(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電流印加電極と一対の電圧測定電極とから成るインピーダンス測定電極を身体表面に接触させて測定した身体のインピーダンスに基づいて、筋発達・筋萎縮の程度に関する指標を算出する筋量評価方法において、
身体表面に接触させた前記インピーダンス測定電極に所定の低周波数の交流電流を印加し、身体のインピーダンスを測定部により測定する工程と、
身体表面に接触させた前記インピーダンス測定電極に所定の高周波数の交流電流を印加し、身体のインピーダンスを測定部により測定する工程と、
前記低周波数の交流電流の印加時に測定したインピーダンスに対する、前記高周波数の交流電流の印加時に測定したインピーダンスの比を演算部により算出する工程と、
筋肉量の体重に対する比とインピーダンスの比との関係を示す１次式と、前記１次式の解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータとを記憶するメモリ部から、前記１次式を読み出し、前記１次式に前記算出したインピーダンスの比を変数として代入して前記１次式の解を演算部により算出する工程と、
前記算出した解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータを制御部により前記メモリ部から読み取り、読み取ったデータに基づいて前記制御部により筋発達・筋萎縮の程度を判定する工程とを備える
ことを特徴とする筋量評価方法。
【請求項２】
前記インピーダンスを測定部により測定する工程は、前記所定の低周波数および所定の高周波数として複数の周波数を用い、前記インピーダンスの比を演算部により算出する工程は、測定した複数のインピーダンスからいずれかのインピーダンスを選択して比を算出する工程であることを特徴とする請求項１記載の筋量評価方法。
【請求項３】
前記制御部により筋発達・筋萎縮の程度を判定する工程は、年齢、性別、運動習慣の有無を含む身体特定情報が異なる複数の被測定者について、筋肉量と前記インピーダンスの比との相関を示すデータを予め取得しておき、前記取得しておいたデータに基づいて行われることを特徴とする請求項１または請求項２記載の筋量評価方法。
【請求項４】
前記取得しておいたデータに基づいて、筋肉量と、体重およびインピーダンスの比との関係を表す回帰式を予め求めておき、前記制御部により前記回帰式に基づいて筋肉量を推定する工程をさらに備えることを特徴する請求項３記載の筋量評価方法。
【請求項５】
一対の電流印加電極と、一対の電圧測定電極とから成り、身体表面に接触可能なインピーダンス測定電極と、
前記インピーダンス測定電極に交流電流を印加する交流電流印加部と、
前記交流電流印加部により印加される交流電流の周波数として、所定の低周波数と所定の高周波数を設定する周波数設定部と、
前記低周波数および高周波数の交流電流の印加時におけるインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記低周波数の交流電流の印加時におけるインピーダンスに対する、前記高周波数の交流電流の印加時におけるインピーダンスの比を算出する第１演算部と
筋肉量の体重に対する比とインピーダンスの比との関係を示す１次式と、前記１次式の解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータとを記憶するメモリ部と、
前記メモリ部から前記１次式を読み出し、前記１次式に前記算出したインピーダンスの比を変数として代入して前記１次式の解を演算部により算出する第２演算部と、
前記算出した解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータを前記メモリ部から読み取り、読み取ったデータに基づいて筋発達・筋萎縮の程度を判定する判定部とを備える
ことを特徴とする筋量評価装置。
【請求項６】
前記インピーダンス測定部は、前記所定の低周波数および所定の高周波数として複数の周波数を設定し、前記演算部は、測定した複数のインピーダンスからいずれかのインピーダンスを選択して比を算出することを特徴とする請求項５記載の筋量評価装置。
【請求項７】
前記メモリ部は、年齢、性別、運動習慣の有無を含む身体特定情報が異なる複数の被測定者について、筋肉量と前記インピーダンスの比との相関を示すデータを記憶しており、前記判定部は、前記記憶部に記憶したデータに基づいて筋発達・筋萎縮の程度を判定することを特徴とする請求項５または請求項６記載の筋量評価装置。
【請求項８】
前記メモリ部は、前記記憶したデータに基づいて求めた、筋肉量と、体重およびインピーダンスの比との関係を表す回帰式がさらに記憶されており、前記回帰式に基づいて筋肉量を推定する推定部をさらに備えることを特徴する請求項７記載の筋量評価装置。
【請求項９】
前記１次式は、前記所定の高周波数時のインピーダンスをＺＨ、前記所定の低周波数時のインピーダンスをＺＬ、ｋ１およびｋ２は係数としたとき、
ｋ１×＋ｋ２×（ＺＨ／ＺＬ）
で表されることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載の筋量評価装置。
【請求項１０】
前記１次式は、前記所定の高周波数時のインピーダンスをＺＨ、前記所定の低周波数時のインピーダンスをＺＬ、ｋ１およびｋ２は係数としたとき、
ｋ１×＋ｋ２×（ＺＨ／ＺＬ）
で表されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の筋量評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は身体のインピーダンスを測定し、筋発達・筋萎縮の評価(筋量評価)に関する指標を算出する筋量評価方法および筋量評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より公知の生体電気インピーダンス法を用いた体組成計は、手または足にインピーダンス測定電極を接触させて測定されるインピーダンスに基づいて、体脂肪などに関する指標を推定するものであった。
【０００３】
また、体脂肪などに関する指標の内、特に内臓脂肪面積及び皮下脂肪面積に関するデータを正確に導出する装置としては、Ｘ線ＣＴ法又はインピーダンスＣＴ法等の各種ＣＴ法又はＭＲＩ法による断層画像に基づいて体脂肪データを算出する体脂肪測定装置がある。また、体脂肪に関する指標の内、特に内臓脂肪率及び皮下脂肪率に関するデータを正確に導出する装置としては、ＣＴ法を用いた装置が知られている。
【０００４】
また、測定部位及び印加する電流の周波数を変えて、腹部付近のインピーダンスを測定し、内臓脂肪面積を推定するに適する測定部位及び周波数を検出する研究がなされている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】小宮秀明、他１名、「多周波インピーダンス法による内臓脂肪面積の推定に関する研究」、肥満研究、２００３、Ｖｏｌ．９、Ｎｏ．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の生体電気インピーダンス法による除脂肪量などの推定では、体積Ｖ、断面積Ａ、抵抗率ρΩｍ、長さｌ、インピーダンスＺのモデルにおいて、体積Ｖ＝Ａ・ｌ＝ρ・ｌ２／Ｚという関係が得られるため、インピーダンスＺの逆数と、その部位の長さにより除脂肪量を推定する手法が用いられている。これは、抵抗率ρΩｍが一定であるという前提に基づいた評価法である。
【０００７】
しかしながら、老化や廃用性症候群等により筋細胞が萎縮した場合、抵抗率ρΩｍは変化することが予想される。このため、筋量を評価する場合、単一周波数による計測では、筋の状態毎に電流経路が異なり、計測値に含まれる情報が統一されていないと考えられる。
【０００８】
従って本発明は上述の課題を解決し、簡便且つ正確に筋発達・筋萎縮の程度を評価することができる筋量評価方法および筋量評価装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、一対の電流印加電極と一対の電圧測定電極とから成るインピーダンス測定電極を身体表面に接触させて測定した身体のインピーダンスに基づいて、筋発達・筋萎縮の程度に関する指標を算出する筋量評価方法において、身体表面に接触させた前記インピーダンス測定電極に所定の低周波数の交流電流を印加し、身体のインピーダンスを測定部により測定する工程と、身体表面に接触させた前記インピーダンス測定電極に所定の高周波数の交流電流を印加し、身体のインピーダンスを測定部により測定する工程と、前記低周波数の交流電流の印加時に測定したインピーダンスに対する、前記高周波数の交流電流の印加時に測定したインピーダンスの比を演算部により算出する工程と、筋肉量の体重に対する比とインピーダンスの比との関係を示す１次式と、前記１次式の解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータとを記憶するメモリ部から、前記１次式を読み出し、前記１次式に前記算出したインピーダンスの比を変数として代入して前記１次式の解を演算部により算出する工程と、前記算出した解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータを制御部により前記メモリ部から読み取り、読み取ったデータに基づいて前記制御部により筋発達・筋萎縮の程度を判定する工程とを備える筋量評価方法を提供する。
本発明によれば、低周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスに対する、高周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスの比を算出するだけで、簡易かつ正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【００１０】
本発明の好適な態様において、前記インピーダンスを測定部により測定する工程は、前記所定の低周波数および所定の高周波数として複数の周波数を用い、前記インピーダンスの比を演算部により算出する工程は、測定した複数のインピーダンスからいずれかのインピーダンスを選択して比を算出する。
この態様によれば、測定条件に応じて最適なインピーダンス値に基づいて正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【００１１】
また、前記制御部により筋発達・筋萎縮の程度を判定する工程は、年齢、性別、運動習慣の有無を含む身体特定情報が異なる複数の被測定者について、筋肉量と前記インピーダンスの比との相関を示すデータを予め取得しておき、前記取得しておいたデータに基づいて行われる。
この態様によれば、年齢、性別、運動習慣の有無などの身体特定情報を測定時に入力することなく、正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【００１２】
また、前記前記取得しておいたデータに基づいて、筋肉量と、体重およびインピーダンスの比との関係を表す回帰式を予め求めておき、前記制御部により前記回帰式に基づいて筋肉量を推定する。
この態様によれば、年齢、性別、運動経験の有無などの身体特定情報を測定時に入力することなく、正確に筋肉量を推定することができる。
【００１３】
さらに、上記課題を解決するため、本発明は、一対の電流印加電極と、一対の電圧測定電極とから成り、身体表面に接触可能なインピーダンス測定電極と、前記インピーダンス測定電極に交流電流を印加する交流電流印加部と、前記交流電流印加部により印加される交流電流の周波数として、所定の低周波数と所定の高周波数を設定する周波数設定部と、前記低周波数および高周波数の交流電流の印加時におけるインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記低周波数の交流電流の印加時におけるインピーダンスに対する、前記高周波数の交流電流の印加時におけるインピーダンスの比を算出する第１演算部と、筋肉量の体重に対する比とインピーダンスの比との関係を示す１次式と、前記１次式の解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータとを記憶するメモリ部と、前記記憶部から前記１次式を読み出し、前記１次式に前記算出したインピーダンスの比を変数として代入して前記１次式の解を演算部により算出する第２演算部と、前記算出した解と関係付けられた筋発達・筋萎縮の程度を示すデータを前記メモリ部から読み取り、読み取ったデータに基づいて筋発達・筋萎縮の程度を判定する判定部とを備える筋量評価装置を提供する。
本発明によれば、低周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスに対する、高周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスの比を算出するだけで、簡易かつ正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【００１４】
本発明の好適な態様において、前記インピーダンス測定部は、前記所定の低周波数および所定の高周波数として複数の周波数を設定し、前記演算部は、測定した複数のインピーダンスからいずれかのインピーダンスを選択して比を算出する。
この態様によれば、測定条件に応じて最適なインピーダンス値に基づいて正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【００１５】
また、前記記憶部は、年齢、性別、運動習慣の有無を含む身体特定情報が異なる複数の被測定者について、筋肉量と前記インピーダンスの比との相関を示すデータを記憶しており、前記判定部は、前記記憶部に記憶したデータに基づいて筋発達・筋萎縮の程度を判定する。
この態様によれば、測定条件に応じて最適なインピーダンス値に基づいて正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【００１６】
前記メモリ部は、前記記憶したデータに基づいて求めた、筋肉量と、体重およびインピーダンスの比との関係を表す回帰式がさらに記憶されており、前記回帰式に基づいて筋肉量を推定する推定部をさらに備える。
この態様によれば、年齢、性別、運動経験の有無などの身体特定情報を測定時に入力することなく、正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
さらに、前記筋量評価方法および前記筋量評価装置において、前記１次式は、前記所定の高周波数時のインピーダンスをＺＨ、前記所定の低周波数時のインピーダンスをＺＬ、ｋ１およびｋ２は係数としたとき、
ｋ１×＋ｋ２×（ＺＨ／ＺＬ）
で表される。
この態様によれば、低周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスに対する、高周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスの比を算出するだけで、簡易かつ正確に筋発達・筋萎縮の程度を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る筋量評価装置１００の外観を示す図である。
【図２】図１の筋量評価装置１００の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】生体の電流経路を電気的等価回路によりモデル化したモデル図である。
【図４】主に筋肉組織を示す電解質組織における周波数別電流経路を示した細胞モデル図である。
【図５】体積とインピーダンスとの関係を説明するためのモデル図である。
【図６】筋萎縮が生じた際の筋組織全体に占める筋の細胞内液量の減少を説明する筋の断面モデル図である。
【図７】体組成計による部位筋肉量とインピーダンス比の関係を示すグラフである。
【図８】図１の筋量評価装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の変形例１の動作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】
【００１８】
＜A：構成＞
図１は、本実施形態に係る筋量評価装置１００の外観を示す図である。本実施形態に係る筋量評価装置１００は、被測定者の筋発達・筋萎縮の程度を評価する機能だけでなく、公知の方法により被測定者の皮下脂肪厚、体重、筋肉量、体脂肪率および体脂肪量などの肥満に関する情報を測定する機能も備えている。図１に示すように、筋量評価装置１００は、把持ユニット１０と載台ユニット２０とを備える。把持ユニット１０は、ケーブル２００を介して載台ユニット２０と接続されており、その先端の面には、人体に接触させて筋発達・筋萎縮の評価に関する指標の算出、あるいは皮下脂肪厚などの測定を行うための第１測定電極１２（１２a，１２b，１２c，１２d）が配置されている。
【００１９】
第１測定電極１２は、第１の電流印加用電極１２a、第２の電流印加用電極１２b、第１の電圧測定用電極１２cおよび第２の電圧測定用電極１２dを含む。第１の電流印加用電極１２aおよび第２の電流印加用電極１２bは、第１の電圧測定用電極１２cと第２の電圧測定用電極１２dとの間に挟まれるようにして配置される。また、第１の電圧測定用電極１２cは、第１の電流印加用電極１２aに隣り合うように配置され、第２の電圧測定用電極１２dは第２の電流印加用電極１２bに隣り合うように配置される。より具体的には、第１測定電極１２（１２a，１２b，１２c，１２d）は、把持ユニット１０の先端の面においてＹ方向に沿って配列され、第１の電圧測定用電極１２cは、第１の電流印加用電極１２aから見てＹ方向の負側に隣り合うように配置され、第２の電圧測定用電極１２dは第２の電流印加用電極１２bから見てＹ方向の正側に隣り合うように配置される。
【００２０】
第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２bとの間のＹ方向における距離Ｌは、第１の電圧測定用電極１２cにおけるＹ方向の幅Ｗと、第２の電圧測定用電極１２dにおけるＹ方向の幅Ｗとの和よりも小さくなるように値に設定されている。本実施形態では、各測定電極の寸法は同じ値に設定されており、第１の電圧測定用電極１２cにおけるＹ方向の幅Ｗと、第２の電圧測定用電極１２dにおけるＹ方向の幅Ｗとは同じ値である（つまりＬ＜２Ｗ）。また、本実施形態では、各測定電極間のＹ方向の距離は等しくなるように設定されており、その値は、ひとつの測定電極におけるＹ方向の幅Ｗの値に等しい（つまりＬ＝Ｗ）。ここでは、ひとつの測定電極におけるＹ方向の幅Ｗの値は５ｍｍに設定されている。
【００２１】
載台ユニット２０は、外観上に、表示部１３と、入力部（１４a，１４b，１４c，１４d）と、第２測定電極２３（２３a，２３b，２３c，２３d）とを備える。第２測定電極２３は、被測定者の足に接触させて被測定者の体脂肪率等の測定を行うための電極である。第２測定電極２３は、第３の電流印加用電極２３a、第４の電流印加用電極２３b、第３の電圧測定用電極２３cおよび第４の電圧測定用電極２３dを含む。第３の電流印加用電極２３aと第４の電流印加用電極２３bとは、互いにＸ方向に離れた位置に配置される。より具体的には、第３の電流印加用電極２３aは被測定者の左足が載せられる位置に対応して配置され、第４の電流印加用電極２３bは被測定者の右足が載せられる位置に対応して配置される。また、第３の電圧測定用電極２３cは、第３の電流印加用電極２３aから見てＹ方向の正側に隣り合うように配置され、被測定者の左足が載せられる位置に対応して配置される。第４の電圧測定用電極２３dは、第４の電流印加用電極２３bから見てＹ方向の正側に隣り合うように配置され、被測定者の右足が載せられる位置に対応して配置される。
【００２２】
入力部（１４a，１４b，１４c，１４d）は、設定キー１４aと、アップキー１４bと、ダウンキー１４cと、スタートキー１４dとを含む。ここで、アップキー１４bおよびダウンキー１４cは、情報の選択や数値の切り替えを行い、設定キー１４aは、選択した情報や切り替えた数値の設定をする。本実施形態では、設定キー１４a、アップキー１４bおよびダウンキー１４cを操作することにより、被測定者の性別、年齢、身長等の身体特定情報の入力が可能となっている。スタートキー１４dは、一連の測定のために載台ユニット２０に対して電力供給を開始させるための手段である。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る筋量評価装置１００の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、載台ユニット２０は、前述の表示部１３、入力部１４および第２測定電極２３の他、第１電圧測定部２１と、Ａ／Ｄ変換部２２と、第１電流発生部２４と、第２電流発生部２８と、第２電圧測定部３２と、Ａ／Ｄ変換部３３と、重量測定部３６と、メモリ部７と、演算部１５と、電源部１６と、制御部１１とを備える。
【００２４】
制御部１１は、筋量評価装置１００の全制御を行う手段である。制御部１１には、メモリ部７、表示部１３、入力部１４、演算部１５、電源部１６、Ａ／Ｄ変換部２２、第１電流発生部２４、第２電流発生部２８、Ａ／Ｄ変換部３３が接続される。
【００２５】
メモリ部７は、ＲＡＭ８とＲＯＭ９とを備えている。ＲＡＭ８は、入力部１４によって入力される性別、身長、年齢などの身体特定情報、測定データおよび演算結果等を一時的に格納する手段である。また、ＲＯＭ９は、装置の制御用プログラム、予め設定した筋量評価に関する指標の演算式または判別プログラム、体脂肪に関する指標の演算式または判別プログラム、および、インピーダンス測定時に印加に印加する交流電流の周波数等を格納してあるＲＯＭ９とを備えている。演算部１５は、インピーダンス、筋量評価、または体脂肪に関する指標を演算する手段である。
【００２６】
第１電流発生部２４は、把持ユニット１０における第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２bとの間に流れる交流電流を出力する手段である。第１電流発生部２４は、基準電流検出部２５、交流電流発生部２６および周波数設定部２７を備えている。制御部１１は、周波数設定部２７を制御し、予め決められた周波数を設定する。また、基準電流検出部２５は、被測定者に流れる電流を検出して、基準電流検出信号として交流電流発生部２６に出力する。交流電流発生部２６は、前記基準電流検出信号に基づく電流値を有し、前記設定された周波数の交流電流を発生させる。この交流電流が前記第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２bにより被験者に印加される。
本実施形態では、第１電流発生部２４から出力される交流電流の周波数は、測定目的に応じて複数の値に設定可能であり、例えば、皮下脂肪厚測定の際には５０kHzに設定される。また、後述するように、筋量評価の際には、低周波数として５kHz、高周波数として２５０kHzに設定される。
【００２７】
第１電圧測定部２１は、第１の電圧測定用電極１２cと第２の電圧測定用電極１２dとの間の電圧を測定する手段である。第１電圧測定部２１により測定されたアナログの電位差信号は、Ａ／Ｄ変換部２２においてデジタル信号に変換され、制御部１１に入力される。
【００２８】
第２電流発生部２８は、第３の電流印加用電極２３aと第４の電流印加用電極２３bとの間に流れる交流電流を出力する手段である。第２電流発生部２８は、基準電流検出部２９、交流電流発生部３０および周波数設定部３１を備えている。制御部１１は、周波数設定部３１を制御し、予め決められた周波数を設定する。また、基準電流検出部２９は、被測定者に流れる電流を検出して、基準電流検出信号として交流電流発生部３０に出力する。交流電流発生部３０は、前記基準電流検出信号に基づく電流値を有し、前記設定された周波数の交流電流を発生させる。この交流電流が前記第３の電流印加用電極２３aと第４の電流印加用電極２３bにより被測定者に印加される。
本実施形態では、第２電流発生部２８から出力される交流電流の周波数は、測定目的に応じて複数の値に設定可能であり、例えば、体脂肪測定の際には５０kHzに設定される。
【００２９】
第２電圧測定部３２は、第３の電圧測定用電極２３cと第４の電圧測定用電極２３dとの間の電圧を測定する手段である。第２電圧測定部２３により測定されたアナログの電位差信号は、Ａ／Ｄ変換部３３においてデジタル信号に変換され、制御部１１に入力される。
【００３０】
重量測定部３６は、載台ユニット２０に乗った被測定者の重量を測定して重量データを出力する手段である。電源部１６は、載台ユニット２０の電気系統各部に電力を供給する手段である。
【００３１】
＜B：筋量評価の手法＞
本実施形態の筋量評価装置は、従来の体組成計と同様に、把持ユニット１０を用いた皮下脂肪厚測定、載台ユニット２０を用いた体重測定および体脂肪測定が可能である。さらに、これらの機能に加えて、筋量評価が可能になっている。以下、本実施形態における筋量評価の手法について説明する。
【００３２】
まず、図３から図５を用いて生体電気インピーダンス法について説明する。図３は生体の電流経路を電気的等価回路によりモデル化したモデル図であり、図４は主に筋肉組織を示す電解質組織における周波数別電流経路を示した細胞モデル図である。また、図５は体積とインピーダンスとの関係を説明するためのモデル図である。
【００３３】
生体組織において、除脂肪組織のほとんどは電解質を多く含む体水分であり、電気が流れやすく、脂肪組織や骨は電解質をほとんど含まない非電解質組織であると考えられる。したがって、除脂肪組織である筋肉組織は電解質であり、脂肪組織である皮下脂肪及び内臓脂肪は非電解質組織であると言える。
【００３４】
よって、被測定者の例えば左下肢を第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２bに接触させたときの電流経路は、皮下脂肪組織より流入し、脂肪組織よりも電気伝導度の高い筋肉組織に流れると考えられる。つまり、図３に示すように、筋肉組織を回路Ｘとしてモデル化することができる。回路Ｘは前述の電解質組織の電気的等価回路を示すものであり、細胞内液抵抗及び細胞膜容量から成る直列部と、細胞外液抵抗との並列回路により表される。
【００３５】
ここで、回路Ｘは電解質組織を細胞レベルでモデル化したものであり、図４に示すように電解質組織は細胞内液を細胞膜で覆った筋細胞と、細胞の外側に存在する細胞外液(結合組織)とから成る。細胞内液及び細胞外液は抵抗として働き、細胞膜は絶縁体と考えられる。細胞膜は脂質二重層で形成されるため容量性を有することから、直流電流に近い低周波数の電流の場合は電気的に絶縁体となり、細胞内液に電流は流れない。しかし、周波数を高くしていくと細胞膜を通して細胞内液にも電流が流れるといえる。よって、細胞膜をコンデンサ、細胞内液を抵抗及び細胞外液を抵抗として、前述の電気的等価回路を示すことができる。
【００３６】
図３に示したモデルにおいて、直流電流を用いた場合には、一点鎖線で示すように、細胞外液抵抗（筋細胞組織においては、結合組織）を電流経路とするために、計測値にも細胞外液の情報が反映される。しかし、交流電流を用いた場合には、二点鎖線で示すように、細胞外液抵抗と細胞内液抵抗と細胞膜容量を電流経路とするために、計測値にも細胞外液と細胞内液の情報が反映され、周波数が上がるにつれ、細胞膜容量の影響が低下するため、細胞内液抵抗の情報がより多く反映されることになる。従って、電流の周波数を高くするに伴い、求めるインピーダンスへの筋細胞の反映度合が高くなる。
【００３７】
インピーダンスＺの定義は、図５に示すような体積Ｖ、抵抗率ρΩｍ、断面積Ａ、長さｌの物質のモデルを考えると、インピーダンスＺ＝ρ・ｌ／Ａとなる。したがって、体積ＶはＡ・ｌで表されるので、体積Ｖ＝Ａ・ｌ＝ρ・ｌ２／Ｚで表される。上述したように、生体に交流電流を印加する場合、低周波数領域においては、脂質二重層で形成される細胞膜によるコンデンサには電流が流れず、印加電流はそのほとんどが細胞外液を流れる。すなわち、低周波数で計測された生体電気インピーダンス値を前記体積の式に当てはめた場合には、得られる体積の値は、細胞外液の体積の値であると言える。一方、高周波数領域においては、細胞膜によるコンデンサ成分は無視することができる。したがって、高周波数で計測された生体電気インピーダンス値を前記体積の式に当てはめた場合には、その値は細胞内液を含む全組織の体積の値であると言える。
【００３８】
ここで、筋萎縮と呼ばれる筋細胞が細くなる現象を考えると、図６に示す筋細胞の断面図から分かるように、組織全体に占める細胞内液量が減少し、細胞外液量が増加する。つまり、組織全体に占める筋細胞の体積の比率が低下することになる。これを、前記体積の式で表すと次のようになる。
Ｚ高周波数／Ｚ低周波数＝(ρ高周波数・ｌ２／Ｖ高周波数) ／(ρ低周波数・ｌ２／Ｖ低周波数)
＝(ρ高周波数・Ｖ低周波数) ／(ρ低周波数・Ｖ高周波数)
となる。したがって、上述したように高周波数領域の場合にはインピーダンスは組織全体のインピーダンス値となり、低周波数領域の場合にはインピーダンスは組織外液のインピーダンス値となるので、低周波数の場合の抵抗率と高周波数の場合の抵抗率がほぼ同じとすると、上記式は以下のように表すことができる。
Ｚ高周波数／Ｚ低周波数≒(ρ組織全体・Ｖ組織外液) ／(ρ組織外液・Ｖ組織全体)≒Ｖ組織外液／Ｖ組織全体
但し（０＜Ｚ高周波数／Ｚ低周波数＜１）
つまり、低周波数と高周波数で計測した生体電気インピーダンス値の比は、対象組織に占める細胞外液量の比率となることが分かる。筋萎縮が進むと、上述したように細胞外液量が増加する。したがって、上記の式で表されるインピーダンス比は１に近づくと考えられる。
【００３９】
図７は、体組成計による部位筋肉量とインピーダンス比の関係を示すグラフである。このグラフを作成する際には、次のような筋肉量の推定式を用いた。
ＭＭ＝ａ×Ｈｔ２／ＺＩＣＷ＋ｂ×Ｗｔ＋ｃ×Ａｇｅ＋ｄ
ここで、ＭＭ：被測定者の推定筋肉量、Ｈｔ：被測定者の身長、Ｗｔ：被測定者の体重、
Ａｇｅ：被測定者の年齢、ＺＩＣＷ：被測定者の細胞内液抵抗、ａ,ｂ,ｃ,ｄ：係数である。
【００４０】
図７の例では、被測定者は、[1]小児男子・運動習慣あり、[2]成人男子・アスリート、[3]一般成人男子、[4]高齢者男子、[5]小児女子・運動習慣あり、[6]成人女子・アスリート、[7]一般成人女子、[8]高齢者女子とした。また、測定箇所は、左下肢とした。測定に使用した周波数は、高周波数を２５０ｋＨｚ、低周波数を５ｋＨｚとした。図７の縦軸は、左下肢の筋肉量を体重で割った値である。
【００４１】
図７に示す例では、体重に対する筋肉量比である筋肉量／体重とインピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５とは、相関係数＝０．６８という高い相関が得られた。
図７に示す例から、体重に対する筋肉量比である筋肉量／体重とインピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５は、被測定者の年齢、性別、運動習慣といった身体特定情報によらず、次のような線形の１次式で表すことができる。
ＭＭ左下肢＝ｋ１×Ｗt＋ｋ２×Ｚ２５０／Ｚ５×Ｗt
ここで、ＭＭは筋肉量、Ｗtは体重、Ｚ２５０は周波数２５０kＨｚ時のインピーダンス、
Ｚ５は周波数５kＨｚ時のインピーダンス、ｋ１、ｋ２は係数である。
【００４２】
本実施形態では、筋量評価モードが選択された場合には、被測定者に印加する交流電流の周波数を２５０kＨｚと５kＨｚに切り替えてインピーダンスを測定し、その比であるＺ２５０／Ｚ５を算出することにより、その値に応じて筋発達・筋萎縮の程度を評価するようにした。
【００４３】
＜C：筋量評価装置の動作＞
次に筋量評価装置１００の動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
スタートキー１４dを押して筋量評価装置１００の電源がオンされると、装置の初期設定が行われると共に、被測定者に対して測定モードを選択させるメッセージが表示部１３にされる（ステップＳ１）。被測定者は、設定キー１４a、アップキー１４bおよびダウンキー１４cを用いて測定モードを設定する。
【００４５】
筋量評価モードが選択されたかどうかを判断し（ステップＳ２）、筋量評価モード以外の他のモードが選択された場合には各モードの処理へ移行する。図８のフローチャートでは説明を簡単するために、筋量評価モードが選択されるまで待機するように記載している。
【００４６】
筋量評価モードが選択された場合には、周波数設定部２７において５ｋＨｚの低周波数を設定し、５ｋＨｚの交流電流を基準電流検出部２５を介して交流電流発生部２６から第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２bに印加する。そして、その際のインピーダンスを測定する（ステップＳ３）。
【００４７】
５ｋＨｚの交流電流を印加した際のインピーダンスの測定が終了した場合には、低周波数の場合と同様に、周波数設定部２７において２５０ｋＨｚの高周波数を設定し、２５０ｋＨｚの交流電流を基準電流検出部２５を介して交流電流発生部２６から第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２bに印加する。そして、その際のインピーダンスを測定する（ステップＳ４）。
【００４８】
５ｋＨｚの交流電流を印加した際のインピーダンスＺ５と、２５０ｋＨｚの交流電流を印加した際のインピーダンスＺ２５０の測定が終了した場合には、これらのインピーダンスの比であるＺ２５０／Ｚ５を演算部１５において算出する（ステップＳ５）。
【００４９】
インピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５を算出した場合には、その算出した値に基づいて筋発達・筋萎縮度を判定する（ステップＳ６）。この判定は、例えば図７に示すようなデータに基づいて、小児男子レベル、成人男子アスリートレベル、一般成人男子レベルのように予めレベル分けをしておき、いずれかのレベルを選ぶようにする。あるいは、これらの図７に示すようなデータに基づいて、インピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５を点数などに換算しておき、いずれかの点数を選ぶようにしてもよい。
【００５０】
筋発達・筋萎縮度の判定が終了した場合には、判定による筋発達・筋萎縮度のレベル、あるいは、筋発達・筋萎縮度の点数を、表示部１３に表示する（ステップＳ７）。その後、一定時間、さらに筋量評価モードを選択するか否かを表示部１３に表示する（ステップＳ８）。筋量評価モードが選択された場合には、低周波数によるインピーダンス測定からの処理を繰り返す（ステップＳ３〜Ｓ８）。一定時間に筋量評価モードが選択されない場合には、電源をオフして処理を終了する。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、高周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスと、低周波数の交流電流を印加した際のインピーダンスとを測定し、これらのインピーダンスの比から筋発達・筋萎縮の程度を評価することができる。したがって、非侵襲かつ安価で、簡便に筋肉の質を推定することができる。筋肉の質を推定することにより、トレーニング効果を確認する機器としての使用することができる。また、被測定者が自立歩行や立位困難な場合でも、把持ユニット１０を用いて筋発達・筋萎縮の程度を評価が可能なので、医療や介護の現場での使用が可能である。さらには、サルコペニア予防や、簡易的な老化評価ツールとしても使用することが可能である。
【００５２】
＜D：変形例１＞
上述した実施形態では、筋発達・筋萎縮の程度を評価する場合について説明したが、図７に示す例のように、体重に対する筋肉量比である筋肉量／体重とインピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５は、被測定者の年齢、性別、運動習慣といった身体特定情報によらず、次のような線形の１次式で表すことができる。
ＭＭ＝ｋ１×Ｗt＋ｋ２×Ｚ２５０／Ｚ５×Ｗt
ここで、ＭＭは筋肉量、Ｗtは体重、Ｚ２５０は周波数２５０kＨｚ時のインピーダンス、
Ｚ５は周波数５kＨｚ時のインピーダンス、ｋ１、ｋ２は係数である。
【００５３】
そこで、変形例として、筋発達・筋萎縮の程度を評価だけでなく、上記の式を用いて被測定者の筋肉量を推定するようにしてもよい。図９は変形例１の動作を示すフローチャートである。なお、図８に示す上記実施形態の処理と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、低周波数時のインピーダンスを測定する前に、重量測定部３６により体重を測定する（ステップＳ１０）。以下、上記実施形態と同様に、低周波数時および高周波数時のインピーダンスを測定して、インピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５の算出と（ステップＳ５）、筋発達・筋萎縮度の判定を行う（ステップＳ６）。そして、ステップＳ１０で測定した体重の値と、インピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５の値に基づいて、上記の式により筋肉量の推定を行う（ステップＳ１１）。
【００５４】
この変形例によれば、筋発達・筋萎縮の程度を評価することができるだけでなく、被測定者の性別、年齢、体重などの身体特定情報を入力することなく筋肉量の推定が可能なので、特に、トレーニング効果を確認する機器として効果的に使用することができる。また、医療や介護の現場での使用や、サルコペニア予防あるいは簡易的な老化評価ツールとしても使用する場合でも、筋肉量の推定を容易に行うことができ、筋発達・筋萎縮の程度を数値として把握することができる。
【００５５】
＜Ｅ：変形例２＞
上述した実施形態および変形例１では、把持ユニット１０を用いて筋発達・筋萎縮の程度を評価する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。被測定者の足裏を接触させて測定を行う第３の電流印加用電極２３aと第４の電流印加用電極２３bに、第２電流発生部２８から交流電流を印加する際に、上述した実施形態と同様に高周波数と低周波数の交流電流を印加し、それぞれのインピーダンスを測定してインピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５を算出するようにしてもよい。また、上述した実施形態と本変形例２を合わせて、第１の電流印加用電極１２aと第２の電流印加用電極１２b、および、第３の電流印加用電極２３aと第４の電流印加用電極２３bのいずれにも高周波数と低周波数の交流電流を印加し、それぞれのインピーダンスを測定してインピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５を算出するようにしてもよい。
【００５６】
なお、上述した実施形態においては、本発明を体組成計に適用し、筋量評価モードが選択された際に、筋発達・筋萎縮の程度を評価する例について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。本実施形態の装置を用いて、体重測定、体脂肪測定、皮下脂肪測定等を行う際に、同時に高周波数と低周波数の交流電流を印加し、それぞれのインピーダンスを測定してインピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５を算出しておき、それぞれの測定値の表示と共に、筋発達・筋萎縮の程度を表示するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態においては、把持ユニットを備えた体組成計タイプの装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、腹部前部の皮下脂肪を測定する装置など、生体電気インピーダンスを測定して各種の計測を行う装置に適宜適用可能である。
【００５８】
さらに、上述した実施形態においては、左下肢の筋肉量と体重の比と、インピーダンス比Ｚ２５０／Ｚ５との相関を示すデータに基づいて筋発達・筋萎縮の程度の評価や、筋肉量の推定を行う例について説明したが、体全体についてのデータや、体の他の部位についてのデータに基づいて筋発達・筋萎縮の程度の評価や、筋肉量の推定を行うようにしてもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態においては、低周波数として５ｋＨｚ、高周波数として２５０ｋＨｚの交流電流を用いた例について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、適宜変更可能である。さらに、上述した実施形態においては、低周波数、高周波数、それぞれ一種類の周波数の交流電流を用いた例について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。低周波数、高周波数、それぞれにおいて複数の周波数の交流電流を用い、インピーダンス比を算出する際に適宜好適な周波数時のインピーダンス値を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
７…… メモリ部、８…… ＲＡＭ、９…… ＲＯＭ、１０…… 把持ユニット、１１…… 制御部、１２…… 第１測定用電極、１２ａ…… 第１の電流印加用電極、１２ｂ…… 第２の電流印加用電極、１２ｃ…… 第１の電圧測定用電極、１２ｄ…… 第２の電圧測定用電極、１３…… 表示部、１４…… 入力部、１４ａ…… 設定キー、１４ｂ…… アップキー、１４ｃ…… ダウンキー、１４ｄ…… スタートキー、１５…… 演算部、１６…… 電源部、２０…… 載台ユニット、２１…… 第１電圧測定部、２２…… Ａ／Ｄ変換部、２３…… 第２測定用電極、２３ａ…… 第３の電流印加用電極、２３ｂ…… 第４の電流印加用電極、２３ｃ…… 第３の電圧測定用電極、２３ｄ…… 第４の電圧測定用電極、２４…… 第１電流測定部、２８…… 第２電流測定部、３２…… 第２電圧測定部、３３…… Ａ／Ｄ変換部、３６…… 重量測定部、１００…… 筋量評価装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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