特開 2023-134906 生体インピーダンス測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023134906

(43)【公開日】2023-09-28

(54)【発明の名称】生体インピーダンス測定方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/053 20210101AFI20230921BHJP

   A61B 5/304 20210101ALI20230921BHJP

   A61B 5/313 20210101ALI20230921BHJP

   A61B 5/296 20210101ALI20230921BHJP

【ＦＩ】

A61B5/053

A61B5/304

A61B5/313

A61B5/296

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022039833

(22)【出願日】2022-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】杉原 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】坂上 友介

【テーマコード（参考）】

4C127

【Ｆターム（参考）】

4C127AA04

4C127AA06

4C127EE01

4C127EE03

4C127LL08

(57)【要約】

【課題】ノイズの影響を低減して、生体インピーダンスを精度よく測定することができる生体インピーダンス測定方法を提供する。
【解決手段】
所定の筋肉部位３１上の生体表面３０に第１の電極１０および第２の電極２０を所定の間隔を開けて配置し、生体表面３０下の筋肉部位３１における生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス測定方法において、接地電極Ｇがさらに生体表面３０に配置され、接地電極Ｇの配置位置は、第１の電極１０および第２の電極２０が配置された筋肉部位３１上と異なる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の筋肉部位上の生体表面に第１の電極および第２の電極を所定の間隔を開けて配置し、前記生体表面下の筋肉部位における生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス測定方法において、
接地電極がさらに前記生体表面に配置され、
前記接地電極の配置位置は、前記第１の電極および前記第２の電極が配置された筋肉部位上と異なることを特徴とする、生体インピーダンス測定方法。

【請求項2】

所定の筋肉部位上の生体表面に第１の電極および第２の電極を所定の間隔を開けて配置し、前記生体表面下の筋肉部位における生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス測定方法において、
接地電極がさらに前記生体表面に配置され、
前記接地電極の配置位置は、前記第１の電極および前記第２の電極が配置された筋肉部位上であり、前記第１の電極と前記第２の電極の間の距離よりも大きな距離が前記第１の電極および前記第２の電極のそれぞれととられていることを特徴とする、生体インピーダンス測定方法。

【請求項3】

前記第１の電極と前記接地電極の間の電気経路および前記第２の電極と前記接地電極の間の電気経路は、心臓を通らないことを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の生体インピーダンス測定方法。

【請求項4】

前記接地電極の配置位置は、筋肉上ではないことを特徴とする、請求項１もしくは３に記載の生体インピーダンス測定方法。

【請求項5】

前記接地電極の配置位置は、生体の末端部であることを特徴とする、請求項４に記載の生体インピーダンス測定方法。

【請求項6】

前記接地電極の配置位置は、手首もしくは足首であることを特徴とする、請求項４に記載の生体インピーダンス測定方法。

【請求項7】

前記接地電極の配置位置は、耳たぶであることを特徴とする、請求項４に記載の生体インピーダンス測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体内のインピーダンスを測定することにより、特定の筋肉の疲労などを評価する生体インピーダンス測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの電極を生体表面に間隔を空けて配置して、生体表面下の筋肉部位における生体インピーダンスを測定する方法が、知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に係る方法では、生体表面に、少なくとも２つの電極を、所定の間隔を空けて配置する。２つの電極間に、第１外部抵抗を並列接続したときに生じる第１電圧Ｖ１、及び第２外部抵抗を並列接続したときに生じる第２電圧Ｖ２を測定する。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の電圧比Ｖ１／Ｖ２に基づいて、生体表面下の筋肉部位における２つの電極間の生体インピーダンスを算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１５７０３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に示すように、２つ以上の電極を生体表面に間隔を空けて配置して、生体表面下の筋肉部位における２つの電極間の生体インピーダンスを測定する場合、２つの電極に異なるノイズが重畳することを回避するために接地電極を準備することが一般的だが、その接地電極自体にノイズが重畳し、生体インピーダンスの測定精度が悪化することがある。

【0006】

本願発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ノイズの影響を低減して、生体インピーダンスを精度よく測定することができる生体インピーダンス測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の生体インピーダンス測定方法は、所定の筋肉部位上の生体表面に第１の電極および第２の電極を所定の間隔を開けて配置し、前記生体表面下の筋肉部位における生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス測定方法において、接地電極がさらに前記生体表面に配置され、前記接地電極の配置位置は、前記第１の電極および前記第２の電極が配置された筋肉部位上と異なることを特徴としている。

【0008】

本発明の生体インピーダンス測定方法では、接地電極の配置位置が第１の電極および第２の電極が配置された筋肉部位上と異なることにより、接地電極と第１の電極、第２の電極それぞれとの距離は第１の電極と第２の電極の距離よりも大きくとることができる。そのため、仮に２つの電極にそれぞれノイズが重畳したとしてもそれらを極力等しくして相殺させることができる。

【0009】

また、上記課題を解決するために、本発明の生体インピーダンス測定方法は、所定の筋肉部位上の生体表面に第１の電極および第２の電極を所定の間隔を開けて配置し、前記生体表面下の筋肉部位における生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス測定方法において、接地電極がさらに前記生体表面に配置され、前記接地電極の配置位置は、前記第１の電極および前記第２の電極が配置された筋肉部位上であり、前記第１の電極と前記第２の電極の間の距離よりも大きな距離が前記第１の電極および前記第２の電極のそれぞれととられていることを特徴としている。

【0010】

本発明の生体インピーダンス測定方法では、接地電極の配置位置は第１の電極および第２の電極が配置された筋肉部位上であったとしても、２つの電極に重畳するノイズを極力等しくして相殺させることができる。

【0011】

また、前記第１の電極と前記接地電極の間の電気経路および前記第２の電極と前記接地電極の間の電気経路は、心臓を通らないことが好ましい。

【0012】

こうすることにより、心臓の鼓動起因のノイズが重畳することを防ぐことができる。

【0013】

また、前記接地電極の配置位置は、筋肉上ではないことが好ましい。たとえば、生体の末端部、手首もしくは足首、耳たぶなどが好ましい。

【0014】

こうすることにより、接地電極の配置位置にて信号が生じる可能性を極小化できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の生体インピーダンス測定方法によれば、ノイズの影響を低減して、生体インピーダンスを精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定方法を実施するための生体インピーダンス測定装置を模式的に示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定方法の等価回路図である。

【図3】生体インピーダンスの測定におけるノイズの影響を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0018】

（生体インピーダンス測定装置）
本発明の一実施形態に係る生体インピーダンス測定方法を実施するための生体インピーダンス測定装置を図１に模式的に示す。生体インピーダンス測定装置１は、２つの電極１０，２０と、増幅器（電圧測定手段）４０と、第１外部抵抗Ｒｇ１と、第２外部抵抗Ｒｇ２と、スイッチ（接続手段）ＳＷと、を備える。

【0019】

各電極１０，２０は、銅やアルミニウム等のような、導電性の金属や、導電性、粘着性、生体適合性などが付与されたシリコンやポリマー基材などで形成されている。

【0020】

また、第３の電極として、基準電位とすべき接地電極Ｇが設けられている。接地電極１５は各電極１０，２０と同様、銅やアルミニウム等のような、導電性の金属で形成されており、図１に示す実施例では、各電極１０，２０が右腕の上腕筋直上の生体表面３０に配置されている状況において、接地電極Ｇは右手首に配置されている。すなわち、各電極１０，２０が配置されている筋肉上でなく、さらに筋肉でない部分に接地電極Ｇが配置されている。なお、本説明でいう筋肉とは、上腕二頭筋、広背筋など、生理学上個別に区分された筋組織のことを指す。

【0021】

（生体インピーダンス測定方法）
本実施形態の生体インピーダンス測定装置を用いた生体インピーダンス測定方法を図１および図２を用いて説明する。

【0022】

先ず、２つの電極１０，２０を、生体表面３０に、所定の間隔を空けて配置する。図１では、２つの電極１０，２０を上腕部の表面に貼り付けた例を示す。

【0023】

２つの電極１０，２０間に生じる電圧を、増幅器４０で増幅して測定する。ここで、２つの電極１０，２０間に、第１外部抵抗Ｒｇ１と、第２外部抵抗Ｒｇ２とが、並列に配置されている。そして、スイッチＳＷによって、２つの電極１０，２０間に、第１外部抵抗Ｒｇ１が並列接続された状態と、第２外部抵抗Ｒｇ２が並列接続された状態とに、切り替えられる。

【0024】

図２は、生体インピーダンス測定方法の等価回路図を示す。Ｖｂは、２つの電極１０，２０間の生体表面３０下にある筋肉部位（上腕筋）３１における筋電位を示す。筋電位Ｖｂは、上腕部を運動したとき、すなわち上腕筋３１に負荷をかけたときに発生する。

【0025】

Ｒｂ１及びＲｂ２は、それぞれ、筋電位Ｖｂを発生する信号源Ｓと、２つの電極１０，２０間の生体インピーダンスを示す。また、Ｒｉｎは、増幅器４０の入力抵抗を示す。２つの電極１０，２０間に生じた電圧は、増幅器４０で増幅されて、出力電圧Ｖｏｕｔとして計測される。ＧＮＤは、グランドを示し、接地電極Ｇが設けられていることを示す。

【0026】

２つの電極１０，２０間に、第１外部抵抗Ｒｇ１を並列接続したときに生じる第１電圧Ｖ１は、式［数１］で与えられる。

【0027】

【数1】

【0028】

２つの電極１０，２０間に、第２外部抵抗Ｒｇ２を並列接続したときに生じる第２電圧Ｖ２は、式［数２］で与えられる。

【0029】

【数2】

【0030】

式［数１］，［数２］によれば、生体表面３０下にある筋肉部位（上腕筋）３１における２つの電極１０、２０間の生体インピーダンスＺｂ（＝Ｒｂ１＋Ｒｂ２）は、以下の式［数３］より求められる。

【0031】

【数3】

【0032】

式「数３」によれば、生体表面３０下にある筋肉部位（上腕筋）３１における２つの電極１０，２０間の生体インピーダンスＺｂは、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧比Ｖ１／Ｖ２に基づいて、算出される。

【0033】

このように、本実施形態に係る生体インピーダンス測定装置１による生体インピーダンス測定方法では、２つの電極１０，２０を生体表面３０に所定の間隔を空けて配置して、生体表面３０下にある筋肉部位（上腕筋）３１における２つの電極１０，２０間の生体インピーダンスＺｂを測定する。

【0034】

この生体インピーダンスＺｂの測定を通じて、たとえば筋肉部位３１における筋疲労を評価してもよい。

【0035】

ここで、生体インピーダンスＺｂの測定のために求めるパラメータである筋電位Ｖｂ起因の第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、数十ｕＶ～数ｍＶと非常に小さい値である。そのため、生体インピーダンスＺｂの測定時にノイズが重畳してしまうとそのノイズに測定値が簡単に埋もれてしまう。

【0036】

一方、仮に各電極１０，２０に体外からのノイズが重畳したとしても、基準電位となる接地電極Ｇを配置することにより、そのノイズを相殺することができる可能性がある。具体的には、図３の模式図における、電極１０に重畳するノイズＮ１と電極２０に重畳するノイズＮ２とが同等のノイズであれば、ノイズＮ１が加味された電極１０と接地電極Ｇの間の電位Ｖ１ＧとノイズＮ２が加味された電極２０と接地電極Ｇの間の電位Ｖ２Ｇとの差分により、両ノイズが相殺される形となって電極１０と電極２０の間の電位Ｖ１２にはノイズ成分が無い状態で求められる。

【0037】

このようにノイズＮ１とノイズＮ２とを同等のノイズとするためには、電極１０と電極２０の距離に比べて電極１０と接地電極Ｇの距離、および電極２０と接地電極Ｇの距離が充分に長いこと、また、接地電極Ｇ自体がノイズ発生源上に配置されていないことが求められる。

【0038】

接地電極Ｇの具体的な配置位置は手足の指先（いわゆる生体の末端部）、手首、足首、耳たぶといった筋肉上でない部分であって、生体インピーダンスを測定する部位から極力遠い位置に配置されることが好ましい。ただし、接地電極Ｇと各電極１０，２０の経路が心臓を通ってしまうと、心臓の鼓動起因のノイズが重畳するため好ましくなく、上記経路が心臓を通らないことが望ましい。

【0039】

一方、仮に各電極１０，２０と同じ筋肉部位に接地電極Ｇも配置する場合であっても、少なくとも電極１０と電極２０の距離に比べて電極１０と接地電極Ｇの距離、および電極２０と接地電極Ｇの距離が長くなるよう接地電極Ｇが配置されることにより、ノイズＮ１とノイズＮ２とが同等となる状況に近づけることができる。

【0040】

以上の生体インピーダンス測定方法により、ノイズの影響を低減して、生体インピーダンスを精度よく測定することが可能である。

【符号の説明】

【0041】

１ 生体インピーダンス測定装置
１０ 電極
２０ 電極
３０ 生体表面
３１ 筋肉部位
４０ 増幅器
Ｇ 接地電極

【図1】

【図2】

【図3】