身体组成评估方法和身体组成检测装置 背景技术
(i)技术领域
本发明涉及一种生物电阻抗检测方法的精确度的改进，和一种基于该生物电阻抗检测方法的身体组成检测装置。
(ii)相关技术的描述
生物电阻抗检测方法基于如下原理评估身体组成。
假设电流容易通过的活体中的一部分表示为如图1所示的圆柱形导电材料。另外，当该导电材料的长度、横截面积、电阻率和体积如图1所示分别表示为L，S，ρ和V时，该导电材料的上部和下部端面之间的电阻R和体积V表示如下。
R＝αL/S
V＝SL
然而，由于横截面积S表示为：
S＝V/L，
电阻R如下表示。
R＝ρL2/V
从而，体积V表示为：
V＝ρL2/R
另外，由这些表达式，可知通过
V∝L2/R
表示的关系可适用。
如上所述，各种身体组成通过评估活体中导电材料的体积，即通过评估活体中电流容易通过的水地体积V来评估。
在上述模型中，假设活体为圆柱体并且水均匀地存在于活体中。然而，在实际的活体中，存在于其中的水包括两种隔室(compartments)，即，一种具有包括细胞间液和血浆的细胞外液的隔室，和一种具有由细胞膜包围的细胞内液的隔室。另外，把包围具有细胞内液的后一种隔室的细胞膜认为是非常薄的绝缘材料。具有这两种隔室的活体模型称为隔室模型。基于这个模型假设，活体通过图2所示的等效电路表示，其中Re为细胞外液电阻，Ri为细胞内液电阻，并且Cm为细胞膜体积。
然而，由于实际的活体为各种细胞的集合，并且仅仅通过图2所示的集总常数等效电路难以来表示活体，所以引入Cole-Cole圆弧定律以便表示活体的电特性。
如果假设活体的阻抗矢量轨迹遵守Cole-Cole圆弧定律，那么给定频率时的生物电阻抗矢量Z能够表示如下：
Z(ω)＝R∞+(R0-R∞)/(1+(jωτ)β)
其中ω表示检测的角频率(＝2πf，f：检测频率)，τ表示Cole-Cole圆弧定律的中心松弛常数(central relaxtion constant)，β表示代表松弛(relaxation)时间的分布参数，R0表示在0Hz频率时的电阻值，和R∞表示在∞Hz频率时的电阻值。
至于R0和R∞与图2所示的Re和Ri间的关系，频率为0Hz时的阻抗值R0简单地等于图2的等效电路所示的电阻值。
limω→0Z(ω)=R0=Re]]>
另外，和上述情况相同，频率为∞Hz时的阻抗值R∞简单地等于电阻值。
limω→0Z(ω)=R∞=ReRi/(Re+Ri)]]>
当频率为0Hz时，电流通过细胞外液的隔室而不通过细胞内液的隔室。因此，在频率为0Hz时检测的生物电阻抗为基于细胞外液的值。
同时，由于在∞Hz频率检测的生物电阻抗矢量值既通过细胞外液隔室又通过细胞内液隔室，所以该生物电阻抗矢量值能够说成表示全身中的水量，即，总的身体水量。
从而，细胞外液量(ECW)或总身体水量(TBW)通过使用检测电流的频率为0Hz时的电阻值R0，和检测电流的频率为∞Hz时的电阻值R∞表示如下。
ECW∝L2/R0
TBW∝L2/R∞
同样，细胞外液量(ECW)或总身体水量(TBW)也可以用图2中的Re和Ri表示如下。
ECW∝L2/Re
TBW∝L2/(ReRi/(Re+Ri))
另外，通过从身体水量中减去细胞外液量获得细胞内液量(ICW)，因此该细胞内液量能够表示如下。
ICW＝TBW-ECW
如上所述，细胞外液量、总身体水量和细胞内液量能够通过两个隔室模型和Cole-Cole圆弧定律评估。
另外，体重中的瘦体重、肌肉量、身体脂肪重以及细胞外液量、总身体水量和细胞内液量的比例也能够由细胞外液量、总身体水量和细胞内液量和各种如体重、身高、年龄和性别这样的参数之间的关系来进行评估。
公开了一种装置，该装置基于通过检测生物电阻抗获得的检测频率为0Hz时的电阻值R0和频率为∞Hz时的电阻值R∞，使用前述的原理和检测多频率的电流(例如，专利公开1)，计算身体脂肪重和身体水量。
另外，公开了一种方法，该方法在评估人的身体细胞量、瘦体重和总身体水量时使用包括的电抗值的阻抗值(例如，专利公开2)。
专利公开1
日本专利在后公开的特开平9-51884
专利公开2
日本专利No.3330951的说明书
在检测生物电阻抗时通过活体的电流首先通过具有电解成份和低电阻率的细胞外隔室和细胞内隔室。然而，该细胞内液隔室由认为是非常薄的绝缘膜的细胞膜包围。这个绝缘膜在图2的等效电路中表示为电容(Cm)。直流电不能通过该绝缘膜并且它的阻抗相对于频率成反比变化。因此，通过细胞内液隔室的电流值取决于通过的电流的频率。
同时，通过细胞外液隔室的电流值不取决于通过的电流的频率，并且显示出恒定的电阻值，这用图2的等效电路中的细胞外液电阻(Re)表示。
现在流行的使用单一频率检测身体水分或身体组成的方法使用接近50Hz频率的电流，该频率接近通过Cole-Cole圆弧定律确定的特性频率(1/2πτ)的频率。在这个频率范围内，检测电流充分地通过细胞外液隔室；然而由于细胞膜阻抗的影响，在∞频率通过的电流的仅约1/n(n＝2到9，例如)通过细胞外液隔室。然而，全面考虑到活体的这种电特性，评估身体水分和身体组成是可能的。然而，由于细胞内液隔室对于生物电阻抗的影响比细胞外液隔室小，会产生各种问题。在下文中，将描述该问题的一个实例。
一般而言，细胞外液由血浆，淋巴液，细胞间液和类似液组成，并且由于重力或类似作用的影响相对容易流动，而细胞内液由于通过细胞膜要花费相对长的时间流动。这意味着在短时间内，细胞外液的分布变化相对容易有可能仅仅是取决于检测的身体部位或在检测生物电阻抗时对象的位置，。如上所述，由于细胞外液隔室对生物电阻抗的影响比细胞内液隔室大，这种在细胞外液的分布中的变化显现为生物电阻抗的检测值中的巨大变化，并且导致身体水分或身体组成评估中的误差。
另外，即使当对象的细胞外液和细胞内液比明显不同于正常人时，这种不同也导致身体水分或身体组成的评估中的误差。例如，假设肌肉量明显大于普通人的运动员，依据肌肉发达的程度，具有比普通人更大的细胞内液隔室。因此，认为运动员具有比普通人大的身体水分中的细胞内液比。然而，由于上述原因，低估了细胞内液隔室。从而，低估了细胞内液，并且也低估了总的身体水分。
这种问题不仅发生在特性频率附近的检测中，而且发生在通过在细胞外液隔室和细胞内液隔室不是均等评估的有限频率时检测生物电阻抗来评估身体水分或身体成份时。
在上述日本在后公开的专利特开平9-51884中描述的装置使用多频率的检测信号计算0和∞频率时的电阻值，并且随后从这些值计算特定的生物电阻抗。由于必须确定阻抗的圆弧轨迹，这个计算过程费时间。上述计算值为50Hz检测频率时的电阻值。这个值作为对象的生物电阻抗值计算。这个发明是用来减小在检测生物电阻抗中吸气(aspiration)的影响，并且不是用来抑制在细胞内和细胞外液中的变化。
同时，在上述日本专利No.3330951的说明书中描述的方法在通过生物电阻抗来评估人体组成时使用了电抗值。该方法使用用于计算身体细胞质量(BCM)和电抗值Xcp的回归公式。即，该方法直接将电抗值代入待计算的人体组成的回归公式中。另外，该方法将能够通过生物电阻抗测量的值作为细胞外液和身体细胞质量的并联电路来处理，并且不评价细胞外液隔室和细胞内液隔室。
鉴于这些问题，构思了本发明。本发明的目的为，通过校正检测的生物电阻抗，以抑制由细胞内液和细胞外液的流动导致的生物电阻抗的变化，并且通过在用生物电阻抗的检测来对身体水分、身体组成等进行评估时，使用该用于评估身体水分、身体组成等的校正值，从而使更准确地评估身体水分、身体组成等成为可能。
【发明内容】
本发明的身体组成评估方法包括通过使用表示细胞内液/细胞外液比的参数，该内液/细胞外液比包括于在给定频率检测生物电阻抗的参数值中，校正检测的生物电阻抗的参数值，并基于与生物电阻抗相关的该校正的参数评估身体组成和类似量。从而，该方法减小发生在相对短的时间内的细胞外液的分布变化的影响，并且更准确的评估身体水分，身体组成和类似量。
另外，在本发明的身体组成评估方法中，给定的频率为施加于活体用于身体组成评估的电流频率。
另外，在本发明的身体组成评估方法中，给定的频率为一种不同于施加于活体用于身体组成评估的电流频率的频率。
另外，在本发明的身体组成评估方法中，生物电阻抗的待校正的参数为生物电阻抗的绝对值、生物电阻抗矢量值或迄今用做身体组成的评估的生物电阻抗矢量的电阻分量值的任何一个。
另外，在本发明的身体组成评估方法中，参数P’与生物电阻抗相关，该生物阻抗通过与表示细胞内/细胞外液比的生物阻抗相关的参数校正，该参数P’计算如下：
P’＝f(P，α)＝K·PA·αu+C
其中f(P，α)为通过参数P和α表示的校正函数，P’为与生物电阻抗相关的校正的参数，P为检测的与生物电阻抗相关的参数，α为与生物电阻抗相关、表示细胞内/细胞外液比的参数，并且A，B，C和K为常数。
本发明的身体组成评估方法基于与依据上述表达式计算的生物电阻抗相关的参数，使身体水分、身体组成和类似量的评估更准确。
另外，与用于本发明的身体组成评估方法的生物电阻抗相关、并表示细胞内/细胞外液比的参数α，通过使用应用于活体的交流电的波形和在生物电阻抗的检测时检测到的电压波形间的相角差φ表示如下，
α＝1/φ
α＝1/tan(φ)
另外，在本发明的身体组成评估方法中，与生物电阻抗相关、表示细胞内/细胞外液比的参数α，通过使用包括在与校正的生物电阻抗相关的参数中的参数，或包括在与在其它频率检测的生物电阻抗相关的参数表示如下，
α＝R/X
其中R为生物电阻抗的电阻分量，和X为生物电阻抗的电抗分量。
另外，在本发明的身体组成评估方法中，与生物电阻抗相关、表示细胞内/细胞外液比的参数α，通过使用生物电阻抗的绝对值或生物电阻抗的电阻分量值表示，其中该生物电阻抗的绝对值或该生物电阻抗的电阻分量值为与一个与较高和较低频率的生物电阻抗相关的参数，该较高和较低频率是与校正的生物电阻抗相关的参数的检测频率来比较，或者该生物电阻抗矢量的绝对值和生物电阻抗矢量的电阻分量值中的任何一个为与校正的生物电阻抗相关的参数，表示如下，
α＝P_high/P_low
α＝P_low/(P_low-P_high)
α＝P_high/(P_low-P_high)
其中P_high为在较高频率与生物电阻抗相关的参数，P_low为在较低频率与生物电阻抗相关的参数。
另外，在本发明的身体组成评估方法中，与生物电阻抗相关、表示细胞内/细胞外液比的参数α，通过在0Hz频率的生物电阻抗值R0和在无限大频率的生物电阻抗值Rinf表示如下，
α＝Rinf/R0，其中该无限大频率由在许多频率检测的生物电阻抗值确定，作为替换方式，参数α通过细胞外液电阻值Re和细胞内液电阻值Ri表示如下。
α＝Ri/Re
另外，本发明的身体组成评估装置包括：
电流供应单元，
电压检测单元，
生物电阻抗计算单元，
校正单元，和
身体组成计算单元，
其特征在于
电流供应单元施加电流于活体，
电压检测单元检测电压，
生物电阻抗计算单元从施加的电流和检测到的电压计算与检测的身体部分的生物电阻抗相关的一个参数，校正单元通过使用一个代表细胞内/细胞外液比的参数校正所述的与检测的生物电阻抗相关的参数值，其中该细胞内/细胞外液比包括于在给定频率检测的生物电阻抗的参数值中，和
身体组成计算单元基于与生物电阻抗相关的该校正参数值，计算与身体组成相关的指数。
从而，该方法减小发生在相对短的时间内的细胞外液的分布变化的影响，并且更准确的评估身体水分、身体组成和类似量。
另外，在本发明的身体组成评估装置中，给定的频率为施加于活体用于身体组成评估的电流频率。
另外，在本发明的身体组成评估装置中，给定的频率为一种不同于施加于活体用于身体组成评估的电流频率的频率。
另外，在本发明的身体组成评估装置中，通过校正单元校正的生物电阻抗的参数为生物电阻抗的绝对值、生物电阻抗矢量值或迄今用于做身体组成的评估的生物电阻抗矢量的电阻分量值中的任何一个。
另外，在本发明的身体组成评估装置中，当与所述的生物电阻抗相关的参数为P’时，其中该生物电阻抗通过与代表细胞内/细胞外液比的生物阻抗相关的参数校正，在校正单元进行的与生物阻抗相关的参数的校正依据下述的表达式进行：
P’＝f(P，α)＝K·PA·αB+C
其中f(P，α)为通过参数P和α表示的校正函数，P’为与生物电阻抗相关的参校正的数，P为检测的与生物电阻抗相关的参数，α为与生物电阻抗相关、表示细胞内/细胞外液比的参数，并且A，B，C和K为常数。本发明的身体组成评估装置基于计算与生物电阻抗相关的参数，使身体水分身体组成和类似量的评估更准确。
另外，与用于本发明的身体组成评估装置的生物电阻抗相关、并表示细胞内/细胞外液比的参数α，通过使用应用于活体的交流电的波形和在生物电阻抗的检测时检测到的电压的波形之间的相角差φ表示如下，
α＝1/φ
α＝1/tan(φ)
另外，在本发明的身体组成评估装置中，表示细胞内/细胞外液比、与生物电阻抗相关的参数α，通过使用包括在与校正的生物电阻抗相关的参数中的参数，或包括在与在其它频率检测的生物电阻抗相关的参数表示如下，
α＝R/X
其中R为生物电阻抗的电阻分量，和X为生物电阻抗的电抗分量。
另外，在本发明的身体组成评估装置中，表示细胞内/细胞外液比、与生物电阻抗相关的参数α，通过使用生物电阻抗的绝对值或生物电阻抗的电阻分量值表示，其中该生物电阻抗为的绝对值或该生物电阻抗的电阻分量值与校正的生物电阻抗相关的参数的检测频率来比校，或者该生物电阻抗矢量的绝对值和生物电阻抗矢量的电阻分量值中的任何一个为与待校正的生物电阻抗相关的参数，该α可以表示如下，
α＝P_high/P_low
α＝P_low/(P_low-P_high)
α＝P_high/(P_low-P_high)其中P_high为在较高频率与生物电阻抗相关的参数，P_low为在较低频率与生物电阻抗相关的参数。
另外，在本发明的身体组成评估装置中，表示细胞内/细胞外液比、与生物电阻抗相关的参数α，通过在0Hz频率的生物电阻抗值R0和在无限大频率的生物电阻抗值Rinf表示如下，α＝Rinf/R0，其中该无限大频率时的生物阻抗值Rinf由在许多频率检测的生物电阻抗确定。
作为替换方式，参数α通过细胞外液电阻值Re和细胞内液电阻值Ri表示如下。
α＝Ri/Re
【附图说明】
图1为当人体假设为圆柱体时的图。
图2为间质细胞的等效电路图。
图3为人体生物电阻抗的矢量轨迹图。
图4为示出在计算普通人的瘦体重中，当使用本发明的生物电阻抗校正公式进行校正和当不使用该公式校正时之间的关系的图表。
图5为示出在计算运动员的瘦体重时，使用本发明的生物电阻抗校正公式进行校正和不使用该公式校正时之间的关系的图表。
图6为当使用本发明的生物电阻抗校正公式进行校正和当不使用该公式校正时，生物电阻抗随时间变化的图表。
图7为本发明实施例的身体成份检测装置的外部透视图。
图8为本发明实施例的身体成份检测装置的内部框图。
图9为本发明实施例的身体成份检测装置的流程图。
【具体实施方式】
为了通过使用生物电阻抗Z评估身体组成，通常通过将对象的身高、生物电阻抗的绝时值|Z|和例如体重、性别和年龄这样的参数代入一回归公式中实现计算。下面是回归公式的重要项。
L2/|Z|...(1)
其中L表示检测对象的身高或将被测量的身体部分的长度，和|Z|表示检测的生物电阻抗的绝对值。
此外，该项称为阻抗指数。
同时，检测的生物电阻抗矢量Z(ω)根据上述的Cole-Cole模型作如下表示。
Z(ω)＝R∞+(R0-R∞)/{1+(jωτ)β}
＝R∞+(R0-R∞)/[1+(ωτ)β×{cos(πβ/2)+jsin(πβ/2)}]其中ω表示检测的角频率(＝2πf，f：检测频率)，τ表示圆弧定律的中心松弛常数，β表示代表松驰时间分布的参数，R0表示在0Hz频率时的电阻值，和R∞表示在∞Hz频率时的电阻值。
正如Cole-Cole模型所表达的那样，当将扫描的频率时检测的生物电阻抗矢量绘制在平面上时，它的横轴表示为实数分量的阻抗分量R，并且纵轴表示为虚数分量的体积分量X，它的矢量轨迹形成如图3所示的圆弧。虽然在这种情况下由于该分量是基于体积的，所以虚轴分量为负值，然而为了下面方便的目的该分量将作为正数处理。
在图3中，O代表座标原点，A和B表示矢量轨迹与实轴间的交点，C表示圆弧顶点，D表示圆心，和E表示直线CD与实轴间的交点。在这种情况中，点A表示频率为∞Hz时的生物电电阻值，点B表示频率为0Hz时的生物电电阻值，并且点A和B两者都是仅有实数分量而无虚数分量的电阻值。生物电阻抗值到达圆弧顶点C的频率称为特性频率，并且此时的角频率如下表达。
ω＝1/τ
当生物电阻抗分解为实轴分量(电阻分量)R和虚轴分量(电抗分量)X时，R和X如下表达：
R＝R∞+[(R0-R∞)×{1+(ωτ)β×cos(πβ/2)}]/g(ω，τ，β)
X＝[(R0-R∞)×{(ωτ)β×sin(πβ/2)}]/g(ω，τ，β)其中
g(ω，τ，β)＝1+2(ωτ)β×cos(πβ/)+{(ωτ)2β}。
当检测角频率为的1/τ，即，特性频率假定时，上述R和X表示如下。
R＝(R0+R∞)/2
X＝{(R0-R∞)/2}×[sin(πβ/2)/{1+cos(πβ/2)}]
＝{(R0-R∞)/2}×tan(πβ/4)
R和X的值在这种情况下分别表示成如图3所示的坐标原点和点E间的距离，以及点E和C间的距离。
从上述可知，身体水分、身体组成和类似的参数既能够从生物电阻抗的绝对值|Z|进行评价又能从作为它的实轴分量的电阻分量R进行评估，虽然它们包括不同的参数。
因此，除上述阻抗指数：
L2/|Z|...(1)，身体水分，身体组成和类似参数能够通过：
L2/R...(1)’评估。
在下文中，该项将称为电阻指数。
这些阻抗指数和电阻指数与活体中的身体水分，瘦体重，肌肉量和类似参数存在明显的关系，并且它们是评估这些数据的重要项。另外，这些指数也是评估脂肪质量、脂肪百分比和类似参数的重要项。
然而，在任一情况下，在接近特性频率的频率时生物电阻抗的检测中，都会受上述细胞内液隔室的低估和在细胞外液的分布变化的影响。另外，它们的影响也可以发生在其它有限频率的生物电阻抗的检测中。
另外，当全身的身体组成通过该活体特定部分的电阻分量来评价时，这种误差产生特别明显的影响。
本发明提供一种方法，该方法包括通过使用不涉及通过生物电阻抗检测的获得的生物电阻抗的绝对值|Z|或电阻分量R的分量，即，低估的细胞内液隔室的数据来校正检测的生物电阻抗的绝对值|Z|或检测的电阻分量R，并且通过使用校正的生物电阻抗的绝对值|Z|’的或校正的电阻分量R’的阻抗指数或电阻指数来评估身体水分、身体组成和类似参数；以及一种通过使用校正的生物电阻抗的绝对值|Z|’或校正的电阻分量R’的来评估身体水分、身体组成和类似参数的装置。
在下文中，将通过依据作为生物电阻抗矢量的实轴分量的由电阻分量R表示的电阻指数来描述本发明。
通常，阻抗矢量z(ω)用电阻分量r和电抗分量x表示如下。
z(ω)＝r+jx(ω)
另外，存在如下用阻抗矢量的绝对值|z(ω)|和相角φ表示的关系。
r＝|z(ω)|cosφ
x＝|z(ω)|sinφ
tan(φ)＝x/r
另外，如上所述，该电阻分量R和电抗分量X表示如下。
R＝(R0+R∞)/2
X＝{(R0-R∞)/2}×tan(πβ/4)
因此，下述的表达式成立。
X/R＝tan(πβ/4)×(R0-R∞)/(R0+R∞)
由于下述的表达式：
R0＝Re
R∞＝ReRi/(Re+Ri)
成立，X/R也能够表示如下。
X/R＝tan(πβ/4)×Re/(Re+2Ri)
＝tan(πβ/4)/(1+2Ri/Re)
因此，下述的表达式成立。
R/X＝(1+2Ri/Re)cot(πβ/4)
在这个表达式中的Ri/Re表示细胞内和细胞外液隔室的相对数据。在下文中，将这个Ri/Re称为细胞内/细胞外液隔室比。
在这个细胞内/细胞外液隔室比上，反映生物电阻抗测量处的身体部位中两隔室的大小。在有发达肌肉的运动员的情况中，当细胞内液隔室大时，细胞内/细胞外液隔室比小。另一方面，细胞内液隔室变得越小，细胞内/细胞外液隔室比变得越大。同时，当细胞外液隔室大时，细胞内/细胞外液隔室比大，而当细胞外液隔室小时，细胞内/细胞外液隔室比小。
然而，在正常环境下短时间内活体的细胞内液隔室改变是不可能的。在通过训练，衰老和类似情况的长时期内细胞内液隔室改变是可能的。因此，可以假定在有限的时期内细胞内液隔室保持不变。然而，对于细胞外液间隔，如上所述由于可以在非常短时间内在细胞外液的均匀分布中发生变化，所以细胞外液隔室可以急剧地改变。
在本发明中，作为与检测的生物电阻抗相关的参数，生物电阻抗的绝对值或生物电阻抗的电阻分量，通过使用与生物电阻抗相关的参数来校正，该参数包括与下述表达式一致的上述细胞内/细胞外液隔室比。在下文中，该细胞内/细胞外液隔室比和细胞内和细胞外液间的比将互相同义地使用，并且将不作区分。
P’＝f(P，α)＝K·PA·αB+C
其中f(P，α)为由参数P和α表示的校正函数，P’为与生物电阻抗相关的参校正的数，P为检测的与生物电阻抗相关的参数，α为表示细胞内/细胞外液比、与生物电阻抗相关的参数，并且A，B，C和K为常数。
另外，通过与校正的生物电阻抗相关参数值的使用，计算上述阻抗指数或电阻指数，并且基于该计算的指数，来评估身体水分和身体组成。
当生物电阻抗的相角为φ时，用于校正与生物电阻抗相关的参数、具有细胞内/细胞外液隔室比的参数表示如下。
R/X＝cot(φ)
考虑到生物电阻抗的相角通常小于10°，可想到下述的表达式可成立。
cot(φ)1/φ
因此，该参数可以表示为：
cot(φ)
和
1/φ。
细胞外液电阻值Re和从在多个频率生物电阻抗的检测结果算出的细胞内液电阻值Ri具有下述的关系。
Ri/Re
0Hz频率时的生物电阻抗和从在多个数频率生物电阻抗的检测结果算出的在∞Hz频率时的生物电阻抗具有下述关系。
Rinf/R0
∵
Rinf/R0＝{ReRi(Re+Ri)}/Re
＝1/{1+(Re+Ri)}
R0/(R0-Rinf)
∵
R0/(R0-Rinf)＝1+(Ri/Re)
Rinf/(R0-Rinf)
∵
Rinf/(R0-Rinf)＝Ri/Re
当上述R0和Rinf中两者或者任一个通过使用生物电阻抗矢量的绝对值|Z|或生物电阻抗矢量的电阻分量R来估计时，其中该生物电阻抗矢量的绝对值|Z|或该生物电阻抗矢量的电阻分量R为一个与较高和较低频率的生物电阻抗相关的参数，该较高和较低频率是与待校正的生物电阻抗相关的参数的检测频率来比较的，或者生物电阻抗矢量的绝对值|Z|和生物电阻抗矢量的电阻分量R中的任何一个为与校正的生物电阻抗相关的参数，下述的表达式可适用。
P_high/P_low
P_low/(P_low-P_high)
P_high/(P_low-P_high)
其中P_high为与较高频率时的生物电阻抗相关的参数，和P_low为与较低频率时的生物电阻抗相关的参数。
实施例
在下文中，将参考附图描述依据本发明的生物电阻抗检测方法的效果和依据本发明的生物电阻抗检测装置的实施例。
为了检验依据本发明的生物电阻抗检测方法的效果，本发明人通过使用生物电阻抗作了用于检验在用本发明的生物电阻抗检测方法进行校正前后结果间的不同的实验。作为检验电流，使用了接近特性频率的50Hz的交流电信号。用于检验生物电阻抗的电流通过两脚间，并且电势差也在两脚间检测。
这个检验实验显示出了将检测的阻抗值的绝对值简单代入到在身体组成的评估中为最重要的因素的阻抗指数的表达式(1)中的结果，和通过下述表达式(2)的使用对检测的生物电阻抗的绝对值进行校正并且将该校正值代入作为阻抗指数的表达式(1)中的结果。在这种情况中，前者定义为校正前值(pre-correction value)，和后者定义为校正后值(post-correction value)。
通过将R/X作为表示细胞内/细胞外液比的参数，检测的生物电阻抗的绝对值P通过下述表达式校正。
P’＝f(P，R，X)＝K1(P)A1(R/X)B1+C1...(2)
其中R为生物电阻抗的实轴分量(电阻分量)，X为生物电阻抗的虚轴分量(电抗分量)，以及A1，B1，C1和K1为常数。
图4和图5示出了通过横轴上的双能量X射线吸光分析法(DXA)获得的瘦体重，和通过阻抗指数获得并且通过它们的在纵轴上相应的最大值标准化的校正前值和校正后值。“○”代表校正前值，和“×”代表校正后值。另外，图4示出了普通人的校正前值和校正后值，而图5示出了运动员的校正前值和校正后值。
参考图4中普通人的数据，在校正后值与校正前值的比较中几乎看不出差别。这是因为校正表达式的参数依据普通人的数据设置。在校正前值和校正后值间没有差别表明本发明能够应用于具有普通细胞内/细胞外液间隔比的未指明数目的对象。
至于图5中有关运动员的数据，当它们与图4中普通人的结果比较时，存在明显的差别，并且可知在校正前通过生物电阻抗的绝对值算出的值整体上偏低，并且瘦体重被低估。通过DEXA检测的瘦体重越大，这种趋势变得越明显。这可归结于上述事实，即细胞外液隔室和细胞内液隔室对检测的生物电阻抗值的贡献程度不同。可以理解的是，通过依据本发明进行的校正，对运动员的瘦体重低估的趋势已经改善，并且接近正确瘦体重的值已经算出。因此，即使当细胞内/细胞外液隔室比明显不同于普通人的时，依据本发明的校正也能够使评估值更接近正确值。
上面是当对象处于正常条件或接近正常条件下应用本发明的检验结果。
接下来，当对象的细胞外液隔室变化时进行检验。这这对应于上述的细胞外液的分布在相对短时间内变化的情况。图6按时间顺序示出了从依据本发明的校正前后的值计算出的数据，这通过四天以上每天几次检验对象的生物电阻抗的变化得到。
横轴代表时间，并且纵轴代表当校正前后的第一个值为100时的变化率。另外，“○”代表校正前的值，和“×”代表校正后的值。
校正前的值在图表中的变化意味检测的生物电阻抗值在一天中变化。原因如下。即，由于对象在那时保持躺下，并且双腿具有低水量，水分的分布在对象刚睡醒后是均匀的，从而检测的生物电阻抗变高。然而，当对象睡醒后开始正常生活时，由于重力的影响细胞外液的发生移动，由此这个检验实验中作为检测生物电阻抗的身体部分的腿中的细胞外液增加，因此得到低生物电阻抗值。将生物电阻抗的绝对值象上述检验实验一样代入阻抗指数的结果对应于校正前值的图表中的变化。同时，当对校正后值的图标检验时，设想的由细胞外液的流动引起的变化几乎不能看出。从而，通过对检测的生物电阻抗的绝对值进行本发明描述的校正和基于该校正值评估身体组成，细胞外液流动的影响能够减小，并且在称为“生理节奏”的一天中计算的身体水分和身体组成的变化能够保持非常低。
接下来，将描述使用依据本发明的生物电阻抗检测方法的身体组成检测装置的实施例。
图7为身体组成检测装置的外部视图，和图8为用于示出该装置的电连接的框图。
图7为本发明的实施例的身体组成检测装置的外部视图。该检测装置1具有接近L形。它的下部由秤2组成。该秤2为已知装置并且在对象站上以检测他的重量的平台2a上具有电极部件3和4。该电极部件3和4与对象的双脚底部接触。该电极部件3和4包括用于供应电流的电流供应电极3a和4a，和用于检测电压的电压检测电极3b和4b。
另外，检测装置1在其顶面上具有操作箱5。这个操作箱5包括作为用于输入各种身体数据的输入装置的输入单元6，并且包括许多健，这些健包括电源开关和数字键，作为显示装置、包括用于显示检测结果的LCD的显示单元7，和在纸上打印检测结果并出纸的打印单元8。
另外，用于手握的电极把手13和14通过代码15和16连接至操作箱5。该电极把手13和14包括用于供应电流的电流供应电极13a和14a，和用于检测电压的电压检测电极13b和14b。除了当它们用于检测时之外，电极把手13和14钩在配置于操作箱两侧的挂钩17上。
图8为检测装置1的内部电的框图。为电流供应装置和电压检测装置的八个电极，即，与双手和双脚接触的电极3a，3b，4a，4b，13a，13b，14a和114b，连接于电极转换单元20，该电极转换单元20连接于计算和控制单元23，该计算和控制单元23为通过电流供应单元21和电压检测单元22的控制装置。该计算和控制单元23具有微型电子计算机(CPU)，并且它不仅是用于从施加的电流和检测电压计算生物电阻抗的生物电阻抗计算装置，而且是用于校正该计算的生物电阻抗的校正装置。另外，该计算和控制单元还是用于计算与活体的组成相关的指数的身体组成计算装置，并且执行各种其它的计算和控制。作为用于存贮各种数据的存贮装置并且包括存储器或寄存器的存贮单元24和检测对象体重的体重检测单元26连接于该计算和控制单元23。另外，输入单元26、显示单元7和打印单元8也连接于该计算和控制单元23上。电源单元28给计算和控制单元23和其它单元提供电源。
接下来，将描述身体组成检测装置的操作。
图9为示出身体组成检测装置1的操作的流程图。
在输入单元6的电源开关按下时(步骤S1)，该装置初始化(步骤S2)。从而，该装置进入等待模式以接收通过由转换键执行的接下来的输入(步骤S3)。然后，在输入单元6的数字键按下时(步骤S4)，检查关于个人的参数是否储存在基于相应数字的存贮单元24中的存储区中(步骤S5)。
当个人参数存储时，将该个人参数从存贮单元24读出，并且显示在显示单元7上，并且然后检查是否有转换键已经按下(步骤S6)。
当在步骤S4中没有存储个人参数或在步骤S5中已经按下转换键时，该装置进入一模式以等待个人参数的输入。通过使用输入单元6的数字键，使用者输入个人参数例如体重、年龄和性别(步骤S7)。
当输入个人参数时，检测体重(步骤S8)。当使用者站在秤2上时，体重检测单元26探测负荷并检测使用者的重量。
然后，检测生物电阻抗(步骤S9)。
检测双手间的生物电阻抗。电极转换单元20通过来自计算和控制单元23的信号进行转换，由此交流电流从电流供应单元21供给到电极13a和14a之间，并且通过电压检测单元22检测电极13b和14b上的电压。在那时，从施加的电流通过一参考电阻时产生的电压波形和在活体的受检测身体部分中的检测电压的交流波形中确定相差，并且生物电阻抗值通过该相差和检测的生物电阻抗的绝对值P校正。如图2所示，由于活体中细胞膜具有体积分量，所以产生相差，并且该相差的大小依据细胞内/细胞外液比变化，这可以通过活体模型的等效电路能够表示成细胞外液电阻和细胞内液电阻的并联电路这一事实来理解，。至于与待校正的生物电阻抗相关的参数的计算，生物电阻抗的校正值P’通过使用作为细胞内/细胞外液比参数的1/φ、依据如下表达式计算：
P’＝f(P，φ)＝K2(P)A2(1/φ)B2+C2...(3)
其中φ为相差，并且A2，B2，C2和K2为常数(步骤S10)。
然后，检测双脚间的生物电阻抗。电流在电极3a和4a间通过，并且电压在电极3b和4b间检测。
然后，检测通过躯干的生物电阻抗。电流在电极14a和4a间通过，并且电压在电极13b和3b间检测。
在身体各部分的生物电阻抗的检测完成后，计算对象的身体组成。该身体组成通过使用校正的生物电阻抗值P’计算。
通过使用校正的生物电阻抗值、设置和存储的个人参数以及检测的体重值计算身体组成(步骤S11)。身体组成例如计算的身体脂肪百分比、身体水量和肌肉量能够从生物电阻抗值和身体参数例如身高和体重来评估，并且由于上述计算为常规的已知技术，因此省略其中计算的描述。
将计算的身体组成的结果在显示单元7上显示(步骤S12)。其后，该装置回到步骤S3的键输入等待模式。
当在步骤S4中个人键没有按下时，其确定电源开关是否已经按下(步骤S13)。当确定电源开关已经按下，关闭电源，并且该装置的操作全部完成(步骤S14)。
虽然包括双手的上体，包括双脚的下体和躯干已经作为在这个装置中检测的生物电阻抗的身体部分描述，然而本发明的生物电阻抗检测方法不限于在特定的身体部分检测，并且能够应用于在活体任何身体部分的生物电阻抗的检测。
在上述实施例中，使用了与相差相关的参数。在下文中将描述与其它参数相关的实施例。
假定两个检测频率，即，f_high和足够低于f_high的f_low。当f_high为能通过细胞内/细胞外液的足够高的频率，其电阻分量Rf_high可以是用于评估总身体水分的参数。另外，足够低于f_high的f_low，与f_high相比更主要的是评估细胞外液。从而，当从Rf_high角度看时，Rf_low可以认为是评估细胞外液的参数。
因此，相应频率的电阻分量Rf_high/Rf_low可以是表示细胞外液和总身体水分间比的参数。
设想对运动员和普通人这个参数如何变化。
运动员：肌肉较多→细胞外液量/身体水量较低→Rf_high/Rf_low较低普通人：肌肉较少→细胞外液量/身体水量较高→Rf_high/Rf_low较高
从而，对于那些在总身体水量中细胞外液量的比例较小的人，用这个参数乘以电阻分量R使电阻分量R更小。即，可以确定那些带有较多肌肉的对象具有较多身体水分。
另外，当假设细胞内液不变化，设想人的细胞外液中变化时，下述是可想到的。
细胞外液减少(电阻分量R增加)→较低的细胞外液量/身体水量→Rf_high/Rf_low减小细胞外液增加(电阻分量R减少)→较高的细胞外液量/身体水量→Rf_high/Rf_low增大
从而，这个参数Rf_high/Rf_low为通过细胞外液的增加/减少反方向作用于电阻分量R的增大/减小。虽然上述描述已经通过使用生物电阻抗矢量的电阻分量进行，然而当上述电阻分量由包括生物电阻抗的绝对值|Z|、与生物电阻抗相关的参数P代替时，与待校正的生物电阻抗相关的参数P’能够作如下定义。
P’＝K3(P)A3(Pf_high/Pf_low)B3+C3
其中Pf_high为在较高频率与生物电阻抗相关的参数，Pf_low为在较低频率与生物电阻抗相关的参数，并且A3，B3，C3和K3为常数。
接下来，将描述另一反映人的细胞内/细胞外液比的参数。
依据基于多频率方法的Cole-Cole模型，可以确定与活体的水量相关的电阻值例如表示细胞外液的Re，表示身体水分的Rinf和表示通过Re和Rinf表示的Ri。由于通过多频率检测信号电阻值R0的计算在上述日本再公开专利9-51884的专利中描述，因此其说明在此省略。
由于这些电阻值表示细胞外液量、总身体水量和细胞内液量，因此也可以说成与所述的上述实施例的情况相同。
从而，Rinf/Re和Ri/Re为与上述实施例中的那些参数以同样方式起作用的参数。因此，即使依据下述的表达式进行校正：
P’＝K4(P)A4(Rinf/Re)B4+C4
P’＝K5(P)A5(Ri/Re)B5+C5
其中An，Bn，Cn和Kn为常数，
可以认为生物电阻抗的检测的精确度也能够期望能供获得如上述情况一样的改善。
如本发明上述实施例描述的那样，本发明通过使用与之相关的参数来校正依据细胞内/细胞外液比变化的生物电阻抗的一部分。该参数不限于上述的那些。例如，许多上述的校正参数可以结合使用，并且下述的校正：
P’＝f(P，α，β...)＝K1·PA·αB·βc...+K3
或
P’＝f(P，α，β...)＝K1·PA·(K11αB+K12βc+...+K2)+K3是可能的，其中f(P，α，β...)为通过参数P，α和β表达的校正函数，P’为与校正的生物电阻抗相关的参数，P为与校正的生物电阻抗相关的参数，α，β...为与代表细胞内/细胞外液比的生物电阻抗相关的参数，A，B和C为用于与活体相符合的参数(常数)，K1，K2和K3为常数，和K11，K12，...也为常数。
另外，在有关本发明的身体组成评估方法和身体检测装置的上述描述中，生物电阻抗矢量的绝对值|Z|或生物电阻抗矢量的电阻分量R作为与待校正的生物电阻抗相关的参数使用。然而，即使与生物电阻抗相关的参数既不是绝对值|Z|也不是电阻分量R，本发明通过使用具有细胞内/细胞外液隔室比的参数进行校正，并且仍然是适用的。
另外，在有关本发明的身体组成评估方法和身体检测装置的上述描述中，与双手间，双脚间和通过躯干的生物电阻抗相关的参数通过使用用于双手的电极和用于双脚的电极校正。本发明不限于这种特殊的结构。本发明也可以构造成可以检测特殊身体部分例如手，脚，右半身或左半身中的生物电阻抗，并且与生物电阻抗相关的参数被校正，并且检测生物电阻抗的身体部分不受限制。
本发明的身体组成评估方法和身体检测装置通过使用代表细胞内/细胞外液比的参数来校正与生物电阻抗相关的参数。因此，当将某一部分的身体水分分布情况作为标准时，由细胞外液的变化引起的阻抗的变化得以抑制。这意味着在称为“生理周期”的生物电阻抗中的变化能够控制。与计算的生物电阻抗相关的参数值成为不受细胞内/细胞外液中变化影响的值，并且基于该参数身体组成更准确地算出。
另外，当相差作为表示细胞内/细胞外液比的参数使用时，本发明的身体组成评估方法和身体检测装置能够从使用的电流的波形和检测电压的波形容易地计算出相差，，并且能够容易地校正生物电阻抗。