JP2001340313A

JP2001340313A - インピーダンス測定装置

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Publication number: JP2001340313A
Application number: JP2000161806A
Authority: JP
Inventors: Toru Takahashi; 孝橋　　徹; Takashi Saeki; 考史佐伯
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-11
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP4671467B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極と身体皮膚面との間の接触インピーダン
スと、電極に接触する皮膚と皮膚との間の身体内インピ
ーダンスとを独立して求めることができるようにする。【解決手段】身体皮膚面上に接触するように設けられ
る複数の電極Ｅ１〜Ｅ４と身体皮膚面との接触部に、そ
の接触部に生じる電位降下の測定が可能な電流が流れる
ように、各電極相互間を常に測定可能な電気伝導度に保
ちつつ、測定手段にて各電極間電圧を測定することによ
り、接触部のインピーダンスＸ，Ｙ，Ｚ，Ｕと身体内イ
ンピーダンスＭとを独立して求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極と身体皮膚面
との間の接触インピーダンスと、電極に接触する皮膚と
皮膚との間の身体内組織のインピーダンスとを測定する
インピーダンス測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、人間の身体内の脂肪量を測定する
体内脂肪量測定装置として、身体末端部の皮膚面に複数
の電極を設置し、これら電極間に交流電流または電圧を
印加してその身体末端部に挟まれた身体内組織のインピ
ーダンスを測定し、このインピーダンスから体内組織中
の脂肪量を得るようにしたものが知られており、またそ
の測定方法として、２端子法（２電極法）と４端子法
（４電極法）とが知られている。

【０００３】図６（ａ）には、２端子法を用いた体内脂
肪量測定装置における身体インピーダンスの測定原理が
示されている。この２端子法においては、２つの電極Ｅ
１，Ｅ２を両手などの身体末端部の２箇所の皮膚上にそ
れぞれ装着し、これら電極Ｅ１，Ｅ２間に既知の一定電
流Ｉを流し、そのときに電極Ｅ１，Ｅ２間に発生した電
圧Ｖ１をＡＭＰ１からなる電圧測定回路にて測定するよ
うにし、式Ｖ１／Ｉ＝Ｒを演算することにより２つの電
極Ｅ１，Ｅ２間のインピーダンスＲを測定するようにさ
れている。

【０００４】しかし、この２端子法による場合、電極表
面に汚れや水分付着など測定者個人の身体特性には関係
のないインピーダンス成分が存在し、これらの要素によ
って電極と皮膚との間の接触インピーダンスが構成され
ることから、実際に測定できるインピーダンスＲは、身
体内インピーダンスｒ０と、電極Ｅ１，Ｅ２と皮膚との
間の各接触インピーダンスｒ１，ｒ２との和（Ｒ＝ｒ０
＋ｒ１＋ｒ２）となって、これら接触インピーダンスｒ
１，ｒ２と身体内インピーダンスｒ０とは分離測定でき
ず、身体内インピーダンスのみを測定することができな
いという問題点がある。ところで、接触インピーダンス
は前述のように電極表面の状態によって数十オームから
数百オーム程度まで変化し、場合によっては数キロオー
ムに達する場合があることから、５００オーム前後の値
となる身体内インピーダンスに比べて無視できない値で
ある。このようなことから、この２端子法により得られ
た身体内インピーダンス値から体脂肪量を求める測定法
はほとんど用いられていないのが実情である。

【０００５】一方、図６（ｂ）には、４端子法を用いた
体内脂肪量測定装置における身体インピーダンスの測定
原理が示されている。この４端子法は、前述の２端子法
の欠陥を克服するために用いられている身体内インピー
ダンス測定方法である。この４端子法においては、例え
ば両手先端部の２箇所の皮膚と接触する電極Ｅ１１，Ｅ
１２；Ｅ２１，Ｅ２２を設け、電極Ｅ１２，Ｅ２２を電
源印加用電極として定電流Ｉを印加し、電極Ｅ１１，Ｅ
２１を電圧測定用電極としてそれら電極Ｅ１１，Ｅ２１
間に発生した電圧Ｖ１１をＡＭＰ１１からなる電圧測定
回路にて測定するようにする。いま、各電極Ｅ１１，Ｅ
１２，Ｅ２１，Ｅ２２と皮膚との間の接触インピーダン
スをｒ１１，ｒ１２，ｒ２１，ｒ２２とし、電圧測定回
路の入力インピーダンスを接触インピーダンスｒ１１，
ｒ２１に比べて十分大きな値に選んでおいて電源印加電
極Ｅ１２，Ｅ２２の間に定電流を流したときに接触イン
ピーダンスｒ１１，ｒ２１の方へは測定精度に影響を与
えるような電流が流れないようにする。これにより、接
触インピーダンスｒ１１，ｒ２１における電圧降下が無
視できることになって、電圧測定回路は測定者の身体内
の点Ｐ−Ｑ間に発生する電圧Ｖ１１を測定できることに
なる。こうして、式Ｖ１１／Ｉ＝ｒ０によって身体内イ
ンピーダンスｒ０を得ることができる。

【０００６】この４端子法による測定法においては、電
極として、定電流（もしくは定電圧）を印加する電源印
加電極と電圧を測定する電圧測定電極とを設け、全ての
電極の相互間の絶縁性を保つことによって、測定誤差を
発生させずに電圧測定電極から正確な身体内電圧もしく
は身体内インピーダンスのみを測定するようにされてい
る。

【０００７】ここで、電極相互間が電気的に絶縁されて
いても、測定面の水分の付着などにより電極間相互の電
気伝導度が大きくなる場合には、以下に説明するように
測定誤差が発生することになる。すなわち、図７（ａ）
に示されるように、例えば電極Ｅ１１とＥ１２および電
極Ｅ２１とＥ２２との間に接触インピーダンスｒ１１，
ｒ２１の大きさに比べて無視できない値の抵抗成分Ｒ１
およびＲ２がそれぞれ存在するとすれば、ｒ１１，ｒ１
２，Ｒ１からなるループおよびｒ２１，ｒ２２，Ｒ２か
らなるループに電流が流れることになってｒ１１，ｒ２
１に電圧降下が生じる。そうすると、電圧測定回路は点
Ｐ−Ｑ間の電圧である身体内インピーダンス発生電圧を
測定することができず、接触インピーダンスｒ１１，ｒ
２１の電圧降下分が加わった点Ｒ−Ｓ間の電圧が測定さ
れることになって、正確な身体内インピーダンス値を求
めることができなくなる。

【０００８】また、図７（ｂ）に示されるように、電極
Ｅ１２とＥ２２との間に身体内インピーダンスｒ０に比
べて無視できない値の抵抗成分Ｒ３が存在するとすれ
ば、電流Ｉに比べて無視できない大きさの電流ｉがＲ３
の方に流れることになって式ｒ０＝Ｖ１／Ｉによって身
体内インピーダンスｒ０を求めたときに大きな誤差が生
じてしまう。また、図７（ｂ）の破線にて示されるよう
に、Ｒ３と同様な抵抗成分Ｒ４が電極Ｅ１１とＥ２１と
の間に存在すると、電流Ｉのうち無視できない電流ｉ
が、ｒ２１，Ｒ４，ｒ１１のループを流れ、接触インピ
ーダンスｒ２１，ｒ１１に電圧降下を起こす。ＡＭＰ１
１はＥ１１，Ｅ２１の電圧をもって身体内インピーダン
スを測定しており、接触インピーダンス部分の電位降下
を分離測定できないので大きな誤差要因となる。故に、
従来の方法では、電極相互間が常に絶縁であることが測
定精度上不可欠の要件になっている。

【０００９】ところで、図６（ｂ）において、電極面が
絶縁物の付着で汚れていたり、測定者の電極への接触状
態が不適切であると、電極Ｅ１１，Ｅ２１が極めて大き
くなる。そして、ＡＭＰ１１は入力がオープンと同様な
状態に陥るので、信号源インピーダンスが高くてもノイ
ズ信号が入力され、測定者の身体内インピーダンスと全
く異なる信号がＡＭＰ１１から出力される。この場合、
ＡＭＰ１１の信号の大小によっては必ずしも測定状態の
適否が判定できない。このような誘導ノイズを除去する
ことを目的として、電圧測定回路の測定入力端子に抵抗
を接続するようにしたものが、特開平８−１５４９１０
号公報において開示されている。この公報に開示された
ものでは、４端子法を適用し、４個の電極を、２個の測
定用電極と２個の電流印加用電極として機能させるよう
にしたものにおいて、電流印加用電極と測定用電極とを
抵抗で接続するようにし、これによって誘導ノイズを除
去するように構成されている。

【００１０】なお、同様の主旨により、身体インピーダ
ンス測定器用の電圧測定回路の入力端子間に抵抗を接続
することで、測定電極に発生する誘導ノイズの影響を低
くするようにした技術が、特許第２７６００２１号公
報、特開昭６１−１２８９４２号公報、特開平８−１５
４９１１号公報に開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公報に開示されている従来技術では、次に示すような
問題点がある。以下に、特開平８−１５４９１０号公報
の開示技術を例にとって、図８（ａ）（ｂ）によってそ
の問題点について説明する。

【００１２】図８（ａ）に示されるように、一対の電極
Ｅ１１−Ｅ１２間および電極Ｅ２１−Ｅ２２間にそれぞ
れ抵抗Ｒ０を接続したとすると、定電流源５０から供給
される一定電流Ｉは電極Ｅ２１の点で電流ｉ１と電流Ｉ
−ｉ１とに分流し、Ｐ点でも電流ｉ２と電流Ｉ−ｉ２と
に分流する。特開平８−１５４９１０号公報の開示技術
では、電極Ｅ２２とＥ１２とを身体抵抗電位計測用電極
と定め、これら電極間の電位降下を測定して身体内抵抗
ｒ０を求めるようにしている。

【００１３】ところが、図８（ａ）において、抵抗ｒ０
のみならず、ｒ１１〜ｒ２２の各抵抗値も未知であり、
かつ測定の度にその値が変化するため、電流ｉ１，ｉ２
の値もそれら抵抗値の大きさに応じて変化することにな
る。したがって、電極Ｅ２２とＥ１２とを身体抵抗電位
計測用電極として抵抗ｒ０の両端電位ｒ０・Ｉを測定し
ようとしても、これにｒ２２・ｉ１とｒ１２・（Ｉ−ｉ
２）の電位降下分が加わることになってしまう。

【００１４】図８（ｂ）には、図８（ａ）に示される抵
抗配置に加えて、対になった電極Ｅ１２−Ｅ２２間にも
抵抗Ｒｅが接続された例が示されている。この例におい
ても、図示のように電流Ｉに分流が生じることになり、
前述と同様の問題がある。

【００１５】そこで、この公報に記載のものにおいて
は、抵抗Ｒ０として、Ｒ０＞＞ｒ２１またはｒ２２を満
たすものを選定し、抵抗Ｒ０および接触抵抗ｒ２２には
できる限り電流が流れないようにされている。

【００１６】また、この公報に記載のものでは、測定者
が電極から完全に離脱しても測定回路の入力端子が抵抗
を介して電源に接続されていて測定出力とは異なる一定
の信号を出力するので、この出力信号を警報に利用する
ようにされている。また、図８（ａ）において、電極Ｅ
１１，Ｅ２１の電極接触部において測定者が電極から離
脱した場合、または図８（ｂ）において、測定者が全て
の電極から完全に離脱した場合を考慮し、この状態でも
定電流を維持して測定回路から外部へ警報を与えること
ができるように、次式で示されるように抵抗Ｒ０に上限
を設けるようにされている。（Ｚ−ｒ０ｍ）／２＞Ｒ０ただし、Ｚ：最大負荷抵抗値、ｒ０ｍ：身体内抵抗ｒ０
の最大値

【００１７】しかし、この公報に記載のものでは、測定
に際し測定者の皮膚が乾いていたり電極が汚れていたり
すると接触抵抗ｒ２１等は増加して様々な値をとる反
面、接続抵抗Ｒ０は前述のようにその大きさに制限が加
えられているために、抵抗ｒ２１，ｒ２２が増すと前述
の条件Ｒ０＞＞ｒ２１（ｒ２２）を満足できなくなって
しまう。この結果、無視できない大きさの分流電流ｉ
１，ｉ２が発生することとなって、図８（ａ）では測定
電圧において、ｒ２２・ｉ１＋ｒ１２・（Ｉ−ｉ２）分
の測定誤差を生ずることとなってしまう。

【００１８】また、この公報に記載のものにおいては、
測定者が電極から離脱するような事態になれば明確に身
体内抵抗電位降下測定値と異なる値を外部に与えること
ができるが、このような値に至るまでに接触抵抗値の大
きさに応じて大きな測定誤差が発生することとなる。し
たがって、測定値に影響を及ぼすような誤差が発生する
までに警報を発しようとすれば、接触抵抗変化に対する
正常測定可能な範囲が狭くなってしまう。

【００１９】このような問題が生じる原因は、電極の機
能を、電流印加用と計測用とに分離し、このうち計測用
電極の電位降下をもって身体内抵抗電位降下分としたと
ころにある。

【００２０】この公報のものも含めて、従来の４端子法
は電流印加電極部の接触抵抗による電圧降下分は測定値
の中に含まないようにし、電極間相互を絶縁または絶縁
に近い導電状態に保ち、電極間および電圧測定電極部の
接触抵抗にできるだけ電流が流れないように構成するこ
とで、電圧測定電極部の接触抵抗における電位降下分は
測定結果に影響のない小さな値になるように回路が構成
されている。この場合、測定値には測定電極部の接触抵
抗電位降下分は含んで測定されるが、実質的に測定値は
身体内インピーダンスとして扱えるようになり、接触イ
ンピーダンスは測定器の実用精度上無視できる値にな
る。しかし、基本的に回路構成の上で身体内インピーダ
ンス成分のみ、または接触インピーダンスの成分のみを
それぞれ独立して測定もしくは求めることはできず、測
定条件が好都合の場合に限り、接触インピーダンスを無
視できるようにして身体内インピーダンスが求められる
方式であった。

【００２１】一方、２端子法において、各電極を皮膚上
の極めて近接した位置に配置し、測定電極間がほとんど
接触インピーダンス成分のみで、身体内インピーダンス
成分がほとんどないような部位間を測定する状態に電極
を配置すれば、接触インピーダンスのみの測定を行うこ
とはできるが、これと同時に体脂肪算出に供する程度の
身体内インピーダンスを測定することはできない。

【００２２】また、従来の２端子法および４端子法を兼
備した装置をそれぞれ別途に使用すれば、従来の４端子
法で身体内インピーダンスを、そして従来の２端子法
で、身体内インピーダンスの極めて小さい部位間を測定
するのであれば接触インピーダンスを、それぞれ単独に
実用的な精度で測定することは可能であるが、このよう
にした場合には、２台の装置が必要であったり、測定部
位が限定されたり、あるいは装置が１台であっても切り
替えて使用する必要があって、装置構成の大型化、複雑
化は避けられない。

【００２３】さらに、従来の測定法では、電極間の電気
絶縁性が低下したときに身体内インピーダンスの測定精
度に及ぼす影響が補償されるような測定法とはなってい
ないので、電極間に水分が付着することにより前述のよ
うな電流分流による誤差発生の問題がある。

【００２４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、電極と身体皮膚面との間の接触インピーダ
ンスと、電極に接触する皮膚と皮膚との間の身体内イン
ピーダンスとを独立して求めることができるようにし、
これによって接触インピーダンスの広い範囲の変化に対
しても測定精度を落とさずに身体内インピーダンスを求
めることのできるインピーダンス測定装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、本発明によるインピーダンス測定
装置は、身体皮膚面上に接触するように設けられる複数
の電極と、これら電極間の電圧を測定する測定手段とを
備えるインピーダンス測定装置において、各電極と身体
皮膚面との接触部にその接触部に生じる電位降下の測定
が可能な電流が流れるように、各電極相互間を常に測定
可能な電気伝導度に保ちつつ、前記測定手段にて各電極
間電圧を測定することにより、前記接触部のインピーダ
ンスと身体内インピーダンスとを独立して求めることを
特徴とするものである。

【００２６】本発明によれば、測定者の条件もしくは環
境によってその測定者の皮膚と電極との間の接触インピ
ーダンスが種々の値をとった場合でも、各電極と身体皮
膚面との接触部に生じる電位降下を、身体内インピーダ
ンスにおける電位降下と同レベル程度にし、その電位降
下分の測定が可能になるような大きさの電流が流れるよ
うにしているので、測定精度を落とすことなく身体内イ
ンピーダンスを求めることができて正確な体脂肪量を算
出することができる。こうして、接触インピーダンスの
広い変化範囲に亘って身体内インピーダンスを正しく測
定することができる。また、接触インピーダンスそのも
のを直接的に評価できる。例えば求められた接触インピ
ーダンスの値を表示し、あるいはその値に基づいて演算
判定させることで、測定者の測定条件の良否を広い範囲
で正確に測定者に対して警告することができる。さら
に、単一の装置による１回の測定動作により接触インピ
ーダンスと身体内インピーダンスとをそれぞれ個別にか
つ同時に求めることができ、正確な接触インピーダンス
の変化量を得ることができるので、この接触インピーダ
ンスの変化量から測定者の精神的発汗の度合いを測定し
て、ストレス量、精神動揺量を判定することができ、便
利で多機能な健康維持用・娯楽用の測定装置とすること
ができる。また、簡単な回路を追加するだけで、極めて
微小な接触インピーダンス変化量も求めることができる
ので、感度の高い精神動揺測定を行うことが可能とな
る。

【００２７】本発明においては、各電極間に抵抗体を接
続することにより各電極相互間が常に測定可能な電気伝
導度に保たれるのが好ましい。この場合、前記測定手段
は、各電極間の電気伝導度を測定して既知化する手段を
備えているのが良い。このようにすれば、電極間におい
て接続抵抗を含む電気伝導度が変化してもその状態での
電極間抵抗値を測定することで、電極間における電気伝
導度変化の影響を受けずに、正確な身体内インピーダン
スおよび接触インピーダンスを求めることができる。

【００２８】本発明においては、さらに、前記測定手段
により測定された前記接触部のインピーダンス値を表示
するとともに、このインピーダンス値の大小により測定
の適否の判定結果を表示する表示手段が設けられるのが
好ましい。こうすることで、測定者は、指先や足の裏な
ど、どの部分の接触状態が不都合であるかを認識できる
ようになり、測定の適否を容易に判定することができ
る。

【００２９】本発明において、前記測定手段は、前記接
触部のインピーダンスの変化量を求めるとともに、この
変化量の値から測定者の精神的発汗量を求めるものであ
るのが好ましい。これによって、単一の測定装置によっ
て、また同じ身体部の測定によって、体脂肪計の機能と
精神動揺計の機能とを同時に併せ持たせることができ、
有用な測定装置を提供することができる。

【００３０】さらに、前記測定手段による測定値に基づ
き、体脂肪量および体脂肪率が演算されるのが好まし
い。

【００３１】本発明において、より具体的な回路構成と
しては、少なくとも一組の電極間に複数個の抵抗体が接
続されてそれら抵抗体の抵抗値と前記接触部のインピー
ダンス値とが平衡ブリッジ回路をなすようにされ、この
平衡ブリッジ回路の両端に電源を印加すると同時にその
平衡ブリッジ回路の他端に発生する電圧を測定すること
で、前記接触部のインピーダンス値の変化量が求められ
る構成を採用するのが良い。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるインピーダン
ス測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照
しつつ説明する。

【００３３】図１（ａ）（ｂ）には、本発明の一実施例
に係るインピーダンス測定装置における測定原理が示さ
れている。

【００３４】本実施例においては、測定者の身体皮膚と
接触する４つの電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が設けられ
ている。ここで、各電極Ｅ１〜Ｅ４とその電極に接触し
た皮膚表面との間の接触インピーダンスがそれぞれＸ，
Ｙ，Ｚ，Ｕとされ、身体内インピーダンスがＭとされ
る。

【００３５】電極Ｅ１−Ｅ２間および電極Ｅ３−Ｅ４間
には、例えば接触インピーダンスと同等の大きさの抵抗
ｒ１，ｒ３が接続され、また電極Ｅ２−Ｅ３間には、測
定者が電極から完全に離脱した状態にあってもｒ１＋ｒ
２＋ｒ３の値が定電流回路の電流制御の最大負荷抵抗Ｚ
ｍ以下になるように、言い換えればＺｍ≧ｒ１＋ｒ２＋
ｒ３が成り立つように値を選んで、抵抗ｒ２が接続され
る。

【００３６】前記各電極Ｅ１〜Ｅ４はそれぞれ端子ｐ
１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に接続され、これら端子ｐ１〜ｐ
４を介して定電流回路１の出力端子ｏ１および入力端子
ｏ２に接続できるようにされ、また電圧測定回路２の端
子ｓ１，ｓ２に接続できるようにされている。ここで、
定電流回路１は、非反転入力端子から電圧信号Ｖ０（既
知）が入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器ＡＭＰ
１と、この演算増幅器ＡＭＰ１から定電流Ｉが出力され
るように回路を制御する参照抵抗Ｒｓ（既知）を備えて
なり、Ｉ＝Ｖ０／Ｒｓの一定電流を身体内および付属抵
抗に流し込むように構成されている。また、電圧測定回
路２は、端子ｓ１，ｓ２間に発生する電圧を出力する演
算増幅器ＡＭＰ２と、この演算増幅器ＡＭＰ２の入力抵
抗Ｒ１，Ｒ２を備えて構成されている。なお、これら入
力抵抗Ｒ１，Ｒ２としては前記インピーダンスおよび付
属抵抗に比べて十分に大きい値が選ばれる。

【００３７】このような構成において、測定に際して
は、まず図１（ａ）に示されるように、定電流回路１の
入力端子ｏ２と端子ｐ４とを接続した状態で、出力端子
ｏ１と端子ｐ１とをアナログスイッチにて接続する。そ
うすると、電流Ｉは、平衡ブリッジ回路をなす身体内イ
ンピーダンスＭ、それぞれの接触インピーダンスＸ，
Ｙ，Ｚ，Ｕおよび全ての付属抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３に分
流して流れる。この状態で、端子ｐ１，ｐ２、端子ｐ
１，ｐ４、端子ｐ３，ｐ４と電圧測定回路２の入力端子
ｓ１，ｓ２とのそれぞれの接続を順次切り替えて、平衡
ブリッジ回路の他端に発生する電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を
測定する。

【００３８】続いて、図１（ｂ）に示されるように、定
電流回路１の出力端子ｏ１を端子ｐ２に切り替え、この
状態で、端子ｐ２，ｐ３、端子ｐ２，ｐ４と電圧測定回
路２の入力端子ｓ１，ｓ２とのそれぞれの接続を順次切
り替えて電圧Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６を測定する。

【００３９】図１（ａ）に示される接続状態において、
端子ｐ１，ｐ２、端子ｐ３，ｐ４、端子ｐ１，ｐ４と電
圧測定回路２の入力端子ｓ１，ｓ２とのそれぞれの接続
を順次切り替えると、各インピーダンス部には次式が成
立する。Ｘ・ｉ１＋Ｙ・（ｉ１−ｉ２）＝Ｖ１Ｘ・ｉ１＋Ｍ・ｉ２＋Ｕ・（ｉ２−ｉ３）＝Ｖ３Ｚ・ｉ３＋Ｕ・（ｉ２−ｉ３）＝Ｖ３−（Ｖ２＋Ｖ３） ……（１）

【００４０】また、電圧測定値とｉ１，ｉ２，ｉ３との
間には次式が成立する。ｒ１・（Ｉ−ｉ１）＝Ｖ１ｒ２・（Ｉ−ｉ２）＝Ｖ２（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）・（３Ｉ−ｉ２−２ｉ２＋ｉ３）＝Ｖ３Ｉ＝Ｖ０／Ｒｓ ……（２）

【００４１】こうして、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を測定する
と、ｒ１，ｒ２，ｒ３として既知の抵抗値のものを接続
していれば、（２）式より（１）式の〜の係数は全
て既知となる。

【００４２】次に、図１（ｂ）に示される接続状態にお
いて、端子ｐ２，ｐ３、端子ｐ２，ｐ４と電圧測定回路
２の入力端子ｓ１，ｓ２とのそれぞれの接続を順次切り
替えると、各インピーダンス部には次式が成立する。Ｙ・ｊ２＋Ｍ・（Ｉ−ｊ１）＋Ｚ・（Ｉ−ｊ１−ｊ３）＝Ｖ５Ｙ・ｊ２＋Ｍ・（Ｉ−ｊ１）＋Ｕ・ｊ３＝Ｖ６ ……（３）

【００４３】また、電圧測定値とｊ１，ｊ２，ｊ３との
間には次式が成立する。ｒ１・（Ｉ−ｊ１−ｊ２）＝Ｖ４ｒ２・ｊ１＝Ｖ５ｒ３・（Ｉ−ｊ３）＝Ｖ６−Ｖ５ ……（４）

【００４４】こうして、同様に、Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６を測
定すると、（４）式より（３）式のの係数は全て既
知となる。

【００４５】故に、〜式による連立方程式を解くこ
とができて、インピーダンスＸ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｍの各値
を求めることができる。言い換えれば全てのインピーダ
ンスは測定されるＶ１〜Ｖ６の電圧値を代入することで
求めることができる。

【００４６】なお、本実施例の測定原理において、電極
と接触させる身体皮膚が例えば異なる指のような場合に
は、インピーダンスＸ，Ｙ，Ｚ，Ｕの値の中には接触部
のインピーダンスに身体末端組織部（例えば指先）のイ
ンピーダンスが含まれることになる。しかし、身体末端
組織部における、測定に使用するような短い時間内のイ
ンピーダンス値は、腹部など身体内部に比べて安定して
いると考えられ、接触インピーダンスの変化量を知る用
途に適用する場合には問題とはならない。

【００４７】また、測定状態の適否判定に関しては、接
触状態が不適であれば接触インピーダンスの絶対値が増
加することから、予め判定境界値として例えば２つの境
界値（不適切、やや不適切）を設定しておき、測定値を
それら判定境界値と比較して測定者に対してどの接触部
が測定にとって適切であるか否かを表示器に表示するよ
うにすれば良い。

【００４８】こうして求められた身体内インピーダンス
Ｍは体脂肪量・率の計算に供することができ、接触イン
ピーダンスＸ，Ｙ，Ｚ，Ｕはそれらの値によって測定状
態の適否判定に使用することができる。

【００４９】本実施例の測定方式においても、接触イン
ピーダンスＸ〜Ｕの値が増加するほど身体内インピーダ
ンスＭの値との比が大きくなることから、正確な身体内
インピーダンスＭの測定には高いＡ／Ｄ変換分解能が必
要とされることになる。したがって、測定回路における
Ａ／Ｄ変換回路の分解能に応じて接触抵抗値に上限境界
値を設けて接触インピーダンスＸ〜Ｕのいずれか一つが
境界値を越えれば測定異常であると判定するようにする
のが好ましい。こうすることで、測定異常状態が出力さ
れるまでは身体内インピーダンスの大きさの如何にかか
わらず、正しい測定を行うことができる。

【００５０】さらに、本実施例によれば、接触インピー
ダンスのそれぞれの変化量を観測・算出することで、精
神的ストレス、精神的動揺に起因する皮膚表面の発汗状
態を捉えることができる。すなわち、発汗によって接触
インピーダンスの値が変化する量を検出することができ
る。こうして、一つの測定器によって体脂肪計と精神動
揺計とを兼ね備えた装置を得ることができる。この場
合、身体内インピーダンスの変化の影響を全く受けず
に、接触インピーダンスのみの値の変化から変化量を得
ることができる上、４箇所同時に測定できるので、この
４箇所における接触インピーダンスの変化量の合計値や
平均値を求めることにより安定したデータを得ることが
できる。

【００５１】また、多数の接触部のインピーダンス変化
量を検出するために、身体と接触する電極の対を図２に
示されるように増やしても良い。この場合にも、身体内
インピーダンスＮおよび接触インピーダンスＶ，Ｗの値
とそれらの変化量を４電極の場合と同様に求めることが
できる。

【００５２】本実施例において、電極間の抵抗ｒ１，ｒ
２，ｒ３の接続形態として、図１のような形態に代え
て、図３に示されるような接続形態を選択しても、各イ
ンピーダンスを同様にして求めることができる。なお、
これら図２、図３において、定電流回路および電圧測定
回路は図示省略されている。

【００５３】次に、各電極間に抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３を
接続しても、電極間に水分などが付着して抵抗値がそれ
ぞれ未知のｒ１１，ｒ２１，ｒ３１に変化する場合につ
いて検討する。このような状態は、左右両足間で身体内
インピーダンスを測定する測定器の場合、この測定器を
多くの回数使用したときに、特に足の間の電極間におい
て本来絶縁状態に近い値であるべき抵抗値が汚れ分の付
着により低下してくることによって起こる。

【００５４】このような場合の補償方法としては、予め
抵抗値ｒ１１，ｒ２１，ｒ３１の値を測定するステップ
を設けてそれら抵抗値を既知化しておくのが好ましい。
このようにすれば、電極間の電気伝導度が変化したと
き、その変化の程度が付属の測定回路で検出できるくら
いに影響を及ぼすものであれば、ｒ１１，ｒ２１，ｒ３
１の抵抗値変化となって現れることになるので、その値
が検出できることになる。

【００５５】具体的には、図１（ａ）において、電極Ｅ
１〜Ｅ４に皮膚を接触させる前に抵抗ｒ１１，ｒ２１，
ｒ３１に電流Ｉを流し、このとき端子ｐ１−ｐ２間、端
子ｐ２−ｐ３間および端子ｐ３−ｐ４間の電圧を測定
し、その測定値がそれぞれＶ１１，Ｖ２１，Ｖ３１であ
ったとすると、次式を演算することにより現在の電極間
抵抗値を既知化することができる。ｒ１１＝Ｖ１１／Ｉ、ｒ２１＝Ｖ２１／Ｉ、ｒ３１＝Ｖ
３１／Ｉ故に、これらｒ１１，ｒ２１，ｒ３１の値をｒ１，ｒ
２，ｒ３の代わりに使うことでインピーダンスＸ〜Ｍの
値を誤差を含むことなく求めることが可能となる。

【００５６】ところで、従来方法（例えば特開平８−１
５４９１０号公報）では、電極を、電源印加用電極と電
圧測定用電極とに分け、電圧測定用電極における接触部
にはできるだけ電流を流さないようにして接触インピー
ダンス成分による電位降下分を測定誤差の許す最小限の
範囲内に止め、実質身体内インピーダンス成分のみによ
る電位降下分を測定するようにしているため、身体内イ
ンピーダンスのみの測定は行えるが、同時に接触インピ
ーダンスの測定を行うことはできなかった。これに対し
て、本実施例のインピーダンス測定装置によれば、電極
間に抵抗を接続し、全ての接触部に測定電流を流して接
触インピーダンスのみの電圧降下分と、接触インピーダ
ンスに身体内インピーダンスが加わった電圧降下分とを
測定することで、接触インピーダンスと身体内インピー
ダンスとをそれぞれ単独に求めることが可能となった。

【００５７】また、従来方法の場合、前述のように絶縁
の程度が測定可能なくらいに低下すると身体内インピー
ダンスが必要な精度で測定できなくなるので、電極間を
終始絶縁状態に保つことが測定のための不可欠な条件と
なっている。これに対して、本実施例のインピーダンス
測定装置によれば、電極間を常に適切な電気伝導度に保
ちながら電極間の抵抗値を適宜測定して測定時点での電
極間抵抗値を求めている。この値を使用することによっ
て電極間電気伝導度変化の影響を受けずに身体内インピ
ーダンスおよび接触インピーダンスを求めることができ
るという利点を有する。

【００５８】本実施例のインピーダンス測定装置におい
ては、若干の切り替え回路を追加することで、より微小
な接触インピーダンス変化の検出にも容易に対応するこ
とができる。これを図４を用いて説明する。

【００５９】図４（ａ）は、図１（ａ）に示される回路
において、抵抗ｒ３の代わりに端子ｐ３と端子ｐ４との
間に抵抗ｒ３１，ｒ３２，ｒ３３を接続し、抵抗ｒ３１
と抵抗ｒ３２との間に端子ｑ１を、抵抗ｒ３２と抵抗ｒ
３３との間に端子ｑ２をそれぞれ設けたものである。ま
た、微小接触インピーダンス変化測定に必要な場合に
は、アナログスイッチの接点切り替えによって電源回路
（定電流回路）１から端子ｑ１と端子ｐ４とに電源を与
え、電圧測定回路２によって端子ｐ３と端子ｑ２との間
の電圧を測定するようにされる。さらに、電圧測定回路
２における演算増幅器ＡＭＰ２の入力抵抗部に端子ｑ
３，ｑ４を設け、本測定モードのときには抵抗ｒ４が従
来の入力抵抗に並列接続されて電圧測定回路２の増幅率
を拡大するようにする。なお、抵抗ｒ４の値は、この抵
抗ｒ４が入っても電圧測定回路２の入力抵抗値が身体内
インピーダンスやｒ３１，ｒ３２，ｒ３３に比べて測定
精度に支障がない程度に十分大きな値になるように選定
される。

【００６０】図４（ｂ）は、図４（ａ）に示される回路
構成の測定概念を分かり易くしたものである。ここで、
ｒ３１＝ｒ３２とし、ｒ３３として、測定部における皮
膚と電極の接触インピーダンスの平常値の平均的な値で
あるＺとＵとの和にほぼ等しい値、言い換えればｒ３３
≒Ｚ＋Ｕが成り立つような値を選ぶものとする。また、
微小接触インピーダンス変化を測定したいとき、測定者
は電極Ｅ１，Ｅ２の方に皮膚を触れないようにする。

【００６１】図４（ｂ）において、電源によって与えら
れる電圧をＶとすると、端子ｐ３と端子ｑ２との間の電
圧ｅは、次式で表わされる。ｅ＝［｛（Ｚ＋Ｕ）／（Ｚ＋Ｕ＋ｒ３１）｝−｛ｒ３３
／（ｒ３２＋ｒ３３）｝］・Ｖここで、前記設定条件より、ｅ≒０である（ｅ≠０であ
ってもｅは小さな値）であるから、電圧測定回路２の出
力信号は入力抵抗にｒ４を並列接続することで標準のイ
ンピーダンス測定モード時の増幅率Ｋ１からＫ２に上げ
ても、後段に接続されているＡ／Ｄ変換器のダイナミッ
クレンジに十分な余裕を残すことができる。

【００６２】そして、測定者が測定体勢に入り、外部か
らの精神的刺激で接触部に発汗を起こし、接触インピー
ダンスがＺ，ＵからＺ＋ΔＺ，Ｕ＋ΔＵに変化したとす
れば、前記式でｅは次式ｅ＝（ΔＺ＋ΔＵ）・Ｖとなり、ｅは微小量であるが電圧測定回路２の増幅率を
高くしているので、後段のＡ／Ｄ変換器へ入力される信
号はＫ２・ｅに拡大され、十分な変換精度で接触インピ
ーダンス変化分を求めることができる。

【００６３】このように本実施例の回路構成によれば、
少しの切り替え回路を追加することで、容易に接触イン
ピーダンスの微小変化量も測定することができるという
特徴を有している。

【００６４】次に、図５を参照しつつ、本実施例の測定
原理に基づく具体的回路例について説明する。

【００６５】図示のように、この回路においては、端子
ｐ１と端子ｐ２とを切り替えるアナログスイッチＡＳ１
と、端子ｐ１，ｐ２，ｐ３を切り替えるアナログスイッ
チＡＳ２と、端子ｐ２，ｐ３，ｐ４を切り替えるアナロ
グスイッチＡＳ３とが設けられている。また、電圧測定
回路２の演算増幅器ＡＭＰ２の出力側にはその演算増幅
器ＡＭＰ２の出力電圧を整流する整流回路３と、この整
流回路３から出力される電圧信号を平滑化するフィルタ
４と、このフィルタ４から出力されるアナログ信号をデ
ジタル化するＡ／Ｄ変換器５と、このＡ／Ｄ変換器５か
らの出力データを読み込むＩ／Ｏ回路６と、このＩ／Ｏ
回路６からのデータに基づいて各種演算を実行するＣＰ
Ｕ７と、このＣＰＵ７の演算結果並びに各種プログラム
等を記憶するメモリ８とが設けられ、さらに前記Ｉ／Ｏ
回路６にはデータ表示のための表示器９と、データ入力
のための操作スイッチ１０が接続されている。

【００６６】このように構成されているので、まず測定
の第１ステップにおいて、図１（ａ）に示されるよう
に、アナログスイッチＡＳ１を切り替え選択して電源回
路の出力端子ｏ１，ｏ２を端子ｐ１，ｐ４にそれぞれ接
続し、電源回路（定電流回路）１より電流（または電
圧）Ｉを与える。すると、前述の測定原理にて説明した
ように、抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ１＋ｒ２＋ｒ３の両端に電
圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が発生するので、これらの値を順次
電圧測定回路２の入力端に接続されたアナログスイッチ
ＡＳ２，ＡＳ３の接点をそれぞれｐ１−ｐ２、ｐ１−ｐ
４、ｐ３−ｐ４と切り替えながら測定し、その測定結果
を一旦メモリ８内に記憶させる。

【００６７】次いで、第２ステップにおいて、図１
（ｂ）に示されるように、アナログスイッチＡＳ１を切
り替え選択して電源回路の出力端子ｏ１，ｏ２を端子ｐ
２，ｐ４にそれぞれ接続し、電源回路（定電流回路）１
より電流（または電圧）Ｉを与える。すると、抵抗ｒ
１，ｒ２，ｒ２＋ｒ３の両端に電圧Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６が
発生するので、これらの値を順次電圧測定回路２の入力
端に接続されたアナログスイッチＡＳ２，ＡＳ３の接点
をそれぞれｐ２−ｐ３、ｐ２−ｐ４と切り替えながら測
定し、その測定結果を一旦メモリ８内に記憶させる。

【００６８】続いて、第３ステップにおいて、メモリ８
に記憶されたＶ１〜Ｖ６の各値を前述の（１）〜（４）
の式に代入することにより、目的とするインピーダンス
値Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｍを得ることができる。また、得ら
れた身体内インピーダンスＭの値から体脂肪量を計算し
たり、接触インピーダンスＸ〜Ｕの値の変化量を求めて
精神的動揺を判定することができる。

【００６９】こうして得られた接触インピーダンスの値
の中には、何かの条件（例えば姿勢の変化）でとかく変
化し易い身体内インピーダンスの成分は含まれていない
ので、接触インピーダンスの変化量は電極と皮膚の接触
部の状態変化を正確に反映しているものとして捉えるこ
とができる。しかも、複数箇所を同時に測定できるの
で、これらの値を総合的に扱うことでより正確な測定器
を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に係る
インピーダンス測定装置における測定原理図である。

【図２】図２は、本実施例の第１の変形例を示す回路図
である。

【図３】図３は、本実施例の第２の変形例を示す回路図
である。

【図４】図４（ａ）（ｂ）は、本実施例の第３の変形例
を示す回路図である。

【図５】図５は、本実施例の測定原理に基づく具体的回
路例を示す図である。

【図６】図６（ａ）は、従来の２端子法を用いた体内脂
肪量測定装置の測定原理図、図６（ｂ）は、従来の４端
子法を用いた体内脂肪量測定装置の測定原理図である。

【図７】図７（ａ）（ｂ）は、電極相互間が絶縁されて
いない場合の問題点を説明する図である。

【図８】図８（ａ）（ｂ）は、従来技術の問題点を説明
する図である。

【符号の説明】

１定電流回路２電圧測定回路３整流回路４フィルタ５Ａ／Ｄ変換器６Ｉ／Ｏ回路７ＣＰＵ８メモリ９表示器１０操作スイッチ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年９月２５日（２０００．９．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】図１（ａ）に示される接続状態において、
端子ｐ１，ｐ２、端子ｐ３，ｐ４、端子ｐ１，ｐ４と電
圧測定回路２の入力端子ｓ１，ｓ２とのそれぞれの接続
を順次切り替えると、各インピーダンス部には次式が成
立する。Ｘ・ｉ１＋Ｙ・（ｉ１−ｉ２）＝Ｖ１Ｘ・ｉ１＋Ｍ・ｉ２＋Ｕ・（ｉ２−ｉ３）＝Ｖ３ −Ｚ・ｉ３＋Ｕ・（ｉ２−ｉ３）＝Ｖ３−（Ｖ１＋Ｖ２） ……（１）

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】また、電圧測定値とｉ１，ｉ２，ｉ３との
間には次式が成立する。ｒ１・（Ｉ−ｉ１）＝Ｖ１ｒ２・（Ｉ−ｉ２）＝Ｖ２ｒ３・（Ｉ−ｉ２＋ｉ３）＝Ｖ３−（Ｖ１＋Ｖ２）Ｉ＝Ｖ０／Ｒｓ ……（２）

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体皮膚面上に接触するように設けられ
る複数の電極と、これら電極間の電圧を測定する測定手
段とを備えるインピーダンス測定装置において、各電極と身体皮膚面との接触部にその接触部に生じる電
位降下の測定が可能な電流が流れるように、各電極相互
間を常に測定可能な電気伝導度に保ちつつ、前記測定手
段にて各電極間電圧を測定することにより、前記接触部
のインピーダンスと身体内インピーダンスとを独立して
求めることを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項２】各電極間に抵抗体を接続することにより
各電極相互間が常に測定可能な電気伝導度に保たれる請
求項１に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項３】前記測定手段は、各電極間の電気伝導度
を測定して既知化する手段を備えている請求項１または
２に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項４】さらに、前記測定手段により測定された
前記接触部のインピーダンス値を表示するとともに、こ
のインピーダンス値の大小により測定の適否の判定結果
を表示する表示手段が設けられる請求項１〜３のうちの
いずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【請求項５】前記測定手段は、前記接触部のインピー
ダンスの変化量を求めるとともに、この変化量の値から
測定者の精神的発汗量を求めるものである請求項１〜４
のうちのいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【請求項６】さらに、前記測定手段による測定値に基
づき、体脂肪量および体脂肪率が演算される請求項１〜
５のうちのいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【請求項７】少なくとも一組の電極間に複数個の抵抗
体が接続されてそれら抵抗体の抵抗値と前記接触部のイ
ンピーダンス値とが平衡ブリッジ回路をなすようにさ
れ、この平衡ブリッジ回路の両端に電源を印加すると同
時にその平衡ブリッジ回路の他端に発生する電圧を測定
することで、前記接触部のインピーダンス値の変化量が
求められる請求項２に記載のインピーダンス測定装置。