特開 2023-137219 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】P2023137219

(43)【公開日】2023-09-29

(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 5/0537 20210101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

A61B5/0537 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022043324

(22)【出願日】2022-03-18

(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】山口 達也

(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

4C127CC02

4C127DD03

4C127EE01

(57)【要約】

【課題】細胞外液の生体インピーダンスを正確に評価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】生体表面３０に少なくとも２つの電極１０、２０を所定の間隔を開けて配置し、生体表面３０下における２つの電極１０、２０間の生体インピーダンスＲｂを算出する生体インピーダンス測定方法において、２つの電極１０、２０から直流電圧を生体表面３０に印加して得られる信号データから生体インピーダンスＲｂを算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体表面に少なくとも２つの電極を所定の間隔を開けて配置し、
前記生体表面下における２つの前記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方法において、
２つの前記電極から直流電圧を前記生体表面に印加して得られる信号データから生体インピーダンスを算出す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】

前記直流電圧を前記生体表面に印加した後の安定状態となった信号データから生体インピーダンスを算出す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方法。

【請求項3】

前記直流電圧を前記生体表面に印加した直後の過渡応答の信号データから生体インピーダンスを算出す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】

筋肉の疲労状態を手軽に評価する方法として、たとえば特許文献１には、生体外部から生体内に交流電流を流して、生体内のインピーダンスを測定することが開示されている。そして、複数の周波数を計測に組み込むことで、筋肉量や体脂肪量、骨量、水分量などの体組成を評価することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－４９７８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記の生体インピーダンス測定方法では、交流電圧を印加するという特徴のため、図４（ａ）に示すように計測時の電流Ｉｂは生体内の細胞５０を通過する。そのため、評価される生体インピーダンスはこの細胞５０内に含まれる水分量の影響を受ける。具体的には、図４（ｂ）に示すように上記生体インピーダンス測定方法により得られた生体インピーダンス値Ｚｂは、細胞外液の生体インピーダンスＺｂ１と細胞内液の生体インピーダンスＺｂ２の和として求まる。そのため、筋肉のむくみなど細胞外液量を指標として評価する場合には細胞内液の生体インピーダンスＺｂ２がノイズ成分となり、細胞外液の生体インピーダンスＺｂ１が正確に評価できないおそれがあった。

【0005】

本願発明は、上記問題点を鑑み、細胞外液の生体インピーダンスを正確に評価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】

【0006】

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、生体表面に少なくとも２つの電極を所定の間隔を開けて配置し、前記生体表面下における２つの前記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方法において、２つの前記電極から直流電圧を前記生体表面に印加して得られる信号データから生体インピーダンスを算出することを特徴としている。

【0007】

この生体インピーダンス測定方法により、算出された生体インピーダンスには細胞内液の生体インピーダンスが含まれないため、細胞外液の生体インピーダンスを正確に評価することができる。

【0008】

また、前記直流電圧を前記生体表面に印加した後の安定状態となった信号データから生体インピーダンスを算出しても良い。

【0009】

こうすることにより、より正確に生体インピーダンスを評価することができる。

【0010】

また、前記直流電圧を前記生体表面に印加した直後の過渡応答の信号データから生体インピーダンスを算出すると良い。

【0011】

こうすることにより、生体に直流電圧に印加する時間を短縮することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の生体インピーダンス測定方法により、細胞外液の生体インピーダンスを正確に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態における生体インピーダンス測定方法の模式図およびその等価回路図である。

【図2】本発明の生体インピーダンス測定方法における生体内への電流の通り方を示す模式図である。

【図3】本実施形態における生体インピーダンスの測定結果の一例を示すグラフである。

【図4】従来の生体インピーダンス測定方法における生体内への電流の通り方を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態における生体インピーダンス測定方法について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施形態の生体インピーダンス測定方法の模式図、図１（ｂ）は、本実施形態の生体インピーダンス測定方法の等価回路図である。

【0015】

図１（ａ）に示すように、生体表面３０に、２つの電極１０、２０を所定の間隔を開けて配置する。ここでは、上腕部の表面に２つの電極１０、２０を貼り付けた例を示す。ここで、２つの電極１０、２０の間には、直流電源４０と電流計４１とが並列に配置されており、直流電源４０から直流電圧を印加することにより得られる信号データ（本実施形態では、電流計４１により計測した電流値）から生体インピーダンスを測定する。

【0016】

上記の生体インピーダンス測定方法の等価回路図を図１（ｂ）に示す。

【0017】

本発明のように２つの電極１０、２０を介して直流電圧を生体に印加する場合、生体インピーダンスＲｂは直流回路の抵抗成分として現れる。そして、オームの法則にしたがって、直流電源４０により印加される既知の直流電圧Ｖとそのときに得られる電流計４１による測定値Ｉａをもとに、生体インピーダンスＲｂは以下の簡略な式（１）から算出される。

【0018】

Ｒｂ＝Ｖ／Ｉａ・・・（１）
本実施形態では、上腕部の表面に２つの電極１０、２０を貼り付けているため、求められる生体インピーダンスＲｂは、上腕部の筋肉部位の生体インピーダンスとなる。また、本実施形態では、生体への直流電圧Ｖの印加のオン、オフは、スイッチＳＷによって切り替えられる。

【0019】

ところで、筋肉に負荷をかけて筋疲労が生じると、血中の乳酸濃度が増加することがよく知られているが、筋細胞周りの水分も増加する（すなわち、むくみが生じる）ことが分かっている。そのため、疲労した筋肉部位における生体インピーダンスを測定すると、平常時よりも生体インピーダンスが減少していることが予測できる。

【0020】

したがって、本実施形態の生体インピーダンス測定方法によって生体インピーダンスＲｂを測定することにより、測定時に筋疲労していたか否かを生体インピーダンスＲｂの大小によって相対的に評価することができる。

【0021】

図２は、本発明の生体インピーダンス測定方法における生体内への電流の通り方を示す模式図である。

【0022】

本発明の通り生体に印加する電圧が直流電圧である場合、電圧の印加により生体内を通る電流は直流電流である。仮に生体へ流された電流が交流電流である場合、絶縁体である細胞膜に覆われた細胞５０はコンデンサと似た挙動を示すが、本発明における直流電流である電流Ｉａは、絶縁体である細胞膜に遮断され、細胞５０の内部は通過できない。そのため、図１（ｂ）に示す等価回路図における２つの電極１０、２０間の生体側の経路には細胞内液は含まれず、細胞外液のみとなる。そのため、直流電圧Ｖの印加により得られる生体インピーダンスＲｂは、細胞外液量からのみ求まるものであり、細胞５０内の水分量に起因する信号ノイズの影響は受けることなく、細胞外液量を高い精度で計測できる。

【0023】

ここで、前述の通り、筋疲労は筋細胞周りの水分、すなわち細胞外液の量によって評価可能な現象であるため、細胞５０内の水分量に起因する生体インピーダンスを測定結果に含まない本発明の生体インピーダンス測定方法は、筋疲労の評価目的として適した測定方法といえる。

【0024】

図３は、本実施形態における生体インピーダンスの測定結果の一例であり、電流計４１の測定値の時間変化を示すグラフである。

【0025】

時刻ｔ１においてスイッチＳＷがオフからオンに切り替わり、直流電源４０からの直流電圧Ｖの印加が開始されると、若干の過渡応答期間を経て時刻ｔ２で整定し、その後、略安定した電流値Ｉａが記録される。このように電流値が安定状態となってから、たとえば図３に示す時刻ｔ３における電流値Ｉａから生体インピーダンスＲｂが求められることによって、正確な生体インピーダンスＲｂが求められる。

【0026】

一方、直流電圧が生体表面３０に印加された直後の過渡応答期間（時刻ｔ１～時刻ｔ２）の信号データから生体インピーダンスを評価しても良い。たとえば、直流電圧の印加を開始してから電流値が整定までの時間（図３における時間（ｔ２―ｔ１））の長さを相対的に評価することによって、生体インピーダンスの大小、すなわち筋疲労の大小などを相対的に評価しても良い。こうすることにより、安定状態となることを待つことなく生体インピーダンスの評価が可能であり、生体に直流電圧に印加する時間を短縮することができる。そのため、直流電圧の印加による生体への負荷を軽減することができる。

【0027】

以上の生体インピーダンス測定方法により、細胞外液の生体インピーダンスを正確に評価することが可能である。

【0028】

ここで、本発明の生体インピーダンス測定方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では、生体表面配置する電極は２つであるが、３つ以上配置しても良い。また、電極以外にアースを生体表面に配置しても良い。

【符号の説明】

【0029】

１０ 電極
２０ 電極
３０ 生体表面
４０ 直流電源
４１ 電流計
５０ 細胞
Ｒｂ 生体インピーダンス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】