特開 2023-135417 電極ユニット及び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】P2023135417

(43)【公開日】2023-09-28

(54)【発明の名称】電極ユニット及び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 5/257 20210101ALI20230921BHJP

【ＦＩ】

A61B5/053

A61B5/257

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022040612

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(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）】

4C127AA06

4C127EE01

4C127GG15

4C127LL02

(57)【要約】

【課題】電極間の相対位置の調整を不要にして、生体インピーダンスを簡単に測定する。
【解決手段】電極ユニット６０は、２つの電極１０，２０を生体表面３０に間隔Ｈを空けて配置して、生体表面３０下にある筋肉部位３１における２つの電極１０，２０間の生体インピーダンスを測定するための、生体インピーダンス測定装置１に用いられる。電極ユニット６０は、２つの電極１０，２０間の相対位置を規制するように２つの電極１０，２０を保持する非導電性の保持部材６１を、備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの電極を生体表面に間隔を空けて配置して、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測定するための、生体インピーダンス測定装置用の電極ユニットであって、
前記２つの電極間の相対位置を規制するように前記２つの電極を保持する非導電性の保持部材を備える、電極ユニット。

【請求項2】

前記保持部材は、前記生体表面に固定可能である、請求項１に記載の電極ユニット。

【請求項3】

前記保持部材は、粘着性を有する、請求項２に記載の電極ユニット。

【請求項4】

前記保持部材には、保持側マーカが設けられている、請求項１から３のいずれか１つに記載の電極ユニット。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１つに記載の電極ユニットを用いて、前記２つの電極を保持した前記保持部材を前記生体表面に配置することによって、前記生体表面下の前記筋肉部位における前記２つの電極間の前記生体インピーダンスを測定する、生体インピーダンス測定方法。

【請求項6】

前記生体表面に生体側マーカを設け、前記生体側マーカを参照しながら、前記２つの電極を保持した前記保持部材を前記生体表面に配置する、請求項５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】

本開示は、生体表面下の筋肉部位における生体インピーダンスの測定に、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つの電極間の相対位置を測定の度に調整する必要があり、面倒であった。

【0006】

本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極間の相対位置の調整を不要にして、生体インピーダンスを簡単に測定することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る電極ユニットは、少なくとも２つの電極を生体表面に間隔を空けて配置して、上記生体表面下の筋肉部位における上記２つの電極間の生体インピーダンスを測定するための、生体インピーダンス測定装置用の電極ユニットであって、上記２つの電極間の相対位置を規制するように上記２つの電極を保持する非導電性の保持部材を備える。

【0008】

本開示に係る生体インピーダンス測定方法は、上記電極ユニットを用いて、上記２つの電極を保持した上記保持部材を上記生体表面に配置することによって、上記生体表面下の上記筋肉部位における上記２つの電極間の上記生体インピーダンスを測定する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、電極間の相対位置の調整を不要にして、生体インピーダンスを簡単に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の第１実施形態に係る生体インピーダンス測定方法を模式的に示す。

【図2】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。

【図3】図３は、２つの電極の配置を模式的に示す。

【図4】図４は、第２実施形態に係る電極シートを模式的に示す。

【図5】図５は、第３実施形態に係る電極ユニットを模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示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】

＜第１実施形態＞
（生体インピーダンス測定方法）
図１は、本開示の第１実施形態に係る生体インピーダンス測定方法を模式的に示す。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、銅やアルミ等のような、導電性の金属で形成されている。

【0014】

先ず、２つの電極１０，２０を、生体表面３０に、所定の間隔Ｈ（図３参照）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。

【0015】

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。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。

【0016】

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。

【0017】

なお、本明細書において、筋肉（部位）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を指す。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

【数1】

【0021】

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。

【0022】

【数2】

【0023】

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。

【0024】

【数3】

【0025】

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。

【0026】

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Ｈ（図３参照）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を、測定する。

【0027】

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

【0028】

（電極の配置）
図３は、２つの電極１０，２０の配置を模式的に示す。２つの電極１０，２０は、測定対象である筋肉部位３１における筋腹３１ａを筋繊維方向Ａに挟むように、生体表面３０に配置される。筋腹３１ａは、筋肉部位３１における中央の膨らんだ部分であって、筋肉部位３１が収縮したときに（力を加えたときに）最も隆起する部分である。筋繊維方向Ａは、筋線維の延びる方向（筋線維の長手方向）である。

【0029】

２つの電極１０，２０は、筋腹３１ａに関して、対称である。好ましくは、２つの電極１０，２０は、筋腹３１ａ（特に筋腹３１ａの頂点、以下同じ）を通り且つ筋線維方向Ａに垂直な基準線Ｂに関して、線対象である。好ましくは、２つの電極１０，２０は、筋腹３１ａに関して、点対象である。

【0030】

好ましくは、２つの電極１０，２０同士の間隔（詳細には、２つの電極１０，２０の近位端同士の間隔）Ｈは、１０ｍｍ以下である。好ましくは、一方の電極１０と筋腹３１ａとの筋線維方向Ａにおける距離Ｈ１と他方の電極２０と筋腹３１ａとの筋線維方向Ａにおける距離Ｈ２とは、互いに等しい。

【0031】

各電極１０，２０は、測定対象となる筋肉部位３１に隣り合う他の筋肉部位３２に重ならない（オーバラップしない）条件下で、サイズ（面積）が大きくなるように構成されている。

【0032】

例えば、測定対象となる筋肉部位３１が上腕二頭筋の場合、隣り合う他の筋肉部位３２は、上腕三頭筋や三角筋などである。測定対象となる筋肉部位３１と隣り合う他の筋肉部位３２とは、筋線維方向Ａに隣り合う場合もあれば、筋線維方向Ａに垂直な方向に隣り合う場合もある。

【0033】

２つの電極１０，２０のサイズ（面積）の合計は、測定対象となる筋肉部位３１の５０％以上に重なる（オーバラップする）ことが好ましく、測定対象となる筋肉部位３１の７０％以上に重なる（オーバラップする）ことが好ましい。

【0034】

本実施形態では、各電極１０，２０の形状は、長方形状である。なお、各電極１０，２０の形状は、いかなる形状でもよく、例えば、長方形状以外の多角形状、真円形状又は楕円形状等でもよい。

【0035】

各電極１０,２０は、粘着性を有して、生体表面３０に貼り付けられてもよい。また、各電極１０,２０は、粘着性を有さずに、（スポーツ用の）サポータを介して生体表面３０に固定されてもよい。

【0036】

（第１実施形態の効果）
生体表面３０に対する各電極１０，２０の配置箇所が、筋肉部位３１における筋腹３１ａから筋繊維方向Ａに離れると、各電極１０，２０におけるノイズの影響が増大して、生体インピーダンスの測定精度が低下することがある。

【0037】

そこで、本実施形態によれば、２つの電極１０，２０を、測定対象である筋肉部位３１における筋腹３１ａを筋繊維方向Ａに挟むように、生体表面３０に配置する。これにより、各電極１０，２０におけるノイズを、互いに打ち消し合うことができる。そして、各電極１０，２０における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。

【0038】

２つの電極１０，２０が筋腹３１ａに関して対称なので、より好適に、各電極１０，２０におけるノイズの影響を、互いに打ち消し合うことができる。

【0039】

電極１０，２０のサイズ（面積）が大き過ぎると、電極１０，２０は、測定対象となる筋肉部位３１に隣り合う他の筋肉部位３２に、重なってしまう（オーバラップしてしまう）。このため、当該他の筋肉部位３２からの影響によって、生体インピーダンスの測定精度が低下する。すなわち、当該他の筋肉部位３２からの影響を抑制する観点からは、電極１０，２０のサイズは、極力小さい方が好ましい。

【0040】

一方、電極１０，２０のサイズ（面積）が小さ過ぎると、電極１０，２０と生体表面３０との間における接触抵抗が大きくなるので、生体インピーダンスの測定精度が低下する。すなわち、電極１０，２０と生体表面３０との間における接触抵抗を抑制する観点からは、電極１０，２０のサイズは、極力大きい方が好ましい。

【0041】

そこで、本実施形態では、測定対象となる筋肉部位３１に隣り合う他の筋肉部位３２に重ならない条件下で、各電極１０，２０のサイズ（面積）を、大きくする。これにより、測定対象となる筋肉部位３１に隣り合う他の筋肉部位３２からの影響の抑制と、電極１０，２０と生体表面３０との間における接触抵抗の抑制とを、両立することによって、生体インピーダンスの測定精度を向上させることができる。

【0042】

＜第２実施形態＞
（電極シート）
第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0043】

図４は、第２実施形態に係る電極シート５０を、模式的に示す。電極シート５０は、生体インピーダンス測定装置１に用いられる。電極シート５０は、銅やアルミ等のような、導電性の金属で形成されている。電極シート５０は、シート乃至フィルム状である。本実施形態では、電極シート５０の形状は、長方形状である。なお、電極シート５０の形状は、いかなる形状でもよく、例えば、長方形状以外の多角形状、真円形状又は楕円形状等でもよい。

【0044】

電極シート５０は、２つの電極１０，２０を、任意のサイズ（面積）及び／又は任意の形状に、切り取り可能である。本実施形態では、各電極１０，２０は、長方形状に切り取られている。なお、各電極１０，２０は、いかなる形状に切り取られてもよく、例えば、長方形状以外の多角形状、真円形状又は楕円形状等に切り取られてもよい。ユーザは、電極シート５０から２つの電極１０，２０を切り取る際に、カッターナイフや鋏等を用いるとよい。

【0045】

本実施形態によれば、個人毎や部位毎にばらつきのある、筋肉部位３１のサイズや形状に適宜対応するように、２つの電極１０，２０のサイズ（面積）や形状を、個人毎や部位毎に適宜設定することができる。これにより、筋肉部位３１のサイズや形状に関係なく、生体インピーダンスを精度よく測定することができる。

【0046】

＜第３実施形態＞
（電極ユニット）
第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0047】

図５は、第３実施形態に係る電極ユニット６０を模式的に示す。電極ユニット６０は、生体インピーダンス測定装置１に用いられる。電極ユニット６０は、２つの電極１０，２０と、保持部材６１と、備える。

【0048】

保持部材６１は、不織布等のような、非導電性の材料で形成されている。本実施形態では、保持部材６１の形状は、楕円形状である。なお、保持部材６１の形状は、いかなる形状でもよく、例えば、多角形状又は真円状等でもよい。また、本実施形態では、各電極１０，２０の形状は、真円形状である。なお、各電極１０，２０の形状は、いかなる形状でもよく、例えば、多角形状又は楕円形状等でもよい。

【0049】

保持部材６１における生体表面３０側の貼付面６１ａには、２つの電極１０，２０が固定されている。各電極１０，２０は、保持部材６１に対して、移動しない。すなわち、保持部材６１は、２つの電極１０，２０間の相対位置（相対変位）を規制するように、２つの電極１０，２０を保持する。２つの電極１０，２０は、保持部材６１を介して、一体化されている。２つの電極１０，２０は、楕円形状の保持部材６１の長手方向に沿って、並んでいる。各電極１０，２０は、保持部材６１に対して、例えば、公知の接着剤等によって固定されている。

【0050】

保持部材６１に保持された２つの電極１０，２０同士（詳細には、２つの電極１０，２０の近位端同士）の間隔は、Ｈである。２つの電極１０，２０同士が互いに接触しない限り、２つの電極１０，２０のサイズ、形状及び間隔Ｈ等は、任意に変更してよい。

【0051】

保持部材６１における生体表面３０側の貼付面６１ａは、粘着性を有する。具体的には、保持部材６１の貼付面６１ａには、公知の粘着層が形成されている。すなわち、保持部材６１は、生体表面３０に固定可能、具体的には貼り付け可能である。

【0052】

保持部材６１には、２つの保持側マーカ６２が設けられている。本実施形態では、２つの保持側マーカ６２は、楕円形状の保持部材６１における長手方向の外縁部に、配置されている。保持側マーカ６２の材質は、保持部材６１と同じ不織布である。また、保持側マーカ６２の形状は、三角形状である。なお、保持側マーカ６２の材質、位置及び形状は、これに限定されない。

【0053】

保持部材６１における生体表面３０側の貼付面６１ａには、２つの電極１０，２０を併せて覆うように、剥離フィルム（図示せず）が貼られている。剥離フィルムは、生体インピーダンスの測定時に、剥がされる。

【0054】

生体表面３０には、生体側マーカ３３が設けられている。生体側マーカ３３は、例えば、生体表面３０に対して、インク等で描かれる。

【0055】

本実施形態に係る生体インピーダンス測定方法では、電極ユニット６０を用いて、２つの電極１０，２０を保持した保持部材６１を生体表面３０に配置することによって、生体表面３０下にある筋肉部位３１における２つの電極１０，２０間の生体インピーダンスを測定する。

【0056】

例えば、生体側マーカ３３を参照しながら、２つの電極１０，２０を保持した保持部材６１を生体表面３０に配置する。具体的には、生体側マーカ３３に保持側マーカ６２を重ね合わせながら、２つの電極１０，２０を保持した保持部材６１を生体表面３０に配置する。また、例えば、生体表面３０におけるホクロや皺に保持側マーカ６２を重ね合わせながら、２つの電極１０，２０を保持した保持部材６１を生体表面３０に配置する。

【0057】

（第３実施形態の効果）
以上、本実施形態によれば、２つの電極１０，２０間の相対位置は、保持部材６１によって規制されて、不変となる。このため、２つの電極１０，２０間の相対位置を、測定の度に調整する必要が無い。したがって、２つの電極１０，２０間の相対位置の調整を不要にして、生体インピーダンスを簡単に測定することができる。

【0058】

また、２つの電極１０，２０間の相対位置が規制されるので、２つの電極１０，２０間の相対位置のばらつきに起因して生体インピーダンスの測定精度が低下することを、抑制することができる。

【0059】

２つの電極１０，２０を保持部材６１で保持することによって、２つの電極１０，２０を生体表面３０に同時に配置することができる。これにより、２つの電極１０，２０の生体表面３０への配置を、簡易且つ短時間で行うことができる。

【0060】

従来、電極１０，２０毎に剥離フィルムを貼り付けていたので、２つの電極１０，２０が用意される場合、剥離フィルムを剥がす作業を２回行う必要があった。本実施形態では、保持部材６１の貼付面６１ａから剥離フィルムを１回だけ剥がせばよいので、生体インピーダンスの測定のための準備を、簡易且つ短時間で行うことができる。

【0061】

保持部材６１が生体表面３０に固定可能なので、生体インピーダンスの測定中に電極１０，２０が生体表面３０からずれてしまうことを、抑制することができる。

【0062】

保持部材６１の貼付面６１ａが粘着性を有するので、保持部材６１を、生体表面３０に簡単に固定することができる。

【0063】

生体表面３０における目印（例えば、生体側マーカ３３、ホクロ又は皺など）に保持側マーカ６２を重ね合わせることによって、各電極１０，２０と生体表面３０との位置関係を、一定にすることができる。

【0064】

生体表面３０に生体側マーカ３３が設けられているので、保持側マーカ６２が無い場合でも、生体側マーカ３３を参照しながら、各電極１０，２０と生体表面３０との位置関係を、一定にすることができる。

【0065】

（第３実施形態の変形例）
保持部材６１自身が、例えばシリコン製であって、粘着性を有してもよい。

【0066】

保持部材６１は、粘着性を有さずに、（スポーツ用の）サポータを介して生体表面３０に固定されてもよい。

【0067】

保持側マーカ６２は、２つの電極１０，２０間に設けられてもよい。この場合、保持側マーカ６２は、例えばインク等で構成される。２つの電極１０，２０間における保持側マーカ６２を、筋肉部位３１の筋腹３１ａに重ね合わせることによって、２つの電極１０，２０を、筋腹３１ａを挟むように、生体表面３０に配置することができる（図３参照）。

【0068】

＜その他の実施形態＞
以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

【0069】

電極１０，２０及び電極シート５０は、導電性の金属の他に、例えば、導電性、粘着性又は生体適合性等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もよい。

【0070】

２つの電極１０，２０のうちの一方を、グランド電極としてもよい。また、３つ以上の電極が用意されてもよい。すなわち、少なくとも２つの電極１０，２０が、用意されればよい。

【0071】

体脂肪測定等を目的として、生体表面に電極を配置して、電極から生体に高周波電流を流すことによって、生体インピーダンスを測定してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本開示は、生体インピーダンスの測定に適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。

【符号の説明】

【0073】

Ｈ 間隔
Ｈ１ 距離
Ｈ２ 距離
Ａ 筋繊維方向
Ｂ 基準線
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
３１ａ 筋腹
３２ 筋肉部位
３３ 生体側マーカ
４０ 増幅器
５０ 電極シート
６０ 電極ユニット
６１ 保持部材
６１ａ 貼付面
６２ 保持側マーカ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】