Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters unter Anwendung einer Bioimpedanzmessung an einem Probanden, wobei bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters die Gesamtkörpergröße und ein Impedanzwert des Körpers des Proban ^¬ den in die Berechnung eingehen.

Die Leitfähigkeit des menschlichen Körpers wird stark durch den Wasseranteil beeinflusst. Da die fettfreien Anteile des Körpers wie Muskeln und die Körperflüssigkeiten einen Großteil des körpereigenen Wassers beinhalten, während Fettgewebe einen nur relativ geringen Wasseranteil besitzt, kann durch die Bestimmung der Leitfähigkeit des Körpers oder eines Köperseg ^¬ ments (oder umgekehrt des Widerstands oder der Impedanz des Körpers oder des Körpersegments) ein Rückschluss auf den rela ^¬ tiven Anteil von Fett gezogen werden, zumindest wenn weitere Daten wie die Größe und das Gewicht der Person berücksichtigt werden .

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bioimpedanzanalyse sind z.B. in WO 97/01303 beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist acht Elektroden auf, nämlich vier Fußelektroden, jeweils zwei zum Kontaktieren eines Fußes, und vier Handelektroden, jeweils zwei zur Kontaktierung an einer Hand der Person. Dann wird ein Wechselstrom über jeweils zwei, an unterschiedlichen Gliedmaßen befindliche Elektroden eingeprägt und an zwei, ebenfalls an unterschiedlichen Gliedmaßen anliegenden Elektroden die Spannung gemessen. Durch Übergang zu anderen Paaren von stromeinprägenden Elektroden und Spannungserfassenden Elektroden können sukzessive verschiedene Körpersegemente un ^¬ tersucht werden. Ferner kann bei Stromeinspeisung in eine Hand und einen Fuß und Spannungsmessung an derselben Hand und an demselben Fuß eine ganze Körperseite gemessen werden.

Bei Körperzusammensetzungsparametern im Sinne der vorliegenden Beschreibung handelt es sich z.B. um die fettfreie Masse (FFM) , die Fettmasse (FM) , die Gesamtkörperwassermasse (TBW) , extrazelluläres Wasser (ECW) oder Weichteilmagermasse (lean- soft-tissue, LST) .

Verfahren der eingangs genannten Art sind zum Beispiel in dem Artikel „Bioelectrical impedance analysis - part I: review of principles and methods" von Ursula G. Kyle et al . , Espen Gui ^¬ delines, beschrieben. In solchen Verfahren zur Ermittlung von Körperzusammensetzungsparametern unter Berücksichtigung von Impedanzmessungen werden die Werte eines Körperzusammenset ^¬ zungsparameters mithilfe einer Gleichung der Form:

Wert = α _λ ^■ x _l + a ₂ ^■ x ₂ + ... berechnet, wobei einige x± Faktoren sind, die Messwerte für die Impedanzen des Körpers enthalten, und die Koeffizienten a± vorab bestimmte Koeffizienten sind. Diese Koeffizienten werden in Studien ermittelt, in denen für eine repräsentative Gruppe von Probanden die Werte des Körperzusammensetzungsparameters mit unabhängigen Verfahren bestimmt werden und daneben Impedanzmessungen durchgeführt werden. Die Koeffizienten a± werden so berechnet, dass sich die beste Korrelation zwischen den unab ^¬ hängig bestimmten Körperzusammensetzungsparametern und den durch die obige Gleichung aus den Impedanzwerten bestimmten Werten für den Körperzusammensetzungsparameter ergibt. Eine Übersicht über verschiedene Formeln in Form der oben angegebe ^¬ nen Gleichung gibt der oben zitierte Artikel. Weitere Faktoren x± der oben angegebene Gleichung zum Verbessern der Bestimmung der Werte des Körperzusammensetzungspara ^¬ meters sind zum Beispiel der Imaginäranteil der Impedanz X _c , das Gewicht, Alter oder Geschlecht des Probanden. Ein Beispiel für eine in dem angegebenen Artikel aufgeführte Gleichung für das fettfreie Körpergewicht (FFM) ist:

FFM = -4,104 + 0,518 · Ht ² / R50 + 0,231 · weight + 0,130 · Xc + 4,229 · sex wobei Ht die Gesamtkörpergröße des Probanden und R50 der Real ^¬ teil der Impedanz über eine Körperseite des Probanden bei 50 kHz, Xc der Imaginäranteil der Impedanz, weight das Körperge ^¬ wicht und sex das Geschlecht ist (= 1 für Männer, =2 für Frau ^¬ en) .

Der wesentliche Faktor in vielen der verwendeten Formeln wie oben ist xi = Ht ² / R50. Die Überlegung, die hinter dem Aus ^¬ druck i = Ht ² / R50 steht, geht davon aus, dass aus der Länge eines Zylinders und dem Widerstand auf dessen Volumen ge ^¬ schlossen werden kann {R=p'L/A, wobei R die Impedanz, p der spezifische Widerstand, L die Länge und A die Querschnittsflä ^¬ che des Zylinders sind) . Dabei wird aber die Gesamtkörpergröße Ht als Maß für die Längen der Extremitäten (Arme und Beine) angenommen, und es wird nicht berücksichtigt, dass die Längen der verschiedenen Extremitäten in unterschiedlichen Verhältnissen zueinander stehen können. Insbesondere trägt der Torso (Rumpf) des Körpers durch seinen großen Querschnitt nur einen sehr kleinen Anteil zum Gesamtwiderstand bei, enthält aber ei ^¬ nen großen Teil des Körpervolumens und bestimmt damit wesent ^¬ lich die zu ermittelnden Werte der Körperzusammensetzungspara ^¬ meter .

Aus WO 96 / 0 8 1 98 AI ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters unter Anwendung einer Bioimpe ^¬ danzmessung an einem Probanden bekannt, bei dem ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffizienten und des Verhältnisses von der Summe der Impedanzen beider Arme zu der Impedanz des Torsos in die Berechnung eines Körperzusammensetzungsparameters einfließt .

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparame ^¬ ters durch Bioimpedanzmessung in seiner Genauigkeit zu verbessern, indem die Längen der Gliedmaßen des Probanden berücksichtigt werden, ohne die Längen der einzelnen Gliedmaßen messen zu müssen. Insbesondere soll der Anteil des Torsos des Probanden an dem zu ermittelnden Wert für den Körperzusammensetzungsparameter besser berücksichtigt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren zur Ermittlung eines Körperzusammensetzungsparameters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und das Gerät mit den Merkmale des Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei der Berechnung des Körperzusammensetzungsparameters zusätzlich ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab bestimmten Koeffizienten und des Verhältnisses des Impedanzwertes des Torsos zu der Summe der Impedanzwerte aller Körperextremitäten in Form der Realteile der Impedanzen in der Form

~Torso

V rechterArm lin ker Arm rechtesBein UnkesBein

und/oder ein Term eingeht, der ein Produkt eines vorab be ^¬ stimmten Koeffizienten und des Verhältnisses der Impedanzwerte in Form der Imaginärteile der Impedanzen in der Form Xc Torso

( \ Xc rechterArm + Xc lin ker Arm + Xc rechtesBein + Xc linkesBein

des Probanden darstellt, wobei

^R Torso ^ chterArm ^inkeArm ^ chtesBein ^inkesBein ^die Realteile der komplexen Impe ^¬ danzen von Rumpf, rechtem Arm, linkem Arm, rechtem Bein, linkem Bein und

^XC Torso ^■ > ^XC rechterArm ' ^Xc iinkeArm ' ^Xc rechtesBein ' ^Xc unkesBein ^{die 1ma} gίπärte11e der komple ^¬ xen Impedanzen von Rumpf, rechtem Arm, linkem Arm, rechtem Bein, linkem Bein sind.

Die Impedanzwerte der einzelnen Gliedmaßen sind proportional zu deren Längen. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass gerade das Verhältnis der Impedanzen von Torso zur Summe der Impedanzen der Extremitäten eine überraschend verbesserte Korrelation zu unabhängig gemessenen Körperzusammensetzungsparametern ermöglicht, so dass im Ergebnis auf diese Weise individuell variierende Längenverhältnisse von Körpersegmenten besser berücksichtigt werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss nicht der Aufwand getrieben werden, die Längen aller Körpersegmente einzeln zu messen, sondern es werden stattdessen die Impedanzen der einzelnen Körpersegmente als Maß herangezogen. Es wird die kom ^¬ plexe Impedanz Z für die Segmente Torso, rechter Arm, linker Arm, rechtes Bein und linkes Bein bei einer Frequenz von vorzugsweise 50 kHz gemessen. Aus dieser komplexen Impedanz wird dann der Realteil R und Imaginärteil Xc gebildet. Es hat sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass eine erhebliche Verbesserung der Korrelation zu unabhängigen Messungen erzielt werden kann, ohne Notwendigkeit die Längen der Gliedmaßen gesondert zu erfassen, wenn aus den Impedanzwerten die folgenden Verhältnisse gebildet werden: R 50kHz , Torso

x R 50 trunkl extremities

iß-50kHz,rechterArm ^~ * ^~ ^50kHz , lin ker Arm ^ 50 kHz , rechtesBein ^~ * ^~ ^50kHz ,linkesBein )/ ^

Λ Yr^ 50kHz, Torso

Xc 50trunk I extremities | y V _ι_ V _ι_ V \ lA

V *- 50kHz, rechter -Arm ^{+ ÄC} ' 50kHz, lin ker Arm ^{+ ÄC} ' 50kHz, rechtesBein ^{+ ÄC} ' 50kHz, linkesBein '/ ^

Diese Verhältnisse können dann als x einzeln oder beide in die oben genannte Formel eingehen.

Es kann auf die Mittelwertbildung verzichtet werden, was nur einer Änderung des zugehörigen Koeffizienten a± entspricht:

^50kHz, Torso

j — .

R 50trunk I extremities

50 kHz, rechter Arm 50 kHz, lin ker Arm 50 kHz, rechtesBein 50 kHz, linkesBein

Anstelle des Realteils und Imaginärteils könnte der Betrag verwendet werden:

^J 50kHz,Torso

X Z 50trunk I extremities

Z 50 kHz, rechter Arm ^ 50 kHz , lin ker Arm ^ 50 kHz , rechtesBein ^ 50 kHz , linkesBein ^

Erfindungsgemäß wird ein Bioimpedanzmessgerät bereitgestellt mit einer Mehrzahl von Elektroden zum Kontaktieren der Extremitäten eines Probanden und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist mit verschiedenen Messprogram ^¬ men Wechselstrom über jeweils zwei Elektroden einzuprägen und resultierende Spannungen über andere Elektroden zu messen, um daraus die Impedanzen des Körpers und einzelner Körpersegmente zu bestimmen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit weiter da ^¬ zu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren wie zuvor definiert durchzuführen. Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren näher beschrieben, in denen:

Fig. 1 schematisch eine Probanden als Schaltbild für ein Bio- impedanzmessverfahren zeigt,

Fig. 2 schematisch ein Bioimpedanzmessgerät zeigt,

Fig. 3 eine Verteilung der Abweichungen des Körperzusammensetzungsparameters Weichteilmagermasse (LST) des rechten Beins und die Abweichungen der durch die Bioimpedanzmessung bestimmten LST-Werte von unabhängig bestimmten LST-Werten für eine represäntative Probandengruppe zeigt, wobei für die Bestimmung des Körperzusammensetzungswertes durch Bioimpedanzmessung ein Verfahren nach dem Stand der Technik angewendet wurde, und

Fig. 4 die gleiche Verteilung der Abweichungen der Körperzusammensetzungswerte LST wie in Fig. 3 zeigt, wobei die Werte des Körperzusammensetzungsparameters hier durch Bioimpedanz ^¬ messung nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wurden.

Ein typisches Gerät für Bioimpedanzmessungen ist in Figur 2 gezeigt und weist zum Beispiel eine Standplattform 12 auf, auf die die zu messende Person sich mit beiden Füßen stellt. Auf der Standplattform 12 sind für jeden Fuß zwei Elektroden ausgebildet, zum Beispiel eine im Bereich der Ferse und eine im Bereich des Vorderfußes. Ferner sind zwei Handgriffe vorhan ^¬ den, die der Benutzer in bestimmter Weise ergreift und damit jede Hand in Kontakt mit zwei Elektroden bringt, zum Beispiel jeweils eine an Zeige- und Mittelfinger und eine an dem klei ^¬ nen und dem Ringfinger.

Eine Steuer- und Auswerteeinheit 10 ist dazu eingerichtet, verschiedene Messprogramme durchzuführen, mit denen Impedanz- messungen für den ganzen Körper, eine Körperseite oder einzelne Körpersegmente durchgeführt werden können. Wenn zum Bei ^¬ spiel ein Wechselstrom über Elektroden an einer Hand und einem Fuß der gleichen Körperseite eingeprägt wird und die resultie ^¬ rende Spannung an derselben Hand und demselben Fuß mit der jeweils anderen Elektrode gemessen wird, wird die Impedanz einer ganzen Körperseite gemessen, d.h. ein Maß für die Ganzkörperimpedanz erhalten.

In einem anderen Messprogramm wird Wechselstrom wiederum über eine Elektrode an einer Hand und eine Elektrode an einem Fuß der gleichen Körperseite eingespeist und die Spannung an der Elektrode der einen Hand und der anderen Hand gemessen; diese Situation ist in Figur 2 gezeigt. Diese Impedanzmessung ist sensitive für die Impedanz des stromdurchflossenen Arms. In einem weiteren Messprogramm wird Wechselstrom in gleicher Weise wie zuvor eingeprägt und die Spannung über eine Elektrode an dem einen und eine Elektrode an dem anderen Fuß gemessen. Diese Impedanzmessung ist sensitive für die Impedanz des stromdurchflossenen Beines.

Auf diese Weise können die Impedanzwerte des gesamten Körpers und einzelner Körpersegmente gemessen werden.

In dem Ersatzschaltbild in Fig. 1 sind die Impedanzen der Körpersegmente wie folgt bezeichnet:

1 Impedanz linker Arm

2 Impedanz rechter Arm

3 Impedanz linkes Bein

4 Impedanz rechtes Bein

5 Impedanz Torso .

Die Impedanzen sind komplexe Werte, die bei einer bestimmten Frequenz ermittelt werden, zum Beispiel bei 50 kHz. Für die komplexe Impedanz wird das Formelzeichen Z verwendet, mit R wird der Realteil von Z und mit Xc der Imaginärteil von Z be ^¬ zeichnet. Im Index ist die Frequenz in kHz angegeben, bei der die Impedanz ermittelt wurde, sowie das Körpersegment an dem sie gemessen wurde.

Im Folgenden wird eine Messung an einer Gruppe von Probanden betrachtet, an denen jeweils eine Impedanzmessung und eine un ^¬ abhängige Messung des Körperzusammensetzungsparameters Weich ^¬ teilmagermasse (LST, lean-soft-tissue) des rechten Beines vor ^¬ genommen wurde. Zur unabhängigen Messung dieses Körperzusammensetzungsparameters wurde eine DXA-Messung (dual energy x- ray absorption) durchgeführt. Anschließend wurde zur Vorhersa ^¬ ge des Körperzusammensetzungswertes LST eine Gleichung der Form:

LST _rechtesBein = a _x ^■ x _l + a ₂ ^■ x ₂ + a ₃ + x ₃ + a ₄ ^■ x ₄ verwendet, wobei xi = Ht ² / R50 _reC htes Bein, 2 = Xc50 _reC htes Bein, 3 = Gewicht und X4 = Geschlecht. Anschließend wurde eine multiline ^¬ are Regression vorgenommen, um die Koeffizienten a± zu bestimmen, die die bestmögliche Korrelation des Körperzusammenset ^¬ zungsparameters LST _{rechtes Be} i _n aus der Bioimpedanzmessung und der unabhängigen Messung ergeben. Mit diesem Verfahren nach dem Stand der Technik erhält man ein Bestimmtheitsmaß r ² = 0,937. Das Bestimmtheitsmaß r ² ist das Quadrat des Korrelationskoeffi ^¬ zienten r und gibt an, welcher Anteil der Varianz von LST _rechtes Bein nach obiger Formel durch die lineare Regression erklärt wird. Das Bestimmtheitsmaß liegt zwischen 0 (kein linearer Zu ^¬ sammenhang) und 1 (perfekter linearer Zusammenhang) . Die Verteilung der Differenzen zwischen dem Wert von LST _reC htes Bein nach obiger Formel und den mit unabhängiger Messung bestimmten hat eine Standardabweichung von 0,501 kg, die auch als Fehler bezeichnet werden kann. Wird als X5 das folgende Verhältnis hinzugefügt

Torso

l5 I n D D D

V rechterArm lin ker Arm rechtesBein linkesBein und ein zugehöriger Koeffizient as durch Regression bestimmt, so verbessert sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren das Bestimmtheitsmaß r ² auf 0,948 und der Fehler (Standardabwei ^¬ chung der Verteilung der Differenzen zwischen berechnetem LST _rechtes Bein und unabhängig gemessenem) auf 0, 459 kg.

Verwendet man zusätzlich als x 6

^ ^C Torso

rechter Arm lin ker Arm ^ ^C rechtesBein ^ ^C linkesBein ) I ^ und einen zugehörigen durch Regression bestimmten Koeffizienten ae so erhält man eine weitere Verbesserung des Bestimmt ^¬ heitsmaßes r ² auf 0, 956 und des Fehlers auf 0, 425 kg. Somit zeigt sich, dass mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Verfah ^¬ rensweisen eine Verbesserung der Messgenauigkeit für Körperzu ^¬ sammensetzungsparameter mit Bioimpedanzmessung erreicht wird.

Die Erfindung ermöglicht auch gegenüber dem nächstliegenden Stand der Technik gemäß WO 96/08198 AI eine deutliche Verbes ^¬ serung der Messgenauigkeit der Körperzusammensetzungsparame ^¬ ter. Um dies zu zeigen, kann man im Vergleich zu den obigen Ergebnissen nach der Erfindung die oben genannte Formel

LST _rechtesBein = α _γ ^■ x _l + α ₂ ^■ x ₂ + α ₃ + x ₃ + a ₄ ^■ x ₄ um den Term x ₅ aus der Formel E20 in WO 96/08198 AI erweitern, nämlich

D

„ rechterArm + R linier Arm Mt _^

^Λ 5 ^_ R Torso R rechtesBein Gegenüber der Formel E20 aus WO 96/08198 AI haben wir in die ^¬ sem Term, da im vorliegenden Beispiel LST _rechtesBe in betrachtet wird, den Gesamtkörperwiderstand R _w durch den passenden Term RrechtesBein ersetzt. In diesem Fall erhält man lediglich eine Verbesserung des Bestimmtheitsmaßes r ² auf 0,942 und des Feh ^¬ lers auf 0, 485 kg, was noch einmal zeigt, dass mit der erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahrensweise eine deutliche Verbesserung ge ^¬ genüber dem nächstliegenden Stand der Technik erreicht wird.