特許 7352800 生体情報取得方法、プログラム、及び生体情報取得システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-21

(45)【発行日】2023-09-29

(54)【発明の名称】生体情報取得方法、プログラム、及び生体情報取得システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/053 20210101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

A61B5/053 ZDM

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022509282

(86)(22)【出願日】2021-01-12

(86)【国際出願番号】 JP2021000724

(87)【国際公開番号】W WO2021192495

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-09-14

(31)【優先権主張番号】P 2020059105

(32)【優先日】2020-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大塚 信之

(72)【発明者】

【氏名】虎澤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】紫藤 千晶

(72)【発明者】

【氏名】坂本 俊裕

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 大悟

【審査官】門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２０８４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８７０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４９７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０５３

Ａ６１Ｂ ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生物の筋肉に電気信号を印加する印加ステップと、
前記印加ステップにて印加された前記電気信号のインピーダンスに関する変化率に基づいて、前記生物の筋肉に関する情報を生体情報として取得する取得ステップと、を有し、
前記電気信号の周波数は、５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である、
生体情報取得方法。

【請求項2】

前記変化率は、前記電気信号のインピーダンスに関する値の基準値に対する実測値の比率である、
請求項１記載の生体情報取得方法。

【請求項3】

前記基準値は、前記生物の運動開始前の状態での前記電気信号のインピーダンスに関する値である、
請求項２記載の生体情報取得方法。

【請求項4】

前記変化率は、前記電気信号のインピーダンスの位相角の変化率である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の生体情報取得方法。

【請求項5】

前記印加ステップは、前記電気信号としてパルス変調された電圧を前記生物の前記筋肉に印加する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の生体情報取得方法。

【請求項6】

前記電気信号の周波数は、単一である、
請求項１～５のいずれか１項に記載の生体情報取得方法。

【請求項7】

前記取得ステップは、前記電気信号のインピーダンスに関する変化率に基づいて、前記生体情報を演算し、
前記取得ステップでの演算結果を出力する出力ステップを更に有する、
請求項１～６のいずれか１項に記載の生体情報取得方法。

【請求項8】

前記印加ステップは、一対の電極を介して前記生物の前記筋肉に電気信号を印加する、
請求項１～７のいずれか１項に記載の生体情報取得方法。

【請求項9】

１以上のプロセッサに、
請求項１～８のいずれか１項に記載の生体情報取得方法を実行させる、
プログラム。

【請求項10】

請求項９のプログラムを実行する前記１以上のプロセッサを備える
生体情報取得システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に生体情報取得方法、プログラム、及び生体情報取得システムに関する。より詳細には、本開示は、生体に電気信号を印加して生体に関する生体情報を取得する生体情報取得方法、生体情報取得方法を実行するためのプログラム、及び生体に電気信号を印加して生体に関する生体情報を取得する生体情報取得システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、生体情報取得装置が開示されている。この生体情報取得装置は、装置本体に乗った被測定者の生体インピーダンスを測定するための４つの電極を備えている。各電極は、被測定者の体組成等を算出するための集積回路を備える電子回路に接続されている。電子回路においては、各電極を用いて被測定者の生体インピーダンスが算出され、算出された生体インピーダンスと、ロードセルを用いて算出された被測定者の体重、及び予め設定された被測定者の性別等に基づいて、被測定者の体組成が算出される。体組成としては、筋肉量を示す筋肉レベル等が算出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２００２７６号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示は、生物の筋肉の変化を把握しやすい生体情報取得方法、プログラム、及び生体情報取得システムを提供することを目的とする。

【0005】

本開示の一態様に係る生体情報取得方法は、印加ステップと、取得ステップと、を有する。前記印加ステップは、生物の筋肉に電気信号を印加するステップである。前記取得ステップは、前記印加ステップにて印加された前記電気信号のインピーダンスに関する変化率に基づいて、前記生物の筋肉に関する情報を生体情報として取得するステップである。前記電気信号の周波数は、５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である。

【0006】

本開示の一態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、上記の生体情報取得方法を実行させる。

【0007】

本開示の一態様に係る生体情報取得システムは、上述のプログラムを実行する前記１以上のプロセッサを備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る生体情報取得方法の実行主体である生体情報取得システムの概要を示すブロック図である。

【図2】図２は、電気信号のインピーダンスの位相角の説明図である。

【図3】図３は、生物に電極を貼り付けた状態を示す概要図である。

【図4】図４は、同上の生体情報取得システムにおいて、電気信号のインピーダンスの位相角の時系列変化と、電気信号の周波数との相関の一例の説明図である。

【図5】図５は、同上の生体情報取得システムにおいて、電気信号のインピーダンスの位相角及び位相角の変化率と、周波数との相関の一例の説明図である。

【図6】図６は、同上の生体情報取得システムにおいて、電気信号のインピーダンスの位相角の変化率の時系列変化の一例の説明図である。

【図7】図７は、同上の生体情報取得システムの動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（１）概要
以下、本実施形態の生体情報取得方法、及び生体情報取得方法の実行主体である生体情報取得システム１００（図１参照）について図面を参照して説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。下記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

【0010】

本実施形態の生体情報取得方法（生体情報取得システム１００）は、生物Ａ１（図３参照）の筋肉Ａ１１に電気信号を印加することにより生物Ａ１に関する情報、特に生物Ａ１の筋肉Ａ１１に関する生体情報を取得するための方法（システム）である。本実施形態では、生物Ａ１は人間である。もちろん、生物Ａ１は、人間以外の動物であってもよい。また、本実施形態では、筋肉Ａ１１は、人間の筋肉全体ではなく、人間の筋肉のうちの一部である特定の筋肉である。本実施形態では、筋肉Ａ１１は、一例として腓腹筋である。

【0011】

生体情報取得システム１００は、図１に示すように、印加部２１と、取得部２２と、を備えている。印加部２１は、本実施形態の生体情報取得方法における印加ステップＳＴ１（図７参照）の実行主体である。取得部２２は、本実施形態の生体情報取得方法における取得ステップＳＴ２（図７参照）の実行主体である。

【0012】

印加部２１は、印加ステップＳＴ１として、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加する処理を実行する。本実施形態では、印加部２１（印加ステップＳＴ１）は、図３に示すように、一対の電極３を介して生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加している。具体的には、印加部２１は、一対の電極３間に交流電圧を印加することにより、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加している。

【0013】

取得部２２は、取得ステップＳＴ２として、印加部２１（印加ステップＳＴ１）にて印加された電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１（図２参照）に関する変化率Ｄ１（図４参照）に基づいて、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に関する情報を生体情報として取得する処理を実行する。本実施形態では、既に述べたように、一対の電極３を介して生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加している。したがって、取得部２２は、一対の電極３を介して生物Ａ１の筋肉Ａ１１に印加された電気信号Ｓｉｇ１を測定することにより、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１を取得している。なお、「電気信号Ｓｉｇ１」は、一対の電極３間に印加する電圧信号と、電圧を印加することにより生物Ａ１に流れる電流信号と、を含む。そして、「電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１」は、電気信号Ｓｉｇ１の電圧信号と電流信号とから求められる生物Ａ１のインピーダンス（例えば生体インピーダンス）のことである。

【0014】

ここで、生物Ａ１の筋肉Ａ１１における筋肉量の増加のメカニズムについて簡潔に説明する。生物Ａ１の筋肉Ａ１１は、生物Ａ１が運動することにより負荷が与えられると、負荷の大きさ及び負荷を与える時間に応じて筋繊維が損傷する。そして、損傷した部位にて筋腫脹が発生する。筋腫脹が発生する際には、損傷した部位にて局所的に水分量（細胞外液のうち、特に組織間質液の量）が増大する。その後、時間経過に伴って損傷した筋繊維が元の状態に戻ろうとするが、この際に元の状態よりも筋繊維が肥大する、いわゆる超回復が起こり得る。このようにして、生物Ａ１の筋肉Ａ１１の筋肉量は、生物Ａ１の運動に応じて変化し得る。

【0015】

そして、筋肉Ａ１１の筋腫脹の度合い（腫脹量）は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１（特には、位相角θ１（図２参照））の変化率Ｄ１と、生物Ａ１の運動時間との積に相関があることを、実験により発明者等は見出した。また、筋肉Ａ１１の腫脹量と、筋肉Ａ１１の筋肉量の増加とには正の相関があることが知られている。したがって、取得部２２（取得ステップＳＴ２）は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１を取得することで、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に関する情報（ここでは、筋肉Ａ１１の筋肉量に関する情報）を生体情報として取得することが可能である。以下、本実施形態では、特に断りのない限り、変化率Ｄ１は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１（いわゆる、位相シフト率）である、として説明する。

【0016】

上述のように、本実施形態では、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加し、かつ、筋肉Ａ１１の筋肉量と正の相関があると知られている電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１を取得している。このため、本実施形態では、この変化率Ｄ１に基づいて生物Ａ１の筋肉Ａ１１の筋肉量に相関のあるパラメータを取得することができ、結果として生物Ａ１の筋肉Ａ１１の変化を把握しやすい、という利点がある。

【0017】

（２）詳細
以下、本実施形態の生体情報取得システム１００について図１を参照して詳しく説明する。本実施形態では、生体情報取得システム１００は、一対の電極３と共に測定装置１０を構成している、と仮定する。つまり、本実施形態では、測定装置１０の筐体に、一対の電極３を除いた生体情報取得システム１００の構成要素が収容されている、と仮定する。

【0018】

生体情報取得システム１００は、処理部２と、記憶部４と、出力部５と、を備えている。本実施形態では、記憶部４は生体情報取得システム１００の構成要素に含まれているが、記憶部４は構成要素に含まれていなくてもよい。

【0019】

一対の電極３は、測定装置１０の筐体から延びる一対のケーブル３１の一端に設けられている。一対の電極３の各々の一面は、生物Ａ１の表皮に貼り付けることができるように、粘着性を有するパッドとなっている。したがって、図３に示すように、生物Ａ１において、生体情報の取得対象となる筋肉Ａ１１と対向する表皮に一対の電極３を貼り付けることで、一対の電極３を介して筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加することが可能な状態となる。図３に示す例では、腓腹筋（筋肉Ａ１１）と対向する表皮（つまり、ふくらはぎの表皮）に、一対の電極３が貼り付けられている。なお、一対の電極３は、図３に示すように複数の筋肉に対して横方向（水平方向）に貼り付けられてもよいし、単一の筋肉に縦方向（鉛直方向）に貼り付けられてもよい。縦方向の場合は、単一の筋肉に限局した生体情報を取得できる、という利点がある。

【0020】

上述のように、一対の電極３を用いて筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加する場合、３つ以上の電極３を用いる場合と比較して、筋肉Ａ１１に対する電極３の取り付け位置を限局することができる。このため、一対の電極３を用いる場合、３つ以上の電極３を用いる場合と比較して、インピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）の変化率Ｄ１が大きくなるように電極３を筋肉Ａ１１に取り付けることができる。また、一対の電極３を用いる場合、３つ以上の電極３を用いる場合と比較して、筋肉Ａ１１に対する電極３の密着性が向上したり、測定の簡素化を図ることができたりする等の利点がある。

【0021】

処理部２は、ハードウェアとしての１以上のプロセッサ及びメモリを主構成とするコンピュータシステムである。この処理部２では、メモリに記録されたプログラムを１以上のプロセッサで実行することによって、種々の機能が実現される。プログラムは、処理部２のメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能な光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

【0022】

処理部２は、印加部２１と、取得部２２と、を有している。

【0023】

印加部２１は、印加ステップＳＴ１として、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加する処理を実行する。本実施形態では、印加部２１は、一対の電極３に電気信号Ｓｉｇ１として交流電圧を印加することで、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に交流電圧を印加している。より具体的には、本実施形態では、印加部２１（印加ステップＳＴ１）は、電気信号Ｓｉｇ１として正弦波又はパルス変調された電圧を生物Ａ１の筋肉Ａ１１に印加している。ここで、「パルス変調された電圧」とは、例えば正弦波の周波数を基本波とするパルス電圧である。

【0024】

上述のように、生物Ａ１の筋肉Ａ１１にパルス変調された電圧を印加すると、筋肉Ａ１１の細胞に含まれる電解質（例えば、カリウム、又はカルシウム等）が移動する。この現象は、細胞中の電解質が陽イオンであるため、負電極に引き寄せられることに起因する。したがって、生物Ａ１の筋肉Ａ１１にパルス変調された電圧を印加する場合、正弦波の交流電圧を印加する場合と比較して、インピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）の変化率Ｄ１のピークを測定しやすくなる、という利点がある。というのも、電解質を先に移動させて負電極に引き寄せておくことにより、測定中に電解質が移動しにくくなり、電解質の移動が測定を阻害しにくくなるからである。

【0025】

また、本実施形態では、電気信号Ｓｉｇ１の周波数は、単一である。つまり、電気信号Ｓｉｇ１の周波数は、インピーダンスＺ１の測定中において変化しない。このように、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が単一である場合、周波数を変化させる場合と比較して、測定レンジの簡素化、測定時間の短縮化、測定データの解析の簡素化、及び測定装置１０の単純化を図りやすい、という利点がある。

【0026】

また、本実施形態では、電気信号Ｓｉｇ１は、ｍＶオーダの電圧である。つまり、本実施形態では、一対の電極３にｍＶオーダの交流電圧を印加することにより、生物Ａ１の筋肉Ａ１１にｍＡオーダの電流を流している。これにより、本実施形態では、生体情報を取得する際に、μＶオーダの電圧（μＡオーダの電流）となる脳波の影響を受けにくくなる、という利点がある。

【0027】

取得部２２は、取得ステップＳＴ２として、印加部２１にて印加された電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１に基づいて、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に関する情報を生体情報として取得する処理を実行する。本実施形態では、既に述べたように、インピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１は、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１である。

【0028】

具体的には、取得部２２は、印加部２１にて印加された電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１を測定することにより、インピーダンスＺ１の時系列変化、特にはインピーダンスＺ１の位相角θ１の時系列変化を取得する。そして、取得部２２は、取得したインピーダンスＺ１の位相角θ１に基づいて、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１を演算して取得する。

【0029】

本実施形態では、変化率Ｄ１は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）の基準値に対する実測値の比率である。言い換えれば、変化率Ｄ１は、インピーダンスＺ１の位相角θ１の実測値を基準値で除した値で表される。そして、本実施形態では、基準値は、生物Ａ１の運動開始前の状態での電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）である。

【0030】

ここで、生物Ａ１の運動の開始時点は、例えば、一対の電極３と共に振動センサを生物Ａ１に取り付けておき、振動センサにて閾値以上の振動を検出した時点としてもよい。また、生物Ａ１の運動の開始時点は、例えば測定を開始してからインピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）に最初に変化が生じた時点であってもよい。その他、生物Ａ１の運動の開始時点は、例えば測定を開始してからインピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）が最初に閾値に達した時点であってもよい。

【0031】

取得部２２にてインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１を取得した結果の一例を図４に示す。具体的には、図４は、人間（生物Ａ１）に階段を昇降する運動を１２分間実行させた結果を表している。図４において、縦軸はインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１を表しており、横軸は測定時間を表している。また、図４において、線Ｌ１は電気信号Ｓｉｇ１の周波数が１００Ｈｚである場合の結果、線Ｌ２は電気信号Ｓｉｇ１の周波数が１ｋＨｚである場合の結果、線Ｌ３は電気信号Ｓｉｇ１の周波数が１０ｋＨｚである場合の結果、線Ｌ４は電気信号Ｓｉｇ１の周波数が１００ｋＨｚである場合の結果を表している。

【0032】

図４に示すように、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１は、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が低くなる程、時間経過に伴って変化しやすくなっており、特に周波数が１００Ｈｚの場合に変化が顕著である。そして、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が１００Ｈｚの場合、人間の運動の終了時点と、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１のピークとが概ね一致している。つまり、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が１００Ｈｚの場合、人間（生物Ａ１）の運動と、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１と、の相関が強くなっている。

【0033】

上述のように、電気信号Ｓｉｇ１の周波数は１００Ｈｚであるのが特に好ましいが、電気信号Ｓｉｇ１の周波数は、５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下であってもよい。言い換えれば、インピーダンスＺ１の位相角θ１、及び位相角θ１の変化率Ｄ１を良好に測定し得る周波数は５０Ｈｚ～２００Ｈｚであり、１００Ｈｚであればなお好ましい。

【0034】

以下、この理由について図５を参照して説明する。図５は、インピーダンスＺ１の位相角θ１と電気信号Ｓｉｇ１の周波数との相関の一例、及びインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１と電気信号Ｓｉｇ１の周波数との相関の一例を表している。図５において、左側の縦軸はインピーダンスＺ１の位相角θ１、右側の縦軸はインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１、横軸は電気信号Ｓｉｇ１の周波数を表している。また、図５において、線Ｌ４～Ｌ６はそれぞれインピーダンスＺ１の位相角θ１の測定結果を表しており、線Ｌ４は運動の終了直後、線Ｌ５は運動が終了してから３０分後、線Ｌ６は運動が終了してから６０分後の結果を表している。また、図５において、線Ｌ７，Ｌ８はそれぞれインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１の測定結果を表しており、線Ｌ８は運動が終了してから３０分後、線Ｌ７は運動が終了してから６０分後の結果を表している。

【0035】

図５の線Ｌ４～Ｌ６に示すように、インピーダンスＺ１の位相角θ１は、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が５０Ｈｚを下回ると急激に低下する。言い換えれば、インピーダンスＺ１の位相角θ１は、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が５０Ｈｚ以上になると増大し始める。また、図５の線Ｌ７，Ｌ８に示すように、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１は、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が２００Ｈｚを上回ると変化が抑えられ、変化率Ｄ１は概ね１となる。言い換えれば、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１は、電気信号Ｓｉｇ１の周波数が２００Ｈｚ以下になると増大し始める。したがって、電気信号Ｓｉｇ１の周波数は、５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下であるのが好ましい。

【0036】

そして、取得部２２は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１（ここでは、位相角θ１の変化率Ｄ１）に基づいて、生体情報を取得する。本実施形態では、取得部２２（取得ステップＳＴ２）は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１（ここでは、位相角θ１の変化率Ｄ１）に基づいて、生体情報を演算している。

【0037】

以下、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１に基づいて演算し得る生体情報の具体例について、図６を参照して説明する。生体情報は、生物Ａ１の筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１、筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２、筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１、及び生物Ａ１の運動の効果量Ｅ１を含み得る。

【0038】

図６は、人間（生物Ａ１）に運動（例えば、ジョギング等）を２０分間実行させた結果の一例を概念的に表している。図６において、縦軸はインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１を表しており、横軸は測定時間を表している。また、図６において、「Ｔ０」は人間が運動を実施している運動期間Ｔ０、「Ｔ１」は後述する活性時間Ｔ１、「Ｔ２」は後述する回復時間Ｔ２を表している。さらに、図６において、「ｔ１」は、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１が最大値Ｄｍとなる時点、「ｔ２」は、時刻ｔ１後にインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１が１となる時点を表している。

【0039】

筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１は、人間（生物Ａ１）の運動により目的の筋肉Ａ１１がどの程度活性化されたかを表す指標であり、運動強度（つまり、筋肉Ａ１１に与えられた負荷、及び筋肉Ａ１１に負荷を与えている時間）及び／又は筋肉Ａ１１の筋肉量と相関がある。筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１は、以下の式（１）により表される。

【0040】

【数1】

【0041】

筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１は、例えば活性時間Ｔ１の範囲で最小二乗法を用いてインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１の傾きを求めることにより、算出される。なお、筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１は、例えばインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１の最大値Ｄｍから１を減じた値を、活性時間Ｔ１で除することで近似的に算出してもよい。

【0042】

活性時間Ｔ１は、人間（生物Ａ１）が運動を開始した時点から、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１が最大値Ｄｍとなるまでの期間である。つまり、活性時間Ｔ１は、人間が運動している期間ではなく、人間が運動を開始した時点から、人間が運動を終了して暫く経過するまでの期間に相当する。

【0043】

筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２は、人間（生物Ａ１）の運動後に目的の筋肉Ａ１１がどの程度回復したかを表す指標であり、筋肉Ａ１１の鍛錬度、血流量、及び／又は人間の体調と相関がある。筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２は、以下の式（２）により表される。

【0044】

【数2】

【0045】

筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２は、例えば回復時間Ｔ２の範囲で最小二乗法を用いてインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１の傾きを求めることにより、算出される。なお、筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２は、例えばインピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１の最大値Ｄｍから１を減じた値を、回復時間Ｔ２で除することで近似的に算出してもよい。

【0046】

回復時間Ｔ２は、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１が最大値Ｄｍから１になるまでの期間である。つまり、回復時間Ｔ２は、人間（生物Ａ１）が運動を終了した時点を起点とする時間ではなく、人間が運動を終了した時点から暫く経過した時点を起点とする時間に相当する。

【0047】

筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１は、人間（生物Ａ１）の運動により目的の筋肉Ａ１１が活性化された量を表す指標であり、運動強度と相関がある。筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１は、以下の式（３）により表される。

【0048】

【数3】

【0049】

生物Ａ１の運動の効果量Ｅ１は、人間（生物Ａ１）の運動により筋肉Ａ１１の状態がどの程度変化したかを表す指標であり、筋肉Ａ１１の腫脹量と相関がある。筋肉Ａ１１の効果量Ｅ１は、以下の式（４）により表される。

【0050】

【数4】

【0051】

なお、筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１は、例えば以下の式（５）により近似的に算出されてもよい。また、生物Ａ１の運動の効果量Ｅ１は、例えば以下の式（６）により近似的に算出されてもよい。

【0052】

【数5】

【0053】

上述のように、本実施形態では、人間（生物Ａ１）が運動を実施している期間ではなく、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１が最大値Ｄｍになるまでの時間を用いている。これにより、本実施形態では、目的の筋肉Ａ１１の運動量、及び／又は運動の効果量を正確に測定しやすく、結果として筋肉Ａ１１の状態変化を定量的に把握しやすい、という利点がある。

【0054】

また、本実施形態では、人間（生物Ａ１）が運動を実施している期間ではなく、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１が初期値から最大値Ｄｍになるまでの変化率Ｄ１の傾き、及び／又は最大値Ｄｍから初期値になるまでの変化率Ｄ１の傾きを用いている。これにより、本実施形態では、目的の筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１、及び／又は筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２を正確に測定しやすく、運動強度及び／又は筋肉Ａ１１の回復期間を適切に設定しやすい、という利点がある。

【0055】

記憶部４は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の電気的に書換え可能な不揮発性メモリ、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリ等を備える。記憶部４は、測定対象の生物Ａ１ごとに、取得部２２で取得した生体情報を記憶する。本実施形態では、記憶部４は、取得部２２の演算結果、つまり人間（生物Ａ１）の筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１、筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２、筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１、及び人間の運動の効果量Ｅ１を、生体情報として測定対象の人間ごとに記憶する。

【0056】

出力部５は、取得部２２で取得した生体情報、又は記憶部４に記憶した生体情報を外部装置に出力する。出力部５は、出力ステップＳＴ３（図７参照）の実行主体である。つまり、出力部５（出力ステップＳＴ３）は、取得部２２（取得ステップＳＴ２）での演算結果を出力する。出力部５は、一例として、情報端末（スマートフォン、タブレット端末、又はパーソナルコンピュータ等）と有線通信又は無線通信することにより、情報端末に生体情報を出力してもよい。また、出力部５は、一例として、測定装置１０に備え付けのディスプレイ装置（液晶ディスプレイ、又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等）に生体情報を表示させてもよい。その他、出力部５は、測定装置１０に備え付けのスピーカから生体情報を音声により出力させてもよい。

【0057】

（３）動作
以下、本実施形態の生体情報取得システム１００の動作、つまり生体情報取得方法の一連の流れの一例について図７を参照して説明する。以下では、一対の電極３を既に人間（生物Ａ１）の筋肉Ａ１１に取り付けている、と仮定する。まず、印加部２１は、一対の電極３を介して筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加する（Ｓ１）。処理Ｓ１は、印加ステップＳＴ１に相当する。

【0058】

次に、取得部２２は、取得ステップＳＴ２に相当する以下の処理Ｓ２～Ｓ４を実行する。すなわち、取得部２２は、筋肉Ａ１１に印加した電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する値（ここでは、位相角θ１）を測定する（Ｓ２）。そして、取得部２２は、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１の位相角θ１に基づいて、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１を演算して取得する（Ｓ３）。その後、取得部２２は、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１に基づいて、筋肉Ａ１１の活性化率Ｐ１等の生体情報を演算して取得する（Ｓ４）。

【0059】

その後、出力部５は、取得部２２での演算結果、つまり生体情報を出力する（Ｓ５）。処理Ｓ５は、出力ステップＳＴ３に相当する。出力部５は、定期的に生体情報を出力してもよいし、生体情報取得システム１００の利用者からの要求に応じて生体情報を出力してもよい。なお、取得部２２で取得した生体情報は、記憶部４にも記憶される。

【0060】

上述のように、本実施形態では、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に電気信号Ｓｉｇ１を印加し、かつ、電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１を取得することで、生物Ａ１の筋肉Ａ１１の筋肉量に相関のあるパラメータを取得することができる。その結果として、本実施形態では、生物Ａ１の筋肉Ａ１１の変化を把握しやすい、という利点がある。本実施形態は、一例として、以下に列挙する場合に応じて利用することが可能である。以下に列挙する場合では、いずれも生物Ａ１が人間である。

【0061】

第１に、筋肉量の低下は、若年期から加齢に伴って進行する。運動習慣が無い場合、筋肉量の低下により転倒等の日常生活において悪影響を及ぼす事態が生じ得る。そこで、若年期から運動習慣を確立することで、中高年時において十分な筋肉量を確保する、いわゆる筋肉貯金を行うのが好ましい。そして、運動習慣を確立する、つまり定期的な運動を行うモチベーションを維持するためには、筋肉の運動量を視覚化することが望まれている。

【0062】

本実施形態では、上述のように筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１及び／又は効果量Ｅ１を生体情報として取得することが可能である。したがって、本実施形態では、取得した筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１及び／又は効果量Ｅ１をディスプレイ装置に表示する等して、定期的な運動を行うモチベーションの維持に役立てることが可能である。

【0063】

第２に、プロのスポーツ選手等、運動習慣が既に確立している人においては、日々のトレーニングにおいて適切な負荷を筋肉に与える必要がある。すなわち、筋肉に与える負荷が適切であれば、筋肥大及び／又は筋力の増加が期待できる一方、筋肉に与える負荷が不十分であれば、筋肥大及び筋力の増加はいずれも期待できない。そればかりか、筋肉に与える負荷が過剰である場合、つまりオーバートレーニングを行った場合では、筋疲労及び／又は筋力の低下を招いてしまう可能性がある。上記の問題は、プロのスポーツ選手に限らず、日常的に運動を行っている全ての人に当てはまる。そこで、筋肉に適切な負荷を与えるべく、筋肉の運動量、及び筋肉の回復状況を視覚化することが望まれている。

【0064】

本実施形態では、上述のように筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１、効果量Ｅ１、及び筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２を生体情報として取得することが可能である。したがって、本実施形態では、取得した筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１、効果量Ｅ１、及び筋肉Ａ１１の回復率Ｐ２をディスプレイ装置に表示する等して、筋肉Ａ１１に適切な負荷を与えることに役立てることが可能である。

【0065】

第３に、例えば病気を患う等して長期間（例えば、２週間以上）、臥床していた場合、筋繊維（速筋繊維及び遅筋繊維）の断面積が数十％減少することが知られている。このように筋繊維が減少した場合、フレイルの状態に陥る可能性がある。そして、フレイルの状態に陥るのを防止するためには、離床後に筋繊維を増大させる、つまり筋肉の回復が必要となる。そこで、筋肉を回復するための運動であって、過大な負担をかけることなく継続しやすい適切な筋肉の運動量及び／又は効果量を視覚化して提示することが望まれている。

【0066】

本実施形態では、上述のように筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１及び／又は効果量Ｅ１を生体情報として取得することが可能である。したがって、本実施形態では、取得した筋肉Ａ１１の運動量Ｊ１及び／又は効果量Ｅ１をディスプレイ装置に表示する等して、継続しやすい適切な運動を提示することに役立てることが可能である。

【0067】

（４）変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つにすぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、生体情報取得方法と同様の機能は、（コンピュータ）プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。一態様に係る（コンピュータ）プログラムは、１以上のプロセッサに、上記の生体情報取得方法を実行させる。

【0068】

以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

【0069】

本開示における生体情報取得システム１００は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における生体情報取得システム１００としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。

【0070】

また、生体情報取得システム１００における複数の機能が、１つの筐体内に集約されていることは生体情報取得システム１００に必須の構成ではなく、生体情報取得システム１００の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。さらに、生体情報取得システム１００の少なくとも一部の機能がクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。

【0071】

上述の実施形態において、生物Ａ１（ここでは、人間）の筋肉Ａ１１は、腓腹筋に限らず、例えばヒラメ筋、大腿二頭筋、大腰筋、又は大殿筋等であってもよい。また、筋肉Ａ１１は、人間の下半身の筋肉に限らず、上腕二頭筋、上腕三頭筋、広背筋、又は僧帽筋等の人間の上半身の筋肉であってもよい。

【0072】

上述の実施形態において、印加部２１が生物Ａ１の筋肉Ａ１１に印加する電気信号Ｓｉｇ１の周波数は、単一でなくてもよく、測定中において変化させてもよい。

【0073】

上述の実施形態において、取得部２２が生体情報を取得する際に参照する電気信号Ｓｉｇ１のインピーダンスＺ１に関する変化率Ｄ１は、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１に限らず、例えばインピーダンスＺ１自体の変化率Ｄ１であってもよい。

【0074】

上述の実施形態において、インピーダンスＺ１の位相角θ１の変化率Ｄ１を求める際の基準値は、運動開始前に測定したインピーダンスＺ１の位相角θ１に限らず、あらかじめ設定された値であってもよい。

【0075】

上述の実施形態において、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に取り付ける電極３は、一対に限らず、３つ以上であってもよい。

【0076】

上述の実施形態において、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に取り付ける電極３は、金属で形成されていなくてもよく、導電性ゴムで形成されていてもよい。

【0077】

上述の実施形態において、生物Ａ１の筋肉Ａ１１に取り付ける電極３は、表皮に密着すればよいため、電極３の表皮に対向する一面は粘着性を有していなくてもよく、表皮に貼りついていなくてもよい。

【0078】

（まとめ）
以上述べたように、第１の態様に係る生体情報取得方法は、印加ステップ（ＳＴ１）と、取得ステップ（ＳＴ２）と、を有する。印加ステップ（ＳＴ１）は、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）に電気信号（Ｓｉｇ１）を印加するステップである。取得ステップ（ＳＴ２）は、印加ステップ（ＳＴ１）にて印加された電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する変化率（Ｄ１）に基づいて、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）に関する情報を生体情報として取得するステップである。

【0079】

この態様によれば、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の変化を把握しやすい、という利点がある。

【0080】

第２の態様に係る生体情報取得方法では、第１の態様において、変化率（Ｄ１）は、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する値の基準値に対する実測値の比率である。

【0081】

この態様によれば、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の変化を更に把握しやすくなる、という利点がある。

【0082】

第３の態様に係る生体情報取得方法では、第２の態様において、基準値は、生物（Ａ１）の運動開始前の状態での電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する値である。

【0083】

この態様によれば、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の運動前の状態を基準とするので、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の運動中又は運動後の変化を更に把握しやすくなる、という利点がある。

【0084】

第４の態様に係る生体情報取得方法では、第１～第３のいずれかの態様において、変化率（Ｄ１）は、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）の位相角（θ１）の変化率（Ｄ１）である。

【0085】

この態様によれば、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）自体の変化率（Ｄ１）に基づく場合と比較して、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の変化を更に把握しやすくなる、という利点がある。

【0086】

第５の態様に係る生体情報取得方法では、第１～第４のいずれかの態様において、電気信号（Ｓｉｇ１）の周波数は、５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である。

【0087】

この態様によれば、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する変化率（Ｄ１）を取得しやすくなる、という利点がある。

【0088】

第６の態様に係る生体情報取得方法では、第１～第５のいずれかの態様において、印加ステップ（ＳＴ１）は、電気信号（Ｓｉｇ１）としてパルス変調された電圧を生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）に印加する。

【0089】

この態様によれば、正弦波状の交流電圧を印加する場合と比較して、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する値のピーク値を取得しやすくなる、という利点がある。

【0090】

第７の態様に係る生体情報取得方法では、第１～第６のいずれかの態様において、電気信号（Ｓｉｇ１）の周波数は、単一である。

【0091】

この態様によれば、電気信号（Ｓｉｇ１）の周波数を変化させる場合と比較して、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する値を測定する構成の簡素化を図りやすい、という利点がある。

【0092】

第８の態様に係る生体情報取得方法では、第１～第７のいずれかの態様において、取得ステップ（ＳＴ２）は、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する変化率（Ｄ１）に基づいて、生体情報を演算する。生体情報取得方法は、取得ステップ（ＳＴ２）での演算結果を出力する出力ステップ（ＳＴ３）を更に有する。

【0093】

この態様によれば、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の変化を把握しやすい、という利点がある。

【0094】

第９の態様に係る生体情報取得方法では、第１～第８のいずれかの態様において、印加ステップ（ＳＴ１）は、一対の電極（３）を介して生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）に電気信号（Ｓｉｇ１）を印加する。

【0095】

この態様によれば、３つ以上の電極（３）を用いる場合と比較して、電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する値を測定する構成の簡素化を図りやすい、という利点がある。

【0096】

第１０の態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、第１～第９のいずれかの態様の生体情報取得方法を実行させる。

【0097】

この態様によれば、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の変化を把握しやすい、という利点がある。

【0098】

第１１の態様に係る生体情報取得システム（１００）は、印加部（２１）と、取得部（２２）と、を備える。印加部（２１）は、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）に電気信号（Ｓｉｇ１）を印加する。取得部（２２）は、印加部（２１）にて印加された電気信号（Ｓｉｇ１）のインピーダンス（Ｚ１）に関する変化率（Ｄ１）に基づいて、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）に関する情報を生体情報として取得する。

【0099】

この態様によれば、生物（Ａ１）の筋肉（Ａ１１）の変化を把握しやすい、という利点がある。

【0100】

第２～第９の態様に係る方法については、生体情報取得方法に必須の方法ではなく、適宜省略可能である。

【符号の説明】

【0101】

１００ 生体情報取得システム
２１ 印加部
２２ 取得部
３ 電極
Ａ１ 生物
Ａ１１ 筋肉
Ｄ１ 変化率
Ｓｉｇ１ 電気信号
Ｚ１ インピーダンス
θ１ 位相角
ＳＴ１ 印加ステップ
ＳＴ２ 取得ステップ
ＳＴ３ 出力ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】