(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測方法であって、
通電用の第１電極及び第２電極を所定間隔離間して配置し、前記通電用の第１電極及び第２電極を結ぶ直線の延長線上で前記通電用の第１電極に近接した第１部位に計測用の第１電極を配置するとともに、前記通電用の第１電極及び第２電極との間の離間距離と等離間距離を保ち、かつ前記通電用の第１電極及び前記計測用の第１電極を挟んで前記通電用の第２電極と前記延長線上で対向する第２部位に計測用の第２電極を配置し、
前記通電用の第１電極及び第２電極を生体の表面に当着して、該生体の内部に高周波電流を流し、
該高周波電流に応じて前記第１部位と前記第２部位との間に生じる電位差を測定し、
該電位差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記通電用の第１電極の当着部位の直下の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスを算出する、
ことを特徴とする生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項２】
生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測装置であって、
ａ）通電用の第１電極及び第２電極と、
ｂ）該通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に高周波電流を流す高周波電流供給手段と、
ｃ）計測用の第１電極及び第２電極と、
ｄ）前記高周波電流に応じて前記計測用の第１電極、第２電極間に生じる電位差を測定する電圧測定手段と、
ｅ）該電位差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記通電用の第１電極の当着部位の直下の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスを算出する算出手段と、
を備え、
前記通電用の第１電極及び第２電極を所定間隔離間して配置し、前記通電用の第１電極及び第２電極を結ぶ直線の延長線上で前記通電用の第１電極に近接して前記計測用の第１電極を配置するとともに、前記通電用の第１電極及び第２電極との間の離間距離と等離間距離を保ち、かつ前記通電用の第１電極及び前記計測用の第１電極を挟んで前記通電用の第２電極と前記延長線上で対向するように前記計測用の第２電極を配置する
ことを特徴とする生体電気インピーダンス計測装置。
【請求項３】
前記電位差の測定は、生体表面にあって前記第１部位に当着した計測用の第１電極と、前記第２部位に当着した計測用の第２電極との間の電圧を得ることであることを特徴とする請求項１記載の生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項４】
前記電位差の測定は、生体表面にあって前記第１部位及び第２部位以外の第３部位に設けた電極を基準とし、第１部位と第３部位との間の電圧、第２部位と第３部位との間の電圧をそれぞれ測定し、その両者の電圧差を算出して得ることであることを特徴とする請求項１記載の生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項５】
生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測方法であって、
所定間隔離間して生体の表面に当着した通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に高周波電流を流す第１の測定モードと、
生体表面であって前記通電用の第１電極と第２電極とを結ぶ直線の、該第１電極側の延長線上に当着した第３電極と該第２電極とを通して生体内部に高周波電流を流す第２の測定モードとを有し、
前記通電用の第１電極に近接した部位と、前記通電用の第２電極の当着部位との間に生じる電圧を、第１及び第２の測定モードに対してそれぞれ測定して、その両者の電圧差を計算し、
該電圧差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記通電用の第１電極の当着部位の直下の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスを算出する、
ことを特徴とする生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項６】
生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測装置であって、
ａ）通電用の第１電極及び第２電極、並びに、生体表面であって該第１電極と該第２電極とを結ぶ直線の、該第１電極側の延長線上に当着した第３電極と、
ｂ）第１の測定モードでは、通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に高周波電流を流し、第２の測定モードでは、通電用の第２電極及び第３電極を通して生体内部に高周波電流を流す高周波電流供給手段と、
ｃ）計測用の第１電極及び第２電極と、
ｄ）該計測用の第１電極、第２電極間に生じる電圧を第１及び第２の測定モードに対してそれぞれ測定するとともに、両者の電圧差を求める電圧測定手段と、
ｅ）該電圧差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記通電用の第１電極の当着部位の直下の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスを算出する算出手段と、
を備え、
前記通電用の第１電極及び第２電極を所定間隔離間して配置し、前記通電用の第１電極及び第２電極を結ぶ直線の延長線上で前記通電用の第１電極に近接して前記計測用の第１電極を配置するとともに、前記通電用の第１電極及び第２電極との間の離間距離と等離間距離を保ち、かつ前記通電用の第１電極及び前記計測用の第１電極を挟んで前記通電用の第２電極と前記延長線上で対向するように前記計測用の第２電極を配置する
ことを特徴とする生体電気インピーダンス計測装置。
【請求項７】
通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に電流を流して計測用の第１電極、第２電極間の電圧を測定する第１の測定と、
計測用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に電流を流して通電用の第１電極、第２電極間の電圧を測定する第２の測定とを実行し、
第１の測定及び第２の測定の結果を用いて、通電用の第１電極及び計測用の第１電極の直下の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスの算出精度を高めることを特徴とする請求項３記載の生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項８】
通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に電流を流して計測用の第１電極、第２電極間の電圧を測定する第１の測定と、
計測用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に電流を流して通電用の第１電極、第２電極間の電圧を測定する第２の測定とを実行し、
第１の測定及び第２の測定の結果を用いて、通電用の第１電極、第２電極間、及び計測用の第１電極、第２電極間の直下深部における水平方向の生体電気インピーダンスの相違を求めることを特徴とする請求項３記載の生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項９】
前記計測用の第１電極と第２電極との間に一以上の他の計測用の電極を配置し、これら各電極間の電圧を測定することにより、前記通電用の第１電極の当着部位の直下の深さ方向の深さ位置の相違する領域の生体電気インピーダンスを計測することを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載の生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項１０】
前記計測用の第１電極と第２電極との間に一以上の他の計測用の電極を設けたことを特徴とする請求項２に記載の生体電気インピーダンス計測装置。
【請求項１１】
前記計測用の第１電極と第２電極との間に一以上の他の電極を配置し、電流を供給するための電極と電圧を計測するための電極とを前記一以上の他の電極にあって順次ずらして設定することにより、前記計測用の第１電極と第２電極との間での直下の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスの分布を計測することを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載の生体電気インピーダンス計測方法。
【請求項１２】
前記計測用の第１電極と第２電極との間に一以上の他の電極を配置し、電流を供給するための電極と電圧を計測するための電極とを前記一以上の他の電極にあって順次ずらして設けたことを特徴とする請求項２に記載の生体電気インピーダンス計測装置。
【請求項１３】
前記通電用の複数の電極と計測用の複数の電極とを同一のシート状部材の一面に形成し、該シート状部材を生体の表面に貼着して計測を行うようにしたことを特徴とする請求項２、６、１０、１２のいずれかに記載の生体電気インピーダンス計測装置。
【請求項１４】
請求項２、６、１０、１２、１３のいずれかに記載の生体電気インピーダンス計測装置を用いた健康管理指針アドバイス装置であって、
前記深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスの計測値を基に被検者の身体組成に関する情報を推定する身体組成推定手段と、
該推定された身体組成に関する情報を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする健康管理指針アドバイス装置。
【請求項１５】
通電用の複数の電極及び計測用の複数の電極を生体に密着する面内に配置し、該面を一面とする筐体内部に、前記高周波電流供給手段、電圧測定手段、算出手段、身体組成推定手段を内蔵し、前記生体への密着面以外の面に前記表示手段の表示部を備えたことを特徴とする請求項１４記載の健康管理指針アドバイス装置。
【請求項１６】
前記身体組成推定手段は生体電気インピーダンスの計測値を基に被検者の皮下脂肪層の厚さを推算する手段であり、前記表示手段は該推算された脂肪厚を表示する手段であることを特徴とする請求項１４又は１５記載の健康管理指針アドバイス装置。
【請求項１７】
請求項２、６、１０、１２、１３のいずれかに記載の生体電気インピーダンス計測装置を用いた健康管理指針アドバイス装置であって、
被検者の体表面の所定部位に当着した複数の電極を通して四肢及び／又は体幹の長手方向に電流を流し、その内側の所定部位に当着した電極間の電圧を測定してその長手方向の生体電気インピーダンスを計測する、四電極法による主計測手段と、
該主計測手段による生体電気インピーダンスの計測値、身体特定化情報、及び前記生体電気インピーダンス計測装置による生体の深さ方向の所定領域の生体電気インピーダンスの計測値を基に前記被検者の身体組成を推定する身体組成推定手段と、
を備えたことを特徴とする健康管理指針アドバイス装置。
【請求項１８】
前記主計測手段の複数の電極の少なくとも一部を、前記生体電気インピーダンス計測装置の通電用又は計測用の複数の電極と兼用することを特徴とする請求項１７記載の健康管理指針アドバイス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間や家畜等の動物の生体の内部組織である脂肪組織、筋肉組織、骨組織等に関する各種生体情報を取得するための、生体電気インピーダンス計測方法、及び該方法を利用した計測装置、並びに該計測装置を用いた健康指針管理アドバイス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、肥満等の健康管理のためには専ら体重測定を行うことが一般的であったが、近年、単に体格上の肥満のみならず、肥満を測る一つの指標として、皮下脂肪や内臓脂肪などの体脂肪の量や体重に対する体脂肪の割合を示す体脂肪率が注目されている。
【０００３】
初期の体脂肪測定は、被検者が全身を水中に没して水中体重を測定し、比重を求めるといった大掛かりなものであった。これに対し、近年、従来の方法により得られる結果と相関の高い結果を推計可能な、簡易な計測方法がいくつか提案されている。これら計測方法には、超音波を利用したもの、近赤外線を利用したものもあるが、最近一般的なのは、生体電気インピーダンス（Bioelectrical Impedance）を利用したものである。
【０００４】
従来、広く行われている生体電気インピーダンス計測は、いわゆる四電極法と呼ばれる測定原理に基づいたものである。そこで、この四電極法による生体電気インピーダンス計測方法について、図２７を参照しつつ説明する。
【０００５】
この方法では、二個一組の通電用電極１ａ、１ｂと、同じく二個一組の計測用電極２ａ、２ｂとを用い、二個の通電用電極１ａ、１ｂの内側に二個の計測用電極２ａ、２ｂが位置するように生体５の表面に密着して設ける。通電用電極１ａ、１ｂ間には高周波電流源３を接続し、生体５の内部に一定の高周波電流ｉを流す。これによって発生する電圧（電位差）を、計測用電極２ａ、２ｂ間に接続した検知器４により測定する。生体５の内部が均質であれば、通電用電極１ａ、１ｂから離れた位置での電流分布はほぼ一様になっていると考えられるので、計測用電極２ａ、２ｂをそれぞれ或る程度以上、通電用電極１ａ、１ｂから離して配置することによって、生体深部に水平方向に延在する部位５ａに対応する生体電気インピーダンスを得ることができる。また、検知器４の入力インピーダンスを計測用電極２ａ、２ｂのインピーダンスよりも充分に高くすることにより、電極インピーダンスの影響を除去した正確な測定が行えるという利点を有する。
【０００６】
このような四電極法による生体電気インピーダンス計測を利用した身体組成計測装置としては、種々のものが文献に記載されているとともに、実際に市販されている。例えば特開平７−５１２４２号公報には、両手で握持するグリップのそれぞれに通電用電極及び計測用電極を配置し、被検者が該グリップを握持した際に、両手の指側に通電用電極が密着し、両手の手首側に計測用電極が密着するように構成し、これによって取得した生体電気インピーダンスに基づいて体内脂肪、除脂肪量、体脂肪率、体内水分量、基礎代謝量等の各種生体情報を推計する装置が開示されている。また、特公平５−４９０５０号公報には、被検者が両足を載せたときに両足の裏側に電極が密着する構成とし、体重と体脂肪とを同時に計測できるようにした装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、四電極法による生体電気インピーダンス計測は簡便であるわりには精度が高いため、現在広く利用されている。しかしながら、図２７で明らかなように、この計測方法は、生体５の内部にあって二個の計測用電極２ａ、２ｂで挟まれる広い領域、換言すれば、生体５の表面にほぼ平行に延伸する方向に沿った生体内部組織層の並列構成の生体電気インピーダンスを測定するものである、という原理的な制約がある。そのため、例えば、局部的な皮下脂肪の厚さ、内臓脂肪の厚さ、といった生体表面直下の深さ方向（つまり生体内部組織層の断面方向）の生体情報を取得することは実質的に不可能であった。
【０００８】
また、上述したような四電極法による生体電気インピーダンス計測を利用した身体組成計測装置では、両手間、両足間、又は手と足との間、を電流経路とした生体電気インピーダンスを測定して除脂肪量を推定し、更に身長や体重といった体格に関する補助データを利用して体脂肪率を推定している。このような装置では、脚部や腕部と比較して断面積が数十倍大きな腹部が電流経路の一部となっているため、生体電気インピーダンスに対する脚部や腕部の寄与が相対的に大きく、逆に、腹部の皮下脂肪、腹腔内脂肪（内臓脂肪）の寄与が低い。そのため、腹部の皮下脂肪、腹腔内脂肪の増減が結果に現れにくく、結果として信頼性を欠くことになっている。
【０００９】
上述したような生体表面直下の深さ方向の生体情報は生体電気インピーダンス計測に依らず、Ｘ線ＣＴスキャン、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）等の他の装置により得ることができる。しかしながら、このような装置はたいへんに大掛かりで且つ高価なものである。また、計測のための拘束時間も長く、被検者に身体的、精神的及び経済的に大きな負担を強いるものである。更にまた、一般の人が健康管理・健康維持のために日常的に使用することができるものではない。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その主たる目的とするところは、被検者に対し、現在実用化されている四電極法による生体電気インピーダンス計測と同程度の負担しか与えず、従来方法では測定が困難であった生体内部の深さ方向の生体電気インピーダンスを計測することができる生体電気インピーダンス計測方法及び計測装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、生体内部の深さ方向の生体電気インピーダンスの計測結果を利用して、皮下脂肪厚、筋肉組織の脂肪化（いわゆる霜降り化現象）、骨組織の強度や厚さ（皮質骨密度、海面骨密度等）、骨内部骨髄細胞の脂肪化等、従来は簡易的に測定ができなかった各種生体情報を取得して、被検者や検査者に提示することができるような計測装置を提供することである。
【００１２】
更に、本発明の他の目的は、従来の四電極法を利用した身体組成計測装置の精度を向上させ、有用性の高い健康管理への指針情報を提示することができる健康管理指針アドバイス装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述したように従来の四電極法では、通電用電極を計測用電極から離間して当着することにより、高周波電流ができるだけ理想的に、つまり充分に広がり且つ一様に生体内部を通過するようにしている。本願発明者は、生体電気インピーダンスの計測方法に関して長年研究を続ける過程で、このような従来の方法とは全く逆の発想でもって、通電用電極の略直下にあって電流が生体表面にほぼ直交する方向に進行する部分、つまり電流経路が略水平になるよりも浅い部分での電位差を測定する点に着目した。
【００１４】
そして、このような電位差を測定するために、
（１）一方の通電用電極をその直下で生体の深さ方向に電流密度が集中するように構成し、この通電用電極近傍に計測用電極を配置することによって、その通電用電極当着部位と略同等の電圧を測定すること、
及び、
（２）生体表面から深さ方向に流れる電流によって生体内部に等電位面が形成されるから、その等電位面が生体表面に露出している個所に計測用電極を配置することにより深さ方向の或る位置での電圧と略同等の電圧を測定すること、
若しくは、
（３）計測用電極を（１）の位置に維持したまま、その近傍に配置した上記通電用電極を遠くに離間させることにより、その計測用電極直下の深さ方向の或る位置での電圧と略同等の電圧を測定すること、
に想到し、（１）及び（２）、又は（１）及び（３）の組み合わせにより、深さ方向に延在する所定部位の上下両端の電位差を得て、この電位差と電流とから生体電気インピーダンスを算出する、という新規な生体電気インピーダンス計測方法を得るに到った。
【００１５】
すなわち、本発明に係る生体電気インピーダンス計測方法は、生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測方法であって、
小さな接触面積を有する第１電極、及び第２電極を含む一組の通電用電極を、所定間隔離間して生体の表面に当着して、該生体の内部に高周波電流を流し、
該高周波電流に応じて、生体表面であって前記第１電極の近傍の第１部位と、該第１部位から所定距離又はそれ以上離間した第２部位との間に生じる電位差を測定し、
該電位差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記第１電極の当着部位及びその近傍の略直下の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出する、
ことを特徴としている。
【００１６】
また、上記計測方法を具現化する本発明に係る生体電気インピーダンス計測装置は、生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測装置であって、
ａ）所定間隔離間して生体表面に当着される、電流密度を集中すべく小さな接触面積を有する第１電極、及び第２電極を含む一組の通電用電極と、
ｂ）該通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に高周波電流を流す高周波電流供給手段と、
ｃ）生体表面であって前記通電用の第１電極の当着部位の近傍に当着された第１電極と、該第１電極から所定距離又はそれ以上離間した位置に当着された第２電極とを含む計測用電極と、
ｄ）前記高周波電流に応じて、前記計測用の第１電極、第２電極間に生じる電位差を測定する電圧測定手段と、
ｅ）該電位差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記通電用の第１電極の当着部位及びその近傍の略直下の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出する算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１７】
なお、本発明に係る生体電気インピーダンス計測方法及び計測装置において、通電用電極の第１電極は、その電極直下で電流密度を集中させるために或る程度接触面積を小さくしておく必要があるが、第２電極は、後記の理由により、大きな接触面積を確保できるように構成することが好ましい。
【００１８】
この発明に係る生体電気インピーダンス計測方法及び計測装置では、高周波電流供給手段より、通電用の第１電極と第２電極との間に所定周波数で一定の高周波電流を流す。上述のように通電用の第２電極の接触面積を大きくしておくと、生体の内部において電流は容易に深部にまで広がり、深部に達して安定した電流密度分布で水平方向に流れる。一方、通電用の第１電極は接触面積が小さいため、この第１電極の直下では電流が集中し、断面積当たりの電流密度がかなり高い、生体表面にほぼ直交する深さ方向に電流経路が形成される。この第１電極の当着部位の近傍である第１部位の電位は、上記電流経路の中で生体表面又は皮膚組織層を除いた個所の電位とほぼ同等である。また、生体の内部には上記深さ方向の電流経路に沿う電位に対する等電位面が形成され、その等電位面は生体表面にも露出する。したがって、第１部位から所定距離離間した第２部位では、その電流経路の深さ方向の或る位置での電位と同等の電位が測定されるから、第１部位と第２部位との間の電位差はその電流経路に沿った深さ方向の或る領域の上下端の電位差と等価となる。これにより、通電用の第１電極の当着部位及びその近傍における、略直下の深さ方向、例えば皮膚直下の各生体組織層を横貫する方向の生体電気インピーダンスを算出することができる。
【００１９】
上記第１部位、第２部位間の電位差の測定は、種々の態様を採ることができる。最も簡単な態様は、通電用の第１電極の近傍、つまり第１部位に当着した計測用の第１電極と、前記第２部位に当着した計測用の第２電極との間に検知器を接続し、電圧を直接測定する構成とすればよい（図１参照）。これによれば、通電を行って１回のみ電圧を測定をすればよいので、計測に要する手間や時間が少なくて済む。
【００２０】
また、他の態様として、生体表面にあって第１部位及び第２部位以外の第３部位に設けた電極を基準とし、その第１部位と第３部位との間の電圧、第２部位と第３部位との間の電圧をそれぞれ測定し、その両者の電圧差を算出してもよい（図３参照）。その場合、第３部位に設ける電極は通電用の第２電極と兼用することもできるし、これとは別個に設けてもよい。
【００２１】
また、通電用の第１、第２電極、及び電圧計測用の複数の電極は、生体表面に略一直線状に配置するとよい。特に、通電用の第１電極と第２電極とを結ぶ直線の延長線上でその第１電極の至近に計測用の第１電極を設け、該計測用の第１電極から、通電用の第１電極と第２電極との間の離間距離と略同じ離間距離を保って計測用の第２電極を設ける構成とすると好ましい。このとき、通電用、計測用共に、第１電極と第２電極との間の離間距離の最小値は、測定対象である生体の太さ及び計測深さに依存して決める。このように構成すると、通電用電極と計測用電極とは線対称の配置となり、相反の定理を利用して、通電用電極間に電圧の検知手段を、計測用電極間に電流供給手段を接続するというように、接続を入れ替えることが可能である（図２参照）。このように接続を入れ替えて行った２回の測定の結果を利用して、測定精度を向上させることができる。また、両測定結果を比較することにより、例えば、両測定に共通である深さ方向の電流集中個所に対応する生体電気インピーダンス以外の、具体的には水平方向に延在する生体内部組織層の並列構成の生体電気インピーダンスの差、等を取得することができる。
【００２２】
更にまた、前記計測用の第１電極と第２電極との間に一以上の他の計測用の電極を配置し、これら各電極間の電圧を測定する構成とすれば、前記通電用の第１電極の当着部位近傍の略直下の深さ方向の深さ位置の相違する領域の生体電気インピーダンスを計測することができ、これによって詳細で精度の高い生体情報が得られる。
【００２３】
また、本発明に係る他の生体電気インピーダンス計測方法は、生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測方法であって、
小さな接触面積を有する第１電極、及び第２電極を含む一組の通電用電極を所定間隔離間して生体の表面に当着し、該第１電極及び第２電極を通して生体内部に高周波電流を流す第１の測定モードと、
生体表面であって前記第１電極と第２電極とを結ぶ直線の、第１電極側の延長線上に当着した第３電極と前記第２電極とを通して生体内部に高周波電流を流す第２の測定モードとを有し、
生体表面であって前記第１電極の近傍部位と、前記第２電極の当着部位又はその近傍部位との間に生じる電圧を、第１及び第２の測定モードに対してそれぞれ測定して、その両者の電圧差を計算し、
該電圧差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記第１電極の当着部位及びその近傍の略直下の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出する、
ことを特徴としている。
【００２４】
また、上記本発明に係る他の生体電気インピーダンス計測方法を具現化した計測装置は、生体表面において測定した電気信号から、該生体内部の情報に関連する生体電気インピーダンスを計測する生体電気インピーダンス計測装置であって、
ａ）それぞれ所定間隔離間して生体表面に当着される、小さな接触面積を有する第１電極、第２電極、及び、生体表面であって前記第１電極と第２電極とを結ぶ直線の、第１電極側の延長線上に当着した第３電極を含む一組の通電用電極と、
ｂ）第１の測定モードでは、通電用の第１電極及び第２電極を通して生体内部に高周波電流を流し、第２の測定モードでは、通電用の第２電極及び第３電極を通して生体内部に高周波電流を流す高周波電流供給手段と、
ｃ）生体表面であって前記通電用の第１電極の近傍に当着された第１電極と、前記通電用の第２電極の当着部位又はその近傍に当着された第２電極とを含む計測用電極と、
ｄ）該計測用の第１電極、第２電極間に生じる電圧を第１及び第２の測定モードに対してそれぞれ測定するとともに、両者の電圧差を求める電圧測定手段と、
ｅ）該電圧差及び前記高周波電流の電流値に基づいて、前記通電用の第１電極の当着部位及びその近傍の略直下の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出する算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００２５】
すなわち、この発明に係る生体電気インピーダンス計測方法及び計測装置では、計測用の第１電極、第２電極間の電位差を測定する際に、この第１電極に近接した通電用の第１電極に電流が流れるような、つまり測定部位の深さ方向に集中的に電流が流れるような第１の測定モードと、この第１電極に電流が流れない、つまりこの第１電極の深部で略水平方向に電流が流れるような第２の測定モードでそれぞれ電圧を測定する（図６参照）。第１の測定モードで得られる電圧は通電用の第１電極の当着部位の電位とほぼ同一の電位、第２の測定モードで得られる電圧は、第１電極直下の所定深さ位置の電位とほぼ同一になるから、両者の電圧差は、上記計測方法及び計測装置と同様に、深さ方向の電流経路に沿った或る領域の上下端の電位差と等価となる。これにより、通電用の第１電極の当着部位及びその近傍における、略直下の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
〔計測方法の一実施例〕
まず、本発明に係る生体電気インピーダンス計測方法の原理を説明する。
図１は、本発明による生体電気インピーダンス計測方法の最も基本的な電極配置構成を示す図であり、（ａ）は生体表面の平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ｂ）中の要部の拡大図である。
【００２７】
高周波電流供給用の電極は、互いに面積の相違する通電用第１電極１ａと通電用第２電極１ｂとから成る。一方、電圧計測用の電極は同様に、互いに面積の相違する計測用第１電極２ａと計測用第２電極２ｂとから成る。通電用第１電極１ａ及び計測用第１電極２ａは共にＬ２×Ｗの大きさの短冊形状であり、通電用第２電極１ｂ及び計測用第２電極２ｂは共にＬ１×Ｗの大きさの短冊形状である。ここではＬ１＞＞Ｌ２である。これら４個の電極１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、図１（ａ）に示すようにほぼ一直線状に、且つ、通電用第１電極１ａと計測用第１電極２ａとの間隙を二分する中心線に対して線対称になるように配置される。各電極をこのように短冊状に形成することにより、これら電極の配列方向（つまり電極の短手方向）で計測条件を規定するとともに、電極の長手方向で必要充分な接触性を確保して、接触不良を回避し、電極抵抗も低減することができる。
【００２８】
通電用第１電極１ａと通電用第２電極１ｂとの間には、高周波電流源（以下、単に「電流源」という）３より所定周波数で電流値ｉの一定電流が流される。一方、計測用第１、第２電極２ａ、２ｂの間には電圧を計測するための検知器４が接続され、両電極２ａ、２ｂ間の電位差が計測される。通電用第１電極１ａは通電用第２電極１ｂに比べて遙かに面積が小さいため、図１（ｂ）に示すように、通電用第１電極１ａ直下の生体５の内部においては、深さ方向に電流ｉはきわめて集中的に流れる。一方、通電用第２電極１ｂは面積が大きいため、生体５の深部まで電流が安定して到達し易く、深部では電流は水平方向に或る程度広がって安定して流れる。したがって、図１（ｂ）に示すように、電流ｉの経路中には、インピーダンスの点からみて、インピーダンスＺｈを有し水平方向に延在する横方向部位５ｂと、インピーダンスＺｖを有し通電用第１電極１ａ直下で深さ方向に延在する縦方向部位５ｃとが存在しているものと看做すことができる。
【００２９】
上述の如く流れる電流ｉによって、生体５の内部には、図１（ｃ）に点線で記した等電位線Ｅを描くような電位分布が生じる。すなわち、縦方向部位５ｃの中で深さ方向位置と等電位となるような個所が生体表面に存在することになる。ここでは、深さ方向位置Ｐ１と同一電位となる生体表面上の点Ｐ２に計測用第２電極２ｂが配置されている。そのため、この計測用第２電極２ｂでは、深さ方向位置Ｐ１における電位を測定することができる。一方、計測用第１電極２ａは通電用第１電極１ａにきわめて近接して配置されているので、この計測用第１電極２ａで測定される電位は、通電用第１電極１ａの当着位置Ｐ３の電位と同一であると看做すことができる。そのため、計測用第１、第２電極２ａ、２ｂでは、縦方向部位５ｃの深さ方向の両端部Ｐ１、Ｐ３の電位差を測定しているのと同じことになる。したがって、電流源３が供給する電流ｉと検知器４により検知された電圧値とに基づいて、縦方向部位５ｃの生体電気インピーダンスＺｖを求めることができる。
【００３０】
ところで、上述したように深さ方向の生体電気インピーダンスを計測するためであれば、通電用電極１ａ、１ｂと計測用電極２ａ、２ｂとを完全に線対称に配置する必要はない。つまり、電極間距離ｄは等しくなくてもよく、通電用第１電極１ａと計測用第１電極２ａ、通電用第２電極１ｂと計測用第２電極２ｂの大きさもそれぞれ同一である必要はない。しかしながら、上記実施例のように意図的に対称な構成とすることにより、次のような測定が可能となる。
【００３１】
図１（ｂ）にあって、通電用第１、第２電極１ａ、１ｂで挟まれた部分の生体５の内部状態と、計測用第１、第２電極２ａ、２ｂで挟まれた部分の生体５の内部状態とが同一であると仮定すれば、図２に示すように、電流源３と検知器４とを入れ替えても同一の測定結果が得られる筈である。したがって、このような条件が成立し得る場合、電流源３及び検知器４を入れ替えて測定した２回の測定結果の差は、生体電気インピーダンスＺｖの測定誤差であると考えることができる。したがって、例えば、２回の測定結果の平均を計算し、その平均値を結果として採用するとよい。また、他の何らかの方法で信頼性が判断し得る場合には、いずれか信頼性の高いと看做せるほうの結果を採用してもよい。
【００３２】
また、電流源３及び検知器４を入れ替えて測定しても生体電気インピーダンスＺｖの測定誤差が小さいとすれば、その２回の測定結果の差は、生体内部の横方向部位の生体電気インピーダンスの相違を反映したものだと言える。つまり、図１（ｂ）における横方向部位５ｂと図２における横方向部位５ｄとの生体電気インピーダンスＺｈ、Ｚｈ’の差に相当する情報が得られることになる。例えば、手首、足首、背骨等、電極の当着位置の僅かな違いによって、それら電極直下の組織構成が大きく相違するような身体部位を計測する場合には、上記２回の測定結果の差から、体積抵抗率等の電気的特性の相違を相対的に算出し、比較法によって測定対象組織の分析精度を向上させることができる。
【００３３】
〔計測方法の変形例〕
上述した基本的な計測方法は種々の形態に変形することができる。図３〜図６はその変形例を示す電極配置である。
【００３４】
図３、図４の二つの例は、図１に示したものと基本的に同一の測定原理を利用している。すなわち、図３の構成によれば、計測用第１、第２電極２ａ、２ｂ間の電位差を直接測定する代わりに、スイッチ６の切替えによって通電用第２電極１ｂと計測用第１電極２ａとの間の電圧Ｖ１、及び、通電用第２電極１ｂと計測用第２電極２ｂとの間の電圧Ｖ２をそれぞれ測定し、Ｖ１−Ｖ２を計算して電位差を求めるものである。勿論、スイッチ６に依らず、各計測用電極２ａ、２ｂに対して別個に検知器を設ける構成としてもよい。また、図４の例では、電圧Ｖ１、Ｖ２に対する基準電位点である計測用第３電極２ｃを、通電用第２電極１ｂとは別に設けるようにしている。なお、計測用第３電極２ｃと通電用第２電極１ｂの位置は入れ替えてもよい。
【００３５】
図５、図６の二つの例は、図３、図４の例のように電圧の測定点を切り替える代わりに、生体５の内部にあって高周波電流ｉを流す経路を変え、そのときの同一個所の電圧をそれぞれ測定し、両者の電位差を求めるようにしたものである。構成上は、図５は図３の構成において、図６は図４の構成において、電流源３と検知器４とを入れ替えたものに相当するが、測定原理は上記実施例とは若干相違している。
【００３６】
すなわち、図５においてスイッチ６を下側に倒し、電流源３から電流を通電用第１電極１ａと計測用第２電極２ｂとの間に流すと、生体５の内部には、横方向部位５ｂ及び縦方向部位５ｃを通る電流経路が形成される。このときに検知器４により検知される電圧Ｖ１は、計測用第２電極２ｂの位置を基準とした通電用第１電極１ａの当着個所の電位であると看做すことができる（何故なら、計測用第１電極２ａは通電用第１電極１ａにきわめて近接配置されているためである）。
【００３７】
次に、スイッチ６を上側に倒し、電流源３から電流を通電用第２電極１ｂと計測用第２電極２ｂとの間に流すと、生体５の内部には、横方向部位５ｂ及びその横方向に長く延在する部位を通る電流経路が形成される。このとき、縦方向部位５ｃには電流が流れないため、検知器４により検知される電圧Ｖ２は、計測用第２電極２ｂの位置を基準とした、ほぼ縦方向部位５ｃの最深部であるＰ１の電位であると看做すことができる。したがって、Ｖ１−Ｖ２は、縦方向部位５ｃの縦方向の両端部の電位差に相当するから、これにより、上記各例と同様に縦方向部位５ｃの生体電気インピーダンスＺｖを求めることができる。
【００３８】
上述の通り、本発明による生体電気インピーダンス計測方法によれば、生体表面直下又はそれよりも深部の生体内部の深さ方向の情報を取得することができることがわかる。生体組織の種類（つまり脂肪組織、骨組織、筋肉組織、血管組織など）に関係なく、いろいろな生体情報を得ることができるが、一例として、上記生体電気インピーダンス計測を皮下脂肪厚の計測に利用できることを、図７を参照して説明する。
【００３９】
図７は皮下脂肪厚の測定モデルを示す縦断面図であり、皮膚層１０の下に皮下脂肪層１１、その下に筋肉組織層１２が存在している。ここでは、小面積の通電用第１電極１ａは、面積Ａ０の円形状電極としてモデル化している。この通電用第１電極１ａの直下においては、図７に示すように略円錐状に電流経路が形成されているものと仮定する。
【００４０】
いま、皮下脂肪層１１の厚さがＬｆ、筋肉組織層１２の中で電流経路として利用されている個所の厚さがＬｍであるとすると、電位差ΔＶ（図１で言えば検知器４による検知電圧）は次のようになる。
ΔＶ＝ｉ・Ｚｖ
＝ρｆ・Ｌｆ・（ｉ／Ａｆ）＋ρｍ・Ｌｍ・（ｉ／Ａｍ）
なお、ρｆは皮下脂肪層１１の体積抵抗率、ρｍは筋肉組織層１２の体積抵抗率である。また、Ａｆ、Ａｍはそれぞれ、図７中に示すように、上記電流経路の横断面積及び底面積である。この横断面積は電極位置からの距離の二乗に反比例するから、
（１／Ａｆ）＞（１／Ａｍ）
である。
【００４１】
また、従来より、生体内部組織層の中では脂肪層は最も体積抵抗率が高く、筋肉層に比較して約１０倍程度体積抵抗率が高いことが知られている。したがって、皮下脂肪層１１の体積抵抗率ρｆと筋肉組織層１２の体積抵抗率ρｍとの関係は、
ρｆ＞＞ρｍ
である。更に、
Ｌｆ≒Ｌｍ
であるとすると、
Ｚｖ≒ρｆ・Ｌｆ／Ａｆ
である。ここで、ρｆは一定値であり、Ａｆは通電用第１電極１ａのサイズＡ０や通電用電極間の距離等の条件により一義的に決まる（例えば、円筒形モデルで近似すればＡｆ≒Ａ０）。したがって、ＺｖはＬｆに比例することとなり、生体電気インピーダンスＺｖを用いて皮下脂肪層１１の厚さＬｆを導出できることがわかる。
【００４２】
なお、皮膚層１０の情報を取り除く必要がある場合には、通電用第１電極１ａとこれに近接する計測用第１電極２ａとの離間距離を若干広めにすればよい。この理由は後述する通りである。
【００４３】
皮下脂肪層の厚さは本計測方法を用いて最も容易に計測できる生体情報の一つであるが、これ以外にも、後述するような種々の生体情報を得ることができる。
【００４４】
上記実施例で説明した生体電気インピーダンス計測方法では、基本的に通電用電極、計測用電極はそれぞれ一対である。図３〜図６の例では、電極は必ずしも一対ではないが、これは一部の電極を共用している、又は他の基準の電極を設けているためであって、基本は一対である。しかしながら、本計測方法を更に発展させる上で、電極の数を増加させることができることは容易に想到し得る。例えば、図１（ｃ）に示すように、生体５の内部に等電位線Ｅが描かれるように電位勾配が形成されていることから、この生体５の表面にあって計測用第１電極２ａから計測用第２電極２ｂに向かうに従い、縦方向部位５ｃの中の深さ方向位置がそれぞれ相違する電位を計測できることは容易に推測し得る。
【００４５】
図８は、計測用の電極を通電用第１電極１ａと計測用第２電極２ｂとの間に多数配設した例である。各電極２ａ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉは同一寸法（例えばＬ２×Ｗ）であるが、その間隙は必ずしも一定でなくてもよい。通電用第１、第２電極１ａ、１ｂ間に高周波電流を流し、スイッチ７を順次切り替えて計測用第２電極２ｂと他の電極２ａ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉとの間の電圧をそれぞれ測定し、必要に応じてその電圧の差を求めることにより、縦方向部位５ｃ全体のみならず、その一部の生体電気インピーダンスを算出することができる。つまり、これによれば、特定の深さの生体情報を取得することができ、例えば、皮下脂肪の下の筋肉組織層の情報、血管組織の情報などが精度よく得られるようになる。
【００４６】
上記多数電極の配置構成を利用した計測の具体例を、図９及び図１０を参照して説明する。図９は筋肉組織層１２の内部に局部脂肪１３が存在する場合の例である。上述したように、通電用第１電極１ａと計測用第２電極２ｂとの間に配設されたｎ個の計測用電極の電位を順に測定していった場合の電位差分布を図１０に示している。筋肉組織層１２内部に局部脂肪１３が存在する場合、脂肪はその周囲の筋肉に比べて抵抗率が遙かに大きいから、生体内部での電位分布に乱れが生じ、その結果が図１０に示すように観測される。これにより、局部脂肪の存在の有無が確認できるほか、この電位差の変位情報を基に局部脂肪の大きさ、位置、混入の程度などを推定することもできる。
【００４７】
また、図１１は、同様の構成により骨部の内部構造のバランスを推定する例を示す図である。図１１に示すように、骨部は、骨髄組織１４を海綿骨１５が取り囲み、更にその外側を皮質骨１６が覆うという構造を有する。皮質骨１６の体積抵抗率は筋肉層１２及び海綿骨１５のそれよりも高いから、各電極で測定する電位分布を基に、皮質層１６の厚さを推定することができる。また、海綿層１５の体積抵抗率は皮質層１６の及び骨髄組織１４のそれよりも低いから、同様にして海綿骨１５の厚さ（例えば発達の程度）を推定することができる。更に、骨髄組織１４は老化により脂肪化するが、体積抵抗率の相違により、脂肪化の進行状況を推定することもできる。
【００４８】
図８は図１の実施例を多数電極に拡張した例であるが、当然のことながら、同様の考え方により、図３〜図６の各例に対応して多数電極に拡張して、深さ方向の緻密な生体情報を得るようにすることができる。
【００４９】
更にまた、同様に多数の電極を配置する構成として、生体表面で水平方向にそれぞれ異なる位置の直下の、深さ方向の生体電気インピーダンスを計測するようにすることもできる。図１２は、このような計測方法の一例を示す図である。スイッチ８は各電極に対する検知器４の接続を切り替え、スイッチ９は各電極に対する電流源３の接続を切り替えるものである。
【００５０】
図１３は図１２に示した構成を備える計測装置の、一計測方法を示す制御フローチャートである。計測が開始されると、まずｍ＝１とし、電流源３を電極ａ1に、検知器４を電極ａ2に接続するようにスイッチ８、９を動作させる（ステップＳ１０）。この状態で生体内部に電流を流して電圧を測定し（ステップＳ１１）、その結果から生体電気インピーダンスを算出して、それに基づいて脂肪厚を推算する（ステップＳ１２）。このときに得られるのは、電極ａ1直下の脂肪厚である。この結果をメモリに格納する（ステップＳ１３）。
【００５１】
次いで、全ての計測が終了したか否かを判定し（ステップＳ１４）、終了していなければステップＳ１０へと戻り、ｍを１だけインクリメントしてステップＳ〜Ｓ１３の処理を行う。この処理により、電極ａ2直下の脂肪厚が推算されて、メモリに格納される。このようにして順次、通電用電極及び計測用電極の両方をずらしながら測定を行うと、電極ａ1〜ａ(n-1)直下の各脂肪厚が得られることになる。全ての計測が終了すると、ステップＳ１４からＳ１５へと進み、計測結果をディスプレイに表示したり、プリンタから出力する。表示の一例を図１４に示す。このように、本計測装置では、生体の所定の直線上における或る区間の脂肪厚分布を容易に得ることができる。
【００５２】
なお、上述した各計測方法では、通電用電極の一方のサイズを小さくすることにより生体内部での電流密度を高めている。この電流密度が低過ぎると、信号のＳ／Ｎ比が低下して充分な測定精度を確保できなくなるが、逆に電流密度を高くし過ぎると、電流集中による局部的な生体組織破壊を生じる恐れがある。したがって、生体組織に適用するに適した許容値が存在し、安全面とＳ／Ｎ比確保の両者を満足し得る電流密度は、本願発明者の実験や経験的にみると、約１μＡ／ｍｍ２ 程度である。すなわち、例えば、電極のサイズが３ｍｍ×２２ｍｍである場合には、電極面積は６６ｍｍ２ であるから、６６μＡ程度の電流が適当である。なお、上記許容値は高周波電流の周波数にも依存しており、上記約１μＡ／ｍｍ２ は約５０ｋＨｚの周波数に対する許容値である。
【００５３】
また、上記各実施例は電極を短冊形状にしていたが、電極の形状はこれに限定されるものではなく、円形状、楕円形状等、様々な形状とすることができることは明らかである。特に、円形状電極を用いた場合、図７で説明したような電極理論解析が容易になるとともに、幅の狭い被測定物の測定に適する。
【００５４】
〔計測装置の実施例〕
上述したような本発明に係る生体電気インピーダンス計測方法を利用した計測装置は各種形態や構成を採ることができるのは当然であるが、次に、いくつかの具体的な利用形態を説明する。
【００５５】
図１５は、本計測方法を利用した計測装置にあって、被検者の身体に当着させる電極パッド２０の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’線断面図である。本例は、図１で説明した計測方法を具現化する貼着式電極パッドの一例である。
【００５６】
基体２１はポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の絶縁体から成る薄膜シートであり、この基体２１にカーボン、塩化銀、などの導電体が蒸着されることにより、端子部２２及び各電極に対応した導電電極ベース２３、２４、２５、２６を形成している。更に、この導電電極ベース２３、２４、２５、２６の上には、ゲル状又は導電性ゴム等による導電性粘着部２７が形成されており、また導電性粘着部２７以外の個所には絶縁性粘着部２８が形成されている。端子部２２にはいずれの粘着部２７、２８も設けられておらず、導電体の蒸着層が露出している。なお、絶縁性粘着部２８は必ずしも粘着性を有するものでなくともかまわないが、粘着性を持たせることにより、被検者の皮膚に確実にこの電極パッドを貼着させて、ずれや剥がれを防止するのに有効である。
【００５７】
この電極パッド２０を使用する際には、図１６に示すように、被検者の測定部位に中央の幅狭の電極２４、２５が位置するように電極パッド２０を貼着する。そして、図１５（ｂ）及び図１６に示すように、クリップ状のコネクタ３０で端子部２２を挟み込み、コネクタ３０の接触片３１を端子部２２の各端子に接触させ、これらに導通するケーブル３２を外部に引き出す。図１６に示す例では、ちょうど被検者の手首４１の関節部分に電極パッド２０を貼着している。一般に、手首の関節部分は皮下脂肪や筋肉組織が薄く、皮膚の直下に骨組織が存在する。そのため、骨組織の情報を得るのに好都合である。
【００５８】
このように外部へ取り出したケーブル３２の末端に、図１に示したように電流源３及び検知器４を装着し、導電電極ベース２３、２４の間に微弱な高周波電流を流し、導電電極ベース２５、２６間の電位差を測定し、その電流値と電位差とから生体電気インピーダンスを求める。この生体電気インピーダンスを基に、導電電極ベース２４、２５直下の生体情報、例えば、骨粗鬆症の進行度合等を調べることができる。
【００５９】
勿論、手首のみならず、被検者の身体の様々な個所に上記の如き電極パッド２０を当着して各種の計測を行うことができる。例えば、骨組織の情報を取得したい場合には、身体部位の断面積の中で骨組織の面積の占有割合が大きい部位や骨組織が皮膚直下に存在するような部位が望ましく、上述したような手首のほか、足首、脛部などに電極パッドを当着するとよい。また、皮下脂肪の厚さを計測したい場合には、上腕部、腹部（特に横腹部）などに電極パッドを当着するとよい。更にまた、図１７に示すように、被検者４０の背中の腰椎４５（厳密には第３−第４腰椎）の直上に電極パッド２０を当着すれば、腰椎４５に関する情報を取得することもできる。また、例えば、大腿部など一般的に筋肉組織が発達した部位に電極パッドを当着し、筋肉組織の体積抵抗率を計測すれば、この体積抵抗率から筋肉組織の脂肪化（筋肉組織内部に脂肪が筋状に入る状態）の進行状態を検査することもできる。
【００６０】
また、図８で説明したように多数の電極をアレイ状に配列して計測を行う場合に使用する電極パッド２０Ａの一例を、図１８及び図１９（ａ）に示す。基本的な構造は図１５に示したものと同様であって、図１５における導電電極ベース２５が、図１８及び図１９（ａ）では多数の導電電極ベース２５１〜２５６で置換されている点が異なる。
【００６１】
このように端子部２２の接点個所が多い場合、図１５の例のように単に両側から挟み込むクリップ状のコネクタでは接点の位置決めが困難である。そこで、図１９（ａ）では、端子部２２の一端に位置決め用の円形状の孔２９を開口させている。一方、図１９（ｂ）に示すように、コネクタ３０には位置決め用のピン３３を突設しておき、このコネクタ３０で端子部２２を挟み込む際に、ピン３３が孔２９に貫通するようにして接触片３１と所定の端子とを位置決めして、確実な接触が行われるようにしている。また、図１８に示す構成では、例えば、端子部２２の基体２１の厚さを厚くして強度を増し、いわゆるフレキシブル基板接続用コネクタと同様に、水平方向に挿入・抜去するタイプのコネクタを利用するとよい。この場合、端子部２２がコネクタに挿入された状態で上下方向から圧接する抜け止め機構を備えていると好ましい。
【００６２】
次に、上述したような電極パッド２０を利用した計測装置の一例として、被検者の体脂肪率などを測定して表示するための健康管理指針アドバイス装置について説明する。
【００６３】
この健康管理指針アドバイス装置は、生体内部の深さ方向の情報を得るのに好適な本発明による計測方法と、主として生体内部の水平方向（四肢、体幹などの長手方向）の情報を得るのに適した従来の四電極法との組合せを利用したものである。このような組合せによれば、従来では困難であった各種計測を行ったり、従来の計測の精度を格段に高めたりすることができる。例えば、本計測方法により、骨組織や筋肉組織の発育又は老化の程度に関連した情報を取得し、これを利用して、従来の四電極法による測定結果から体脂肪を推定する際の各種パラメータを変更し、結果的に、体脂肪の推定精度を向上させることができる。また、本計測方法により、身体各部の皮下脂肪の厚さを測定し、これを従来法による体脂肪の推定にフィードバックして精度を向上させることもできる。
【００６４】
図２０は、この健康管理指針アドバイス装置を利用した身体組成計測の一例である。被検者４０は、素足で両脚部を軽く開き、両腕も体幹から軽く離間した状態でベッド上に仰臥する。この被検者４０の両手首、両足首に、それぞれ上述したような二対の電極を備える電極パッド２０を貼着する。各電極パッド２０から引き出された各４本のケーブルは、健康管理指針アドバイス装置６０に接続される。この健康管理指針アドバイス装置６０は、各種演算処理や制御を行うＣＰＵ６１を中心に、複数のスイッチを内蔵する切替部６２、切替部６２に接続された電流源３及び検知器４、キースイッチ等を備える入力部６３、文字情報や画像情報などを表示可能な表示部６４、計測結果等をプリントアウトする印刷部６５等を含んでいる。
【００６５】
この構成では、次のような計測を行うことができる。図２１においてＩに示すように、手首４１に貼着した電極パッド２０の電極２３、２４間に電流源３を、電極２５、２６間に検知器４を接続するように切替部６２を制御すれば、ＣＰＵ６１では、手首４１の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出することができる。またIIに示すように、足首４２に貼着した電極パッド２０の電極２３、２４間に電流源３を、電極２５、２６間に検知器４を接続するように切替部６２を制御すれば、ＣＰＵ６１では、足首４２の深さ方向の生体電気インピーダンスを算出することができる。他方の手首、足首も同様である。
【００６６】
一方、IIIに示すように手首４１に貼着した電極パッド２０の電極２３と足首４２に貼着した電極パッド２０の電極２３との間に電流源３を接続し、同じく手首４１に貼着した電極パッド２０の電極２５と足首４２に貼着した電極パッド２０の電極２５との間に検知器４を接続すれば、手首と足首との間に電流を流し、その内側に設けた電極で腕部、体幹及び脚部をほぼ貫通する状態での手首、足首間の電位差を得ることができる。つまり、従来の四電極法による生体電気インピーダンス計測を行うことができる。
【００６７】
ＣＰＵ６１は内蔵する制御プラグラムに従って切替部６２を制御し、例えば上述したように電流源３及び検知器４の接続先を切り替える。そして、切り替える毎に、電流源３を制御して所定の電流を被検者４０の体内に流し、そのときに検知器４で得られる電圧値を読み込む。そして、１乃至複数の動作モードで取得された生体電気インピーダンスを基に、所定のアルゴリズムに従って体脂肪率等を算出し、これを表示部６４に表示したり、要求に応じて印刷部６５よりプリントアウトする。このように、本計測方法を実現可能な電極パッド２０を被検者４０の手首及び足首に装着すれば、本計測方法を実現できるのみならず、従来法による生体電気インピーダンス計測も問題なく行える。
【００６８】
図２２は、他の健康管理指針アドバイス装置を用いた身体組成計測の一例である。この例では、被検者４０の一方の手首及び足首にそれぞれ上記２個の電極５０及び５１、５２及び５３を備えた電極パッドを貼着し、腹部４３に本計測方法による電極パッド２０を貼着している。すなわち、手首、足首に装着された合計４個の電極５０、５１、５２、５３は、従来の四電極法による手首、足首間の生体電気インピーダンス計測を行うためのものである。
【００６９】
この健康管理指針アドバイス装置において、体脂肪率の測定時の動作を図２３のフローチャートを参照して説明する。まず、体脂肪を算出する際の基礎パラメータとして、被検者４０の身長、体重、年齢、性別等の情報を入力部６３より入力する（ステップＳ１）。例えば、計測開始キーが操作されて実際の計測が開始されると、切替部６２により電極５０、５２間に電流源３が接続され、その内側の電極５１、５３間に検知器４が接続される。これにより、従来の四電極法によって、手首−足首間の生体電気インピーダンスが計測される（ステップＳ２）。
【００７０】
次いで、切替部６２により電極パッド２０の一対の通電用電極間に電流源３が接続され、一対の計測用電極間に検知器４が接続される。これにより、腹部の深さ方向の生体電気インピーダンスが計測される（ステップＳ３）。これは、電極パッド２０直下の皮下脂肪の厚さを反映したものとなる。ＣＰＵ６１は計測された両インピーダンスを用いるとともに、始めに入力された基礎パラメータに応じた計算式（又はアルゴリズム）に基づいて体脂肪率を計算する（ステップＳ４）。そして、その結果を表示部６４に表示する、又は印刷部６５からプリントアウトする（ステップＳ５）。この構成では、被検者の腹部の皮下脂肪厚がかなり正確にわかっているので、体脂肪率の算出自体の精度も格段に向上する。
【００７１】
図２４は、上記健康管理指針アドバイス装置の外観の一例である。本体部７０の前面には、入力部６３、表示部６４が設けられ、背面から、ＡＣアダプタ７２を備えた電源コード７１と電極用ケーブル７３とが引き出されている。電極用ケーブル７３の末端には、上述したような電極パッド２０と電極５０、５１、５２、５３が着脱可能に設けられている。
【００７２】
このように、本発明に係る生体電気インピーダンスの計測方法はそれ単独で計測装置に適用しても充分に意味のある重要な生体情報が得られるが、四電極法など従来の計測方法と組み合わせて使用することにより、従来では測定が困難であった生体情報を取得したり、従来の計測方法により得られる情報の精度を改善したりするのに非常に有効である。
【００７３】
また、上記健康管理指針アドバイス装置は比較的大掛かりなものであるが、皮下脂肪厚等を計測する目的であれば、より小型で取扱いが容易な装置が望ましい。図２５はそのような携帯型健康管理指針アドバイス装置８０の一例を示す図であり、（ａ）は本装置８０を下面方向から見た外観図、（ｂ）は本装置８０の使用状態を示す図である。この装置８０は、本体と電極とが一体化されており、扁平箱形状の本体８１の下面に、僅かに突出して４つの電極、つまり一対の通電用電極８２、８３と一対の計測用電極８４、８５が配置されている。電極８２、８３、８４、８５はステンレスや塩化銀等の金属である。本体８１の一側面には、本体８１を把持したときに滑りにくいように滑止め部材８６が取り付けられるとともに、その一部には電源スイッチを兼ねる計測開始キー８７が設けられている。更にまた、本体８１の上面には計測結果を表示するための表示部８８が設けられている。
【００７４】
使用に際して、検査者９０は図２５（ｂ）に示すようにこの携帯型健康管理指針アドバイス装置８０を把持して、電極８２〜８５を被検者９１の身体に押し当てる。このとき、測定部位９２がちょうど中央の電極８３、８４の直下になるようにする。電極８２〜８５は本体８１の下面より僅かに突出しているから、電極８２〜８５は被検者９１の皮膚表面に密着し、適度な接圧を維持して安定した計測が行える。また、検査者９０は本装置８０を被検者９１の測定部位９２に押し当てた状態で、親指で計測開始キー８７を押すことができるので、簡単にしかも安定した状態で計測を行うことができる。
【００７５】
図２６は図２５の例とは電極の形状が相違する携帯型健康管理指針アドバイス装置８０の例であり、（ａ）は本装置８０を下面方向から見た外観図、（ｂ）は本装置８０の底部の側面図である。本例では、各電極８２〜８５は本体８１の下面から突出した略コ字形状の針金である。この装置を被検者の体表面に押し付けると、接触面積は小さいものの高い接触圧を維持でき、安定した正確な測定を行うことができる。
【００７６】
なお、上記実施例はいずれも一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行えることは明らかである。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る生体電気インピーダンス計測方法及び計測装置によれば、従来の四電極法と同様に、被検者の身体の皮膚表面の一部に所定の電極を貼り付る又は接触させるだけで、その皮膚直下の生体内部の深さ方向の情報、例えば、皮下脂肪厚、筋肉組織厚、骨組織厚などを計測することが可能となる。また、筋肉組織の脂肪化等の筋肉組織の健康度、骨粗鬆症の進行度合等の骨組織の健康度、骨髄細胞の脂肪化等の骨髄組織の健康度などといった、各種の健康指針に関する情報を推計することができる。このような診断・検査には従来大掛かりな装置が必要であったが、本発明によれば、きわめて簡便に、しかも高い精度でもって同様の診断・検査が行えるので、被検者に対して心理的、身体的及び経済的負担が軽くて済む。また、装置を安価、小型軽量化するにも有利であるので、日常的な健康管理・健康維持のための装置としても好適である。
【００７８】
更に、本発明による生体電気インピーダンス計測方法を単独で用いるのではなく、従来の四電極法による計測と組み合わせれば、非常に広範な計測が行えるとともに、体脂肪率等の計測結果の精度を大幅に向上させることができる。勿論、四電極法との組み合わせでは、被検者に対する負担も従来と同様であり、装置のコストも殆ど増加することなく対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法の最も基本的な電極配置構成を示す図であり、（ａ）は生体表面の平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ｂ）中の要部の拡大図。
【図２】  図１の計測方法で電流源と検知器を入れ替えた状態を示す図。
【図３】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法の他の電極配置構成を示す図。
【図４】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法の他の電極配置構成を示す図。
【図５】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法の他の電極配置構成を示す図。
【図６】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法の他の電極配置構成を示す図。
【図７】  皮下脂肪厚の測定モデルを示す縦断面図。
【図８】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法で電極を多数配置した場合の一例を示す図。
【図９】  図８に示す構成による測定の一例を示す図。
【図１０】  図９に示す測定の一例によって得られた電位変動を示す図。
【図１１】  図８に示す構成による測定の他の例を示す図。
【図１２】  本発明による生体電気インピーダンス計測方法で電極を多数配置した場合の他の例を示す図。
【図１３】  図１２に示す電極構成を備えた計測装置による計測の制御フローチャート。
【図１４】  図１３に示す計測の結果の一例を示す図。
【図１５】  本計測方法を利用した計測装置で被検者の身体に当着させる電極パッドの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’線断面図。
【図１６】  図１５に示す電極パッドの一使用形態を示す図。
【図１７】  図１５に示す電極パッドの他の使用形態を示す図。
【図１８】  図８に示す多数電極の場合の電極パッドの構成図。
【図１９】  多数電極の場合の他の電極パッドの構成図。
【図２０】  本発明の生体電気インピーダンス計測装置を用いた健康管理指針アドバイス装置による計測の一例を示す図。
【図２１】  図２０に示す健康管理指針アドバイス装置の動作説明図。
【図２２】  本発明の生体電気インピーダンス計測装置を用いた健康管理指針アドバイス装置による計測の他の例を示す図。
【図２３】  図２２に示す健康管理指針アドバイス装置の計測動作を示すフローチャート。
【図２４】  図２２に示す健康管理指針アドバイスの装置の外観図。
【図２５】  携帯型の健康管理指針アドバイス装置の一例を示す外観図。
【図２６】  他の携帯型の健康管理指針アドバイス装置の外観図。
【図２７】  従来行われている四電極法による生体電気インピーダンス計測方法の原理を示す断面図。
【符号の説明】
１ａ…通電用第１電極
１ｂ…通電用第２電極
２ａ…計測用第１電極
２ｂ…計測用第２電極
２ｃ…計測用第３電極
３…高周波電流源
４…検知器
６、７、８、９…スイッチ
２０、２０Ａ…電極パッド
２１…基体
２２…端子部
２３、２４、２５、２６、２５１〜２５６…導電電極ベース
２７…導電性粘着部
２８…絶縁性粘着部
３０…コネクタ
３１…接触片
３２…ケーブル
６０…健康管理指針アドバイス装置
６１…ＣＰＵ
６２…切替部
６３…入力部
６４…表示部
６５…印刷部
８０…携帯型健康管理指針アドバイス装置
８１…本体
８２、８３…通電用電極
８４、８５…計測用電極
８７…計測開始キー
８８…表示部
【図１】
0004840952.tif 000002
【図２】
0004840952.tif 000003
【図３】
0004840952.tif 000004
【図４】
0004840952.tif 000005
【図５】
0004840952.tif 000006
【図６】
0004840952.tif 000007
【図７】
0004840952.tif 000008
【図８】
0004840952.tif 000009
【図９】
0004840952.tif 000010
【図１０】
0004840952.tif 000011
【図１１】
0004840952.tif 000012
【図１２】
0004840952.tif 000013
【図１３】
0004840952.tif 000014
【図１４】
0004840952.tif 000015
【図１５】
0004840952.tif 000016
【図１６】
0004840952.tif 000017
【図１７】
0004840952.tif 000018
【図１８】
0004840952.tif 000019
【図１９】
0004840952.tif 000020
【図２０】
0004840952.tif 000021
【図２１】
0004840952.tif 000022
【図２２】
0004840952.tif 000023
【図２３】
0004840952.tif 000024
【図２４】
0004840952.tif 000025
【図２５】
0004840952.tif 000026
【図２６】
0004840952.tif 000027
【図２７】
0004840952.tif 000028