
Ｖ_ＭＭ＝ρ_ｍ・（Ｌ^２／Ｚ_ｍ）
である。上記の条件Ａの下では、
ＭＭ ≒ＬＢＭ＝ａ＋ｂ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋ｃ・Ａｇ …(6)
と考えられる。しかしながら、条件Ｂの下では、
ＬＢＭ＝ＭＭ＋ＢＭ＝ａ＋ｂ・（Ｌ^２／Ｚ_０）＋ｃ・Ｗ＋ｄ・Ａｇ …(7)
であり、Ｌ^２／Ｚ_０の項に筋肉量ＭＭ以外の骨ＢＭの情報も含まれてしまい、分離が不可能である。そこで、９個のセグメントの中で条件Ａ、Ｂを満足するセグメントを考えてみると、
・条件Ａを満足するセグメント：上腕部、大腿部
・条件Ｂを満足するセグメント：前腕部、下腿部
である。
【００３２】
上腕部と前腕部、及び、大腿部と下腿部のそれぞれの筋肉量間の相関は、各個人毎に非常に高いことが知られている。そこで、上腕筋肉量情報ＭＭ_Ｕ、前腕筋肉量情報ＭＭ_Ｆを推定する。即ち、ＭＲＩ法で算出したＭＭ_ＵＡ及びＭＭ_ＦＡの回帰分析を基に次のような推定式を抽出する。
ＭＭ_ＦＡ＝ａ_ｍ＋ｂ_ｍ・ＭＭ_ＵＡ …(8)
同様にＭＲＩ法で算出した大腿筋肉量情報ＭＭ_ＦＬを用いて、下腿筋肉量ＭＭ_ＣＬを推定する。
ＭＭ_ＣＬ＝ａ'_ｍ＋ｂ'_ｍ・ＭＭ_ＦＬ …(9)
よって、上腕部及び大腿部等の近位セグメントの筋肉量は条件Ａを満足するため、(6)式で求めることができる。また、この(6)式で求めた上腕筋肉量及び大腿筋肉量を(8)、(9)式に適用することにより、前腕筋肉量及び下腿筋肉量を推算することができる。
更に、同様の方法を用いて、各セグメント毎の骨量を求めることもできる。
【００３３】
全身の除脂肪量、筋肉量、骨量を推算する際には、上述したように各セグメント単位で身体組成を推算し、その推算値を身体全体の身体組成の推定式に組み込むのが１つの方法である。また、四肢及び体幹部のセグメント単位を個々に独立変数と看做し、多重回帰式を作成する方法とすることもできる。こうしたインピーダンス測定値と身体特定化情報を用いた身体組成情報及び健康状態に関連した各種情報の推算方法に関しては、本出願人が上記の特願2000-362896号で提案したような各種方法を利用することができるが、それ以外の方法を用いてもよい。
【００３４】
次いで、本実施例の身体組成測定装置の構成及び動作を説明する。
図１は本実施例による身体組成測定装置の外観図である。本身体組成測定装置は、被検者の身体に微弱な高周波電流を流し、その電流によって身体中の所定部位に生じる電圧を検出し、その電圧値と電流値とからインピーダンスを算出し、このインピーダンス測定値と、外部から入力された身長、体重、年齢、性別等の身体特定化情報とを所定の推定式に適用することにより演算処理し、被検者の体脂肪率、除脂肪量、脂肪量、体内水分量、筋肉量、筋力、骨量、骨密度、肥満度、基礎代謝量、ＡＤＬ指標値等の身体組成情報や健康状態に関連した情報を算出して提示するものである。
【００３５】
図１に示すように、本身体組成測定装置は、主として各種制御やデータ処理を行うためのノート型のパーソナルコンピュータ（以下「パソコン」と称す）１と、主としてインピーダンスの測定を実行する本体部２とから成り、その本体部２の背面から測定に必要な電極群がケーブル４を介して取り出されている。商用交流電源の電源ケーブルはＡＣ−ＤＣアダプタ３を介して本体部２に接続されている。
電極群は、電流供給用の電極（以下「通電用電極」と称す）１０と電圧測定用の電極（以下「測定用電極」と称す）１１とを含み、それぞれ１個ずつを１組として低誘導性のケーブル４を介して本体部２に接続されている。通電用電極１０及び測定用電極１１はともに、被検者の皮膚面に確実に且つ安定的に装着が可能であって、電極自体のインピーダンス（接触抵抗）を小さくするように、面状の貼着式電極となっている。
【００３６】
この身体組成測定装置によるインピーダンス測定では、４個の通電用電極１０、及び４個の測定用電極１１という２個一対の電極構成を採用している。即ち、後述するように８個所の電圧測定点の測定を行う場合には、４個所の測定を終了する毎に検査者が被検者の身体上で測定用電極１１を貼り替える方式としている。これは、電極の個数が多くなると装置のコストアップになるほか、ケーブルが絡まったりして測定準備が煩雑になるとともに被検者への装着ミスも起こり易いからである。勿論、このような点が問題にならなければ、８個の測定用電極を始めから用意する構成としてもよい。
【００３７】
図２は本身体組成測定装置の電気構成図である。４個の通電用電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは信号線開閉リレー２０１を介して通電用電極切替部２０２に接続され、ここで電流源２０３に接続される２個の電極が選択されるようになっている。電流源２０３は周波数ｆ_０の定電流高周波信号を発生するものであって、周波数ｆ_０は通常10kHz〜100kHzの範囲で設定される。一方、４個の測定用電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは同様に信号線開閉リレー２０１を介して測定用電極切替部２０４に接続され、ここで２個の電極が選択されてその電極で得られた信号がそれぞれ独立したバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０５に入力される。
【００３８】
このＢＰＦ２０５により周波数ｆ_０以外の信号成分が除去され、そのあと検波部２０６にて検波・整流が行われて周波数ｆ_０の信号成分が取り出される。並行して検波された信号は差動増幅器２０７により差動増幅され、更に増幅器２０８により増幅される。そして、この信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０９によりデジタル信号に変換し、ホトカプラ２１０を介してＣＰＵ２１１に入力している。ＣＰＵ２１１はＵＳＢ端子２１４と接続されており、ＵＳＢインタフェイスのためのデータ変換・逆変換を行う機能を備えている。ＣＰＵ２１１はＵＳＢ端子２１４に対してＡ／Ｄ変換器２０９の出力信号に対応するデータを送信するのみならず、ＵＳＢ端子２１４を介して受け取った制御信号に基づいて、ホトカプラ２１０を介して電流源２０３の動作を制御するとともに、信号線開閉リレー２０１及び後記電源線開閉リレー２１３の動作を制御する。このようにホトカプラ２１０でＣＰＵ２１１とアナログ測定回路系とを光学的に接続することにより、ＣＰＵ２１１で発生する又はパソコン１から侵入してくるデジタル的なノイズがアナログ測定回路系に入ることを防止することができる。
【００３９】
商用交流電源５に接続されたＡＣ−ＤＣアダプタ３の直流電力出力は本体部２に入力され、上記電源線開閉リレー２１３を介して電源出力端子２１５に接続されている。パソコン１に電力を供給するための電源ケーブルは電源出力端子２１５に接続されるから、ＡＣ−ＤＣアダプタ３の直流電力出力は電源線開閉リレー２１３を介挿していることを除けば、本体部２を単に通過してパソコン１に接続されている。
【００４０】
パソコン１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、バッテリ１０２等を内蔵したパソコン本体１０１の周囲に、キーボートやマウス等のポインティングデバイスである操作部１０５、液晶ディスプレイである表示部１０６、フロッピーディスクドライブ（ＦＤ）装置等の補助記憶装置６などを備え、更にプリンタ８との接続のために赤外線インタフェイス（ＩＦ）１０４を有している。これは、ケーブルを介する電気的な接続を行わないことによってプリンタ８側からの電源系の雑音の影響を排除するとともに、部品の故障等が発生した場合でもプリンタ８から過大な電流が流れ込むことを防止して、被検者の身体に異常な電流が流れるような事故を確実に回避するためである。なお、プリンタ８自体にもバッテリ８１が搭載されており、このプリンタ８を含む装置全体がバッテリ駆動可能であるようにも配慮されている。
【００４１】
また、パソコン１は標準的なＵＳＢ端子１０３を備えている。周知のようにＵＳＢインタフェイスはシリアルデータとともに直流電力を供給可能な線を有しており、ここでは、パソコン１のＵＳＢ端子１０３は5V/最大500mAの電力を外部に供給する能力を有している。ＵＳＢケーブルを介してパソコン１と接続される本体部２は、パソコン１から上述した直流電力を受け取り、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１２により各回路へと分配する。したがって、本体部２に含まれる全ての電気回路は最大でも5V/500mAの電力で動作可能なように設計されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１２を通すことにより、アナログ系の測定回路に電源を通じたノイズが混入するのを防止している。
【００４２】
パソコン１のハードディスクドライブには、インピーダンスの測定及びその測定値に基づいて前述したような各種身体組成情報や健康状態に関連した各種情報を推定するための演算処理を行うための演算プログラムと、これら測定を実行するための制御プログラムとが格納されている。そして、操作部１０５を介して外部から与えられる指示に従って上記プログラムを実行することによって、後述のようなインピーダンスの測定及びそれに引き続く各種演算処理や表示処理などを具現化している。
【００４３】
本身体組成測定装置の特徴の１つは、通電用電極１０及び測定用電極１１に接続される各ケーブル４つまり各信号経路に対し、開閉自在の信号線開閉リレー２０１を設けている点、及びＡＣ−ＤＣアダプタ３を介して商用交流電源５に接続される電源供給経路を開閉自在の電源線開閉リレー２１３を設けている点にある。信号線開閉リレー２０１は、被検者の身体のインピーダンスを測定する期間以外に全ての電極１０、１１を本体部２から実質的に切り離すことによって、回路系の故障や不具合が生じた場合でも、電極１０、１１を経て被検者の身体に不所望の電流が流れることを防止することを目的としている。つまり、被検者の安全性を確保するためのものである。
一方、電源線開閉リレー２１３は、上述のようなインピーダンスの測定時に、商用交流電源５をこの本体部２及びパソコン１から実質的に切り離すことによって、商用交流電源５を介して外部から侵入するノイズを遮断することを目的の１つとしている。つまり、インピーダンス測定時のノイズを抑制して、より精度よく測定を行うためのものである。更に、インピーダンスの測定時、つまり測定回路系が電極１０、１１を介して身体に接続される際に商用交流電源５を切り離すことによって、回路系の故障や不具合が生じた場合でも、少なくとも１００Ｖの交流電流が身体に漏れ出すことを防止することを目的としている。即ち、上記信号線開閉リレー２０１とともに２重の安全対策を果たすものである。測定時の具体的な動作については後述する。
【００４４】
本身体組成測定装置では、上述したような身体の各部に電極を装着する必要があるため、本体部２から引き出されたケーブル４はかなり長くならざるをえない。一般に、このように長く引き出されたケーブルはアンテナとして作用し、外部からの誘導雑音を拾う可能性がある。精度のよい測定を行うには、このような誘導雑音をできるだけ抑制することが必要となる。また、ケーブル４（厳密に言えば信号経路）はそれ自体が寄生容量等の静電容量を有しており、このような容量を生体電気インピーダンスと混同してしまうと、測定の精度を劣化させる一因になる。このようなことから、本実施例の装置では、誘導雑音の抑制及びケーブル自体の容量の影響の排除をするために、特に配慮された構造を採用している。
【００４５】
図３（ａ）は本装置で使用するケーブル４の外観図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のａ−ａ’矢示切断線での断面図である。図３（ａ）に示すように、このケーブル４にあっては、２芯シールドケーブル４２の一端に本体部２と接続するためのストレートプラグ４１が取り付けられ、他端に２本の芯線とそれぞれ導通する単線ケーブル４４に分岐する分岐モールド４３が取り付けられている。この単線ケーブル４４の末端には電極取付用のプラグ４５が取り付けられている。この単線ケーブル４４とプラグ４５との取付けは図３（ｃ）に示す断面構造を有しており、単線ケーブル４４の芯線４４１はプラグ４５の棒状の導体部４５２と半田付け（符号４６の個所）で固着されている。この固着部分はプラグ４５の樹脂製のハウジング４５１に埋設されているが、単線ケーブル４４が回転して断線に至るのを防止するため、ハウジング４５１と単線ケーブル４４との境界を挟んで熱収縮チューブ４７による固着が成されている。この固着は熱収縮チューブ４７の代わりに、接着剤によるモールドとしてもよい。
【００４６】
図３（ｂ）に示すように、２芯シールド線は、第１、第２芯線を形成する導体４２１の周囲を取り巻く内部シース４２３との間隙に、75〜80％程度の発泡率を有する発泡ポリエチレン樹脂から成る絶縁体４２２を充填した構造を有する。こうした構造体を２本並べ、更に２本の介在糸４２４を入れて和紙テープ４２５で被覆する。その外側に円筒状に横巻シールド４２６を設け、その外側を外部シース４２７で覆う。本装置に於いては、全体のケーブル長は約200cm、２芯シールド線のケーブル長は約160cmであって、これは４本ともに同一である。
【００４７】
このような構造によって、ケーブルの静電容量を抑えるとともに、複数のケーブル間のばらつきも抑え、更に、屈曲時、引張によるストレス付加時の容量変化も抑えている。具体的には、次のような諸特性を実現している。
・ケーブル容量（周波数50kHzに於いて）：100pF以下
・屈曲時の容量変化：±10pF以下（300gの引張荷重を付加した状態での曲げ角度±60°の試験をケーブル途中の３個所で各20回実行したときの、その前後の容量変化）
・引張ストレス印加前後の容量変化：±10pF以下（500g引張荷重を付加した状態で60秒間放置した前後の容量変化）
【００４８】
また、四肢のうちの同一上肢部又は下肢部に装着する通電用電極と測定用電極とを一対とし、この一対の電極に接続される信号経路は同一ケーブルの第１芯線、第２芯線を利用している。例えば、或るケーブルの第１芯線を右手用の通電用電極に至る信号経路、第２芯線を右手用の測定用電極に至る信号経路として利用する構成としている。このため、４個の測定用電極１１ａ〜１１ｄに至る信号経路はそれぞれ異なるケーブルのシールド内に収容される。それによって、電圧測定時の両測定用電極間の静電容量を小さくすることができるとともに、電圧測定時の雑音の影響を抑制している。
更にまた、４本のケーブルの各シールド線は本体部２の入口付近で互いに短絡され、その接地電位がほぼ同一になるようにしている。それによって、測定用電極切替部２０４を切り替えて２個の測定用電極及びその測定用電極に至るケーブル４が後段の測定回路に接続されたときに、被検者の身体に並列に加わるケーブル４の全静電容量をほぼ一定に維持することができる。
なお本例では、絶縁体４２２として75〜80％程度の発泡率を有する発泡ポリエチレン樹脂を用いているが、これは単に一例である。
【００４９】
一般に、２芯ケーブルの静電容量Ｃは次式で求まる。
Ｃ＝12.08×ε_ｅ／Log₁₀（1.2×Ｂ／Ｋ１×Ｄ）〔pF/m〕
Ｂ：導体間隔〔mm〕、Ｋ１：内部導体実効径係数、Ｄ：導体外径〔mm〕
即ち、静電容量Ｃは実効比誘電率ε_ｅに比例する。ここで、
ε_ｅ＝ε_Ａ ^１−Ｖ
ε_Ａ：誘電体の比誘電率、Ｖ：発泡率（空気の占有率）
であるから、比誘電率の低い材料で、発泡率を高くするほど静電容量Ｃを小さくすることができる。但し、発泡率を高くするほど耐ストレス性等が劣化するので、このような各種条件を考慮して材料と発泡率を決めればよい。
【００５０】
本実施例の身体組成測定装置では、上述したような配慮によってケーブル４自体の静電容量を抑えるとともに、誘導雑音の侵入も軽減しているが、ケーブル４自体の静電容量はゼロにはならない。また、高精度な測定を行う場合には、ケーブル４のみならず、測定用電極切替部２０４を構成するアナログスイッチの静電容量等も無視できない。そこで、本実施例の身体組成測定装置では、インピーダンスを算出する演算の過程で、上述したようなケーブル４やアナログスイッチの静電容量の影響を除去するような補正処理を行うようにしている。
【００５１】
次に、この静電容量の補正処理方法について説明する。ケーブル（上述したように実際にはケーブル以外にアナログスイッチの容量等も存在するが、ここではケーブルの容量と総称することとする）を考慮した場合のモデルとして、図２４に示すモデルを想定する。このモデルによれば、測定によって得られるインピーダンスＺ_ｍは生体電気インピーダンスＺ_０にケーブル容量Ｃ_ｃが並列に接続されたものとなる。
このようなモデルに於いて、Ｚ_ｍ、Ｚ_０、Ｒ、Ｃ、Ｃ_ｃの関係は次のようになる。
【数１】

ここで、Ｃ＋Ｃ_ｃ＝Ｃ_ａとおくと、上記(12)式は次の(13)式と書き換えることができる。
【数２】

(11)式より、次の(14)式が導出される。
【数３】

また(12)式より、
【数４】

これを変形すると、次の(15)式が導出される。
【数５】

(15)式を(14)式に代入して整理すると、
【数６】

となるから、Ｚ_０は次の(16)式になる。
【数７】

即ち、この(16)式が、被検者を測定した結果得られたインピーダンスの測定値Ｚ_ｍから、ケーブル容量Ｃ_ｃの影響を除去して生体電気インピーダンスＺ_０を算出する補正式である。ここで、Ｃの値としては、実験的に予め測定したものの平均値を採用し、身体部位には無関係に一定であると看做している。また、ケーブル容量Ｃ_ｃは、例えば既知の値を持つコンデンサ及び抵抗をケーブル４の末端に接続してインピーダンスメータ等により予め測定しておくことができる。
【００５２】
なお、上記補正式では、実際にはケーブル４の持つ静電容量のみならず、図２４に於いて身体側から装置を見た静電容量、つまり２個の測定用電極１１間の装置側の入力容量全体が補正されることになる。即ち、この容量には、ケーブル容量のほかに、アナログスイッチ（図２に於ける測定用電極切替部２０４）の入力静電容量、その後段のＢＰＦ２０５を構成する例えば演算増幅器の入力静電容量なども含んでいる。なお、ケーブル４には容量成分のみならず抵抗成分も存在するものの、インピーダンスに占める割合は低く、実際上、無視しても差し支えない程度であるが、勿論、このような抵抗成分を考慮して補正式を作成するようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施例の身体組成測定装置の他の特徴の１つは、その外観上の構造にある。図４は本身体組成測定装置の本体部２の上面平面図、図５は本体部の正面平面図、図６は側面平面図である。また、図７は本体部２上にパソコン１を載置した通常の使用状態での正面図である。
【００５４】
本実施例の身体組成測定装置の外観的な特徴として、本体部２の箱形状の筐体２１は、その天面に横方向に延在する凹部２２を有している。この凹部２２は前後方向の幅Ｗ１がちょうどパソコン１に用意されている外付け用のＦＤ装置６の筐体の幅よりも若干大きく、また凹部２２の深さＷ２はそのＦＤ装置６の高さよりも若干大きく形成されている。これにより、ＦＤ装置６は図６に示すように凹部２２の内部にすっぽりと収まるようになっている。また、凹部２２内の底面にはＦＤ装置６の後方位置を規制するためのストッパ２３が突設されており、ＦＤ装置６の後面がストッパ２３に当接するように収納すると、ＦＤ装置６の前面は本体部２の筐体２１側面と略面一になる。更に、凹部２２内の底面には、ＦＤ装置６とパソコン１とを接続するためのケーブル７を固定するための固定具２４を備えている。この固定具２４は、ケーブルの両端付近をそれぞれ固定するためのものであって、図４に示すように、ケーブル７を凹部２２の内に収容した状態で固定することができる。また、筐体２１の天面の前縁部及び後縁部にはそれぞれストッパ２５が突設されており、天面上にパソコン１を載置したときに前後方向の位置決めを行うことができる。
上述したように、ＦＤ装置６は凹部２２内にすっぽりと収まり筐体２１の天面よりも上には突出しないため、天面上に安定してパソコン１を載置することができる。更に、ＦＤ装置６を使用したい場合には、ケーブル７の一端を固定している固定具２４からケーブル７を取り外し、図７に示すようにそのままパソコン１の端子へ接続することが可能である。ＦＤ装置６はストッパ２３により後方位置が規制されているので、例えば、フロッピーディスクの出し入れを行う際にＦＤ装置６の前面を指で押しても後退することがない。
このように本実施例の身体組成測定装置では、本体部２の筐体の一部にパソコン１の外付け用ＦＤ装置を収納することができ、且つ使用時にもその状態で使用することができるので、場所をとらず、操作性も良好である。また、パソコン１やＦＤ装置６が本体部２の上に積載されて一体化しており、特に前後方向にはストッパ２５によってパソコン１の滑動も規制されているので、搬送の際にも本体部２のみを持って運ぶことができる。
【００５５】
なお、図２の電気構成では、差動増幅器２０７の前にＢＰＦ２０５及び検波部２０６を配置しているため、２系統の入力経路にこれら回路をそれぞれ設ける必要があるが、図２５に示すように、差動増幅器２０７の後段にＢＰＦ２０５及び検波部２０６を配置する構成としてもよい。この図２５の構成では、差動増幅器２０７によりコモンモードノイズが相殺されるのでノイズの影響を受けにくいという利点がある。一方、図２の構成では、ケーブルや回路の浮遊容量の影響を受けにくく、測定用電極を介してＢＰＦ２０５の入力に接続される２つの負荷がアンバランスになった場合でも位相回転が少なくてすむので、測定誤差が小さくできるという利点がある。
【００５６】
次に、本身体組成測定装置に於ける実際の測定動作の一例について説明する。図８及び図９は、本身体組成測定装置に於いて、上述した９個のセグメント毎のインピーダンス測定及びその測定値を用いた身体組成情報を推算する際の測定動作を示すフローチャートである。
【００５７】
検査者等がパソコン１の電源スイッチを投入すると（ステップＳ１）、パソコン１が起動して、各種の初期化処理、バッテリ１０２の残量検知処理、測定回路系の自己検査処理などを含む測定準備処理を実行する（ステップＳ２）。測定準備処理が終了すると、表示部１０６に図１０に示すような初期画面Ａを表示する（ステップＳ３）。
初期画面Ａには、電池を模したバッテリマーク画像を含むバッテリ残量表示部Ａ１と、バッテリ残量状態を文字で知らせるメッセージ表示部Ａ３とを含み、バッテリ残量をバッテリマーク画像の塗りつぶし部分の面積や色、数値表示等で知らせるとともに、残量が不足している場合には充電促進メッセージ等を表示する。また、初期画面Ａには、測定回路系の検査結果を知らせる測定回路検査結果表示部Ａ２と、その結果を文字で知らせるメッセージ表示部Ａ４とを含み、測定回路系検査の異常の有無を知らせるとともに、異常がある場合の異常個所を知らせる。
【００５８】
バッテリ１０２の残量が所定以上（例えば10％以上）であって且つ測定回路系が正常でないと、以降の測定処理には進めない。例えばバッテリ１０２の残量が不足している場合にはＡＣ−ＤＣアダプタ３の電源プラグが商用交流電源５のコンセントに挿入されることによって通電が開始されれば、一方、測定回路系に異常がある場合には異常個所が修正されれば、ステップＳ４以降の処理に進むことが可能となる。
バッテリ１０２の残量が所定以上あって且つ測定回路系が正常である場合には、初期画面Ａ上で、検査者がファンクションボタンＡ５をマウス等のポインティングデバイスにより選択操作するか、又は同様の機能を有する操作をキーボード上で行うと（ステップＳ４）、身体組成測定モードへと移行する。すると、表示部１０６の画面は身体組成測定画面Ｂに切り替わる（ステップＳ５）。
【００５９】
図１１は身体組成測定画面Ｂの概略構成図、図１２〜図２０はその画面Ｂ中の主要部の詳細図である。
身体組成測定を行う場合、推奨する測定条件としては、被検者がベッド等に横たわった仰臥姿勢とする。このとき、体内の体液バランス変動の影響を排除するには、この姿勢で５分程度の安静時間を確保することが好ましい。また、四肢はできる限り真っ直ぐに伸ばし、両腕部は体幹部に接触しないように、また両脚部も互いに接触しないように、30°程度の角度で開いた姿勢とするとよい。
【００６０】
表示部１０６に身体組成測定画面Ｂが表示された状態で、検査者がファンクションボタンＢ１２を選択指示すると、図１２に示す身体情報表示部Ｂ１に於いて、被検者の名前及び識別子（ID）と、性別、年齢、身長及び体重といった身体特定化情報とを入力表示するためのテキストボックスに入力すべき項目がカーソルの点滅によって指示される。検査者はこれを見ながらキー入力を行い、被検者の名前や識別番号のほか、身体特定化情報を入力する（ステップＳ６）。
上記身長の項目が入力されると、所定の計算式に基づいて左右の四肢長が推算され、その結果が図１４に示す四肢長表示部Ｂ３のテキストボックス内に表示される。例えば実際に被検者の四肢長を計測した結果を入力したい場合には、ファンクションボタンＢ１４を選択指示すると、四肢長表示部Ｂ３に於いてテキストボックスに入力すべき項目がカーソルの点滅によって指示されるから、そこで数値を変更すればよい（ステップＳ７）。このような変更が為されない場合には、上記計算値が四肢長サイズとして後述の演算処理に利用される。
【００６１】
また、検査者は、測定部位選択ファンクションボタンＢ１３を選択指示し、図１３に示す測定部位表示部Ｂ２のテキストボックスに於いて「遠位」「近位」又は「遠位→近位」測定のいずれかを選択する。ここでは、先に述べたような９個のセグメントの測定を行うので「遠位→近位」測定を選択するが、「遠位」又は「近位」のみを選択することもできる。
全ての身体特定化情報が入力された場合、入力完了と判定し（ステップＳ９で「Ｙ」）、図１５に示す電極貼着位置表示部Ｂ５に於いて遠位測定の電極装着位置を指示するべく表示を行う（ステップＳ１０）。即ち、電極貼着位置表示部Ｂ５には、頭部や手先、足先を除く身体を９個のセグメントに分割した身体模式図が表示されており、それに重畳して、通電用電極１０の装着位置が記号”■”で、測定用電極１１の装着位置が記号”◎”で描出される。遠位測定の待機時には、図１５（ａ）に示すように、両手首、両足首に測定用電極装着位置を示す記号”◎”が、手足の甲部に通電用電極装着位置を示す記号”■”が表示される。したがって、検査者は、この表示を参照して通電用電極１０及び測定用電極１１を被検者の身体に装着する。
【００６２】
こうして電極１０、１１を装着し終えたら、検査者はスタートファンクションボタンＢ１５を操作して測定開始を指示する（ステップＳ１１）。この操作に応じて測定が自動的に開始されるわけであるが、まず、測定に先立って、電源線開閉リレー２１３を開成し（ステップＳ１２）、それに少し遅れて信号線開閉リレー２０１を閉成する（ステップＳ１３）。これによって、まず、本体部２から商用交流電源５が切り離され、そののちに電極１０、１１が本体部２に接続される。したがって、万が一何らかの不具合があっても、商用交流電源５からの１００Ｖの交流電流が被検者の身体に漏出することはない。また、以降の測定期間中には商用交流電源５からのノイズの混入も防止できる。
そのあと、通電用電極切替部２０２、測定用電極切替部２０４により、測定部位が、右腕部、左腕部、右脚部、左脚部、体幹部と順次移行するように、通電用電極１０及び測定用電極１１を適宜切り替える。そして、選択された２個の通電用電極１０間に微弱な高周波電流を流し、その電流によって生じた電位を２個の測定用電極１１で順次測定する。なお、電極貼着位置表示部Ｂ５の身体模式図に於いては、測定前に測定対象である全セグメントがそれぞれ灰色で点滅表示され、測定が終了したセグメント毎に緑色の点灯表示に変わるようになっている。これによって、その表示の状態を見るだけで測定の進行状況を知ることができる。
【００６３】
１個所の部位のインピーダンスを測定する際には、インピーダンスが或る程度安定した状態になるまで待って、そのあと、その測定値をメモリに取り込むようにしている。しかしながら、例えば測定値がいつまでも安定せず、規定の時間を経過したにも拘わらず１個の部位の測定も終了していない場合には測定不能と判断する（ステップＳ１５）。一方、５個全ての測定部位の測定が終了するか、又は規定の時間が経過したときに１個の部位でも測定が終了していれば、測定終了と判断する（ステップＳ１７）。測定不能であると判断した場合には、測定に何らかの異常があると考えられるから、身体組成測定画面Ｂ中のメッセージ表示部Ｂ１１２に測定不可能、異常発生といったエラーを意味するメッセージを表示し（ステップＳ１６）測定を終了する。
【００６４】
上述したステップＳ１５の処理により、測定状態が不安定であるために異常に測定が長引くことを回避することができる。即ち、或る程度、測定時間が経過して既に幾つかの部位（実際には１個でもよい）に対する測定が終了している場合には、その測定済みのデータを利用して未測定の部位の値を推定し、インピーダンスの測定自体は終了させる。これによって、被検者に無理な負担を強いることがない。
測定が終了すると、信号線開閉リレー２０１を開成し（ステップＳ１８）、電極１０、１１を本体部２から切り離す。それに遅れて電源線開閉リレー２１３を閉成し（ステップＳ１９）、商用交流電源５に接続されたＡＤ−ＤＣアダプタ３を本体部２に接続する。したがって、電極１０、１１は純粋にインピーダンスの測定を行う期間、つまり被検者の身体に電流を流し、その電流によって生じる電圧を計測する期間を含むごく短期間だけ測定回路系に接続されている。また、そうしたインピーダンス測定期間には、商用交流電源５は切り離されて、本体部２及びパソコン１はバッテリ１０２から供給される直流電力で動作する。
【００６５】
そのあと、測定によって得られた５個の測定部位（遠位測定では、右腕部、左腕部、右脚部、左脚部及び体幹部）に対するインピーダンスと、身体特定化情報とを所定の推算式又はこれに相当する変換テーブル等に適用して演算処理し、身体組成、四肢筋肉量、ＡＤＬ指標値、体型判定などを算出する（ステップＳ２０）。このときの演算処理には、上述したようなＭＲＩ法によって得られた身体組成情報を利用した推算式を利用できるが、推定方法は必ずしもこれに限るものではない。なお、遠位測定のみが終了した段階では、腕部、脚部をそれぞれ上腕部及び前腕部、大腿部及び下腿部に分割した精密な推算は行えないが、身体特定化情報等を利用して各セグメントに対応する概略推定値を算出している。
上述した演算処理の結果得られた数値は、身体組成測定画面Ｂ中の測定結果表示部Ｂ６、測定値表示部Ｂ７、ＡＤＬ指標値表示部Ｂ８、筋肉量表示部Ｂ９及び体型表示部Ｂ１０に、次のように表示される（ステップＳ２１）。
【００６６】
即ち、各セグメントのインピーダンスは、図１７に示す測定値表示部Ｂ７の左欄に表示される。また、全身の身体組成を示す情報は、図１６に示す測定結果表示部Ｂ６に表示される。ここでは、脂肪、筋肉、骨及びその他の比率、脂肪及び除脂肪の比率、脂肪、水分及びその他の比率、という３種類の身体組成比率が人体を模した１つの円グラフ内で示され、そのほかに、体重や身長等の身体特定化情報から算出される体格指数（ＢＭＩ）と、肥満度、基礎代謝量の推算値も表示される。
【００６７】
また、図１９に示す筋肉量表示部Ｂ９には、左右の上腕部、前腕部、腕部、大腿部、下腿部、脚部毎に筋肉量の推算値が棒グラフで表示され、左右のバランス度を示す左右の筋肉量比率や、腕部と脚部との筋肉量比率も同時に表示される。これにより、左右の筋肉の付き方のバランスが視覚的に容易に理解でき、例えば利き腕、利き足が左右のいずれであるのかがわかるほか、不自然に左右のバランスが悪いときには健康状態に何らかの問題がある等の簡易的な判断に供することができる。
【００６８】
更には、図１８に示すＡＤＬ指標値表示部Ｂ８には、日常生活動作の能力を測るＡＤＬ指標値として、左右それぞれの大腿四頭筋量、大腿四頭筋最大筋力、体重支持指数の推算値が表示される。図２０に示す体型表示部Ｂ１０には、身体特定化情報として入力された体重Ｗ及び身長Ｈを基に算出される体格指数（ＢＭＩ：Ｗ／Ｈ^２）に応じて、外観上の体型が痩せ、標準又は堅太のいずれかに区分されて表示されるとともに、更に、測定結果である体脂肪率に基づいて、脂肪の付き方の状態が薄脂、並脂又は脂満のいずれかに区分されて表示される。なお、遠位及び近位全ての測定が終了していなくとも、このように遠位測定が終了した時点でもって、その時点で推定可能な情報を表示することができる。
遠位測定が終了すると、電極貼着位置表示部Ｂ５の身体模式図に於いて測定用電極１１の装着位置を図１５（ｂ）に示すような近位位置に変更する（ステップＳ２２）。具体的には、左右手首及び足首に表示されていた表示記号を左右肘及び膝に変更する。検査者はこの表示の変更を確認し、４個の測定用電極１１を被検者の左右肘及び膝に貼着し直す。そして、再度スタートファンクションボタンＢ１５を操作して測定開始を指示する（ステップＳ２３）。
【００６９】
そのあと、上記遠位測定に於けるステップＳ１２〜Ｓ１９に相当するステップＳ２４〜３１の処理によって、四肢及び体幹部の近位のインピーダンス測定が実行される。このときには、遠位測定の結果と、近位測定の結果とが揃うので、９個のセグメントに対応するインピーダンスの測定値が得られる。したがって、ステップＳ３２の演算処理にあっては、身体組成等の各情報がその前の遠位測定終了時のときよりも高い精度で推算される。そして、このような算出された数値を、身体組成測定画面Ｂ中の測定値表示部Ｂ７、測定結果表示部Ｂ６、ＡＤＬ指標値表示部Ｂ８、筋肉量表示部Ｂ９及び体型表示部Ｂ１０に既に表示されている値に替えて表示し（ステップＳ３３）、測定を終了する。
このように、本身体組成測定装置に於いては、比較的短時間の間に身体組成や健康状態を反映した各種情報を精度よく求めることができる。したがって、被検者にとっては身体的、精神的な負担も軽く、検査者にとっては電極を途中で貼り替えるという作業は必要であるものの画面に表示された指示通りに装着位置を定めればよいので、困難で煩雑な操作や作業を伴わず、気軽に測定を行うことができる。しかも、測定の結果として得られる情報は、単に体脂肪量や筋肉量といった身体組成の情報に留まらず、ＡＤＬ指標値、筋肉量の左右半身、上下半身のバランスといった健康状態を反映した情報が得られ、健康管理、運動トレーニング、リハビリテーション等の様々な用途に有効に活用することができる。
【００７０】
なお、上記実施例は本発明の単に一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の形態の変形や修正を行っても、本発明に含まれることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施例による身体組成測定装置の外観図。
【図２】本実施例による身体組成測定装置の要部の電気構成図。
【図３】本装置で使用するケーブルの外観図（ａ）、ａ−ａ’矢示切断線での断面図（ｂ）、及び単線ケーブルとプラグとの取付け個所の断面構造を示す図（ｃ）。
【図４】本身体組成測定装置の本体部の上面平面図。
【図５】本体部の正面平面図。
【図６】本体部の側面平面図。
【図７】本体部上にパソコンを載置した通常の使用状態での正面図。
【図８】本実施例による身体組成測定装置に於ける測定動作の流れを示すフローチャート。
【図９】本実施例による身体組成測定装置に於ける測定動作の流れを示すフローチャート。
【図１０】初期画面の概略図。
【図１１】身体組成測定画面の概略図。
【図１２】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１３】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１４】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１５】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１６】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１７】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１８】図１１の画面中の一部詳細図。
【図１９】図１１の画面中の一部詳細図。
【図２０】図１１の画面中の一部詳細図。
【図２１】本実施例による身体組成測定装置で用いられる測定方法に対応する人体のインピーダンスのモデル図。
【図２２】ＭＲＩによる断層画像の取得の状態を示す模式図（ａ）及び切り分けた各部分毎の組織量の分布の一例を示す図（ｂ）。
【図２３】身体を分割した各セグメントの組成モデルを示す図（ａ）及び各組織のインピーダンスの等価回路モデルを示す図（ｂ）。
【図２４】ケーブルの静電容量を考慮した測定系のモデルを示す図。
【図２５】本発明の他の実施例による身体組成測定装置の要部の電気構成図。

Claims (9)

1. 被検者の身体に接触した通電用電極を通して該身体中に微弱電流を流し、それによって生じる電圧を身体に接触した測定用電極により計測する測定部と、身体に通した電流値及び計測された電圧値に基づいて身体のインピーダンスを算出する演算部と、を具備する身体インピーダンス測定装置に於いて、
   a)商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、
   b)変換された直流電力を蓄積しておき、少なくとも前記交流電力の供給がない場合に当該装置の駆動電力として供給する蓄電手段と、
   c)商用交流電源と前記電力変換手段とを接続する又は該電力変換手段と前記蓄電手段とを接続する電源経路を閉成・開成自在の電源経路開閉手段と、
   d) 前記測定部に含まれる測定回路部と前記通電用電極及び測定用電極とをそれぞれ接続する信号経路を閉成・開成自在の信号経路開閉手段と、
   e)少なくとも身体中に通電して電圧を計測する期間中には、前記電源経路開閉手段を開成し、前記蓄電手段から当該装置の各回路に駆動電力を供給させ、身体に通電して電圧を計測する期間以外のときに、前記信号経路開閉手段を開成して前記通電用電極及び測定用電極を前記測定回路部から切り離す制御手段と、
   を備えることを特徴とする身体インピーダンス測定装置。
2. 前記制御手段は、身体への通電を行う前に、まず前記電源経路開閉手段を開成して商用交流電源を本装置から切り離し、そのあとに前記信号経路開閉手段を閉成して前記通電用電極及び前記測定用電極を前記測定回路部に接続するようにし、逆に通電終了後には、まず前記信号経路開閉手段を開成して前記通電用電極及び前記測定用電極を前記測定回路部から切り離し、そのあとに前記電源経路開閉手段を閉成して商用交流電源を本装置に接続することを特徴とする請求項１に記載の身体インピーダンス測定装置。
3. 前記電源経路開閉手段及び／又は前記信号経路開閉手段は電磁リレーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の身体インピーダンス測定装置。
4. 前記電磁リレーは、身体への通電時に開成又は閉成のための駆動電流が不要であるような電磁リレーであることを特徴とする請求項３に記載の身体インピーダンス測定装置。
5. 前記演算部による演算処理は汎用のパーソナルコンピュータで所定の制御プログラムを実行することにより具現化するとともに、前記測定部は前記パーソナルコンピュータと相互に通信自在の同一の筐体を有する本体部内に配設されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の身体インピーダンス測定装置。
6. 前記蓄電手段は前記パーソナルコンピュータに内蔵のバッテリであることを特徴とする請求項５に記載の身体インピーダンス測定装置。
7. 前記パーソナルコンピュータと本体部との間の通信手段はシリアルインタフェイスであることを特徴とする請求項５又は６に記載の身体インピーダンス測定装置。
8. 前記通信手段はＵＳＢ規格に準拠したインタフェイスであり、前記本体部の駆動電力を該インタフェイスを介してパーソナルコンピュータ側より受けることを特徴とする請求項７に記載の身体インピーダンス測定装置。
9. 少なくとも測定結果を印刷する印刷手段を更に備え、前記パーソナルコンピュータと該印刷手段との間の通信を無線方式で行うことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の身体インピーダンス測定装置。

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