JP4566310B2 - 体内脂肪量測定装置 - 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】
従来、体内脂肪量を正確に測定する方法として、水中での体重の測定値から体密度を算出し脂肪量を推測する水中体重秤量法がある。しかしながら、この水中体重秤量法は設備が大掛かりであるとともに被験者への負担が大きいため、最近では被験者の両手間もしくは両足間に電流を印加し、それら両手間もしくは両足間に存在する身体内インピーダンス値を測定し、この測定された身体内インピーダンス値と身長および体重から推定式
体密度＝ａ−ｋ・体重・インピーダンス／身長２……（式１）
（但し、ａ，ｋは水中体重秤量法で得た値との相関により得られる定数）
を用いて、体内脂肪量を測定する方法が採られている。
【０００３】
ここで、身体内インピーダンス値の測定部位が両手の間である場合と、両足の間である場合とで、前記式１で用いられる係数ａ，ｋの値はそれぞれ異なるにしても身体内インピーダンス値に大きく影響を与える胴の部分に関して、体密度と求められた身体内インピーダンス値の関係がうまく対応するには、個人別インピーダンス値と実際の胴体内の脂肪、筋肉などの組織分布の関係が個人別にばらつかずできる限り一様であることが望ましい。
【０００４】
この身体内インピーダンス値を用いる方法により体内脂肪量を測定する体内脂肪量測定装置としては、例えば特開昭６２−１６９０２３号公報において、体重計の表面に両足をそれぞれ接触させる足用電極を配置し、体重値を測定するとともに両足間に電流を印加して身体内インピーダンス値を測定して、それら体重値および身体内インピーダンス値を用いて体内脂肪量を算出する装置が提案されている。
【０００５】
また、特開平１１−１１３８７２号公報には、体重値を測定する体重測定部（第１測定部）と、両手に接触される電極を備えて両手間のインピーダンス値を測定する身体内インピーダンス測定部（第２測定部）とをケーブルで接続してなる体内脂肪測定装置が提案されている。この体内脂肪測定装置においては、前記体重測定部で測定された体重値が前記ケーブルを経て身体内インピーダンス測定部に伝達され、その身体内インピーダンス測定部では両手間に電流を印加して身体内インピーダンス値を測定し、この測定された身体内インピーダンス値と前記体重値とを用いて体内脂肪量が算出される。
【０００６】
さらに、特開平１１−１２８１９７号公報には、体重値を測定する体重測定部（第１測定部）と、この体重測定部に脱着可能に装着され、両手にそれぞれ接触させる手用電極および前記体重値を取り入れる無線通信部を備えるバー上の身体内インピーダンス測定部（第２測定部）とからなる体内脂肪測定装置が提案されている。この体内脂肪測定装置は、未使用時または体重単独測定時には前記身体内インピーダンス測定部を体重測定部に装着させた状態にされており、体脂肪測定時には前記身体内インピーダンス測定部がその体重測定部から離脱させた状態で用いられる。すなわち、体脂肪測定を行う際には、被験者が前記身体内インピーダンス測定部を両手で握持した状態で体重測定部上に乗ることにより、前記体重測定部にて体重値が測定され、前記身体内インピーダンス測定部にて両手間に電流を印加して身体内インピーダンス値が測定された後、前記身体内インピーダンス測定部が体重測定部より無線通信にて体重値を取り込み、その体重値と前記身体内インピーダンス値とを用いて体脂肪量を算出し、表示するようにされている。なお、被験者に身体内インピーダンス測定部を握持させる際には、前記身体内インピーダンス測定部の体重値を読み取る受光部と、前記体重測定部の体重値を送信する発光部とを対向配置させる必要がある。
【０００７】
なお、本発明に関連する先行技術として、特表平１０−５１０４５５号公報には、両手にそれぞれ２つずつ接触される電極を備える手用測定器（第１測定部）と両足にそれぞれ２つずつ接触される電極を備える足用測定器（第２測定部）とからなり、これら手用測定器と足用測定器とを導線により接続して構成される体内脂肪測定装置が提案されている。この体内脂肪測定装置は、右手−左手間に電流を流して右手−右足間の電圧を測定して右腕のインピーダンスを求め、右手−左手間に電流を流して左手−左足間の電圧を測定して左腕のインピーダンスを求め、左手−左足間に電流を流して右手−右足間の電圧を測定して胴部のインピーダンスを求め、右足−左足間に電流を流して右手−右足間の電圧を測定して右足のインピーダンスを求め、右足−左足間に電流を流して左手−左足間の電圧を測定して左足のインピーダンスを求め、こうして得られた身体各部位のインピーダンスを用いて体内脂肪量を求めるようにされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に記載の体内脂肪量測定装置においては、両手間あるいは両足間のいずれか一方に定電流を印加して身体内インピーダンス値を測定するようにされているため、被験者の胴体内脂肪分布によって同じ体脂肪量の人でも身体内インピーダンス値にばらつきが生じてしまう、すなわち脂肪含有量の大小の違いが大きい組織の分布箇所と測定位置によって胴部分のインピーダンス推定値に大きく影響を及ぼしてしまう。したがって、全身体内脂肪量を測定するに際して、両手間で測定する場合と両足間で測定する場合とでは異なった身体内インピーダンス値が測定され、正確な体内脂肪量が算出されないという問題点がある。
【０００９】
図９（ａ）には、身体の組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図が示されている。図中、Ｒａは右腕，Ｒｂは左腕，Ｒｃは右足，Ｒｄは左足の等価インピーダンス片を表し、ｒ１、ｒ２、・・・・ｒｎは胴体横方向等価インピーダンス片、ｒ１，１、ｒ１，２、・・・・ｒｎ−１，１、ｒｎ−１，２は胴体縦方向等価インピーダンス片とする。
【００１０】
前記体密度、特に胴体部の密度と胴体内組織とインピーダンスとの関係において、脂肪や筋肉組織内容とインピーダンスの値との関係は対応しており、これら組織片の集合すなわちインピーダンス片の集合で胴体が成り立っているので、胴体の密度は、これらのインピーダンス片の集合値を求めることができれば、そのインピーダンス片の集合値と体密度とが最もよく対応するものと考えられる。
【００１１】
すなわち、胴体内総合インピーダンス値Ｒｅとして、
Ｒｅ＝ｒ１＋ｒ２＋…＋ｒｎ＋ｒ１，１＋ｒ１，２＋…＋ｒｎ−１，２ ……（式２）
を求めることができれば、これに両手足のインピーダンス値を加え、身体内インピーダンス値Ｒとして
Ｒ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｅ＋Ｒｃ＋Ｒｄ……（式３）
を求めることができ、この身体内インピーダンス値Ｒを前記式１に用いれば、身体組織内容を最も正確に反映させた体密度を求めることができる。
【００１２】
しかし、前記式２に表されるような胴体内総合インピーダンス値Ｒｅを求める方法がないため、前記各公報に記載の体内脂肪量測定装置では両手（ＡＢ）間または両足（ＣＤ）間に定電流を印加し、両手（ＡＢ）間または両足（ＣＤ）間に存在するインピーダンスを電流付加方向の合成インピーダンスとして得ることで、この値を胴体内総合インピーダンスとし、両手または両足のインピーダンスを加えることで身体内インピーダンスとして式１に代入して体密度を求めるようにしている。
【００１３】
ここで、両足（ＣＤ）間に定電流を流す場合はＰＱ間のインピーダンス値Ｒｘを式２で表すことはできないが、前記インピーダンス片に対応する胴体内組織片が各被験者の体質によって脂肪含有量が一様に異なるのであれば、胴体内総合インピーダンス値Ｒｅ≠ＰＱ間インピーダンス値Ｒｘであっても胴体内総合インピーダンス値Ｒｅ∝ＰＱ間のインピーダンス値Ｒｘの関係が保たれるので、予め定めた式１の係数を用いることで脂肪含有量に対応して異なる体密度を導くことができる。
【００１４】
しかし、胴体内で全ての組織片のインピーダンス値を合計したときにその合計値が等しい被験者同士であっても、胴体上部に脂肪の多い人、胴体下部に脂肪の多い人など個人個人で様々であり、異なった性質の組織の分布から個人は成り立っているものと考えられる。
【００１５】
図９（ｂ）には、被験者の胴体内インピーダンス分布を表す一例が示されている。例えば、胴体上部のインピーダンスｒ１’と胴体下部のインピーダンスｒ２’とが等しくｒ１’＝ｒ２’＝５ｒの場合、胴体内総合インピーダンスＲｅは、
Ｒｅ＝２６ｒ……（式４）
と表される。前記各公報の体内脂肪測定装置では両手（ＡＢ）間または両足（ＣＤ）間に定電流を流してインピーダンスを測定するのであれば、胴体内総合インピーダンスとして前記式２を直接使用して値を求めることは出来ず、Ｐ’Ｑ’間の合成インピーダンスＲｐが得られる。Ｒｐを計算すると、
Ｒｐ＝２６６５／１１２８・ｒ＝２．３６３ｒ……（式５）
となる。したがって、個人によってｒの値は異なるが任意のｒに対して常に前記式２によるインピーダンスと前記合成インピーダンスの間に常に
２６ｒ／２．３６３ｒ＝１１＝一定……（式６）
が成り立てば、最初に実験で求めた係数を使用して正確な個人別の体密度を求めることができる。
【００１６】
一方、前記胴体上部のインピーダンスｒ１’と胴体下部のインピーダンスｒ２’とが異なり、胴体内総合インピーダンスＲｅが等しい被験者、すなわち▲１▼ｒ１’＝３ｒ，ｒ２’＝５ｒの如き分布の被験者と▲２▼ｒ１’＝５ｒ，ｒ２’＝３ｒの如き分布の被験者とを比較する。
【００１７】
この両者に対して両足（ＣＤ）間に定電流を流して体密度を求めようとすると、▲１▼の被験者のＰ’Ｑ’間合成インピーダンスＲｐ１は、Ｒｐ１＝２．３３１ｒであるのに対して、▲２▼の被験者のＰ’Ｑ’間合成インピーダンスＲｐ２は、Ｒｐ２＝１．７９１ｒとなる。したがって、定電流入力点Ｐ’，Ｑ’に近い場所の組織インピーダンスが低いときはその影響が大きく合成インピーダンスに現れ、逆にＰ’，Ｑ’から遠いところの組織インピーダンスは低くても影響が少ないことが明らかである。また、それぞれの体密度を表す身体内インピーダンスとの比率は、▲１▼の被験者は、Ｒｅ／Ｒｐ１＝２４ｒ／２．３３１ｒ＝１０．２９６、▲２▼の被験者は、Ｒｅ／Ｒｐ２＝２４ｒ／１．７９７ｒ＝１３．３５６
となり、両者共に前記式６の一定値１１からはずれるので体密度を正確に求められないのが明らかである。すなわち、▲１▼の被験者の測定時に得られる胴体内総合インピーダンスは２．３３１ｒ×１１＝２５．６４１ｒとなり、▲２▼の被験者の測定時に得られる胴体内総合インピーダンスは１．７９７ｒ×１１＝１９．７６７ｒとなり、▲１▼の被験者の測定時に得られた結果は実際値２４ｒに近いが▲２▼の被験者の測定時に得られた結果は実際値２４ｒにほど遠い。
【００１８】
このように、同じ全身体脂肪量の人同士でも、腕と足とで大きく脂肪量が異なれば、両手間または両足間で測定することによる各被験者の全身体脂肪量の結果が大きく異なってしまい、被験者の胴体内脂肪分布に影響して正確な体内脂肪量を測定することが困難であるという問題点が明らかである。
【００１９】
また、本発明に関連する先行技術として挙げた特表平１０−５１０４５５号公報に記載の体内脂肪測定装置では、電流を流す電極と電圧を測定する電極とをそれぞれ選択して身体各部位のインピーダンスを１つずつ求めるようにされているため、体内脂肪量が求められるまでに時間がかかるとともに、その装置構成が大掛かりであるいう問題点がある。
【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、非常に簡易な構成で体脂肪分布に関わらず全身の体内脂肪量を正確に求めることができ、場合によっては心拍数や歩行数等の種々の健康に関わる身体データの測定機能を持たせることのできる体内脂肪量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、第１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量測定装置において、
（ａ）被験者の少なくとも両足間への通電によりその両足間に存在する身体内インピーダンス値を得る第１測定部と、
（ｂ）被験者の少なくとも両手間への通電によりその両手間に存在する身体内インピーダンス値を得る第２測定部と、
（ｃ）前記第１測定部によって得られた身体内インピーダンス値と第２測定部によって得られた身体内インピーダンス値とを用いて身体内の脂肪量を演算する演算手段とを備え、
前記第１測定部または前記第２測定部のうちのいずれか一方による身体内インピーダンス値が他方に送信されるように、前記第１測定部または前記第２測定部のうちのいずれか一方に送信手段が、他方に受信手段が設けられ、
前記送信手段は、第１測定部または第２測定部における身体内インピーダンス値を測定するための一定電流の印加と、第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値に相当する電流または電圧の被験者への印加とを兼ねる電源印加手段であり、
前記受信手段は、前記電源印加手段により印加された電流または電圧によって身体内に発生する電圧を測定する電圧測定手段である
ことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明においては、第１測定部により両足間に存在する身体内インピーダンス値（以下、両足間インピーダンス値という。）を得るとともに、第２測定部により両手間に存在する身体内インピーダンス値（以下、両手間インピーダンス値という）を得て、それら両足間インピーダンス値および両手間インピーダンス値を用いて演算手段により被験者の身体内の脂肪量が演算される。なお、本発明における身体内の脂肪量（体内脂肪量）とは、被験者の脂肪量を重さで表したものでも良く、また体脂肪率として表したものでもよい。
【００２３】
本発明によれば、腕と足とで大きく脂肪量が異なる人や上半身と下半身とで大きく脂肪量が異なる人であっても、体内の脂肪分布に関わらず全身の体脂肪量を正確に求めることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明によれば、第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値を自動的に第２測定部または第１測定部に送信することができ、極めて簡易な操作で体脂肪量を求めることができる。また、第１測定部と第２測定部とを物理的に分離させることができ、第２測定部の携帯用としての取り扱いが可能となる。さらに、前記第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値を確実に送信することができ、より精度を向上させることが可能となる。なお、少なくとも最終的に求められた体内脂肪量を第２測定部に表示させるようにすれば、被験者がその体内脂肪量を容易に読み取ることができる。
【００２６】
前記第１発明において、前記演算手段は、前記受信手段を備える側の測定部に設けられるのが好ましい（第２発明）。こうすることにより、より簡易な構造にすることができ、コストダウンを図ることができる。
【００２７】
前記第１発明または第２発明において、前記演算手段は、前記第１測定部による身体内インピーダンス値を用いて下半身の体脂肪量を演算するとともに、前記第２測定部による身体内インピーダンス値を用いて上半身の体脂肪量を演算するのが好ましい（第３発明）。このように上半身側の体内脂肪量と下半身側の体内脂肪量とを個別に演算して必要に応じてその演算結果を対比表示させれば、被験者が体脂肪偏在を認識することができる。
【００３０】
前記第１発明乃至第３発明において、前記第１測定部は、被験者の体重測定を行う体重測定手段を備えるのが好ましい（第４発明）。このように体内脂肪量の測定と同時に体重測定を行うことにより、体重値の設定が不要となり操作性が向上するとともに、正確な体重値を用いて体内脂肪量を求めることができるため体内脂肪量の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３１】
前記第１発明乃至第４発明において、前記第１測定部および前記第２測定部で得られた身体内インピーダンスに基づいて上半身脂肪量と下半身脂肪量をと演算し、前記第１測定部および前記第２測定部のうちの少なくともいずれか一方に、それら上半身脂肪量と下半身脂肪量とを両方同時に、または選択的に交互に表示するのが好ましい（第５発明）。こうすることによって、被験者は体脂肪のつき方の上半身および下半身におけるバランスを比較対照しながら容易に知ることができるという効果を奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体内脂肪測定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。
【００３３】
図１には、本発明の一実施例に係る体内脂肪測定装置を用いて被験者が体内脂肪量を測定する状態を説明する図が、図２にはその体内脂肪測定装置の両手間インピーダンス測定部を構成する回路図が、図３にはその体内脂肪測定装置の両足間インピーダンス測定部を構成する回路図がそれぞれ示されている。
【００３４】
本実施例の体内脂肪測定装置１は、被験者の両手にそれぞれ２つ（１対）ずつ接触させる４つの電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを備える両手間インピーダンス測定部（本発明における第２測定部に相当する。）４と、被験者の両足にそれぞれ２つ（１対）ずつ接触させる４つの電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを備える両足間インピーダンス測定部（本発明における第１測定部に相当する。）７とから構成されている。
【００３５】
前記両手間インピーダンス測定部４は、被験者の個人データ（年齢，身長，体重など）の設定および体内脂肪量測定開始信号の入力を行う設定値入力部（ＫＥＹ）８と、前記個人データ，測定された体内脂肪量を表示する第１表示部（ＤＩＳ）９とを備えており、前記電極の左右１つずつの電極２ａ，３ａがそれら電極２ａ，３ａ間に一定電流を印加する定電流供給回路１０に接続され、他方の電極２ｂ，３ｂがそれら電極２ａ，３ａ間に発生する電圧を測定する高入力抵抗差動増幅回路（本発明における受信手段、すなわち電圧測定手段に相当する）１１に接続されている。なお、前記体内脂肪量とは、被験者の脂肪量を重さで表したものでも良く、また体脂肪率として表したものでもよい。
【００３６】
前記高入力差動増幅回路１１は、順に整流回路（ＲＥＣ）１２，平滑回路（ＦＩＲ）１３，Ａ／Ｄ変換器１４またはコンパレータ（ＣＭＰ）１５を介してＩ／Ｏ回路１６に接続されている。このＩ／Ｏ回路１６には、前記設定値入力部８，第１表示部９および各種データを記憶するＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７を備えるＣＰＵ１８が接続されている。
【００３７】
前記定電流供給回路１０は、非反転入力端子に電圧Ｖ１が印加されて定電流Ｉ１を出力する演算増幅器１９と、この演算増幅器１９の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器１９から定電流Ｉ１が出力されるように回路電流を制限する参照抵抗Ｒｓとにより構成されており、前記演算増幅器１９の出力端子−電極３ａ間および前記演算増幅器１９の反転入力端子−電極２ａ間にそれぞれアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２が配設されている。なお、これらアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２は、前記Ｉ／Ｏ回路１６によってその開閉が制御されている。
【００３８】
前記高入力抵抗差動増幅回路１１は、３つの演算増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、７つの抵抗ｒａ〜ｒｇとからなり、ほとんど電流が流れ込まないようにされており、前記電極−手間の接触インピーダンスおよび手先末端部の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｅ，Ｆ間（図４参照）の電圧を差動電圧として測定する。
【００３９】
次に、両足間インピーダンス測定部７の回路構成について説明する。前記両足間インピーダンス測定部７には、その上面に配設される電極の左右１つずつの電極５ａ，６ａに５０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の高周波交流の一定電流Ｉ２を印加する交流電流供給回路（本発明における送信手段、すなわち電源印加手段に相当する。）２２が接続され、他方の電極５ｂ，６ｂに前記電極５ａ，６ａ間に交流電流Ｉ２が印加された際に発生する電極−足裏面の接触インピーダンスおよび手先端末の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｇ，Ｈ間（図４参照）の電圧を測定する電圧測定回路２０に接続されている。
【００４０】
前記交流電流供給回路２２は、非反転入力端子に一定交流電圧Ｖ２が印加されて一定の交流電流Ｉ２を出力する演算増幅器２３と、この演算増幅器２３の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器２３から一定の交流電流Ｉ２が出力されるように回路電流を制限する参照抵抗Ｒｓとにより構成されている。また、前記演算増幅器２３の反転入力端子は、アナログスイッチＡＳ３を介して前記一定交流電圧Ｖ２を供給する電源（図示省略）と、アナログスイッチＡＳ４を介してアースとに接続されており、前記アナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４の開閉によって前記電源またはアースのいずれか一方に接続するようにされている。また、前記演算増幅器２３の反転入力端子−電極５ａ間および前記演算増幅器２３の出力端子−電極６ａ間にそれぞれアナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６が配設されている。
【００４１】
前記電圧測定回路２０は、順に整流回路（ＲＥＣ）２４，平滑回路（ＦＩＲ）２５およびＡ／Ｄ変換器２６を介してＩ／Ｏ回路２７に接続されている。このＩ／Ｏ回路２７は、各種データを記憶するＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）２８を備えるＣＰＵ２９が接続されるとともに、測定開始指令や他の操作・設定を行うための外部信号入力部３０および測定値を表示する第２表示部３１が接続されている。
【００４２】
図４には、体内脂肪量を測定する際の被験者の身体組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図が示されている。前記電極２ａ，３ａに印加された電流は接触インピーダンス，腕部インピーダンスＲａ，上内臓部インピーダンスＲ１，腕部インピーダンスＲｂ，接触インピーダンスを通して流れ、前記電極５ａ，６ａに印加された電流は接触インピーダンス，脚部インピーダンスＲｃ，下内臓部インピーダンスＲ２，脚部インピーダンスＲｄ，接触インピーダンスを通して流れ、前記上内臓部インピーダンスＲ１と下内臓部インピーダンスＲ２との間には、それぞれ体の縦方向の胴部インピーダンスＲｅ，Ｒｆを通して電流が流れるようになっている。なお、通常身体組織をインピーダンスの等価回路で表すと複雑な立体的平直列回路表現となるため、図４には簡略化した等価回路図が示されており、図４に示される等価回路をより身体組織に合わせて細分化して表したものが図９（ａ）および図９（ｂ）に示される。
【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、被験者が両手間インピーダンス測定部４に個人データを入力し、１対の電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂをそれぞれ両手に接触させるようにその両手間インピーダンス測定部４を握持した状態で、前記両足間インピーダンス測定部７の１対の電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに両足をそれぞれ接触させて、設定値入力部９より体内脂肪量測定開始信号を入力すれば体内脂肪量測定が開始される。
【００４４】
まず、前記両足間インピーダンス測定部７が送信モードに設定され、両手間インピーダンス測定部４が受信モードに設定される。この両足間インピーダンス測定部７は測定モードにおいて、体内仮想点Ｇ，Ｈ間の身体内インピーダンス値（以下、両足間インピーダンス値という）を測定する。すなわち、前記ＣＰＵ２９の制御信号によってアナログスイッチＡＳ３が閉（ＯＮ）状態，アナログスイッチＡＳ４が開（ＯＦＦ）状態にされるとともに、アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６が閉（ＯＮ）状態にされて前記電極５ａ，６ａ間に交流電流Ｉ２が印加される。この交流電流Ｉ２の印加により、電極−足裏面の接触インピーダンスおよび足先末端部の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｇ，Ｈ間に発生する電圧が電圧測定回路２０によって測定される。この電圧測定回路２０からの出力電圧信号は、交流信号であるため整流回路（ＲＥＣ）２４にて整流され、前記平滑回路（ＦＩＲ）２５にて平滑化されて、前記Ａ／Ｄ変換器２６によりデジタル化された後、前記Ｉ／Ｏ回路２７を通してＣＰＵ２９に入力されて、前記交流電流Ｉ２の値を用いて両足間インピーダンス値が演算される。
【００４５】
このようにして得られた両足間インピーダンス値のデジタル値は、前記ＣＰＵ２９により８ビットのアスキーコードに変換されて送信データが作成される。この送信データは、例えば両足間インピーダンス値が４桁である場合、４桁分の数値がアスキーコードに変換され、各数値は８ビットコードの頭にスタートビット、終わりにパリティビットとストップビットが加えられ１１ビット構成とされ、さらに４桁の数値桁の前後に１１ビットのスタートテキストコード（ＳＴＸ）とエンドテキストコード（ＥＴＸ）が付けられ、合計６桁、６６ビットのデータ構成にされている。
【００４６】
前記ＣＰＵ２９により両足間インピーダンス値の送信データが作成されると、、Ｉ／Ｏ回路２７により前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６がＯＮ状態にされ、その後前記送信データに応じてアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦが制御される。なお、この送信データの送信完了までは、両手間インピーダンス測定部４のアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２は開（ＯＦＦ）状態にされ、身体の等価回路と前記定電流供給回路１０とが電気的に絶縁状態にされている。
【００４７】
前記アナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦ制御によって、前記送信データに応じた信号が前記電極５ａ，６ａ間に印加される。すなわち、前記送信データは０，１で構成されており、０を送信する際には一定時間ｔ（ｍｓｅｃ）の間アナログスイッチＡＳ３をＯＦＦ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＮ状態にして電極５ａ，６ａ間に高周波交流電流Ｉ２を印加させないようにし、１を送信する際には一定時間ｔ（ｍｓｅｃ）の間アナログスイッチＡＳ３をＯＮ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＦＦ状態にして電極５ａ，６ａ間に高周波交流電流Ｉ２を印加させるようにする。
【００４８】
このようにアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２が開（ＯＦＦ）状態にされ前記電極２ａ，３ａ間に電流Ｉ１が印加されていない状態で、前記電極５ａ，６ａに高周波交流電流Ｉ２が印加されると、身体内の下内臓部インピーダンスＲ１を流れる電流は、縦方向の胴部インピーダンスＲｅ，Ｒｆが断面方向のインピーダンスに比べて小さいためその胴部インピーダンスＲｅ，Ｒｆを経て上内臓部インピーダンスＲ２に流れ、その上内臓部インピーダンスＲ２の両端に電圧を発生させる。この上内臓部インピーダンスＲ２の両端に発生する電圧が、前記両手間インピーダンス測定部４内の高入力抵抗差動増幅回路１１によって測定される。
【００４９】
図５は、前記送信データを受信して両足間インピーダンス値に変換する手順を説明する説明図である。前記送信データ（図５（ａ））に対応して一定時間ｔ（ｍｓｅｃ）毎に前記電極５ａ，６ａ間への高周波交流電流Ｉ２の印加が調整され、前記高入力抵抗差動増幅回路１１によって上内臓部インピーダンスＲ２の両端に発生する電圧の電圧波形（図５（ｂ））が測定される。この高入力抵抗差動増幅回路１１により測定された交流電圧は、前記整流回路（ＲＥＣ）１２に入力されて直流化され（図５（ｃ））、続いて前記平滑回路（ＦＩＲ）１３に入力されて平滑化される（図５（ｄ））。この平滑回路１３で平滑化された信号は、前記コンパレータ（ＣＭＰ）１５に入力され、予め設定されている閾値Ｖｓとの比較によりパルス化されて（図５（ｅ））、前記Ｉ／Ｏ回路１６を通してＣＰＵ１８に入力される。このＣＰＵ１９によって、前記パルス化された信号がシリアルのビット信号に復調されて（図５（ｆ））、両足間インピーダンス値に変換される。
【００５０】
前記ＣＰＵ１８は、コンパレータ１５からＳＴＸが入力されると送信データの入力が開始されたことを認識して、コンパレータ１５からＥＴＸが入力されると送信データの入力が完了したことを認識して数値桁のビット信号を両足間インピーダンス値に変換するようにされている。
【００５１】
こうして両足間インピーダンス測定部７にて測定された両足間インピーダンス値が両手間インピーダンス測定部４に送信され、この送信された両足間インピーダンス値は前記ＣＰＵ１８に接続されるＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７に記憶させておく。
【００５２】
前記両手間インピーダンス測定部４は両足間インピーダンス測定部７からのデータを受信すると、タイマー時間Ｔ６の後に測定モードに変化し、体内仮想点Ｅ，Ｆ間の身体内インピーダンス値（以下、両手間インピーダンス値という。）を測定する。まず、前記両足間インピーダンス値の送信が終了した時点で前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６が開（ＯＦＦ）状態にされ、その後Ｉ／Ｏ回路１６によりアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２が閉（ＯＮ）状態にされて、定電流供給回路１０から電極２ａ，３ａ間に定電流Ｉ１が印加される。この定電流Ｉ１は両腕部インピーダンスＲｃ，Ｒｄと上内臓部インピーダンスＲ２に加えて、電極−手間の接触インピーダンスおよび手先末端部の組織インピーダンスを流れる。
【００５３】
この定電流Ｉ１の印加により体内に発生する電圧が電極２ｂ，３ｂに連結される高入力差動増幅回路１１により測定される。この高入力差動増幅回路１１は、電圧測定に対してほとんど電流が流れ込まないようにされているため、電極−手間の接触インピーダンスおよび手先末端部の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｅ，Ｆ間の電圧を測定する。この高入力抵抗差動増幅回路１１からの出力電圧信号は、前記整流回路（ＲＥＣ）１２に入力されて直流化され、続いて前記平滑回路（ＦＩＲ）１３に入力されて平滑化される。この平滑回路１３にて平滑化された電圧信号は、前記Ａ／Ｄ変換器１４に入力されてデジタル化され、Ｉ／Ｏ回路１６を経てＣＰＵ１８に入力されて前記一定電流Ｉ１の値を用いて両手間インピーダンス値が演算される。こうして得られた両手間インピーダンス値は、前記ＣＰＵ１８に接続されるＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７に記憶される。
【００５４】
図６には、両手間インピーダンス測定部４のＣＰＵ１８および両足間インピーダンス測定部７のＣＰＵ２９によるアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳ６のＯＮ・ＯＦＦ制御を説明する説明図が示されている。なお、本実施例は両足間インピーダンス測定部７の動作を主に、両手間インピーダンス測定部４の動作を従としており、両手間インピーダンス測定部４は通常受信モードにて両足間インピーダンス測定部７からの送信データを受信したときのみ一定時間後に測定動作を実施する。
【００５５】
前記ＣＰＵ２９によれば、両足間インピーダンス測定部７によって両足間インピーダンス値を測定して両手間インピーダンス測定部４にその両足間インピーダンス値を送信する送信モードＭ１と身体等価回路と絶縁状態を維持する待機モードＭ２とがそれぞれ一定時間Ｔ１，Ｔ２毎に交互に切換えられるように設定されている。なお、前記時間Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ１００から１５０ｍｓｅｃを割り当てると被験者の感覚としては同時測定である。
【００５６】
前記送信モードＭ１では、前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６がＯＮ状態に、前記アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＦＦ状態に保持され、両足間インピーダンス測定部７が被験者の体内に通電可能な状態にされる。この送信モードＭ１の前半部では両足間インピーダンス値の測定が行われ、後半部ではその両足間インピーダンス値を基にして得られる送信データの送信が行われる。すなわち、前記アナログスイッチＡＳ３がＯＮ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＦＦ状態にされ、体内に交流電流Ｉ２を定常的に供給することで両足間インピーダンスが測定される。前記両足間インピーダンス値の測定終了後、一定時間Ｔ４が経過するまでアナログスイッチＡＳ３がＯＦＦ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＮ状態に保持され、一旦体内が通電停止状態にされる。前記両足間インピーダンス値に基づく送信データが作成されると、その送信データに従って前述のようにアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦが切換えられる。これらアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦ切換えにより身体内に発生する電圧を前記両手間インピーダンス測定部４が測定して、前述のようにデータ解析を行って両足間インピーダンス値を受信する。こうしてアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦ切換えが終了すると、一旦アナログスイッチＡＳ３がＯＦＦ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＮ状態にされて通電停止状態にされた後、前記送信モードＭ１から待機モードＭ２に切換えられる。前記待機モードＭ２に切換えられると、前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６がＯＦＦ状態に保持されるとともに、前記アナログスイッチＡＳ３がＯＮ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＦＦ状態に切換えられる。
【００５７】
一方、前記両手間インピーダンス測定部４のＣＰＵ１９によれば、前記送信データのＥＴＸが認識されて一定時間Ｔ６経過後にアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＮ状態に切換えられ、その状態が一定時間Ｔ７保持されて両手間インピーダンスの測定が行われる。この両手間インピーダンス測定が終了すると、アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＦＦ状態に切換えられる。なお、前記ＣＰＵ１９では、送信データのＳＴＸが認識された後規定時間内にＥＴＸを認識したときのみ一定時間Ｔ６が経過するとアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＮ状態に切換えられて両手間インピーダンスの測定が行われる。また、前記両足間インピーダンス測定部７では、送信モードＭ１と待機モードＭ２は、それぞれ一定時間間隔Ｔ１，Ｔ２で自動的に切換えられ、繰り返される。
【００５８】
次に、前記ＣＰＵ１８によりＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７に記憶された両足間インピーダンス値Ｒｔ１および両手間インピーダンス値Ｒｔ２に基づいて、全身のインピーダンスである身体内インピーダンス値Ｒｔが演算される。前記両足間インピーダンス測定部７により測定された胴体内インピーダンス値をＲｇ，両手間インピーダンス測定部４により測定された胴体内インピーダンス値をＲｈとすると、前記両足間インピーダンス値Ｒｔ１は、
Ｒｔ１＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｇ……（式７）
と表すことができ、
前記両手間インピーダンス値Ｒｔ２は、
Ｒｔ２＝Ｒｃ＋Ｒｄ＋Ｒｈ……（式８）
と表すことができる。したがって、求める身体内インピーダンス値Ｒｔは、
として表すことができる。この式９の（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｄ）／２は手足のインピーダンス値の平均値を表し、（Ｒｇ＋Ｒｈ）／２は成分の異なる組織分布と測定箇所との違いによってばらつく胴体内インピーダンス値の平均値すなわち胴体内総合インピーダンス値を表している。また、特に平均値を求めなくとも合計値のままでも比例的に胴体内インピーダンス値の大きさを表すことができる。
【００５９】
前記ＣＰＵ１７によって、式９を用いて身体内インピーダンス値Ｒｔが演算されるとともに、この身体内インピーダンス値Ｒｔと予め入力される個人データ（性別，身長，体重，年齢など）とを用いて体内脂肪量が演算される。こうして得られた体内脂肪量は、前記両手間インピーダンス測定部４の第１表示部９に出力されて、デジタル数値で表示される。なお、両足間インピーダンス測定部７の第２表示部３１にも前記体内脂肪量を表示させることができる。
【００６０】
本実施例によれば、胴体内上部の組織インピーダンス値を強く反映した両手間インピーダンス測定値Ｒｔ２と胴体部下部の組織インピーダンス値を強く反映した両足間インピーダンス測定値Ｒｔ１とを用いて全身の体脂肪量が演算されるため、被験者の体脂肪偏在に関わらず正確な体脂肪量を求めることができるという効果を奏する。
【００６１】
また、本実施例によれば、両足間インピーダンス測定部７から送信データが被験者の身体内を通して両手間インピーダンス測定部４に伝達されるため、前記両手間インピーダンス測定部４と両足間インピーダンス測定部７とが物理的に分離可能となり、前記第１表示器９に表示された体内脂肪量を読み取りやすく、また個人データの入力等も行いやすく、操作性がよいという効果を奏する。また、送信データの送信に関しても、従来の無線による送信のようにノイズの影響を受けることがなく、また両手間インピーダンス測定部４と両足間インピーダンス測定部７との対向配置上の制限がない。
【００６２】
さらに、本実施例によれば、前記両手間インピーダンス測定部４に歩数計，心拍数，血圧などの種々の健康に関わる身体データの測定機能を持たせることができ、常に持ち歩くことができる。
【００６３】
本実施例においては、両足間インピーダンス値Ｒｔ１と両手間インピーダンス値Ｒｔ２とが加算平均されて身体内インピーダンス値Ｒｔが演算されているが、これに限らず、前記両足間インピーダンス値Ｒｔ１と両手間インピーダンス値Ｒｔ２と実際に近い体内インピーダンスの求められる水中体密度測定器から得られたインピーダンス値との関係付けに関して最も相関があるように多くのテスト結果からそれぞれに適切な係数ｋ１，ｋ２の重み付けを行い、
Ｒｔ＝（ｋ１・Ｒｔ１＋ｋ２・Ｒｔ２）／（ｋ１＋ｋ２）……（式１０）
の如く演算することで身体内インピーダンス値Ｒｔを求めるようにしてもよく、また相乗平均により、
Ｒｔ＝（Ｒｔ１・Ｒｔ２）１／２……（式１１）
の如く演算することで身体内インピーダンス値Ｒｔを求めるようにしても良い。
【００６４】
また、両足間インピーダンス測定部７による測定は下半身に脂肪が偏在すると全身の脂肪量が大きめに、両手間インピーダンス測定部４による測定は上半身に脂肪が偏在すると全身の脂肪量が大きめに求まる傾向を用いて、前記両足間インピーダンス値Ｒｔ１および両手間インピーダンス値Ｒｔ２に基づいてそれぞれ体内脂肪量を演算して、下半身測定体脂肪量および上半身測定対脂肪量と称して前記第１表示器９（もしくは第２表示器３１）に表示させて、被験者に脂肪分布の違いの存在を数値的に示すようにしても良い。この場合は前記第１表示器９（もしくは第２表示器３１）に、身体内総合脂肪量，下半身測定体脂肪量および上半身測定体脂肪量に同時に表示させてもよく、また切換えにより各体脂肪量を表示させるようにしてもよい。こうすることによって、被験者は体脂肪のつき方の上半身，下半身におけるバランスを比較対照しながら容易に知ることができる。
【００６５】
本実施例においては、両足間インピーダンス測定部７に体重測定回路を組み込むことができる。図７には、前記体重測定回路４０を組み込んだ両足間インピーダンス測定部７’の回路図が示される。両足間インピーダンス測定部７の載せ台（図示省略）に重量センサ（ロードセル）４１を接続して、その重量センサ４１が順に重量信号増幅器４２，平滑回路４３およびＡ／Ｄ変換器４４を介して、前記Ｉ／Ｏ回路２７に連結されている。前記重量センサ４１が載せ台に係る重量（体重）を測定し、この重量センサ４１から出力される重量信号が前記重量信号増幅器４２にて増幅され、前記平滑回路４３にて平滑化された後、前記Ａ／Ｄ変換器４４にてデジタル化されて、前記Ｉ／Ｏ回路２７を経てＣＰＵ２９に入力される。こうしてＣＰＵ２９に入力された体重値に応じて、前記両足間インピーダンス値と同様に送信データが作成され、両足間インピーダンス値に関する送信データが両手間インピーダンス測定部４に送信された後（もしくは送信される前）に体重値に関する送信データが前述と同様の方法で両手間インピーダンス測定部４に送信される。このように両足間インピーダンス測定部７にて体重値が測定されれば、両手間インピーダンス測定部４への体重値の設定入力が不要となり、測定精度を向上できるという効果を奏する。
【００６６】
本実施例において、前記両足間インピーダンス値に関する送信データまたは体重値に関する送信データは０，１ビットからなり、これら送信データを一定時間ｔ毎に交流電流Ｉ２の印加を調整して送信するＰＣＭ方式が採用されているが、これに限らず、例えば図８に示されるように数値０〜９までを予め定めたそれぞれの数値に対応した長さの時間ｔ０，ｔ１，……ｔ９だけアナログスイッチＡＳ３をＯＮ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＦＦ状態にして、また数値桁の間を表すためとして予め定めた長さの時間ｔｄだけアナログスイッチＡＳ３をＯＦＦ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＮ状態にして交流電流の印加を調整し、これによって上内臓部インピーダンスＲ１に発生する電圧を読み取ってパルス化し、そのパルス長さを認識して数値化する方法が採用されていてもよい。また、例えば０ビットを１０ＫＨｚ、１ビットを５０ＫＨｚとして、それぞれ読み取り側で０，１に復調して得られるように２個種類の周波数信号に対応させて送信する方法が採用されてもよい。
【００６７】
また、本実施例においては、送信データに相当する電流が被験者に印加され、その電流の印加によって被験者の体内に発生する電圧を読み取ることにより、両足間インピーダンス値または体重値が両足間インピーダンス測定部７から両手間インピーダンス測定部４に電圧されるように構成されているが、これに限らず、前記両手間インピーダンス測定部４に無線データ受信部と前記両足間インピーダンス測定部に無線データ送信部とを設けるようにして、前記両足間インピーダンス値または体重値を無線通信するようにしてもよく、また前記両足間インピーダンス測定部７と両手間インピーダンス測定部４とをケーブルによって連結し、このケーブルを通して前記両足間インピーダンス値または体重値を伝達するようにしてもよい。
【００６８】
本実施例によれば、２つの電極間に定電流を印加して体内仮想点Ｅ，Ｆ間もしくは点Ｇ，Ｈ間の電圧を測定して両手間インピーダンス値もしくは両足間インピーダンス値を電圧測定値から交換・算出する４端子法を採用しているが、これに限らず、２端子法もしくは２端子法を原理とする測定方法によって両手間インピーダンス値もしくは両足間インピーダンス値を算出するようにしてもよい。前記２端子法を原理とする測定方法とは、求めたい体内組織インピーダンスを挟む２箇所の身体末端組織に接触する電極間に電流を与える方法であって、まず身体外部に存在するところの、電極と皮膚表面との間の接触インピーダンスと身体末端組織インピーダンスとの合計部分のみに電流を印加して接触インピーダンスと身体末端組織インピーダンスとの合計インピーダンスに発生する電圧Ｖａを測定し、続いて前記接触インピーダンスと身体末端組織インピーダンスと両手間の身体内インピーダンスもしくは両足間の身体内インピーダンスとの合計部分に電流を印加して発生する電圧Ｖｂを測定する。そして電圧Ｖｂ−Ｖａの演算により両手間インピーダンスもしくは両足間インピーダンスのみに発生する電圧値を算出して、その値から両手間インピーダンスもしくは両足間インピーダンスを算出する方法である。
【００６９】
また、本実施例においては、電極５ａ，６ａに交流電流供給回路２２から交流電流が印加されて両足間インピーダンス値または体重値に相当する送信データが送信されるように構成されているが、前記交流電流に代えて定電圧を前記電極５ａ，６ａに印加するようにしても各送信データを送信することが可能である。この場合、前記上内臓部インピーダンスＲ１に発生する電圧は、各電極５ａ，６ａと体表面との接触インピーダンス値によって異なるが両足間インピーダンス信号または体重値信号はＣＰＵ１８への入力時でコンパレータ１５で正しくパルス化されればよい。このため、前記高入力抵抗差動増幅器１１にある程度のゲインをもたせておけば、送信データに相当する交流電流を印加した際の上内臓部インピーダンスＲ１に発生する電圧が接触インピーダンス値の違いによって増減し、コンパレータ１５への入力信号が小さくなった場合でも閾値Ｖｓより高ければ正しいパルス信号に変換される。
【００７０】
また、本実施例においては、両足間インピーダンス値Ｒｔ１が両足間インピーダンス測定部７から両手間インピーダンス測定部４へ伝達されるように構成されているが、これに限らず、例えば両足間インピーダンス測定部を前記両手間インピーダンス測定部４の回路構成と同一にして、両手間インピーダンス測定部が前記両足間インピーダンス測定部７の回路構成と同一にして両手間インピーダンス値を両手間インピーダンス測定部から両足間インピーダンス測定部へ伝達されるように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る体内脂肪測定装置を用いて被験者が体内脂肪量を測定する状態を説明する図である。
【図２】図２は、本実施例の体内脂肪測定装置の両手間インピーダンス測定部を構成する回路図である。
【図３】図３は、本実施例の体内脂肪測定装置の両足間インピーダンス測定部を構成する回路図である。
【図４】図４は、被験者の身体組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｆ）は、送信データの受信手順を説明する説明図である。
【図６】図６は、アナログスイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御を説明する説明図である。
【図７】図７は、体重測定回路を組み込んだ両足間インピーダンス測定部の回路図である。
【図８】図８は、送信データの送信方式の別態様を説明する説明図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、従来の問題点を説明する身体組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図である。
【符号の説明】
１ 体内脂肪測定装置
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ 電極
４ 両手間インピーダンス測定部
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ 電極
７ 両足間インピーダンス測定部
８ 設定値入力部
９ 第１表示部
１０ 定電流供給回路
１１ 高入力差動増幅回路
１２，２４ 整流回路
１３，２５ 平滑回路
１４，２６ Ａ／Ｄ変換器
１５ コンパレータ
１６，２７ Ｉ／Ｏ回路
１７，２８ ＲＯＭ／ＲＡＭメモリ
１８，２９ ＣＰＵ
１９，２３ 演算増幅器
２０ 電圧測定回路
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 演算増幅器
２２ 交流電流供給回路
３０ 外部信号入力部
３１ 第２表示部
４０ 体重測定回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、身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】
従来、体内脂肪量を正確に測定する方法として、水中での体重の測定値から体密度を算出し脂肪量を推測する水中体重秤量法がある。しかしながら、この水中体重秤量法は設備が大掛かりであるとともに被験者への負担が大きいため、最近では被験者の両手間もしくは両足間に電流を印加し、それら両手間もしくは両足間に存在する身体内インピーダンス値を測定し、この測定された身体内インピーダンス値と身長および体重から推定式
体密度＝ａ−ｋ・体重・インピーダンス／身長２……（式１）
（但し、ａ，ｋは水中体重秤量法で得た値との相関により得られる定数）
を用いて、体内脂肪量を測定する方法が採られている。
【０００３】
ここで、身体内インピーダンス値の測定部位が両手の間である場合と、両足の間である場合とで、前記式１で用いられる係数ａ，ｋの値はそれぞれ異なるにしても身体内インピーダンス値に大きく影響を与える胴の部分に関して、体密度と求められた身体内インピーダンス値の関係がうまく対応するには、個人別インピーダンス値と実際の胴体内の脂肪、筋肉などの組織分布の関係が個人別にばらつかずできる限り一様であることが望ましい。
【０００４】
この身体内インピーダンス値を用いる方法により体内脂肪量を測定する体内脂肪量測定装置としては、例えば特開昭６２−１６９０２３号公報において、体重計の表面に両足をそれぞれ接触させる足用電極を配置し、体重値を測定するとともに両足間に電流を印加して身体内インピーダンス値を測定して、それら体重値および身体内インピーダンス値を用いて体内脂肪量を算出する装置が提案されている。
【０００５】
また、特開平１１−１１３８７２号公報には、体重値を測定する体重測定部（第１測定部）と、両手に接触される電極を備えて両手間のインピーダンス値を測定する身体内インピーダンス測定部（第２測定部）とをケーブルで接続してなる体内脂肪測定装置が提案されている。この体内脂肪測定装置においては、前記体重測定部で測定された体重値が前記ケーブルを経て身体内インピーダンス測定部に伝達され、その身体内インピーダンス測定部では両手間に電流を印加して身体内インピーダンス値を測定し、この測定された身体内インピーダンス値と前記体重値とを用いて体内脂肪量が算出される。
【０００６】
さらに、特開平１１−１２８１９７号公報には、体重値を測定する体重測定部（第１測定部）と、この体重測定部に脱着可能に装着され、両手にそれぞれ接触させる手用電極および前記体重値を取り入れる無線通信部を備えるバー上の身体内インピーダンス測定部（第２測定部）とからなる体内脂肪測定装置が提案されている。この体内脂肪測定装置は、未使用時または体重単独測定時には前記身体内インピーダンス測定部を体重測定部に装着させた状態にされており、体脂肪測定時には前記身体内インピーダンス測定部がその体重測定部から離脱させた状態で用いられる。すなわち、体脂肪測定を行う際には、被験者が前記身体内インピーダンス測定部を両手で握持した状態で体重測定部上に乗ることにより、前記体重測定部にて体重値が測定され、前記身体内インピーダンス測定部にて両手間に電流を印加して身体内インピーダンス値が測定された後、前記身体内インピーダンス測定部が体重測定部より無線通信にて体重値を取り込み、その体重値と前記身体内インピーダンス値とを用いて体脂肪量を算出し、表示するようにされている。なお、被験者に身体内インピーダンス測定部を握持させる際には、前記身体内インピーダンス測定部の体重値を読み取る受光部と、前記体重測定部の体重値を送信する発光部とを対向配置させる必要がある。
【０００７】
なお、本発明に関連する先行技術として、特表平１０−５１０４５５号公報には、両手にそれぞれ２つずつ接触される電極を備える手用測定器（第１測定部）と両足にそれぞれ２つずつ接触される電極を備える足用測定器（第２測定部）とからなり、これら手用測定器と足用測定器とを導線により接続して構成される体内脂肪測定装置が提案されている。この体内脂肪測定装置は、右手−左手間に電流を流して右手−右足間の電圧を測定して右腕のインピーダンスを求め、右手−左手間に電流を流して左手−左足間の電圧を測定して左腕のインピーダンスを求め、左手−左足間に電流を流して右手−右足間の電圧を測定して胴部のインピーダンスを求め、右足−左足間に電流を流して右手−右足間の電圧を測定して右足のインピーダンスを求め、右足−左足間に電流を流して左手−左足間の電圧を測定して左足のインピーダンスを求め、こうして得られた身体各部位のインピーダンスを用いて体内脂肪量を求めるようにされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に記載の体内脂肪量測定装置においては、両手間あるいは両足間のいずれか一方に定電流を印加して身体内インピーダンス値を測定するようにされているため、被験者の胴体内脂肪分布によって同じ体脂肪量の人でも身体内インピーダンス値にばらつきが生じてしまう、すなわち脂肪含有量の大小の違いが大きい組織の分布箇所と測定位置によって胴部分のインピーダンス推定値に大きく影響を及ぼしてしまう。したがって、全身体内脂肪量を測定するに際して、両手間で測定する場合と両足間で測定する場合とでは異なった身体内インピーダンス値が測定され、正確な体内脂肪量が算出されないという問題点がある。
【０００９】
図９（ａ）には、身体の組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図が示されている。図中、Ｒａは右腕，Ｒｂは左腕，Ｒｃは右足，Ｒｄは左足の等価インピーダンス片を表し、ｒ１、ｒ２、・・・・ｒｎは胴体横方向等価インピーダンス片、ｒ１，１、ｒ１，２、・・・・ｒｎ−１，１、ｒｎ−１，２は胴体縦方向等価インピーダンス片とする。
【００１０】
前記体密度、特に胴体部の密度と胴体内組織とインピーダンスとの関係において、脂肪や筋肉組織内容とインピーダンスの値との関係は対応しており、これら組織片の集合すなわちインピーダンス片の集合で胴体が成り立っているので、胴体の密度は、これらのインピーダンス片の集合値を求めることができれば、そのインピーダンス片の集合値と体密度とが最もよく対応するものと考えられる。
【００１１】
すなわち、胴体内総合インピーダンス値Ｒｅとして、
Ｒｅ＝ｒ１＋ｒ２＋…＋ｒｎ＋ｒ１，１＋ｒ１，２＋…＋ｒｎ−１，２ ……（式２）
を求めることができれば、これに両手足のインピーダンス値を加え、身体内インピーダンス値Ｒとして
Ｒ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｅ＋Ｒｃ＋Ｒｄ……（式３）
を求めることができ、この身体内インピーダンス値Ｒを前記式１に用いれば、身体組織内容を最も正確に反映させた体密度を求めることができる。
【００１２】
しかし、前記式２に表されるような胴体内総合インピーダンス値Ｒｅを求める方法がないため、前記各公報に記載の体内脂肪量測定装置では両手（ＡＢ）間または両足（ＣＤ）間に定電流を印加し、両手（ＡＢ）間または両足（ＣＤ）間に存在するインピーダンスを電流付加方向の合成インピーダンスとして得ることで、この値を胴体内総合インピーダンスとし、両手または両足のインピーダンスを加えることで身体内インピーダンスとして式１に代入して体密度を求めるようにしている。
【００１３】
ここで、両足（ＣＤ）間に定電流を流す場合はＰＱ間のインピーダンス値Ｒｘを式２で表すことはできないが、前記インピーダンス片に対応する胴体内組織片が各被験者の体質によって脂肪含有量が一様に異なるのであれば、胴体内総合インピーダンス値Ｒｅ≠ＰＱ間インピーダンス値Ｒｘであっても胴体内総合インピーダンス値Ｒｅ∝ＰＱ間のインピーダンス値Ｒｘの関係が保たれるので、予め定めた式１の係数を用いることで脂肪含有量に対応して異なる体密度を導くことができる。
【００１４】
しかし、胴体内で全ての組織片のインピーダンス値を合計したときにその合計値が等しい被験者同士であっても、胴体上部に脂肪の多い人、胴体下部に脂肪の多い人など個人個人で様々であり、異なった性質の組織の分布から個人は成り立っているものと考えられる。
【００１５】
図９（ｂ）には、被験者の胴体内インピーダンス分布を表す一例が示されている。例えば、胴体上部のインピーダンスｒ１’と胴体下部のインピーダンスｒ２’とが等しくｒ１’＝ｒ２’＝５ｒの場合、胴体内総合インピーダンスＲｅは、
Ｒｅ＝２６ｒ……（式４）
と表される。前記各公報の体内脂肪測定装置では両手（ＡＢ）間または両足（ＣＤ）間に定電流を流してインピーダンスを測定するのであれば、胴体内総合インピーダンスとして前記式２を直接使用して値を求めることは出来ず、Ｐ’Ｑ’間の合成インピーダンスＲｐが得られる。Ｒｐを計算すると、
Ｒｐ＝２６６５／１１２８・ｒ＝２．３６３ｒ……（式５）
となる。したがって、個人によってｒの値は異なるが任意のｒに対して常に前記式２によるインピーダンスと前記合成インピーダンスの間に常に
２６ｒ／２．３６３ｒ＝１１＝一定……（式６）
が成り立てば、最初に実験で求めた係数を使用して正確な個人別の体密度を求めることができる。
【００１６】
一方、前記胴体上部のインピーダンスｒ１’と胴体下部のインピーダンスｒ２’とが異なり、胴体内総合インピーダンスＲｅが等しい被験者、すなわち▲１▼ｒ１’＝３ｒ，ｒ２’＝５ｒの如き分布の被験者と▲２▼ｒ１’＝５ｒ，ｒ２’＝３ｒの如き分布の被験者とを比較する。
【００１７】
この両者に対して両足（ＣＤ）間に定電流を流して体密度を求めようとすると、▲１▼の被験者のＰ’Ｑ’間合成インピーダンスＲｐ１は、Ｒｐ１＝２．３３１ｒであるのに対して、▲２▼の被験者のＰ’Ｑ’間合成インピーダンスＲｐ２は、Ｒｐ２＝１．７９１ｒとなる。したがって、定電流入力点Ｐ’，Ｑ’に近い場所の組織インピーダンスが低いときはその影響が大きく合成インピーダンスに現れ、逆にＰ’，Ｑ’から遠いところの組織インピーダンスは低くても影響が少ないことが明らかである。また、それぞれの体密度を表す身体内インピーダンスとの比率は、▲１▼の被験者は、Ｒｅ／Ｒｐ１＝２４ｒ／２．３３１ｒ＝１０．２９６、▲２▼の被験者は、Ｒｅ／Ｒｐ２＝２４ｒ／１．７９７ｒ＝１３．３５６
となり、両者共に前記式６の一定値１１からはずれるので体密度を正確に求められないのが明らかである。すなわち、▲１▼の被験者の測定時に得られる胴体内総合インピーダンスは２．３３１ｒ×１１＝２５．６４１ｒとなり、▲２▼の被験者の測定時に得られる胴体内総合インピーダンスは１．７９７ｒ×１１＝１９．７６７ｒとなり、▲１▼の被験者の測定時に得られた結果は実際値２４ｒに近いが▲２▼の被験者の測定時に得られた結果は実際値２４ｒにほど遠い。
【００１８】
このように、同じ全身体脂肪量の人同士でも、腕と足とで大きく脂肪量が異なれば、両手間または両足間で測定することによる各被験者の全身体脂肪量の結果が大きく異なってしまい、被験者の胴体内脂肪分布に影響して正確な体内脂肪量を測定することが困難であるという問題点が明らかである。
【００１９】
また、本発明に関連する先行技術として挙げた特表平１０−５１０４５５号公報に記載の体内脂肪測定装置では、電流を流す電極と電圧を測定する電極とをそれぞれ選択して身体各部位のインピーダンスを１つずつ求めるようにされているため、体内脂肪量が求められるまでに時間がかかるとともに、その装置構成が大掛かりであるいう問題点がある。
【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、非常に簡易な構成で体脂肪分布に関わらず全身の体内脂肪量を正確に求めることができ、場合によっては心拍数や歩行数等の種々の健康に関わる身体データの測定機能を持たせることのできる体内脂肪量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、第１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量測定装置において、
（ａ）被験者の少なくとも両足間への通電によりその両足間に存在する身体内インピーダンス値を得る第１測定部と、
（ｂ）被験者の少なくとも両手間への通電によりその両手間に存在する身体内インピーダンス値を得る第２測定部と、
（ｃ）前記第１測定部によって得られた身体内インピーダンス値と第２測定部によって得られた身体内インピーダンス値とを用いて身体内の脂肪量を演算する演算手段とを備え、
前記第１測定部または前記第２測定部のうちのいずれか一方による身体内インピーダンス値が他方に送信されるように、前記第１測定部または前記第２測定部のうちのいずれか一方に送信手段が、他方に受信手段が設けられ、
前記送信手段は、第１測定部または第２測定部における身体内インピーダンス値を測定するための一定電流の印加と、第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値に相当する電流または電圧の被験者への印加とを兼ねる電源印加手段であり、
前記受信手段は、前記電源印加手段により印加された電流または電圧によって身体内に発生する電圧を測定する電圧測定手段である
ことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明においては、第１測定部により両足間に存在する身体内インピーダンス値（以下、両足間インピーダンス値という。）を得るとともに、第２測定部により両手間に存在する身体内インピーダンス値（以下、両手間インピーダンス値という）を得て、それら両足間インピーダンス値および両手間インピーダンス値を用いて演算手段により被験者の身体内の脂肪量が演算される。なお、本発明における身体内の脂肪量（体内脂肪量）とは、被験者の脂肪量を重さで表したものでも良く、また体脂肪率として表したものでもよい。
【００２３】
本発明によれば、腕と足とで大きく脂肪量が異なる人や上半身と下半身とで大きく脂肪量が異なる人であっても、体内の脂肪分布に関わらず全身の体脂肪量を正確に求めることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明によれば、第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値を自動的に第２測定部または第１測定部に送信することができ、極めて簡易な操作で体脂肪量を求めることができる。また、第１測定部と第２測定部とを物理的に分離させることができ、第２測定部の携帯用としての取り扱いが可能となる。さらに、前記第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値を確実に送信することができ、より精度を向上させることが可能となる。なお、少なくとも最終的に求められた体内脂肪量を第２測定部に表示させるようにすれば、被験者がその体内脂肪量を容易に読み取ることができる。
【００２６】
前記第１発明において、前記演算手段は、前記受信手段を備える側の測定部に設けられるのが好ましい（第２発明）。こうすることにより、より簡易な構造にすることができ、コストダウンを図ることができる。
【００２７】
前記第１発明または第２発明において、前記演算手段は、前記第１測定部による身体内インピーダンス値を用いて下半身の体脂肪量を演算するとともに、前記第２測定部による身体内インピーダンス値を用いて上半身の体脂肪量を演算するのが好ましい（第３発明）。このように上半身側の体内脂肪量と下半身側の体内脂肪量とを個別に演算して必要に応じてその演算結果を対比表示させれば、被験者が体脂肪偏在を認識することができる。
【００３０】
前記第１発明乃至第３発明において、前記第１測定部は、被験者の体重測定を行う体重測定手段を備えるのが好ましい（第４発明）。このように体内脂肪量の測定と同時に体重測定を行うことにより、体重値の設定が不要となり操作性が向上するとともに、正確な体重値を用いて体内脂肪量を求めることができるため体内脂肪量の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３１】
前記第１発明乃至第４発明において、前記第１測定部および前記第２測定部で得られた身体内インピーダンスに基づいて上半身脂肪量と下半身脂肪量をと演算し、前記第１測定部および前記第２測定部のうちの少なくともいずれか一方に、それら上半身脂肪量と下半身脂肪量とを両方同時に、または選択的に交互に表示するのが好ましい（第５発明）。こうすることによって、被験者は体脂肪のつき方の上半身および下半身におけるバランスを比較対照しながら容易に知ることができるという効果を奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体内脂肪測定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。
【００３３】
図１には、本発明の一実施例に係る体内脂肪測定装置を用いて被験者が体内脂肪量を測定する状態を説明する図が、図２にはその体内脂肪測定装置の両手間インピーダンス測定部を構成する回路図が、図３にはその体内脂肪測定装置の両足間インピーダンス測定部を構成する回路図がそれぞれ示されている。
【００３４】
本実施例の体内脂肪測定装置１は、被験者の両手にそれぞれ２つ（１対）ずつ接触させる４つの電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを備える両手間インピーダンス測定部（本発明における第２測定部に相当する。）４と、被験者の両足にそれぞれ２つ（１対）ずつ接触させる４つの電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを備える両足間インピーダンス測定部（本発明における第１測定部に相当する。）７とから構成されている。
【００３５】
前記両手間インピーダンス測定部４は、被験者の個人データ（年齢，身長，体重など）の設定および体内脂肪量測定開始信号の入力を行う設定値入力部（ＫＥＹ）８と、前記個人データ，測定された体内脂肪量を表示する第１表示部（ＤＩＳ）９とを備えており、前記電極の左右１つずつの電極２ａ，３ａがそれら電極２ａ，３ａ間に一定電流を印加する定電流供給回路１０に接続され、他方の電極２ｂ，３ｂがそれら電極２ａ，３ａ間に発生する電圧を測定する高入力抵抗差動増幅回路（本発明における受信手段、すなわち電圧測定手段に相当する）１１に接続されている。なお、前記体内脂肪量とは、被験者の脂肪量を重さで表したものでも良く、また体脂肪率として表したものでもよい。
【００３６】
前記高入力差動増幅回路１１は、順に整流回路（ＲＥＣ）１２，平滑回路（ＦＩＲ）１３，Ａ／Ｄ変換器１４またはコンパレータ（ＣＭＰ）１５を介してＩ／Ｏ回路１６に接続されている。このＩ／Ｏ回路１６には、前記設定値入力部８，第１表示部９および各種データを記憶するＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７を備えるＣＰＵ１８が接続されている。
【００３７】
前記定電流供給回路１０は、非反転入力端子に電圧Ｖ１が印加されて定電流Ｉ１を出力する演算増幅器１９と、この演算増幅器１９の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器１９から定電流Ｉ１が出力されるように回路電流を制限する参照抵抗Ｒｓとにより構成されており、前記演算増幅器１９の出力端子−電極３ａ間および前記演算増幅器１９の反転入力端子−電極２ａ間にそれぞれアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２が配設されている。なお、これらアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２は、前記Ｉ／Ｏ回路１６によってその開閉が制御されている。
【００３８】
前記高入力抵抗差動増幅回路１１は、３つの演算増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、７つの抵抗ｒａ〜ｒｇとからなり、ほとんど電流が流れ込まないようにされており、前記電極−手間の接触インピーダンスおよび手先末端部の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｅ，Ｆ間（図４参照）の電圧を差動電圧として測定する。
【００３９】
次に、両足間インピーダンス測定部７の回路構成について説明する。前記両足間インピーダンス測定部７には、その上面に配設される電極の左右１つずつの電極５ａ，６ａに５０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の高周波交流の一定電流Ｉ２を印加する交流電流供給回路（本発明における送信手段、すなわち電源印加手段に相当する。）２２が接続され、他方の電極５ｂ，６ｂに前記電極５ａ，６ａ間に交流電流Ｉ２が印加された際に発生する電極−足裏面の接触インピーダンスおよび手先端末の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｇ，Ｈ間（図４参照）の電圧を測定する電圧測定回路２０に接続されている。
【００４０】
前記交流電流供給回路２２は、非反転入力端子に一定交流電圧Ｖ２が印加されて一定の交流電流Ｉ２を出力する演算増幅器２３と、この演算増幅器２３の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器２３から一定の交流電流Ｉ２が出力されるように回路電流を制限する参照抵抗Ｒｓとにより構成されている。また、前記演算増幅器２３の反転入力端子は、アナログスイッチＡＳ３を介して前記一定交流電圧Ｖ２を供給する電源（図示省略）と、アナログスイッチＡＳ４を介してアースとに接続されており、前記アナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４の開閉によって前記電源またはアースのいずれか一方に接続するようにされている。また、前記演算増幅器２３の反転入力端子−電極５ａ間および前記演算増幅器２３の出力端子−電極６ａ間にそれぞれアナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６が配設されている。
【００４１】
前記電圧測定回路２０は、順に整流回路（ＲＥＣ）２４，平滑回路（ＦＩＲ）２５およびＡ／Ｄ変換器２６を介してＩ／Ｏ回路２７に接続されている。このＩ／Ｏ回路２７は、各種データを記憶するＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）２８を備えるＣＰＵ２９が接続されるとともに、測定開始指令や他の操作・設定を行うための外部信号入力部３０および測定値を表示する第２表示部３１が接続されている。
【００４２】
図４には、体内脂肪量を測定する際の被験者の身体組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図が示されている。前記電極２ａ，３ａに印加された電流は接触インピーダンス，腕部インピーダンスＲａ，上内臓部インピーダンスＲ１，腕部インピーダンスＲｂ，接触インピーダンスを通して流れ、前記電極５ａ，６ａに印加された電流は接触インピーダンス，脚部インピーダンスＲｃ，下内臓部インピーダンスＲ２，脚部インピーダンスＲｄ，接触インピーダンスを通して流れ、前記上内臓部インピーダンスＲ１と下内臓部インピーダンスＲ２との間には、それぞれ体の縦方向の胴部インピーダンスＲｅ，Ｒｆを通して電流が流れるようになっている。なお、通常身体組織をインピーダンスの等価回路で表すと複雑な立体的平直列回路表現となるため、図４には簡略化した等価回路図が示されており、図４に示される等価回路をより身体組織に合わせて細分化して表したものが図９（ａ）および図９（ｂ）に示される。
【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、被験者が両手間インピーダンス測定部４に個人データを入力し、１対の電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂをそれぞれ両手に接触させるようにその両手間インピーダンス測定部４を握持した状態で、前記両足間インピーダンス測定部７の１対の電極５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに両足をそれぞれ接触させて、設定値入力部９より体内脂肪量測定開始信号を入力すれば体内脂肪量測定が開始される。
【００４４】
まず、前記両足間インピーダンス測定部７が送信モードに設定され、両手間インピーダンス測定部４が受信モードに設定される。この両足間インピーダンス測定部７は測定モードにおいて、体内仮想点Ｇ，Ｈ間の身体内インピーダンス値（以下、両足間インピーダンス値という）を測定する。すなわち、前記ＣＰＵ２９の制御信号によってアナログスイッチＡＳ３が閉（ＯＮ）状態，アナログスイッチＡＳ４が開（ＯＦＦ）状態にされるとともに、アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６が閉（ＯＮ）状態にされて前記電極５ａ，６ａ間に交流電流Ｉ２が印加される。この交流電流Ｉ２の印加により、電極−足裏面の接触インピーダンスおよび足先末端部の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｇ，Ｈ間に発生する電圧が電圧測定回路２０によって測定される。この電圧測定回路２０からの出力電圧信号は、交流信号であるため整流回路（ＲＥＣ）２４にて整流され、前記平滑回路（ＦＩＲ）２５にて平滑化されて、前記Ａ／Ｄ変換器２６によりデジタル化された後、前記Ｉ／Ｏ回路２７を通してＣＰＵ２９に入力されて、前記交流電流Ｉ２の値を用いて両足間インピーダンス値が演算される。
【００４５】
このようにして得られた両足間インピーダンス値のデジタル値は、前記ＣＰＵ２９により８ビットのアスキーコードに変換されて送信データが作成される。この送信データは、例えば両足間インピーダンス値が４桁である場合、４桁分の数値がアスキーコードに変換され、各数値は８ビットコードの頭にスタートビット、終わりにパリティビットとストップビットが加えられ１１ビット構成とされ、さらに４桁の数値桁の前後に１１ビットのスタートテキストコード（ＳＴＸ）とエンドテキストコード（ＥＴＸ）が付けられ、合計６桁、６６ビットのデータ構成にされている。
【００４６】
前記ＣＰＵ２９により両足間インピーダンス値の送信データが作成されると、、Ｉ／Ｏ回路２７により前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６がＯＮ状態にされ、その後前記送信データに応じてアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦが制御される。なお、この送信データの送信完了までは、両手間インピーダンス測定部４のアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２は開（ＯＦＦ）状態にされ、身体の等価回路と前記定電流供給回路１０とが電気的に絶縁状態にされている。
【００４７】
前記アナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦ制御によって、前記送信データに応じた信号が前記電極５ａ，６ａ間に印加される。すなわち、前記送信データは０，１で構成されており、０を送信する際には一定時間ｔ（ｍｓｅｃ）の間アナログスイッチＡＳ３をＯＦＦ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＮ状態にして電極５ａ，６ａ間に高周波交流電流Ｉ２を印加させないようにし、１を送信する際には一定時間ｔ（ｍｓｅｃ）の間アナログスイッチＡＳ３をＯＮ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＦＦ状態にして電極５ａ，６ａ間に高周波交流電流Ｉ２を印加させるようにする。
【００４８】
このようにアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２が開（ＯＦＦ）状態にされ前記電極２ａ，３ａ間に電流Ｉ１が印加されていない状態で、前記電極５ａ，６ａに高周波交流電流Ｉ２が印加されると、身体内の下内臓部インピーダンスＲ１を流れる電流は、縦方向の胴部インピーダンスＲｅ，Ｒｆが断面方向のインピーダンスに比べて小さいためその胴部インピーダンスＲｅ，Ｒｆを経て上内臓部インピーダンスＲ２に流れ、その上内臓部インピーダンスＲ２の両端に電圧を発生させる。この上内臓部インピーダンスＲ２の両端に発生する電圧が、前記両手間インピーダンス測定部４内の高入力抵抗差動増幅回路１１によって測定される。
【００４９】
図５は、前記送信データを受信して両足間インピーダンス値に変換する手順を説明する説明図である。前記送信データ（図５（ａ））に対応して一定時間ｔ（ｍｓｅｃ）毎に前記電極５ａ，６ａ間への高周波交流電流Ｉ２の印加が調整され、前記高入力抵抗差動増幅回路１１によって上内臓部インピーダンスＲ２の両端に発生する電圧の電圧波形（図５（ｂ））が測定される。この高入力抵抗差動増幅回路１１により測定された交流電圧は、前記整流回路（ＲＥＣ）１２に入力されて直流化され（図５（ｃ））、続いて前記平滑回路（ＦＩＲ）１３に入力されて平滑化される（図５（ｄ））。この平滑回路１３で平滑化された信号は、前記コンパレータ（ＣＭＰ）１５に入力され、予め設定されている閾値Ｖｓとの比較によりパルス化されて（図５（ｅ））、前記Ｉ／Ｏ回路１６を通してＣＰＵ１８に入力される。このＣＰＵ１９によって、前記パルス化された信号がシリアルのビット信号に復調されて（図５（ｆ））、両足間インピーダンス値に変換される。
【００５０】
前記ＣＰＵ１８は、コンパレータ１５からＳＴＸが入力されると送信データの入力が開始されたことを認識して、コンパレータ１５からＥＴＸが入力されると送信データの入力が完了したことを認識して数値桁のビット信号を両足間インピーダンス値に変換するようにされている。
【００５１】
こうして両足間インピーダンス測定部７にて測定された両足間インピーダンス値が両手間インピーダンス測定部４に送信され、この送信された両足間インピーダンス値は前記ＣＰＵ１８に接続されるＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７に記憶させておく。
【００５２】
前記両手間インピーダンス測定部４は両足間インピーダンス測定部７からのデータを受信すると、タイマー時間Ｔ６の後に測定モードに変化し、体内仮想点Ｅ，Ｆ間の身体内インピーダンス値（以下、両手間インピーダンス値という。）を測定する。まず、前記両足間インピーダンス値の送信が終了した時点で前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６が開（ＯＦＦ）状態にされ、その後Ｉ／Ｏ回路１６によりアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２が閉（ＯＮ）状態にされて、定電流供給回路１０から電極２ａ，３ａ間に定電流Ｉ１が印加される。この定電流Ｉ１は両腕部インピーダンスＲｃ，Ｒｄと上内臓部インピーダンスＲ２に加えて、電極−手間の接触インピーダンスおよび手先末端部の組織インピーダンスを流れる。
【００５３】
この定電流Ｉ１の印加により体内に発生する電圧が電極２ｂ，３ｂに連結される高入力差動増幅回路１１により測定される。この高入力差動増幅回路１１は、電圧測定に対してほとんど電流が流れ込まないようにされているため、電極−手間の接触インピーダンスおよび手先末端部の組織インピーダンスを除いた体内仮想点Ｅ，Ｆ間の電圧を測定する。この高入力抵抗差動増幅回路１１からの出力電圧信号は、前記整流回路（ＲＥＣ）１２に入力されて直流化され、続いて前記平滑回路（ＦＩＲ）１３に入力されて平滑化される。この平滑回路１３にて平滑化された電圧信号は、前記Ａ／Ｄ変換器１４に入力されてデジタル化され、Ｉ／Ｏ回路１６を経てＣＰＵ１８に入力されて前記一定電流Ｉ１の値を用いて両手間インピーダンス値が演算される。こうして得られた両手間インピーダンス値は、前記ＣＰＵ１８に接続されるＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７に記憶される。
【００５４】
図６には、両手間インピーダンス測定部４のＣＰＵ１８および両足間インピーダンス測定部７のＣＰＵ２９によるアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳ６のＯＮ・ＯＦＦ制御を説明する説明図が示されている。なお、本実施例は両足間インピーダンス測定部７の動作を主に、両手間インピーダンス測定部４の動作を従としており、両手間インピーダンス測定部４は通常受信モードにて両足間インピーダンス測定部７からの送信データを受信したときのみ一定時間後に測定動作を実施する。
【００５５】
前記ＣＰＵ２９によれば、両足間インピーダンス測定部７によって両足間インピーダンス値を測定して両手間インピーダンス測定部４にその両足間インピーダンス値を送信する送信モードＭ１と身体等価回路と絶縁状態を維持する待機モードＭ２とがそれぞれ一定時間Ｔ１，Ｔ２毎に交互に切換えられるように設定されている。なお、前記時間Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ１００から１５０ｍｓｅｃを割り当てると被験者の感覚としては同時測定である。
【００５６】
前記送信モードＭ１では、前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６がＯＮ状態に、前記アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＦＦ状態に保持され、両足間インピーダンス測定部７が被験者の体内に通電可能な状態にされる。この送信モードＭ１の前半部では両足間インピーダンス値の測定が行われ、後半部ではその両足間インピーダンス値を基にして得られる送信データの送信が行われる。すなわち、前記アナログスイッチＡＳ３がＯＮ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＦＦ状態にされ、体内に交流電流Ｉ２を定常的に供給することで両足間インピーダンスが測定される。前記両足間インピーダンス値の測定終了後、一定時間Ｔ４が経過するまでアナログスイッチＡＳ３がＯＦＦ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＮ状態に保持され、一旦体内が通電停止状態にされる。前記両足間インピーダンス値に基づく送信データが作成されると、その送信データに従って前述のようにアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦが切換えられる。これらアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦ切換えにより身体内に発生する電圧を前記両手間インピーダンス測定部４が測定して、前述のようにデータ解析を行って両足間インピーダンス値を受信する。こうしてアナログスイッチＡＳ３，ＡＳ４のＯＮ・ＯＦＦ切換えが終了すると、一旦アナログスイッチＡＳ３がＯＦＦ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＮ状態にされて通電停止状態にされた後、前記送信モードＭ１から待機モードＭ２に切換えられる。前記待機モードＭ２に切換えられると、前記アナログスイッチＡＳ５，ＡＳ６がＯＦＦ状態に保持されるとともに、前記アナログスイッチＡＳ３がＯＮ状態に、アナログスイッチＡＳ４がＯＦＦ状態に切換えられる。
【００５７】
一方、前記両手間インピーダンス測定部４のＣＰＵ１９によれば、前記送信データのＥＴＸが認識されて一定時間Ｔ６経過後にアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＮ状態に切換えられ、その状態が一定時間Ｔ７保持されて両手間インピーダンスの測定が行われる。この両手間インピーダンス測定が終了すると、アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＦＦ状態に切換えられる。なお、前記ＣＰＵ１９では、送信データのＳＴＸが認識された後規定時間内にＥＴＸを認識したときのみ一定時間Ｔ６が経過するとアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２がＯＮ状態に切換えられて両手間インピーダンスの測定が行われる。また、前記両足間インピーダンス測定部７では、送信モードＭ１と待機モードＭ２は、それぞれ一定時間間隔Ｔ１，Ｔ２で自動的に切換えられ、繰り返される。
【００５８】
次に、前記ＣＰＵ１８によりＲＯＭ／ＲＡＭメモリ（ＭＥＭ）１７に記憶された両足間インピーダンス値Ｒｔ１および両手間インピーダンス値Ｒｔ２に基づいて、全身のインピーダンスである身体内インピーダンス値Ｒｔが演算される。前記両足間インピーダンス測定部７により測定された胴体内インピーダンス値をＲｇ，両手間インピーダンス測定部４により測定された胴体内インピーダンス値をＲｈとすると、前記両足間インピーダンス値Ｒｔ１は、
Ｒｔ１＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｇ……（式７）
と表すことができ、
前記両手間インピーダンス値Ｒｔ２は、
Ｒｔ２＝Ｒｃ＋Ｒｄ＋Ｒｈ……（式８）
と表すことができる。したがって、求める身体内インピーダンス値Ｒｔは、
【００５９】
前記ＣＰＵ１７によって、式９を用いて身体内インピーダンス値Ｒｔが演算されるとともに、この身体内インピーダンス値Ｒｔと予め入力される個人データ（性別，身長，体重，年齢など）とを用いて体内脂肪量が演算される。こうして得られた体内脂肪量は、前記両手間インピーダンス測定部４の第１表示部９に出力されて、デジタル数値で表示される。なお、両足間インピーダンス測定部７の第２表示部３１にも前記体内脂肪量を表示させることができる。
【００６０】
本実施例によれば、胴体内上部の組織インピーダンス値を強く反映した両手間インピーダンス測定値Ｒｔ２と胴体部下部の組織インピーダンス値を強く反映した両足間インピーダンス測定値Ｒｔ１とを用いて全身の体脂肪量が演算されるため、被験者の体脂肪偏在に関わらず正確な体脂肪量を求めることができるという効果を奏する。
【００６１】
また、本実施例によれば、両足間インピーダンス測定部７から送信データが被験者の身体内を通して両手間インピーダンス測定部４に伝達されるため、前記両手間インピーダンス測定部４と両足間インピーダンス測定部７とが物理的に分離可能となり、前記第１表示器９に表示された体内脂肪量を読み取りやすく、また個人データの入力等も行いやすく、操作性がよいという効果を奏する。また、送信データの送信に関しても、従来の無線による送信のようにノイズの影響を受けることがなく、また両手間インピーダンス測定部４と両足間インピーダンス測定部７との対向配置上の制限がない。
【００６２】
さらに、本実施例によれば、前記両手間インピーダンス測定部４に歩数計，心拍数，血圧などの種々の健康に関わる身体データの測定機能を持たせることができ、常に持ち歩くことができる。
【００６３】
本実施例においては、両足間インピーダンス値Ｒｔ１と両手間インピーダンス値Ｒｔ２とが加算平均されて身体内インピーダンス値Ｒｔが演算されているが、これに限らず、前記両足間インピーダンス値Ｒｔ１と両手間インピーダンス値Ｒｔ２と実際に近い体内インピーダンスの求められる水中体密度測定器から得られたインピーダンス値との関係付けに関して最も相関があるように多くのテスト結果からそれぞれに適切な係数ｋ１，ｋ２の重み付けを行い、
Ｒｔ＝（ｋ１・Ｒｔ１＋ｋ２・Ｒｔ２）／（ｋ１＋ｋ２）……（式１０）
の如く演算することで身体内インピーダンス値Ｒｔを求めるようにしてもよく、また相乗平均により、
Ｒｔ＝（Ｒｔ１・Ｒｔ２）１／２……（式１１）
の如く演算することで身体内インピーダンス値Ｒｔを求めるようにしても良い。
【００６４】
また、両足間インピーダンス測定部７による測定は下半身に脂肪が偏在すると全身の脂肪量が大きめに、両手間インピーダンス測定部４による測定は上半身に脂肪が偏在すると全身の脂肪量が大きめに求まる傾向を用いて、前記両足間インピーダンス値Ｒｔ１および両手間インピーダンス値Ｒｔ２に基づいてそれぞれ体内脂肪量を演算して、下半身測定体脂肪量および上半身測定対脂肪量と称して前記第１表示器９（もしくは第２表示器３１）に表示させて、被験者に脂肪分布の違いの存在を数値的に示すようにしても良い。この場合は前記第１表示器９（もしくは第２表示器３１）に、身体内総合脂肪量，下半身測定体脂肪量および上半身測定体脂肪量に同時に表示させてもよく、また切換えにより各体脂肪量を表示させるようにしてもよい。こうすることによって、被験者は体脂肪のつき方の上半身，下半身におけるバランスを比較対照しながら容易に知ることができる。
【００６５】
本実施例においては、両足間インピーダンス測定部７に体重測定回路を組み込むことができる。図７には、前記体重測定回路４０を組み込んだ両足間インピーダンス測定部７’の回路図が示される。両足間インピーダンス測定部７の載せ台（図示省略）に重量センサ（ロードセル）４１を接続して、その重量センサ４１が順に重量信号増幅器４２，平滑回路４３およびＡ／Ｄ変換器４４を介して、前記Ｉ／Ｏ回路２７に連結されている。前記重量センサ４１が載せ台に係る重量（体重）を測定し、この重量センサ４１から出力される重量信号が前記重量信号増幅器４２にて増幅され、前記平滑回路４３にて平滑化された後、前記Ａ／Ｄ変換器４４にてデジタル化されて、前記Ｉ／Ｏ回路２７を経てＣＰＵ２９に入力される。こうしてＣＰＵ２９に入力された体重値に応じて、前記両足間インピーダンス値と同様に送信データが作成され、両足間インピーダンス値に関する送信データが両手間インピーダンス測定部４に送信された後（もしくは送信される前）に体重値に関する送信データが前述と同様の方法で両手間インピーダンス測定部４に送信される。このように両足間インピーダンス測定部７にて体重値が測定されれば、両手間インピーダンス測定部４への体重値の設定入力が不要となり、測定精度を向上できるという効果を奏する。
【００６６】
本実施例において、前記両足間インピーダンス値に関する送信データまたは体重値に関する送信データは０，１ビットからなり、これら送信データを一定時間ｔ毎に交流電流Ｉ２の印加を調整して送信するＰＣＭ方式が採用されているが、これに限らず、例えば図８に示されるように数値０〜９までを予め定めたそれぞれの数値に対応した長さの時間ｔ０，ｔ１，……ｔ９だけアナログスイッチＡＳ３をＯＮ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＦＦ状態にして、また数値桁の間を表すためとして予め定めた長さの時間ｔｄだけアナログスイッチＡＳ３をＯＦＦ状態にし、アナログスイッチＡＳ４をＯＮ状態にして交流電流の印加を調整し、これによって上内臓部インピーダンスＲ１に発生する電圧を読み取ってパルス化し、そのパルス長さを認識して数値化する方法が採用されていてもよい。また、例えば０ビットを１０ＫＨｚ、１ビットを５０ＫＨｚとして、それぞれ読み取り側で０，１に復調して得られるように２個種類の周波数信号に対応させて送信する方法が採用されてもよい。
【００６７】
また、本実施例においては、送信データに相当する電流が被験者に印加され、その電流の印加によって被験者の体内に発生する電圧を読み取ることにより、両足間インピーダンス値または体重値が両足間インピーダンス測定部７から両手間インピーダンス測定部４に電圧されるように構成されているが、これに限らず、前記両手間インピーダンス測定部４に無線データ受信部と前記両足間インピーダンス測定部に無線データ送信部とを設けるようにして、前記両足間インピーダンス値または体重値を無線通信するようにしてもよく、また前記両足間インピーダンス測定部７と両手間インピーダンス測定部４とをケーブルによって連結し、このケーブルを通して前記両足間インピーダンス値または体重値を伝達するようにしてもよい。
【００６８】
本実施例によれば、２つの電極間に定電流を印加して体内仮想点Ｅ，Ｆ間もしくは点Ｇ，Ｈ間の電圧を測定して両手間インピーダンス値もしくは両足間インピーダンス値を電圧測定値から交換・算出する４端子法を採用しているが、これに限らず、２端子法もしくは２端子法を原理とする測定方法によって両手間インピーダンス値もしくは両足間インピーダンス値を算出するようにしてもよい。前記２端子法を原理とする測定方法とは、求めたい体内組織インピーダンスを挟む２箇所の身体末端組織に接触する電極間に電流を与える方法であって、まず身体外部に存在するところの、電極と皮膚表面との間の接触インピーダンスと身体末端組織インピーダンスとの合計部分のみに電流を印加して接触インピーダンスと身体末端組織インピーダンスとの合計インピーダンスに発生する電圧Ｖａを測定し、続いて前記接触インピーダンスと身体末端組織インピーダンスと両手間の身体内インピーダンスもしくは両足間の身体内インピーダンスとの合計部分に電流を印加して発生する電圧Ｖｂを測定する。そして電圧Ｖｂ−Ｖａの演算により両手間インピーダンスもしくは両足間インピーダンスのみに発生する電圧値を算出して、その値から両手間インピーダンスもしくは両足間インピーダンスを算出する方法である。
【００６９】
また、本実施例においては、電極５ａ，６ａに交流電流供給回路２２から交流電流が印加されて両足間インピーダンス値または体重値に相当する送信データが送信されるように構成されているが、前記交流電流に代えて定電圧を前記電極５ａ，６ａに印加するようにしても各送信データを送信することが可能である。この場合、前記上内臓部インピーダンスＲ１に発生する電圧は、各電極５ａ，６ａと体表面との接触インピーダンス値によって異なるが両足間インピーダンス信号または体重値信号はＣＰＵ１８への入力時でコンパレータ１５で正しくパルス化されればよい。このため、前記高入力抵抗差動増幅器１１にある程度のゲインをもたせておけば、送信データに相当する交流電流を印加した際の上内臓部インピーダンスＲ１に発生する電圧が接触インピーダンス値の違いによって増減し、コンパレータ１５への入力信号が小さくなった場合でも閾値Ｖｓより高ければ正しいパルス信号に変換される。
【００７０】
また、本実施例においては、両足間インピーダンス値Ｒｔ１が両足間インピーダンス測定部７から両手間インピーダンス測定部４へ伝達されるように構成されているが、これに限らず、例えば両足間インピーダンス測定部を前記両手間インピーダンス測定部４の回路構成と同一にして、両手間インピーダンス測定部が前記両足間インピーダンス測定部７の回路構成と同一にして両手間インピーダンス値を両手間インピーダンス測定部から両足間インピーダンス測定部へ伝達されるように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る体内脂肪測定装置を用いて被験者が体内脂肪量を測定する状態を説明する図である。
【図２】図２は、本実施例の体内脂肪測定装置の両手間インピーダンス測定部を構成する回路図である。
【図３】図３は、本実施例の体内脂肪測定装置の両足間インピーダンス測定部を構成する回路図である。
【図４】図４は、被験者の身体組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｆ）は、送信データの受信手順を説明する説明図である。
【図６】図６は、アナログスイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御を説明する説明図である。
【図７】図７は、体重測定回路を組み込んだ両足間インピーダンス測定部の回路図である。
【図８】図８は、送信データの送信方式の別態様を説明する説明図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、従来の問題点を説明する身体組織をインピーダンス片に置き換えた等価回路図である。
【符号の説明】
１ 体内脂肪測定装置
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ 電極
４ 両手間インピーダンス測定部
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ 電極
７ 両足間インピーダンス測定部
８ 設定値入力部
９ 第１表示部
１０ 定電流供給回路
１１ 高入力差動増幅回路
１２，２４ 整流回路
１３，２５ 平滑回路
１４，２６ Ａ／Ｄ変換器
１５ コンパレータ
１６，２７ Ｉ／Ｏ回路
１７，２８ ＲＯＭ／ＲＡＭメモリ
１８，２９ ＣＰＵ
１９，２３ 演算増幅器
２０ 電圧測定回路
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 演算増幅器
２２ 交流電流供給回路
３０ 外部信号入力部
３１ 第２表示部
４０ 体重測定回路
Claims (5)
- 身体内の脂肪量を測定する体内脂肪量測定装置において、
（ａ）被験者の少なくとも両足間への通電によりその両足間に存在する身体内インピーダンス値を得る第１測定部と、
（ｂ）被験者の少なくとも両手間への通電によりその両手間に存在する身体内インピーダンス値を得る第２測定部と、
（ｃ）前記第１測定部によって得られた身体内インピーダンス値と第２測定部によって得られた身体内インピーダンス値とを用いて身体内の脂肪量を演算する演算手段とを備え、
前記第１測定部または前記第２測定部のうちのいずれか一方による身体内インピーダンス値が他方に送信されるように、前記第１測定部または前記第２測定部のうちのいずれか一方に送信手段が、他方に受信手段が設けられ、
前記送信手段は、第１測定部または第２測定部における身体内インピーダンス値を測定するための一定電流の印加と、第１測定部または第２測定部による身体内インピーダンス値に相当する電流または電圧の被験者への印加とを兼ねる電源印加手段であり、
前記受信手段は、前記電源印加手段により印加された電流または電圧によって身体内に発生する電圧を測定する電圧測定手段である
ことを特徴とする体内脂肪量測定装置。 - 前記演算手段は、前記受信手段を備える側の測定部に設けられる請求項１に記載の体内脂肪量測定装置。
- 前記演算手段は、前記第１測定部による身体内インピーダンス値を用いて下半身の体脂肪量を演算するとともに、前記第２測定部による身体内インピーダンス値を用いて上半身の体脂肪量を演算する請求項１または２に記載の体内脂肪量測定装置。
- 前記第１測定部は、被験者の体重測定を行う体重測定手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載の体内脂肪量測定装置。
- 前記第１測定部および前記第２測定部で得られた身体内インピーダンスに基づいて上半身脂肪量と下半身脂肪量とを演算し、前記第１測定部および前記第２測定部のうちの少なくともいずれか一方に、それら上半身脂肪量と下半身脂肪量とを両方同時に、または選択的に交互に表示する請求項１〜４のいずれかに記載の体内脂肪測定装置。
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