JPH01113645A - 導電性測定装置 - Google Patents

導電性測定装置

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JPH01113645A
JPH01113645A JP62271351A JP27135187A JPH01113645A JP H01113645 A JPH01113645 A JP H01113645A JP 62271351 A JP62271351 A JP 62271351A JP 27135187 A JP27135187 A JP 27135187A JP H01113645 A JPH01113645 A JP H01113645A
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中野　勝吉
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 生体等の被検体における表面と内部との水分含有量等に
よって異なる導電性を、特定の電極を被検体に接触して
測定し演算して、それぞれの値を検出できる簡便な測定
装置を提供しようとするものである。
［従来の技術］ 例えば生体の皮膚のように電気固有抵抗が大きく、その
うえ表層と深部とで異なる導電性をもつものに対して、
その表面部に一対の電極を接触させ両電極間の導電性を
測定する方法がとられている。しかるにこのような従来
の測定手段では、その表面と内部との導電性を区分して
測定することは困難であった。
接地抵抗のような測定の場合には、コーラウシニブリッ
ジ法やウィーヘルト法などの方式が試みられ、電位差計
式接地抵抗計あるいは定電流式接地抵抗計などが利用さ
れている。
しかし、これらの手段を生体等の被検体の表面と内部と
で異なる含有水分量や血液等によって異なる導電性の測
定に利用するには無理がある。
また金属のように導電性の高い物質であれば高周波によ
る表皮効果によって表面部分と深部とをある程度分離し
て測定することができる。しかし導電性の小さいものに
対しては効果が小さく、かつその効果を得るための周波
数は非常に高くなるので実用的にはなり難いという欠点
があった。
なお、生体の皮膚における皮下細胞の細胞膜は非常に静
電容量＜１μＦ／ｃｍ程度）が大きく絶縁体と見做せる
ので、印加する電源周波数が低い間は細胞間の生理液の
みが導電性に寄与するが。
周波数が高くなると細胞膜を通して細胞内液にも電流が
流れるようになるといわれている（例えば金井寛：　イ
ンピーダンス計測の基礎と臨床への応用、臨床検査語、
　　ＰＰ、４２１〜４２９．ＶＯＬ、２６．ＮＯ，４，
１９８２−４参照）。
従って電極間の印加電圧としては２表面電流の測定には
低い周波数のものを、また静電容量の大きい皮下の細胞
膜に達する深部電流の測定には高い周波数のものを使用
する方が効果的であるといわれている。
しかし実際の皮膚は表面から内部に行くに従ってかなり
複雑な導電性を示すのが普通であり、また生体各部の電
気的性状も刻々と変化するものであるから、−概に簡単
なモデルや等価回路で模擬することは難しい。
依って、皮膚の表面から電極を接触させて測定する方法
において、従来はその表面と内部との導電性をそれぞれ
区分して検出することは極めて困難なこと＼されてきた
。
［発明の概要］ 本発明の導電性測定装置は９発信側と受信側との一対の
測定用電極の間にスイッチにより接続状態にできる低電
位の中間電極を配置し、これらの各電極を被検体と接触
させて、該被検体の表面と内部との導電性をそれぞれ測
定できるように構成したことを特徴とするものである。
この場合、前記発信側と受信側との測定用電極および中
間電極の各電極を同心円状に配置し、これらを一体止し
てプローブに構成することもできる。そして前記発信側
と受信側との測定用電極の間に中間電極を配置して前記
被検体の内部電流を測定１　次にスイッチにより前記中
間電極を開放状態にして表面電流を測定し、その両測定
値を演算して前記被検体の表面の導電性を正確に判定す
ることができる。
また本発明の装置は、前記プローブにＦＭ送信器と電源
電池を装填し、ＦＭ受信器により測定結　−果を判定で
きるように構成することができる。
さらに前記被検体の内部の導電性を測定する時の電源周
波数を９表面の測定時に比し高く設定したり、あるいは
前記各電極を前記被検体の表面形状に対応して接触する
ように導電性柔軟材料で構成したことを特徴とするもの
である。
［発明の実施例］ 第１図は被検体１の性状に適合した周波数を発信する発
信部２と、その発信出力を印加する発信電極３および被
検体１を通った発信出力を捕捉する受信電極４とそれに
接続されている受信部５゜および発信電極３と受信電極
４の間に低電位または接地電位に設定した中間型Ｆ［Ｉ
６とスイッチ７とを配置して成る９本発明の導電性測定
装置の原理的構成例を示したものである。この場合、受
信部５には導電性の測定結果を処理する演算回路や表示
回路が装備される。
第２図は、被検体と接触させる各電極を同心円状に配置
した従来から利用されている表面測定用電極の配置を例
示したものであり、中央の円電極が受信電極９．その外
周の環状電極が発信電極８そして最外部の１１は誘導防
止用として通常接地して用いるガードリングである。
これに対し第３図は２本発明の装置で用いる同心円状に
配置された各電極の構成例で、受信電極９と発信電極８
との間に中間電極１０が設置されたものである。
まず第２図に示した従来の一対の電極８と９を被検体に
押し付け、電極間に直流を印加した場合の表面と内部と
、のモデルを簡単な等価回路で示すと第４図のようにな
る。但しガードリング１１の回路については省略し、ま
た発信源Ｓの内部抵抗ｒｌＩは通常極めて小さいので無
視するものとする。
第４図において、一般に被検体１０表面部分の等価抵抗
ｒ３を流れる表面電流■３と、内部に達する垂直部の抵
抗ｒｄｌとｒｄ２および深部における水平方向の抵抗ｒ
ｕを通過して流入する内部電流１１　との合成電流■は
測定できる。
しかるに、電極間の合成電流（１＝Ｉｓ＋Ｉ＋）のうち
９表面抵抗が小さい時（ｒｓ＜ｒｄ＋＋ｒＭ２＋ｒｕ）
に測定される電流の大部分は表面電流Ｉ９ではあるが、
その内部電流■１をも含んだものであるから正確なＩｓ
ではない。
また表面部の抵抗が内部の抵抗に比して比較的大きいよ
うな時には、全体として絶縁抵抗が大きいために導電性
を著しく低下するが、かなり内部電流１＋　に依存した
測定結果になる場合も生じるので、Ｉｓ　と■１との値
を区分して求めることはできない。
故に被検体ｌとして生体の皮膚を扱う場合のように２例
えば表層部が比較的乾燥した状態にある時は皮下細胞部
に比べてその導電性は小さい。従ってこれを表面電流Ｉ
３と内部電流■１　とに区分した値をそれぞれ測定する
ことは困難なこと−されてきた。
しかしながら、第３図に例示した電極配置を適用するこ
とにより９例えば上記１ｓと１１との区分した値の測定
が可能になった。
そこで上述の場合と同様に等価回路で例示すると第５図
のようになる。
同図において各部の電流は、被検体ｌの表面部分の等価
抵抗ｒｓｌを流れる表面電流Ｉｓ＋と、垂直部の抵抗ｒ
ｄｌ　とｒｄ２および深部の水平方向の抵抗ｒｕｔ　を
通って中間電極１０に流入する深部電流１１と、さらに
抵抗ｒｄｔ、ｒｕｔ、ｒｕ２およびｒｄ３を通って受信
電極９に流入する深部電流■２などに分けて考えられる
。
この場合、まず被検体ｌの表面の導電性は、スイッチ７
を開放の状態にすると、これは第４図と等価の通常の方
法による表面電流の測定と同じである。
しかるに、スイッチ７を閉じて測定した場合には、深部
電流■２に依存する内部の導電性を求めることができる
。この場合９発信電極８から中間電極１０までの間隔に
比べ中間電極ｌＯから受信電極９までの間隔を長くして
おくと効果的である。
すなわち２発信電極８と中間電極１０との間では表面の
抵抗ｒｓｌを流れる表面電流Ｉｓ＋　と、深部の抵抗ｒ
ｕｌ　およびｆｄ２を通って流入する深部電流１１とが
あるが、これは中間電極１０に流入する無効分として扱
える。
一方、受信電極９に流れ込む合成電流は表面電流１１１
２と深部電流Ｉ２どの和である。
しかるに表面電流１８２は、接地電位のような低電位に
設定した中間電極１０と受信電極９との間の比較的大き
い表面抵抗ｒｓ２を流れる電流であるから極めて小さい
。故に受信電極９に流れ込む電流は殆ど深部電流Ｉ２に
依存した値になる。
従ってスイッチ７をＯＮ／　ＯＦＦすることによって表
面電流と深部電流のそれぞれを測定することができる。
さらにスイッチ７をＯＦＦにして測定した時の表面部８
！！値を記憶しておき９次にスイッチ７をＯＮにした時
の受信電極９に流れ込む合成電流値から記憶しておいた
表面電流値を差し引く演算をさせることによって、正確
な深部電流値を知ることができる。但しｒＲは受信電極
９と中間電極１０との間に存在する入力抵抗である。
このように２発信側と受信側との一対の測定用電極８と
９の間に低電位に設定した中間電極１０を配置し、これ
らの各電極を被検体１と接触させて測定することにより
、該被検体１の表面と内部とで異なる含有水分等をそれ
ぞれ導電性で検出できる測定装置が構成できる。
以上の説明における被検体１０等価回路では抵抗成分に
ついてのみ例示したが２発信源Ｓとして用いるのは商用
問波数または高周波である。
故に被検体１は２例えば生体の皮膚の場合であれば表面
は発汗状態によって異なる抵抗体であり。
皮下！織の細胞膜は静電容量の大きい絶縁物と見做すこ
とができ、゛また細胞膜に包まれた細胞内液および細胞
間にある細胞外液は一種の電解液であるから低抵抗体と
すれば、その等価回路は抵抗ｒと静電容ｆｌｃとの直並
列回路でモデル化して考えることができる。
従って９本発明に係る中間電極を有する各電極に対し、
被検体の内部の導電性を測定する時の電源周波数を２表
面の測定時に比し高く設定するような手段を適用すれば
効果的である。
また被検体が曲面とか凹凸を有するような場合には、そ
の表面形状に対応して接触するように各電極面を導電性
柔軟材料で構成しておけばよい。
なお上述の各電極は被検体と接触させて測定する方法で
あるから非破壊方式であるが、植物や土壌などのように
針状電極を埋設して扱う方式も本発明に適用できること
はいうまでもない。
さらに、各電極を配置して一体化したプローブ内にＦＭ
送信器と電源電池を装填しておき、その測定値をＦＭ受
信器により無線方式で扱うように構成した。いわゆるコ
ードレス方式にすればプローブと測定装置本体とを結ぶ
ケーブルが不要となり実用上多くの利点を有するものに
なる。
［発明の効果］ 本発明は１例えば生体の皮膚や動植物の食料品あるいは
固化前のコンクリートや土壌などのような被検体におけ
る９表層と深部とで異なる導電性を分離して検出できる
ようにしたものである。
殊に生体の皮下細胞のように非破壊方式で測定しなけれ
ばならないものに対して、その表層と内部８！Ｉ織との
導電性やインピーダンスがそれぞれ区分して測定できる
ようになるので、その病状の診察あるいは予知に極めて
有効な手段となり得る。
また９本発明によれば非常に簡便な方法で新規な測定が
行えるようになったうえに２本発明の測定系は非常に小
形・低消費電力型にできるので安価な携帯用機器として
構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す原理的構成図。 第２図および第３図は各電極の配置例である。そして第
４図および第５図はそれぞれ第２図および第３図に示し
た配置の電極を被検体に接触させた場合のモデルを等価
回路で示したものである。 符号１は被検体、　　　　２は発信部。 ３と８は発信電極、　　　４と９は受信電極。 ５は受信部、　　　　　　６と１０は中間電極。 ７はスイッチ、　　　　　１１はガードリング。 ｆ’ｒ＋

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）発信側と受信側との一対の測定用電極の間にスイ
    ッチにより接続状態にできる低電位の中間電極を配置し
    、これらの各電極を被検体と接触させて、該被検体の表
    面と内部との導電性をそれぞれ測定できるように構成し
    たことを特徴とする導電性測定装置
  2. （２）前記発信側と受信側との測定用電極および中間電
    極の各電極を同心円状に配置し、これらを一体化してプ
    ローブに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の導電性測定装置
  3. （３）前記発信側と受信側との測定用電極の間に中間電
    極を配置して前記被検体の内部電流を測定し、次にスイ
    ッチにより前記中間電極を開放状態にして表面電流を測
    定し、その両測定値を演算して前記被検体の表面の導電
    性を正確に判定できるように構成したことを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の導電性測定装置
  4. （４）前記プローブにＦＭ送信器と電源電池を装填し、
    ＦＭ受信器により測定結果を判定できるように構成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の導電性測
    定装置
  5. （５）前記被検体の内部の導電性を測定する時の電源周
    波数を、表面の測定時に比し高く設定して行うことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の導電性測定装置
  6. （６）前記各電極を前記被検体の表面形状に対応して接
    触するように導電性柔軟材料で構成したことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の導電性測定装置
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