JP5078433B2 - 生体測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体測定装置に関し、特に生体データ取得手段を備えた生体測定装置に関する。

近年の生体測定装置として、測定対象者の体重のみならず、測定対象者の体脂肪率、体水分率その他の生体データを算出することのできるものが種々提案されており、このような生体測定装置は、一般的には筐体の上面を構成するカバー部材に四枚の電極部材が配置されている。この電極部材は、通電電極と測定電極を二組配置してなり、測定対象者が、一方の足を一方の通電電極と測定電極の組の上に、他方の足を他方の通電電極と測定電極の組の上に、それぞれ載せることにより、体重測定とともに生体データの測定を行う。この生体測定装置では、測定対象者の両足のつま先に接触する二枚の通電電極から電流を印加し、かかとに接触する二枚の測定電極によって電圧を検出するため、四枚の電極部材を、筐体の上面のあらかじめ定めた位置にそれぞれ配置する。

特公平０５−４９０５０号公報

しかしながら、上述の従来の生体測定装置によると、予定していない方向へ向いて測定対象者が装置に載った場合には正確な測定を行うことができなくなるおそれがあった。例えば、二枚の通電電極に右足を載せ、二枚の測定電極に左足を載せた状態で生体データを算出しようとする場合である。すなわち、本来、両足のつま先間に、両脚部（下半身）を介して電流を流し、この電流経路に発生する電圧を両足のかかと間で測定すべきところ、右足のつま先とかかととの間に電流が流れるため、この電流経路（右足脚部）に発生する電圧を、左足のつま先とかかととの間では測定することができず、生体インピーダンスを測定することが出来なくなってしまう。

また、生体測定装置の外観デザインによっては電極部材の前後左右が明確でなくなってしまって、測定対象者がどの向きに載るべきかが分かりにくい場合がある。さらにまた、例えば、電極部材を含む測定部分と表示部分を分離した生体測定装置では、測定部分の載置方向を自由にすることが期待されつつある。

そこで本発明は、測定対象者がどの方向を向いて載っても、又は、装置がどの向きに配置されても、測定対象者の向きを判断することができることから、常に同じ経路で電流を流し、かつ、その経路で発生した電圧を測定することができ、これにより、正確かつ信頼性の高い生体データを取得することのできる生体測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の生体測定装置においては、上面に測定対象者が載る筐体と、前記筐体に設けられた複数の重量測定手段と、前記重量測定手段のそれぞれによって測定された測定値を比較し、その比較結果に基づいて前記筐体上に載っている前記測定対象者のかかと及びつま先の向きを判断する比較判断手段と、前記筐体の上面に配置された複数の電極部材と、前記電極部材の機能を変更する変更手段と、前記比較判断手段による判断結果に基づいて前記変更手段が機能を変更する前記電極部材を用いて、前記測定対象者の生体データを取得する生体データ取得手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記電極部材は、少なくとも一組の電極部材であり、前記変更手段は、前記比較判断手段による判断結果に基づいて、一方の電極部材を前記測定対象者の足に電流を印加する通電電極とし、他方の電極部材を前記測定対象者の足から電圧を検出する測定電極とする設定を相互に変更することを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記比較判断手段は、前記重量測定手段により測定された測定値が大きい側を前記測定対象者のかかと側であると判断し、前記変更手段は、前記測定値が大きい側に設けられた前記電極部材を前記測定電極として設定することを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記重量測定手段は、四つ設けられていることを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記電極部材は、前記重量測定手段に対応する位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記比較判断手段は、前記四つの重量測定手段を二組に分け、それぞれの組において大きな測定値を示す重量測定手段に対応する二つの電極部材側に、前記測定対象者のかかとがあると判断することを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、重量測定手段はロードセルであることを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記筐体の上面には、前記複数の電極部材の外側に、前記測定対象者の足の位置を決める位置決め部材が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の生体測定装置において、前記電極部材は平面形状が同一であることを特徴とする。

本発明によると、上面に測定対象者が載る筐体に複数の重量測定手段が設けられるとともに、重量測定手段のそれぞれによって測定された測定値を比較し、その比較結果に基づいて筐体上に載っている測定対象者の体の向きを判断する比較判断手段と、比較判断手段による判断結果に基づいて測定対象物の生体データを取得する生体データ取得手段と、を備えることにより、測定対象者がどの方向に向いて載っても、又は、装置がどの向きに配置されても、測定対象者の向きを判断することができることから、常に同じ経路で電流を流し、かつ、その経路で発生した電圧を測定することができ、これにより、正確かつ信頼性の高い生体データを取得することのできる生体測定装置を提供することができる。さらに、従来は測定対象者が正しい向きに載ることができるように設計されてきた、電極部材及び筐体の形状の拘束がなくなるため、生体測定装置の形状を自由に設計することができる。

以下、本発明を、カバー部材２０上に四枚の電極部材３１、３２、３３、３４を配置するとともに、四つのロードセル６１、６２、６３、６４を備えた生体測定装置１０に適用した場合の実施形態について図面を参照しつつ詳しく説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る生体測定装置１０の構成を示す分解斜視図、図２は、生体測定装置１０の体重測定及び生体データ取得に関する制御系統を示すブロック図である。なお、本発明は、本実施形態以外の構成にも適用することができる。

図１又は図２に示すように、生体測定装置１０は、筐体を構成するカバー部材２０及び底板部材５０、生体データ取得手段としての電極部材３０、重量測定部材としてのロードセル６０、並びに、比較判断手段としての制御回路１２を備えるものであって、電極部材３０を用いた生体データの取得、及びロードセル６０による体重測定を同時に行うことができるようになっている。生体測定装置１０は、ロードセル６０が固定されたフレーム部材４０を底板部材５０上に載置し、さらに、このフレーム部材４０上に、電極部材３０が保持されたカバー部材２０を載置した構成となっている。以下に、各部材の詳細な構成について説明する。

カバー部材２０は、樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体））を成形してなる略矩形板状部材であって、その上面２０ａに電極部材３０を保持している。なお、電極部材３０を保持する構造は適宜採択可能であるが、例えば、電極部材３０を嵌め込み可能な凹部（図に示さず）をカバー部材２０の上面２０ａに形成し、電極部材３０と上面２０ａが面一となるようにはめ込んで保持するようにするとよい（図１参照）。なお、本実施形態においては、表示部２１及び操作部２２（図２）を、カバー部材２０とは別体に設けているが、カバー部材２０と一体に設けることもできる。

図２に示すように、表示部２１及び操作部２２は、制御回路１２に接続されている。また、制御回路１２には、記憶部（例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））１４が接続されており、生体測定装置１０の測定対象者が操作部２２を操作することにより、例えば、自己のデータ（例えば、身長、性別、年齢）を入力して、記憶部１４に記憶させることができる。操作部２２を操作すると、例えば、前記データを記憶部１４から読み出して表示部２１に表示させたり、記憶部１４にあらかじめ記憶させた測定モードを選択したり、測定結果を順次表示させることができるようになっている。

さらに、比較判断手段としての制御回路１２には、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４、及び増幅回路としてのアンプ７１、７２、７３、７４を介して、ロードセル６１、６２、６３、６４がそれぞれ接続されている。さらに、制御回路１２には、電流発生回路１３及び電圧検出回路１５、並びに、変更手段としてのセレクタ（選択回路）１６を介して、電極部材３１、３２、３３、３４がそれぞれ接続されている。

電流発生回路１３は、通電電極に設定された電極部材から測定対象者のつま先へ供給する定電流を発生するものであり、電圧検出回路１５は、電流発生回路１３から供給された電流によって生じる測定対象者の両足間の電位差（電圧）を、測定電極に設定された電極部材を通じて取得して、その電圧量を検出するものである。セレクタ１６は、比較判断手段としての制御回路１２による判断結果に基づいて、電流発生回路１３から供給された電流を通電電極に設定された電極部材に供給するともに、測定電極に設定された二つの電極部材と電圧検出回路１５を接続して電位差検出に供する。

なお、制御回路１２、電流発生回路１３、記憶部１４、電圧検出回路１５、アンプ７１、７２、７３、７４、及び、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４、は、図２以外では図示を省略しているが、生体測定装置１０の任意の位置、例えば、カバー部材２０の下面や、フレーム部材４０の上面に、適宜配置することができる。

電極部材３０は、四枚の金属電極板３１、３２、３３、３４からなり、いずれも、接触した生体（測定対象者）に対して電流を印加し、又は、電圧を検出することができるように、同一形状で同一特性であることが好適である。また、電極部材３１、３２、３３、３４は、カバー部材２０の略矩形の平面形状の四つの角部に配置されている。測定対象者が、その両足のつま先及びかかとを、四枚の電極部材３１、３２、３３、３４に載せると、まず重量測定が開始され、続いて生体データの取得が行われる。

カバー部材２０には、その上面２０ａの平面において、電極部材３１、３２、３３、３４の外側の二辺に沿って、上方へ突出する位置決め部材としての突起２３、２４、２５、２６がそれぞれ設けられている。このような突起２３、２４、２５、２６を設けることによって、測定対象者のつま先及びかかとが確実に電極部材３１、３２、３３、３４上に載るように位置決めすることができ、これにより常に確実かつ正確な生体データ取得を行うことができる。なお、突起２３、２４、２５、２６は、電極部材３１、３２、３３、３４において上方へ突出する形態であれば、生体測定装置１０の仕様に応じて、任意の形状で、任意の位置に、任意の数だけ配置することができる。

フレーム部材４０は、カバー部材２０に対応した形状の板状部材であり、例えば金属（アルミニウムなど）のように強度の高い材料を成形してなる。フレーム部材４０の上面（カバー部材２０側の面）の四隅には、ロードセル６０を収容するための凹部としての取付凹部４１、４２、４３、４４がそれぞれ形成されている。取付凹部４１、４２、４３、４４は、ロードセル６０の構成に応じて、フレーム部材４０の任意の位置に任意の形状で形成することができる。なお、フレーム部材４０は、生体測定装置１０の仕様上、十分な強度を確保できれば、金属以外の材料（例えばＡＢＳ樹脂）で構成することもできる。

底板部材５０は、カバー部材２０に対応した平面形状を備えた板状の金属（例えばアルミニウム）部材であって、カバー部材２０とともに生体測定装置１０の筐体を構成する。なお、筐体は、本実施形態の生体測定装置１０のようなカバー部材２０と底板部材５０からなる構成以外の構成とすることもできる。

重量測定手段としてのロードセル６０は、フレーム部材４０の取付凹部４１、４２、４３、４４内にそれぞれ収容される同一形状かつ同一特性のロードセル６１、６２、６３、６４からなる。これらのロードセル６１、６２、６３、６４は、荷重により歪みを生じる金属製の起歪体６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ上に、歪みゲージとしての歪み測定部６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂをそれぞれ備えたものであって、フレーム部材４０の平面形状中央に向くようにそれぞれ配置される。これらのロードセル６１、６２、６３、６４は、ねじ５１、５２、５３、５４によって、フレーム部材４０の取付凹部４１、４２、４３、４４の内側にそれぞれ収容されて固定され、撓みばりを構成する。歪み測定部６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂはそれぞれ、例えば、一対の歪みゲージからなり、ホイートストンブリッジの一部を構成し、測定対象者の体重による、ロードセル６１、６２、６３、６４それぞれの歪み測定部の伸縮を電気抵抗値の変化として捉え、これにより測定対象者の体重を算出することができる。算出は制御回路１２が行う。

次に、生体測定装置１０における体重測定及び生体データの取得の流れについて、図３を参照しつつ説明する。図３は、生体測定装置１０を用いた体重測定及び生体データの取得の流れを示すフローチャートである。

測定対象者がカバー部材２０上に載ること、又は操作部２２を操作することによって生体測定装置１０を起動し（ステップＳ１）、測定対象者が電極部材３１、３２、３３、３４上に両足のつま先及びかかとを載せると、体重測定が開始される（ステップＳ２）。

体重測定においては、まず、測定対象者がカバー部材２０上に載ったことによる荷重に基づいて起きる、ロードセル６１、６２、６３、６４の歪み測定部の伸縮に対応する抵抗値を各ホイートストンブリッジ回路を介して電圧値に変換して、前記各電圧値をアンプ７１、７２、７３、７４でそれぞれ増幅した後に、さらに、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４でそれぞれディジタル化して制御回路１２へ入力する。制御回路１２では、入力された各電圧値を、記憶部１４にあらかじめ記憶させた算出プログラムを用いて、ロードセル６１、６２、６３、６４に掛かる荷重値としてそれぞれ算出し、各ロードセルに対応させて、記憶部１４に記憶する。また、制御回路１２では、記憶部１４にあらかじめ記憶させた算出プログラムを用いて、前記各荷重値から測定対象者の体重を算出する。

一方、制御回路１２は、記憶部１４に記憶されたロードセル６１、６２、６３、６４に対応する荷重値を比較して、測定対象者がカバー部材２０上においてどちらを向いているかを判断する（ステップＳ３〜Ｓ５）。この判断は、カバー部材２０の平面の４辺のうち、より多くの荷重がかかっている部分に測定対象者のかかとが載っているものとして行う。すなわち、一般的に、人が自然に直立姿勢をとった場合には、両足のつま先部分よりもかかと部分の方が多くの荷重（体重）がかかるものと考えられるため、ロードセル６１、６２、６３、６４（電極部材３１、３２、３３、３４）のうち、これらに対応する荷重値のうち、大きな値を示す隣接する二つのロードセル（電極部材）上に測定対象者のかかとが載っており、残りの隣接する二つのロードセル（電極部材）上につま先が載っているものと考える。荷重値の比較及び測定対象者の向きの具体的な判断は、例えば、次のように行う。

まず、カバー部材２０の平面の対角線上に配置された電極部材３１及び電極部材３３に対応するロードセル６１及びロードセル６３における荷重値を互いに比較する（ステップＳ３）。両荷重値が同一である場合（ステップＳ４でＹＥＳ）は、再び体重測定を行って新たな荷重値を記憶部１４に記憶する（ステップＳ２）。

両荷重値が同一ではない場合（ステップＳ４でＮＯ）は、大きな荷重値に対応する電極部材を記憶部１４に記憶した後に、カバー部材２０の平面の別の対角線上に配置された電極部材３２及び電極部材３４に対応するロードセル６２及びロードセル６４における荷重値を互いに比較する（ステップＳ５）。両荷重値が同一である場合（ステップＳ６でＹＥＳ）は、再び体重測定を行って新たな荷重値を記憶部１４に記憶する（ステップＳ２）。

両荷重値が同一ではない場合（ステップＳ６でＮＯ）は、大きな荷重値に対応する電極部材を記憶部１４に記憶する。以上の動作によって、記憶部１４には、大きな荷重値を示す一組のロードセルに対応する一組の電極部材が記憶されることとなり、制御回路１２は、記憶された隣接する一組の電極部材上に測定対象者のかかとが載っており、残りの隣接する一組の電極部材上につま先が載っている、と判断する。さらに、測定対象者のかかと及びつま先に対応する電極部材が定まることにより、カバー部材２０上における測定対象者の両足の配置を特定することによって、測定対象者の体の向き（足の向き）を特定することができる。制御回路１２は、測定対象者のつま先に対応する二つの電極部材を、電流を印加するための通電電極、かかとに対応する二つの電極部材を、電圧を検出するための測定電極、にそれぞれ設定し、設定結果をセレクタ１６へ出力する（ステップＳ７）。なお、これとは反対に、測定対象者のつま先側の電極部材を測定電極として、かかと側の電極部材を通電電極として構成してもよい。

セレクタ１６においては、電流発生回路１３から出力された交流電流を、電極部材３１、３２、３３、３４のうちの通電電極に設定された二つの電極部材に印加する（ステップＳ８）とともに、測定電極に設定された二つの電極部材間の電圧値（電位差）の測定を開始する（ステップＳ９）。

電圧値の測定は、セレクタ１６を介して測定電極に接続された電圧検出回路１５で行われる。測定された電圧値は記憶部１４に記憶され、制御回路１２においては、記憶部１４にあらかじめ保存されたプログラムに従って、通電電極から供給された電流値と測定された電圧値とから測定対象者の両足間の生体インピーダンス（生体電気インピーダンス）を算出する。さらに、制御回路１２は、ロードセル６０を用いて算出された体重、及び、電極部材３０を用いて算出された生体インピーダンスから、記憶部１４にあらかじめ保存されたプログラムに従って、生体データとして、例えば、体脂肪率、体水分率、筋肉量、基礎代謝量、骨量、内臓脂肪レベルを算出することができる（ステップＳ１０）。算出された体重及び生体データを表示部２１に表示してすべての測定が終了する（ステップＳ１１）。

以下に変形例について説明する。上述の生体データの取得の流れにおいては、二つの対角線上のロードセルにおける荷重値を比較して、それぞれにおいて大きな荷重値を示したロードセルに対応する電極部材を測定対象者のかかとであると判断して、これらを測定電極に設定したが、これに代えて、すべてのロードセルにおける荷重値を互いに比較して、大きい方の二つの荷重値を示したロードセルに対応する電極部材を測定電極に設定するという比較判断手法を用いることもできる。

さらにまた、上述の四枚の電極部材３１、３２、３３、３４に代えて、二枚の電極部材で構成することもできる。この場合は、二枚の電極部材のいずれについても、通電電極及び測定電極としての各機能をもたせて、一方の電極部材上に測定対象者の左足を、他方の電極部材上に測定対象者の右足を載せた状態で、一方の電極部材から他方の電極部材に通電すると、両電極部材間の電圧の測定結果に基づいて、生体電気インピーダンスを算出することができるように構成する。この構成においては、両方の電極部材に、同じ足のつま先とかかとをそれぞれ載せると、測定対象者の脚部（下半身）を介した電流経路が形成されないため、正確な生体インピーダンスを算出することができない。したがって、本発明を適用して、測定対象者が生体インピーダンスを測定可能な向きで電極部材上に載っているか否かを判断できるように構成する。本発明は、鉛直方向に移動可能とされた測定端子を測定対象者の頭頂部に接触させて測定対象者の身長を測るタイプの身長計を備えた生体測定装置にも適用可能であるが、上述のように電極部材を二枚で構成した場合には、測定対象者が身長計に身体の正面を向けたときと、身長計に背中を向けたときの判別が容易となる点で好適である。

また、ロードセルは、測定対象者の向きを正確に判断する観点からは、上述のようにフレーム部材４０の四隅に一つずつ配置することが好ましいが、二つ以上配置すれば、簡易かつ低コストの構成でカバー部材２０上に載った測定対象者の向きを判断することができる。

また、電極部材は四枚の金属電極板以外の構成とすることもできる。例えば、抵抗値が既知で且つ異なる複数の基準抵抗を、測定対象者の身体に対して直列又は並列となるように制御回路１２中に配設しておき、各基準抵抗に起因して生じる電位差を両足間に生じる電位差と共に取得し、取得された各電位差と基準抵抗の抵抗値との比率に基づいて被測定者の生体インピーダンスを算出することもでき、この場合は二枚の金属電極板で構成することもできる。この構成では、身体に供給される電流値が不明であっても生体インピーダンスデータを取得することができる。

さらにまた、上述の実施形態ではセレクタ１６を用いて、電流発生回路１３及び電圧検出回路１５と、通電電極及び測定電極と、を選択的に接続したが、これに代えて、例えば、筐体内に、カバー部材２０に平行な面内で回動可能な電極切替部材を配置し、制御回路１２による判断結果に応じて電極切替部材を回動させることによって、通電電極とすべき電極部材に電流発生回路１３を、測定電極とすべき電極部材に電圧検出回路１５を、それぞれ接続させる構成とすることもできる。

また、上述の実施形態では、セレクタ１６を用いて一組の電流発生回路１３及び電圧検出回路１５を四枚の電極部材に選択的に接続していたが、これに代えて、四枚の電極部材のそれぞれに電流発生回路及び電圧検出回路の組を接続しておき、制御回路１２による判断結果に応じて、各電極部材に対して電流発生回路及び電圧検出回路のいずれを用いるかの選択を指示するようにすることもできる。

本発明の実施形態に係る生体測定装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る生体測定装置の体重測定及び生体データ取得に関する制御系統を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る生体測定装置を用いた体重測定及び生体データの取得の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 生体測定装置
１２ 制御回路（比較判断手段）
１３ 電流発生回路
１５ 電圧検出回路
１６ セレクタ（変更手段）
２０ カバー部材（筐体）
２１ 表示部
２２ 操作部
２３、２４、２５、２６ 突起（位置決め部材）
３０ 電極部材（生体データ取得手段）
３１ 電極部材（生体データ取得手段）
３２ 電極部材（生体データ取得手段）
３３ 電極部材（生体データ取得手段）
３４ 電極部材（生体データ取得手段）
４０ フレーム部材
５０ 底板部材（筐体）
６０ ロードセル（重量測定手段）
６１ ロードセル（重量測定手段）
６２ ロードセル（重量測定手段）
６３ ロードセル（重量測定手段）
６４ ロードセル（重量測定手段）

Claims (9)

1. 上面に測定対象者が載る筐体と、
   前記筐体に設けられた複数の重量測定手段と、
   前記重量測定手段のそれぞれによって測定された測定値を比較し、その比較結果に基づいて前記筐体上に載っている前記測定対象者のかかと及びつま先の向きを判断する比較判断手段と、
   前記筐体の上面に配置された複数の電極部材と、
   前記電極部材の機能を変更する変更手段と、
   前記比較判断手段による判断結果に基づいて前記変更手段が機能を変更する前記電極部材を用いて、前記測定対象者の生体データを取得する生体データ取得手段と、を備えること
   を特徴とする生体測定装置。
2. 前記電極部材は、少なくとも一組の電極部材であり、前記変更手段は、前記比較判断手段による判断結果に基づいて、一方の電極部材を前記測定対象者の足に電流を印加する通電電極とし、他方の電極部材を前記測定対象者の足から電圧を検出する測定電極とする設定を相互に変更することを特徴とする請求項１に記載の生体測定装置。
3. 前記比較判断手段は、前記重量測定手段により測定された測定値が大きい側を前記測定対象者のかかと側であると判断し、前記変更手段は、前記測定値が大きい側に設けられた前記電極部材を前記測定電極として設定することを特徴とする請求項２に記載の生体測定装置。
4. 前記重量測定手段は、四つ設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１に記載の生体測定装置。
5. 前記電極部材は、前記重量測定手段に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１に記載の生体測定装置。
6. 前記比較判断手段は、前記四つの重量測定手段を二組に分け、それぞれの組において大きな測定値を示す重量測定手段に対応する二つの電極部材側に、前記測定対象者のかかとがあると判断することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の生体測定装置。
7. 重量測定手段はロードセルであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１に記載の生体測定装置。
8. 前記筐体の上面には、前記複数の電極部材の外側に、前記測定対象者の足の位置を決める位置決め部材が設けられていることを特徴とする請求項２乃至請求項７のうち、いずれか１に記載の生体測定装置。
9. 前記電極部材は平面形状が同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１に記載の生体測定装置。

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