JP3699323B2 - 生体電気インピーダンス測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定装置に関し、また、生体電気インピーダンスと共に体脂肪、体水分、脈拍、血圧等を測定する生体電気インピーダンス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体電気インピーダンス測定装置としては、図１に示すように、ケーブル１１に接続された１対の測定電流印加電極１２ａ、１２ｂおよび１対の電圧測定電極１３ａ、１３ｂを両手、両足、または、手足等に貼り付けて測定するケーブル接続電極型のもの１０や、図２に示すように、１対のグリップ２１ａ、２１ｂに配置された１対の測定電流印加電極２２ａ、２２ｂおよび１対の電圧測定電極２３ａ、２３ｂを両手で握って測定する手専用電極型のもの２０や、または、図３に示すように台３１上に配置された１対の測定電流印加電極３２ａ、３２ｂおよび１対の電圧測定電極３３ａ、３３ｂ上に両足で乗って測定する足専用電極型のもの３０が知られており、いずれも両手、両足、または、手足間といった身体の２つの部位に２対の電極を配置して生体電気インピーダンスを測定するものである。尚、本願明細書において、身体の１つの部位とは、関節間に挟まれた、関節が介在しない身体の連続する部分をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来の生体電気インピーダンス測定装置では、両手、両足、または、手足間といった身体の２つの部位に２対の電極が配置されて生体電気インピーダンスが測定されるので、電極間に挟まれた身体部分には関節が介在し、関節において身体が曲がってしまって、電極間に挟まれた身体部分の姿態が大きく変動してしまい、生体電気インピーダンスの測定精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、両手、両足、または、手足間といった身体の２つの部位に２対の電極が配置されて生体電気インピーダンスが測定されるので、電極間の距離が被測定者毎に変動してしまって不明であり、生体電気インピーダンスの測定精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００５】
そしてまた、ケーブル接続型の場合には、長いケーブルの取り扱いや身体への電極の貼り付けが面倒であるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題点を解消し、電極間に挟まれた身体部分の姿態が変動せず、電極間の距離が明確になるようして、高い測定精度で簡便に生体電気インピーダンスを測定することができるような生体電気インピーダンス測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点によれば、身体の１つの部位を載置する載置台と、身体の１つの部位に接触するように載置台上に配置された１対の測定電流印加電極と、１対の測定電流印加電極間に位置して身体の１つの部位に接触するように載置台に配置された１対の電圧測定電極と、１対の測定電流印加電極に交流電流を供給する交流電流供給手段と、１対の電圧測定電極間の電圧を測定する電圧測定手段と、供給された交流電流と測定された電圧とに基づいて生体電気インピーダンスを演算する演算手段とを備え、前記１対の測定電流印加電極と前記１対の電圧測定電極とが一列に並んで配置される生体電気インピーダンス測定装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、載置台は、１対の測定電流印加電極および１対の電圧測定電極の並びに沿って延びる湾曲した溝状にされ、１対の測定電流印加電極および１対の電圧測定電極の各々は、載置台に沿って湾曲している。
【０００９】
本発明の更に別の観点によれば、身体の１つの部位を位置決めする位置決め部材を備える。位置決め部材は位置調整可能である。身体の１つの部位は左右いずれか一方の前腕であり、位置決め部材は手で握るグリップおよび／もしくは肘を当接する肘当てである。
【００１０】
本発明の更に別の観点によれば、身体の１つの部位は左右いずれか一方の前腕であるか、または、身体の１つの部位は左右いずれか一方の下腿である。
【００１１】
本発明の更に別の観点によれば、演算手段は体脂肪、体水分、脈拍、または、血圧のうちの少なくとも１つを更に演算する。
【００１２】
本発明の更に別の観点によれば、交流電流供給手段は複数の異なる周波数の交流電流を供給し、電圧測定手段は各周波数の交流電流に対応して電圧を測定し、演算手段は、供給された異なる周波数の交流電流とこれらに対応して測定された電圧とに基づいて生体電気インピーダンスを演算するか、または、交流電流供給手段は単一の周波数の交流電流を供給し、電圧測定手段は測定された電圧の位相を更に測定し、演算手段は、供給された電流と測定された電圧との位相差を更に演算する。
【００１３】
本発明の更に別の観点によれば、演算手段は細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、細胞内液量、細胞外液量、体水分液量、または、体脂肪量のうちの少なくとも１つを更に演算する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
先ず、本発明に係る生体電気インピーダンスの第１実施例について説明する。図４は、本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第１実施例の外部構成を示す斜視図である。本測定装置４０は、前腕において生体電気インピーダンスを測定するものであり、図４に示すように、全体がほぼ矩形の平面形状をしているハウジング４１を備えている。ハウジング４１の上面の左半分には、ハウジング４１の前端から後端まで直線状に延びる湾曲した溝状の載置台４２と、載置台４２の底部に固定的に配置された１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂおよび１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂとが備えられている。１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂおよび１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂは、１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂ間に１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂを挟んで載置台４２の長手方向に直線状に並び、各電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂは、載置台４２の長手方向に対して垂直方向に、かつ、載置台４２に沿って湾曲して延びる。
【００１６】
ハウジング４１の後端には、平板形状のスライド部材４５が備えられている。スライド部材４５は、その後端をハウジング４１の後端から後方に突出させて、電極の並び４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂに沿って延び、ハウジング４１内を載置台４２の長手方向にスライド可能になっている。スライド部材４５の後端には、載置台４２に対して垂直に起立する棒状のグリップ４６が備えられている。グリップ４６は、ハウジング４１の後端の後方、かつ、載置台４２の長手方向の延長線上に位置し、スライド部材４５により、ハウジング４１の後端に接する位置とハウジング４１の後端から後方に離間した位置との間を載置台４２の長手方向に移動可能になっている。ハウジング４１の上面の右半分には、操作案内、測定状況、測定結果、演算結果等が表示される表示部４７と、本測定装置４０の制御命令および測定に必要な被測定者の個人パラメータ等を入力するための入力キー４８と、本測定装置４０を作動させるための電源オンキー４９ａと、本測定装置４０を停止するための電源オフキー４９ｂとが備えられている。
【００１７】
図５は、図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の内部構成を示すブロック図である。図５に示すように、本測定装置４０の内部構成は、主として制御、演算およびデータの入出力を行う第１ブロックと、主として生体電気インピーダンス測定およびアナログ信号からデジタル信号への変換を行う第２ブロックとに分けられ、ハウジング４１内に収容されている。
【００１８】
第１ブロックは、測定に関する制御、測定データの処理等を行う制御および演算装置５１、制御および演算用プログラム、定数等を記憶するＲＯＭ５２、測定データ、演算結果、外部より読み込んだデータ、プログラム等を一時的に記憶するＲＡＭ５３、測定データ、演算結果、測定に関するパラメータ等を記憶、読み出し、更新可能な不揮発性の補助記憶装置５４、表示部４７に接続され、操作案内、測定状況、測定結果、演算結果等を表示部４７に表示させる表示装置５５、測定に関するパラメータ、測定結果等を外部機器へ出力し、また、測定に関するパラメータ、測定時の制御情報、制御プログラム等を外部機器から本測定装置４０へ読み込むための外部入出力インターフェイス５６、外部入出力インターフェイスと外部機器とを接続するための外部インターフェイス端子５７、入力キー４８に接続され、入力キー４８の押下を受けて、本測定装置４０の制御命令、測定に必要な被測定者の個人パラメータ等の入力情報を生成するキー入力装置５８、測定の日時等を管理するための時間情報を取得するための時計装置５９、測定値、測定値から算出されたパラメータ等を電話回線を通じて他のコンピュータに送信するためのモデム内蔵の通信装置６０、電源オンキー４９ａおよび電源オフキー４９ｂに接続され、電源オンキー４９ａまたは電源オフキー４９ｂの押下を受けて、本測定装置４０の各部分への電力供給を開始または停止するための電源装置６１、外部から電源装置６１へ電力を供給するための電源端子６２を備える。
【００１９】
第２ブロックは、ＲＯＭ５２またはＲＡＭ５３に記憶された制御プログラムにより決められた周波数の交流信号を発生させる交流信号発生装置６３、交流信号発生装置６３から出力される交流信号をＲＯＭ５２またはＲＡＭ５３に記憶された制御プログラムにより決められた実効値の交流信号にするための交流電流出力装置６４、被測定者を流れる電流を検出して、基準電流検出信号として出力する基準電流検出装置６５、交流電流出力装置６４から基準電流検出装置６５を介して供給される交流電流を出力するための１対の交流電流出力端子６６ａ、６６ｂ、基準電流検出装置６５の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換装置６７、被測定者の２ヶ所の電位信号を入力するための１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂ、１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂ間の電位信号の差分信号を出力する電位差検出装置６９、電位差検出装置６９の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換装置７０を備える。１対の交流電流出力端子６６ａ、６６ｂは１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂに接続され、１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂは１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂに接続されている。
【００２０】
図６は、図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の測定手順および動作の概要を示すフローチャートである。ステップ１で、被測定者が電源オンキー４９ａを押下すると、ステップ２で、本測定装置４０内部の初期化が行われ、ステップ３で、図７に示す初期画面が表示部４７に表示される。ステップ４で、被測定者の個人パラメータである性別、身長、体重、年齢が既に入力されているかどうかが判断され、既に入力されている場合には、ステップ８に進む。まだ入力されていない場合には、ステップ５に進み、個人パラメータ入力用画面が表示部４７に表示される。ステップ６で、被測定者が入力キー４８を押下して個人パラメータを入力すると、ステップ７で、初期画面が再び表示部４７に表示される。ステップ８に進み、被測定者が入力キー４８を押下して「１」を入力すると、ステップ９で、個人パラメータ入力画面が表示部４７に表示され、ステップ１０で、個人パラメータの変更が有る場合には、被測定者は入力キー４８を押下して個人パラメータを変更し、ステップ１１に進む。ステップ１１で、被測定者は、載置台４２を左方にし、表示部４７等を右方にして測定位置につく。そして、適宜、スライド部材４５の位置を調整し、手でグリップ４６を握り、前腕を２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂに接触させて載置台４２に載置する。載置台４２に載置する前腕は左右どちらの前腕でも良いが、操作性の点からは、左の前腕を左方に位置する載置台４２に載置し、右手で右方に位置する入力キー４８を操作するのが良い。それから、被測定者は、入力キー４８を押下して測定開始の指示を入力する。本測定装置４０では、載置台４２は湾曲した溝状になっており、２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂは載置台に沿って湾曲しているので、被測定者は、前腕を２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂに密接させて載置することができる。また、グリップ４６が備えられ、グリップ４６は手の向きおよび位置を定める位置決め部材としての機能を果たすので、被験者は、測定中および次回以降の測定において、前腕を常に同一の姿態で載置台４２に載置することができる。ステップ１２では、生体電気インピーダンスが以下のように測定される。すなわち、ＲＯＭ５２に予め記憶されるか、または、補助記憶装置５４や外部入出力インターフェイス５６からＲＡＭ５３に記憶された測定制御パラメータに基づいて交流信号発生装置６３に出力信号周波数が設定され、交流信号発生装置６３からの出力信号は交流電流出力装置６４に出力される。測定制御パラメータに基づいて交流電流出力装置６４の定電流出力回路に出力電流値が設定され、交流電流出力装置６４からの出力は、基準電流検出装置６５、１対の交流電流出力端子６６ａ、６６ｂ、測定電流印加電極４３ａ、４３ｂを順に介して被測定者に印加される。この時、被測定者に流れる電流は基準電流検出装置６５により検出され、そのアナログ信号の出力は第１Ａ／Ｄ変換装置６７によりデジタル信号に変換される。そして、そのデジタル信号の出力はＲＡＭ５３に記憶される。同時に、被測定者の２ヶ所の電位信号は、１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂ、１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂを順に介して電位差検出装置６９に入力され、電位差検出装置６９により、入力された電位信号の差分信号が第２Ａ／Ｄ変換装置７０に出力される。第２Ａ／Ｄ変換装置７０では、アナログ信号である差分信号がデジタル信号に変換され、そのデジタル信号の出力はＲＡＭ５３に記憶される。このようにして、生体電気インピーダンスが、測定制御パラメータに基づき周波数Ｆｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）について繰り返し測定される。
【００２１】
続いてステップ１３に進み、ステップ１２で測定された生体電気インピーダンス測定値から、生体電気インピーダンスベクトル軌跡およびそれに関するパラメータが算出される。
【００２２】
通常、生体電気インピーダンスは、図８に示すような、細胞外液抵抗Ｒｅ、細胞内液抵抗Ｒｉ、細胞膜容量Ｃｍから成る集中定数による等価回路で表されるが、実際には、生体を構成する個々の細胞が、その形状や性質の差異により、それぞれ定数の異なる回路で表されるため、その集合体である生体では、集中定数による等価回路を測定した場合のように、生体電気インピーダンスベクトル軌跡は半円とならずに、コール−コールの円弧則に従う円弧となるとされている。
【００２３】
従って、一般に、生体電気インピーダンスは、図９に示すような円弧状の軌跡を描くことになる。ここで、Ｘ軸は生体電気インピーダンスのレジスタンス成分を表し、Ｙ軸は生体電気インピーダンスのリアクタンス成分を表す。生体電気インピーダンスのリアクタンス成分は容量性なので負の値をとるため、生体電気インピーダンスベクトル軌跡は、Ｘ軸の下方に位置し、また、求める生体電気インピーダンスベクトル軌跡は円弧であるという仮定から、周波数Ｆ１、Ｆ２、…、ＦＮの各々における生体電気インピーダンス測定値Ｚ１、Ｚ２、…、ＺＮは、ある円の円周上にある。ここで、円の中心のＸ座標をａ、円の中心のＹ座標をｂ、円の半径をｒとすると、生体電気インピーダンス測定値を通る円の方程式は式１のように表される。
【００２４】
（Ｘ−ａ） 2 ＋（Ｙ−ｂ） 2 ＝ｒ 2 （式１）
ａ、ｂ、ｒは、式１に、周波数Ｆ１、Ｆ２、…、ＦＮにおける生体電気インピーダンス測定値Ｚ１、Ｚ２、…、ＺＮを代入することにより求められる。
【００２５】
また、式１から、Ｘは以下のように表される。
【００２６】
そして、式２より、式１で表される円とＸ軸との交点Ｒ0、Ｒinf（Ｒ0＞Ｒinf）は、以下のように求められる。
【００２７】
更に、式３および式４より、図８の等価回路におけるＲｅおよびＲｉは以下のように求められる。
【００２８】
Ｒe＝Ｒ0 （式５）
Ｒi＝Ｒ0・Ｒinf／（Ｒ0−Ｒinf） （式６）
特性周波数Ｆcにおける生体電気インピーダンスベクトルＺcは、リアクタンス成分、すなわちＹ軸成分の絶対値が最大になる点であるから、その場合のレジスタンス成分であるＸ座標値およびリアクタンス成分であるＹ座標値は以下のように算出される。
【００２９】
Ｘ＝ａ （式７）
Ｙ＝ｂ−ｒ （式８）
ここで、ＲcはＺcのレジスタンス成分、ＸcはＺcのリアクタンス成分とすると、Ｚcは以下のように表される。
【００３０】
Ｚc＝Ｒc＋ｊＸc＝ａ＋ｊ（ｂ−ｒ） （式９）
また、Ｚ（ω）はωにおける生体電気インピーダンスベクトル、τ、βは定数とすると、コール−コールの円弧則から、任意の角周波数ωにおける生体電気インピーダンスベクトルは以下のように表される。
【００３１】
更に、τ＝１／ωｃとして、式１０は以下のように表される。
【００３２】
ここで、ωｃ＝２πＦcであるから、先に測定された生体電気インピーダンス測定値を用いて、Ｆcおよびβが求められる。
【００３３】
上述のように生体電気インピーダンス測定値から求められた生体電気インピーダンスベクトル軌跡およびそれに関するパラメータＲ0およびＲinf、ＲeおよびＲi、Ｚc、Ｒc、Ｘc、Ｆc等に基づいて、細胞外液量、細胞内液量、体水分液量（細胞外液量と細胞内液量との和）、体脂肪量、除脂肪量（体重と体脂肪量との差）等の身体成分量が算出され、また、算出された身体成分量から、細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、体水分液量比から求められる脱水状態、体脂肪の割合等が算出される。
【００３４】
それから、ステップ１４に進み、測定値および測定値から算出された結果が表示部４７に表示される。ステップ１５では、測定値および測定値から算出された結果等が、補助記憶装置５４に記憶されるか、または、外部入出力インターフェイス５６を介して外部機器へ送信される。その後、ステップ１６に進み、被測定者が入力キー４８を押下して、再測定の指示を入力した場合は、ステップ１１から再度測定がやり直される。ステップ１６で、被測定者が再測定の指示を入力せず、ステップ１７で、入力キー４８を押下して、グラフ表示を指示した場合は、過去に求められた測定値および測定値から算出された結果が表示部４７にグラフ表示される。そして、ステップ１８で、被測定者が電源オフキー４９ｂを押下すると、一連の測定は終了し、本測定装置４０は停止する。
【００３５】
上述したステップ８で、被測定者が入力キー４８を押下して、「２」を入力した場合には、ステップ１９で、表示に関連するデータおよびパラメータ等が補助記憶装置５４から読み出され、ステップ１７に進み、上述したように所定のデータが表示部４７にグラフ表示される。そして、ステップ１８で、上述したように本測定装置４０は停止する。
【００３６】
ステップ８で、被測定者が入力キー４８を押下して、「３」を入力した場合には、ステップ２０で、送信に関連するデータおよびパラメータ等が補助記憶装置５４から読み出され、ステップ２１で、所定のデータが、電話回線を介して、外部の他のデータ処理装置に送信される。所定のデータは、例えば、上述した生体電気インピーダンス測定により測定された測定値（生体電気インピーダンス、電圧、位相差、測定日時等）、その測定値から算出されたパラメータ（Ｒ0、Ｒinf、Ｒe、Ｒi、Ｚc、Ｒc、Ｘc、Ｆc等）、身体成分量（細胞内液量、細胞外液量、体水分液量、除脂肪量、体脂肪量等）、むくみ指標値（細胞外液量、細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比等）、個人パラメータ（識別番号、名前、性別、年齢、身長、体重等）等である。それから、ステップ１８で、上述したように本測定装置４０は停止する。
【００３７】
尚、上述したステップ１２およびステップ１３では、複数の周波数の交流電流について測定および演算が実施されるが、より簡易に、単一の周波数の交流電流についてのみ測定および演算が実施されても良い。その場合には、ステップ１２では、生体電気インピーダンス、および、生体電気インピーダンス測定時に被測定者へ印加された交流電流の位相と被測定者から測定された電圧の位相との間の位相差が単一の周波数Ｆ１についてのみ測定される。
【００３８】
ステップ１３では、Ｆ１の周波数における生体電気インピーダンス測定値Ｚ１からレジスタンス成分値Ｒ１およびリアクタンス成分値Ｘ１が求められ、それらの値が、図１０に示されるＦ１＝５０ｋHｚの場合の例に示されるような予め求められたレジスタンス成分およびリアクタンス成分の正常値の範囲内にあるか否かが判定される。そして、もし、正常値の範囲内にないならば、生体電気インピーダンス測定値から、生体電気インピーダンスベクトル軌跡に関するパラメータが以下に基づいて算出される。
【００３９】
すなわち、生体電気インピーダンスの電気的特性については、第１実施例の場合と同様である。生体電気インピーダンスベクトル軌跡は円弧であるという仮定から、周波数Ｆ１における生体電気インピーダンス測定値Ｚ１は、図１１に示すように、ある円の円周上にある。ここで、Ｘ軸は生体電気インピーダンスのレジスタンス成分を表し、Ｙ軸は生体電気インピーダンスのリアクタンス成分を表す。
【００４０】
任意の角周波数ωFにおける生体電気インピーダンスベクトルは、ω0、βは定数として、式１２のように表される。
【００４１】
更に、β＝１として、式１２は以下のように表される。
【００４２】
そして、生体電気インピーダンスおよび位相差の測定値、測定された電圧と印加された交流電流とから求められる抵抗値とに基づいて、体水分液量、除脂肪量、体脂肪量等の身体成分量が算出され、また、算出された身体成分量から体脂肪の割合等が算出される。
【００４３】
続いて、本発明に係る生体電気インピーダンスの第２実施例について説明する。図１２は、本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第２実施例の外部構成を示す斜視図であり、図１２において図４と同一の機能を果たす部分には同一符号を付している。本測定装置８０も、上述した第１実施例と同様に、前腕において生体電気インピーダンスを測定するものである。本測定装置８０では、図１２に示すように、第１実施例のスライド部材４５に代わって、平板形状のスライド部材８１が、ハウジング４１の前端に備えられている。スライド部材８１は、その半円形状をした前端をハウジング４１の前端から前方に突出させて、電極の並び４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４４ａに沿って延び、ハウジング４１内を載置台４２の長手方向にスライド可能になっている。また、第１実施例のグリップ部材４６に代わって、載置台４２に対して垂直に起立する肘当て壁８２ａがスライド部材８１の前端に備えられ、また、円形の肘当てパッド８２ｂがスライド部材８１の上面の前部に備えられている。肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂは、ハウジング４１の前方、かつ、載置台４２の長手方向の延長線上に位置し、スライド部材８１により、ハウジング４１の前端に当接する位置とハウジング４１の前端から前方に離間した位置との間を載置台４２の長手方向に移動可能になっている。他の外部構成および内部構成は、上述した第１実施例の構成と同様である。
【００４４】
本実施例の測定手順および動作の概要は、上述した第１実施例の測定手順および動作の概要とほぼ同様であり、再度、図６を参照して相違点のみを説明すると、ステップ１１で、被測定者は、適宜、肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂの位置を調整し、肘を肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂに当接し、載置台４２の２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂが前腕に接触するように前腕を載置台４２に載置する。本測定装置８０では、肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂは肘の位置を定める位置決め部材としての機能を果たすので、被測定者は、測定中および次回以降の測定において、前腕を常に同一の姿態で載置台４２に載置することができる。
【００４５】
以上、本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第１実施例および第２実施例を説明したが、本発明の実施例はそれらの実施例に限定されることはない。
【００４６】
例えば、上述した実施例はいずれも前腕において生体電気インピーダンスを測定するものであるが、下腿といったような身体の他の１つの部位において測定するようにしても良い。肝要なのは、電極間に挟まれた身体部分に関節が介在しないように、２対の電極を身体のいずれか１つの部位のみに配置することであり、これによって、電極間に挟まれた身体部分の姿態の変動は小さくなる。
【００４７】
また、上述した実施例は位置決め部材としてグリップまたは肘当の一方を備えているが、グリップと肘当てとの両方を備えても良く、これによって、より確実に電極間に挟まれた身体部分を同一の姿態に保持できるようになる。上述した実施例では、グリップを載置台に対して垂直に起立させているが、グリップを載置台に対して水平、かつ、載置台の長手方向に対して垂直に設けても良い。この場合、手のひらの延長線状に位置する体毛の少ない部分を電極に接触させて測定できるので、高い測定精度で生体電気インピーダンスを測定することができる。前腕ではなく下腿において生体電気インピーダンスを測定する装置の場合は、位置決め部材として踵当てを備えるようにしても良い。
【００４８】
そしてまた、上述した実施例では、細胞外液量、細胞内液量、体水分液量（細胞外液量と細胞内液量との和）、体脂肪量、除脂肪量（体重と体脂肪量との差）、細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、体水分液量比から求められる脱水状態、体脂肪の割合等が算出されるが、脈拍や血圧が算出されても良い。
【００４９】
更に、上述した実施例では、載置台を溝状にしているが、身体の１つの部位を載置し易く、身体と電極との接触が良ければ、溝状に限定されず、平板状等であっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体電気インピーダンス測定装置では、前腕や下腿といった身体の１つの部位に２対の電極が配置されて生体電気インピーダンスが測定されるので、電極間に挟まれた身体部分に関節は介在せず、電極間に挟まれた身体部分の姿態は殆ど変動しない。また、位置決め部材が備えられているので、より確実に電極間に挟まれた身体部分を同一の姿態に保持可能である。そしてまた、２対の電極は載置台上に固定的に配置されるので、電極間の距離は被測定者毎に変動せず常に一定で明確である。更に、電極が配置された面が湾曲した溝状になっており、その面に沿って電極も湾曲しているので、身体を電極に密接させることができる。従って、高い測定精度で生体電気インピーダンスを測定することが可能である。
【００５１】
また、本発明の生体電気インピーダンス測定装置では、載置台上に前腕や下腿といった身体の１つの部位を載置することにより、２対の電極が身体に配置されることとなるので、長いケーブルを取り扱ったり、身体へ電極を貼り付けたりする必要はない。従って、測定が非常に簡便である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のケーブル接続電極型の生体電気インピーダンス測定装置を示す概要図である。
【図２】従来技術の手専用電極型の生体電気インピーダンス測定装置を示す概要図である。
【図３】従来技術の足専用電極型の生体電気インピーダンス測定装置を示す概要図である。
【図４】本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第１実施例の外部構成を示す斜視図である。
【図５】図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図６】図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の測定手順および動作の概要を示すフローチャートである。
【図７】図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の表示部に表示される初期画面を示す図である。
【図８】生体電気インピーダンスを表す等価回路図である。
【図９】生体電気インピーダンスベクトル軌跡を表すグラフ図である。
【図１０】予め求められている生体電気インピーダンスのレジスタンス成分とリアクタンス成分の正常値の範囲を示すグラフ図である。
【図１１】生体電気インピーダンスベクトル軌跡を示すグラフ図である。
【図１２】本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第２実施例の外部構成を示す斜視図である。
【符号の簡単な説明】
１０、２０、３０、４０、８０ 生体電気インピーダンス測定装置
１１ ケーブル
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、４３ａ、４３ｂ
測定電流印加電極
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、４４ａ、４４ｂ
電圧測定電極
２１ａ、２１ｂ、４６ グリップ
３１ 台
４１ ハウジング
４２ 載置台
４５、８１ スライド部材
４７ 表示部
４８ 入力キー
４９ａ 電源オンキー
４９ｂ 電源オフキー
５１ 演算および制御装置
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ 補助記憶装置
５５ 表示装置
５６ 外部入出力インターフェイス
５７ 外部インターフェイス端子
５８ キー入力装置
５９ 時計装置
６０ 通信装置
６１ 電源装置
６２ 電源端子
６３ 交流信号発生装置
６４ 交流電流出力装置
６５ 基準電流検出装置
６６ａ、６６ｂ 交流電流出力端子
６７ 第１Ａ／Ｄ変換装置
６８ａ、６８ｂ 電圧測定端子
６９ 電位差検出装置
７０ 第２Ａ／Ｄ変換装置
８２ａ 肘当て壁
８２ｂ 肘当てパッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定装置に関し、また、生体電気インピーダンスと共に体脂肪、体水分、脈拍、血圧等を測定する生体電気インピーダンス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体電気インピーダンス測定装置としては、図１に示すように、ケーブル１１に接続された１対の測定電流印加電極１２ａ、１２ｂおよび１対の電圧測定電極１３ａ、１３ｂを両手、両足、または、手足等に貼り付けて測定するケーブル接続電極型のもの１０や、図２に示すように、１対のグリップ２１ａ、２１ｂに配置された１対の測定電流印加電極２２ａ、２２ｂおよび１対の電圧測定電極２３ａ、２３ｂを両手で握って測定する手専用電極型のもの２０や、または、図３に示すように台３１上に配置された１対の測定電流印加電極３２ａ、３２ｂおよび１対の電圧測定電極３３ａ、３３ｂ上に両足で乗って測定する足専用電極型のもの３０が知られており、いずれも両手、両足、または、手足間といった身体の２つの部位に２対の電極を配置して生体電気インピーダンスを測定するものである。尚、本願明細書において、身体の１つの部位とは、関節間に挟まれた、関節が介在しない身体の連続する部分をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来の生体電気インピーダンス測定装置では、両手、両足、または、手足間といった身体の２つの部位に２対の電極が配置されて生体電気インピーダンスが測定されるので、電極間に挟まれた身体部分には関節が介在し、関節において身体が曲がってしまって、電極間に挟まれた身体部分の姿態が大きく変動してしまい、生体電気インピーダンスの測定精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、両手、両足、または、手足間といった身体の２つの部位に２対の電極が配置されて生体電気インピーダンスが測定されるので、電極間の距離が被測定者毎に変動してしまって不明であり、生体電気インピーダンスの測定精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００５】
そしてまた、ケーブル接続型の場合には、長いケーブルの取り扱いや身体への電極の貼り付けが面倒であるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題点を解消し、電極間に挟まれた身体部分の姿態が変動せず、電極間の距離が明確になるようして、高い測定精度で簡便に生体電気インピーダンスを測定することができるような生体電気インピーダンス測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点によれば、身体の１つの部位を載置する載置台と、身体の１つの部位に接触するように載置台上に配置された１対の測定電流印加電極と、１対の測定電流印加電極間に位置して身体の１つの部位に接触するように載置台に配置された１対の電圧測定電極と、１対の測定電流印加電極に交流電流を供給する交流電流供給手段と、１対の電圧測定電極間の電圧を測定する電圧測定手段と、供給された交流電流と測定された電圧とに基づいて生体電気インピーダンスを演算する演算手段とを備え、前記１対の測定電流印加電極と前記１対の電圧測定電極とが一列に並んで配置される生体電気インピーダンス測定装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、載置台は、１対の測定電流印加電極および１対の電圧測定電極の並びに沿って延びる湾曲した溝状にされ、１対の測定電流印加電極および１対の電圧測定電極の各々は、載置台に沿って湾曲している。
【０００９】
本発明の更に別の観点によれば、身体の１つの部位を位置決めする位置決め部材を備える。位置決め部材は位置調整可能である。身体の１つの部位は左右いずれか一方の前腕であり、位置決め部材は手で握るグリップおよび／もしくは肘を当接する肘当てである。
【００１０】
本発明の更に別の観点によれば、身体の１つの部位は左右いずれか一方の前腕であるか、または、身体の１つの部位は左右いずれか一方の下腿である。
【００１１】
本発明の更に別の観点によれば、演算手段は体脂肪、体水分、脈拍、または、血圧のうちの少なくとも１つを更に演算する。
【００１２】
本発明の更に別の観点によれば、交流電流供給手段は複数の異なる周波数の交流電流を供給し、電圧測定手段は各周波数の交流電流に対応して電圧を測定し、演算手段は、供給された異なる周波数の交流電流とこれらに対応して測定された電圧とに基づいて生体電気インピーダンスを演算するか、または、交流電流供給手段は単一の周波数の交流電流を供給し、電圧測定手段は測定された電圧の位相を更に測定し、演算手段は、供給された電流と測定された電圧との位相差を更に演算する。
【００１３】
本発明の更に別の観点によれば、演算手段は細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、細胞内液量、細胞外液量、体水分液量、または、体脂肪量のうちの少なくとも１つを更に演算する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
先ず、本発明に係る生体電気インピーダンスの第１実施例について説明する。図４は、本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第１実施例の外部構成を示す斜視図である。本測定装置４０は、前腕において生体電気インピーダンスを測定するものであり、図４に示すように、全体がほぼ矩形の平面形状をしているハウジング４１を備えている。ハウジング４１の上面の左半分には、ハウジング４１の前端から後端まで直線状に延びる湾曲した溝状の載置台４２と、載置台４２の底部に固定的に配置された１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂおよび１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂとが備えられている。１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂおよび１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂは、１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂ間に１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂを挟んで載置台４２の長手方向に直線状に並び、各電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂは、載置台４２の長手方向に対して垂直方向に、かつ、載置台４２に沿って湾曲して延びる。
【００１６】
ハウジング４１の後端には、平板形状のスライド部材４５が備えられている。スライド部材４５は、その後端をハウジング４１の後端から後方に突出させて、電極の並び４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂに沿って延び、ハウジング４１内を載置台４２の長手方向にスライド可能になっている。スライド部材４５の後端には、載置台４２に対して垂直に起立する棒状のグリップ４６が備えられている。グリップ４６は、ハウジング４１の後端の後方、かつ、載置台４２の長手方向の延長線上に位置し、スライド部材４５により、ハウジング４１の後端に接する位置とハウジング４１の後端から後方に離間した位置との間を載置台４２の長手方向に移動可能になっている。ハウジング４１の上面の右半分には、操作案内、測定状況、測定結果、演算結果等が表示される表示部４７と、本測定装置４０の制御命令および測定に必要な被測定者の個人パラメータ等を入力するための入力キー４８と、本測定装置４０を作動させるための電源オンキー４９ａと、本測定装置４０を停止するための電源オフキー４９ｂとが備えられている。
【００１７】
図５は、図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の内部構成を示すブロック図である。図５に示すように、本測定装置４０の内部構成は、主として制御、演算およびデータの入出力を行う第１ブロックと、主として生体電気インピーダンス測定およびアナログ信号からデジタル信号への変換を行う第２ブロックとに分けられ、ハウジング４１内に収容されている。
【００１８】
第１ブロックは、測定に関する制御、測定データの処理等を行う制御および演算装置５１、制御および演算用プログラム、定数等を記憶するＲＯＭ５２、測定データ、演算結果、外部より読み込んだデータ、プログラム等を一時的に記憶するＲＡＭ５３、測定データ、演算結果、測定に関するパラメータ等を記憶、読み出し、更新可能な不揮発性の補助記憶装置５４、表示部４７に接続され、操作案内、測定状況、測定結果、演算結果等を表示部４７に表示させる表示装置５５、測定に関するパラメータ、測定結果等を外部機器へ出力し、また、測定に関するパラメータ、測定時の制御情報、制御プログラム等を外部機器から本測定装置４０へ読み込むための外部入出力インターフェイス５６、外部入出力インターフェイスと外部機器とを接続するための外部インターフェイス端子５７、入力キー４８に接続され、入力キー４８の押下を受けて、本測定装置４０の制御命令、測定に必要な被測定者の個人パラメータ等の入力情報を生成するキー入力装置５８、測定の日時等を管理するための時間情報を取得するための時計装置５９、測定値、測定値から算出されたパラメータ等を電話回線を通じて他のコンピュータに送信するためのモデム内蔵の通信装置６０、電源オンキー４９ａおよび電源オフキー４９ｂに接続され、電源オンキー４９ａまたは電源オフキー４９ｂの押下を受けて、本測定装置４０の各部分への電力供給を開始または停止するための電源装置６１、外部から電源装置６１へ電力を供給するための電源端子６２を備える。
【００１９】
第２ブロックは、ＲＯＭ５２またはＲＡＭ５３に記憶された制御プログラムにより決められた周波数の交流信号を発生させる交流信号発生装置６３、交流信号発生装置６３から出力される交流信号をＲＯＭ５２またはＲＡＭ５３に記憶された制御プログラムにより決められた実効値の交流信号にするための交流電流出力装置６４、被測定者を流れる電流を検出して、基準電流検出信号として出力する基準電流検出装置６５、交流電流出力装置６４から基準電流検出装置６５を介して供給される交流電流を出力するための１対の交流電流出力端子６６ａ、６６ｂ、基準電流検出装置６５の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換装置６７、被測定者の２ヶ所の電位信号を入力するための１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂ、１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂ間の電位信号の差分信号を出力する電位差検出装置６９、電位差検出装置６９の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換装置７０を備える。１対の交流電流出力端子６６ａ、６６ｂは１対の測定電流印加電極４３ａ、４３ｂに接続され、１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂは１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂに接続されている。
【００２０】
図６は、図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の測定手順および動作の概要を示すフローチャートである。ステップ１で、被測定者が電源オンキー４９ａを押下すると、ステップ２で、本測定装置４０内部の初期化が行われ、ステップ３で、図７に示す初期画面が表示部４７に表示される。ステップ４で、被測定者の個人パラメータである性別、身長、体重、年齢が既に入力されているかどうかが判断され、既に入力されている場合には、ステップ８に進む。まだ入力されていない場合には、ステップ５に進み、個人パラメータ入力用画面が表示部４７に表示される。ステップ６で、被測定者が入力キー４８を押下して個人パラメータを入力すると、ステップ７で、初期画面が再び表示部４７に表示される。ステップ８に進み、被測定者が入力キー４８を押下して「１」を入力すると、ステップ９で、個人パラメータ入力画面が表示部４７に表示され、ステップ１０で、個人パラメータの変更が有る場合には、被測定者は入力キー４８を押下して個人パラメータを変更し、ステップ１１に進む。ステップ１１で、被測定者は、載置台４２を左方にし、表示部４７等を右方にして測定位置につく。そして、適宜、スライド部材４５の位置を調整し、手でグリップ４６を握り、前腕を２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂに接触させて載置台４２に載置する。載置台４２に載置する前腕は左右どちらの前腕でも良いが、操作性の点からは、左の前腕を左方に位置する載置台４２に載置し、右手で右方に位置する入力キー４８を操作するのが良い。それから、被測定者は、入力キー４８を押下して測定開始の指示を入力する。本測定装置４０では、載置台４２は湾曲した溝状になっており、２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂは載置台に沿って湾曲しているので、被測定者は、前腕を２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂに密接させて載置することができる。また、グリップ４６が備えられ、グリップ４６は手の向きおよび位置を定める位置決め部材としての機能を果たすので、被験者は、測定中および次回以降の測定において、前腕を常に同一の姿態で載置台４２に載置することができる。ステップ１２では、生体電気インピーダンスが以下のように測定される。すなわち、ＲＯＭ５２に予め記憶されるか、または、補助記憶装置５４や外部入出力インターフェイス５６からＲＡＭ５３に記憶された測定制御パラメータに基づいて交流信号発生装置６３に出力信号周波数が設定され、交流信号発生装置６３からの出力信号は交流電流出力装置６４に出力される。測定制御パラメータに基づいて交流電流出力装置６４の定電流出力回路に出力電流値が設定され、交流電流出力装置６４からの出力は、基準電流検出装置６５、１対の交流電流出力端子６６ａ、６６ｂ、測定電流印加電極４３ａ、４３ｂを順に介して被測定者に印加される。この時、被測定者に流れる電流は基準電流検出装置６５により検出され、そのアナログ信号の出力は第１Ａ／Ｄ変換装置６７によりデジタル信号に変換される。そして、そのデジタル信号の出力はＲＡＭ５３に記憶される。同時に、被測定者の２ヶ所の電位信号は、１対の電圧測定電極４４ａ、４４ｂ、１対の電圧測定端子６８ａ、６８ｂを順に介して電位差検出装置６９に入力され、電位差検出装置６９により、入力された電位信号の差分信号が第２Ａ／Ｄ変換装置７０に出力される。第２Ａ／Ｄ変換装置７０では、アナログ信号である差分信号がデジタル信号に変換され、そのデジタル信号の出力はＲＡＭ５３に記憶される。このようにして、生体電気インピーダンスが、測定制御パラメータに基づき周波数Ｆｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）について繰り返し測定される。
【００２１】
続いてステップ１３に進み、ステップ１２で測定された生体電気インピーダンス測定値から、生体電気インピーダンスベクトル軌跡およびそれに関するパラメータが算出される。
【００２２】
通常、生体電気インピーダンスは、図８に示すような、細胞外液抵抗Ｒｅ、細胞内液抵抗Ｒｉ、細胞膜容量Ｃｍから成る集中定数による等価回路で表されるが、実際には、生体を構成する個々の細胞が、その形状や性質の差異により、それぞれ定数の異なる回路で表されるため、その集合体である生体では、集中定数による等価回路を測定した場合のように、生体電気インピーダンスベクトル軌跡は半円とならずに、コール−コールの円弧則に従う円弧となるとされている。
【００２３】
従って、一般に、生体電気インピーダンスは、図９に示すような円弧状の軌跡を描くことになる。ここで、Ｘ軸は生体電気インピーダンスのレジスタンス成分を表し、Ｙ軸は生体電気インピーダンスのリアクタンス成分を表す。生体電気インピーダンスのリアクタンス成分は容量性なので負の値をとるため、生体電気インピーダンスベクトル軌跡は、Ｘ軸の下方に位置し、また、求める生体電気インピーダンスベクトル軌跡は円弧であるという仮定から、周波数Ｆ１、Ｆ２、…、ＦＮの各々における生体電気インピーダンス測定値Ｚ１、Ｚ２、…、ＺＮは、ある円の円周上にある。ここで、円の中心のＸ座標をａ、円の中心のＹ座標をｂ、円の半径をｒとすると、生体電気インピーダンス測定値を通る円の方程式は式１のように表される。
【００２４】
（Ｘ−ａ） 2 ＋（Ｙ−ｂ） 2 ＝ｒ 2 （式１）
ａ、ｂ、ｒは、式１に、周波数Ｆ１、Ｆ２、…、ＦＮにおける生体電気インピーダンス測定値Ｚ１、Ｚ２、…、ＺＮを代入することにより求められる。
【００２５】
また、式１から、Ｘは以下のように表される。
そして、式２より、式１で表される円とＸ軸との交点Ｒ0、Ｒinf（Ｒ0＞Ｒinf）は、以下のように求められる。
更に、式３および式４より、図８の等価回路におけるＲｅおよびＲｉは以下のように求められる。
【００２８】
Ｒe＝Ｒ0 （式５）
Ｒi＝Ｒ0・Ｒinf／（Ｒ0−Ｒinf） （式６）
特性周波数Ｆcにおける生体電気インピーダンスベクトルＺcは、リアクタンス成分、すなわちＹ軸成分の絶対値が最大になる点であるから、その場合のレジスタンス成分であるＸ座標値およびリアクタンス成分であるＹ座標値は以下のように算出される。
【００２９】
Ｘ＝ａ （式７）
Ｙ＝ｂ−ｒ （式８）
ここで、ＲcはＺcのレジスタンス成分、ＸcはＺcのリアクタンス成分とすると、Ｚcは以下のように表される。
【００３０】
Ｚc＝Ｒc＋ｊＸc＝ａ＋ｊ（ｂ−ｒ） （式９）
また、Ｚ（ω）はωにおける生体電気インピーダンスベクトル、τ、βは定数とすると、コール−コールの円弧則から、任意の角周波数ωにおける生体電気インピーダンスベクトルは以下のように表される。
更に、τ＝１／ωｃとして、式１０は以下のように表される。
ここで、ωｃ＝２πＦcであるから、先に測定された生体電気インピーダンス測定値を用いて、Ｆcおよびβが求められる。
【００３３】
上述のように生体電気インピーダンス測定値から求められた生体電気インピーダンスベクトル軌跡およびそれに関するパラメータＲ0およびＲinf、ＲeおよびＲi、Ｚc、Ｒc、Ｘc、Ｆc等に基づいて、細胞外液量、細胞内液量、体水分液量（細胞外液量と細胞内液量との和）、体脂肪量、除脂肪量（体重と体脂肪量との差）等の身体成分量が算出され、また、算出された身体成分量から、細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、体水分液量比から求められる脱水状態、体脂肪の割合等が算出される。
【００３４】
それから、ステップ１４に進み、測定値および測定値から算出された結果が表示部４７に表示される。ステップ１５では、測定値および測定値から算出された結果等が、補助記憶装置５４に記憶されるか、または、外部入出力インターフェイス５６を介して外部機器へ送信される。その後、ステップ１６に進み、被測定者が入力キー４８を押下して、再測定の指示を入力した場合は、ステップ１１から再度測定がやり直される。ステップ１６で、被測定者が再測定の指示を入力せず、ステップ１７で、入力キー４８を押下して、グラフ表示を指示した場合は、過去に求められた測定値および測定値から算出された結果が表示部４７にグラフ表示される。そして、ステップ１８で、被測定者が電源オフキー４９ｂを押下すると、一連の測定は終了し、本測定装置４０は停止する。
【００３５】
上述したステップ８で、被測定者が入力キー４８を押下して、「２」を入力した場合には、ステップ１９で、表示に関連するデータおよびパラメータ等が補助記憶装置５４から読み出され、ステップ１７に進み、上述したように所定のデータが表示部４７にグラフ表示される。そして、ステップ１８で、上述したように本測定装置４０は停止する。
【００３６】
ステップ８で、被測定者が入力キー４８を押下して、「３」を入力した場合には、ステップ２０で、送信に関連するデータおよびパラメータ等が補助記憶装置５４から読み出され、ステップ２１で、所定のデータが、電話回線を介して、外部の他のデータ処理装置に送信される。所定のデータは、例えば、上述した生体電気インピーダンス測定により測定された測定値（生体電気インピーダンス、電圧、位相差、測定日時等）、その測定値から算出されたパラメータ（Ｒ0、Ｒinf、Ｒe、Ｒi、Ｚc、Ｒc、Ｘc、Ｆc等）、身体成分量（細胞内液量、細胞外液量、体水分液量、除脂肪量、体脂肪量等）、むくみ指標値（細胞外液量、細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比等）、個人パラメータ（識別番号、名前、性別、年齢、身長、体重等）等である。それから、ステップ１８で、上述したように本測定装置４０は停止する。
【００３７】
尚、上述したステップ１２およびステップ１３では、複数の周波数の交流電流について測定および演算が実施されるが、より簡易に、単一の周波数の交流電流についてのみ測定および演算が実施されても良い。その場合には、ステップ１２では、生体電気インピーダンス、および、生体電気インピーダンス測定時に被測定者へ印加された交流電流の位相と被測定者から測定された電圧の位相との間の位相差が単一の周波数Ｆ１についてのみ測定される。
【００３８】
ステップ１３では、Ｆ１の周波数における生体電気インピーダンス測定値Ｚ１からレジスタンス成分値Ｒ１およびリアクタンス成分値Ｘ１が求められ、それらの値が、図１０に示されるＦ１＝５０ｋHｚの場合の例に示されるような予め求められたレジスタンス成分およびリアクタンス成分の正常値の範囲内にあるか否かが判定される。そして、もし、正常値の範囲内にないならば、生体電気インピーダンス測定値から、生体電気インピーダンスベクトル軌跡に関するパラメータが以下に基づいて算出される。
【００３９】
すなわち、生体電気インピーダンスの電気的特性については、第１実施例の場合と同様である。生体電気インピーダンスベクトル軌跡は円弧であるという仮定から、周波数Ｆ１における生体電気インピーダンス測定値Ｚ１は、図１１に示すように、ある円の円周上にある。ここで、Ｘ軸は生体電気インピーダンスのレジスタンス成分を表し、Ｙ軸は生体電気インピーダンスのリアクタンス成分を表す。
【００４０】
任意の角周波数ωFにおける生体電気インピーダンスベクトルは、ω0、βは定数として、式１２のように表される。
更に、β＝１として、式１２は以下のように表される。
そして、生体電気インピーダンスおよび位相差の測定値、測定された電圧と印加された交流電流とから求められる抵抗値とに基づいて、体水分液量、除脂肪量、体脂肪量等の身体成分量が算出され、また、算出された身体成分量から体脂肪の割合等が算出される。
【００４３】
続いて、本発明に係る生体電気インピーダンスの第２実施例について説明する。図１２は、本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第２実施例の外部構成を示す斜視図であり、図１２において図４と同一の機能を果たす部分には同一符号を付している。本測定装置８０も、上述した第１実施例と同様に、前腕において生体電気インピーダンスを測定するものである。本測定装置８０では、図１２に示すように、第１実施例のスライド部材４５に代わって、平板形状のスライド部材８１が、ハウジング４１の前端に備えられている。スライド部材８１は、その半円形状をした前端をハウジング４１の前端から前方に突出させて、電極の並び４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４４ａに沿って延び、ハウジング４１内を載置台４２の長手方向にスライド可能になっている。また、第１実施例のグリップ部材４６に代わって、載置台４２に対して垂直に起立する肘当て壁８２ａがスライド部材８１の前端に備えられ、また、円形の肘当てパッド８２ｂがスライド部材８１の上面の前部に備えられている。肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂは、ハウジング４１の前方、かつ、載置台４２の長手方向の延長線上に位置し、スライド部材８１により、ハウジング４１の前端に当接する位置とハウジング４１の前端から前方に離間した位置との間を載置台４２の長手方向に移動可能になっている。他の外部構成および内部構成は、上述した第１実施例の構成と同様である。
【００４４】
本実施例の測定手順および動作の概要は、上述した第１実施例の測定手順および動作の概要とほぼ同様であり、再度、図６を参照して相違点のみを説明すると、ステップ１１で、被測定者は、適宜、肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂの位置を調整し、肘を肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂに当接し、載置台４２の２対の電極４３ａ、４４ａ、４４ｂ、４３ｂが前腕に接触するように前腕を載置台４２に載置する。本測定装置８０では、肘当て壁８２ａおよび肘当てパッド８２ｂは肘の位置を定める位置決め部材としての機能を果たすので、被測定者は、測定中および次回以降の測定において、前腕を常に同一の姿態で載置台４２に載置することができる。
【００４５】
以上、本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第１実施例および第２実施例を説明したが、本発明の実施例はそれらの実施例に限定されることはない。
【００４６】
例えば、上述した実施例はいずれも前腕において生体電気インピーダンスを測定するものであるが、下腿といったような身体の他の１つの部位において測定するようにしても良い。肝要なのは、電極間に挟まれた身体部分に関節が介在しないように、２対の電極を身体のいずれか１つの部位のみに配置することであり、これによって、電極間に挟まれた身体部分の姿態の変動は小さくなる。
【００４７】
また、上述した実施例は位置決め部材としてグリップまたは肘当の一方を備えているが、グリップと肘当てとの両方を備えても良く、これによって、より確実に電極間に挟まれた身体部分を同一の姿態に保持できるようになる。上述した実施例では、グリップを載置台に対して垂直に起立させているが、グリップを載置台に対して水平、かつ、載置台の長手方向に対して垂直に設けても良い。この場合、手のひらの延長線状に位置する体毛の少ない部分を電極に接触させて測定できるので、高い測定精度で生体電気インピーダンスを測定することができる。前腕ではなく下腿において生体電気インピーダンスを測定する装置の場合は、位置決め部材として踵当てを備えるようにしても良い。
【００４８】
そしてまた、上述した実施例では、細胞外液量、細胞内液量、体水分液量（細胞外液量と細胞内液量との和）、体脂肪量、除脂肪量（体重と体脂肪量との差）、細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、体水分液量比から求められる脱水状態、体脂肪の割合等が算出されるが、脈拍や血圧が算出されても良い。
【００４９】
更に、上述した実施例では、載置台を溝状にしているが、身体の１つの部位を載置し易く、身体と電極との接触が良ければ、溝状に限定されず、平板状等であっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体電気インピーダンス測定装置では、前腕や下腿といった身体の１つの部位に２対の電極が配置されて生体電気インピーダンスが測定されるので、電極間に挟まれた身体部分に関節は介在せず、電極間に挟まれた身体部分の姿態は殆ど変動しない。また、位置決め部材が備えられているので、より確実に電極間に挟まれた身体部分を同一の姿態に保持可能である。そしてまた、２対の電極は載置台上に固定的に配置されるので、電極間の距離は被測定者毎に変動せず常に一定で明確である。更に、電極が配置された面が湾曲した溝状になっており、その面に沿って電極も湾曲しているので、身体を電極に密接させることができる。従って、高い測定精度で生体電気インピーダンスを測定することが可能である。
【００５１】
また、本発明の生体電気インピーダンス測定装置では、載置台上に前腕や下腿といった身体の１つの部位を載置することにより、２対の電極が身体に配置されることとなるので、長いケーブルを取り扱ったり、身体へ電極を貼り付けたりする必要はない。従って、測定が非常に簡便である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のケーブル接続電極型の生体電気インピーダンス測定装置を示す概要図である。
【図２】従来技術の手専用電極型の生体電気インピーダンス測定装置を示す概要図である。
【図３】従来技術の足専用電極型の生体電気インピーダンス測定装置を示す概要図である。
【図４】本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第１実施例の外部構成を示す斜視図である。
【図５】図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図６】図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の測定手順および動作の概要を示すフローチャートである。
【図７】図４に示した生体電気インピーダンス測定装置の表示部に表示される初期画面を示す図である。
【図８】生体電気インピーダンスを表す等価回路図である。
【図９】生体電気インピーダンスベクトル軌跡を表すグラフ図である。
【図１０】予め求められている生体電気インピーダンスのレジスタンス成分とリアクタンス成分の正常値の範囲を示すグラフ図である。
【図１１】生体電気インピーダンスベクトル軌跡を示すグラフ図である。
【図１２】本発明に係る生体電気インピーダンス測定装置の第２実施例の外部構成を示す斜視図である。
【符号の簡単な説明】
１０、２０、３０、４０、８０ 生体電気インピーダンス測定装置
１１ ケーブル
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、４３ａ、４３ｂ
測定電流印加電極
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、４４ａ、４４ｂ
電圧測定電極
２１ａ、２１ｂ、４６ グリップ
３１ 台
４１ ハウジング
４２ 載置台
４５、８１ スライド部材
４７ 表示部
４８ 入力キー
４９ａ 電源オンキー
４９ｂ 電源オフキー
５１ 演算および制御装置
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ 補助記憶装置
５５ 表示装置
５６ 外部入出力インターフェイス
５７ 外部インターフェイス端子
５８ キー入力装置
５９ 時計装置
６０ 通信装置
６１ 電源装置
６２ 電源端子
６３ 交流信号発生装置
６４ 交流電流出力装置
６５ 基準電流検出装置
６６ａ、６６ｂ 交流電流出力端子
６７ 第１Ａ／Ｄ変換装置
６８ａ、６８ｂ 電圧測定端子
６９ 電位差検出装置
７０ 第２Ａ／Ｄ変換装置
８２ａ 肘当て壁
８２ｂ 肘当てパッド
Claims (11)
- 身体の１つの部位を載置する載置台と、
前記身体の１つの部位に接触するように前記載置台上に配置された１対の測定電流印加電極と、
前記１対の測定電流印加電極間に位置して前記身体の１つの部位に接触するように前記載置台に配置された１対の電圧測定電極と、
前記１対の測定電流印加電極に交流電流を供給する交流電流供給手段と、
前記１対の電圧測定電極間の電圧を測定する電圧測定手段と、
供給された前記交流電流と測定された前記電圧とに基づいて生体電気インピーダンスを演算する演算手段とを備え、
前記１対の測定電流印加電極と前記１対の電圧測定電極とが一列に並んで配置されることを特徴とする生体電気インピーダンス測定装置。 - 請求項１に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記載置台は、前記１対の測定電流印加電極および前記１対の電圧測定電極の並びに沿って延びる湾曲した溝状にされ、前記１対の測定電流印加電極および前記１対の電圧測定電極の各々は、前記載置台に沿って湾曲している生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項１もしくは請求項２に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記身体の１つの部位を位置決めする位置決め部材を備える生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項３に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記位置決め部材は位置調整可能である生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記身体の１つの部位は左右いずれか一方の前腕である生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記身体の１つの部位は左右いずれか一方の下腿である生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項３もしくは請求項４に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記身体の１つの部位は左右いずれか一方の前腕であり、前記位置決め部材は手で握るグリップおよび／もしくは肘を当接する肘当てである生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記演算手段は体脂肪、体水分、脈拍、または、血圧のうちの少なくとも１つを更に演算する生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記交流電流供給手段は複数の異なる周波数の交流電流を供給し、前記電圧測定手段は各周波数の交流電流に対応して電圧を測定し、前記演算手段は、供給された異なる周波数の前記交流電流とこれらに対応して測定された前記電圧とに基づいて生体電気インピーダンスを演算する生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記交流電流供給手段は単一の周波数の交流電流を供給し、前記電圧測定手段は測定された前記電圧の位相を更に測定し、前記演算手段は、供給された前記電流と測定された前記電圧との位相差を更に演算する生体電気インピーダンス測定装置。
- 請求項９もしくは請求項１０に記載の生体電気インピーダンス測定装置において、前記演算手段は細胞内液量対細胞外液量比、細胞外液量対体水分液量比、細胞内液量、細胞外液量、体水分液量、または、体脂肪量のうちの少なくとも１つを更に演算する生体電気インピーダンス測定装置。
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