JP4357049B2 - 体内脂肪測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体内の脂肪量を測定する体内脂肪測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
体内組織は、筋肉，骨，脂肪などからなっており、脂肪成分が多い場合と筋肉成分が多い場合とではインピーダンスの値が異なり、脂肪成分が多いほどインピーダンスが大きく、水分を多く含む成分が多いほどインピーダンスが小さくなるという特質を有している。この特質を利用して、体内組織中の脂肪量を求める際には、左右の指先，足の裏など身体末端部の皮膚面に電極を設置し、この電極に対して数１０ＫＨｚから１００ＫＨｚ程度の周波数を持つ交流電流または電圧を印加して前記身体末端部に挟まれた体内組織のインピーダンスを測定し、求めたインピーダンスの値と年齢，性別，身長などの個人データを演算する方法が採られている。
【０００３】
近年では、体内組織中の脂肪量が健康管理上の一つの判断指標とされ、一般の人々にも大きな関心が持たれており、一般家庭や個人用の体内脂肪測定装置に対する需要が高まっている。このような背景から、価格的にも操作的にも手軽に脂肪量を測定できる体内脂肪装置が種々開発され、販売されてきている。
【０００４】
従来の体内脂肪測定装置としては、２端子法（２電極法）または４端子法（４電極法）と呼ばれる測定方法を用いて電極の装着された身体末端間インピーダンスまたは身体末端部の組織を除外した体内組織インピーダンスを簡易的に測定して、体内組織中の脂肪量を測定するものが一般的である。
【０００５】
図９には、２端子法を用いた体内脂肪測定装置における体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）とその測定原理を説明する回路図（ｂ）とが示されている。この体内脂肪測定装置１００は、上面に２つの電極１０１ａ，１０１ｂが配設されて構成されている。これら２つの電極１０１ａ，１０１ｂは、定電流回路１０２に接続されており、それら電極１０１ａ，１０１ｂを被験者が片足ずつ踏むことにより、前記定電流回路１０２から定電流Ｉｃが被験者に供給される。この定電流回路１０２は、定電流Ｉｃを出力する演算増幅器１０３と、この演算増幅器１０３から定電流Ｉｃが出力されるように回路を制御する既知値Ｒｓを有する参照抵抗１０４とにより構成されている。また、前記電極１０１ａ，１０１ｂは、電圧測定回路１０５に接続されており、この電圧測定回路１０５により前記定電流Ｉｃを印加した状態で電極１０１ａ，１０１ｂ間に発生した電圧Ｖが測定される。この電圧測定回路１０５は、前記電極１０１ａ，１０１ｂから得られる電圧信号に基づきそれら電極１０１ａ，１０１ｂ間に発生した電圧Ｖを出力する演算増幅器１０６と、この演算増幅器１０６の入力抵抗１０７ａ，１０７ｂと負帰還回路の抵抗１０８とにより構成されている。
【０００６】
このように構成される体内脂肪測定装置１００においては、身体末端間インピーダンスをＺｏとし，電極１０１ａ，１０１ｂと被験者の足皮膚面との接触インピーダンスをそれぞれＲＸ１，ＲＹ１とすると、これらインピーダンスＺｏ，ＲＸ１，ＲＹ１，定電流Ｉｃ，電圧Ｖの間には次式の関係が成り立つ。
（ＲＸ１＋Ｚｏ＋ＲＹ１）・Ｉｃ＝Ｖ
すなわち、Ｚｏ＋ＲＸ１＋ＲＹ２＝Ｖ／Ｉｃ
ここで、接触インピーダンスの値ＲＸ１とＲＹ１との和が身体末端間インピーダンスＺｏに比べて非常に小さいものとする、言い換えればＺｏ＋ＲＸ１＋ＲＹ２≒Ｚｏとすると、身体末端間インピーダンスＺｏを求めるようにしている。
【０００７】
こうして求められた身体末端間インピーダンスＺｏと、予め体内脂肪計測装置１００に入力される被験者の年齢，性別，身長などの個人データとを用いて演算が行われて、体内の脂肪量が出力される。なお、前記身体末端間インピーダンスＺｏは、身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成されたものである。
【０００８】
次に、４端子法を用いた体内脂肪計測装置について説明する。図１０には、この４端子法による体内脂肪測定装置における体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）とその測定原理を説明する回路図（ｂ）とが示されている。この体内脂肪測定装置１１０には、上面に４つの電極１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂが配設されており、被験者が一方の足で電極１１１ａ，１１２ａを踏み、他方の足で電極１１１ｂ，１１２ｂを踏むようにされている。前記電極１１１ａ，１１１ｂは、定電流回路１１３に接続されており、それら電極１１１ａ，１１１ｂを被験者が片足ずつ踏むことにより、前記定電流回路１１３から定電流Ｉｄが被験者に供給される。
【０００９】
一方、前記電極１１２ａ，１１２ｂは、電圧測定回路１１４に接続されており、前記定電流Ｉｄを印加した状態で電極１１２ａ，１１２ｂ間に発生した電圧Ｖが測定される。なお、前記定電流回路１１３は、定電流Ｉｄを出力する演算増幅器１１５と、この演算増幅器１１５から定電流Ｉｄが出力されるように回路を制御する既知値Ｒｓを有する参照抵抗１１６とにより構成されており、一方前記電圧測定回路１１４は、前記電極１１２ａ，１１２ｂから得られる電圧信号に基づき電極１１２ａ，１１２ｂ間に発生した電圧Ｖを出力する演算増幅器１１７と、この演算増幅器１１７の入力抵抗１１８ａ，１１８ｂと、負帰還回路の抵抗１１９とにより構成されている。
【００１０】
このように構成される体内脂肪測定装置１１０においては、測定したい体内組織インピーダンスをＺｉとし、電極１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂと被験者の足皮膚面との接触インピーダンスをそれぞれＲＸ１，ＲＹ１，ＲＸ２，ＲＹ２とすると、前記演算増幅器１１７の入力抵抗１１８ａ，１１８ｂの抵抗値が前記接触インピーダンスＲＸ２，ＲＹ２に比べて十分大きい値に設定されているため、電極１１１ａ，１１１ｂ間に供給される定電流Ｉｄが演算増幅器１１７の方に流れ込むことがなく、また前記接触インピーダンスＲＸ２，ＲＹ２が変化しても演算増幅器１１７の増幅率に影響を与えることがない。したがって、前記電圧測定回路１１４により、体内の仮想交点Ｐ，Ｑ間に発生した電圧、すなわち接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンス分が除かれた体内組織インピーダンスＺｉの両端に発生した電圧Ｖが測定されることになる。こうして得られた電圧Ｖと既知の定電流値Ｉｄを用いて、式Ｚｉ＝Ｖ／Ｉｄを演算することで、接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとに影響されない体内組織インピーダンスＺｉを求めることができる。前記身体末端周辺組織インピーダンスについて、特に組織に関節を含む場合は被験者の体脂肪に関係なく関節部が大きなインピーダンス値を持っているので、測定時には身体末端部周辺の組織インピーダンスは除外して測定する必要がある。
【００１１】
こうして求められた体内組織インピーダンスＺｉと、予め体内脂肪計測装置１１０に入力される被験者の年齢，性別，身長などの個人データとを用いて演算が行われて、体内の脂肪量が出力される。
【００１２】
また、本願発明に関連する先行技術として、特開平７−７９９３８号公報および特表平１０−５１０４５５号公報には、前記４端子法を用いて体内の特に内臓部に属するインピーダンスを測定してそのインピーダンス値を用いて脂肪量を測定する体内脂肪測定装置が提案されている。図１１には、これら先行技術に係る体内脂肪測定装置における内臓部組織インピーダンスＺｊの測定原理図が示されている。
【００１３】
この体内脂肪測定装置１２０においては、被験者の両手両足にそれぞれ１対ずつ密着させる合計８個の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８が設けられており、一方の電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７は定電流回路に接続され、他方の電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８は電圧測定回路に接続されている。なお、これら定電流回路および電圧測定回路は、前述の２端子法および４端子法を用いた体内脂肪測定装置１００，１１０のものと同一構成である。このように構成される体内脂肪測定装置１２０においては、電極Ｅ１と電極Ｅ３との間に電流を印加し電極Ｅ２と電極Ｅ４との間の電圧を測定することで▲１▼Ｚ１＋Ｚ２の値が測定され、同様に電極Ｅ５と電極Ｅ７との間に電流を印加し電極Ｅ６と電極Ｅ８との間の電圧を測定することで▲２▼Ｚ４＋Ｚ５の値が測定され、電極Ｅ３と電極Ｅ７との間に電流を印加し電極Ｅ４と電極Ｅ８の間の電圧を測定することで▲４▼Ｚ２＋Ｚｊ＋Ｚ５の値が測定され、これら測定結果に基づいて式｛▲３▼＋▲４▼−（▲１▼＋▲２▼）｝／２を演算することで内臓部組織インピーダンスＺｊが求められる。この内臓部組織インピーダンスＺｊを用いて脂肪量が演算される。
【００１４】
また、特公平５−４９０５０号（特開昭６２−１６９０２３号）公報には、体内組織インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす身体末端間のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスを被験者の個人データとともに演算して体内脂肪量を求める体内脂肪測定装置が示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の４端子法を用いた体内脂肪測定装置１１０では、被験者の両足間における接触インピーダンスおよび身体末端間に存在する全インピーダンスから身体末端周辺組織部を除いた体内組織部に発生する電圧を測定するようにされているため、電圧測定用の回路すなわち電圧測定用回路１０５，１１３を構成する演算増幅器１０６，１１７，これら演算増幅器１０６，１１７の入力抵抗１０７ａ，１０７ｂ，１１８ａ，１１８ｂおよび負帰還回路の抵抗１０８，１１９が必要となり、装置構成が大掛かりであるとともに、配線，回路数も増えてコストアップが避けられないという問題点がある。
【００１６】
また、前記４端子法を用いた従来の体内脂肪計測装置１１０では、身体の２点間から体内組織インピーダンスＺｉを測定するために、１つの測定点に一対（２つ）の電極（合計、４つの電極）が必要になるとともに、各電極にそれぞれ配線，各種回路が接続されるため、装置構成が大掛かりで、コスト高になってしまうという問題点がある。
【００１７】
一方、前記２端子法を用いた従来の体内脂肪計測装置１００では、接触インピーダンスＲＸ１，ＲＹ１の和が身体末端間インピーダンスＺｏに比べて十分小さいことを前提条件にし、接触インピーダンスＲＸ１，ＲＹ１を含めた身体末端間インピーダンスＺｏを求めるようにされているが、皮膚表面にはその時々で量の異なる水分，その他の付着物が存在していることから、接触インピーダンスＲＸ１，ＲＹ１の値が大・小に変化することになり、安定した正確な身体末端間インピーダンスＺｏを求めるのが困難であるという問題点がある。また、前記身体末端間インピーダンスＺｏには、身体末端部周辺の組織インピーダンスが含まれており、この値は被験者の体内脂肪量に関係なく、大きなインピーダンス値をもつことがある。したがって、身体末端間インピーダンスＺｏを用いて正確な体内脂肪量を測定することができないという問題点がある。
【００１８】
また、前記内臓部組織インピーダンスＺｊを測定する体内脂肪測定装置１２０においては、両手両足にそれぞれ２個ずつ合計８個の電極が必要であるため、配線，回路数も多く装置構成が大掛かりでコスト高であるという問題点がある。また、例えば胴の横断面のインピーダンスを測定する場合は、胴を挟んで対向する多くの電極を配置して、それら対向電極間で電圧を測定することになるが、この場合にも同様に１測定点につき一対の電極が必要となるため、非常に多くの電極を配置するが必要があり、配線，回路数も増えてコストが上がるという問題点がある。
【００１９】
また、前記特公平５−４９０５０号（特開昭６２−１６９０２３号）公報に記載の体内脂肪測定装置では、体内脂肪量に関係なく大きな値をもつ身体末端周辺組織インピーダンスを含めた身体末端間インピーダンスが測定され、その身体末端間インピーダンスを用いて正確な体内脂肪量を測定するのは困難であるという問題点がある。
【００２０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、極めて簡易な構成で、各電極と被験者の皮膚面との間に発生する接触インピーダンスおよび身体末端部の組織インピーダンスを除いた体内組織インピーダンスを測定でき、これによって体内の脂肪量を高い精度で測定できる体内脂肪測定装置を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による体内脂肪測定装置は、身体内の脂肪量を測定する体内脂肪測定装置において、
（ａ）身体表面の複数箇所にそれぞれ１個または複数個接触される電極と、
（ｂ）前記電極に一定の電流または電圧を印加する電源回路と、
（ｃ）前記電源回路に接続する電極をそれら電極間に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが存在するように、またはそれら電極間に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが存在するように切り替えて、前記接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値および接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値をそれぞれ測定するインピーダンス測定手段と、
（ｄ）前記インピーダンス測定手段より得られる測定値に基づいて体内組織インピーダンス値を演算する演算手段と
を備えることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明においては、電極が身体表面の複数箇所にそれぞれ１個または複数個接触され、インピーダンス測定手段によって接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値および接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定される。これら測定値を用いて、前記演算手段により体内組織インピーダンス値のみが演算される。また、被験者の個人データ（年齢，性別，身長など）が予め入力されており、前記演算された体内組織インピーダンス値と前記個人データとを用いて既知の方法にて体内脂肪量（体内脂肪率）が算出される。
【００２３】
本発明によれば、前記電流または電圧を印加する電極の組み合わせを変えてインピーダンス測定を行うことにより、演算にて接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとの影響を完全に除去することができるため、被験者の体内脂肪量を反映した精度の高い体内組織インピーダンス値、更には最終的には体内脂肪量を算出できるという効果を奏する。また、体内に発生する電圧を測定するための電極および電圧測定回路が不要となるため、装置構成を簡易化でき、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００２４】
本発明において、前記電極は、測定したい体内組織インピーダンスを挟む身体表面の一方と他方とにそれぞれ一対ずつ接触されるとともに、それら一方および他方における各対の電極が互いに近接され、前記インピーダンス測定手段によって前記一方または他方における各対の電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値が測定されるとともに、前記一方および他方における各電極のうちの１個ずつに前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により体内組織インピーダンス値が演算されるのが好ましい（請求項２に係る発明）。
【００２５】
本発明によれば、前述と同様に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとの影響を完全に除去することができるため、被験者の体内脂肪量を反映した精度の高い体内組織インピーダンス値を演算できるとともに、装置構成を簡易化できるためコストダウンを図ることができる。
【００２６】
本発明において、前記電極は、測定したい体内組織インピーダンスを挟む身体表面の一方に２個、他方に１個接触されるとともに、前記一方に接触される２個の電極が互いに近接され、前記インピーダンス測定手段によって前記一方における２個の電極に前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値が測定されるとともに、一方の電極のうちの１個と他方の電極とに前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により体内組織インピーダンス値が演算されるのが好ましい（請求項３に係る発明）。
【００２７】
本発明によれば、従来の４端子法を用いた体内脂肪測定装置に比較して必要な電極数を最小限に抑えることができるとともに、接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとの影響を完全に除去して体内組織インピーダンス値を演算できるという効果を奏する。
【００２８】
本発明において、前記電極は、両手両足部周辺表面にそれぞれ１個ずつ接触され、前記インピーダンス測定手段によって一方の手に接触される電極と一方の足に接触される電極とに電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと腕部組織インピーダンスと脚部組織インピーダンスと内臓部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、また両手に接触される電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと腕部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、また両足に接触される電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと脚部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により内臓部組織インピーダンス値が演算されるのが好ましい（請求項４に係る発明）。
【００２９】
本発明によれば、従来８個の電極が必要とされていた内臓部組織インピーダンスの測定を４個の電極で行うことができ、それに伴って配線，回路数を減らすことができるため、装置構成の簡易化およびコストダウンを図ることができる。
【００３０】
本発明においては、さらに体重測定手段を備えるのが好ましい（請求項５に係る発明）。このように、前述のようにして演算される体内組織インピーダンスを用いて体内脂肪量を演算する際に必要とされるデータである体重値を同時に測定可能となり、最終的に得られる体内脂肪量の精度を向上することができるという効果を奏する。
【００３１】
本発明においては、前記体重測定手段による重量変化の過渡現象状態中に体重測定に並行して前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を行うのが好ましい（請求項６に係る発明）。このようにすれば、被験者が電極に身体表面を接触させるようにして装置上に乗り込んだときには体重測定手段は振動的な状態となるが、正確なインピーダンス測定は可能な状態にあるため、正確な重量値が得られるまでにかかる時間を利用してインピーダンス測定を行うことができるので、測定にかかる時間を短縮して、体重値（重量値）と体内脂肪量とを効率よく測定することができるという効果を奏する。
【００３２】
本発明においては、前記体重測定手段による重量値の変動幅が大きく不安定状態にある場合には、前記体重測定手段による体重測定に並行して前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を行うのが好ましい（請求項７に係る発明）。こうすることにより、体重測定手段による重量値の過渡状態が安定するまでの時間を利用して、インピーダンス測定手段によって電極間のインピーダンスの測定を行うことができるため、インピーダンス測定に要するサイクル数が多くても、言い換えればインピーダンス測定のために時間が多くかかっても、体重値（重量値）と同時に体内脂肪量を測定するのに時間的な影響がでることがない。
【００３３】
本発明においては、前記体重測定手段による重量値の変動幅が小さく安定状態にある場合には、前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を中止するのが好ましい（請求項８に係る発明）。通常、重量値が安定する頃には体内組織インピーダンスの演算に必要な測定値の取得は完了しており、重量値が安定した時点で電極間のインピーダンスの測定を中止して前記測定値に基づいて体内組織インピーダンスの演算を行い、体重値と同時に体内脂肪量を出力することができる。このように、重量値が安定するまで電極間のインピーダンスの測定を行い、最新の測定値を用いて体内組織インピーダンスの演算を行うことができるため、最終的に得られる体内脂肪量の精度向上を図ることができる。
【００３４】
本発明においては、前記体重測定手段による重量値の変動幅が小さく安定状態にある場合には、前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を中止して、体重測定のみを行うのが好ましい（請求項９に係る発明）。このように継続的に体重測定を行うことにより、常に重量値が安定状態にあるかまたは不安定状態にあるかを検出することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体内脂肪計測装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
図１（ａ）には、本発明の第１実施例に係る体内脂肪計測装置の体内組織インピーダンス測定回路図が示されている。
【００３７】
本実施例の体内脂肪計測装置１においては、上面に２対（４つ）の電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂが配置されており、これら電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは１対ずつ被験者の両足で踏まれ、電極２Ａ，３Ａがそれぞれ各足のかかと側で踏まれ、電極２Ｂ，３Ｂがそれぞれ各足の足先側で踏まれるようにされている。
【００３８】
図１（ｂ）には、被験者がそれら電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂをそれぞれ踏んだ状態を説明する図が示されている。被験者の両足が各電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂに触れると、それら両足と各電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂとの間にそれぞれ接触インピーダンスＲ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ３Ａ，Ｒ３Ｂが生じる。ここで、両足のかかと側周辺組織インピーダンスをＺ２Ａ，Ｚ３Ａとし、先端側周辺組織インピーダンスをＺ２Ｂ，Ｚ３Ｂとしている。なお、これらかかと側周辺組織インピーダンスおよび先端側周辺組織インピーダンスが、本発明における身体末端周辺組織インピーダンスに相当する。また、体内の脂肪量として測定したい両足間（足の末端部周辺を除く）に存在する体内組織インピーダンスをＺｉと表している。
【００３９】
前記電極２Ｂ，２Ａ，３Ａ，３Ｂは、それぞれアナログスイッチ４（４ａ；４ｂ，４ｃ；４ｄ，４ｅ；４ｆ）を介して定電流回路（本発明における電源回路に相当する）５に接続されている。この定電流回路５は、非反転入力端子から電圧信号ｖが入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器６と、この演算増幅器６の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器６から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗７とにより構成されている。なお、前記参照抵抗７は、前記定電流Ｉを設定する安定な既知の値Ｒｓを有している。
【００４０】
前記電極２Ａ，３Ａ，３Ｂは、それぞれアナログスイッチ４ｃ，４ｅ，４ｆを介して前記演算増幅器６の出力端子に接続されている。また、電極２Ｂ，２Ａ，３Ａは、それぞれアナログスイッチ４ａ，４ｂ，４ｄを介して前記演算増幅器６の反転入力端子に接続されている。さらに、前記演算増幅器６の出力端子は後述する演算制御装置８に接続されており、この演算制御装置８内で前記演算増幅器６からの出力電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）が記憶され、それら出力電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）に基づいて体内組織インピーダンスＺｉが演算される。
【００４１】
図２には、前記演算制御装置８の具体的構成を示すブロック図が示されている。この演算制御装置８は、前記演算増幅器６の出力端子に接続されるとともに、前記演算増幅器６から出力される交流電圧信号（数１０ＫＨｚ）を直流化する整流回路９と、この整流回路９に接続されて直流化された電圧信号を平滑化するローパスフィルタ１０と、このローパスフィルタ１０に接続され、アナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１１と、このＡ／Ｄ変換器１１からのデジタル信号を受けるＩ／Ｏ回路１２とを備え、このＩ／Ｏ回路１２には各種データに基づいて被験者の体内脂肪量を演算するＣＰＵ１３と、被験者の個人データ（年齢，身長，体重，性別）を入力するためのキースイッチ１４と、体内脂肪量（体脂肪率）を表示する表示器１５とが接続されて構成されている。なお、前記ＣＰＵ１３には、各種データを記憶するＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（以下、メモリという。）１６が接続されている。なお、本実施例の演算制御装置８は本発明におけるインピーダンス測定手段に相当し、本実施例のＣＰＵ１３は本発明における演算手段に相当する。
【００４２】
前記ＣＰＵ１３は、前記演算増幅器６から出力される出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、体内組織インピーダンスＺｉを演算するとともに、この演算された体内組織インピーダンスＺｉと前記キースイッチ１４から入力される個人データとに基づいて体内脂肪量（体脂肪率）を演算する。また、前記ＣＰＵ１３は、前記アナログスイッチ４ａ〜４ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御信号をＩ／Ｏ回路１２を通して、前記アナログスイッチ４ａ〜４ｆに出力するように構成されている。
【００４３】
このように構成される体内脂肪測定装置１においては、被験者の両足が前記電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に置かれた状態で、前記ＣＰＵ１３の出力信号により順次アナログスイッチ４ａ〜４ｆが切り替えられて演算増幅器６からの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ４ａ〜４ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ１〜Ｖ４について説明する。
（１）アナログスイッチ４ｅ，４ｂのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ１を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ３Ａ＋Ｚ３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ２Ａ＋Ｒ２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１…式１
（２）アナログスイッチ４ｆ，４ａのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ２を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ３Ｂ＋Ｚ３Ｂ＋Ｚｉ＋Ｚ２Ｂ＋Ｒ２Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ２…式２
（３）アナログスイッチ４ｆ，４ｄのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ３を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ３Ｂ＋Ｚ３Ｂ＋Ｚ３Ａ＋Ｒ３Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ３…式３
（４）アナログスイッチ４ｃ，４ａのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ４を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ２Ａ＋Ｚ２Ａ＋Ｚ２Ｂ＋Ｒ２Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ４…式４
【００４４】
これら測定された出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、それぞれ一旦演算制御装置８内のメモリ１６に記憶されるとともに、前記ＣＰＵ１３にてそれら測定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を用いて、体内組織インピーダンスＺｉの演算が行われる。すなわち、上記式１〜４を用いて、式１＋式２−（式３＋式４）が演算される。なお、定電流Ｉの値は、Ｉ＝ｖ／Ｒｓで表される。したがって、定電流Ｉの通電ルートが体内を通過する場合と足の裏面の電極間を経由するルートの場合とで殆ど電流が通過する足の末端部の組織内容が変わらないと考えられるので、（式１のＺ３Ａ）≒（式３のＺ３Ａ）、（式２のＺ３Ｂ）≒（式３のＺ３Ｂ）、（式１のＺ２Ａ）≒（式４のＺ２Ａ）、（式２のＺ２Ｂ）≒（式４のＺ２Ｂ）が成り立つとすれば、
２Ｚｉ・Ｉ＝Ｖ１＋Ｖ２−（Ｖ３＋Ｖ４）
故に、
Ｚｉ＝｛Ｖ１＋Ｖ２−（Ｖ３＋Ｖ４）｝／２Ｉ
の如く演算して、接触インピーダンスおよび身体末端間のインピーダンスから身体末端部の組織インピーダンスを除いた体内組織インピーダンスＺｉのみを求めることができる。
【００４５】
続いて、前記ＣＰＵ１３内で前記体内組織インピーダンスＺｉおよび予め入力された個人データに基づいて、既知の演算方法で体内の脂肪量（体脂肪率）が求められる。こうして、得られた体内の脂肪量（体脂肪率）が前記Ｉ／Ｏ回路１２を経て表示器１５に表示され、被験者に伝達される。
【００４６】
本実施例によれば、接触インピーダンスＲ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ３Ａ，Ｒ３Ｂおよび身体末端周辺組織インピーダンスＺ２Ａ，Ｚ３Ａ，Ｚ２Ｂ，Ｚ３Ｂを除いて、安定した正確な体内組織インピーダンスＺｉのみが求められるため、最終的に精度の高い体内の脂肪量（体脂肪率）を測定できるという効果を奏する。
【００４７】
また、本実施例によれば、演算増幅器６の出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて体内組織インピーダンスＺｉが求められるため、従来必要とされている電圧測定回路が不必要となり、装置構成を簡易化することができ、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００４８】
本実施例において、前記演算制御装置８は体内の脂肪量のみを測定可能な構成とされているが、前記ローパスフィルタ１０−Ａ／Ｄ変換器１１間にアナログスイッチ１７ａを設け、このアナログスイッチ１７ａの後段にアナログスイッチ１７ｂを介して体重測定回路（本発明における体重測定手段に相当する。）１８を連結し、体内脂肪量と同時に体重を測定可能な構成にされていてもよい。なお、この場合は、キースイッチ１４により個人データとして体重値を入力する必要がない。
【００４９】
図３には、前記体重測定回路１８を付加した演算制御装置８’内のブロック図が示されている。なお、この体重測定回路１８は、重量センサ（本実施例ではロードセル）１９Ａと、演算増幅器１９Ｂと、体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃとにより構成されている。すなわち、重量センサ１９Ａの出力信号が、演算増幅器１９Ｂで増幅されて、体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃを通って平滑化され、前記Ａ／Ｄ変換器１１，Ｉ／Ｏ回路１２を経てＣＰＵ１３に入力される。なお、前記ＣＰＵ１３には、重量値が安定状態にあると判断するための重量変化量境界値Ｗａ，重量値が不安定状態にあると判断するための重量変化量境界値Ｗｂ（但し、Ｗｂ＞Ｗａに設定する）および体脂肪率を表示するための最低重量値Ｗｃがそれぞれ設定されている。
【００５０】
図４には、前記演算制御装置８’による体脂肪と体重との測定シーケンスの一例を説明する説明図が示されている。この測定シーケンスに基づいて前記演算制御装置８’内のＣＰＵ１３において表示器１５，Ａ／Ｄ変換器１１および各アナログスイッチ１７ａ，１７ｂ，４ａ〜４ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御が行われる。なお、この測定シーケンスは、上段から順に表示器１５に表示される内容、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリング周期、アナログスイッチ１７ｂ，１７ａ，４ａ〜４ｆのＯＮ状態をそれぞれ表している。
【００５１】
図４中符号Ｗ（Ｗ１〜Ｗ９）は、Ａ／Ｄ変換器１１が重量信号をサンプリングしている周期を表している。また、符号Ｉ（Ｉ１〜Ｉ４）は、Ａ／Ｄ変換器１１が前記演算増幅器６からの出力電圧信号（Ｖ１〜Ｖ４）をサンプリングしている周期を表している。
【００５２】
前記重量センサ１９Ａの出力信号（アナログ重量値）は、前記増幅器１９Ｂおよび体重用ローパスフィルタ１９Ｃを経てＡ／Ｄ変換されＩ／Ｏ回路１２へ入力されるが、新たに順次入力される重量値と以前に入力した重量値との差を比較し、重量値の安定判定が並行して行われる。安定判定のための重量データ例として、連続的なある個数分の入力データの平均値同士の比較であっても単一の入力データ同士の比較であってもよいが、最新重量値と１つ前の重量値の差が前記重量変化量境界値Ｗａより小さければ重量値が安定状態であると判定される。また、重量値が前記最低重量値Ｗｃより小さいときは、体重計測をしていないとしてインピーダンス測定すなわち体脂肪測定は行わないとする。
【００５３】
前記各電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に足を置くように、体内脂肪測定装置１上に被験者が乗り込むと、体重負荷によって重量センサ１９Ａから出力される値は大きく変化し、体重も体脂肪量も測定可能な状態と判定される。ここで、前述の安定判別の動作において、最新重量値と１つ前の重量値の差が重量変化量境界値Ｗｂより大きいときは、不安定の状態が判別され、被験者が装置１上に乗り込んだとみなして次のように体重とともに体内組織インピーダンスＺｉの測定が行われる。なお、前述のようにＷｂ＞Ｗａと設定することにより、判定境界点付近の重量値によって測定モードが振動的に変化しないようにされている。また、被験者が装置１上から降りたとき、および装置１上で動いたときも同じく不安定の状態が判別され、体脂肪量の測定のための体内組織インピーダンス測定が作動する。
【００５４】
前記装置１上に被験者が乗り込んで、１回目の前記Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ１に得られた重量値と２回目のサンプリング周期Ｗ２に得られた重量値とを比較して、重量値の変化が重量変化量境界値Ｗｂより大きいとされ、不安定状態が判定された場合、３回目のＡ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ３終了後（Ａ／Ｄ変換動作終了後）にアナログスイッチ４ｅ，４ｂのみをＯＮ状態にして、さらに４回目のＡ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ４終了時に前記アナログスイッチ１７ｂをＯＦＦ状態にするとともにアナログスイッチ１７ａをＯＮ状態にして体内組織インピーダンス測定すなわち体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ１が開始され、前記Ａ／Ｄ変換器１１によって演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ１がＡ／Ｄ変換される。なお、前記Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｉ１の少し手前のタイミングで、前記出力電圧信号Ｖ１をローパスフィルタ１０に入力して信号を平滑化させておき、さらに時間がサンプリング周期Ｉ１に接近したところで、前記アナログスイッチ１７ａをＯＮ状態にして前記信号をＡ／Ｄ変換させることにより安定なインピーダンス信号を演算回路へ取り込むようにしている。また、前記サンプリング周期Ｉ１にて変換された出力電圧信号Ｖ１は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。
【００５５】
続いて、前記サンプリング周期Ｉ１の終了後、再びアナログスイッチ１７ｂがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ａはＯＦＦ状態）にされて体重測定回路１８が前記Ａ／Ｄ変換器１１に接続されるとともに、前記アナログスイッチ４ｆ，４ａのみをＯＮ状態にして、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ２をローパスフィルタ１０に与えて平滑化させておく。一方、前記体重測定回路１８の重量センサ１９Ａからの重量信号が継続的に体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃに入力され、Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ５にＡ／Ｄ変換される。
【００５６】
前記Ａ／Ｄ変換器１１による重量信号のサンプリング周期Ｗ５終了後、前記アナログスイッチ１７ａがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ｂはＯＦＦ状態）にされて体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ２が開始され、前記ローパスフィルタ１０にて平滑化された出力電圧信号Ｖ２がＡ／Ｄ変換される。こうして、前記サンプリング周期Ｉ２にて変換された出力電圧信号Ｖ２は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。
【００５７】
また、前記サンプリング周期Ｉ２の終了後、再びアナログスイッチ１７ｂがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ａはＯＦＦ状態）にされて体重測定回路１８が前記Ａ／Ｄ変換器１１に接続されるとともに、前記アナログスイッチ４ｆ，４ｄのみをＯＮ状態にして、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ３をローパスフィルタ１０に与えて平滑化させておく。一方、前記体重測定回路１８の重量センサ１９Ａからの重量信号が継続的に体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃに入力され、Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ６にＡ／Ｄ変換される。
【００５８】
前記Ａ／Ｄ変換器１１による重量信号のサンプリング周期Ｗ６終了後、前記アナログスイッチ１７ａがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ｂはＯＦＦ状態）にされて体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ３が開始され、前記ローパスフィルタ１０にて平滑にされた出力電圧信号Ｖ３がＡ／Ｄ変換される。こうして、前記サンプリング周期Ｉ３にて変換された出力電圧信号Ｖ３は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。
【００５９】
続いて、前記サンプリング周期Ｉ３の終了後、再びアナログスイッチ１７ｂがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ａはＯＦＦ状態）にされて体重測定回路１８が前記Ａ／Ｄ変換器１１に接続されるとともに、前記アナログスイッチ４ｃ，４ａのみをＯＮ状態にして、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ４をローパスフィルタ１０に与えて平滑させておく。一方、前記体重測定回路１８の重量センサ１９Ａからの重量信号が継続的に体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃに入力され、Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ７にＡ／Ｄ変換される。
【００６０】
前記Ａ／Ｄ変換器１１による重量信号のサンプリング周期Ｗ７終了後、前記アナログスイッチ１７ａがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ｂはＯＦＦ状態）にされて体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ４が開始され、前記ローパスフィルタ１０にて平滑された出力電圧信号Ｖ４がＡ／Ｄ変換される。前記サンプリング周期Ｉ４にて変換された出力電圧信号Ｖ４は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。こうして、体内組織インピーダンスＺｉを演算するに必要な出力電圧（Ｖ１〜Ｖ４）がメモリ１６に記憶される。
【００６１】
また、前記重量信号のサンプリング周期Ｗ５〜Ｗ７の終了後には、それぞれ重量値の安定判定が行われており、前述のように体内組織インピーダンスＺｉを演算するに必要な出力電圧（Ｖ１〜Ｖ４）がメモリ１６に記憶されても、重量値が不安定状態（得られた重量値の変化量が重量変化量境界値Ｗｂより大きい状態）であれば、引き続き前記アナログスイッチ１７ａ，１７ｂを交互に切り替えて重量測定と体内組織インピーダンス測定とが行われる。
【００６２】
前記サンプリング周期Ｉ４終了後に行われた重量信号のサンプリング周期Ｗ８にて得られた重量値とその前のサンプリング周期Ｗ７にて得られた重量値との変化量が重量変化量境界値Ｗｂより大きい状態すなわち重量値が不安定な状態と判定され、再び体内組織インピーダンス測定に切り替えられてインピーダンスのサンプリング周期Ｉ１’が開始される。このサンプリング周期Ｉ１’にて、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ１がＡ／Ｄ変換されて、前記メモリ１６内に記憶されるとともに、先に前記メモリ１６に記憶させている出力電圧信号Ｖ１を更新する。そのサンプリング周期Ｉ１’の終了後に行われた重量信号のサンプリング周期Ｗ９にて得られた重量値と前記サンプリング周期Ｗ８にて得られた重量値との変化量は前記重量変化量境界値Ｗａより小さい状態すなわち重量値が安定状態と判定されたため、体内組織インピーダンス測定が中断される。前記重量値の安定判定が行われると、前記ＣＰＵ１３にてメモリ１６に記憶された出力信号Ｖ１〜Ｖ４を用いて体内組織インピーダンスＺｉが演算されるとともに、この体内組織インピーダンスＺｉと個人データとを用いて体内脂肪量（体脂肪量）が演算される。
【００６３】
このように重量値が安定状態であると判定され、しかも重量値が最低重量値Ｗｃより大きい場合は、一定時間経過まで重量値（体重測定値）が表示器１５に表示され、その一定時間経過後前記ＣＰＵ１３にて演算された体脂肪量（体脂肪率）が表示器１５に表示され、さらに前記一定時間経過後再び重量値が表示器１５に表示される。それ以降は、重量値の安定が判定されている状態が続く限り、前記一定時間経過毎に重量値と体脂肪量との表示が繰り返される。また、重量値の安定が判定されている状態では、継続的に重量値の測定のみが実行され、常に安定判定が実施されている。なお、重量値の安定が判定される前は、過渡状態にある重量値を逐次変化する様子を被験者に知らせる必要があるため、前記サンプリング周期Ｗ１〜Ｗ８に得られた重量値を表示器１５にて表示させている。
【００６４】
また、被験者が装置１上から降りるなどして重量値の不安定状態が判定されると、再び重量値の測定と体内組織インピーダンスの測定とが交互に繰り返されるが、安定状態が判定されても重量値が最低重量値Ｗｃ未満となっているため、前記表示器１５には重量値のみが表示される。一方、被験者が装置１上で動くなどして重量値の不安定状態が判定された場合には、再び安定状態が判定されると重量値は最低重量値Ｗｃより大きいため、前記表示器１５には重量値と体脂肪量とが交互に表示される。
【００６５】
前記測定シーケンスでは、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を一通りメモリ１６に記憶させれば、重量値の安定状態が判定された時点で体内組織インピーダンスの測定が中断されているが、安定状態の判定後に未だ一通り（Ｖ１〜Ｖ４）の記憶が完了していない場合は一通りの出力電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を前記メモリ１６に記憶させてから中断させる。
【００６６】
このような測定シーケンスによれば、被験者が装置１上面の電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に足を置いて乗り込んだとき、重量値が振動的な状態から正確な重量値が取得できる安定な状態に至るにはある程度長い時間がかかるが、被験者の足は電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に固定されており正確な体内組織インピーダンス測定が可能な状態にあるため、この時間差を利用して体重測定と同時に体内組織インピーダンス測定を実行することができる。したがって、重量値が安定するころには体内組織インピーダンスＺｉを演算可能な状態にされているため、体内組織インピーダンスＺｉの演算に要するサイクル数が多くても、最終的に重量値の測定と体内脂肪量との測定に時間的な影響がでることはない。また、重量値の安定後すなわち重量値の変化量が重量変化量境界値Ｗａ以内の領域に入ると正確な重量値を表示し、できるだけ重量値のちらつきを少なくするための平均演算などのフィルタリング演算にはできるだけ短時間間隔で多くの重量データを必要とするために重量測定のみを毎回実施するようにされている。
【００６７】
次に、第２実施例に係る体内脂肪計測装置２０について説明する。第２実施例の体内脂肪測定装置２０は、体内組織インピーダンス測定回路の構成が異なる以外は、基本的に第１実施例と異なるところがない。したがって、体内組織インピーダンス測定回路２１についてのみ説明し、その他の共通する部分の詳細な説明は省略することとする。
【００６８】
図５（ａ）には、本実施例に係る体内組織インピーダンス測定回路２１の回路図が示されている。この体内脂肪測定装置２０においては、上面に３つの電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａが設けられており、被験者の一方の足で電極２２Ａ，２２Ｂが踏まれ、他方の足で２３Ａが踏まれるようにされており、前記電極２２Ａ，２３Ａがそれぞれかかと側で踏まれ、前記電極２２Ｂが足先側で踏まれるように構成されている。
【００６９】
また、図５（ｂ）には、被験者が電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａをそれぞれ踏んだ状態を説明する図が示されている。被験者の両足と各電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａとの間には、それぞれ接触インピーダンスＲ２２Ａ，Ｒ２２Ｂ，Ｒ２３Ａが生じるとともに、足裏の周辺の身体末端周辺組織インピーダンスＺ２２Ａ，Ｚ２２Ｂ，Ｚ２３Ａが生じている。なお、図において測定したい両足間に存在する体内組織インピーダンスをＺｉと表している。
【００７０】
前記電極２２Ｂ，２２Ａ，２３Ａは、それぞれアナログスイッチ２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）を介して定電流回路２５に接続されている。この定電流回路２５は、第１実施例と同様、非反転入力端子から電圧信号ｖが入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器２６と、この演算増幅器２６の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器２６から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗２７とにより構成されている。なお、前記参照抵抗２７は、前記定電流Ｉを設定する安定な既知の値Ｒｓを有している。
【００７１】
前記電極２２Ａ，２３Ａは、前記アナログスイッチ２４ｂ，２４ｃをそれぞれ介して前記演算増幅器２６の出力端子に接続されており、前記電極２２Ｂは、前記アナログスイッチ２４ａを介して前記演算増幅器２６の反転入力端子に接続されている。また、前記演算増幅器２６の出力端子は、前記演算制御装置８に接続されている。
【００７２】
このように構成されている体内組織インピーダンス測定装置２１を有する体内脂肪測定装置２０においては、被験者の両足が前記電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ上に置かれた状態で、前記演算制御装置８のＣＰＵ１３の出力信号により順次アナログスイッチ２４ａ〜２４ｃが切り替えられて演算増幅器２６からの出力電圧Ｖ５，Ｖ６が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ２４ａ〜２４ｃのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ５，Ｖ６について説明する。
（５）アナログスイッチ２４ａ，２４ｃのみをＯＮ状態にして、演算増幅器２６の出力電圧Ｖ５を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ２３Ａ＋Ｚ２３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ２２Ａ＋Ｒ２２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ５…式５
（６）アナログスイッチ２４ａ，２４ｂのみをＯＮ状態にして、演算増幅器２６の出力電圧Ｖ６を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ２２Ａ＋Ｚ２２Ａ＋Ｚ２２Ｂ＋Ｒ２２Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ６…式６
【００７３】
これら測定された出力電圧Ｖ５，Ｖ６は、それぞれ一旦演算制御装置８内のメモリ１６に記憶されるとともに、前記ＣＰＵ１３にてそれら測定電圧Ｖ５，Ｖ６を用いて体内組織インピーダンスＺｉの演算が行われる。すなわち、上記式５，式６を用いて式５−式６が演算される。なお、前記定電流Ｉは、Ｉ＝ｖ／Ｒｓで表される。したがって、接触インピーダンスＲ２２Ａ≒Ｒ２３Ａが成り立ち、左足と右足とまた電流の通電ルートが体内を経由する場合と足裏の電極間を経由するルートの場合とで殆ど電流が通過する組織内容は変わらないと考えられるので、（式５のＺ２３Ａ）≒（式６のＺ２２Ａ）、（式５のＺ２２Ｂ）≒（式６のＺ２２Ｂ）が成り立つとすれば、
Ｚｉ・Ｉ＝Ｖ５−Ｖ６
故に、
Ｚｉ＝（Ｖ５−Ｖ６）／Ｉ
の如く演算して、体内組織インピーダンスＺｉを求めることができる。
【００７４】
次いで、前記ＣＰＵ１３内で前記体内組織インピーダンスＺｉおよび予め入力された個人データに基づいて、既知の演算方法で体内の脂肪量（体脂肪率）が求められる。こうして、得られた体内の脂肪量（体脂肪率）が前記Ｉ／Ｏ回路１２を経て表示器１５に表示され、被験者に伝達される。
【００７５】
なお、前記体内組織インピーダンスＺｉの誤差要因として、実際に測定したときのＲ２２ＡとＲ２３Ａとの値の差，式５のＺ２３Ａと式６のＺ２２Ａとの値の差および式５のＺ２２Ｂと式６のＺ２２Ｂとの値の差が挙げられるが、前記Ｒ２２ＡとＲ２３Ａとについては電極２２Ａ，２３Ａを大きくすること、前記Ｚ２３ＡとＺ２２Ａ、Ｚ２２ＢとＺ２２Ｂについてそれぞれの値および値の差は、殆ど通電ルートが変わらないことを考えると、その差は知りたい身体内のインピーダンスに比べて小さく、実用上無視できると考えられる。したがって、前述のように演算することにより、接触インピーダンスおよび身体末端周辺組織インピーダンスの影響のない体内組織インピーダンスを求めることができる。
【００７６】
本実施例によれば、第１実施例とほぼ同等の効果を得ることができるとともに、測定時の短時間の測定対象とする体表面の条件はほぼ同じと考えられるので、各箇所の接触インピーダンスの値および身体末端周辺組織インピーダンスの値がそれぞれ等しいとみなし、代表的な１箇所のみに１対の電極２２Ａ，２２Ｂを設け、他の箇所は１箇所につき１つずつの電極２３Ａを配置することで、体内のインピーダンス測定が可能となるので、電極数を削減でき、それに伴って装置構成をより簡略化でき、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００７７】
また、本実施例を用いて、例えば胴の横断面のインピーダンス測定に適用する際には、電極数の削減にともない電極装着の手間を省略することも可能となる。すなわち、１対の電極が用いられている箇所にて前記式６で表す測定を行い、他のｎ個の箇所にて式５で表す測定を行う。各箇所の接触インピーダンスおよび身体末端周辺組織インピーダンスが等しいとすれば、各箇所での測定により得られた式５から式６を引くことにより、ｎ箇所のインピーダンスを求めることができる。
【００７８】
次に、第３実施例に係る体内脂肪測定装置３０について説明する。本実施例の体内脂肪測定装置３０は、体内組織インピーダンス測定回路の構成が異なる以外は、基本的に第１実施例と異なるところがない。したがって、体内組織インピーダンス測定回路３１についてのみ説明し、その他の共通する部分の詳細な説明は省略することとする。図６には、本実施例に係る体内組織インピーダンス測定回路３１の回路図が示されている。
【００７９】
本実施例の体内脂肪測定装置３０においては、上面に３つの電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａが設けられており、被験者の一方の足で前記電極３２Ａ，３２Ｂが踏まれ、他方の足で３３Ａが踏まれるようにされており、前記電極３２Ａ，３３Ａはそれぞれかかと側で踏まれ、前記電極３２Ｂが足先側で踏まれるように構成されている。
【００８０】
また、被験者の両足と各電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａとの間には、それぞれ接触インピーダンスＲ３２Ａ，Ｒ３２Ｂ，Ｒ３３Ａが生じるとともに、足裏の周辺に多く存在する身体末端周辺組織インピーダンスＺ３２Ａ，Ｚ３２Ｂ，Ｚ３３Ａが生じている。なお、図６において測定したい両足間に存在する体内組織インピーダンスをＺｉと表している。
【００８１】
前記電極３２Ａ，３３Ａは、それぞれアナログスイッチ３４ｂ，３４ｃを介して一定電圧Ｖを供給する電圧源（本発明における電源回路に相当する。）３５に接続されており、前記電極３２Ｂはアナログスイッチ３４ａを介して演算増幅器３６の非反転端子に連結される参照抵抗（Ｒｓ）３７に接続されている。また、前記演算増幅器３６の出力端子は、演算制御装置８に接続されている。
【００８２】
このように構成される体内組織インピーダンス測定回路３１を備える体内脂肪計測装置３０においては、被験者の両足が前記電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ上に置かれた状態で、前記演算制御装置８のＣＰＵ１３の出力信号により順次アナログスイッチ３４ａ〜３４ｃが切り替えられて演算増幅器３６からの出力信号が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ３４ａ〜３４ｃのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ５，Ｖ６について説明する。
（７）アナログスイッチ３４ａ，３４ｃのみをＯＮ状態にする。このとき、回路に流れる電流をＩａ，参照抵抗３７の両端に発生する電圧をＶａとすると、次式が成り立つ。
（Ｒ３３Ａ＋Ｚ３３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉａ＝Ｖ
ここで、Ｉａ＝Ｖａ／Ｒｓ
より、上記式は次式のように書き換えられる。
Ｒ３３Ａ＋Ｚ３３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＝（Ｖ−Ｖａ）／Ｉａ＝｛（Ｖ−Ｖａ）／Ｖａ｝・Ｒｓ＝Ｌ１…式７
（８）アナログスイッチ３４ａ，３４ｂのみをＯＮ状態にする。このとき、回路に流れる電流をＩｂ，参照抵抗３７の両端に発生する電圧をＶｂとすると、次式が成り立つ。
（Ｒ３２Ｂ＋Ｚ３２Ｂ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉｂ＝Ｖ
ここでＩｂ＝Ｖｂ／Ｒｓ
より、上記式は次式のように書き換えられる。
Ｒ３２Ｂ＋Ｚ３２Ｂ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＝（Ｖ−Ｖｂ）／Ｉｂ＝｛（Ｖ−Ｖｂ）／Ｖｂ｝・Ｒｓ＝Ｌ２…式８
【００８３】
前述と同様に接触インピーダンスＲ３２Ａ≒Ｒ３３Ａが成り立ち、左足と右足とで、また電流の通電ルートが体内を経由する場合と足裏の電極間を経由するルートの場合とで、殆ど電流が通過する組織内容は変わらないと考えられるので、（式７のＺ３３Ａ）≒（式８のＺ３２Ａ）、（式７のＺ３２Ｂ）≒（式８のＺ３２Ｂ）が成り立つとすれば、式７−式８が演算されて、体内組織インピーダンスＺｉは、Ｚｉ＝Ｌ１−Ｌ２の如く求めることができる。
【００８４】
本実施例によれば、前述と略同等の効果を得ることができる。さらに、例えば、接触インピーダンスが高いなど、第１および第２実施例の定電流回路を構成する演算増幅器が飽和してしまい適用できない場合に特に有効である。
【００８５】
本実施例においては、３つの電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａが設けられて、それら電極が体内組織インピーダンス測定回路３１に連結されて構成されているが、これに限らず、４つの電極が設けられ、それら電極がそれぞれ６つのアナログスイッチを介して定電圧が印加される体内組織インピーダンス測定回路に連結されていてもよい。この場合のアナログスイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御は、前記第１実施例と略同様であり、この場合にも、前記式７，式８に基づいて体内組織インピーダンスＺｉを演算することができる。
【００８６】
次に、第４実施例の体内脂肪測定装置４０について説明する。図７には、本実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織（内臓部組織）インピーダンス測定回路図（ａ）および体内の組織インピーダンスを説明する説明図（ｂ）が示されている。本実施例の体内脂肪測定装置４０は、被験者の両足をそれぞれ上に乗せる電極４１Ａ，４１Ｂと、被験者の両手にそれぞれ把握される電極４１Ｃ，４１Ｄを備えており、前記電極４１Ｄ，４１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂは、それぞれアナログスイッチ４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ）を介して前記第１実施例と同一構成の定電流回路４４に接続されている。この定電流回路４４を構成する演算増幅器４５の出力端子は演算制御装置８にされている。なお、この演算制御装置８は、第１実施例と同一構成であるため同一符号を用いて説明するに留めてその詳細な説明を省略する。
【００８７】
前記電極４１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂは、それぞれアナログスイッチ４３ｃ，４３ｅ，４３ｆを介して前記演算増幅器４５の出力端子に接続されている。また、前記電極４１Ｄ，４１Ｃ，４１Ａは、それぞれアナログスイッチ４３ａ，４３ｂ，４３ｄを介して前記演算増幅器４５の反転入力端子に接続されている。また、前記演算増幅器４５の反転出力端子は、この演算増幅器４５から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗４６に接続されている。なお、前記参照抵抗４６は、前記定電流Ｉを設定する安定な既知の値Ｒｓを有している。
【００８８】
次に、被験者の体内組織インピーダンスについて説明する。本実施例においては、前記電極４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄがそれぞれ被験者の両手両足に接触するようにされるため、前記被験者の両手両足と各電極４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄとの間には、それぞれ接触インピーダンスＲ４１Ａ，Ｒ４１Ｂ，Ｒ４１Ｃ，Ｒ４１Ｄが生じるとともに、右足，左足，右腕，左腕の各身体組織インピーダンスＺ４１Ａ，Ｚ４１Ｂ，Ｚ４１Ｃ，Ｚ４１Ｄが生じている。ここで、図において測定したい内臓部の組織インピーダンスすなわち内臓部組織インピーダンスをＺｊで表している。
【００８９】
このように構成される体内脂肪測定装置４０においては、被験者の右足および左足がそれぞれ前記電極４１Ａ，４１Ｂ上に置かれるとともに、前記電極４１Ｃ，４１Ｄがそれぞれ右手および左手で把持された状態で、前記ＣＰＵ１３によるアナログスイッチ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御により順次切り替えられて演算増幅器４５からの出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ４３ａ〜４３ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２について説明する。
（９）アナログスイッチ４３ｂ，４３ｅのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ９を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ａ＋Ｚ４１Ａ＋Ｚｊ＋Ｚ４１Ｃ＋Ｒ４１Ｃ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ９…式９
（１０）アナログスイッチ４３ａ，４３ｆのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ１０を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ｂ＋Ｚ４１Ｂ＋Ｚｊ＋Ｚ４１Ｄ＋Ｒ４１Ｄ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１０…式１０
（１１）アナログスイッチ４３ａ，４３ｃのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ１１を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ｃ＋Ｚ４１Ｃ＋Ｚ４１Ｄ＋Ｒ４１Ｄ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１１…式１１
（１２）アナログスイッチ４３ｄ，４３ｆのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ１２を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ｂ＋Ｚ４１Ｂ＋Ｚ４１Ａ＋Ｒ４１Ａ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１２…式１２
【００９０】
これら測定された出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２は、それぞれ一旦演算制御装置８内のメモリ１６に記憶されるとともに、前記ＣＰＵ１３にてそれら測定電圧Ｖ９〜Ｖ１１を用いて、内臓部組織インピーダンスＺｊの演算が行われる。すなわち、上記式９〜式１２を用いて、式９＋式１０−｛式１１＋式１２｝が演算されると、接触インピーダンスがキャンセルされて、次式が成り立つ。
２Ｚｊ・Ｉ＝Ｖ９＋Ｖ１０−（Ｖ１１＋Ｖ１２）
故に
Ｚｊ＝｛Ｖ９＋Ｖ１０−（Ｖ１１＋Ｖ１２）／２Ｉ
として、内臓部組織インピーダンスＺｊが求められる。なお、定電流値Ｉは、Ｉ＝ｖ／Ｒｓで表される。
【００９１】
続いて、前記ＣＰＵ１３内で前記内臓部組織インピーダンスＺｊおよび予め入力された個人データに基づいて既知の演算方法で内臓部の脂肪量が求められる。こうして測定された内臓部の脂肪量は、前記Ｉ／Ｏ回路１２を経て表示器１５に表示され被験者に伝達される。
【００９２】
本実施例によれば、両手両足の４つの測定箇所にそれぞれ１つずつの電極を配置させることにより、接触インピーダンスおよび第１実施例に比べて手足全体を含む身体末端周辺組織インピーダンスを除いた内臓部組織インピーダンスを測定でき、安定した正確な内臓部の脂肪量を計測することができる。したがって、内臓部組織インピーダンス測定に必要な電極数を削減でき、それに伴って配線，回路数を減少させることができるため、装置構成を簡易にできるという効果を奏する。また、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
本実施例においては、アナログスイッチの切り替えによる４回の測定（出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２）に基づいて内臓部組織インピーダンスＺｊが演算されているが、左右の手の接触インピーダンスＲ４１Ｃ，Ｒ４１Ｄおよび左右の腕の組織インピーダンスＺ４１Ｃ，Ｚ４１Ｄがそれぞれ等しく、また左右の足の接触インピーダンスＲ４１Ａ，Ｒ４１Ｂおよび左右の足の組織インピーダンスＺ４１Ａ，Ｚ４１Ｂがそれぞれ等しいとすると、
式１１は、２・（Ｒ４１Ｃ＋Ｚ４１Ｃ）＝（Ｖ１１−Ｒｓ・Ｉ）／Ｉ…式１１’
式１２は、２・（Ｒ４１Ａ＋Ｚ４１Ａ）＝（Ｖ１２−Ｒｓ・Ｉ）／Ｉ…式１２’
となるから、内臓部組織インピーダンスＺｊ＝式９−｛式１１’＋式１２’｝／２により、アナログスイッチの切り替えによる３回の測定（出力電圧Ｖ９，Ｖ１１，Ｖ１２）に基づいて演算することができる。また、例えばアナログスイッチ４３ｆ，４３ｂのみをＯＮ状態にして、被験者の身体を斜めに電流を通して内臓部組織インピーダンスＺｊを求めることも可能である。
【００９４】
また、本実施例においては、演算制御装置８内に第１実施例と同様に体重測定回路１８を切り替え可能に備え、内臓脂肪量の測定と同時に体重測定が行えるように構成されていてもよい。この場合は、第１実施例の測定シーケンスを適用させて、重量値が安定状態に至るまでの時間を用いて内臓部組織インピーダンスＺｊを測定することも可能である。
【００９５】
前記各実施例においては、体重信号（重量信号）とインピーダンス信号（出力電圧信号Ｖ１〜Ｖ４）がそれぞれ同一のＡ／Ｄ変換器１１にてデジタル化されているが、これに限らず、例えば体内組織インピーダンス測定回路用Ａ／Ｄ変換器と体重測定回路用Ａ／Ｄ変換器とを設け、それぞれのＡ／Ｄ変換器を用いて各信号をデジタル化するようにしてもよい。
【００９６】
前記各実施例においては、体重値（重量値）と体内脂肪量（体脂肪率）とが１つの表示器１５に一定時間毎に交互に表示するようにされているが、これに限らず、体重値と体内脂肪量とを互いに異なる表示器にそれぞれ表示させてもよく、１つの表示器にキースイッチにて選択して表示させるようにしてもよい。
【００９７】
前記第１〜第３実施例においては、電極を両足裏に接触させて体内組織インピーダンスＺｉを測定することを説明したが、図８に示されるように電極（２Ａ’，２Ｂ’，３Ａ’，３Ｂ’）を両手指間に接触させても同様にして体内インピーダンスＺｉのみを測定することが可能である。また、この場合は、測定経路に大きいインピーダンス値を有する関節を多く含むが身体末端組織インピーダンスが除去されるため、体内脂肪量を高い精度で得られるという効果を奏する。
【００９８】
前記第１〜第３実施例において、体重測定用回路１８を備える場合は、前記各電極を体重測定面に設けるのが好ましく、一部の電極を手や指に触れることのできる部分または握ることのできる部分に設け、残りの電極を体重測定面に設けてもよい。一方、体重測定用回路１８を備えない場合や体重測定部と体脂肪測定部とが分離される場合には、前記各電極を手や指に触れることのできる部分または握ることのできる部分に設けてもよく、一部の電極を手や指に触れることのできる部分または握ることのできる部分に設け、残りの電極を体重測定面に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る体内脂肪計測装置の体内組織インピーダンス測定回路図（ａ）および被験者が電極を踏んだ状態を説明する図（ｂ）である。
【図２】図２は、第１実施例における演算制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、体重測定回路を付加した演算制御装置のブロック図である。
【図４】図４は、体脂肪と体重との測定シーケンスの一例を説明する説明図である。
【図５】図５は、第２実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織インピーダンス測定回路図（ａ）および被験者が電極を踏んだ状態を説明する説明図（ｂ）である。
【図６】図６は、第３実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織インピーダンス測定回路図である。
【図７】図７は、第４実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織インピーダンス測定回路図（ａ）および体内の組織インピーダンスを説明する説明図（ｂ）である。
【図８】図８は、第１〜第３実施例の別態様を説明する説明図である。
【図９】図９は、従来の体内脂肪測定装置おける体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）およびその測定原理を説明する回路図（ｂ）である。
【図１０】図１０は、従来の体内脂肪測定装置おける体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）およびその測定原理を説明する回路図（ｂ）である。
【図１１】図１１は、従来の体内脂肪測定装置における内臓部組織インピーダンスの測定原理図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０ 体内脂肪測定装置
２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ 電極
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ アナログスイッチ
５，２５，４４ 定電流回路（電源回路）
６，２６，３６，４５ 演算増幅器
７，２７，３７，４６ 参照抵抗
８ 演算制御装置（インピーダンス測定手段）
９ 整流回路
１０ ローパスフィルタ
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ Ｉ／Ｏ回路
１３ ＣＰＵ（演算手段）
１４ キースイッチ
１５ 表示器
１６ ＲＯＭ／ＲＡＭメモリ
１７ａ，１７ｂ アナログスイッチ
１８ 体重測定回路（体重測定手段）
１９Ａ 重量センサ
１９Ｂ 演算増幅器
１９Ｃ 体重測定用ローパスフィルタ
２１，３１ 体内組織インピーダンス測定回路
２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ 電極
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ アナログスイッチ
３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ 電極
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ アナログスイッチ
３５ 電圧源（電源回路）
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ 電極
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ アナログスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、体内の脂肪量を測定する体内脂肪測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
体内組織は、筋肉，骨，脂肪などからなっており、脂肪成分が多い場合と筋肉成分が多い場合とではインピーダンスの値が異なり、脂肪成分が多いほどインピーダンスが大きく、水分を多く含む成分が多いほどインピーダンスが小さくなるという特質を有している。この特質を利用して、体内組織中の脂肪量を求める際には、左右の指先，足の裏など身体末端部の皮膚面に電極を設置し、この電極に対して数１０ＫＨｚから１００ＫＨｚ程度の周波数を持つ交流電流または電圧を印加して前記身体末端部に挟まれた体内組織のインピーダンスを測定し、求めたインピーダンスの値と年齢，性別，身長などの個人データを演算する方法が採られている。
【０００３】
近年では、体内組織中の脂肪量が健康管理上の一つの判断指標とされ、一般の人々にも大きな関心が持たれており、一般家庭や個人用の体内脂肪測定装置に対する需要が高まっている。このような背景から、価格的にも操作的にも手軽に脂肪量を測定できる体内脂肪装置が種々開発され、販売されてきている。
【０００４】
従来の体内脂肪測定装置としては、２端子法（２電極法）または４端子法（４電極法）と呼ばれる測定方法を用いて電極の装着された身体末端間インピーダンスまたは身体末端部の組織を除外した体内組織インピーダンスを簡易的に測定して、体内組織中の脂肪量を測定するものが一般的である。
【０００５】
図９には、２端子法を用いた体内脂肪測定装置における体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）とその測定原理を説明する回路図（ｂ）とが示されている。この体内脂肪測定装置１００は、上面に２つの電極１０１ａ，１０１ｂが配設されて構成されている。これら２つの電極１０１ａ，１０１ｂは、定電流回路１０２に接続されており、それら電極１０１ａ，１０１ｂを被験者が片足ずつ踏むことにより、前記定電流回路１０２から定電流Ｉｃが被験者に供給される。この定電流回路１０２は、定電流Ｉｃを出力する演算増幅器１０３と、この演算増幅器１０３から定電流Ｉｃが出力されるように回路を制御する既知値Ｒｓを有する参照抵抗１０４とにより構成されている。また、前記電極１０１ａ，１０１ｂは、電圧測定回路１０５に接続されており、この電圧測定回路１０５により前記定電流Ｉｃを印加した状態で電極１０１ａ，１０１ｂ間に発生した電圧Ｖが測定される。この電圧測定回路１０５は、前記電極１０１ａ，１０１ｂから得られる電圧信号に基づきそれら電極１０１ａ，１０１ｂ間に発生した電圧Ｖを出力する演算増幅器１０６と、この演算増幅器１０６の入力抵抗１０７ａ，１０７ｂと負帰還回路の抵抗１０８とにより構成されている。
【０００６】
このように構成される体内脂肪測定装置１００においては、身体末端間インピーダンスをＺｏとし，電極１０１ａ，１０１ｂと被験者の足皮膚面との接触インピーダンスをそれぞれＲＸ１，ＲＹ１とすると、これらインピーダンスＺｏ，ＲＸ１，ＲＹ１，定電流Ｉｃ，電圧Ｖの間には次式の関係が成り立つ。
（ＲＸ１＋Ｚｏ＋ＲＹ１）・Ｉｃ＝Ｖ
すなわち、Ｚｏ＋ＲＸ１＋ＲＹ２＝Ｖ／Ｉｃ
ここで、接触インピーダンスの値ＲＸ１とＲＹ１との和が身体末端間インピーダンスＺｏに比べて非常に小さいものとする、言い換えればＺｏ＋ＲＸ１＋ＲＹ２≒Ｚｏとすると、身体末端間インピーダンスＺｏを求めるようにしている。
【０００７】
こうして求められた身体末端間インピーダンスＺｏと、予め体内脂肪計測装置１００に入力される被験者の年齢，性別，身長などの個人データとを用いて演算が行われて、体内の脂肪量が出力される。なお、前記身体末端間インピーダンスＺｏは、身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成されたものである。
【０００８】
次に、４端子法を用いた体内脂肪計測装置について説明する。図１０には、この４端子法による体内脂肪測定装置における体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）とその測定原理を説明する回路図（ｂ）とが示されている。この体内脂肪測定装置１１０には、上面に４つの電極１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂが配設されており、被験者が一方の足で電極１１１ａ，１１２ａを踏み、他方の足で電極１１１ｂ，１１２ｂを踏むようにされている。前記電極１１１ａ，１１１ｂは、定電流回路１１３に接続されており、それら電極１１１ａ，１１１ｂを被験者が片足ずつ踏むことにより、前記定電流回路１１３から定電流Ｉｄが被験者に供給される。
【０００９】
一方、前記電極１１２ａ，１１２ｂは、電圧測定回路１１４に接続されており、前記定電流Ｉｄを印加した状態で電極１１２ａ，１１２ｂ間に発生した電圧Ｖが測定される。なお、前記定電流回路１１３は、定電流Ｉｄを出力する演算増幅器１１５と、この演算増幅器１１５から定電流Ｉｄが出力されるように回路を制御する既知値Ｒｓを有する参照抵抗１１６とにより構成されており、一方前記電圧測定回路１１４は、前記電極１１２ａ，１１２ｂから得られる電圧信号に基づき電極１１２ａ，１１２ｂ間に発生した電圧Ｖを出力する演算増幅器１１７と、この演算増幅器１１７の入力抵抗１１８ａ，１１８ｂと、負帰還回路の抵抗１１９とにより構成されている。
【００１０】
このように構成される体内脂肪測定装置１１０においては、測定したい体内組織インピーダンスをＺｉとし、電極１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂと被験者の足皮膚面との接触インピーダンスをそれぞれＲＸ１，ＲＹ１，ＲＸ２，ＲＹ２とすると、前記演算増幅器１１７の入力抵抗１１８ａ，１１８ｂの抵抗値が前記接触インピーダンスＲＸ２，ＲＹ２に比べて十分大きい値に設定されているため、電極１１１ａ，１１１ｂ間に供給される定電流Ｉｄが演算増幅器１１７の方に流れ込むことがなく、また前記接触インピーダンスＲＸ２，ＲＹ２が変化しても演算増幅器１１７の増幅率に影響を与えることがない。したがって、前記電圧測定回路１１４により、体内の仮想交点Ｐ，Ｑ間に発生した電圧、すなわち接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンス分が除かれた体内組織インピーダンスＺｉの両端に発生した電圧Ｖが測定されることになる。こうして得られた電圧Ｖと既知の定電流値Ｉｄを用いて、式Ｚｉ＝Ｖ／Ｉｄを演算することで、接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとに影響されない体内組織インピーダンスＺｉを求めることができる。前記身体末端周辺組織インピーダンスについて、特に組織に関節を含む場合は被験者の体脂肪に関係なく関節部が大きなインピーダンス値を持っているので、測定時には身体末端部周辺の組織インピーダンスは除外して測定する必要がある。
【００１１】
こうして求められた体内組織インピーダンスＺｉと、予め体内脂肪計測装置１１０に入力される被験者の年齢，性別，身長などの個人データとを用いて演算が行われて、体内の脂肪量が出力される。
【００１２】
また、本願発明に関連する先行技術として、特開平７−７９９３８号公報および特表平１０−５１０４５５号公報には、前記４端子法を用いて体内の特に内臓部に属するインピーダンスを測定してそのインピーダンス値を用いて脂肪量を測定する体内脂肪測定装置が提案されている。図１１には、これら先行技術に係る体内脂肪測定装置における内臓部組織インピーダンスＺｊの測定原理図が示されている。
【００１３】
この体内脂肪測定装置１２０においては、被験者の両手両足にそれぞれ１対ずつ密着させる合計８個の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８が設けられており、一方の電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７は定電流回路に接続され、他方の電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８は電圧測定回路に接続されている。なお、これら定電流回路および電圧測定回路は、前述の２端子法および４端子法を用いた体内脂肪測定装置１００，１１０のものと同一構成である。このように構成される体内脂肪測定装置１２０においては、電極Ｅ１と電極Ｅ３との間に電流を印加し電極Ｅ２と電極Ｅ４との間の電圧を測定することで▲１▼Ｚ１＋Ｚ２の値が測定され、同様に電極Ｅ５と電極Ｅ７との間に電流を印加し電極Ｅ６と電極Ｅ８との間の電圧を測定することで▲２▼Ｚ４＋Ｚ５の値が測定され、電極Ｅ３と電極Ｅ７との間に電流を印加し電極Ｅ４と電極Ｅ８の間の電圧を測定することで▲４▼Ｚ２＋Ｚｊ＋Ｚ５の値が測定され、これら測定結果に基づいて式｛▲３▼＋▲４▼−（▲１▼＋▲２▼）｝／２を演算することで内臓部組織インピーダンスＺｊが求められる。この内臓部組織インピーダンスＺｊを用いて脂肪量が演算される。
【００１４】
また、特公平５−４９０５０号（特開昭６２−１６９０２３号）公報には、体内組織インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす身体末端間のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスを被験者の個人データとともに演算して体内脂肪量を求める体内脂肪測定装置が示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の４端子法を用いた体内脂肪測定装置１１０では、被験者の両足間における接触インピーダンスおよび身体末端間に存在する全インピーダンスから身体末端周辺組織部を除いた体内組織部に発生する電圧を測定するようにされているため、電圧測定用の回路すなわち電圧測定用回路１０５，１１３を構成する演算増幅器１０６，１１７，これら演算増幅器１０６，１１７の入力抵抗１０７ａ，１０７ｂ，１１８ａ，１１８ｂおよび負帰還回路の抵抗１０８，１１９が必要となり、装置構成が大掛かりであるとともに、配線，回路数も増えてコストアップが避けられないという問題点がある。
【００１６】
また、前記４端子法を用いた従来の体内脂肪計測装置１１０では、身体の２点間から体内組織インピーダンスＺｉを測定するために、１つの測定点に一対（２つ）の電極（合計、４つの電極）が必要になるとともに、各電極にそれぞれ配線，各種回路が接続されるため、装置構成が大掛かりで、コスト高になってしまうという問題点がある。
【００１７】
一方、前記２端子法を用いた従来の体内脂肪計測装置１００では、接触インピーダンスＲＸ１，ＲＹ１の和が身体末端間インピーダンスＺｏに比べて十分小さいことを前提条件にし、接触インピーダンスＲＸ１，ＲＹ１を含めた身体末端間インピーダンスＺｏを求めるようにされているが、皮膚表面にはその時々で量の異なる水分，その他の付着物が存在していることから、接触インピーダンスＲＸ１，ＲＹ１の値が大・小に変化することになり、安定した正確な身体末端間インピーダンスＺｏを求めるのが困難であるという問題点がある。また、前記身体末端間インピーダンスＺｏには、身体末端部周辺の組織インピーダンスが含まれており、この値は被験者の体内脂肪量に関係なく、大きなインピーダンス値をもつことがある。したがって、身体末端間インピーダンスＺｏを用いて正確な体内脂肪量を測定することができないという問題点がある。
【００１８】
また、前記内臓部組織インピーダンスＺｊを測定する体内脂肪測定装置１２０においては、両手両足にそれぞれ２個ずつ合計８個の電極が必要であるため、配線，回路数も多く装置構成が大掛かりでコスト高であるという問題点がある。また、例えば胴の横断面のインピーダンスを測定する場合は、胴を挟んで対向する多くの電極を配置して、それら対向電極間で電圧を測定することになるが、この場合にも同様に１測定点につき一対の電極が必要となるため、非常に多くの電極を配置するが必要があり、配線，回路数も増えてコストが上がるという問題点がある。
【００１９】
また、前記特公平５−４９０５０号（特開昭６２−１６９０２３号）公報に記載の体内脂肪測定装置では、体内脂肪量に関係なく大きな値をもつ身体末端周辺組織インピーダンスを含めた身体末端間インピーダンスが測定され、その身体末端間インピーダンスを用いて正確な体内脂肪量を測定するのは困難であるという問題点がある。
【００２０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、極めて簡易な構成で、各電極と被験者の皮膚面との間に発生する接触インピーダンスおよび身体末端部の組織インピーダンスを除いた体内組織インピーダンスを測定でき、これによって体内の脂肪量を高い精度で測定できる体内脂肪測定装置を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による体内脂肪測定装置は、身体内の脂肪量を測定する体内脂肪測定装置において、
（ａ）身体表面の複数箇所にそれぞれ１個または複数個接触される電極と、
（ｂ）前記電極に一定の電流または電圧を印加する電源回路と、
（ｃ）前記電源回路に接続する電極をそれら電極間に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが存在するように、またはそれら電極間に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが存在するように切り替えて、前記接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値および接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値をそれぞれ測定するインピーダンス測定手段と、
（ｄ）前記インピーダンス測定手段より得られる測定値に基づいて体内組織インピーダンス値を演算する演算手段と
を備えることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明においては、電極が身体表面の複数箇所にそれぞれ１個または複数個接触され、インピーダンス測定手段によって接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値および接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定される。これら測定値を用いて、前記演算手段により体内組織インピーダンス値のみが演算される。また、被験者の個人データ（年齢，性別，身長など）が予め入力されており、前記演算された体内組織インピーダンス値と前記個人データとを用いて既知の方法にて体内脂肪量（体内脂肪率）が算出される。
【００２３】
本発明によれば、前記電流または電圧を印加する電極の組み合わせを変えてインピーダンス測定を行うことにより、演算にて接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとの影響を完全に除去することができるため、被験者の体内脂肪量を反映した精度の高い体内組織インピーダンス値、更には最終的には体内脂肪量を算出できるという効果を奏する。また、体内に発生する電圧を測定するための電極および電圧測定回路が不要となるため、装置構成を簡易化でき、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００２４】
本発明において、前記電極は、測定したい体内組織インピーダンスを挟む身体表面の一方と他方とにそれぞれ一対ずつ接触されるとともに、それら一方および他方における各対の電極が互いに近接され、前記インピーダンス測定手段によって前記一方または他方における各対の電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値が測定されるとともに、前記一方および他方における各電極のうちの１個ずつに前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により体内組織インピーダンス値が演算されるのが好ましい（請求項２に係る発明）。
【００２５】
本発明によれば、前述と同様に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとの影響を完全に除去することができるため、被験者の体内脂肪量を反映した精度の高い体内組織インピーダンス値を演算できるとともに、装置構成を簡易化できるためコストダウンを図ることができる。
【００２６】
本発明において、前記電極は、測定したい体内組織インピーダンスを挟む身体表面の一方に２個、他方に１個接触されるとともに、前記一方に接触される２個の電極が互いに近接され、前記インピーダンス測定手段によって前記一方における２個の電極に前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値が測定されるとともに、一方の電極のうちの１個と他方の電極とに前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により体内組織インピーダンス値が演算されるのが好ましい（請求項３に係る発明）。
【００２７】
本発明によれば、従来の４端子法を用いた体内脂肪測定装置に比較して必要な電極数を最小限に抑えることができるとともに、接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとの影響を完全に除去して体内組織インピーダンス値を演算できるという効果を奏する。
【００２８】
本発明において、前記電極は、両手両足部周辺表面にそれぞれ１個ずつ接触され、前記インピーダンス測定手段によって一方の手に接触される電極と一方の足に接触される電極とに電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと腕部組織インピーダンスと脚部組織インピーダンスと内臓部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、また両手に接触される電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと腕部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、また両足に接触される電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと脚部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により内臓部組織インピーダンス値が演算されるのが好ましい（請求項４に係る発明）。
【００２９】
本発明によれば、従来８個の電極が必要とされていた内臓部組織インピーダンスの測定を４個の電極で行うことができ、それに伴って配線，回路数を減らすことができるため、装置構成の簡易化およびコストダウンを図ることができる。
【００３０】
本発明においては、さらに体重測定手段を備えるのが好ましい（請求項５に係る発明）。このように、前述のようにして演算される体内組織インピーダンスを用いて体内脂肪量を演算する際に必要とされるデータである体重値を同時に測定可能となり、最終的に得られる体内脂肪量の精度を向上することができるという効果を奏する。
【００３１】
本発明においては、前記体重測定手段による重量変化の過渡現象状態中に体重測定に並行して前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を行うのが好ましい（請求項６に係る発明）。このようにすれば、被験者が電極に身体表面を接触させるようにして装置上に乗り込んだときには体重測定手段は振動的な状態となるが、正確なインピーダンス測定は可能な状態にあるため、正確な重量値が得られるまでにかかる時間を利用してインピーダンス測定を行うことができるので、測定にかかる時間を短縮して、体重値（重量値）と体内脂肪量とを効率よく測定することができるという効果を奏する。
【００３２】
本発明においては、前記体重測定手段による重量値の変動幅が大きく不安定状態にある場合には、前記体重測定手段による体重測定に並行して前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を行うのが好ましい（請求項７に係る発明）。こうすることにより、体重測定手段による重量値の過渡状態が安定するまでの時間を利用して、インピーダンス測定手段によって電極間のインピーダンスの測定を行うことができるため、インピーダンス測定に要するサイクル数が多くても、言い換えればインピーダンス測定のために時間が多くかかっても、体重値（重量値）と同時に体内脂肪量を測定するのに時間的な影響がでることがない。
【００３３】
本発明においては、前記体重測定手段による重量値の変動幅が小さく安定状態にある場合には、前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を中止するのが好ましい（請求項８に係る発明）。通常、重量値が安定する頃には体内組織インピーダンスの演算に必要な測定値の取得は完了しており、重量値が安定した時点で電極間のインピーダンスの測定を中止して前記測定値に基づいて体内組織インピーダンスの演算を行い、体重値と同時に体内脂肪量を出力することができる。このように、重量値が安定するまで電極間のインピーダンスの測定を行い、最新の測定値を用いて体内組織インピーダンスの演算を行うことができるため、最終的に得られる体内脂肪量の精度向上を図ることができる。
【００３４】
本発明においては、前記体重測定手段による重量値の変動幅が小さく安定状態にある場合には、前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を中止して、体重測定のみを行うのが好ましい（請求項９に係る発明）。このように継続的に体重測定を行うことにより、常に重量値が安定状態にあるかまたは不安定状態にあるかを検出することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体内脂肪計測装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
図１（ａ）には、本発明の第１実施例に係る体内脂肪計測装置の体内組織インピーダンス測定回路図が示されている。
【００３７】
本実施例の体内脂肪計測装置１においては、上面に２対（４つ）の電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂが配置されており、これら電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは１対ずつ被験者の両足で踏まれ、電極２Ａ，３Ａがそれぞれ各足のかかと側で踏まれ、電極２Ｂ，３Ｂがそれぞれ各足の足先側で踏まれるようにされている。
【００３８】
図１（ｂ）には、被験者がそれら電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂをそれぞれ踏んだ状態を説明する図が示されている。被験者の両足が各電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂに触れると、それら両足と各電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂとの間にそれぞれ接触インピーダンスＲ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ３Ａ，Ｒ３Ｂが生じる。ここで、両足のかかと側周辺組織インピーダンスをＺ２Ａ，Ｚ３Ａとし、先端側周辺組織インピーダンスをＺ２Ｂ，Ｚ３Ｂとしている。なお、これらかかと側周辺組織インピーダンスおよび先端側周辺組織インピーダンスが、本発明における身体末端周辺組織インピーダンスに相当する。また、体内の脂肪量として測定したい両足間（足の末端部周辺を除く）に存在する体内組織インピーダンスをＺｉと表している。
【００３９】
前記電極２Ｂ，２Ａ，３Ａ，３Ｂは、それぞれアナログスイッチ４（４ａ；４ｂ，４ｃ；４ｄ，４ｅ；４ｆ）を介して定電流回路（本発明における電源回路に相当する）５に接続されている。この定電流回路５は、非反転入力端子から電圧信号ｖが入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器６と、この演算増幅器６の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器６から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗７とにより構成されている。なお、前記参照抵抗７は、前記定電流Ｉを設定する安定な既知の値Ｒｓを有している。
【００４０】
前記電極２Ａ，３Ａ，３Ｂは、それぞれアナログスイッチ４ｃ，４ｅ，４ｆを介して前記演算増幅器６の出力端子に接続されている。また、電極２Ｂ，２Ａ，３Ａは、それぞれアナログスイッチ４ａ，４ｂ，４ｄを介して前記演算増幅器６の反転入力端子に接続されている。さらに、前記演算増幅器６の出力端子は後述する演算制御装置８に接続されており、この演算制御装置８内で前記演算増幅器６からの出力電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）が記憶され、それら出力電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）に基づいて体内組織インピーダンスＺｉが演算される。
【００４１】
図２には、前記演算制御装置８の具体的構成を示すブロック図が示されている。この演算制御装置８は、前記演算増幅器６の出力端子に接続されるとともに、前記演算増幅器６から出力される交流電圧信号（数１０ＫＨｚ）を直流化する整流回路９と、この整流回路９に接続されて直流化された電圧信号を平滑化するローパスフィルタ１０と、このローパスフィルタ１０に接続され、アナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１１と、このＡ／Ｄ変換器１１からのデジタル信号を受けるＩ／Ｏ回路１２とを備え、このＩ／Ｏ回路１２には各種データに基づいて被験者の体内脂肪量を演算するＣＰＵ１３と、被験者の個人データ（年齢，身長，体重，性別）を入力するためのキースイッチ１４と、体内脂肪量（体脂肪率）を表示する表示器１５とが接続されて構成されている。なお、前記ＣＰＵ１３には、各種データを記憶するＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（以下、メモリという。）１６が接続されている。なお、本実施例の演算制御装置８は本発明におけるインピーダンス測定手段に相当し、本実施例のＣＰＵ１３は本発明における演算手段に相当する。
【００４２】
前記ＣＰＵ１３は、前記演算増幅器６から出力される出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、体内組織インピーダンスＺｉを演算するとともに、この演算された体内組織インピーダンスＺｉと前記キースイッチ１４から入力される個人データとに基づいて体内脂肪量（体脂肪率）を演算する。また、前記ＣＰＵ１３は、前記アナログスイッチ４ａ〜４ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御信号をＩ／Ｏ回路１２を通して、前記アナログスイッチ４ａ〜４ｆに出力するように構成されている。
【００４３】
このように構成される体内脂肪測定装置１においては、被験者の両足が前記電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に置かれた状態で、前記ＣＰＵ１３の出力信号により順次アナログスイッチ４ａ〜４ｆが切り替えられて演算増幅器６からの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ４ａ〜４ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ１〜Ｖ４について説明する。
（１）アナログスイッチ４ｅ，４ｂのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ１を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ３Ａ＋Ｚ３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ２Ａ＋Ｒ２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１…式１
（２）アナログスイッチ４ｆ，４ａのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ２を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ３Ｂ＋Ｚ３Ｂ＋Ｚｉ＋Ｚ２Ｂ＋Ｒ２Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ２…式２
（３）アナログスイッチ４ｆ，４ｄのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ３を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ３Ｂ＋Ｚ３Ｂ＋Ｚ３Ａ＋Ｒ３Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ３…式３
（４）アナログスイッチ４ｃ，４ａのみをＯＮ状態にして、演算増幅器６の出力電圧Ｖ４を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ２Ａ＋Ｚ２Ａ＋Ｚ２Ｂ＋Ｒ２Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ４…式４
【００４４】
これら測定された出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、それぞれ一旦演算制御装置８内のメモリ１６に記憶されるとともに、前記ＣＰＵ１３にてそれら測定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を用いて、体内組織インピーダンスＺｉの演算が行われる。すなわち、上記式１〜４を用いて、式１＋式２−（式３＋式４）が演算される。なお、定電流Ｉの値は、Ｉ＝ｖ／Ｒｓで表される。したがって、定電流Ｉの通電ルートが体内を通過する場合と足の裏面の電極間を経由するルートの場合とで殆ど電流が通過する足の末端部の組織内容が変わらないと考えられるので、（式１のＺ３Ａ）≒（式３のＺ３Ａ）、（式２のＺ３Ｂ）≒（式３のＺ３Ｂ）、（式１のＺ２Ａ）≒（式４のＺ２Ａ）、（式２のＺ２Ｂ）≒（式４のＺ２Ｂ）が成り立つとすれば、
２Ｚｉ・Ｉ＝Ｖ１＋Ｖ２−（Ｖ３＋Ｖ４）
故に、
Ｚｉ＝｛Ｖ１＋Ｖ２−（Ｖ３＋Ｖ４）｝／２Ｉ
の如く演算して、接触インピーダンスおよび身体末端間のインピーダンスから身体末端部の組織インピーダンスを除いた体内組織インピーダンスＺｉのみを求めることができる。
【００４５】
続いて、前記ＣＰＵ１３内で前記体内組織インピーダンスＺｉおよび予め入力された個人データに基づいて、既知の演算方法で体内の脂肪量（体脂肪率）が求められる。こうして、得られた体内の脂肪量（体脂肪率）が前記Ｉ／Ｏ回路１２を経て表示器１５に表示され、被験者に伝達される。
【００４６】
本実施例によれば、接触インピーダンスＲ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ３Ａ，Ｒ３Ｂおよび身体末端周辺組織インピーダンスＺ２Ａ，Ｚ３Ａ，Ｚ２Ｂ，Ｚ３Ｂを除いて、安定した正確な体内組織インピーダンスＺｉのみが求められるため、最終的に精度の高い体内の脂肪量（体脂肪率）を測定できるという効果を奏する。
【００４７】
また、本実施例によれば、演算増幅器６の出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて体内組織インピーダンスＺｉが求められるため、従来必要とされている電圧測定回路が不必要となり、装置構成を簡易化することができ、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００４８】
本実施例において、前記演算制御装置８は体内の脂肪量のみを測定可能な構成とされているが、前記ローパスフィルタ１０−Ａ／Ｄ変換器１１間にアナログスイッチ１７ａを設け、このアナログスイッチ１７ａの後段にアナログスイッチ１７ｂを介して体重測定回路（本発明における体重測定手段に相当する。）１８を連結し、体内脂肪量と同時に体重を測定可能な構成にされていてもよい。なお、この場合は、キースイッチ１４により個人データとして体重値を入力する必要がない。
【００４９】
図３には、前記体重測定回路１８を付加した演算制御装置８’内のブロック図が示されている。なお、この体重測定回路１８は、重量センサ（本実施例ではロードセル）１９Ａと、演算増幅器１９Ｂと、体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃとにより構成されている。すなわち、重量センサ１９Ａの出力信号が、演算増幅器１９Ｂで増幅されて、体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃを通って平滑化され、前記Ａ／Ｄ変換器１１，Ｉ／Ｏ回路１２を経てＣＰＵ１３に入力される。なお、前記ＣＰＵ１３には、重量値が安定状態にあると判断するための重量変化量境界値Ｗａ，重量値が不安定状態にあると判断するための重量変化量境界値Ｗｂ（但し、Ｗｂ＞Ｗａに設定する）および体脂肪率を表示するための最低重量値Ｗｃがそれぞれ設定されている。
【００５０】
図４には、前記演算制御装置８’による体脂肪と体重との測定シーケンスの一例を説明する説明図が示されている。この測定シーケンスに基づいて前記演算制御装置８’内のＣＰＵ１３において表示器１５，Ａ／Ｄ変換器１１および各アナログスイッチ１７ａ，１７ｂ，４ａ〜４ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御が行われる。なお、この測定シーケンスは、上段から順に表示器１５に表示される内容、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリング周期、アナログスイッチ１７ｂ，１７ａ，４ａ〜４ｆのＯＮ状態をそれぞれ表している。
【００５１】
図４中符号Ｗ（Ｗ１〜Ｗ９）は、Ａ／Ｄ変換器１１が重量信号をサンプリングしている周期を表している。また、符号Ｉ（Ｉ１〜Ｉ４）は、Ａ／Ｄ変換器１１が前記演算増幅器６からの出力電圧信号（Ｖ１〜Ｖ４）をサンプリングしている周期を表している。
【００５２】
前記重量センサ１９Ａの出力信号（アナログ重量値）は、前記増幅器１９Ｂおよび体重用ローパスフィルタ１９Ｃを経てＡ／Ｄ変換されＩ／Ｏ回路１２へ入力されるが、新たに順次入力される重量値と以前に入力した重量値との差を比較し、重量値の安定判定が並行して行われる。安定判定のための重量データ例として、連続的なある個数分の入力データの平均値同士の比較であっても単一の入力データ同士の比較であってもよいが、最新重量値と１つ前の重量値の差が前記重量変化量境界値Ｗａより小さければ重量値が安定状態であると判定される。また、重量値が前記最低重量値Ｗｃより小さいときは、体重計測をしていないとしてインピーダンス測定すなわち体脂肪測定は行わないとする。
【００５３】
前記各電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に足を置くように、体内脂肪測定装置１上に被験者が乗り込むと、体重負荷によって重量センサ１９Ａから出力される値は大きく変化し、体重も体脂肪量も測定可能な状態と判定される。ここで、前述の安定判別の動作において、最新重量値と１つ前の重量値の差が重量変化量境界値Ｗｂより大きいときは、不安定の状態が判別され、被験者が装置１上に乗り込んだとみなして次のように体重とともに体内組織インピーダンスＺｉの測定が行われる。なお、前述のようにＷｂ＞Ｗａと設定することにより、判定境界点付近の重量値によって測定モードが振動的に変化しないようにされている。また、被験者が装置１上から降りたとき、および装置１上で動いたときも同じく不安定の状態が判別され、体脂肪量の測定のための体内組織インピーダンス測定が作動する。
【００５４】
前記装置１上に被験者が乗り込んで、１回目の前記Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ１に得られた重量値と２回目のサンプリング周期Ｗ２に得られた重量値とを比較して、重量値の変化が重量変化量境界値Ｗｂより大きいとされ、不安定状態が判定された場合、３回目のＡ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ３終了後（Ａ／Ｄ変換動作終了後）にアナログスイッチ４ｅ，４ｂのみをＯＮ状態にして、さらに４回目のＡ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ４終了時に前記アナログスイッチ１７ｂをＯＦＦ状態にするとともにアナログスイッチ１７ａをＯＮ状態にして体内組織インピーダンス測定すなわち体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ１が開始され、前記Ａ／Ｄ変換器１１によって演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ１がＡ／Ｄ変換される。なお、前記Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｉ１の少し手前のタイミングで、前記出力電圧信号Ｖ１をローパスフィルタ１０に入力して信号を平滑化させておき、さらに時間がサンプリング周期Ｉ１に接近したところで、前記アナログスイッチ１７ａをＯＮ状態にして前記信号をＡ／Ｄ変換させることにより安定なインピーダンス信号を演算回路へ取り込むようにしている。また、前記サンプリング周期Ｉ１にて変換された出力電圧信号Ｖ１は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。
【００５５】
続いて、前記サンプリング周期Ｉ１の終了後、再びアナログスイッチ１７ｂがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ａはＯＦＦ状態）にされて体重測定回路１８が前記Ａ／Ｄ変換器１１に接続されるとともに、前記アナログスイッチ４ｆ，４ａのみをＯＮ状態にして、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ２をローパスフィルタ１０に与えて平滑化させておく。一方、前記体重測定回路１８の重量センサ１９Ａからの重量信号が継続的に体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃに入力され、Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ５にＡ／Ｄ変換される。
【００５６】
前記Ａ／Ｄ変換器１１による重量信号のサンプリング周期Ｗ５終了後、前記アナログスイッチ１７ａがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ｂはＯＦＦ状態）にされて体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ２が開始され、前記ローパスフィルタ１０にて平滑化された出力電圧信号Ｖ２がＡ／Ｄ変換される。こうして、前記サンプリング周期Ｉ２にて変換された出力電圧信号Ｖ２は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。
【００５７】
また、前記サンプリング周期Ｉ２の終了後、再びアナログスイッチ１７ｂがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ａはＯＦＦ状態）にされて体重測定回路１８が前記Ａ／Ｄ変換器１１に接続されるとともに、前記アナログスイッチ４ｆ，４ｄのみをＯＮ状態にして、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ３をローパスフィルタ１０に与えて平滑化させておく。一方、前記体重測定回路１８の重量センサ１９Ａからの重量信号が継続的に体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃに入力され、Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ６にＡ／Ｄ変換される。
【００５８】
前記Ａ／Ｄ変換器１１による重量信号のサンプリング周期Ｗ６終了後、前記アナログスイッチ１７ａがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ｂはＯＦＦ状態）にされて体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ３が開始され、前記ローパスフィルタ１０にて平滑にされた出力電圧信号Ｖ３がＡ／Ｄ変換される。こうして、前記サンプリング周期Ｉ３にて変換された出力電圧信号Ｖ３は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。
【００５９】
続いて、前記サンプリング周期Ｉ３の終了後、再びアナログスイッチ１７ｂがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ａはＯＦＦ状態）にされて体重測定回路１８が前記Ａ／Ｄ変換器１１に接続されるとともに、前記アナログスイッチ４ｃ，４ａのみをＯＮ状態にして、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ４をローパスフィルタ１０に与えて平滑させておく。一方、前記体重測定回路１８の重量センサ１９Ａからの重量信号が継続的に体重測定用ローパスフィルタ１９Ｃに入力され、Ａ／Ｄ変換器１１によるサンプリング周期Ｗ７にＡ／Ｄ変換される。
【００６０】
前記Ａ／Ｄ変換器１１による重量信号のサンプリング周期Ｗ７終了後、前記アナログスイッチ１７ａがＯＮ状態（アナログスイッチ１７ｂはＯＦＦ状態）にされて体内組織インピーダンスのサンプリング周期Ｉ４が開始され、前記ローパスフィルタ１０にて平滑された出力電圧信号Ｖ４がＡ／Ｄ変換される。前記サンプリング周期Ｉ４にて変換された出力電圧信号Ｖ４は、Ｉ／Ｏ回路１２を経て前記メモリ１６に記憶される。こうして、体内組織インピーダンスＺｉを演算するに必要な出力電圧（Ｖ１〜Ｖ４）がメモリ１６に記憶される。
【００６１】
また、前記重量信号のサンプリング周期Ｗ５〜Ｗ７の終了後には、それぞれ重量値の安定判定が行われており、前述のように体内組織インピーダンスＺｉを演算するに必要な出力電圧（Ｖ１〜Ｖ４）がメモリ１６に記憶されても、重量値が不安定状態（得られた重量値の変化量が重量変化量境界値Ｗｂより大きい状態）であれば、引き続き前記アナログスイッチ１７ａ，１７ｂを交互に切り替えて重量測定と体内組織インピーダンス測定とが行われる。
【００６２】
前記サンプリング周期Ｉ４終了後に行われた重量信号のサンプリング周期Ｗ８にて得られた重量値とその前のサンプリング周期Ｗ７にて得られた重量値との変化量が重量変化量境界値Ｗｂより大きい状態すなわち重量値が不安定な状態と判定され、再び体内組織インピーダンス測定に切り替えられてインピーダンスのサンプリング周期Ｉ１’が開始される。このサンプリング周期Ｉ１’にて、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ１がＡ／Ｄ変換されて、前記メモリ１６内に記憶されるとともに、先に前記メモリ１６に記憶させている出力電圧信号Ｖ１を更新する。そのサンプリング周期Ｉ１’の終了後に行われた重量信号のサンプリング周期Ｗ９にて得られた重量値と前記サンプリング周期Ｗ８にて得られた重量値との変化量は前記重量変化量境界値Ｗａより小さい状態すなわち重量値が安定状態と判定されたため、体内組織インピーダンス測定が中断される。前記重量値の安定判定が行われると、前記ＣＰＵ１３にてメモリ１６に記憶された出力信号Ｖ１〜Ｖ４を用いて体内組織インピーダンスＺｉが演算されるとともに、この体内組織インピーダンスＺｉと個人データとを用いて体内脂肪量（体脂肪量）が演算される。
【００６３】
このように重量値が安定状態であると判定され、しかも重量値が最低重量値Ｗｃより大きい場合は、一定時間経過まで重量値（体重測定値）が表示器１５に表示され、その一定時間経過後前記ＣＰＵ１３にて演算された体脂肪量（体脂肪率）が表示器１５に表示され、さらに前記一定時間経過後再び重量値が表示器１５に表示される。それ以降は、重量値の安定が判定されている状態が続く限り、前記一定時間経過毎に重量値と体脂肪量との表示が繰り返される。また、重量値の安定が判定されている状態では、継続的に重量値の測定のみが実行され、常に安定判定が実施されている。なお、重量値の安定が判定される前は、過渡状態にある重量値を逐次変化する様子を被験者に知らせる必要があるため、前記サンプリング周期Ｗ１〜Ｗ８に得られた重量値を表示器１５にて表示させている。
【００６４】
また、被験者が装置１上から降りるなどして重量値の不安定状態が判定されると、再び重量値の測定と体内組織インピーダンスの測定とが交互に繰り返されるが、安定状態が判定されても重量値が最低重量値Ｗｃ未満となっているため、前記表示器１５には重量値のみが表示される。一方、被験者が装置１上で動くなどして重量値の不安定状態が判定された場合には、再び安定状態が判定されると重量値は最低重量値Ｗｃより大きいため、前記表示器１５には重量値と体脂肪量とが交互に表示される。
【００６５】
前記測定シーケンスでは、前記演算増幅器６からの出力電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を一通りメモリ１６に記憶させれば、重量値の安定状態が判定された時点で体内組織インピーダンスの測定が中断されているが、安定状態の判定後に未だ一通り（Ｖ１〜Ｖ４）の記憶が完了していない場合は一通りの出力電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を前記メモリ１６に記憶させてから中断させる。
【００６６】
このような測定シーケンスによれば、被験者が装置１上面の電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に足を置いて乗り込んだとき、重量値が振動的な状態から正確な重量値が取得できる安定な状態に至るにはある程度長い時間がかかるが、被験者の足は電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ上に固定されており正確な体内組織インピーダンス測定が可能な状態にあるため、この時間差を利用して体重測定と同時に体内組織インピーダンス測定を実行することができる。したがって、重量値が安定するころには体内組織インピーダンスＺｉを演算可能な状態にされているため、体内組織インピーダンスＺｉの演算に要するサイクル数が多くても、最終的に重量値の測定と体内脂肪量との測定に時間的な影響がでることはない。また、重量値の安定後すなわち重量値の変化量が重量変化量境界値Ｗａ以内の領域に入ると正確な重量値を表示し、できるだけ重量値のちらつきを少なくするための平均演算などのフィルタリング演算にはできるだけ短時間間隔で多くの重量データを必要とするために重量測定のみを毎回実施するようにされている。
【００６７】
次に、第２実施例に係る体内脂肪計測装置２０について説明する。第２実施例の体内脂肪測定装置２０は、体内組織インピーダンス測定回路の構成が異なる以外は、基本的に第１実施例と異なるところがない。したがって、体内組織インピーダンス測定回路２１についてのみ説明し、その他の共通する部分の詳細な説明は省略することとする。
【００６８】
図５（ａ）には、本実施例に係る体内組織インピーダンス測定回路２１の回路図が示されている。この体内脂肪測定装置２０においては、上面に３つの電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａが設けられており、被験者の一方の足で電極２２Ａ，２２Ｂが踏まれ、他方の足で２３Ａが踏まれるようにされており、前記電極２２Ａ，２３Ａがそれぞれかかと側で踏まれ、前記電極２２Ｂが足先側で踏まれるように構成されている。
【００６９】
また、図５（ｂ）には、被験者が電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａをそれぞれ踏んだ状態を説明する図が示されている。被験者の両足と各電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａとの間には、それぞれ接触インピーダンスＲ２２Ａ，Ｒ２２Ｂ，Ｒ２３Ａが生じるとともに、足裏の周辺の身体末端周辺組織インピーダンスＺ２２Ａ，Ｚ２２Ｂ，Ｚ２３Ａが生じている。なお、図において測定したい両足間に存在する体内組織インピーダンスをＺｉと表している。
【００７０】
前記電極２２Ｂ，２２Ａ，２３Ａは、それぞれアナログスイッチ２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）を介して定電流回路２５に接続されている。この定電流回路２５は、第１実施例と同様、非反転入力端子から電圧信号ｖが入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器２６と、この演算増幅器２６の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器２６から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗２７とにより構成されている。なお、前記参照抵抗２７は、前記定電流Ｉを設定する安定な既知の値Ｒｓを有している。
【００７１】
前記電極２２Ａ，２３Ａは、前記アナログスイッチ２４ｂ，２４ｃをそれぞれ介して前記演算増幅器２６の出力端子に接続されており、前記電極２２Ｂは、前記アナログスイッチ２４ａを介して前記演算増幅器２６の反転入力端子に接続されている。また、前記演算増幅器２６の出力端子は、前記演算制御装置８に接続されている。
【００７２】
このように構成されている体内組織インピーダンス測定装置２１を有する体内脂肪測定装置２０においては、被験者の両足が前記電極２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ上に置かれた状態で、前記演算制御装置８のＣＰＵ１３の出力信号により順次アナログスイッチ２４ａ〜２４ｃが切り替えられて演算増幅器２６からの出力電圧Ｖ５，Ｖ６が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ２４ａ〜２４ｃのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ５，Ｖ６について説明する。
（５）アナログスイッチ２４ａ，２４ｃのみをＯＮ状態にして、演算増幅器２６の出力電圧Ｖ５を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ２３Ａ＋Ｚ２３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ２２Ａ＋Ｒ２２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ５…式５
（６）アナログスイッチ２４ａ，２４ｂのみをＯＮ状態にして、演算増幅器２６の出力電圧Ｖ６を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ２２Ａ＋Ｚ２２Ａ＋Ｚ２２Ｂ＋Ｒ２２Ｂ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ６…式６
【００７３】
これら測定された出力電圧Ｖ５，Ｖ６は、それぞれ一旦演算制御装置８内のメモリ１６に記憶されるとともに、前記ＣＰＵ１３にてそれら測定電圧Ｖ５，Ｖ６を用いて体内組織インピーダンスＺｉの演算が行われる。すなわち、上記式５，式６を用いて式５−式６が演算される。なお、前記定電流Ｉは、Ｉ＝ｖ／Ｒｓで表される。したがって、接触インピーダンスＲ２２Ａ≒Ｒ２３Ａが成り立ち、左足と右足とまた電流の通電ルートが体内を経由する場合と足裏の電極間を経由するルートの場合とで殆ど電流が通過する組織内容は変わらないと考えられるので、（式５のＺ２３Ａ）≒（式６のＺ２２Ａ）、（式５のＺ２２Ｂ）≒（式６のＺ２２Ｂ）が成り立つとすれば、
Ｚｉ・Ｉ＝Ｖ５−Ｖ６
故に、
Ｚｉ＝（Ｖ５−Ｖ６）／Ｉ
の如く演算して、体内組織インピーダンスＺｉを求めることができる。
【００７４】
次いで、前記ＣＰＵ１３内で前記体内組織インピーダンスＺｉおよび予め入力された個人データに基づいて、既知の演算方法で体内の脂肪量（体脂肪率）が求められる。こうして、得られた体内の脂肪量（体脂肪率）が前記Ｉ／Ｏ回路１２を経て表示器１５に表示され、被験者に伝達される。
【００７５】
なお、前記体内組織インピーダンスＺｉの誤差要因として、実際に測定したときのＲ２２ＡとＲ２３Ａとの値の差，式５のＺ２３Ａと式６のＺ２２Ａとの値の差および式５のＺ２２Ｂと式６のＺ２２Ｂとの値の差が挙げられるが、前記Ｒ２２ＡとＲ２３Ａとについては電極２２Ａ，２３Ａを大きくすること、前記Ｚ２３ＡとＺ２２Ａ、Ｚ２２ＢとＺ２２Ｂについてそれぞれの値および値の差は、殆ど通電ルートが変わらないことを考えると、その差は知りたい身体内のインピーダンスに比べて小さく、実用上無視できると考えられる。したがって、前述のように演算することにより、接触インピーダンスおよび身体末端周辺組織インピーダンスの影響のない体内組織インピーダンスを求めることができる。
【００７６】
本実施例によれば、第１実施例とほぼ同等の効果を得ることができるとともに、測定時の短時間の測定対象とする体表面の条件はほぼ同じと考えられるので、各箇所の接触インピーダンスの値および身体末端周辺組織インピーダンスの値がそれぞれ等しいとみなし、代表的な１箇所のみに１対の電極２２Ａ，２２Ｂを設け、他の箇所は１箇所につき１つずつの電極２３Ａを配置することで、体内のインピーダンス測定が可能となるので、電極数を削減でき、それに伴って装置構成をより簡略化でき、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００７７】
また、本実施例を用いて、例えば胴の横断面のインピーダンス測定に適用する際には、電極数の削減にともない電極装着の手間を省略することも可能となる。すなわち、１対の電極が用いられている箇所にて前記式６で表す測定を行い、他のｎ個の箇所にて式５で表す測定を行う。各箇所の接触インピーダンスおよび身体末端周辺組織インピーダンスが等しいとすれば、各箇所での測定により得られた式５から式６を引くことにより、ｎ箇所のインピーダンスを求めることができる。
【００７８】
次に、第３実施例に係る体内脂肪測定装置３０について説明する。本実施例の体内脂肪測定装置３０は、体内組織インピーダンス測定回路の構成が異なる以外は、基本的に第１実施例と異なるところがない。したがって、体内組織インピーダンス測定回路３１についてのみ説明し、その他の共通する部分の詳細な説明は省略することとする。図６には、本実施例に係る体内組織インピーダンス測定回路３１の回路図が示されている。
【００７９】
本実施例の体内脂肪測定装置３０においては、上面に３つの電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａが設けられており、被験者の一方の足で前記電極３２Ａ，３２Ｂが踏まれ、他方の足で３３Ａが踏まれるようにされており、前記電極３２Ａ，３３Ａはそれぞれかかと側で踏まれ、前記電極３２Ｂが足先側で踏まれるように構成されている。
【００８０】
また、被験者の両足と各電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａとの間には、それぞれ接触インピーダンスＲ３２Ａ，Ｒ３２Ｂ，Ｒ３３Ａが生じるとともに、足裏の周辺に多く存在する身体末端周辺組織インピーダンスＺ３２Ａ，Ｚ３２Ｂ，Ｚ３３Ａが生じている。なお、図６において測定したい両足間に存在する体内組織インピーダンスをＺｉと表している。
【００８１】
前記電極３２Ａ，３３Ａは、それぞれアナログスイッチ３４ｂ，３４ｃを介して一定電圧Ｖを供給する電圧源（本発明における電源回路に相当する。）３５に接続されており、前記電極３２Ｂはアナログスイッチ３４ａを介して演算増幅器３６の非反転端子に連結される参照抵抗（Ｒｓ）３７に接続されている。また、前記演算増幅器３６の出力端子は、演算制御装置８に接続されている。
【００８２】
このように構成される体内組織インピーダンス測定回路３１を備える体内脂肪計測装置３０においては、被験者の両足が前記電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ上に置かれた状態で、前記演算制御装置８のＣＰＵ１３の出力信号により順次アナログスイッチ３４ａ〜３４ｃが切り替えられて演算増幅器３６からの出力信号が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ３４ａ〜３４ｃのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ５，Ｖ６について説明する。
（７）アナログスイッチ３４ａ，３４ｃのみをＯＮ状態にする。このとき、回路に流れる電流をＩａ，参照抵抗３７の両端に発生する電圧をＶａとすると、次式が成り立つ。
（Ｒ３３Ａ＋Ｚ３３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉａ＝Ｖ
ここで、Ｉａ＝Ｖａ／Ｒｓ
より、上記式は次式のように書き換えられる。
Ｒ３３Ａ＋Ｚ３３Ａ＋Ｚｉ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＝（Ｖ−Ｖａ）／Ｉａ＝｛（Ｖ−Ｖａ）／Ｖａ｝・Ｒｓ＝Ｌ１…式７
（８）アナログスイッチ３４ａ，３４ｂのみをＯＮ状態にする。このとき、回路に流れる電流をＩｂ，参照抵抗３７の両端に発生する電圧をＶｂとすると、次式が成り立つ。
（Ｒ３２Ｂ＋Ｚ３２Ｂ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＋Ｒｓ）・Ｉｂ＝Ｖ
ここでＩｂ＝Ｖｂ／Ｒｓ
より、上記式は次式のように書き換えられる。
Ｒ３２Ｂ＋Ｚ３２Ｂ＋Ｚ３２Ａ＋Ｒ３２Ａ＝（Ｖ−Ｖｂ）／Ｉｂ＝｛（Ｖ−Ｖｂ）／Ｖｂ｝・Ｒｓ＝Ｌ２…式８
【００８３】
前述と同様に接触インピーダンスＲ３２Ａ≒Ｒ３３Ａが成り立ち、左足と右足とで、また電流の通電ルートが体内を経由する場合と足裏の電極間を経由するルートの場合とで、殆ど電流が通過する組織内容は変わらないと考えられるので、（式７のＺ３３Ａ）≒（式８のＺ３２Ａ）、（式７のＺ３２Ｂ）≒（式８のＺ３２Ｂ）が成り立つとすれば、式７−式８が演算されて、体内組織インピーダンスＺｉは、Ｚｉ＝Ｌ１−Ｌ２の如く求めることができる。
【００８４】
本実施例によれば、前述と略同等の効果を得ることができる。さらに、例えば、接触インピーダンスが高いなど、第１および第２実施例の定電流回路を構成する演算増幅器が飽和してしまい適用できない場合に特に有効である。
【００８５】
本実施例においては、３つの電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａが設けられて、それら電極が体内組織インピーダンス測定回路３１に連結されて構成されているが、これに限らず、４つの電極が設けられ、それら電極がそれぞれ６つのアナログスイッチを介して定電圧が印加される体内組織インピーダンス測定回路に連結されていてもよい。この場合のアナログスイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御は、前記第１実施例と略同様であり、この場合にも、前記式７，式８に基づいて体内組織インピーダンスＺｉを演算することができる。
【００８６】
次に、第４実施例の体内脂肪測定装置４０について説明する。図７には、本実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織（内臓部組織）インピーダンス測定回路図（ａ）および体内の組織インピーダンスを説明する説明図（ｂ）が示されている。本実施例の体内脂肪測定装置４０は、被験者の両足をそれぞれ上に乗せる電極４１Ａ，４１Ｂと、被験者の両手にそれぞれ把握される電極４１Ｃ，４１Ｄを備えており、前記電極４１Ｄ，４１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂは、それぞれアナログスイッチ４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ）を介して前記第１実施例と同一構成の定電流回路４４に接続されている。この定電流回路４４を構成する演算増幅器４５の出力端子は演算制御装置８にされている。なお、この演算制御装置８は、第１実施例と同一構成であるため同一符号を用いて説明するに留めてその詳細な説明を省略する。
【００８７】
前記電極４１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂは、それぞれアナログスイッチ４３ｃ，４３ｅ，４３ｆを介して前記演算増幅器４５の出力端子に接続されている。また、前記電極４１Ｄ，４１Ｃ，４１Ａは、それぞれアナログスイッチ４３ａ，４３ｂ，４３ｄを介して前記演算増幅器４５の反転入力端子に接続されている。また、前記演算増幅器４５の反転出力端子は、この演算増幅器４５から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗４６に接続されている。なお、前記参照抵抗４６は、前記定電流Ｉを設定する安定な既知の値Ｒｓを有している。
【００８８】
次に、被験者の体内組織インピーダンスについて説明する。本実施例においては、前記電極４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄがそれぞれ被験者の両手両足に接触するようにされるため、前記被験者の両手両足と各電極４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄとの間には、それぞれ接触インピーダンスＲ４１Ａ，Ｒ４１Ｂ，Ｒ４１Ｃ，Ｒ４１Ｄが生じるとともに、右足，左足，右腕，左腕の各身体組織インピーダンスＺ４１Ａ，Ｚ４１Ｂ，Ｚ４１Ｃ，Ｚ４１Ｄが生じている。ここで、図において測定したい内臓部の組織インピーダンスすなわち内臓部組織インピーダンスをＺｊで表している。
【００８９】
このように構成される体内脂肪測定装置４０においては、被験者の右足および左足がそれぞれ前記電極４１Ａ，４１Ｂ上に置かれるとともに、前記電極４１Ｃ，４１Ｄがそれぞれ右手および左手で把持された状態で、前記ＣＰＵ１３によるアナログスイッチ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御により順次切り替えられて演算増幅器４５からの出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２が演算制御装置８に入力される。以下に、アナログスイッチ４３ａ〜４３ｆのＯＮ・ＯＦＦ制御および出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２について説明する。
（９）アナログスイッチ４３ｂ，４３ｅのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ９を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ａ＋Ｚ４１Ａ＋Ｚｊ＋Ｚ４１Ｃ＋Ｒ４１Ｃ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ９…式９
（１０）アナログスイッチ４３ａ，４３ｆのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ１０を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ｂ＋Ｚ４１Ｂ＋Ｚｊ＋Ｚ４１Ｄ＋Ｒ４１Ｄ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１０…式１０
（１１）アナログスイッチ４３ａ，４３ｃのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ１１を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ｃ＋Ｚ４１Ｃ＋Ｚ４１Ｄ＋Ｒ４１Ｄ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１１…式１１
（１２）アナログスイッチ４３ｄ，４３ｆのみをＯＮ状態にして、演算増幅器４５の出力電圧Ｖ１２を測定することによって、次式が得られる。
（Ｒ４１Ｂ＋Ｚ４１Ｂ＋Ｚ４１Ａ＋Ｒ４１Ａ＋Ｒｓ）・Ｉ＝Ｖ１２…式１２
【００９０】
これら測定された出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２は、それぞれ一旦演算制御装置８内のメモリ１６に記憶されるとともに、前記ＣＰＵ１３にてそれら測定電圧Ｖ９〜Ｖ１１を用いて、内臓部組織インピーダンスＺｊの演算が行われる。すなわち、上記式９〜式１２を用いて、式９＋式１０−｛式１１＋式１２｝が演算されると、接触インピーダンスがキャンセルされて、次式が成り立つ。
２Ｚｊ・Ｉ＝Ｖ９＋Ｖ１０−（Ｖ１１＋Ｖ１２）
故に
Ｚｊ＝｛Ｖ９＋Ｖ１０−（Ｖ１１＋Ｖ１２）／２Ｉ
として、内臓部組織インピーダンスＺｊが求められる。なお、定電流値Ｉは、Ｉ＝ｖ／Ｒｓで表される。
【００９１】
続いて、前記ＣＰＵ１３内で前記内臓部組織インピーダンスＺｊおよび予め入力された個人データに基づいて既知の演算方法で内臓部の脂肪量が求められる。こうして測定された内臓部の脂肪量は、前記Ｉ／Ｏ回路１２を経て表示器１５に表示され被験者に伝達される。
【００９２】
本実施例によれば、両手両足の４つの測定箇所にそれぞれ１つずつの電極を配置させることにより、接触インピーダンスおよび第１実施例に比べて手足全体を含む身体末端周辺組織インピーダンスを除いた内臓部組織インピーダンスを測定でき、安定した正確な内臓部の脂肪量を計測することができる。したがって、内臓部組織インピーダンス測定に必要な電極数を削減でき、それに伴って配線，回路数を減少させることができるため、装置構成を簡易にできるという効果を奏する。また、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
本実施例においては、アナログスイッチの切り替えによる４回の測定（出力電圧Ｖ９〜Ｖ１２）に基づいて内臓部組織インピーダンスＺｊが演算されているが、左右の手の接触インピーダンスＲ４１Ｃ，Ｒ４１Ｄおよび左右の腕の組織インピーダンスＺ４１Ｃ，Ｚ４１Ｄがそれぞれ等しく、また左右の足の接触インピーダンスＲ４１Ａ，Ｒ４１Ｂおよび左右の足の組織インピーダンスＺ４１Ａ，Ｚ４１Ｂがそれぞれ等しいとすると、
式１１は、２・（Ｒ４１Ｃ＋Ｚ４１Ｃ）＝（Ｖ１１−Ｒｓ・Ｉ）／Ｉ…式１１’
式１２は、２・（Ｒ４１Ａ＋Ｚ４１Ａ）＝（Ｖ１２−Ｒｓ・Ｉ）／Ｉ…式１２’
となるから、内臓部組織インピーダンスＺｊ＝式９−｛式１１’＋式１２’｝／２により、アナログスイッチの切り替えによる３回の測定（出力電圧Ｖ９，Ｖ１１，Ｖ１２）に基づいて演算することができる。また、例えばアナログスイッチ４３ｆ，４３ｂのみをＯＮ状態にして、被験者の身体を斜めに電流を通して内臓部組織インピーダンスＺｊを求めることも可能である。
【００９４】
また、本実施例においては、演算制御装置８内に第１実施例と同様に体重測定回路１８を切り替え可能に備え、内臓脂肪量の測定と同時に体重測定が行えるように構成されていてもよい。この場合は、第１実施例の測定シーケンスを適用させて、重量値が安定状態に至るまでの時間を用いて内臓部組織インピーダンスＺｊを測定することも可能である。
【００９５】
前記各実施例においては、体重信号（重量信号）とインピーダンス信号（出力電圧信号Ｖ１〜Ｖ４）がそれぞれ同一のＡ／Ｄ変換器１１にてデジタル化されているが、これに限らず、例えば体内組織インピーダンス測定回路用Ａ／Ｄ変換器と体重測定回路用Ａ／Ｄ変換器とを設け、それぞれのＡ／Ｄ変換器を用いて各信号をデジタル化するようにしてもよい。
【００９６】
前記各実施例においては、体重値（重量値）と体内脂肪量（体脂肪率）とが１つの表示器１５に一定時間毎に交互に表示するようにされているが、これに限らず、体重値と体内脂肪量とを互いに異なる表示器にそれぞれ表示させてもよく、１つの表示器にキースイッチにて選択して表示させるようにしてもよい。
【００９７】
前記第１〜第３実施例においては、電極を両足裏に接触させて体内組織インピーダンスＺｉを測定することを説明したが、図８に示されるように電極（２Ａ’，２Ｂ’，３Ａ’，３Ｂ’）を両手指間に接触させても同様にして体内インピーダンスＺｉのみを測定することが可能である。また、この場合は、測定経路に大きいインピーダンス値を有する関節を多く含むが身体末端組織インピーダンスが除去されるため、体内脂肪量を高い精度で得られるという効果を奏する。
【００９８】
前記第１〜第３実施例において、体重測定用回路１８を備える場合は、前記各電極を体重測定面に設けるのが好ましく、一部の電極を手や指に触れることのできる部分または握ることのできる部分に設け、残りの電極を体重測定面に設けてもよい。一方、体重測定用回路１８を備えない場合や体重測定部と体脂肪測定部とが分離される場合には、前記各電極を手や指に触れることのできる部分または握ることのできる部分に設けてもよく、一部の電極を手や指に触れることのできる部分または握ることのできる部分に設け、残りの電極を体重測定面に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る体内脂肪計測装置の体内組織インピーダンス測定回路図（ａ）および被験者が電極を踏んだ状態を説明する図（ｂ）である。
【図２】図２は、第１実施例における演算制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、体重測定回路を付加した演算制御装置のブロック図である。
【図４】図４は、体脂肪と体重との測定シーケンスの一例を説明する説明図である。
【図５】図５は、第２実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織インピーダンス測定回路図（ａ）および被験者が電極を踏んだ状態を説明する説明図（ｂ）である。
【図６】図６は、第３実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織インピーダンス測定回路図である。
【図７】図７は、第４実施例に係る体内脂肪測定装置の体内組織インピーダンス測定回路図（ａ）および体内の組織インピーダンスを説明する説明図（ｂ）である。
【図８】図８は、第１〜第３実施例の別態様を説明する説明図である。
【図９】図９は、従来の体内脂肪測定装置おける体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）およびその測定原理を説明する回路図（ｂ）である。
【図１０】図１０は、従来の体内脂肪測定装置おける体内組織インピーダンスの測定原理図（ａ）およびその測定原理を説明する回路図（ｂ）である。
【図１１】図１１は、従来の体内脂肪測定装置における内臓部組織インピーダンスの測定原理図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０ 体内脂肪測定装置
２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ 電極
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ アナログスイッチ
５，２５，４４ 定電流回路（電源回路）
６，２６，３６，４５ 演算増幅器
７，２７，３７，４６ 参照抵抗
８ 演算制御装置（インピーダンス測定手段）
９ 整流回路
１０ ローパスフィルタ
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ Ｉ／Ｏ回路
１３ ＣＰＵ（演算手段）
１４ キースイッチ
１５ 表示器
１６ ＲＯＭ／ＲＡＭメモリ
１７ａ，１７ｂ アナログスイッチ
１８ 体重測定回路（体重測定手段）
１９Ａ 重量センサ
１９Ｂ 演算増幅器
１９Ｃ 体重測定用ローパスフィルタ
２１，３１ 体内組織インピーダンス測定回路
２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ 電極
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ アナログスイッチ
３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ 電極
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ アナログスイッチ
３５ 電圧源（電源回路）
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ 電極
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ アナログスイッチ
Claims (9)
- 身体内の脂肪量を測定する体内脂肪測定装置において、
（ａ）身体表面の複数箇所にそれぞれ１個または複数個接触される電極と、
（ｂ）前記電極に一定の電流または電圧を印加する電源回路と、
（ｃ）前記電源回路に接続する電極をそれら電極間に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが存在するように、またはそれら電極間に接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが存在するように切り替えて、前記接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値および接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値をそれぞれ測定するインピーダンス測定手段と、
（ｄ）前記インピーダンス測定手段より得られる測定値に基づいて体内組織インピーダンス値を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする体内脂肪測定装置。 - 前記電極は、測定したい体内組織インピーダンスを挟む身体表面の一方と他方とにそれぞれ一対ずつ接触されるとともに、それら一方および他方における各対の電極が互いに近接され、前記インピーダンス測定手段によって前記一方または他方における各対の電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値が測定されるとともに、前記一方および他方における各電極のうちの１個ずつに前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により体内組織インピーダンス値が演算される請求項１に記載の体内脂肪測定装置。
- 前記電極は、測定したい体内組織インピーダンスを挟む身体表面の一方に２個、他方に１個接触されるとともに、前記一方に接触される２個の電極が互いに近接され、前記インピーダンス測定手段によって前記一方における２個の電極に前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスとが合成をなす値が測定されるとともに、一方の電極のうちの１個と他方の電極とに前記電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと身体末端周辺組織インピーダンスと体内組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により体内組織インピーダンス値が演算される請求項１に記載の体内脂肪測定装置。
- 前記電極は、両手両足部周辺表面にそれぞれ１個ずつ接触され、前記インピーダンス測定手段によって一方の手に接触される電極と一方の足に接触される電極とに電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと腕部組織インピーダンスと脚部組織インピーダンスと内臓部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、また両手に接触される電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと腕部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、また両足に接触される電極に電源回路が接続されてそれら電極間の接触インピーダンスと脚部組織インピーダンスとが合成をなす値が測定され、それら測定値に基づいて前記演算手段により内臓部組織インピーダンス値が演算される請求項１に記載の体内脂肪測定装置。
- さらに、体重測定手段を備える請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の体内脂肪測定装置。
- 前記体重測定手段による重量変化の過渡現象状態中に体重測定に並行して前記インピーダンス測定手段によるインピーダンスの測定を行う請求項５に記載の体内脂肪測定装置。
- 前記体重測定手段による重量値の変動幅が大きく不安定状態にある場合には、前記体重測定手段による体重測定に並行して前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を行う請求項５または６に記載の体内脂肪測定装置。
- 前記体重測定手段による重量値の変動幅が小さく安定状態にある場合には、前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を中止する請求項５または６に記載の体内脂肪測定装置。
- さらに、前記体重測定手段による重量値の変動幅が小さく安定状態にある場合には、前記インピーダンス測定手段による電極間のインピーダンスの測定を中止して、体重測定のみを行う請求項８に記載の体内脂肪測定装置。
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