(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスと、細胞膜のキャパシタンスと、特徴周波数と、リアクタンスの最大値又は特徴周波数における位相角とを含むデータ及び行動体力に関する値の実測値に対する重回帰分析で得られた式に基づいて、被験者において測定された前記データから前記行動体力に関する値を推定する推定部を備え、
前記行動体力に関する値は、
筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つである、
行動体力評価装置。
【請求項２】
推定部を備える行動体力評価装置の作動方法であって、
前記推定部は、
生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスと、細胞膜のキャパシタンスと、特徴周波数と、リアクタンスの最大値又は特徴周波数における位相角とを含むデータ及び行動体力に関する値の実測値に対する重回帰分析で得られた式に基づいて、被験者において測定された前記データから前記行動体力に関する値を推定するステップを行い、
前記行動体力に関する値は、
筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つである、
行動体力評価装置の作動方法。
【請求項３】
コンピュータを、
生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスと、細胞膜のキャパシタンスと、特徴周波数と、リアクタンスの最大値又は特徴周波数における位相角とを含むデータ及び行動体力に関する値の実測値に対する重回帰分析で得られた式に基づいて、被験者において測定された前記データから前記行動体力に関する値を推定する推定部、
として機能させ、
前記行動体力に関する値は、
筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つである、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、行動体力評価装置、行動体力評価装置の作動方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
筋力及び筋パワーなどの行動体力は、高齢者、スポーツ選手又は様々な疾患者における身体機能の維持にもっとも重要である。特に高齢者の場合、行動体力は寝たきりのリスク及び生命予後にも密接に関連している。
【０００３】
行動体力の程度を推定できれば、高齢者、スポーツ選手、疾患者などの適切な栄養摂取状況及び運動実施状況などを評価できるとともに、パフォーマンスの予測、あるいは将来の寝たきりのリスクをはじめとする様々な疾病リスク及び死亡リスクの評価が可能になる。さらに、行動体力の程度を推定できれば、加齢に伴い筋量と筋機能とが低下するサルコペニア、疾病によって筋量が減少するカヘキシア、消耗性疾患による筋量減少、あるいは運動器疾患によって身体機能低下と筋量減少が生じるロコモーティブシンドロームの早期診断に使用できる。
【０００４】
筋力を決定付ける主要因子として骨格筋量がある。筋力の個人差の約４０〜６０％程度は骨格筋量で説明できるとされている。骨格筋量は、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されたように、身体組成を算出する生体電気インピーダンス法（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ、以下単に「ＢＩＡ」ともいう）で推定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００２／０４３５８６号
【特許文献２】特開２０１４−６９０３０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｙｏｓｕｋｅ  Ｙａｍａｄａ、外６名、「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−  ｏｒ  ｍｕｌｔｉ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｐｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｓｋｅｌｅｔａｌ  ｍｕｓｃｌｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｅｌｄｅｒｌｙ．」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ、２０１３年、１１５（６）、ｐ．８１２−８１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特に高齢者を含む集団では、ＢＩＡで推定される骨格筋量と筋力との相関が低くなる傾向があり、最大でも筋力の個人差の約４０〜６０％程度しか説明できないことが非特許文献１に示されている。筋力を精度よく推定するためには、骨格筋量とともに、骨格筋細胞膜の性質及び骨格筋内組成を評価する必要がある。
【０００８】
骨格筋内組成の評価には、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）やＸ線コンピュータートモグラフィ（ＣＴ）などが使用できる。また、臨床現場における骨格筋量を評価するための標準的な方法としては、二重Ｘ線エネルギー吸収法（ＤＸＡ）が推奨されている。しかし、これらの方法の場合、大型の装置が必要であり、検査費用が高額で、測定できる施設も限られている。さらに、ＤＸＡで測定した骨格筋量は、老化に伴う筋力の低下の約２分の１〜３分の１程度しか説明できず、筋力との相関も高くない。このように、簡便に、かつ高精度に行動体力を推定することができないのが現状である。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、より簡便かつ高精度に行動体力を推定できる行動体力評価装置、行動体力評価装置の作動方法及びプログラム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】
【００１０】
本発明の第１の観点に係る行動体力評価装置は、
生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスと、細胞膜のキャパシタンスと、特徴周波数と、リアクタンスの最大値又は特徴周波数における位相角とを含むデータ及び行動体力に関する値の実測値に対する重回帰分析で得られた式に基づいて、被験者において測定された前記データから前記行動体力に関する値を推定する推定部を備え、
前記行動体力に関する値は、
筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つである。
【００１６】
本発明の第２の観点に係る行動体力評価装置の作動方法は、
推定部を備える行動体力評価装置の作動方法であって、
前記推定部は、
生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスと、細胞膜のキャパシタンスと、特徴周波数と、リアクタンスの最大値又は特徴周波数における位相角とを含むデータ及び行動体力に関する値の実測値に対する重回帰分析で得られた式に基づいて、被験者において測定された前記データから前記行動体力に関する値を推定するステップを行い、
前記行動体力に関する値は、
筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つである。
【００１７】
本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスと、細胞膜のキャパシタンスと、特徴周波数と、リアクタンスの最大値又は特徴周波数における位相角とを含むデータ及び行動体力に関する値の実測値に対する重回帰分析で得られた式に基づいて、被験者において測定された前記データから前記行動体力に関する値を推定する推定部、
として機能させ、
前記行動体力に関する値は、
筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、より簡便かつ高精度に行動体力を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】人体の生体電気インピーダンスの軌跡を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る行動体力評価装置の使用状態を模式的に示す図である。
【図３】図２に示す行動体力評価装置の構成を示すブロック図である。
【図４】行動体力推定処理のフローチャートを示す図である。
【図５】年齢と下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図６】年齢と算出した細胞内液量との関係を示す図である。
【図７】年齢と算出した総水分量に対する細胞内液量の割合との関係を示す図である。
【図８】年齢と細胞膜のキャパシタンスとの関係を示す図である。
【図９】年齢と特徴周波数との関係を示す図である。
【図１０】年齢と特徴周波数における位相角との関係を示す図である。
【図１１】細胞内液量と下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図１２】総水分量に対する細胞内液量の割合と下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図１３】細胞膜のキャパシタンスと下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図１４】特徴周波数と下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図１５】特徴周波数における位相角と下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図１６】トータルスコアと下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図１７】（Ａ）は膝関節伸展筋力と細胞内液量に対する細胞外液量の割合との関係を示す図である。（Ｂ）は歩行速度と細胞内液量に対する細胞外液量の割合との関係を示す図である。
【図１８】年齢とＤＸＡで求めた下肢除脂肪量との関係を示す図である。
【図１９】ＤＸＡで求めた下肢除脂肪量と下肢の筋パワーとの関係を示す図である。
【図２０】年齢と従来のＢＩＡで求めた骨格筋量との関係を示す図である。
【図２１】年齢と従来の生体電気インピーダンス分光法で求めた細胞内液量との関係を示す図である。
【図２２】年齢と従来の生体電気インピーダンス分光法で求めた細胞外液量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１について詳細に説明する。本実施の形態に係る行動体力評価装置１００は、生体の電気特性である生体電気インピーダンスを生体電気インピーダンス分光法（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＢＩＳ）で測定する。まず、生体電気インピーダンスについて説明する。
【００２１】
生体電気インピーダンスは、生体中を流れる電流に対する生体のレジスタンス（抵抗）と、細胞膜、組織界面又は非イオン化組織によって作り出される様々な種類の分極プロセスと関連したリアクタンスとから構成される。
【００２２】
生体を構成する細胞を取り囲む細胞膜は、電気的にはキャパシタンス（容量）の大きなコンデンサと見ることができる。よって、生体電気インピーダンスは、細胞外液区画のレジスタンス、細胞内液区画のレジスタンス及び細胞膜のキャパシタンスからなる集中定数による等価回路で説明される。
【００２３】
個々の細胞は、形状及び性質などの違いによって、それぞれ定数の異なる回路で表される。このため、細胞の集合体である生体についての生体電気インピーダンス軌跡は、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅの円弧則に従う円弧となるとされている。図１は、生体電気インピーダンスの軌跡Ｄを示す。リアクタンスの逆数であるキャパシタンスは、電流に時間的遅れをもたらし、位相のズレを作り出す。位相のズレは、レジスタンスに対するリアクタンスの比率の逆正接角、すなわち位相角（φ）として幾何学的に定量できる。
【００２４】
生体電気インピーダンス、レジスタンス、リアクタンス及びφとの間の幾何学的な関係は周波数に依存する。周波数が０Ｈｚの場合（ｆ０）、細胞膜と組織界面の生体電気インピーダンスは、電気を伝導するには高すぎる。このため、電気は細胞外液区画のみを流れ、測定される生体電気インピーダンスはレジスタンス（Ｒ０）である。周波数が増加するにしたがって、電流は細胞膜を貫通するようになり、リアクタンスが高くなってφを広げることになる。
【００２５】
リアクタンスが最大となる周波数を特徴周波数（ｆｃ）という。ｆｃを超えると、細胞膜と組織界面が容量性能力を失うようになり、リアクタンスが減少する。周波数が無限大（ｆｉｎｆ）では、生体電気インピーダンスはレジスタンス（Ｒｉｎｆ）となる。
【００２６】
生体電気インピーダンス法は、被験者の生体電気インピーダンスを測定し、Ｒ０、Ｒｉｎｆ、キャパシタンス、リアクタンス、ｆｃ及びφなどを求めることで、被験者の細胞外液量、細胞内液量及び体水分量などの体水分分布、あるいは体脂肪率、脂肪重量及び除脂肪重量などの体脂肪の状態などを推計する方法である。
【００２７】
次に、行動体力評価装置１００について説明する。図２は、行動体力評価装置１００の使用状態を模式的に示す。行動体力評価装置１００は、測定信号としてマルチ周波数電流を被験者の身体Ｍの下肢に流し、下肢を流れるマルチ周波数電流を検出する。さらに、行動体力評価装置１００は、身体Ｍの下肢の電圧を検出する。このようにして、行動体力評価装置１００は、身体Ｍの下肢に関する生体電気インピーダンスを取得することができる。
【００２８】
図３は、行動体力評価装置１００の構成を示す。行動体力評価装置１００は、入力装置１と、表示装置２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５と、マルチ周波数電流Ｉｂを身体Ｍに流す信号出力回路６と、身体Ｍを流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出する電流検出回路７と、身体Ｍにおける下肢の両端間の電圧Ｖｐを検出する電圧検出回路８と、４個の表面電極９〜１２と、を備える。入力装置１と、表示装置２と、ＲＯＭ３と、ＲＡＭ４と、ＣＰＵ５と、信号出力回路６と、電流検出回路７と、電圧検出回路８とは、装置内バスで接続されている。
【００２９】
入力装置１は、キーボード及びマウスなどを備える。入力装置１は、ユーザによって入力された被験者の身長、身体Ｍの任意の部位の長さ（以下、「セグメント長」ともいう）、体重、各種パラメータ、使用モード及び測定時間などのデータを入力する。入力装置１によって入力されたデータは、ＣＰＵ５に供給される。表示装置２は、カラー表示が可能な液晶表示パネルを備える。表示装置２は、入力装置１から入力されたデータ及びＣＰＵ５の演算結果などを表示する。
【００３０】
ＲＯＭ３は、各種初期設定、ハードウェアの検査およびプログラムのロードを行うための初期プログラムなどの各種プログラムを記憶する。ＲＯＭ３が記憶するプログラムは、例えば、生体電気インピーダンス算出プログラム、インピーダンス軌跡算出プログラムの他、上述のＲ０、Ｒｉｎｆ、キャパシタンス、リアクタンス、ｆｃ及びφなどを求めるプログラムである。
【００３１】
ＲＡＭ４は、各種データを一時記憶する。また、ＲＡＭ４には、ＣＰＵ５の作業領域が設定される。ＣＰＵ５は、各種演算処理を行う。ＣＰＵ５は、ＲＯＭ３に記憶されたプログラムをＲＡＭ４に読み出して、プログラムを実行制御することにより、以下で説明する機能を実現する。
【００３２】
信号出力回路６は、パラレルインタフェース６１と、測定信号発生器６２と、出力バッファ６３と、を備える。信号出力回路６は、表面電極９に接続される。測定信号発生器６２は、パラレルインタフェース６１を介してＣＰＵ５から所定の掃引周期で信号発生指示信号が供給されると、例えば１〜１０００ｋＨｚの範囲で任意の周波数間隔で段階変化する２５６の異なる周波数の測定信号（電流）Ｉａを、掃引回数にわたって繰り返し生成し、出力バッファ６３に入力する。
【００３３】
出力バッファ６３は、入力された測定信号Ｉａを定電流状態に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極９に送出する。表面電極９は、身体Ｍにおける上腿の体幹側の端付近に貼り付けられている。これにより、マルチ周波数電流Ｉｂが身体Ｍを流れることになる。
【００３４】
電流検出回路７は、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器７１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７２と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７３と、サンプリングメモリ７４と、を備える。電流検出回路７は、表面電極１０に接続される。Ｉ／Ｖ変換器７１は、身体Ｍにおける下腿の足首付近に貼り付けられた表面電極１０と表面電極９との間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出して電圧Ｖｂに変換する。Ｉ／Ｖ変換器７１は、電圧ＶｂをＢＰＦ７２に供給する。
【００３５】
ＢＰＦ７２は、入力された電圧Ｖｂのうち、１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器７３に供給する。Ａ／Ｄ変換器７３は、ＣＰＵ５が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの電圧Ｖｂをデジタルの電圧信号Ｖｂに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｂを電流データＶｂとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納する。サンプリングメモリ７４は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  ＲＡＭ）を備える。サンプリングメモリ７４は、ＣＰＵ５の要求に応じて、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号ＶｂをＣＰＵ５に送出する。
【００３６】
電圧検出回路８は、身体Ｍにおける下肢の両端間の電圧Ｖｐを検出する。電圧検出回路８は、差動増幅器８１と、ＢＰＦ８２と、Ａ／Ｄ変換器８３と、サンプリングメモリ８４と、を備える。電圧検出回路８は、表面電極１１及び表面電極１２に接続される。差動増幅器８１は、身体Ｍにおける下腿の足首付近に貼り付けられた表面電極１１と下腿の足首付近に貼り付けられた表面電極１２との間の電圧（電位差）Ｖｐを検出する。ＢＰＦ８２は、入力された電圧Ｖｐのうち、１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器８３に供給する。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換器８３は、ＣＰＵ５が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｐをデジタルの電圧信号Ｖｐに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｐを電圧データＶｐとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ８４に格納する。サンプリングメモリ８４は、ＳＲＡＭを備える。サンプリングメモリ８４は、ＣＰＵ５の要求に応じて、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号ＶｐをＣＰＵ５に送出する。
【００３８】
なお、ＣＰＵ５は、２つのＡ／Ｄ変換器７３、８３に対して同一のタイミングでデジタル変換指示を行う。
【００３９】
次に、ＣＰＵ５による演算処理について説明する。ＣＰＵ５は、サンプリングメモリ７４、８４に記憶された周波数毎の電流データ及び電圧データを順次読み出して、上述の生体電気インピーダンス算出プログラムを実行する。これにより、ＣＰＵ５は、各周波数についての被験者の生体電気インピーダンス、レジスタンス、リアクタンス及び位相角を算出する。さらに、ＣＰＵ５は、インピーダンス軌跡算出プログラムを実行し、これらの情報からインピーダンスの軌跡を算出する。そして、ＣＰＵ５は、インピーダンスの軌跡に基づいて、Ｒ０、Ｒｉｎｆ、キャパシタンス、リアクタンス、ｆｃ及びｆｃのときのφ及び理想的なＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットからの誤差量（ＳＥＥ）などを取得する。
【００４０】
より詳細には、ＣＰＵ５は、生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスを用いて行動体力に関する値を推定する推定部として機能する。ここで、行動体力とは、筋力、筋パワー、持久力及び柔軟性など行動の基礎となる身体的能力をいう。以下、ＣＰＵ５による演算処理の例を示す。
【００４１】
ＣＰＵ５は、生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスから算出される細胞内液量を用いて、次のように行動体力に関する値を推定する。より詳細には、下肢の細胞内液区画のレジスタンス（ＲＩＣＷ）は次の式より求められる。
ＲＩＣＷ＝１／（１／Ｒｉｎｆ−１／Ｒ０）  ・・・（１）
【００４２】
ここで、細胞内液量（ＩＣＷ）は、セグメント長としての下肢の長さ（Ｌ）及びＩＣＷの固有抵抗率（ρＩＣＷ）を用いて、次式で算出できる。
ＩＣＷ＝ρＩＣＷ・Ｌ２／ＲＩＣＷ  ・・・（２）
【００４３】
なお、Ｌは身長（Ｈ）と比例するため、比例定数（ｋ）とＨを用いて次の式でＩＣＷを求めることもできる。
ＩＣＷ＝ρＩＣＷ・ｋ・Ｈ２／ＲＩＣＷ  ・・・（３）
【００４４】
下肢においては、脂肪細胞内にはほとんど水が含まれないため、細胞内液は筋細胞量（ＭＣＭ）と比例する。よって、ＭＣＭは次の式で表現できる。
ＭＣＭ＝ｋ・ＩＣＷ  ・・・（４）
【００４５】
ＭＣＭは、行動体力に関する値、例えば、筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量などと関連する。よって、ＣＰＵ５は、レジスタンスから求めたＭＣＭに基づいて行動体力に関する値を推定する。
【００４６】
また、ＣＰＵ５は、生体電気インピーダンス法で得られたレジスタンスから算出される細胞外液量を用いて、次のように行動体力に関する値を推定する。詳細には、細胞外液区画のレジスタンス（ＲＥＣＷ）は次の式より求められる。
ＲＥＣＷ＝Ｒ０  ・・・（５）
【００４７】
ここで、細胞外液量（ＥＣＷ）は、Ｌ及びＥＣＷの固有抵抗率（ρＥＣＷ）を用いて、次式で算出できる。
ＥＣＷ＝ρＥＣＷ・Ｌ２／ＲＥＣＷ  ・・・（６）
【００４８】
なお、ＩＣＷと同様に、比例定数（ｋ）とＨを用いて次の式でＥＣＷを求めることもできる。
ＥＣＷ＝ρＥＣＷ・ｋ・Ｈ２／ＲＥＣＷ  ・・・（７）
【００４９】
このとき、総水分量（ＴＷ）は、次式で求められる。
ＴＷ＝ＥＣＷ＋ＩＣＷ  ・・・（８）
【００５０】
ここで、ＩＣＷ／ＴＷ、さらにＩＣＷ／ＥＣＷ及びＥＣＷ／ＴＷは、それぞれＭＣＭとは独立して、行動体力に関する値と関連する。よって、ＣＰＵ５は、レジスタンスから求めたＩＣＷ／ＴＷ、ＩＣＷ／ＥＣＷ及びＥＣＷ／ＴＷに基づいて行動体力に関する値を推定する。なお、上記では、ρＩＣＷ、ρＥＣＷ、Ｌ、ｋ、Ｈなどを用いてレジスタンスからＩＣＷ及びＥＣＷを求めたが、ＲＥＣＷ／ＲＩＣＷはＩＣＷ／ＥＣＷと比例するため、ＩＣＷ及びＥＣＷを計算せずに、ＲＥＣＷ／ＲＩＣＷを用いてもよい。
【００５１】
また、レジスタンスの他、細胞膜のキャパシタンス（Ｃｍ）、ｆｃ、リアクタンス及びφは、それぞれ行動体力に関する値に関連する。このため、ＣＰＵ５は、生体電気インピーダンス法で得られたＣｍ、リアクタンス、ｆｃ及びφからなる群から選択される少なくとも１つに基づいて、行動体力に関する値を推定することもできる。
【００５２】
より正確に行動体力に関する値を推定するために、ＣＰＵ５は、Ｃｍ、リアクタンス、ｆｃ及びφからなる群から選択される少なくとも１つと、さらにレジスタンスと、を用いて行動体力に関する値を推定する。この場合、例えば、ＣＰＵ５は、Ｃｍ、リアクタンス及びレジスタンスを用いて行動体力に関する値を推定する。
【００５３】
さらに正確に行動体力に関する値を推定するために、ＣＰＵ５は、レジスタンスと、Ｃｍと、ｆｃと、リアクタンスの最大値（Ｘｃ、すなわち、ｆｃにおけるリアクタンス）又はｆｃにおけるφと、を用いて、行動体力に関する値を推定する。具体的には、筋パワー（ＭＰ）、筋力（ＭＳ）、歩行速度（ＧＳ）、椅子立ち上がり能力（ＣＳ）、階段昇降能力（ＳＣ）、最大酸素摂取量（ＶＯ２  ｍａｘ）は、それぞれ以下の式で求められる。
ＭＰ＝ｋ１１・ＭＣＭ＋ｋ１２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ１３・Ｃｍ＋ｋ１４・ｆｃ＋ｋ１５・Ｘｃ  ・・・（９）
ＭＳ＝ｋ２１・ＭＣＭ＋ｋ２２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ２３・Ｃｍ＋ｋ２４・ｆｃ＋ｋ２５・Ｘｃ  ・・・（１０）
ＧＳ＝ｋ３１・ＭＣＭ＋ｋ３２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ３３・Ｃｍ＋ｋ３４・ｆｃ＋ｋ３５・Ｘｃ  ・・・（１１）
ＣＳ＝ｋ４１・ＭＣＭ＋ｋ４２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ４３・Ｃｍ＋ｋ４４・ｆｃ＋ｋ４５・Ｘｃ  ・・・（１２）
ＳＣ＝ｋ５１・ＭＣＭ＋ｋ５２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ５３・Ｃｍ＋ｋ５４・ｆｃ＋ｋ５５・Ｘｃ  ・・・（１３）
ＶＯ２  ｍａｘ＝ｋ６１・ＭＣＭ＋ｋ６２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ６３・Ｃｍ＋ｋ６４・ｆｃ＋ｋ６５・Ｘｃ  ・・・（１４）
【００５４】
この際、ＭＣＭの代わりにＩＣＷまたは１／ＲＩＣＷ、ＩＣＷ／ＴＷの代わりにＩＣＷ／ＥＣＷ、ＥＣＷ／ＴＷまたはＲＥＣＷ／ＲＩＣＷ、Ｘｃの代わりにφを用いてもよい。また、ヒトの場合、ｆｃが３０〜１００ｋＨｚとなることから、ＣＰＵ５は、当該範囲の任意の周波数、例えば、５０ｋＨｚの周波数におけるリアクタンスまたはφを用いて行動体力に関する値を推定してもよい。
【００５５】
上記の式（９）に示すｋ１１〜ｋ１５は、複数の被験者について筋パワー及び生体電気インピーダンスを測定し、測定で得られたデータに対して重回帰分析を行うことで得られる。上記の式（１０）〜（１４）に示すｋ２１〜ｋ２５、ｋ３１〜ｋ３５、ｋ４１〜ｋ４５、ｋ５１〜ｋ５５、ｋ６１〜ｋ６５についても同様に、行動体力に関する値の実測値と生体電気インピーダンスのデータに基づいて得られる。行動体力に関する値の実測値と生体電気インピーダンスのデータは、ＲＯＭ３に格納されている。ＣＰＵ５は、必要に応じて、ＲＯＭ３から当該データを読み出してｋ１１〜ｋ１５などを算出する。なお、あらかじめ算出されたｋ１１〜ｋ１５などをＲＯＭ３に格納しておいてもよい。
【００５６】
続いて、行動体力評価装置１００の動作のフローについて説明する。ここでは、図４を参照しながら、身体Ｍの下肢の筋パワーを求める場合のフローについて例示する。まず、表示装置２が初期画面を表示する（ステップＳ１）。初期画面には、行動体力評価装置１００が推定する行動体力に対応する使用モードのリストが表示される。
【００５７】
ＣＰＵ５は、ユーザによって使用モードが選択されるのを待つ（ステップＳ２；Ｎｏ）。ユーザが入力装置１を介して、「筋パワー」に対応する使用モードを選択すると（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５は、セグメント長を入力するための画像を表示装置２に表示する（ステップＳ３）。続いて、ＣＰＵ５は、ユーザによって身体Ｍの下肢のセグメント長が入力されるのを待つ（ステップＳ４；Ｎｏ）。ユーザが入力装置１を介して、セグメント長を入力すると（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５は、身体Ｍの下肢の生体電気インピーダンスを取得する（ステップＳ５）。
【００５８】
ＣＰＵ５は、身体Ｍの下肢の生体電気インピーダンスに基づいて、筋パワーを推定する（ステップＳ６）。さらに、ＣＰＵ５は、推定した筋パワーを表示装置２に表示する（ステップＳ７）。
【００５９】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る行動体力評価装置１００によれば、骨格筋内の組成及び骨格筋細胞膜の電気的性質を用いて行動体力に関する値を推定するため、より簡便かつ高精度に行動体力を推定できる。行動体力評価装置１００は、行動体力に関する値を推定できるため、行動体力をより客観的に評価できる。
【００６０】
また、行動体力に関する値は、筋パワー、筋力、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量からなる群から選択される少なくとも１つであってもよいこととした。筋パワー及び筋力を測定するためには、被験者が実際に最大の力を発揮する必要がある。このため、関節に痛みがある場合に危険があることや、最大の力を発揮する際には血圧が上昇するため心疾患及び脳血管疾患などを発症するリスクがある。これに対し、行動体力評価装置１００によれば、被験者が安静状態における生体電気インピーダンスを取得することで、筋パワー及び筋力を推定できるため、安全性が高い。
【００６１】
また、歩行速度、椅子立ち上がり能力、階段昇降能力及び最大酸素摂取量を推定できれば、高齢者、疾患者、スポーツ選手、子どもの適切な栄養摂取状況あるいは運動実施状況などを評価できる。さらに、パフォーマンスの予測、又は将来の寝たきりリスクをはじめとする様々な疾病リスク及び死亡リスクの評価につなげることができる。加えて、高齢者のサルコペニアやカヘキシア、消耗性疾患による筋量減少、あるいはロコモーティブシンドロームの早期診断に使用できる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、ＢＩＳを用いて行動体力に関する値を推定したが、多周波数生体電気インピーダンス分析法（ＭｕｌｔｉＦｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、ＭＦＢＩＡ）又は生体電気インピーダンスベクトル法（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、ＢＩＶＡ）を用いても行動体力に関する値を推定できる。例えば、ＭＦＢＩＡを用いて、上述の下肢の細胞内液区画のレジスタンスＲＩＣＷは次の式より求められる。
ＲＩＣＷ＝１／（１／Ｒｈｉｇｈ−１／Ｒｌｏｗ）  ・・・（１５）
【００６３】
ここで、ＲｈｉｇｈとＲｌｏｗは、ＭＦＢＩＡにおける任意の２つの周波数におけるレジスタンスである。例えば、２つの周波数における高周波数は１００〜１０００ｋＨｚで、低周波数は１〜５０ｋＨｚである。より具体的には、高周波数は２５０ｋＨｚで、低周波数は５ｋＨｚである。
【００６４】
また、ＭＦＢＩＡを用いて、上述のＲＥＣＷが次の式より求められる。
ＲＥＣＷ＝Ｒｌｏｗ  ・・・（１６）
【００６５】
なお、ｆｃにおけるＸｃまたはφの値も独立して行動体力に関する値と関連している。よって、これらの値からもそれぞれ行動体力に関する値を推定できる。また、行動体力評価装置１００は、ＲＩＣＷ、ＲＥＣＷ、ＩＣＷ、ＥＣＷ、ＴＷ、Ｃｍ、ｆｃ、ｆｃにおけるＸｃまたはφの値などを算出するための使用モードを提供してもよい。
【００６６】
ＭＣＭ、ＩＣＷ／ＴＷ、Ｃｍ、ｆｃ及びＸｃは、骨格筋内脂肪（細胞外脂肪及び細胞内脂肪）、筋線維タイプ（Ｔｙｐｅ１（遅筋線維）及びＴｙｐｅ２（速筋線維））、結合組織浸潤量並びに浮腫などの骨格筋内組成、さらには、骨格筋の電気興奮性とも関連している。よって、行動体力評価装置１００は、骨格筋内組成及び骨格筋の電気興奮性についても推定できる。
【００６７】
さらに、加齢に伴って発育発達期には筋が発達し、成人期以降では筋の老化が生じる。ＭＣＭ、ＩＣＷ／ＴＷ、Ｃｍ、ｆｃ及びＸｃは、それぞれ年齢とも相関を示すため、行動体力評価装置１００は、筋肉年齢を算出することもできる。
【００６８】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、実施例は本発明を限定するものでない。
【実施例】
【００６９】
（実施例１）
まず、年齢の判明している男性１３人及び女性４４人から構成される被験者について、下肢の筋パワーとして、最大努力下の垂直跳び中の地面反力を床反力計（Ｌｅｏｎａｒｄｏ  Ｍｅｃｈａｎｏｇｒａｐｈ；Ｎｏｖｏｔｅｃ  Ｍｅｄｉｃａｌ、Ｐｆｏｒｚｈｅｉｍ社製）を用いて計測した。一方、同じ被験者について、ＳＦＢ７（ＩｍｐｅｄｉＭｅｄ社製）を用いたＢＩＳにより下肢をセグメントとする生体電気インピーダンスを取得した。測定した下肢の長さＬと上記式（１）、（２）、（５）、（６）及び（８）とに基づいて、各被験者のＩＣＷ及びＴＷを算出した。さらに、生体電気インピーダンスよりＣｍ、ｆｃ、ｆｃのときのφを求めた。
【００７０】
（結果）
図５は、年齢に対する下肢の筋パワーを示す。筋パワーは、老化に伴って男性では１０年間で１３．１％、女性では１１．１％ずつ低下する。
【００７１】
図６は、年齢に対する下肢のＩＣＷ  ｉｎｄｅｘを示す。下肢のＩＣＷは、男性では１０年間で１１．５％低下し、女性では９．２％低下した。下肢のＩＣＷによって筋パワーの加齢変化の約８５％を説明できる。図７は、年齢に対する下肢のＩＣＷ／ＴＷを示す。ＩＣＷ／ＴＷは年齢と非常に強く相関する。また、図８〜１０に示すように、Ｃｍ、ｆｃ及びｆｃのときのφと年齢との間には、それぞれ有意な相関が認められた。
【００７２】
図１１は、ＩＣＷ  ｉｎｄｅｘに対する下肢の筋パワーを示す。ＩＣＷと筋パワーとの間には相関があり、ＩＣＷは、筋力の個人差の約６５〜７７％を説明する。図１２に示すように、ＩＣＷ／ＴＷと筋パワーとの間にも、有意な相関が認められた。図１３〜１５に示すように、Ｃｍ、ｆｃ及びｆｃのときのφと筋パワーとの間には、それぞれ有意な相関が認められた。
【００７３】
次に、ＩＣＷ、ＩＣＷ／ＴＷ、Ｃｍ、ｆｃ、ｆｃのときのφを組み合わせた指標であるトータルスコア（ＴＳ）を次の式で求めた。
ＴＳ＝ｋ７１・ＩＣＷ＋ｋ７２・ＩＣＷ／ＴＷ＋ｋ７３・Ｃｍ＋ｋ７４・ｆｃ＋ｋ７５・φ  ・・・（１７）
【００７４】
ＴＳに対する筋パワーを図１６に示す。ＴＳは筋パワーの個人差の７７〜８０％を説明する。
【００７５】
（実施例２）
高齢者４０５名を被験者として、膝関節伸展筋力及び歩行速度と、ＥＣＷ／ＩＣＷとの関係を調べた。まず、被験者について大腿部をセグメントとする生体電気インピーダンスを、ＳＦＢ７（ＩｍｐｅｄｉＭｅｄ社製）を用いて取得した。被験者の膝関節伸展筋力は、テンションメーターＴ．Ｋ．Ｋ．５７１０ｅを片脚用筋力測定台Ｔ．Ｋ．Ｋ．５７１５（ともに竹井機器工業社製）に装着し実測した。詳細には、片方の足首をＴ．Ｋ．Ｋ．５７１５付属の足ベルトで固定し、椅子に深く腰掛け、膝関節を９０度に保った状態で、被験者が膝関節伸展動作を最大努力で５秒間実施した。左右交互に２回ずつ実施し、左右の各最大値の左右平均を求めた。また、歩行速度は、１０ｍ区間の被験者の歩行において、加速期２ｍと減速期２ｍを除いた中間６ｍの定常区間の歩行時間を計測することで求めた。次に、測定した下肢の長さＬと上記式（１）、（２）、（５）及び（６）とに基づいて、各被験者のＩＣＷ及びＥＣＷを算出した。
【００７６】
（結果）
図１７（Ａ）は、大腿部のＥＣＷ／ＩＣＷに対する膝関節伸展筋力を示す。大腿部のＥＣＷ／ＩＣＷと膝関節伸展筋力との間には有意な相関が認められた。一方、図１７（Ｂ）は、大腿部のＥＣＷ／ＩＣＷに対する歩行速度を示す。大腿部のＥＣＷ／ＩＣＷと歩行速度との間にも有意な相関が認められた。ＥＣＷ／ＩＣＷのみならず、上述のトータルスコアによって、筋力及び歩行速度も推定できる。
【００７７】
（比較例１）
実施例１と同じ被験者について、ＤＸＡで下肢除脂肪量を評価した。ＤＸＡによる下肢除脂肪量の評価は、Ａ  Ｌｕｎａｒ  ｉＤＸＡ（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社製）装置とｅｎＣＯＲＥソフトウェア（ｖｅｒｓｉｏｎ  １３．３１）を用いて、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ（ＩＳＣＤ）認定を受けた技術者が行った（Ｋｒｕｅｇｅｒ，Ｄ、外６名、「Ａ  ＤＸＡ  Ｗｈｏｌｅ  Ｂｏｄｙ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｒｏｓｓ−Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  Ｗｉｔｈ  Ｈｕｍａｎｓ，Ｓｐｉｎｅ，ａｎｄ  Ｗｈｏｌｅ  Ｂｏｄｙ  Ｐｈａｎｔｏｍｓ．」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ、２０１５年、１９（２）、ｐ．２２０−２２５及びＢｕｅｈｒｉｎｇ  Ｂ、外７名、「Ｄｕａｌ−ｅｎｅｒｇｙ  Ｘ−ｒａｙ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｍｅｔｒｙ  ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｒｅｇｉｏｎａｌ  ｂｏｄｙ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｃｈａｎｇｅ：ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ  ａｎｄ  ｇｅｎｄｅｒ  ｉｎ  ａｔｈｌｅｔｅｓ．」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ、２０１４年、１７（１）、ｐ．１２１−１２８）。
【００７８】
（結果）
図１８は、年齢に対するＤＸＡで求めた下肢除脂肪量を示す。ＤＸＡによる下肢除脂肪量は老化にともなって、１０年間で男性では７．２％、女性では４．８％ずつしか低下せず、老化に伴う筋力及び筋パワーの低下の約２分の１〜３分の１程度しか説明できない。図１９は、ＤＸＡで求めた下肢除脂肪量に対する実測した下肢の筋パワーを示す。ＤＸＡで求めた下肢除脂肪量は、筋力の個人差の約４０〜６０％程度しか説明できない。
【００７９】
（比較例２）
実施例１と同じ被験者について、従来のＢＩＡで骨格筋量を求めた。より詳細には、被験者の手首−足首間の５０ｋＨｚのレジスタンスを四電極法にて計測し、次の式（１８）で骨格筋量を算出した（Ｊａｎｓｓｅｎ，Ｉ、外３名、「Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｋｅｌｅｔａｌ  ｍｕｓｃｌｅ  ｍａｓｓ  ｂｙ  ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ．」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ、２０００年、８９、ｐ．４６５−４７１）。なお、「Ｈｔ」は身長（ｃｍ）、「Ｒ」はレジスタンス（Ω）である。「ｇｅｎｄｅｒ」は、男子の場合が「１」、女性の場合が「０」である。「ａｇｅ」は年齢（歳）である。
骨格筋量＝［（Ｈｔ２／Ｒ×０．４０１）＋（ｇｅｎｄｅｒ×３．８２５）＋｛ａｇｅ×（−０．０７１）｝］＋５．１０２  ・・・（１８）
【００８０】
（結果）
図２０は、年齢に対する従来のＢＩＡで求めた骨格筋量を示す。従来のＢＩＡで求めた骨格筋量は、老化に伴う筋力や筋パワーの低下をほとんど説明できない。
【００８１】
（比較例３）
実施例１と同じ被験者について、従来のＢＩＳでＩＣＷ及びＥＣＷを求めた。より詳細には、ＥＣＷを下記の式（１９）で求め、さらに、下記の式（２０）で算出したＴＷからＥＣＷを減じてＩＣＷを算出した。
【００８２】
【数１】
0006709462.tif 000002
【００８３】
【数２】
0006709462.tif 000003
【００８４】
なお、ρＥＣＷは細胞外液の固有抵抗率（３９．０Ωｃｍ）、ρＴＷは総水分量の固有抵抗率（９０．９Ωｃｍ）、Ｗは体重、Ｈは身長、Ｒ０は細胞外液のレジスタンス（推定値）、Ｒｉｎｆは周波数が無限大時のレジスタンス（推定値）、ＫＢは体格補正値、及びＤｂは身体密度を示す。
【００８５】
（結果）
図２１は、年齢に対する従来のＢＩＳで求めたＩＣＷを示す。従来のＢＩＳで求めたＩＣＷは、老化に伴う筋力及び筋パワーの低下をほとんど説明できない。図２２は、年齢に対する従来のＢＩＳで求めたＥＣＷを示す。ＥＣＷは加齢に伴って変化しない。
【００８６】
上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００８７】
１  入力装置
２  表示装置
３  ＲＯＭ
４  ＲＡＭ
５  ＣＰＵ
６  信号出力回路
７  電流検出回路
８  電圧検出回路
９、１０、１１、１２  表面電極
６１  パラレルインタフェース
６２  測定信号発生器
６３  出力バッファ
７１  電流／電圧変換器
７２、８２  バンドパスフィルタ
７３、８３  アナログ／デジタル変換器
７４、８４  サンプリングメモリ
８１  差動増幅器
１００  行動体力評価装置
【図１】
0006709462.tif 000004
【図２】
0006709462.tif 000005
【図３】
0006709462.tif 000006
【図４】
0006709462.tif 000007
【図５】
0006709462.tif 000008
【図６】
0006709462.tif 000009
【図７】
0006709462.tif 000010
【図８】
0006709462.tif 000011
【図９】
0006709462.tif 000012
【図１０】
0006709462.tif 000013
【図１１】
0006709462.tif 000014
【図１２】
0006709462.tif 000015
【図１３】
0006709462.tif 000016
【図１４】
0006709462.tif 000017
【図１５】
0006709462.tif 000018
【図１６】
0006709462.tif 000019
【図１７】
0006709462.tif 000020
【図１８】
0006709462.tif 000021
【図１９】
0006709462.tif 000022
【図２０】
0006709462.tif 000023
【図２１】
0006709462.tif 000024
【図２２】
0006709462.tif 000025