特開 2023-134932 生体インピーダンス測定装置

(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】P2023134932

(43)【公開日】2023-09-28

(54)【発明の名称】生体インピーダンス測定装置

(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】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022039871

(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装置を提供する。
【解決手段】
生体表面３０に配置する少なくとも２つの電極１０，２０を有し、２つの電極１０，２０間に、第１の外部抵抗Ｒｇ１を並列接続したときに生じる第１の電圧および第２の外部抵抗Ｒｇ２を並列接続したときに生じる第２の電圧を測定し、前記第１の電圧および前記第２の電圧の電圧比に基づいて、生体表面３０下の筋肉部位３１における２つの電極１０，２０間の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装置１において、少なくとも生体インピーダンスの測定時は、バッテリ１０３で駆動する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体表面に配置する少なくとも２つの電極を有し、
前記２つの電極間に、第１の外部抵抗を並列接続したときに生じる第１の電圧および第２の外部抵抗を並列接続したときに生じる第２の電圧を測定し、
前記第１の電圧および前記第２の電圧の電圧比に基づいて、前記生体表面下の筋肉部位における前記２つの電極間の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装置において、
少なくとも生体インピーダンスの測定時は、バッテリで駆動することを特徴とする、生体インピーダンス測定装置。

【請求項2】

前記バッテリは、蓄電池であることを特徴とする、請求項１に記載の生体インピーダンス測定装置。

【請求項3】

各々の前記バッテリの電圧は、３．５Ｖ以下であることを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の生体インピーダンス測定装置。

【請求項4】

前記バッテリは、リチウムイオン電池であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の生体インピーダンス測定装置。

【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装置に関する。

【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、ノイズの影響によって、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装置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装置は、生体表面に配置する少なくとも２つの電極を有し、前記２つの電極間に、第１の外部抵抗を並列接続したときに生じる第１の電圧および第２の外部抵抗を並列接続したときに生じる第２の電圧を測定し、前記第１の電圧および前記第２の電圧の電圧比に基づいて、前記生体表面下の筋肉部位における前記２つの電極間の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装置において、少なくとも生体インピーダンスの測定時は、バッテリで駆動す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装置では、少なくとも生体インピーダンスの測定時はバッテリで駆動することにより、微弱な信号である筋電位がノイズに埋もれることなく、生体インピーダンスを精度よく測定することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の生体インピーダンス測定装置によれば、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】

【0010】

【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装置を模式的に示す図である。

【図2】本発明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の等価回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

（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装置を図１に模式的に示す。生体インピーダンス測定方法は、生体インピーダンス測定装置１によって、行われる。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。

【0013】

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。

【0014】

増幅器４０、第１外部抵抗Ｒｇ１、第２外部抵抗Ｒｇ２、およびスイッチＳＷは樹脂製の筐体部１００に収められている。筐体部１００には一端に各電極１０，２０が取り付けられたケーブル１１，２１が接続可能なコネクタ１０１，１０２が設けられており、コネクタ１０１，１０２にケーブル１１，２１が接続されることにより、増幅器４０、第１外部抵抗Ｒｇ１、第２外部抵抗Ｒｇ２、およびスイッチＳＷと各電極１０，２０とが図１の通り電気的に接続される。

【0015】

また、筐体部１００内には、増幅器４０およびスイッチＳＷを駆動させるための直流電源であるバッテリ１０３が収められている。バッテリ１０３は、本実施形態では広く流通している３．５Ｖ以下の電圧のリチウムイオン電池であり、いわゆる蓄電池である。バッテリ１０３の充電には商用交流電源が用いられ、バッテリ１０３が筐体部１００内に収容された状態で商用交流電源による充電が可能であるよう、筐体部１００には取り外し可能な図示しないコンセントケーブルが設けられている。

【0016】

また、バッテリ１０３とコンセントケーブルとの間には、リレー回路などの絶縁装置が設けられており、仮に生体インピーダンス測定装置１がコンセントケーブルによって商用交流電源と接続されていた場合であっても、生体インピーダンスの測定時には上記絶縁装置の働きにより商用交流電源は生体インピーダンスの測定回路およびバッテリ１０３から絶縁され、増幅器およびスイッチＳＷはバッテリ１０３のみで駆動される。

【0017】

（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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。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】

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、グランドを示す。

【0022】

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。

【0023】

【数1】

【0024】

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。

【0025】

【数2】

【0026】

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。

【0027】

【数3】

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

これに対し、本発明では少なくとも生体インピーダンスＺｂの測定時は、生体インピーダンス測定装置１はバッテリ１０３のみで駆動することにより、商用交流電源起因のノイズが生体インピーダンスＺｂの測定時に重畳することを回避することができる。また、バッテリ１０３が直流電流であることより、バッテリ１０３自体から電気的に除去が困難な交流ノイズが重畳することを回避することができる。その結果、ノイズの影響を低減して、生体インピーダンスＺｂを精度よく測定することができる。

【0033】

以上の生体インピーダンス測定装置により、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】

【0034】

１ 生体インピーダンス測定装置
１０ 電極
１１ ケーブル
２０ 電極
２１ ケーブル
３０ 生体表面
３１ 筋肉部位
４０ 増幅器
１００ 筐体部
１０１ コネクタ
１０２ コネクタ
１０３ バッテリ

【図1】

【図2】