JPH11113873A - 体内脂肪量計および体内脂肪量計付き体重計 - Google Patents
体内脂肪量計および体内脂肪量計付き体重計Info
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- JPH11113873A JPH11113873A JP9299603A JP29960397A JPH11113873A JP H11113873 A JPH11113873 A JP H11113873A JP 9299603 A JP9299603 A JP 9299603A JP 29960397 A JP29960397 A JP 29960397A JP H11113873 A JPH11113873 A JP H11113873A
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Abstract
との接触インピーダンスのバラツキに対応した体内脂肪
量計付き体重計とする。 【構成】 生体インピーダンスを測定するための電流源
を定電圧電源とし、定電圧電源と電圧供給端子との間に
電流測定装置を設け、体内流入電流を計測し、測定され
た体内流入電流と電圧測定端子間の電位差から体内イン
ピーダンスを決定する。
Description
インピーダンスと体重とを同時に測定し、その測定値と
は別に入力された身長、性別、年齢等の身体的特徴を基
に体内脂肪量を演算し推測する体内脂肪量計付き体重計
に関し、詳しくは、インピーダンス測定用電極と測定本
体である足の裏との接触インピーダンスのバラツキに対
応した体内脂肪量計付き体重計に関する。
し、電極間の電圧低下分を測定することで得られる生体
末端間インピーダンスを使用して、人体の組成が推定で
きること(The Ameri-can Journal of Clinical Nutrit
ion, 41(4) 810-817 1985 "Assessment of fat-free ma
ss using bioelectrical impedance measurement of th
ehuman body" )を利用した体内脂肪量計が提案され、
(USP.4,008,721、特公平5−4905
0、特開平7−51242等々)これらの提案の実施品
が商品化されている。
商品は、被測定者が体重計に載ったとき、両足の裏が接
触する位置に生体インピーダンスを測定するための平ら
な金属製の電極を体重計の載台表面に設け、測定器の指
定された位置に素足で載るだけで、体内脂肪量を推定す
る為の因子の内、測定毎に変化のある生体末端間インピ
ーダンスと体重とを同時に測定し、計算式に取り込む事
が出来る、最も簡便に体内脂肪量が推定できる装置、体
内脂肪計付体重計として商品化されている。
身長、性別、体重などの身体的データを、キースイッチ
などの入力装置を介して入力し、記憶装置に記憶し、次
に、制御装置によって、インピーダンス測定装置を駆動
し、生体のインピーダンス値をアナログ出力し、それを
AD変換器によって、デジタル値に変換し、 演算装置
に取り込み、得られた生体インピーダンス値を示すデジ
タル値と、記憶装置に記憶された身長などの身体的デー
タから、体内脂肪量を算出し、表示装置に出力してい
る。体重は、他の身体的データと異なり、容易に変動す
るものであるから、測定の度に入力する必要があるの
で、重量測定装置を設け、インピーダンスの測定の度に
被測定者の体重値も測定するようにした物が体内脂肪量
計付き体重計である。
ダンス測定装置のアナログ出力と、前記AD変換器との
間に切替スイッチを設け、切替スイッチの他端を、重力
測定装置のアナログ出力に接続し、切替スイッチの制御
端子を、前記制御装置に接続し、まず、切替スイッチ
で、重量測定装置の出力をAD変換器に入力し、被測定
者の体重値をデジタル値に変換し、記憶装置にその値を
記憶した後に、切替スイッチを切り替え、インピーダン
ス測定装置の出力をAD変換器に入力して、インピーダ
ンスの測定値をデジタル値に変換し、体重測定装置とイ
ンピーダンス測定装置とでAD変換器を共有している。
(図1)
の生体インピーダンス測定装置は、電極と生体との接触
抵抗のバラツキが測定値に与える影響を除去するため4
端子法が取られている。(図2)、(図3) 被測定者の重量を測定する電子式体重計の載台に、被測
定者が載ったとき、両足の爪先部と踵部に接触する様に
電極A1、A2、B1、B2を配設し、50kHz で既知の電
流値iRを持った交流定電流源の電流端子を、電極A1、
A2 に、交流電圧計の測定端子を電極B1、B2に接続し
ている。また、交流電圧計の測定端子にはほとんど電流
が流れないように設計されている。
爪先の接触インピーダンスを rA1、左爪先の接触イン
ピーダンスを rA2、 右踵の接触インピーダンスを
rB1、 左踵の接触インピーダンスを rB2、とする。
交流定電流iRは、rA1を流れ、rB1、rB2には漏れず
に、そのままri、rA2に流れ、電流端子に戻る。この
とき、rA1、ri、rA2に生じる電圧降下は、それぞ
れ、 vA1=iR×rA1 (1) vi =iR×ri (2) vA2=iR×rA2 (3) となる。ここで、交流電圧
計の測定各端子には、ほとんど電流が流れないため、r
B1、rB2に生じる電圧降下はそれぞれ0とみなされ、r
B1、rB2の影響は無視されて交流電圧計では、viがそ
のまま観測される。(2)式より、体内インピーダンス
riは ri=vi/iR (4) となり、iRは既知の値であるので、観測値viから容易
に求めることができる。
、OPアンプで構成されている。(図4)交流定電圧
源の出力がR1の一端に接続され、R1の他端はOPアン
プの−端子に接続される。−端子には、前記電極A1
が、OPアンプの出力端子には前記電極A2 が接続さ
れ、+端子はGND(0V)に接続されている。OPア
ンプの−端子は、出力端子が飽和しない限りは、+端子
と同電位であり、また−端子からOPアンプ内に電流が
流れることはない。よって、R1 に流れる電流は、その
まま電極A1に流れ、生体を流れて、A2に達し、OPア
ンプの出力端子に吸収される。交流定電圧源の出力電圧
をvとすると、R1 の両端の電圧はvであるので、 ri=v/R1 (5) となり、v、R1 は既知のものであるから、既知の定電
流が得られることになる。
パスフィルタ及びAD変換器で構成されている。まず、
差動増幅器により、電極B1、B2間の差の電圧をN倍し
た増幅出力を得る。このとき、差動増幅器の出力電圧v
は、v=N×Vi=N×iR×ri (6) となる。この
出力を、半波整流器に入力すると、整流器は交流電圧の
+部分だけを出力する。これをローパスフィルタで、直
流に変換して、前記AD変換器に入力することにより、
体内インピーダンスriに比例したデジタル値が得られ
る。この構成により、足の接触インピーダンスに影響さ
れない生体インピーダンスの測定が可能と成っている。
通常は接触インピーダンスがある程度小さいこと、素足
で使用することを前提に設計されている。 通常の足の
裏の接触インピーダンスは1kΩ以内であり、インピー
ダンス測定電流の最大値を1mA以下として設計されて
いる。前記交流定電圧源のピーク電圧を0.8Vとし、
抵抗R1 を1kΩとすると、このときの電流値は、
(5)式から、800μAとなる。生体インピーダンス
を500Ω、接触インピーダンスをそれぞれ1kΩとす
ると、 電極A2の電圧Voは、Vo=800μA×(rA
1+ri+rA2)= 2V となる。通常の足の裏の接触
インピーダンスは、1kΩ以内であるが、靴下を着用し
ている場合は、極端に大きくなる。今、接触インピーダ
ンスを10kΩとすると、電極A2の計算上の電圧Vo
は、 Vo=800μA×(10kΩ+500Ω+10kΩ)
=16.4V(8) となる。
れている場合が多く、主に電池で回路を駆動している。
そのため回路電圧は、±5V程度に限られている。定電
流源に使用されるOPアンプの出力端子の電圧も、その
範囲内であり、前記の様に靴下を着用しているとき(接
触インピーダンスが10KΩ)は、OPアンプが飽和し
てしまい、定電流は流すことができなくなる。従って、
ri は既知の定電流ではなくなり、また、波形が歪み、
正弦波ではなくなってしまう。しかし、交流電圧計は、
その歪んで不正確な電圧出力vi を検出しその値を以
て、演算装置は体内脂肪量を計算し、表示装置に出力し
てしまっていた。
体重計の生体インピーダンス測定装置は、素足で測定器
に載ることが前提として設計されたものであり、靴下を
着用した場合等、測定装置の電極と被測定体との接触イ
ンピダンスが過大となると、システムの構成上、測定装
置の電極と被測定体との間での電圧降下が大きく、定電
流電源の正常な動作範囲を逸脱し、生体に所定の電流を
流入することが出来なくなり、正確な測定が不可能な構
成となっていた。
する課題は、靴下を着用する等、生体と、生体インピー
ダンスを測定するための電極との接触インピーダンスが
大きくなった場合でも簡単に、正確に体内脂肪量を推定
することが出来る体内脂肪量計付き体重計を提供する事
である。
定するための電流源を定電圧電源とし、該定電圧電源と
電圧供給端子の電極との間に電流測定装置を設け、体内
流入電流を測定し、測定された体内流入電流と電圧測定
端子間の電位差とから両足間のインピーダンスを決定す
る(図8)
いで体内流入電流電源が正常な動作範囲で作動し、イン
ピーダンス算出の基となる体内流入電流値と電圧測定端
子間の電位差は正確に計測されており、接触インピーダ
ンスが大きい場合でも正確な生体インピーダンスの測定
が可能となる。
測定者が載ったとき両足の爪先部に接触する、体内に微
電流を流入させる一対の電極A(A1、A2)と、両足の
踵部に接触し、踵間の電位差を測定する一対の電極B
(B1、B2)とからなる両足間生体インピーダンス測定
装置の二対の電極と、身長、年齢、性別等の身体的特徴
を入力する入力装置を設ける。正弦波発振器の出力を既
知抵抗値の抵抗R1 を介して電極Aに接続し、抵抗R1
での電圧降下分の電位差から生体流入電流を求める。一
方、電極Bからの電圧降下分の電位差を差動増幅器によ
り取り出し、波形成形、整流等の処置を施し、直流変換
した後AD変換し、抵抗Rの両端の電位差として求めら
れた電流値を用いて生体インピーダンスのデジタルデー
ターとして演算部に取り込む。演算部は、入力された身
長、年齢、性別等の身体的特徴と、測定又は入力された
体重値、および生体インピーダンスを基に体内脂肪量を
算出して載台上面に設けた表示器に表示する構成とす
る。
細に述べる。(図6)、(図7) 50kHzの交流電圧源に、交流電流計の一端を接続
し、他端をA1 端子に接続する。A2端子はGNDに接
続する。交流電圧計の測定端子を電極B1、B2に接続す
る。抵抗R1の両端と、B1、B2 端子を、選択的に差動
増幅器に接続する、SW1を設け、SW1の制御端子
を、制御装置に接続する。
R1を介してA1に電流が流れる。A1、A2間の抵抗 rx
を用いて、体内流入電流 ix を表すと、 ix=vx/(R1+rx) (14) 制御装置は、SW1により、R1 の両端を差動増幅器に
接続し、その出力を半波整流、ローパスフィルタにより
直流電圧に変換して、AD変換器に入力し、デジタル値
に変換して、その値 Nx を記憶装置に記憶する。R1の
両端に生じた電圧が、デジタル値 Nx として与えられ
たことになる。R1の両端に生じた電圧vR1は、
vR1=ix×R1である事から、体内流入電流 ix は、
ix=vR1/R1となる。いま、vR1 は、デジタル値
Nxで表され、R1 も既知の値であることから、ixが計
算により求めることができる。よって、体内流入電流を
表すデジタル値 NR を NR=Nx/R1 によって計算し、記憶装置に記憶する。
増幅器に接続し、同様に、半波整流、ローパスフィルタ
を介して、AD変換器に入力し、デジタル値に変換し
て、その値、Ni を記憶装置に記憶する。生体インピー
ダンス ri に生じた電圧 vi が、デジタル値 Ni と
して与えられたことになる。よって、 ri=vi/ix
なので、デジタル値 Ni、NR を用いて、生体イン
ピーダンスが求められる。得られた生体インピーダンス
値と、被測定者の身体データを元に、演算装置は、体内
脂肪量を算出し、表示装置に出力する。
を上に示したが、この方法は、本考案に置いて、きわめ
て有用である。電圧降下の低い交流電流計を使った場
合、A1 端子に印可される電圧は、交流電圧電源の出力
vx にほぼ等しくなる。生体流入電流は、接触インピ
ーダンス、体内インピーダンスに反比例するため、接触
インピーダンスが極端に小さい場合、生体流入電流が大
きくなってしまう。この電流は、生体に影響のない範囲
である事が、絶対条件である。生体流入電流の最大許容
値を2mAとすると、交流電圧源などに2mA以上流れ
ないブレーカー機能を持たせるなど、保護機能が必須と
なる。上記実施例に於いて、交流電圧源の最大電圧を2
V、R1 を1kΩとすると、 ix=vx/(R1+rx)=2V/(1kΩ+rx)<2
mA となり、必ず 2mA 以下になる。つまり、R1は、そ
の抵抗値を選ぶことにより、電流制限の機能を兼ねる。
低下を起こす場合がある。表示装置に「高精度」「低精
度」のマークを設け、高精度を保証できる限界の電流値
を表すデジタル値をNH 、きわめて厚い靴下を着用する
など、測定限界を超えた場合を示す電流のデジタル値を
NMINとすると、計測により、体内脂肪量を求めた後、
算出された電流のデジタル値NRが NR ≧ NH である場合は、「高精度」を点灯させて、体内脂肪量を
表示し、 NH > NR > NMIN である場合は、「低精度」を点灯させて、体内脂肪量を
表示し、 NR ≦ NMIN である場合は、「Error」を表示する。これによ
り、精度が変化した場合でも分かりやすく表示し、間違
いを避ける事ができる。
省略したが、インピーダンス測定装置のアナログ出力
と、前記AD変換器との間に切替スイッチを設け、切替
スイッチの他端を、重力測定装置のアナログ出力に接続
し、切替スイッチの制御端子を、前記制御装置に接続す
ることで、まず、切替スイッチで、重量測定装置の出力
をAD変換器に入力し、被測定者の体重値をデジタル値
に変換し、記憶装置にその値を記憶した後に、切替スイ
ッチをインピーダンス測定装置の出力をAD変換器に入
力することで、インピーダンス測定との装置の共有がで
き、さらに使い勝手を向上することが安価にできる。
違えを起こさないようにする技術を述べたが、この技術
によって、靴下を履いたままでも、精度良く、間違えを
起こさないように脈拍を検出することができる。
違えを起こさないようにする技術を述べたが、この技術
によって、靴下を履いたままでも、精度良く、間違えを
起こさないように測定することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 被測定者の身長等の身体的データを測定
または入力する入力手段と、被測定者の生体インピーダ
ンスを測定するインピーダンス測定手段と、入力された
身体的データと測定または入力された体重値及びインピ
ーダンス測定手段で得た生体インピーダンスを演算処理
して体内脂肪量を算出する演算処理手段と、演算処理手
段で得た体内脂肪量を表示する表示手段とを有し、生体
インピーダンスを測定するためのインピーダンス測定手
段を、電圧電源と、所定の電圧を生体に与える1対の電
圧供給端子と、該電圧電源と生体との間に設けた体内流
入電流測定手段と、体内流入電流により生じた電圧を測
定する生体間電圧測定手段と、前記体内流入電流測定手
段により得られる体内流入電流と、生体間電圧測定手段
で得られた生体間電圧とから生体インピーダンスを算出
する手段とで構成したことを特徴とする体内脂肪量計。 - 【請求項2】 被測定者の身長等の身体的データを入力
する入力手段と、被測定者の生体インピーダンスを測定
するインピーダンス測定手段と、被測定者の体重を測定
する体重測定手段と、入力された身体的データと測定さ
れた体重値及びインピーダンス測定手段で得た生体イン
ピーダンスを演算処理して体内脂肪量を算出する演算処
理手段と、演算処理手段で得た体内脂肪量を表示する表
示手段とを有し、生体インピーダンスを測定するための
インピーダンス測定手段を、電圧電源と、所定の電圧を
生体に与える1対の電圧供給端子と、該電圧電源と生体
との間に設けた体内流入電流測定手段と、体内流入電流
により生じた電圧を測定する生体間電圧測定手段と、前
記体内流入電流測定手段によりえられる体内流入電流
と、生体間電圧測定部で得られた生体間電圧とから生体
インピーダンスを算出する手段とで構成したことを特徴
とする体内脂肪量計付き体重計。 - 【請求項3】 体内流入電流測定手段は、電圧電源と生
体との間に配設した抵抗体とこの抵抗体の電圧測定手段
とで構成したことを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の体内脂肪量計。 - 【請求項4】 電圧電源と生体との間に配設した抵抗体
が体内流入電流を所定値以下に制限する流入電流の制限
抵抗を兼ねることを特徴とする請求項3に記載の体内脂
肪量計。 - 【請求項5】 被測定者の性別・身長・年齢等の身体的
データを入力する入力手段と、被測定者の体重を測定す
る重量測定手段と、該体重測定手段の載置台に被測定者
が載ったとき、被測定者の両足の裏に接触できる位置に
二対の電極を有する、両足間の生体インピーダンスを測
定するインピーダンス測定手段と、入力された身体的デ
ータと測定された体重値及び両足間のインピーダンス値
を演算処理して体内脂肪量を算出する演算処理手段と、
測定された体重,演算された体内脂肪量を表示する表示
手段とを有する体内脂肪量計付き体重計において、生体
インピーダンスを測定するためのインピーダンス測定手
段を、電圧電源と、所定の電圧を生体に与える1対の電
圧供給端子と、定電圧電源と生体との間に設けた体内流
入電流測定手段と、体内流入電流により生じた電圧を測
定する生体間電圧測定手段と、前記体内流入電流測定手
段によりえられる体内流入電流と、生体間電圧測定手段
で得られた生体間電圧とから生体インピーダンスを算出
する手段とで構成したことを特徴とする体内脂肪量計付
き体重計。
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