JP2013192650A - 体内水分計 - Google Patents

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敬亮 吉野
Miyuki Koyama
美雪 小山
Kei Honda
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Abstract

【課題】携帯性に富み、手軽に体内水分量を測定することが可能な体内水分計を提供する。
【解決手段】被験者の体内水分量を計測するための体内水分計は、手のひらに保持が可能な立体形状を有する表面パネルを有する筺体と、筺体の表面パネルから突出する方向へ付勢され、一部分がその表面パネルから露出したセンサ部とを有する。体内水分計は、センサ部が所定時間にわたって押下されたことを検出すると、センサ部から得られる電気信号に基づいて体内水分量を算出する。そして、表面パネルに設けられた表示部に、算出された体内水分量を表示する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、被検者の体内の水分量を測定する体内水分計に関する。
生体における脱水症状は、生体中の水分が減少する病態であり、発汗や体温上昇により多くの水分が体内から体外に排出される運動時や気温の高い時に多く発現する。特に、高齢者の場合、生体の水分保持能力自体が低下しているため、一般健常者と比較して脱水症状を起こし易い。
このような脱水症状の把握には、血液検査と尿量管理で行う方法が知られているが、一般の家庭等では実施することが困難である。そこで、本発明者らは、脱水状態の判定をより手軽に行うための方策として、体内水分量を測定することに着目している。
通常、生体中の水分が体重の3%以上が失われた時点で脱水症状が生じ、体温調整の障害が起こると言われている。体温調整の障害が起こり体温が上昇すると、生体中の更なる水分の減少を引き起こすため悪循環に陥り、遂には熱中症と称される病態に至ることとなる。熱中症には、熱痙攣、熱疲労、熱射病等の病態があり、時には全身の臓器障害が起こることもある。このような熱中症に至る危険を未然に回避するためにも、生体の水分量を的確に把握することが有効である。
生体の水分量を把握する、いわゆる体内水分計としては、従来より、例えば、両手でハンドルを保持するような装置で人体インピータンスを測定し、その測定結果から体内水分量を算出するものが知られている(特許文献1)。
特開平11−318845号公報
しかしながら、特許文献1に記載の体内水分計の場合、被検者自身が両手でハンドルを把持することが要求されるため、被検者以外の第三者(測定者)が被検者の体内水分量を測定することが困難である。また、両手で把持する構造であるため、それなりの大きさを有しており、携帯性に欠け、いつでも、どこでも手軽に体内水分量を測定するという要求を満足することはできない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、携帯性に富み、手軽に体内水分量を測定することが可能な体内水分計を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための、本発明の一態様による体内水分計は以下の構成を備える。すなわち、
被験者の体内水分量を計測するための水分計であって、
手のひらに保持が可能な立体形状を有する筺体と、
前記筺体の表面パネルから突出する方向へ付勢され、一部分が前記表面パネルから露出したセンサ部と、
前記センサ部が所定時間にわたって押下されたことに応じて、前記センサ部に所定の電気信号を供給し、該電気信号に基づいて得られる物理量に基づいて体内水分量を算出する算出手段と、
前記表面パネルに設けられ、前記算出手段により算出された体内水分量を表示する表示手段と、を備える。
本発明によれば、携帯性に富み、手軽に体内水分量を測定することが可能な体内水分計を提供することができる。
第1実施形態係る体内水分計の外観を示す図。 体内水分計の機能構成を示すブロック図。 体内水分計の測定回路を説明する図。 第1実施形態の体内水分計の動作を説明するフローチャート。 測定情報のデータ構成例を示す図。 第2実施形態係る体内水分計の外観を示す図。 第2実施形態の体内水分計の動作を説明するフローチャート。 体内水分計の使用態様を説明するための図。 熱中症リスクの表示処理を説明する図である。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
<1.体内水分計の外観構成>
脱水症状を診る方法として、本発明者らは発汗能力に注目した。脱水状態に陥った被検者は汗をかくことすらできなくなり、普段は湿っているはずの腋下、太腿の付け根ですら乾燥してくる。これらの部位と並んで、手のひらも発汗量の多い部位の一つである。以下では、このような手のひらにおける体内水分量の測定を可能とし、体内水分量の計測を非常に手軽に行える体内水分計について説明する。
図1は、本実施形態に係る体内水分計100の外観構成の一例を示す図であり、(a)は、体内水分計100をセンサ部114a,114bが上方に位置するように見た場合の図である。また図1において、(b)は(a)を正面図とした場合の下面図であり、(c)は平面図、(d)は右側面図、(e)は左側面図である。体内水分計100は、被検者の体表面の皮膚にセンサ部114a,114bを接触させ、センサ部114a、114bにおいて供給した電気信号に応じた物理量を検出することで被検者の体内の水分量を検出する。本実施形態に係る体内水分計100では、当該物理量(生体中の水分に関するデータ)として被検者の静電容量を測定することにより、手のひらの湿り具合を検出し、体内の水分量を算出する。なお、体内水分量を算出するために検出する物理量は静電容量に限られるものではなく、例えば、定電圧もしくは定電流を被検者に供給して測定されるインピーダンスであってもよい。
体内水分計100は手のひらにより握ることにより把持が可能な棒状の筺体により構成されており、筺体は、側面パネル110と底面パネル120a、120bを表面パネルとして有する。なお、本実施形態では、体内水分計100は円柱状の筺体で構成されているものとするがこれに限られるものではない。例えば、断面が多角形の棒状の形態であってもよい。体内水分計100の筺体表面(側面パネル110や底面パネル120a,120b)には各種ユーザインターフェースが配置されるとともに、筺体内部には体内水分量を算出するための電子回路が収納される。
図1の例では、ユーザインターフェースとして、表示部111、電源スイッチ121、(ブザー216(図2)のための)放音用スリット122が示されている。電源スイッチ121は、底面パネル120aの凹部に配されている。このように、凹部に電源スイッチ121を配する構成とすることで、また、後述のように水分量の計測時に被検者が体内水分計100を握ったきに手のひらと接しない底面パネル120aに配することで、電源スイッチ121の誤操作を防ぐことができる。更に、電源スイッチ121が所定時間にわたって押され続けることにより電源のオンオフが実行されるようにして、より確実にご操作を防止している。なお、電源スイッチ121の操作により電源オン操作が認識されると後述の電源部211(図2)から体内水分計100の各部への電源供給が開始され、体内水分計100は動作状態となる。
表示部111は、側面パネル110上において、体内水分計100の長軸方向と表示部の長手方向が一致するように配置されている。表示部111の数値表示部112は、たとえば7セグメントの液晶表示器であり、今回の水分量の測定結果を表示する。また、参考として前回の測定結果もあわせて表示されるようにしてもよい。この場合、今回の測定結果の表示と前回の測定結果の表示を別々に表示してもよいし、今回か前回を識別するマークまたは文字とともに今回の測定結果と前回の測定結果を交互に表示するようにしてもよい。また、電池表示部113には、電池(図2の電源部211)の残量が表示される。また、無効な測定結果が得られた場合や測定エラーが検出された場合には、数値表示部112に“E”が表示され、その旨をユーザに報知する。
なお、図1に示す構成では、センサ部114a、114bが突出している部分と対向する位置(センサ部114a,114bから180度の位置)に表示部111が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、センサ部114a,114bの位置から90度の位置に設けられてもよい。
体内水分計100の底面パネル120bには、ブザー216の放音用スリット122が設けられている。このように放音用スリット122を、水分量の計測時に被検者が体内水分計100を握ったきに手のひらと接しない底面パネル120bに設けることにより、ブザー216が発生した音を被験者はより確実に聞くことができる。なお、ブザー216は水分量の測定終了、測定エラーの発生などを通知する。
側面パネル110には、センサ部114a、114bが、側面パネル110からその一部分が露出し、矢印116a、116bの方向へスライド可能に保持されている。
センサ部114a、114bの露出した部分の先端には、くし型電極が配されたセンサヘッド115a、115bが設けられている。センサヘッド115a、115bのそれぞれの皮膚への密着を保証する上での押圧を確保するため、センサ部114a、114bは不図示のばねにより、矢印116bの方向(側面パネル110から突出する方向)へ付勢されている(たとえば70gf程度の付勢力)。そして、被検者が体内水分計100を握ることによりセンサヘッド115a,115bが手のひらの皮膚に押し当てられると、センサ部114a,114bが矢印116aの方向(センサ部114a,114bの先端面と略直交する方向、すなわち先端面の法線方向)に所定量(例えば1mm〜10mm、本実施形態では4mm)スライドする。体内水分計100は、このようにセンサ部114a,114bのスライドした状態が所定時間(例えば2秒)以上維持されることにより測定を開始するよう構成されている。なお、本実施形態では、2つのセンサ部114a、114bが共に所定量スライドし、その状態が所定時間維持されたことに応じて測定が開始するものとする。
具体的には、ユーザが電源スイッチ121をオンして体内水分計100を動作状態とした後、図8(a)、(b)に示すように体内水分計100を握ることにより、センサヘッド115a、115bが被検者の手のひらの皮膚に押し当てられる。上記条件を満足する力でセンサヘッド115a、115bが所定時間以上(例えば2秒以上)押し当てられたことが検知されると、体内水分量の測定が開始される。すなわち、ユーザが電源スイッチ121をオンして体内水分計100を動作状態とした後、センサヘッド115a,115bが所定負荷(例えば20gf〜200gf、さらに好ましくは30gf〜100gf、本実施形態では70gf)で体表面に押し当てられたことが検知されると、体内水分量の測定が開始される。このような仕組みにより、測定時におけるセンサヘッド115a,115bの手のひらへの密着の程度を一定にすることができる。
なお、センサヘッド115a,115bの被検者との接触面には、電極が敷設され、電極を覆うように保護材が設けられている。また、センサヘッド115a,115bの接触面は平面形状に限られず、凸状の曲面形状でもよい。そのような接触面の形状の例としては、球面(例えば半径15mm程度の球面)の一部とすることが挙げられる。
<2.体内水分計の機能構成>
図2は、本実施形態に係る体内水分計100の機能構成例を示すブロック図である。図2において、制御部201は、CPU202、メモリ203を有し、CPU202はメモリ203に格納されているプログラムを実行することにより、体内水分計100における種々の制御を実行する。
例えば、CPU202は、図4のフローチャートにより後述する体内水分量の測定処理(本実施形態では静電容量測定)などを実行する。メモリ203は、不揮発性メモリと揮発性メモリとを含み、不揮発性メモリはプログラムメモリとして、揮発性メモリはCPU202の作業メモリとして利用される。
電源部211は、交換が可能なバッテリー、或いは充電が可能なバッテリーを有し、体内水分計100の各部へ電源を供給する。電圧レギュレータ212は、制御部201等へ一定電圧(例えば、2.3V)を供給する。電池残量検出部213は、電源部211から供給される電圧値に基づいて、電池の残量を検出し、その検出結果を制御部201に通知する。制御部201は、電池残量検出部213からの電池残量検出信号に基づいて、電池表示部113の表示を制御する。
電源スイッチ121が押下されると、各部への電源部211からの電力供給が開始される。そして、制御部201は、電源スイッチ121のユーザによる押下が2秒以上継続したことを検出すると、電源部211からの各部への電源供給を維持させ、体内水分計100を動作状態とする。測定スイッチ214a、214bは、それぞれセンサ部114a、114bが矢印116aの方向へ所定量以上押されることでオン状態になる。制御部201は、測定スイッチ214a、214bのオン状態が所定時間(例えば2秒)継続すると、水分量の測定を開始する。なお、電源部211の消耗を防止するために、体内水分計100が動作状態になってから5分経過しても測定開始とならない場合は、制御部201は自動的に体内水分計100を電源オフの状態へ移行させる。
測定回路215a,215bは、それぞれセンサヘッド115a,115bと接続され、静電容量を測定する。図3は、測定回路215aの構成例を示す図である。なお、測定回路215bも同様の構成であるため、図示および説明を省略する。図3において、オペアンプ301、302、抵抗303、304、被検者容量310によりCR発振回路が形成されている。被検者容量310によって出力信号305の発振周波数が変化するので、制御部201は、出力信号305の周波数を測定することにより、被検者容量310を算出する。なお、本実施形態のセンサヘッド115a、115bは、例えば、2つのくし型電極が、それぞれのくし歯が互い違いに並ぶように配置されているものとするが、これに限られるものではない。
図2に戻る。表示部111は、図1で説明したような表示を制御部201の制御下で行う。ブザー216は、センサ部114a,114bの押下による測定の開始や、体内水分量の測定が完了した際に鳴動し、測定の開始や完了をユーザに通知する。計時部217は、電源がオフの状態であっても電源部211からの電源供給を受けて動作し、動作状態においては時刻を制御部201に通知する。なお、温湿度センサ118は第2実施形態の構成であり、第1実施形態では省略される。
<3.体内水分計の動作>
以上のような構成を備えた、本実施形態に係る体内水分計100の動作を、図4のフローチャートを参照して説明する。図8(a)、(b)に示されるように、ユーザは棒状の体内水分計100を手で握ることにより、センサ部114a、114bが押下される。制御部201は、これらセンサ部114a、114bが所定時間にわたって押下されたことに応じて、センサ部114a,114bから得られる電気信号に基づいて体内水分量を算出する。
ステップS401において、制御部201は、測定開始の指示を検出する。本実施形態では、制御部201は、測定スイッチ214a、214bの状態を監視し、測定スイッチ214a,214bが共にオンとなっている状態が2秒以上継続した場合に測定開始の指示を検出したと判定する。制御部201は、測定開始の指示を検出すると、ステップS402において、測定回路215a、215bからの出力信号305の発振周波数を測定する。
ステップS403において、制御部201は、ステップS402において測定された出力信号305の発振周波数に基づいて、被検者の体内水分量を算出する。ステップS404において、制御部201は、ステップS403で算出された体内水分量が所定の閾値を超えるか否かに基づいて被検者が脱水状態か否かを判定する。なお、この場合の閾値とは、例えば、水を100%、空気を0%とした時の35%に相当する値が望ましい。
ステップS405において、制御部201は、今回の測定情報をメモリ203に格納する。図5は、メモリ203に格納される測定情報のデータ構成を示す図である。図5において、測定値501は、今回の測定により算出された体内水分量である。判定結果502は、今回の測定により算出された体内水分量に対して、ステップS404において判定された、脱水状態か非脱水状態かを示す情報である。測定時刻503は、今回の測定において計時部217から通知された時刻を示す情報である。測定時刻503としては、例えば、ステップS402において測定を実行した時点で計時部217から通知されている時刻とすることができる。
ステップS406において、制御部201は、今回の測定により算出された体内水分量を表示部111に表示する。このとき、脱水状態か非脱水状態かの判定結果に応じた表示形態により表示を行うようにしてもよい(例えば、脱水状態の場合には、赤色にて体内水分量を表示し、非脱水状態の場合には、青色にて体内水分量を表示する)。或いは、ブザー216を所定のパターンで鳴動させてもよい。この場合のブザー216の鳴動パターンは、上述した測定の開始や終了を知らせるための鳴動パターンと異なるものとする。
以上のように、本実施形態の体内水分計100によれば、ユーザが手のひらで体内水分計100を握ることにより水分量を測定できるので、ユーザは容易に自身の水分量を把握できる。
なお、水分量の測定結果は、センサヘッド115aとセンサヘッド115bのそれぞれから得られた水分量のうちの大きい方を選択するものとするがこれに限られるものではない。たとえば、センサヘッド115a,115bから得られた水分量の平均値を算出してこれを測定結果としてもよい。また、センサヘッドの数は、1つでもよいし、3つ以上であってもよい。なお、センサ部を3つ以上の複数有する場合は、それらすべてのセンサ部で測定スイッチがオンした場合に体内水分量の測定を実行するようにしてもよいし、それら複数のセンサ部のうちのいくつか(例えば2つ)がオンした場合に、オンとなった測定部を用いて体内水分量の測定を実行するようにしてもよい。また、被検者が体内水分計100を握り易くするために、側面パネル110に凹部もしくは凸部を設けてもよい。
[第2実施形態]
図6に、第2実施形態による体内水分計100の外観を示す。図6において、(a)は、体内水分計100をセンサ部114a,114bが上方に位置するように見た場合の図である。また図1において、(b)は(a)を正面図とした場合の下面図であり、(c)は平面図、(d)は右側面図、(e)は左側面図である。第1実施形態の体内水分計100に比べて、筺体が長手方向に長く形成されている。そのため、図8(c)(d)に示すように、被験者が体内水分計100を握ると、筺体の先端部が手の外に露出する。底面パネル120aには温湿度センサ118が設けられ、表示部111には、危険レベル表示117が追加されている。
図2に示すように、温湿度センサ118は制御部201に接続されており、手のひらの外部の温度(環境温度)や湿度(環境湿度)を測定する。このように、手のひらの温度や湿度ではなく、環境温度や環境湿度をより正しく測定するために、第2実施形態の体内水分計100の筺体は長手方向に手のひらからはみ出る程度に長くなっており、そのはみ出る部分に温湿度センサ118が配置されている。本実施形態では、底面パネル120aに温湿度センサ118を配置したが、これに限られるものではない。すなわち、温湿度センサ118の配置位置は、体内水分計100を握ったときに手からはみ出る部分であればいずれの位置でもよく、たとえば、側面パネル110の端部(底面パネル120aまたは底面パネル120b付近)であってもよい。また、温度センサと湿度センサが別体であってもよく、その場合に両センサが同一側の端部または底面パネルに配置される必要はない。例えば、温度センサを底面パネル120aに、湿度センサを底面パネル120bに配置するようにしてもよい。
第2実施形態の体内水分計100の動作を図7のフローチャートを参照して説明する。ステップS401〜S403の処理は、第1実施形態(図4)により説明したとおりである。ステップS701において、制御部201は更に温湿度センサ118から環境温度および環境湿度を取得する。ステップS702において、制御部201は、ステップS403で取得された体内水分量、ステップS701で取得された環境温度と環境湿度、に基づいて、被験者が脱水状態であるか否か、被験者の脱水状態(熱中症)へのなり易さや脱水症の重篤度を示す危険度を取得する。本実施形態では、環境温度、環境湿度によりWBGTを算出し、測定された体内水分量の値と合わせて熱中症リスクを判定するものとする。なお詳細は図9により後述する。
ステップS703において、制御部201は、今回の測定で得られた測定情報をメモリ203に保持する。図5に示した情報に加えて、脱水状態へのなり易さや脱水状態の重篤度を示す危険度の情報も保持される。そして、ステップS704において、制御部201は、今回の測定により算出された体内水分量を表示部111に表示する。このとき、脱水状態か非脱水状態かの判定結果に応じた表示形態により表示を行うようにしてもよい(例えば、脱水状態の場合には、赤色にて体内水分量を表示し、非脱水状態の場合には、青色にて体内水分量を表示する)。また、上述した危険度に応じて、危険レベル表示117の表示を制御する。危険レベル表示117は、ステップS702で判定された危険度の大、中、小に応じて制御される。
本実施形態では、危険レベル表示117として、熱中症リスクを提示する。すなわち、熱中症リスクを高、中、低の3段階に分け、上述したWBGT指標と測定された水分量の関係から、被検者がいずれのリスクにあるかを判定し、これを危険レベル表示117に表示する。ここで、WBGT値は、厳密には湿球温度、黒球温度、乾球温度を用いて算出されるが、本実施形態では、温湿度センサ118より得られる温度と湿度(相対湿度)を用いてWBGT値を決定する。そのようなWBGT値の決定には、例えば、日本生気象学会の「日常生活における熱中症予防指針 Ver.1」に示された、WBGTと気温、湿度との関係を用いることができる。温湿度センサ118により得られる温度と湿度より、WBGT値が得られると、図9(a)に示す関係から、WBGT指標と体内水分量から熱中症リスクを判定し、図9(b)に示すように、危険度レベル117の表示を制御する。すなわち、図9(a)の表において、測定されたWBGTと体内水分量が領域901にある場合は、熱中症リスクが「低」と判定され、危険レベル表示117ではレベル911のみが塗りつぶされる。また、図9(a)の表において、測定されたWBGTと体内水分量が領域902にある場合は、熱中症リスクが「中」と判定され、危険レベル表示117ではレベル911とレベル912が塗りつぶされる。更に、図9(a)の表において、測定されたWBGTと体内水分量が領域903にある場合は、熱中症リスクが「大」と判定され、危険レベル表示117ではレベル911〜レベル913が塗りつぶされる。こうして、熱中症リスクが危険度レベル表示117によりユーザに提示されることになる。なお、体内水分計に無線通信機能等を搭載し、外部のWBGTセンサなどからWBGT値を受信して上記危険レベルの判定を行うようにしてもよい。その場合、温湿度センサ108は省略できる。
以上のように、第2実施形態の体内水分計によれば、体内水分計を片手で握るだけで体内水分量を測定することができる。また、WBGTのような指標と合わせて、熱中症のリスクを提示することができ、被検者は熱中症に対して適切な処置をとったり、予防したりすることができる。
なお、上記各実施形態では、体内水分計の外観形状を棒状として説明したが、本発明がこのような形状に限られないことは言うまでもない。例えば、樽のような形状、球体、楕円体など、使用者の手のひらで把持することが可能な大きさおよび立体形状であればよい。また、この場合、センサ部114a、114bを押圧するように体内水分計100を握った状態で手のひらにより押圧されないような部位を端部とし、このような部位に電源スイッチ121、ブザー216、温湿度センサ118等を設けるようにすればよい。
100:体内水分計、 110:側面パネル、 111:表示部、 114a、114b:センサ部、 115a,115b:センサヘッド、 120a、120b:底面パネル、 121:電源スイッチ、 122:放音用スリット、 201:制御部、 214a,214b:測定スイッチ、 118:温湿度センサ、 216:ブザー

Claims (5)

  1. 被験者の体内水分量を計測するための体内水分計であって、
    手のひらに保持が可能な立体形状を有する筺体と、
    前記筺体の表面パネルから突出する方向へ付勢され、一部分が前記表面パネルから露出したセンサ部と、
    前記センサ部が所定時間にわたって押下されたことに応じて、前記センサ部に所定の電気信号を供給し、該電気信号に基づいて得られる物理量に基づいて体内水分量を算出する算出手段と、
    前記表面パネルに設けられ、前記算出手段により算出された体内水分量を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする体内水分計。
  2. 前記センサ部を複数有し、
    前記算出手段は、前記複数のセンサ部の全てが所定時間にわたって押下されたことに応じて各センサ部からの電気信号に基づいて体内水分量を算出し、前記複数のセンサ部から得られた複数の体内水分量から選択された体内水分量、又は前記複数の体内水分量の平均値を測定結果とする、ことを特徴とする請求項1に記載の体内水分計。
  3. 前記表面パネルの、前記センサ部を押圧するように握られた状態で手のひらにより押圧されない部位に電源スイッチまたは前記体内水分計の動作状態を知らせるためのブザーが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の体内水分計。
  4. 前記表面パネルの、前記センサ部を押圧するように握られた状態で手のひらにより押圧されない部位に設けられた温度センサと湿度センサを更に備え、
    前記算出手段は、体内水分量を算出するとともに、前記温度センサと前記湿度センサから取得された温度および湿度に基づいて、脱水症状に関する危険度を算出し、
    前記表示手段は、前記危険度を表示することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の体内水分計。
  5. 前記筺体は、側面パネルと底面パネルを前記表面パネルとする棒状の形状を有し、前記センサ部が前記側面パネルから露出して設けられ、前記表示手段が前記側面パネルに設けられている、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の体内水分計。
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