JP2004195220A - 周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する人体成分モニタリング方法と計器 - Google Patents

Abstract

【課題】
周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定してそれらで人体成分の評価する方法を提供する。
【解決方法】この方法ではマイクロプロセッサのＩ／Ｏインターフェースから測定した体重周波数信号と、人体の皮下組織の誘導係数に相関する発振周波数信号と、異なる周波数での身体インピーダンス信号とを入力するステップと、マイクロプロセッサのソフトウエアで人体の脂肪含有量と、人体の全水分と、細胞内の水分と人体の全水分との比を算出するステップと、デイスプレイに人体の重量と、人体の脂肪含有量と、人体の全水分と、細胞内の水分と人体の全水分の比を表示するステップとを含む。
上記の方法による人体成分モニタリング計器を提供する。この計器は秤量センサ１９と秤量信号処理回路１８と表示装置１６とを備える。
【選択図】 図３Ａ

Description

この発明は測定技術に関し、さらに詳細に言えば、周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する人体成分モニタリング方法と計器に関するものである。

身体の成分(Body Composition)は人体の各組織器官を構成する全ての成分を指し、その重量の全てが体重である。身体の成分は脂肪成分と非脂肪成分の二つの種類を含む。前者の重量を体脂重量（Body
Fat Mass）といい、体脂重量が占める体重のパーセントが体内の脂肪含有量（Fat％）で、後者の重量が水分や内臓や骨格や筋肉や鉱物塩などの各種の成分の重量を含み、それを痩せ体重(Lean
Body Mass、LBM)或いは脂取り体重（Fat Free Mass、FFM）ともいい、そのうちの水分は主な部分を占める。人体成分の分布に脂肪成分の７０％が人体の腰部及びそれより下の部に主に分布する。

身体の成分は人体の内在構成の割合の特徴を表わすパラメータである。人体の内在構成の成分によって、機能と活動が違う、また正常的な生理機能を維持できるためには、各成分に一定の割合を要求する。各種類割合をミスアラインメントし、正常な生理機能と活動を破壊てしまうと、人体の正常発育と健康が影響される。また身体の成分は人体の体質状況と体型の特徴と体格を表わすことができ、そのうちの脂肪成分はまた人体の太さを表わすことができる。だから、身体の成分は太さの基準の制定及び体型の評定などに対し重要である。

人体の脂肪含有量を単独に測定する相応的な方法と成果がいくつかある。例えば同位元素記号法や水中ウエイング法や身長体重の経験計算法や超音波測定法や赤外線測定法などがある。これら方法では設備の複雑、作業の不便という欠点が存在する。

人体の水分含有量を測定する場合には、三つのパラメータ、即ち人体の全水分（ＴＢＷ）と細胞内の水分（ＩＣＷ）と細胞外の水分（ＥＣＷ）がある。人体の全水分（ＴＢＷ）はＩＣＷとＥＣＷとの和に等しく、それらは人体の健康状況の評価と身体細胞内外の体液のバランス状況に対し重要である。人体の水分含有量を単独に測定するのに相応的な方法もある。しばしば用いられる測定方法は薬品希釈法を用いる。例えば一定の薬量のアンチピリン或いは酸化デユーテリウム（D₂O）を内服し、それらは均一に全身の体液に拡散してから、血液サンプルと尿サンプルを検定する；また多要素の放射性同位元素希釈法がある。微視の立場から水分含有量を含む多種類の人体成分を測定できる。それら方法は人体重量、体内の脂肪含有量と水分含有量を快速、総括的にモニタリングする要求を満足できない。特にある薬品希釈法で人体水分を測定することは、病院でしかできないので、周期が長く、費用が多く、また常時に実施できない。

人体の生体電気インピーダンス分析法(ＢＩＡ)はいま人体成分（例えば脂肪含有量）を測定する最も簡単な方法と考えられる。この方法は人体組織の異なる部分を外部から電激励する時、生体組織の導電率が違うという原理によるのである。例えば筋肉含水率が高ければ、導電率が高く、インピーダンスが小さい。脂肪の組織と骨の組織と空気を満たす肺の組織は導電率がとても低く、インピーダンスが大きい。そのために組織のインピーダンスによって人体成分を測定できる。いままで、人体生体電気インピーダンス分析法(ＢＩＡ) によって人体成分を測定する公開された特許では使う回路や計算法や計器構成や結果を出力する方式が多少違うが、本質上に三つの共通な特徴があり、即ち人体生体電気インピーダンスを測定する電圧或いは電圧差のＡ／Ｄ転換されたデイジタル量で処理する；少なくとも三つ以上の電極（電極組）を使用し、そのうちの二つの電極が生体電気を励起するように体内に高周波数、小さい電流を入力するためにはかならず用いられて、他の二つの電極が人体での励起
された生体電気インピーダンスの電圧（電圧差）信号を採集し、四つの電極から二つを合わせてレファレンス電極とに用いれば、三つの電極となる；人体に異なる周波数信号を入力すると、かならず固定周波数の信号ではある。例えばアメリカ特許（ＵＳ５４１５１７６）で被測定者の足指と足の踵に電極を設置することによって人体生体電気インピーダンスを測定して、入力する被測定者の体重と身長に加えて、脂肪含有量の百分率を推算する。以上の方法で人体生体電気インピーダンスである一つだけの測定データで人体脂肪と水分含有量を評価する場合には、人体差別によって不確定性を生じる可能があることと、人体の差別性が大きいので、一つ或いは複数だけの固定周波数を人体に作用させれば、実際の人体状況を表わすことができないことと、電圧測定方法で人体生体電気インピーダンスを測定する場合には、低コストの設備でエラーが大きいこととの欠点が存在する。
米国特許第５４１５１７６号公報

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、人体皮膚に接する静電容量グリッドセンサで周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の皮下組織の誘導係数を測定する方法を提供することを目的とする。

また、この発明は人体を２端電気インピーダンス素子として発振回路に接して、身体インピーダンスに関する複数の非固定周波数を生成し、周波数のようなデイジタル信号をサンプリングし、身体インピーダンスを測定する方法を提供することを目的とする。

また、この発明は測定する人体の皮下組織の誘導係数と測定する身体インピーダンスとの二つの電気測定データで人体成分を共に評価する方法を提供することを目的とする。

また、この発明は周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する人体成分モニタを提供し、これを日常生活で人体成分モニタリングとに用いることを目的とする。

この発明は二つの測定方式及びその装置を含む。第一の測定方式が人体成分の測定部分と表示部分を一体装置に集結するものである。これは体重を計る秤の皿と一体化する足踏み電極板と、静電容量グリッドセンサと、人体インピーダンス及び水分測定回路と、秤量センサと、秤量信号処理回路と、マイクロプロセッサシステムと、デイスプレイと、鍵盤などを主に有する。測定の前に測定装置の鍵盤によって被測定者のデータを入力する。体重と脂肪含有量と水分含有量などを含む人体成分の測定結果を測定装置のデイスプレイに表示させる。他の測定方式が人体成分の測定部分と表示部分とを物理上分離させ、測定装置と表示装置に別々に形成するものである。測定装置は体重を計る秤の皿と一体化する足踏み電極板と静電容量グリッドセンサと、秤量センサと、赤外線信号送受回路と、測定装置のマイクロプロセッサと、人体インピーダンス及び水分測定回路と、秤量信号処理回路などを有する。表示装置は赤外線信号送受回路と表示装置のマイクロプロセッサシステムとデイスプレイと鍵盤などを有する。測定の前に測定装置の鍵盤によって被測定者のデータを入力する。体重と脂肪含有量と水分含有量などを含む人体成分の測定結果を赤外線信号伝送回路を経て測定装置から作業者の手持ち或いは壁掛け表示装置に伝送して表示装置に表示させる。

人体の皮下組織の誘導係数は人体組織の脂肪含有量及び水分含有量に直接な関係があるので、この発明は人体の皮下組織の誘導係数を人体成分の一つの電測定データとして評価する。人体の皮下組織の誘導係数を測定する方法及び原理は次の通りである。被測定者は裸足でこの発明の測定台の面に立つときに、被測定者の足の裏が二つの静電容量グリッドセンサに接触して、静電容量グリッドセンサに接する発振回路が人体の皮下組織の誘導係数に相関する発振周波数信号を生成して、その信号をサンプリング処理して、人体の皮下組織の誘導係数の値を得る。

身体インピーダンスが人体組織の脂肪含有量及び水分含有量に直接に関係するので、この発明は身体インピーダンスを人体成分を評価する電測定データとする。この発明による身体インピーダンスを測定する方法及び原理は次の通りである。被測定者が裸足でこの発明の測定台の面に立つ時に、被測定者の二つの足の裏が測定台の面上の二つの（２組）の電極板に同時に別々に接触する。この時人体を２端電気インピーダンス素子として発振回路に接して、人体の腰部及びそれより下の部に回路を形成する。発振回路の発振周波数が人体という電子素子のインピーダンスに関係する。発振回路のその他の素子データを変化し、身体インピーダンスに相関する複数の異なる周波数信号を得る。さらに複数の異なる周波数での身体インピーダンスの値を得る。

この発明で測定する人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスという二つの電気測定データで人体成分を共に評価する方法及び原理は次の通りである。人体の皮下組織の誘導係数と、身体インピーダンスと、秤量センサや回路で測定する人体重量と、鍵盤で入力する被測定者データとを数学モデルに置き換えて、マイクロプロセッサで演算して人体重量と、人体の脂肪含有量と、人体の全水分（ＴＢＷ）と、細胞内の水分と人体の全水分の比（ＩＣＷ／ＴＢＷ）とを別々に得て、表示する。

各データの数学モデルの式は次の通りである。

以上のような各式において、Ｗが人体重量(Ｋg)、Ｒｍ１、Ｒｍ２、Ｒｍ３が別々の三つの非固定周波数信号に対応する身体インピーダンス値（Ω）、ε_rが人体の皮下組織の誘導係数、Fatが人体脂肪値(kg)、Fat(％)が人体の脂肪含有量、Ｈが人体の身長（cm）、Ｙが被測定者の年齢、ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５、ａ_６、ｂ_１、ｂ_２、ｃ、Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３、Ｋ_４が全部常数で、これらの常数は性別によって異なる値を取る。数学モデルにＷ、Ｒｍ１、Ｒｍ２、Ｒｍ３、ε_ｒが測定するデータ、ＨとＹと性別が鍵盤によって入力するデータである。

この発明の長所は人体皮膚に接する静電容量グリッドセンサによって測定する人体の皮下組織の誘導係数と測定する身体インピーダンスとの二つの電気測定データで人体成分を共に評価して、一つの電気データだけを測定して人体成分を評価する場合に生じる不確定性を減少できることと；周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定することによって、Ａ／Ｄ変換の過程を省け、測定精度を向上できることと；複数の非固定周波数方式で身体インピーダンスを測定して、人体の差別を身体インピーダンスのもっと著しい差別に変えて、人体成分の状況をさらに真実に反映できることとにある。この発明の計器が日常生活に応用する場合には人体成分を便利、快速にモニタする。

図１Ａを参照すると、第一種類の測定方式は測定機能と表示機能を一体装置に集中するものである。被測定者は裸足で一体装置に足踏み電極板と静電容量グリッドセンサを配置する測定台の面１に立つ。鍵盤２を経て被測定者のデータを入力する。体重と脂肪含有量と水分含有量などを含む人体成分測定結果が測定装置のデイスプレイ３に表示される。

図１Ｂを参照すると、第二種類の測定方式は測定機能と表示機能を二つに分けるものである。測定装置と表示装置は共にマイクロプロセッサを含み、二つの装置の間に赤外線７伝送方式でデータを伝送する。被測定者は裸足で測定装置に足踏み電極板と静電容量グリッドセンサを配置する測定台の面４に立つ。被測定者の手に持つ表示装置６の鍵盤２によって被測定者のデータを入力する。測定装置は体重と脂肪含有量と水分含有量などを含む人体成分測定結果を赤外線７伝送方式でウインドー５から表示装置６に伝送して表示する。

この発明の測定台の面の構成は二つの実施の状態がある。

図２Ａを参照すると、図２Ａは図１Ａに示す測定方式の一体装置の測定台の面の構成を示す。測定台の面１が秤量センサの上に位置する。測定台の面１上の表面は絶縁材料のものである。測定台の面１上の表面に、人体の足の裏に接触でき、一定表面積を有し、導電材料から製造する二つの電極板８、９がある。電極板８、９の間及び電極板８、９と測定台の面１との間は導電しない。測定台の面１に、人体の足の裏に接触して、人体の皮下組織の誘導係数を測定できる少なくとも一つの静電容量グリッドセンサ１０、１１がある。鍵盤２とデイスプレイ３は測定台の面１の上に配置される。

図２Ｂを参照すると、図２Ｂは図１Ａに示す測定方式の一体装置の他の測定台の面の構成を示す。測定台の面１０１が秤量センサの上に位置する。測定台の面１０１上の表面は絶縁材料のものです。測定台の面１０１上の表面に２対のリードで接続する電極シートからなる電極組１２、１３がある。電極組１２、１３の間及び電極組１２、１３と測定台の面１０１との間は導電しない。測定台の面１０１に少なくとも一つの人体の足の裏に接触して、人体の皮下組織の誘導係数を測定できる少なくとも一つの静電容量グリッドセンサ１０、１１がある。鍵盤２とデイスプレイ３は測定台の面１０１の上に配置される。

図３Ａを参照すると、図３Ａは図２Ａに示す一体装置のシステムの構成を示す。電極板８、９及び静電容量グリッドセンサ１０、１１は人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４のインターフェースに接続され、人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４は一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の二つのインターフェースに接続される。その内の一つのインターフェースは一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の信号収集インターフェースで、他のインターフェースは一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５から人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に切替えコマンドを発して、複数の非固定周波数と人体の皮下組織の誘導係数測定信号を切り替えるための制御インターフェースである。秤量センサ１９の信号線が秤量信号処理回路１８に接続し、処理した信号が秤量信号処理回路１８の出力のインターフェースから一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の一インターフェースに送られる。デイスプレイ１６は一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の出力のインターフェースに接続し、入力するデータと測定結果を表示するためのものである。一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５にデータを入力するためには、鍵盤１７が一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５のＩ／Ｏインターフェースに接続する。

図３Ｂを参照すると、図３Ｂは図２Ｂに示す一体装置のシステム構成を示す。リードで接続する電極シートからなる２対の電極組１２、１３及び静電容量グリッドセンサ１０、１１は人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４のインターフェースに接続して、人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４は一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の二つのインターフェースに接続する。その内の一つのインターフェースは一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の信号収集インターフェースで、他インターフェースは複数の非固定周波数と人体の皮下組織の誘導係数を測定する信号を切り替えるため、一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５から人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に切替えコマンドを発する制御インターフェースである。秤量センサ１９の信号線が秤量信号処理回路１８に接続し、処理した信号が秤量信号処理回路１８の出力のインターフェースから一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の一つのインターフェースに送られる。デイスプレイ１６は一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５の出力のインターフェースに接続し、入力するデータと測定結果を表示するためのである。一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５にデータを入力するために、鍵盤１７が一体装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム１５のＩ／Ｏインターフェースに接続する。

図４Ａを参照すると、図４Ａは図１Ｂに示す測定方式の測定装置の測定台の面の構成を示す。測定台の面４は秤量センサの上に位置する。測定台の面４の上に人体の足の裏に接触でき、一定表面積が有する二つの電極板８、９がある。測定台の面４の上に人体の足の裏に接触して、人体の皮下組織の誘導係数を測定できる少なくとも一つの静電容量グリッドセンサ１０、１１がある。赤外線伝送ウインドー５は測定台の面１の上に配置される。

図４Ｂを参照すると、図４Ｂは図１Ｂに示す測定方式の測定装置の他の測定台の面の構成を示す。測定台の面４０１は秤量センサの上に位置する。測定台の面４０１の上にリードで接続する２組の電極シートからなる２組の電極組１２、１３がある。測定台の面４０１の上に人体の足の裏に接触して、人体の皮下組織の誘導係数を測定できる少なくとも一つの静電容量グリッドセンサ１０、１１がある。赤外線伝送ウインドー５は測定台の面４０１の上に配置される。

図５Ａを参照すると、図５Ａは図４Ａに示す測定装置のシステム構成を示す。電極板８、９及び静電容量グリッドセンサ１０、１１は人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４のインターフェースに接続し、人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４は測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０の二つのインターフェースに接続する。その内の一つのインターフェースは測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０の信号収集インターフェースで、他のインターフェースは測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０から人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に切替えコマンドを発して、複数の非固定周波数と人体の皮下組織の誘導係数測定信号を切り替えるための制御インターフェースである。秤量センサ１９の信号線が秤量信号処理回路１８に接続し、処理した信号が秤量信号処理回路１８の出力のインターフェースから測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０の一インターフェースに送られる。測定されるデータは赤外線送受回路２１で送信或いは受信をする。

図５Ｂを参照すると、図５Ｂは図４Ｂに示す測定装置のシステム構成を示す。リードで接続する電極シートからなる２対の電極組１２、１３及び静電容量グリッドセンサ１０、１１は人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４のインターフェースに接続して、人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４は測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０の二つのインターフェースに接続する。その内の一つのインターフェースは測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０の信号収集インターフェースで、他のインターフェースは複数の非固定周波数と局部皮下組織の誘導係数測定信号を切り替えるため、測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０から人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に切替えコマンドを発する制御インターフェースである。秤量センサ１９の信号線が秤量信号処理回路１８に接続し、処理した信号が秤量信号処理回路１８の出力のインターフェースから測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０の一インターフェースに送られる。測定されるデータは赤外線送受回路21で送信或いは受信をする。

図６を参照すると、図６は図１Ｂに示す測定方式の表示装置の表面の構成を示す。表示装置６の作業面板に鍵盤２とデイスプレイ３と赤外線伝送ウインドー２２が設置している。

この発明で人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量グリッドセンサは四つの実施の形態がある。

図７Ａを参照すると、人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量グリッドセンサは相互に交差しない二つの電極２３からなる。

図７Ｂを参照すると、人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量グリッドセンサの２組の電極２４は歯列状で、相互に入れ子状になり、且つ相互に交差しない。

図７Ｃを参照すると、人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量グリッドセンサの２組の電極２５は等ピッチで、中心から外側へ円形或いは矩形で回り、２組の電極が相互に始終交差しない。

図７Ｄを参照すると、人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量グリッドセンサの電極２６は、等間隔で、相互に接しないプレートで、且つ導体で接続された、等間隔で、相互に接続しない２組の電極組になる。

図８を参照すると、図８はこの発明で被測定者を電気インピーダンス素子として回路に接続して周波数のデイジタル量で身体インピーダンスと人体の皮下組織の誘導係数を測定する測定モードを示している。被測定者の二つの足が同時に測定台の面上の二つの（２組）電極板２７に別々に接する。この時人体を一つの２端電気インピーダンス素子として人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に接続して、且つ人体の腰部及びその下の部に回路を形成する。発振回路の発振周波数は人体という電気インピーダンス素子のインピーダンスＲｍに関係する。発振回路のその他の元のデータを変化させれば、身体インピーダンスに相関する複数の異なる周波数信号を得れる。さらに複数の異なる周波数での身体インピーダンス値を得られる。被測定者の足の裏が二つの静電容量グリッドセンサ２８に接触して、静電容量グリッドセンサが容量Ｃｍを形成する場合にはそれに接する人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４は人体の皮下組織の誘導係数に相関する発振周波数信号を生成し、この種類の周波数デイジタル信号をサンプリングし、処理し、人体の皮下組織の誘導係数の値を得る。

図９を参照すると、図９はこの発明で複数の非固定周波数で人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンス測定する回路のシステムの構成を示している。人体インピーダンスＲｍが人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４につながれ、静電容量グリッドセンサが形成する容量Ｃｍ及び複数の異なる静電容量の容量Ｃ_１、Ｃ_２、・・・・、Ｃｎが切替え回路３０に接続される。切替え回路３０が人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に接続される。切替え回路３０でＣ_１、Ｃ_２、……Ｃｎなどの複数の異なる静電容量の容量を切り替えて人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に接続されて、Ｒｍに相関する複数の非固定周波数の発振信号を生成して、異なる周波数での身体インピーダンスを得る。切替え回路３０によりＣｍが人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に接続されると、人体の皮下組織の誘導係数を測定できる。その原理は次の通りである。

Ｃ_１が人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に接続される場合には、出力する発振信号周波数ｆ_１は下記の式となる。

Ｃ_１とＣｍが人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路１４に並列に接続される場合には、出力する発振信号周波数ｆ_２は下記の式となる

上記の式から次の関係が成立する。

また局部皮下組織の誘導係数ε_ｒが次の式から得る。

ここで、δが静電容量グリッドセンサ電極の間の距離、ε_０が真空誘導係数、Ａが静電容量グリッドセンサの容量を形成するプレート面積である。

図１０を参照すると、図１０は人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路で人体の皮下組織の誘導係数を測定する回路を示している。回路は二つのノットゲートと、容量Ｃａと、人体の足の裏に接触する静電容量グリッドセンサＣｍと抵抗Ｒａと人体という電気インピーダンス素子Ｒｍとからなる。人体の足の裏に接触する静電容量グリッドセンサＣｍと容量Ｃａは直列に接続し、これらの他の両端は一つのノットゲートの出力の端と他の一つのノットゲートの入力端に別々に接する。抵抗Ｒａと人体という電気インピーダンス素子Ｒｍは直列に接続し、これらの他の両端は一つのノットゲートの入力端と出力端に別々に接続する。一つのノットゲートの入力端は他の一つのノットゲートの出力端に接続する。

図１１を参照すると、図１１は人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路で身体インピーダンスを測定する回路を示している。この回路は二つのノットゲート、抵抗Ｒａ、容量Ｃａ及び人体という電気インピーダンス素子Ｒｍからなる。静電容量グリッドセンサＣｍは短絡される。一つのノットゲートの入力端は他の一つのノットゲートの出力の端に接続し、その接続点と一つのノットゲートの入力端の間に、抵抗Ｒａと人体という電気インピーダンス素子Ｒｍとからなる直列回路が接続され、容量Ｃａが二つのノットゲートの相互に接続しない他の２端に接続する。異なる人体のＲｍによってその回路の発振周波数が変化する。

図１２を参照すると、図１２は人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路で身体インピーダンスを測定する他の実施の形態の回路を示している。この回路はＤトリガーと、抵抗Ｒａ１とＲａ２と、容量Ｃａ１と、人体という電気インピーダンス素子Ｒｍとからなる。その内の人体という電気インピーダンス素子Ｒｍは抵抗Ｒａ２に直列に接続してから、抵抗Ｒａ１に並列に接続し、並列に接続した端子がＤトリガーの逆相の端子に接続し、他端がＤトリガーのＣＤ端子、ＣＬＫ端子及びアース端子に接続する。異なる人体のＲｍによってその回路の発振周波数が変化する。

図１３を参照すると、図１３は図６に示す表示装置の回路構成を示している。鍵盤３４とデイスプレイ３５と赤外線信号送受回路３２が表示装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム３１の対応するインターフェースにそれぞれ接続する。

図１４を参照すると、図１４は図１Ｂに示す測定方式の測定装置における赤外線信号伝送回路の構成を示している。電気信号はトランジスタＴ１のベース電極から入力し、トランジスタＴ１、Ｔ２のコレクタ電極が赤外線送信管３６の1つのポートに接し、赤外線送信管３６の他のポートは限流抵抗Ｒ１に接し、赤外線送信管３６が赤外線データ信号７を送信する。赤外線受信管３８が表示装置から送信する赤外線コマンド信号を受信して、電気信号に転換してから、赤外線受信管３８の出力レベルからトランジスタＴ３のベース電極に伝送する。トランジスタＴ３のコレクタ電極がデコーダー３７の入力レベルに接続し、デコーダー３７の出力レベルが測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム２０のインターフェースに接続する。この回路は赤外線信号に対して測定装置の両方向伝送を実現する。

図１５を参照すると、表示装置の赤外線信号伝送回路の構成は赤外線受信管２９が測定装置から送信するデータ信号を受信して、電気信号に転換してから赤外線受信管２９の出力レベルからトランジスタＴ７のベース電極に伝送することを示している。トランジスタＴ７のコレクタ電極は表示装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム３１のインターフェースに接続する。表示装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム３１のインターフェースから発する電気信号がエンコーダー３９の入力インターフェースに伝送し、エンコーダー３９の出力インターフェースがトランジスタＴ５のベース電極に接続し、トランジスタＴ５、Ｔ６のコレクタ電極が赤外線送信管３３のポートに接続し、赤外線送信管３３の他のポートが限流抵抗Ｒ４に接し、赤外線送信管３３が赤外線コマンド信号７を送信する。この回路は赤外線信号に対する表示装置の両方向伝送を実現する。

人体成分の測定と表示を一体装置に集中する測定方式の概念図である。 人体成分の測定と表示を別々測定装置と表示装置に実現する測定方式の概念図である。 図１Ａに示す測定方式の一体装置における測定台の面の構成の概念図である。 図１Ａに示す測定方式の一体装置における他の測定台の面の構成の概念図である。 図２Ａに示す一体装置のシステム構成による概念図である。 図２Ｂに示す一体装置のシステム構成による概念図である。 図１Ｂに示す測定方式の測定装置における測定台の面の構成の概念図である。 図１Ｂに示す測定方式の測定装置における他の測定台の面の構成の概念図である。 図４Ａに示す測定装置のシステム構成による概念図である。 図４Ｂに示す測定装置のシステム構成による概念図である。 図１Ｂに示す測定方式の表示装置表面の構成による概念図である。 人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量グリッドセンサの第一種類の電極構成による概念図である。 測定人体の皮下組織の誘導係数の静電容量グリッドセンサ第二種類の電極構成による概念図である。 測定人体の皮下組織の誘導係数の静電容量グリッドセンサ第三種類の電極構成による概念図である。 測定人体の皮下組織の誘導係数の静電容量グリッドセンサ第四種類の電極構成による概念図である。 この発明による足裏で非固定周波数として人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定する測定モード概念図である。 この発明による非固定周波数を用いて人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定する回路システム構成の概念図である。 人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路で人体の皮下組織の誘導係数を測定する回路原理図である。 人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路で身体インピーダンスを測定する回路原理図である。 人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路で身体インピーダンスを測定する他の実施の状態の回路原理図である。 図６に示す表示装置の回路構成の概念図である。 図１Ｂに示す測定方式の測定装置において赤外線信号の伝送回路構成の概念図である。 図１Ｂに示す測定方式の表示装置において赤外線信号の伝送回路構成の概念図である。

符号の説明

１、４、１０１ 測定台の面
２ 鍵盤
３ ディスプレイ
５ ウィンドウ
６ 表示装置
電極板
１０、１１ 静電容量グリッドセンサ
１２、１３ 電極組
１４ 発信回路
１５ MCUシステム
１６ ディスプレイ
１７ 鍵盤
１８ 秤料信号処理回路
１９ 秤量センサ
２０ ＭＣＵシステム
２１ 赤外線送受回路
２２ 赤外線伝送ウィンドー
２３、２４、２５、２６ 電極
２７ 電極板
２８ 静電容量グリッドセンサ
３０ 切り替え回路
３１ ＭＣＵシステム
３２ 赤外線信号送受回路
３４ 鍵盤
３５ ディスプレイ
３６ 赤外線送信管
３７ デコーダ
３８ 赤外線受信管
３９ エンコーダー

Claims (16)

1. 周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の皮下組織の誘導係数及び身体インピーダンスを測定してそれらで人体成分を評価する方法であって
   被測定者が測定台の面に立って重量を測定し、体重の周波数信号を得るステップと、
   測定台の面上の静電容量センサを人体の足の裏に接触させて、前記の静電容量センサの両端に接続する正フィードバックＲＣ発振回路に人体の皮下組織の誘導係数に相関する発振周波数信号を生成させるステップと
   測定台の面の上に一定の表面積を有する二つ（２組）の電極板が人体の足の裏に接触して、前記の電極板の両端に接続する正フィードバックＲＣ発振回路に身体インピーダンスに相関する発振周波数信号を生成させるステップと
   異なる静電容量の容量を切り替えて前記の正フィードバックＲＣ発振回路に導入して、身体インピーダンスに相関する複数の非固定周波数の発振信号、即ち異なる周波数での身体インピーダンス信号を得るステップと；
   鍵盤によって被測定者の番号と身長と年齢と性別とスポーツマンかどうかとのデータを入力するステップと
   マイクロプロセッサのＩ／Ｏインターフェースから、測定した体重周波数信号と、人体の皮下組織の誘導係数とに相関する発振周波数信号、異なる周波数での身体インピーダンス信号を入力するステップと
   マイクロプロセッサのソフトウエアで人体の脂肪含有量と、人体の全水分と、細胞内の水分と人体の全水分の比を算出するステップと
   デイスプレイに人体重量と、人体の脂肪含有量と、人体の全水分（ＴＢＷ）と、細胞内の水分と人体の全水分の比（ＩＣＷ／ＴＢＷ）を表示するステップとを有することを特徴とする人体成分モニタリング方法。
2. 人体の足の底に接触する静電容量センサＣｍが容量Ｃａに直列に接続し、それらの他の両端が一つのノットゲートの出力端と他の一つのノットゲートの入力端にそれぞれ接続し、二つのノットゲートの他端が相互に接続し、人体の皮下組織の誘導係数に相関する発振周波数信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の人体成分モニタリング方法。
3. 一つのノットゲートの入力端は他の一つのノットゲートの出力端に接続し、その接続点と一つのノットゲートの入力端の間に、抵抗Ｒａと人体という電気インピーダンス素子Ｒｍとからなる直列回路が導入され、容量Ｃａは二つのノットゲートの相互に接続しない他の２端に接続し、身体インピーダンスに相関する発振周波数信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の人体成分モニタリング方法。
4. 人体という電気インピーダンス素子Ｒｍは抵抗Ｒａ２に直列に接続してから、Ｒａ１抵抗に並列に接続して、並列に接続した一端がＤトリガーの逆相端に接続して、他端がＤトリガーのＣＤ端、ＣＬＫ端及びアース端に接続して、身体インピーダンスに相関する発振周波数信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の人体成分モニタリング方法。
5. 人体インピーダンスＲｍを正フィードバックＲＣ発振回路に導入して、異なる静電容量の容量Ｃ_１、Ｃ_２、・・・、Ｃｎを切り替えて正フィードバックＲＣ発振回路に導入し、Ｒｍに相関する複数の非固定周波数の発振信号、即ち異なる周波数での身体インピーダンスを得ることを特徴とする請求項１に記載の人体成分モニタリング方法。
6. 秤量センサと秤量信号処理回路を備える測定部分と表示部分とを備えて周波数のデイジタル量サンプリング方式による人体の誘導係数及び身体インピーダンスを測定する人体成分モニタリング計器であって、
   前記の計器はさらに人体の皮下組織の誘導係数と身体インピーダンスを測定する正フィードバックＲＣ発振回路と、その測定台の面上にある二つ（２組）の足踏み電極板と、一つ以上の静電容量センサと、マイクロプロセッサと、デイスプレイと、鍵盤と備えて、
   前記の足踏み電極板と静電容量センサは上記の正フィードバックＲＣ発振回路に接続して、
   前記の正フィードバックＲＣ発振回路と秤量信号処理回路はマイクロプロセッサに電気的に接続して、
   前記のデイスプレイと鍵盤はマイクロプロセッサに電気的に接続することを特徴とする人体成分モニタリングモニタリング計器。
7. 前記の測定部分と表示部分が測定装置と表示装置とに物理的に分けられて、前記の足踏み電極板と静電容量センサと前記の正フィードバックＲＣ発振回路と秤量センサと秤量信号処理回路と測定装置のマイクロプロセッサとは測定装置にすべて配置され、鍵盤とデイスプレイと表示装置のマイクロプロセッサは表示装置にすべて配置されることを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
8. 前記の正フィードバックＲＣ発振回路の身体インピーダンスを測定する部分回路に、人体の皮下組織の誘導係数を測定するのに用いる静電容量センサＣｍの端が容量Ｃａの端に接続して、これらの他端が一つのノットゲートの出力端と他の一つのノットゲートの入力端にそれぞれ接して、抵抗Ｒａが人体という電気インピーダンス素子Ｒｍに直列に接続して、これらの他の両端が一つのノットゲートの入力端と出力端にそれぞれ接続して、二つのノットゲートの他端が相互に接続することを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
9. 前記の正フィードバックＲＣ発振回路の身体インピーダンスを測定する部分回路に、一つのノットゲートの入力端は他の一つのノットゲートの出力端に接続して、その接続点と一つのノットゲートの入力端の間に、抵抗Ｒａと人体という電気インピーダンス素子Ｒｍとからなる直列回路が導入され、容量Ｃａは二つのノットゲートの相互に接続しない他の２端に接続することを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
10. 前記の正フィードバックＲＣ発振回路の身体インピーダンスを測定する部分回路に、人体という電気インピーダンス素子Ｒｍは抵抗Ｒａ１に直列に接続してから、抵抗Ｒａ２に並列に接し、並列に接続した一端がＤトリガーの逆相端に接続し、他端がＤトリガーのＣＤ端、ＣＬＫ端及びアース端に接続することを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
11. 前記の静電容量センサは相互に交差しない二つの電極であることを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
12. 前記の静電容量センサは歯列状で、相互に入れ子状になり、且つ相互に交差しない２組の電極であることを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
13. 前記の静電容量センサは等間隔で、中心から外側に円形或いは矩形で回り、始終相互に交差しない電極であることを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
14. 前記の静電容量センサは導電材料で接続し、等間隔で、相互に接しない２組の電極組であることを特徴とする請求項６に記載の人体成分モニタリング計器。
15. 前記の測定装置は赤外線信号伝送回路を備え、電気信号がトランジスタＴ１のベース電極から入力し、トランジスタＴ１、Ｔ２のコレクタ電極が赤外線送信管（３６）のポートに接続し、赤外線送信管（３６）の他のポートが限流抵抗Ｒ１に接続し、赤外線送信管（３６）が赤外線データ信号（７）を送信し、赤外線受信管（３８）は前記の表示装置から送信する赤外線コマンド信号を受信し、電気信号に転換してから赤外線受信管（３８）の出力レベルからトランジスタＴ３のベース電極に伝送して、トランジスタＴ３のコレクタ電極がデコーダー（３７）の入力レベルに接続し、デコーダー（３７）の出力レベルが測定装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム（２０）のインターフェースに接続することを特徴とする請求項７に記載の人体成分モニタリング計器。
16. 前記の表示装置は赤外線信号伝送回路を備え、電気信号が赤外線受信管（２９）の出力レベルからトランジスタＴ７のベース電極に伝送し、トランジスタＴ７のコレクタ電極が表示装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム（３１）のインターフェースに接続し、表示装置のマイクロプロセッサのＭＣＵシステム（３１）のインターフェースから、電気信号がエンコーダー（３９）の入力インターフェースに伝送し、エンコーダー（３９）の出力のインターフェースがトランジスタＴ５のベース電極に接続し、トランジスタＴ５、Ｔ６のコレクタ電極が赤外線送信管（３３）のポートに接続し、赤外線送信管（３３）の他のポートが限流抵抗Ｒ４に接続し、赤外線送信管（３３）が赤外線コマンド信号（７）を送信することを特徴とする請求項７に記載の人体成分モニタリング計器。

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