JP3492038B2 - Body fat measurement device - Google Patents

Body fat measurement device

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JP3492038B2
JP3492038B2 JP20944095A JP20944095A JP3492038B2 JP 3492038 B2 JP3492038 B2 JP 3492038B2 JP 20944095 A JP20944095 A JP 20944095A JP 20944095 A JP20944095 A JP 20944095A JP 3492038 B2 JP3492038 B2 JP 3492038B2
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frequency
impedance
measurement signal
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bioelectric impedance
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康之 久保田
徹哉 石井
真史 栗脇
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4869Determining body composition
    • A61B5/4872Body fat

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、生体電気インピ
ーダンス法に基づいて、被験者の体脂肪率や体脂肪量等
を推計するのに有用な体脂肪測定装置に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、人間や動物の身体組成を評価する
目的で、生体の電気特性に関する研究が行われている。
生体の電気特性は、組織または臓器の種類によって著し
く異なっており、例えば、ヒトの場合、血液の電気抵抗
率は150Ω・cm前後であるのに対して、骨や脂肪の
電気抵抗率は1〜5kΩ・cmもある。この生体の電気
特性は、生体電気インピーダンスと呼ばれ、人体の体表
面に装着された複数の電極間に微小電流を流すことによ
り測定される。このようにして得られた生体電気インピ
ーダンスから被験者の体水分量や体脂肪率、体脂肪量等
を推計する方法を生体電気インピーダンス法という
(「身体組成の評価法としての生体電気インピーダンス
法」,Baumgartner, R.N., etc.著、「生体電気インピー
ダンスとその臨床応用」,医用電子と生体工学,金井寛
著,20(3) Jun 1982、「インピーダンス法による体肢の
水分分布の推定とその応用」,医用電子と生体工学,波江
野誠等著,23(6) 1985、「インピーダンス法による膀胱
内尿量の長時間計測」,人間工学,口ノ町康夫等著,28(3)
1992 等参照)。 【0003】生体電気インピーダンスは、生体中のイオ
ンによって搬送される電流に対する生体の抵抗(レジス
タンス)と、細胞膜、組織界面、あるいは非イオン化組
織によって作り出される様々な種類の分極プロセスと関
連したリアクタンスとから構成される。リアクタンスの
逆数であるキャパシタンスは、電圧よりも電流に時間的
遅れをもたらし、位相のズレ(フェーズシフト)を作り
出すが、この値はレジスタンスに対するリアクタンスの
比率の逆正接角(アークタンジェント)、即ち、電気位
相角として幾何学的に定量できる。 【0004】これら生体電気インピーダンス、レジスタ
ンス、リアクタンス及び電気位相角との間の幾何学的な
関係は、図3のインピーダンス図に示すように周波数に
依存している。非常に低い周波数fLでは、細胞膜と組
織界面の生体電気インピーダンスは、電気を伝導するに
は高すぎる。したがって、電気は体水分量を通してのみ
流れ、測定される生体電気インピーダンスは純粋にレジ
スタンスである。この場合のレジスタンスを、周波数が
0Hzの場合のレジスタンスとして、R0で表すことに
する。 【0005】次に、周波数が増加するにつれて、電流は
細胞膜を貫通するようになり、リアクタンスが高くなっ
て位相角φを広げることになる。生体電気インピーダン
スの大きさは、公式(Z=R2+X2)によって定義され
るベクトルの値に等しい。リアクタンスX及び位相角φ
が共に最大になる時の周波数を臨界周波数fCといい、
電導体である生体の1つの電気的特性値である。この臨
界周波数fCを超えると、細胞膜と組織界面が容量性能
力を失うようになり、これにつれてリアクタンスが減少
する。非常に高い周波数fHでは、生体電気インピーダ
ンスは再び純粋にレジスタンスと等価になる。この場合
のレジスタンスを、周波数が無限大の場合のレジスタン
スとして、R∞で表すことにする。 【0006】図4は、人体の回路−等価モデルであり、
図3のインピーダンス図に対応している。この図におい
て、Rm及びCmはそれぞれ細胞膜のレジスタンス及び
キャパシタンスを表し、Ri及びReはそれぞれ細胞内
のレジスタンス及び細胞外のレジスタンスを表してい
る。低い周波数fLにおいては、電流は主に細胞外スペ
ースを流れており、インピーダンスはレジスタンスRe
に等しくなる。高い周波数fHにおいては、電流は細胞
膜を完全に通るようになり、レジスタンスRm及びキャ
パシタンスCmは実質的に短絡されているのと等価であ
る。従って、高い周波数fHでのインピーダンスは、合
成レジスタンスRi・Re/(Ri+Re)に等しい。以
上説明した方法により、レジスタンス、リアクタンス、
生体電気インピーダンス等を求めることができ、これら
に基づいて体水分量(細胞外液)や体脂肪率、体脂肪量
の変化を推計できる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の生体
電気インピーダンス法においては、骨格筋組織内外の水
分量を反映しかつ上記臨界周波数fC でもある50kH
zが利用されている。これは、人体の総伝導量が体水分
量の総伝導量と等しく、その大部分が筋組織に含まれて
おり、脂肪組織の水分含有量は最小であるという仮定に
基づいている。しかしながら、50kHzで生体電気イ
ンピーダンスを測定した場合、呼吸の影響を受けやす
い。その理由は以下のように考えられる。(1) 前述したように、脂肪の抵抗率は著しく大きいこ
とが知られているが、空気の電気インピーダンスも著し
く大きい。(2) 生体電気インピーダンスは、前述したように、人
体の体表面に装着された複数の電極間に微小電流を流す
ことにより測定されるが、電極は、通常、被験者の左右
いずれか一方の手と足にそれぞれ取り付けられるため、
電流が腕→上半身→下半身→足と流れ、空気が多く含ま
れている上半身(肺)を通過している。(3) 50kHzでの測定の場合、生体電気インピーダ
ンスは細胞膜のキャパシタンスCm(図4参照)の影響
を受けるが、このキャパシタンスCmが呼吸によって変
化する。したがって、正確な生体電気インピーダンスや
体脂肪量、体内水分量を測定できないという問題があっ
た。 【0008】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、一段と正確な生体電気インピーダンスや体脂肪
量、体内水分量を測定できる体脂肪測定装置を提供する
ことを目的としている。 【0009】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の体脂肪測定装置は、所定範囲で周波
数が時間の経過と共に変化する測定信号を生成し、生体
に送出する測定信号生成手段と、該測定信号生成手段か
ら生体に送出された前記測定信号に基づいて、前記生体
の互いに隔たる任意の2つの表面部位間に生じる電位差
及び電流を検出する電気諸量検出手段と、該電気諸量検
出手段によって検出された電位差及び電流を周波数毎に
記憶するための記憶手段と、該記憶手段に周波数毎に記
憶された電位差及び電流に基づいて、周波数毎に、前記
生体の前記部位間の生体電気インピーダンスを算出し、
得られた前記周波数毎の生体電気インピーダンスから求
めるべき生体電気インピーダンス又は生体電気インピー
ダンスに基づく物理量を算出する演算手段と、該演算手
段によって算出された結果を出力する出力手段とを備え
てなる体脂肪測定装置であって、前記演算手段は、前記
周波数毎の生体電気インピーダンスから周波数0Hz及
び周波数無限大の第1及び第2の生体電気インピーダン
スを算出し、前記第1及び第2の生体電気インピーダン
スから求めるべき生体電気インピーダンスを算出するこ
とを特徴としている。 【0010】 【0011】 【作用】この発明の構成において、測定信号生成手段
は、所定範囲で周波数が時間の経過と共に変化する測定
信号を生成し、生成した測定信号を生体に送出する。電
気諸量検出手段は、上記測定信号に基づいて、生体の互
いに隔たる任意の2つの表面部位間に生じる電位差及び
上記2つの部位間に流れる電流を検出する。検出された
電位差及び電流は、一旦記憶手段に記憶される。演算手
段は、上記記憶手段に周波数毎に記憶された電位差及び
電流に基づいて、周波数毎に、生体の上記部位間の生体
電気インピーダンスを算出し、得られた上記周波数毎の
生体電気インピーダンスから求めるべき生体電気インピ
ーダンス又は生体電気インピーダンスに基づく物理量を
算出する。算出された結果は、表示装置やプリンタに出
力される。 【0012】この発明の構成によれば、呼吸によって変
化すると思われるキャパシタンスの影響を受けない周波
数の生体電気インピーダンスから求めるべき生体電気イ
ンピーダンスが算出されるので、体脂肪量や体内水分量
等の測定において、呼吸による影響を低減できる。した
がって、被験者の体脂肪量や体内水分量を一段と正確に
推計できる。 【0013】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 A.実施例の構成 図1は、この発明による一実施例である体脂肪測定装置
の電気的構成を示すブロック図である。同測定装置10
0は、キーボード1と、人体に測定信号Iaを送出し、
これにより人体から得られる電圧電流情報をデジタル処
理するための測定処理部2と、装置各部を制御すると共
に、測定処理部2の処理結果に基づいて人体の生体電気
インピーダンスや体脂肪量、体内水分量等を算出するた
めのCPU(中央演算処理装置)3と、このCPU3に
よって算出された人体の生体電気インピーダンスや体脂
肪量、体内水分量等を表示するための表示部4と、CP
U3の処理プログラムを記憶するROM5と、CPU3
の作業領域が設定されるRAM6とから概略構成されて
いる。 【0014】上記キーボード1は、操作者が測定開始を
指示するための測定開始スイッチや、全測定時間や測定
回数等を測定目的に応じて設定/設定変更するための各
種キーから構成されており、キーボード1から供給され
る各キーの操作データは、図示せぬキーコード発生回路
でキーコードに変換されてCPU3に供給される。 【0015】また、上記測定処理部2は、基準クロック
発生器71、測定信号発生器72、出力バッファ73及
び身体の所定の部位に取り付けられる電極Hcからなる
出力処理回路と、同じく身体の所定の部位に取り付けら
れる電極Hp,Lp,Lc、差動増幅器81、I/V変換
器91、LPF82,92、A/D変換器83,93及び
サンプリングメモリ(リングバッファ)84,94から
なる入力処理回路とから構成されている。 【0016】測定処理部2において、基準クロック発生
器71は、全測定時間の間、周期(例えば800nse
c)のクロックCLを発生し、測定信号発生器72へ供
給する。測定信号発生器72は、上記クロックCL毎
に、周波数が所定範囲(例えば1kHz〜1MHzの範
囲)内を所定間隔(例えば15kHz毎)で変化する測
定信号(電流)Iaを全測定時間の間、繰り返し生成
し、出力バッファ73を介して、電極Hc(図1参照)
に送出する。なお、電極Hcは、図2に示すように、被
験者の手に吸着方式により取り付けられる。それゆえ、
測定信号(電流)Iaは、被験者の手の部分から人体に
入る。 【0017】次に、上記差動増幅器81は、2つの電極
Hp,Lp間の電位(電位差)を検出する。電極Hp
は、図2に示すように、被験者の手に吸着方式により取
り付けられ、電極Lpは、足の足首近傍に吸着方式によ
り取り付けられる。したがって、差動増幅器81は、上
記測定信号Iaが人体に供給されると、被験者の手足間
の電圧Vpを検出し、ローパスフィルタ82へ供給する
ことになる。この電圧Vpは、電極Hpと電極Lpとの
間における人体の生体電気インピーダンスによる電圧降
下である。 【0018】ローパスフィルタ82は、上記電圧Vpか
ら高周波のノイズを除去し、A/D変換器83へ供給す
る。A/D変換器83は、CPU3からデジタル変換信
号Sdが供給される度に、上記ノイズが除去された電圧
Vpをデジタル信号に変換し、サンプリングメモリ84
へ供給する。サンプリングメモリ(リングバッファ)8
4には、上記デジタル化された電圧VpがクロックCL
で規定される周期毎、測定信号Iaの周波数毎に記憶さ
れる。 【0019】次に、I/V変換器91は、2つの電極H
c,Lc間に流れる電流を検出して電圧に変換する。電
極Hcは、図2に示すように、被験者の手に吸着方式に
より取り付けられ、電極Lcは、足の足首近傍に吸着方
式により取り付けられる。したがって、I/V変換器9
1は、測定信号Iaが人体に供給されると、被験者の手
足間を流れる電流Ibを検出し、電圧Vcに変換した
後、ローパスフィルタ92へ供給する。 【0020】ローパスフィルタ92は、電圧Vcから高
周波のノイズを除去し、A/D変換器93へ供給する。
A/D変換器93は、CPU3からデジタル変換信号S
dが供給される度に、上記ノイズが除去された電圧Vc
をデジタル信号に変換し、サンプリングメモリ94へ供
給する。サンプリングメモリ(リングバッファ)94に
は、デジタル化された電圧VcがクロックCLで規定さ
れる周期毎、測定信号Iaの周波数毎に記憶される。 【0021】 次に、CPU3は、ROM5に記憶され
た処理プログラムに従って、上述した測定処理部2によ
る測定を開始し、指定回数(例えば100回)だけサン
プリングした後、測定を停止する制御を行う他、以下の
処理を行う。即ち、CPU3は、まず、サンプリングメ
モリ84, 94に格納された電圧Vp, Vcを測定信号
Iaの周波数毎に逐次読み出して平均化した後、周波数
毎の生体電気インピーダンスZ(=Vp/Vc)、レジ
スタンス及びリアクタンスを算出する。次に、CPU3
は、得られた周波数毎の生体電気インピーダンスZ、レ
ジスタンス及びリアクタンスに基づいて、図3に示すイ
ンピーダンス図を作成し、そのインピーダンス図からレ
ジスタンスR0 及びR∞を求める。そして、CPU3
は、求められたレジスタンスR0 及びR∞から周波数5
0kHzのレジスタンスR50k を次式に基づいて算出す
る。 R50k =(R0 +R∞)/2・・・(1) そして、CPU3は、(1)式で得られたレジスタンス
R50k を被験者の生体電気インピーダンスとし、これに
基づいて体脂肪量、体内水分量を算出する。そして、算
出された生体電気インピーダンスや体脂肪量、体内水分
量等が、表示コントローラと表示器(例えばLCD)と
からなる表示部4において表示される。 【0022】B.実施例の動作 次に、上述した構成の動作について説明する。まず、測
定に先だって、図2に示すように、電極Hc,Hpを被
験者の手に、電極Lp,Lcを被験者の足の足首近傍に
それぞれ吸着方式により取り付ける(このとき、電極H
c,Lcを、電極Hp,Lpよりも人体の中心から遠い方
に取り付ける)。次に、測定者が体脂肪測定装置100
のキーボード1を用いて、測定開始から測定終了までの
全測定時間や測定回数等を設定する。全測定期間は、測
定精度を高めるため、少なくとも2sec以上(即ち、
呼吸の周期以上)となるように設定する。また、測定回
数は100回に設定するものとする。この測定回数は、
例えば1〜300回程度がよい。 【0023】次に、測定者が測定開始スイッチをオンに
すると、CPU3は、まず、所定の初期設定を行った
後、測定処理部2に測定信号送出を指示する。これによ
り、測定信号発生器72が基準クロック発生器71のク
ロックCLに従って測定信号Iaを発生するので、その
測定信号Iaが出力バッファ73及び電極Hc(図2参
照)を介して人体へ送出され、測定が開始される。測定
信号Iaが人体に供給されると、測定処理部2の差動増
幅器81において、電極Hp,Lpが取り付けられた手
足間で生じた電圧Vpが検出され、ローパスフィルタ8
2を経てA/D変換器83へ供給される。一方、I/V
変換器91では、電極Hc,Lcが取り付けられた手足
間を流れる電流Ibが検出され、電圧Vcに変換された
後、ローパスフィルタ92を経てA/D変換器93へ供
給される。このとき、CPU3からは、サンプリング周
期毎にA/D変換器83,93に対してデジタル変換信
号Sdが供給される。 【0024】A/D変換器83では、デジタル変換信号
Sdの供給を受ける度に、電圧Vpをデジタル信号に変
換し、サンプリングメモリ84へ供給する。サンプリン
グメモリ84は、デジタル化された電圧Vpを順次記憶
する。一方、A/D変換器93では、デジタル変換信号
Sdの供給を受ける度に、電圧Vcをデジタル信号に変
換し、サンプリングメモリ94へ供給する。サンプリン
グメモリ94は、デジタル化された電圧Vcを順次記憶
する。CPU3は、以上説明した処理を指定された測定
回数(今の場合、100回)繰り返す。 【0025】 そして、測定回数が100回になると、
CPU3は、測定を停止する制御を行った後、まず、サ
ンプリングメモリ84, 94に格納された電圧Vp, V
cを測定信号Iaの周波数毎に逐次読み出して平均化
し、周波数毎の生体電気インピーダンスZ(=Vp/V
c)、レジスタンス及びリアクタンスを算出する。次
に、CPU3は、得られた周波数毎の生体電気インピー
ダンスZ、レジスタンス及びリアクタンスに基づいて、
図3に示すインピーダンス図を作成し、そのインピーダ
ンス図からレジスタンスR0 及びR∞を求める。そし
て、CPU3は、求められたレジスタンスR0 及びR∞
から周波数50kHzのレジスタンスR50k を上記した
(1)式に基づいて算出する。そして、CPU3は、
(1)式で得られたレジスタンスR50k を被験者の生体
電気インピーダンスとし、この生体電気インピーダンス
を用いて所定のアルゴリズムに従って体脂肪量、体内水
分量を算出する。そして、CPU3は、算出された生体
電気インピーダンスや体脂肪量、体内水分量等をRAM
6に記憶すると共に、表示部4に表示させる。そして、
当該処理を終了する。 【0026】このように、上記構成によれば、呼吸によ
って変化すると思われるキャパシタンスCmの影響を受
けないレジスタンスR0及びR∞から周波数50kHz
のレジスタンスR50kを求めて、これを生体電気インピ
ーダンスとしているので、体脂肪量や体内水分量の測定
において、呼吸による影響を取り除くことができる。し
たがって、被験者の体脂肪量や体内水分量を一段と正確
に推計できる。 【0027】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、算出
された人体の生体電気インピーダンスをプリンタに出力
するようにしても良い。また、算出された人体の生体電
気インピーダンスは人体の合成電気インピーダンスに限
らず、例えば、人体の細胞外液抵抗、細胞内液抵抗及び
これらの時間的変化量並びにこれらの一部であっても良
く、このようにすれば、体脂肪率等の測定だけでなく、
各種医療測定(例えば、透析の状態測定)への適用が期
待できる。また、電極の取付箇所は、手や足に限定され
ない。さらに、脈波センサや呼吸の周期を検出できるセ
ンサを人体に取り付け、各センサの出力信号により測定
タイミングを設定するようにしてもよい。 【0028】 【発明の効果】以上説明したように、この発明の体脂肪
測定装置によれば、呼吸の影響を受けない生体電気イン
ピーダンスから求めるべき生体電気インピーダンスが算
出されるので、体脂肪量や体内水分量等の測定におい
て、呼吸による影響を低減できる。したがって、被験者
の体脂肪量や体内水分量を一段と正確に推計できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a body fat measuring device useful for estimating a body fat percentage, a body fat mass, and the like of a subject based on a bioelectrical impedance method. About. [0002] In recent years, research on the electrical characteristics of living organisms has been conducted for the purpose of evaluating the body composition of humans and animals.
The electrical properties of living organisms vary significantly depending on the type of tissue or organ. For example, in the case of humans, the electrical resistivity of blood is around 150 Ωcm, while the electrical resistivity of bone and fat is 1 to 1. There is also 5 kΩ · cm. The electrical characteristics of the living body are called bioelectrical impedance, and are measured by passing a small current between a plurality of electrodes mounted on the surface of the human body. The method of estimating the body water content, body fat percentage, body fat mass, etc. of the subject from the bioelectric impedance obtained in this way is called bioelectric impedance method ("Bioelectric impedance method as an evaluation method of body composition", Baumgartner, RN, etc., "Bioelectric Impedance and Its Clinical Application", Medical Electronics and Biotechnology, Hiroshi Kanai, 20 (3) Jun 1982, "Estimation of Water Distribution in Limbs by Impedance Method and Its Application" , Medical Electronics and Biotechnology, Makoto Haeno et al., 23 (6) 1985, `` Long-term measurement of urinary bladder volume by impedance method '', Ergonomics, Yasuo Kuchinomachi, 28 (3)
1992). [0003] Bioelectric impedance is derived from the resistance of a living body to the current carried by ions in the living body (resistance) and the reactance associated with various types of polarization processes created by cell membranes, tissue interfaces, or non-ionized tissue. Be composed. Capacitance, which is the reciprocal of reactance, causes a time delay in current rather than voltage, and creates a phase shift (phase shift). It can be determined geometrically as a phase angle. The geometric relationship among these bioelectrical impedance, resistance, reactance and electrical phase angle is frequency dependent as shown in the impedance diagram of FIG. At very low frequencies fL, the bioelectrical impedance at the cell membrane and tissue interface is too high to conduct electricity. Thus, electricity flows only through body moisture and the measured bioelectrical impedance is purely resistance. The resistance in this case is represented by R0 as the resistance when the frequency is 0 Hz. Next, as the frequency increases, the current penetrates the cell membrane, the reactance increases, and the phase angle φ increases. The magnitude of the bioelectrical impedance is equal to the value of the vector defined by the formula (Z = R 2 + X 2 ). Reactance X and phase angle φ
The frequency at which both are maximum is called the critical frequency fC,
It is one electrical characteristic value of a living body that is a conductor. Above this critical frequency f C, the cell membrane and tissue interface loses their capacitive capacity and the reactance decreases accordingly. At very high frequencies fH, the bioelectrical impedance again becomes purely equivalent to resistance. The resistance in this case is represented by R∞ as the resistance when the frequency is infinite. FIG. 4 is a circuit-equivalent model of the human body.
This corresponds to the impedance diagram of FIG. In this figure, Rm and Cm represent the resistance and capacitance of the cell membrane, respectively, and Ri and Re represent the intracellular resistance and the extracellular resistance, respectively. At low frequencies fL, the current is mainly flowing in the extracellular space and the impedance is the resistance Re.
Is equal to At high frequencies fH, the current will pass completely through the cell membrane and the resistance Rm and the capacitance Cm are substantially equivalent to being short-circuited. Therefore, the impedance at high frequency fH is equal to the combined resistance Ri.Re/(Ri+Re). By the method described above, resistance, reactance,
Bioelectrical impedance and the like can be obtained, and changes in body water content (extracellular fluid), body fat percentage, and body fat amount can be estimated based on these. In the bioelectrical impedance method described above, 50 kHz, which reflects the water content inside and outside the skeletal muscle tissue and is also the critical frequency fC, is used.
z is used. This is based on the assumption that the total conduction of the human body is equal to the total conduction of body water, most of which is contained in muscle tissue, and the water content of adipose tissue is minimal. However, when measuring bioelectrical impedance at 50 kHz, it is susceptible to respiration. The reason is considered as follows. (1) As described above, the resistivity of fat is known to be extremely high, but the electrical impedance of air is also extremely high. (2) As described above, bioelectric impedance is measured by passing a small current between a plurality of electrodes mounted on the body surface of a human body. And to be attached to the foot respectively,
Electric current flows through the arm, upper body, lower body, and legs, and passes through the upper body (lung), which contains a lot of air. (3) In the case of measurement at 50 kHz, the bioelectrical impedance is affected by the capacitance Cm of the cell membrane (see FIG. 4), and this capacitance Cm changes due to respiration. Therefore, there was a problem that accurate bioelectric impedance, body fat amount, and body water amount could not be measured accurately. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a body fat measuring device capable of measuring bioelectric impedance, body fat mass, and body water mass more accurately. [0009] In order to solve the above-mentioned problems, a body fat measurement device according to the first aspect of the present invention generates a measurement signal whose frequency changes with time in a predetermined range, and outputs the measurement signal to a living body. A measurement signal generating unit to be transmitted, and an electrical quantity for detecting a potential difference and a current generated between any two surface portions of the living body separated from each other based on the measurement signal transmitted to the living body from the measurement signal generating unit. Detection means, storage means for storing the potential difference and current detected by the electrical quantity detection means for each frequency, based on the potential difference and current stored for each frequency in the storage means, for each frequency, Calculating bioelectric impedance between the parts of the living body,
Calculating means for calculating the physical quantity based on bioelectric impedance or bioelectrical impedance to be determined from the obtained bioelectrical impedance for each of the frequency is, ing and an output means for outputting the results calculated by said calculating means a body A fat measuring device , wherein the calculating means is
From the bioelectrical impedance for each frequency,
And second bioelectrical impedance with infinite frequency
The first and second bioelectrical impedances.
Calculate the bioelectric impedance to be obtained from the
It is characterized by . In the configuration of the present invention, the measurement signal generation means generates a measurement signal whose frequency changes with time in a predetermined range, and sends the generated measurement signal to a living body. The electric quantity detection means detects a potential difference generated between any two surface portions of the living body separated from each other and a current flowing between the two portions based on the measurement signal. The detected potential difference and current are temporarily stored in the storage unit. The calculating means calculates the bioelectric impedance between the parts of the living body for each frequency based on the potential difference and the current stored for each frequency in the storage means, and obtains the bioelectric impedance from the obtained bioelectric impedance for each frequency. A bioelectric impedance to be calculated or a physical quantity based on the bioelectric impedance is calculated. The calculated result is output to a display device or a printer. According to the configuration of the present invention, the bioelectric impedance to be obtained is calculated from the bioelectric impedance at a frequency which is not affected by the capacitance which is considered to be changed by breathing. In, the effect of respiration can be reduced. Therefore, the body fat amount and the body water amount of the subject can be more accurately estimated. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be made specifically using an embodiment. A. FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a body fat measurement device according to an embodiment of the present invention. Measurement device 10
0 sends the keyboard 1 and the measurement signal Ia to the human body,
Thus, the measurement processing unit 2 for digitally processing the voltage and current information obtained from the human body and the respective units of the apparatus are controlled, and based on the processing results of the measurement processing unit 2, the bioelectric impedance of the human body, the amount of body fat, the body water A CPU (Central Processing Unit) 3 for calculating the amount and the like, a display unit 4 for displaying a bioelectric impedance, a body fat amount, a body water amount, and the like of a human body calculated by the CPU 3;
A ROM 5 for storing a processing program of U3;
And a RAM 6 in which a work area is set. The keyboard 1 is composed of a measurement start switch for the operator to instruct the start of measurement, and various keys for setting / changing the total measurement time, the number of measurements, and the like according to the purpose of measurement. The operation data of each key supplied from the keyboard 1 is converted into a key code by a key code generation circuit (not shown) and supplied to the CPU 3. The measurement processing unit 2 includes an output processing circuit including a reference clock generator 71, a measurement signal generator 72, an output buffer 73, and an electrode Hc attached to a predetermined part of the body. An input processing circuit including electrodes Hp, Lp, Lc attached to the site, a differential amplifier 81, an I / V converter 91, LPFs 82, 92, A / D converters 83, 93, and sampling memories (ring buffers) 84, 94. It is composed of In the measurement processing section 2, the reference clock generator 71 has a period (for example, 800 ns) during the entire measurement time.
The clock CL of c) is generated and supplied to the measurement signal generator 72. The measurement signal generator 72 outputs a measurement signal (current) Ia whose frequency changes within a predetermined range (for example, a range of 1 kHz to 1 MHz) at predetermined intervals (for example, every 15 kHz) for each clock CL during the entire measurement time. The electrode Hc is repeatedly generated and output via the output buffer 73 (see FIG. 1).
To send to. The electrode Hc is attached to a subject's hand by a suction method, as shown in FIG. therefore,
The measurement signal (current) Ia enters the human body from the hand of the subject. Next, the differential amplifier 81 detects a potential (potential difference) between the two electrodes Hp and Lp. Electrode Hp
As shown in FIG. 2, the electrode Lp is attached to the subject's hand by the suction method, and the electrode Lp is attached near the ankle of the foot by the suction method. Therefore, when the measurement signal Ia is supplied to the human body, the differential amplifier 81 detects the voltage Vp between the limbs of the subject and supplies it to the low-pass filter 82. This voltage Vp is a voltage drop between the electrode Hp and the electrode Lp due to the bioelectric impedance of the human body. The low-pass filter 82 removes high-frequency noise from the voltage Vp and supplies it to the A / D converter 83. The A / D converter 83 converts the noise-removed voltage Vp into a digital signal every time the digital conversion signal Sd is supplied from the CPU 3,
Supply to Sampling memory (ring buffer) 8
4, the digitized voltage Vp is the clock CL
Is stored for each cycle defined by the following equation and for each frequency of the measurement signal Ia. Next, the I / V converter 91 has two electrodes H
The current flowing between c and Lc is detected and converted into a voltage. As shown in FIG. 2, the electrode Hc is attached to the subject's hand by the suction method, and the electrode Lc is attached to the vicinity of the ankle of the foot by the suction method. Therefore, I / V converter 9
When the measurement signal Ia is supplied to the human body, 1 detects the current Ib flowing between the limbs of the subject, converts it into a voltage Vc, and supplies it to the low-pass filter 92. The low-pass filter 92 removes high-frequency noise from the voltage Vc and supplies it to the A / D converter 93.
The A / D converter 93 outputs a digital conversion signal S from the CPU 3.
Each time d is supplied, the voltage Vc from which the noise is removed
Is converted into a digital signal and supplied to the sampling memory 94. The sampling memory (ring buffer) 94 stores the digitized voltage Vc for each cycle defined by the clock CL and for each frequency of the measurement signal Ia. Next, according to the processing program stored in the ROM 5, the CPU 3 starts measurement by the above-described measurement processing unit 2, performs sampling for a specified number of times (eg, 100 times), and then performs control to stop the measurement. The following processing is performed. That is, the CPU 3 first reads out the voltages Vp and Vc stored in the sampling memories 84 and 94 sequentially for each frequency of the measurement signal Ia, averages them, and then sets the bioelectric impedance Z (= Vp / Vc) for each frequency. Calculate resistance and reactance. Next, CPU3
Creates an impedance diagram shown in FIG. 3 based on the obtained bioelectric impedance Z, resistance and reactance for each frequency, and obtains the resistances R0 and R∞ from the impedance diagram. And CPU3
Is the frequency 5 from the determined resistances R0 and R∞.
A resistance R50k of 0 kHz is calculated based on the following equation. R50k = (R0 + R∞) / 2 (1) Then, the CPU 3 sets the resistance R50k obtained by the equation (1) as the bioelectric impedance of the subject, and calculates the body fat amount and the body water amount based on this. calculate. Then, the calculated bioelectric impedance, the amount of body fat, the amount of water in the body, and the like are displayed on the display unit 4 including a display controller and a display (for example, an LCD). B. Next, the operation of the above configuration will be described. First, prior to the measurement, as shown in FIG. 2, the electrodes Hc and Hp are attached to the subject's hand, and the electrodes Lp and Lc are attached to the vicinity of the ankle of the subject's foot by suction.
c, Lc are mounted farther from the center of the human body than the electrodes Hp, Lp). Next, the measurer sets the body fat measurement device 100
, The total measurement time from the start of measurement to the end of measurement, the number of measurements, and the like are set. The entire measurement period is at least 2 seconds or more (ie,
(Respiratory cycle or more). The number of measurements is set to 100 times. The number of measurements
For example, about 1 to 300 times is preferable. Next, when the measurer turns on the measurement start switch, the CPU 3 first performs predetermined initial settings, and then instructs the measurement processing unit 2 to transmit a measurement signal. Thus, the measurement signal generator 72 generates the measurement signal Ia in accordance with the clock CL of the reference clock generator 71, and the measurement signal Ia is transmitted to the human body via the output buffer 73 and the electrode Hc (see FIG. 2). The measurement starts. When the measurement signal Ia is supplied to the human body, the voltage Vp generated between the limbs to which the electrodes Hp and Lp are attached is detected in the differential amplifier 81 of the measurement processing unit 2, and the low-pass filter 8
The signal is supplied to the A / D converter 83 via the line 2. On the other hand, I / V
In the converter 91, the current Ib flowing between the limbs to which the electrodes Hc and Lc are attached is detected, converted into a voltage Vc, and then supplied to an A / D converter 93 via a low-pass filter 92. At this time, a digital conversion signal Sd is supplied from the CPU 3 to the A / D converters 83 and 93 in each sampling cycle. The A / D converter 83 converts the voltage Vp into a digital signal each time the digital conversion signal Sd is supplied, and supplies the digital signal to the sampling memory 84. The sampling memory 84 sequentially stores the digitized voltage Vp. On the other hand, the A / D converter 93 converts the voltage Vc into a digital signal each time the digital converted signal Sd is supplied, and supplies the digital signal to the sampling memory 94. The sampling memory 94 sequentially stores the digitized voltage Vc. The CPU 3 repeats the above-described processing for the designated number of measurements (in this case, 100 times). When the number of measurements reaches 100,
After performing the control to stop the measurement, the CPU 3 firstly sets the voltages Vp, Vp stored in the sampling memories 84, 94.
c is sequentially read and averaged for each frequency of the measurement signal Ia, and the bioelectrical impedance Z (= Vp / V
c) Calculate resistance and reactance. Next, the CPU 3 determines, based on the obtained bioelectric impedance Z, resistance, and reactance for each frequency,
The impedance diagram shown in FIG. 3 is created, and the resistances R0 and R∞ are obtained from the impedance diagram. Then, the CPU 3 determines the obtained resistances R0 and R∞.
The resistance R50k of frequency 50kHz from
It is calculated based on equation (1) . Then, the CPU 3
The resistance R50k obtained by the equation (1) is used as the bioelectric impedance of the subject, and the body fat amount and the body water amount are calculated according to a predetermined algorithm using the bioelectric impedance. Then, the CPU 3 stores the calculated bioelectric impedance, the body fat amount, the body water amount, and the like in the RAM.
6 and displayed on the display unit 4. And
The process ends. As described above, according to the above configuration, the frequency 50 kHz is obtained from the resistances R0 and R # which are not affected by the capacitance Cm which is considered to be changed by breathing.
Is determined as the bioelectrical impedance, so that the influence of respiration can be removed in the measurement of body fat mass and body water mass. Therefore, the body fat amount and the body water amount of the subject can be more accurately estimated. Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and a design change or the like may be made without departing from the gist of the present invention. The present invention is included in the present invention. For example, the calculated bioelectric impedance of the human body may be output to a printer. Further, the calculated bioelectrical impedance of the human body is not limited to the synthetic electrical impedance of the human body, and may be, for example, the extracellular fluid resistance of the human body, the intracellular fluid resistance and their temporal changes and a part thereof. In this way, not only measurement of body fat percentage, etc.,
It can be expected to be applied to various medical measurements (for example, dialysis state measurement). In addition, the location where the electrode is attached is not limited to the hand or foot. Furthermore, a pulse wave sensor or a sensor capable of detecting the cycle of breathing may be attached to the human body, and the measurement timing may be set based on the output signal of each sensor. As described above, according to the body fat measuring device of the present invention, the bioelectric impedance to be obtained is calculated from the bioelectric impedance which is not affected by respiration. In the measurement of the water content in the body, the influence of respiration can be reduced. Therefore, the body fat amount and the body water amount of the subject can be more accurately estimated.

【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の一実施例である体脂肪測定装置の電
気的構成を示すブロック図である。 【図2】同装置の各種電極の取付状態を示す図である。 【図3】インピーダンス図の一例を表す図である。 【図4】生体電気インピーダンスの回路−等価モデルを
示す図である。 【符号の説明】 2 測定処理部 3 CPU(演算手段) 72 測定信号発生器(測定信号生成手段) 73 出力バッファ 81 差動増幅器(電気諸量検出手段) 82,92 ローパスフィルタ(電気諸量検出手
段) 83,93 A/D変換器(電気諸量検出手段) 84,94 サンプリングメモリ(記憶手段) 91 I/V変換器(電気諸量検出手段)
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a body fat measurement device according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a mounting state of various electrodes of the device. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an impedance diagram. FIG. 4 is a diagram showing a circuit-equivalent model of bioelectric impedance. [Description of Signs] 2 Measurement processing unit 3 CPU (arithmetic means) 72 Measurement signal generator (measurement signal generation means) 73 Output buffer 81 Differential amplifier (electric quantity detection means) 82,92 Low-pass filter (electric quantity detection) Means) 83,93 A / D converter (electric quantity detection means) 84,94 Sampling memory (storage means) 91 I / V converter (electric quantity detection means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) A61B 5/05

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 所定範囲で周波数が時間の経過と共に変
化する測定信号を生成し、生体に送出する測定信号生成
手段と、 該測定信号生成手段から生体に送出された前記測定信号
に基づいて、前記生体の互いに隔たる任意の2つの表面
部位間に生じる電位差及び電流を検出する電気諸量検出
手段と、 該電気諸量検出手段によって検出された電位差及び電流
を周波数毎に記憶するための記憶手段と、 該記憶手段に周波数毎に記憶された電位差及び電流に基
づいて、周波数毎に、前記生体の前記部位間の生体電気
インピーダンスを算出し、得られた前記周波数毎の生体
電気インピーダンスから求めるべき生体電気インピーダ
ンス又は生体電気インピーダンスに基づく物理量を算出
する演算手段と、 該演算手段によって算出された結果を出力する出力手段
とを備えてなる体脂肪測定装置であって、 前記演算手段は、前記周波数毎の生体電気インピーダン
スから周波数0Hz及び周波数無限大の第1及び第2の
生体電気インピーダンスを算出し、前記第1及び第2の
生体電気インピーダンスから求めるべき生体電気インピ
ーダンスを算出することを特徴とする体脂肪測定装置
(57) [Claim 1] A measurement signal generating means for generating a measurement signal whose frequency changes with time in a predetermined range and transmitting the measurement signal to a living body, and transmitting the measurement signal from the measurement signal generating means to the living body. Based on the measured measurement signal, an electric quantity detecting means for detecting a potential difference and a current generated between any two surface portions of the living body separated from each other; and a potential difference and a current detected by the electric quantity detecting means. Storage means for storing for each frequency, based on the potential difference and the current stored for each frequency in the storage means, for each frequency, the bioelectrical impedance between the parts of the living body was calculated and obtained Calculating means for calculating a bioelectric impedance to be determined from the bioelectric impedance for each frequency or a physical quantity based on the bioelectric impedance; A Ru body fat measurement device name and an output means for outputting the the result, the arithmetic means, bioelectrical impedance for each of the frequency
The first and second frequencies of 0 Hz and infinity
Calculating bioelectrical impedance, the first and second
Bioelectric impedance to be found from bioelectric impedance
A body fat measuring device for calculating a dance .
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