JP4967514B2

JP4967514B2 - 生体インピーダンス測定回路、及び、生体インピーダンス測定装置

Info

Publication number: JP4967514B2
Application number: JP2006216130A
Authority: JP
Inventors: 直純脇
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: EP1886626B1; US20080036475A1; EP1886626A1; JP2008036230A; US8004291B2; DE602007007402D1

Description

本発明は生体インピーダンス測定装置、及び、生体インピーダンス測定装置に係り、特に、生体に電流を流して生体インピーダンスを測定するための生体インピーダンス測定回路、及び、生体インピーダンス測定装置に関する。

一般に、生体の電気的なインピーダンスを測定することにより生体の脂肪率を測定する体脂肪測定システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５は従来の一例のブロック構成図を示す。

従来の体脂肪測定システム１０は、ＣＰＵ１１、パッシブフィルタ１２、電圧電流変換回路１３、電極１４、１５、電圧検出回路１６、入力装置１７、表示装置１８から構成されている。

ＣＰＵ１１は、入力装置１７からの測定開始指示に基づいて方形波を出力する。ＣＰＵ１１から出力された方形波は、パッシブフィルタ１２に供給される。パッシブフィルタ１２は、ＣＰＵ１１から供給された方形波を正弦波に波形整形する。パッシブフィルタ１２で波形整形された正弦波は、電圧電流変換回路１３に供給される。

電圧電流変換回路１３は、パッシブフィルタ１２からの正弦波を電流に変換し、電極１４から生体に供給する。電極１４に供給された電流は、電極１５を介して接地に流れる。

電圧検出回路１６は、電極１４の電圧を検出して、ＣＰＵ１１に供給する。ＣＰＵ１１は、電圧検出回路１６から供給された電圧の振幅に基づいて生体のインピーダンスを測定し、脂肪率などを測定する。ＣＰＵ１１での測定結果は、表示装置１８に供給された表示される。
特開２００１−１６１６５５号公報

しかるに、従来の生体インピーダンス測定回路は、ＣＰＵからの方形波をパッシブフィルタによって、正弦波に変換していた。パッシブフィルタは、比較的大きなインダクタ及びキャパシタが必要となるため、半導体集積回路に内蔵することはできなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、集積回路化が可能な生体インピーダンス測定回路、及び、生体インピーダンス測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、生体に電流を流して生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定回路において、入力されるタイミング信号に基づいて擬似正弦波を発生する擬似正弦波発生回路（１２２）と、擬似正弦波発生回路（１２２）で発生した擬似正弦波に応じた電流を生体に出力する電圧電流変換回路（１２３）と、電圧電流変換回路（１２３）の出力に基づいて生体インピーダンスを測定する処理回路（１２１）とを有し、擬似正弦波発生回路（１２２）は半導体集積回路に搭載され、前記処理回路（１２１）は、前記タイミング信号を生成し、前記擬似正弦波発生回路（１２２）に供給し、前記擬似正弦波発生回路（１２２）は、電源電圧に直列に接続され、前記電源電圧を分圧して複数の電圧を発生させる複数の抵抗素子（Ｒ１１〜Ｒ１９）と、前記複数の抵抗素子（Ｒ１１〜Ｒ１９）で発生される複数の電圧から電圧を選択する複数のスイッチング素子（Ｑ１１〜Ｑ１８）と、前記タイミング信号に基づいて前記スイッチング素子（Ｑ１１〜Ｑ１８）をスイッチング制御して前記複数の電圧からの電圧を順次選択するコントローラ（１３３）とを有することを特徴とする。

本発明の擬似正弦波発生回路（１２２）は、発生した擬似正弦波をスムージングし、電圧電流変換回路に供給するフィルタ（Ｒ21〜Ｒ23、Ｃ11〜Ｃ13、１３２）を有することを特徴とする。

本発明は、処理回路（１２１）及び擬似正弦波発生回路（１２２）並びに電圧電流変換回路（１２３）が１チップの半導体集積回路に搭載されていることを特徴とする。

本発明は、擬似正弦波発生回路（１２２）及び電圧電流変換回路（１２３）が１チップの半導体集積回路に搭載されていることを特徴とする。

さらに、本発明は、測定開始指示を入力する入力装置（１１４）と、生体に電流を流して生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定回路と、生体インピーダンス測定回路により測定された測定結果を表示する表示装置（１１５）とを有する生体インピーダンス測定装置において、生体インピーダンス測定回路は、上記の生体インピーダンス測定回路（１１１）から構成されることを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、内蔵される素子の小さい擬似正弦波発生回路（１２２）によって処理回路（１２１）からの方形波から擬似正弦波を発生することにより、擬似正弦波発生回路（１２２）を半導体集積回路に搭載できるため、生体インピーダンス測定回路を小型化することが可能となる。

ここでは、本発明の生体インピーダンス測定回路を用いた体脂肪測定システムについて説明を行う。

図１は本発明の第１実施例のブロック構成図を示す。

本実施例の体脂肪測定システム１００は、生体インピーダンス測定回路１１１、電極１１２、１１３、入力装置１１４，表示装置１１５から構成されている。

生体インピーダンス測定回路１１１は、１チップの半導体集積回路から構成されており、ＣＰＵ１２１，擬似正弦波発生回路１２２、電圧電流変換回路１２３、電圧検出回路１２４を含む構成とされている。

ＣＰＵ１２１は、入力装置１１４からの測定開始指示に基づいてクロックを発生し、擬似正弦波発生回路１２２に供給する。なお、ＣＰＵ１２１から擬似正弦波発生回路１２２に供給されるクロックは、特許請求の範囲に記載のタイミング信号に相当する。

擬似正弦波発生回路１２２は、ＣＰＵ１２１から入力されるクロックに基づいて擬似正弦波を発生する。

図２は擬似正弦波発生回路１２２の回路構成図を示す。

擬似正弦波発生回路１２２は、差動アンプ１３１、１３２、カウンタ１３３、電源１３４、抵抗Ｒ11〜Ｒ19、Ｒ21〜Ｒ23、トランジスタＱ11〜Ｑ18、コンデンサＣ11〜Ｃ13から構成されている。

抵抗Ｒ11〜Ｒ19は電源１３４と接地との間に直列に接続されており、電源１３４から印加される電源電圧を分割する。トランジスタＱ11はソースが抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点に接続され、トランジスタＱ12はソースが抵抗Ｒ12と抵抗Ｒ13との接続点に接続され、トランジスタＱ13はソースが抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14との接続点に接続され、トランジスタＱ14はソースが抵抗Ｒ14と抵抗Ｒ15との接続点に接続され、トランジスタＱ15はソースが抵抗Ｒ15と抵抗Ｒ16との接続点に接続され、トランジスタＱ16はソースが抵抗Ｒ16と抵抗Ｒ17との接続点に接続され、トランジスタＱ17はソースが抵抗Ｒ17と抵抗Ｒ18との接続点に接続され、トランジスタＱ18はソースが抵抗Ｒ18と抵抗Ｒ19との接続点に接続されている。また、トランジスタＱ11〜Ｑ18のドレインは、差動アンプ１３１の非反転入力端子に接続されている。さらに、トランジスタＱ11〜Ｑ18のゲートは各々コントローラ１３３からの制御信号が供給されている。なお、トランジスタＱ11〜Ｑ18は、ソースとドレインとを逆に接続してもよい。

トランジスタＱ11〜Ｑ18は、コントローラ１３３からの制御信号によりスイッチングされて、抵抗Ｒ11〜Ｒ19により分割された電圧を順次に選択、出力する。

トランジスタＱ11〜Ｑ18は、コントローラ１３３からの制御信号によって、例えば、トランジスタＱ11→トランジスタＱ12→トランジスタＱ13→トランジスタＱ14→トランジスタＱ15→トランジスタＱ16→トランジスタＱ17→トランジスタＱ18→トランジスタＱ18→トランジスタＱ17→トランジスタＱ16→トランジスタＱ15→トランジスタＱ14→トランジスタＱ13→トランジスタＱ12→トランジスタＱ11の順に順次オンするように制御される。コントローラ１３３は、ＣＰＵ１２１からのクロックに基づいて上記動作を繰り返す。

図３は差動アンプ１３１の出力波形図を示す。

差動アンプ１３１の出力波形は、図３に示すようにＣＰＵ１２１からのクロックに応じて正弦波状に順次に増減する波形となる。

このとき、抵抗Ｒ11〜Ｒ19は、順次に選択された電圧の波形が正弦波波形に近似するように設定されている。例えば、図３に示す正弦波波形では、抵抗Ｒ11（＝Ｒ19）＜Ｒ12（＝Ｒ18）＜Ｒ13（＝Ｒ17）＜Ｒ14（＝Ｒ16）＜Ｒ15となるように設定されている。

トランジスタＱ11〜Ｑ18で選択、出力された電圧は、差動アンプ１３１に供給される。差動アンプ１３１は、バッファアンプを構成している。

差動アンプ１３１の出力は、抵抗Ｒ21〜Ｒ23、コンデンサＣ11〜Ｃ13、差動アンプ１３２から構成されるアクティブフィルタに供給される。抵抗Ｒ21〜Ｒ23、コンデンサＣ11〜Ｃ13、差動アンプ１３２から構成されるアクティブフィルタは、差動アンプ１３１の擬似正弦波信号をスムージングして、電圧電流変換回路１２３に供給する。

電圧電流変換回路１２３は、擬似正弦波発生回路１２２から供給された擬似正弦波信号を電流に変換する。電圧電流変換回路１２３で変換された擬似正弦波信号に応じた電流は、端子Ｔ11から出力される。端子Ｔ11は、電極１１２に接続されている。電極１１２は、生体に接触している。なお、電極１１２から生体に流し込まれる電流は、例えば、最大で５００μＡ程度に制限されている。

また、生体には、電極１１３が接触している。電極１１３は、接地されており、電極１１２から供給され、生体を通った電流を接地に流す。

電圧検出回路１２４は、端子Ｔ11に接続されており、電極１１２の電圧を検出する。電圧検出回路１２４で検出された電圧は、ＣＰＵ１２１に供給される。

ＣＰＵ１２１は、電圧検出回路１２４から供給された電圧の振幅に基づいて生体インピーダンスを測定し、測定した生体インピーダンスに基づいて生体の脂肪率を推定する。ＣＰＵ１２１は、推定した体脂肪率のデータを表示装置１１５に供給する。表示装置１１５は、表示ドライバ、ＬＣＤなどを含み、ＣＰＵ１２１からの体脂肪率のデータに基づいてＬＣＤを駆動して、体脂肪率を表示する。

本実施例によれば、擬似正弦波発生回路１２２を、抵抗Ｒ11〜Ｒ19により電源１３４の電圧を分割し、抵抗Ｒ11〜Ｒ19で分割した電圧を、コントローラ１３３によりＣＰＵ１２１からのクロックに応じてトランジスタＱ11〜Ｑ19を順次にオンすることにより、擬似正弦波を発生する構成とすることにより、パッシブフィルタなどのようにインダクタ、キャパシタなどが不要となるので、擬似正弦波発生回路１２２を半導体集積回路に搭載することができる。よって、ＣＰＵ１２１、擬似正弦波発生回路１２２、電圧電流変換回路１２３、電圧検出回路１２４を１チップの半導体集積回路に搭載することが可能となる。

なお、本実施例では、差動アンプ１３１の出力擬似正弦波をスムージングするために抵抗Ｒ21〜Ｒ23、コンデンサＣ11〜Ｃ13、差動アンプ１３２から構成されるフィルタを設けるようにしたが、差動アンプ１３２の出力擬似正弦波を電圧電流変換回路１２３に供給するようにしてもよい。

図４は本発明の第２実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の体脂肪測定システム２００は、生体インピーダンス発生回路１１１をＣＰＵ２１１、擬似正弦波発生ＩＣ２１２から構成したものであり、ＣＰＵ２１１と擬似正弦波発生ＩＣ２１２とは別々の半導体集積回路から構成されている。

ＣＰＵ２１１は、第１実施例のＣＰＵ１２１と同等の処理動作を行う。擬似正弦波発生ＩＣ２１２は、第１実施例の擬似正弦波発生回路１２２及び電圧電流変換回路１２３並びに電圧検出回路１２４を１チップの半導体集積回路に搭載したものである。

本実施例によれば、ＣＰＵ２１１を自由に選択することができる。例えば、高機能なものに容易に変更することができる。よって、設計の自由度を向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明の第１実施例のブロック構成図である。擬似正弦波発生回路１２２の回路構成図である。擬似正弦波発生回路１２２の動作波形図である。本発明の第２実施例のブロック構成図である。従来の一例のブロック構成図である。

符号の説明

１００、２００体脂肪率測定システム
１１１生体インピーダンス測定回路
１２１、２１１ＣＰＵ、１２２擬似正弦波発生回路、１２３電源電流変換回路
１３１、１３２差動アンプ、１３４電源
２１２擬似正弦波発生ＩＣ
Ｒ11〜Ｒ19、Ｒ21〜Ｒ23 抵抗、Ｑ11〜Ｑ18 トランジスタ、Ｃ11〜Ｃ13 コンデンサ

Claims

生体に電流を流して生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定回路において、
入力されるタイミング信号に基づいて擬似正弦波を発生する擬似正弦波発生回路と、
前記擬似正弦波発生回路で発生した擬似正弦波に応じた電流を生体に出力する電圧電流変換回路と、
前記電圧電流変換回路の出力に基づいて前記生体インピーダンスを測定する処理回路とを有し、
前記擬似正弦波発生回路は、半導体集積回路に搭載され、
前記処理回路は、前記タイミング信号を生成し、前記擬似正弦波発生回路に供給し、
前記擬似正弦波発生回路は、
電源電圧に直列に接続され、前記電源電圧を分圧して複数の電圧を発生させる複数の抵抗素子と、
前記複数の抵抗素子で発生される複数の電圧から電圧を選択する複数のスイッチング素子と、
前記タイミング信号に基づいて前記スイッチング素子をスイッチング制御して前記複数の電圧からの電圧を順次選択するコントローラとを有することを特徴とする生体インピーダンス測定回路。
前記擬似正弦波発生回路は、発生した擬似正弦波をスムージングし、前記電圧電流変換回路に供給するフィルタを有することを特徴とする請求項１記載の生体インピーダンス測定回路。
前記処理回路及び前記擬似正弦波発生回路並びに前記電圧電流変換回路が１チップの半導体集積回路に搭載されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体インピーダンス測定回路。
前記擬似正弦波発生回路及び前記電圧電流変換回路が１チップの半導体集積回路に搭載されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体インピーダンス測定回路。
測定開始指示を入力する入力装置と、生体に電流を流して生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定回路と、前記生体インピーダンス測定回路により測定された測定結果を表示する表示装置とを有する生体インピーダンス測定装置において、
前記生体インピーダンス測定回路は、請求項１乃至４のいずれか一項記載の生体インピーダンス測定回路から構成されることを特徴とする生体インピーダンス測定装置。