JPH1170090A

JPH1170090A - 生体電気インピーダンス測定装置

Info

Publication number: JPH1170090A
Application number: JP9234106A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kubota; 康之久保田; Isao Ishida; 伊佐雄石田; Tetsuya Ishii; 徹哉石井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】生体電気インピーダンス測定装置において、
体脂肪率を含む身体組成の推計を正確に行なえるように
する。【解決手段】開示される生体電気インピーダンス測定
装置１００は、測定信号を、被験者の一方の手首の内側
に装着された電流流通電極ＣＡと、他方の手首の内側又
は足首又はくるぶしの甲側に装着された電流流通電極Ｃ
Ｂを経て被験者の身体に流通させる信号出力回路５と、
測定信号の電流値を測定する電流検出回路６と、電圧検
出電極ＣＡ，ＣＢを介して測定信号に基づく電圧値を測
定する電圧検出回路７と、この電流値と電圧値を一時記
憶するＲＡＭ１３と、ＲＡＭ１３に記憶されたデータか
ら電極間における生体電気インピーダンスを算出し、こ
の生体電気インピーダンスと被験者の人体特徴項目中の
特定のデータとから被験者の体脂肪率を含む身体組成を
推計するＣＰＵ８とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、健康機器や医療
機器に関し、特に、生体電気インピーダンス法の測定に
基づいて、被験者の体脂肪の状態や体水分量等を推計す
るための、生体電気インピーダンス測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】身体の電気的特性は、組織または臓器の
種類によって著しく異なっている。このような各組織や
臓器を含む身体の全体の電気的特性は、生体電気インピ
ーダンスによって表すことができる。生体電気インピー
ダンスは、体表面に装着された複数の電極間に微小電流
を流すことによって測定されるものであって、このよう
にして得られた生体電気インピーダンスから、被験者の
体脂肪率，体脂肪重量，除脂肪体重，体水分量等を推計
する方法は、生体電気インピーダンス法として知られて
いる。

【０００３】ここで、生体電気インピーダンス法につい
て簡単に説明する。図７は、人体の細胞組織中を低周波
電流及び高周波電流が流れる様子を模式的に説明する
図、図８は、人体の電気的等価回路を示す図、図９は、
人体のインピーダンス軌跡を示す図、図１０は、人体に
対する電極配置を模式的に示す図である。図７に示すよ
うに、人体の細胞組織は、多数の細胞１，１，…から構
成されている。各細胞１，１，…は、細胞膜２，２，…
によって包囲された内部に細胞内液３，３，…を収容し
ているとともに、各細胞間は、細胞外液４，４，…で満
たされている。このような細胞組織に電流を流した場
合、低周波電流は、実線Ａ，Ａ，…で示すように主とし
て細胞外液の部分を流れるが、高周波電流の場合は、細
胞外液の部分を流れると同時に、破線Ｂ，Ｂ，…で示す
ように細胞を貫いて流れる。この場合の、細胞外液の電
気インピーダンスは抵抗成分のみからなり、細胞の電気
インピーダンスは、細胞膜の呈する容量成分と細胞内液
の呈する抵抗成分とが直列に接続されたものとなる。

【０００４】生体電気インピーダンスは、このような細
胞が多数集合してなる細胞組織、すなわち人体の電気的
等価モデルを表すものであって、図８の等価回路によっ
て示されるように、細胞外液に起因する抵抗成分（以
下、細胞外液抵抗という）Ｒeと、細胞膜に起因する容
量成分（以下、細胞膜容量という）Ｃm と細胞内液に起
因する抵抗成分（以下、細胞内液抵抗という）Ｒi の直
列インピーダンスとの、並列インピーダンスとみなすこ
とができる。図８に示された等価回路のインピーダンス
軌跡は、図９に示されるように半円形となり、周波数０
Ｈｚのときと周波数無限大のとき、容量成分が０になっ
て抵抗成分のみとなる。そして、周波数０Ｈｚのときの
抵抗Ｒ₀によって細胞外液抵抗Ｒe が求められ、周波数
無限大のときの抵抗Ｒ_infによって細胞外液抵抗Ｒeと
細胞内液抵抗Ｒi との並列抵抗が求められる。また、中
間の周波数では、細胞外液抵抗Ｒe と、細胞膜容量Ｃm
と細胞内液抵抗Ｒi の直列インピーダンスとの並列イン
ピーダンスによって、抵抗成分と容量成分、及び電流・
電圧の位相角が定まることになる。また、生体電気イン
ピーダンス測定時には、図１０に示されるように、測定
信号Ｉa を供給するための２個の電流流通電極ＣＡ，Ｃ
Ｂを人体Ｚの体表の離れた位置に装着するとともに、体
表上、電流流通電極ＣＡ，ＣＢを結ぶ身体通電路上で、
より内側となる位置に、２個の電圧測定電極ＰＡ，ＰＢ
を配置することによって、人体と電極間の電極インピー
ダンス等の影響を無視できるようにする４電極法が一般
に用いられている。

【０００５】体脂肪率は、生体電気インピーダンスと関
連を有するとともに、水中体重秤量法によって求められ
る体密度とも関連を有している。そこで、生体電気イン
ピーダンスと体密度との間で統計的処理を行なって求め
られた算出式によって、体脂肪率を求めることができ、
さらに体脂肪率から、体脂肪重量、除脂肪体重等の被験
者の体脂肪の状態や体水分量等を推計することができ
る。

【０００６】このように、生体電気インピーダンス法に
よって、被験者の体脂肪率等の身体組成を推計する際の
電極の配置方法としては、従来、被験者の手のひらと手
のひら、被験者の手首の外側と手首の外側、被験者の手
の甲と手の甲、又は被験者の手の甲と足の甲にそれぞれ
電極を配置して、その間の生体電気インピーダンスを測
定する方法が行なわれていた。

【０００７】以下、このような従来技術の一例を説明す
る。例えば、特開平７−５１２４２号公報に開示された
技術では、測定装置本体の両側に一体的に設けられたグ
リップ部に、高周波信号を印加する第１の電極対と、こ
の印加信号の身体通電路内に配置された身体抵抗に基づ
く電圧測定用の第２の電極対とを設けて、被験者がこの
グリップ部を両手で握ることによって、被験者の手のひ
らと手のひらの間の生体電気インピーダンスを測定し、
これから体脂肪率を含む各種の健康評価データを抽出す
る健康管理指針アドバイス装置が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】生体電気インピーダン
スの測定を行なう際における、測定の誤差を小さくする
ためには、再現性が高くなる位置に電極を配置すること
が重要である。このような再現性の高い電極位置として
は、例えば手首や手の甲，手のひら等が位置決めを行な
いやすく、従って電極位置の変化を考慮した場合の再現
性が高くなる。一方、手首の外側や手の甲等の手の外側
は汗をかきやすく、汚れが付着しやすいとともに、体毛
の多い人もいるため、測定誤差が大きくなる恐れがあ
る。さらに、手のひらの場合は、角質層のインピーダン
スが高いため、個人差や測定誤差を含む可能性がある。

【０００９】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
ものであって、生体電気インピーダンス測定装置におい
て、電極位置が測定値の再現性が高い位置であるととも
に、一対の電極によって定まる測定点間の距離によるイ
ンピーダンスの変化が少なく、さらに、汗等の汚れが付
着しにくく、体毛による接触不良や、角質層のインピー
ダンスの影響がないように電極配置を行なうことによっ
て、測定精度を向上した、生体電気インピーダンス測定
装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の生体電気インピーダンス測定装置
は、特定周波数または可変周波数の測定信号を、被験者
の一方の手首の内側に装着された第１の電流流通電極
と、他方の手首の内側又は足首又はくるぶしの甲側に装
着された第２の電流流通電極を経て被験者の身体に流通
させる信号供給手段と、前記測定信号の電流値を測定す
る電流測定手段と、前記第１及び第２の電流流通電極に
対して身体通電路上それぞれ内側になるように配置され
た第１及び第２の電圧検出電極を介して被験者の体表に
生じた電圧値を測定する電圧測定手段と、該電流値と電
圧値及び電流・電圧間の時間差とから被験者の測定部位
間における生体電気インピーダンスを算出する演算手段
と、該生体電気インピーダンスと被験者の身長，体重，
年齢，性別に関する人体特徴項目中の少なくとも一つの
データとから被験者の体脂肪率を含む身体組成を推計す
る推計手段とを備えたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明に係る生体電気インピーダンス測定装置であっ
て、前記信号供給手段が、所定期間中に所定の低周波か
ら所定の高周波まで周期的に周波数が変化する測定信号
を供給するとともに、記憶手段を備えて前記測定信号の
電流値と電圧値とそれらの発生時刻とを前記測定信号の
周波数変化の少なくとも１周期ごとに一時記憶し、前記
演算手段が、前記記憶された電流値と電圧値および電流
・電圧間の時間差とから各周波数における被験者の生体
電気信号インピーダンスを算出し、該周波数ごとの生体
電気インピーダンスに基づいて最小二乗法によってカー
ブフィティングを行なってインピーダンス軌跡を求め、
該求められたインピーダンス軌跡から前記被験者の周波
数０時及び周波数無限大時の生体電気インピーダンスを
算出し、前記推計手段が、該周波数０時及び周波数無限
大時の生体電気インピーダンスを用いて、前記被験者の
体脂肪率を含む身体組成の推計を行なうことを特徴とし
ている。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の発明に係る生体電気インピーダンス測定装置
であって、前記第１の電流流通電極と第１の電圧検出電
極及び第２の電流流通電極と第２の電圧検出電極をそれ
ぞれ一体化して電極対を形成し、一方の電極対を被験者
の一方の手首の内側に装着するとともに、他方の電極対
を被験者の他方の手首の内側又は足首又はくるぶしの甲
側に装着することを特徴としている。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の発明に係る生体電気インピーダンス測定装置であっ
て、前記各電極対が、絶縁性フィルムからなる支持シー
ト上に、その両端の両面に形成された電極と、該各電極
の延長部を形成する舌状部と、該舌状部の周囲に切り込
まれた該舌状部を含む支持シートの一部を他の部分から
切り離す切り込み部とを形成するとともに、前記各電極
の一方の面に導電性ゲル体を塗布した電極パッドを、該
導電性ゲル体によって被験者の体表に貼付して、一方の
電極を前記電流流通電極として使用し、他方の電極を電
圧検出電極として使用することによって形成されること
を特徴としている。

【００１４】また請求項５記載の発明は、請求項４記載
の発明に係る生体電気インピーダンス測定装置であっ
て、絶縁物からなり二股に分かれた先端の内側にそれぞ
れ金属接点を有する専用クリップを用いて、前記電極対
を形成する電極パッドの各電極を手首ごと挟んで、各電
極をそれぞれ金属接点に接続し、該各金属接点に接続さ
れたリード線を介して各電極を前記生体電気インピーダ
ンス測定装置に接続することを特徴としている。

【００１５】また請求項６記載の発明は、請求項４記載
の発明に係る生体電気インピーダンス測定装置であっ
て、絶縁物からなり二股に分かれた先端の内側にそれぞ
れ金属接点を有する専用クリップを用いて、前記電極対
を形成する電極パッドの引き起こされた舌状部を挟ん
で、各電極をそれぞれ金属接点に接続し、該各金属接点
に接続されたリード線を介して各電極を前記生体電気イ
ンピーダンス測定装置に接続することを特徴としてい
る。

【００１６】

【作用】この発明の構成では、生体電気インピーダンス
測定装置において、少なくとも一方の手首の内側に電極
対を装着して生体電気インピーダンスの測定を行なうの
で、測定点の位置の変化による測定値の変動が少なく、
また体毛の存在等の身体的条件の変化による測定誤差が
少ないので、再現性の高い測定を行なうことができ、従
って、被験者の体脂肪率を含む身体組成の推計を精度よ
く行なうことができる。この場合、両手首の内側に電極
対を装着すれば、最良の結果を得られるが、少なくとも
一方の手首の内側に電極対を装着することによって、他
方の電極対は、足首又はくるぶしの甲側に装着しても、
良好な結果が得られる。

【００１７】またこの際、電流流通電極と電圧検出電極
とを一体化した電極パッドを使用して電極対を形成して
被験者に対する測定電極の設定を行なうので、電流流通
電極と電圧検出電極との距離を一定化するとともに、導
電性ゲル体を介して体表と接続することによって、皮膚
の表面状態にかかわらず、一定の接続状態を実現するの
で、測定結果の安定性を向上することができる。さら
に、電極パッドと生体電気インピーダンス測定装置との
接続に専用クリップを使用することによって、接続の操
作を容易にするとともに、接続状態を一定にして、安定
した測定を行なうことができるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行なう。図１は、この発明の一実施例である
生体電気インピーダンス測定装置の電気的構成を示すブ
ロック図、図２は、同装置の使用状態を模式的に示す模
式図、また、図３は、電極位置による抵抗値の変化を示
す図である。この例の生体電気インピーダンス測定装置
１００は、図１に示すように、被験者の体に測定信号Ｉ
ａを流すための信号出力回路５と、被験者の身体を流れ
る測定信号Ｉａの電流値を検出するための電流検出回路
６と、測定信号に基づく被験者の体表の測定部位間の電
圧Ｖｂを検出するための電圧検出回路７と、各種制御、
各種演算処理を行なうＣＰＵ（中央処理装置）８と、Ｃ
ＰＵ８のバス９と、入力装置としてのキーボード１０
と、キーボード１０とバス９との間のデータのインタフ
ェースをとるＰＩＯ（パラレルＩＯ）１１と、測定結果
の出力装置としての表示器１２と、各種データを一時記
憶するデータ領域とＣＰＵ８の作業領域とが設定される
ＲＡＭ１３と、ＣＰＵ８の処理プログラムを記憶するＲ
ＯＭ１４と、被験者に対する測定信号の入出力を行なう
ための第１および第２の電流流通電極ＣＡ，ＣＢと、被
験者の測定部位間の電圧を検出するための第１及び第２
の電圧検出電極ＰＡ，ＰＢとから概略構成されている。

【００１９】上記出力回路５は、ＰＩＯ５１，測定信号
発生回路５２及び出力回路５３とから概略構成されてい
る。測定信号発生回路５２は、測定期間中、一定周期
で、ＰＩＯ５１を介して行なわれるＣＰＵ８からの指示
に従って、周波数が、例えば１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの
範囲を、一定周波数間隔で段階的に周波数が変化する測
定信号Ｉａを繰り返し生成して、出力回路５３を経て、
電流流通電極ＣＡに送出する。電流流通電極ＣＡは、被
験者の一方の手首の内側に導電可能に装着されていて、
これによって、測定信号が被験者の体に流れる。

【００２０】また、上記電流検出回路６は、Ｉ／Ｖ変換
器（電流／電圧変換器）６１，ＬＰＦ（ローパスフィル
タ）６３，バッファ６３及びＡ／Ｄ変換器６４から構成
されている。Ｉ／Ｖ変換器６１は、第１の電流流通電極
ＣＡから、他方の手首の内側又は足首又はくるぶしの甲
側に配置された第２の電流流通電極ＣＢとの間を流れる
測定信号Ｉａの電流値を検出して電圧Ｖａに変換し、こ
の電圧ＶａをＬＰＦ６２に供給する。ＬＰＦ６２は、入
力された電圧Ｖａから高周波のノイズを除去して、バッ
ファ６３に供給する。バッファ６３は、入力電圧Ｖａを
増幅して、Ａ／Ｄ変換器６４に入力する。Ａ／Ｄ変換器
６４は、ＣＰＵ８の指示に従って、周波数毎に、バッフ
ァ６３からのアナログ信号からなる電圧Ｖａをデジタル
信号に変換し、変換されたデジタル電圧を、電流データ
としてＲＡＭ１３のデータ領域に順次記憶する。

【００２１】上記電圧検出回路７は、差動増幅器７１，
ＬＰＦ（ローパスフィルタ）７２，バッファ７３及びＡ
／Ｄ変換器７４から構成されている。差動増幅器７１
は、第１の電圧検出電極ＰＡと、第２の電圧検出電極Ｐ
Ｂとの間の電圧（電位差）Ｖｂを検出する。ＬＰＦ７２
は、入力された電圧Ｖｂから高周波のノイズを除去し、
バッファ７３に供給する。バッファ７３は、入力電圧Ｖ
ｂを増幅して、Ａ／Ｄ変換器７４に入力する。Ａ／Ｄ変
換器７４は、ＣＰＵ８の指示に従って、周波数毎に、バ
ッファ７３からのアナログ信号からなる電圧Ｖｂをデジ
タル信号に変換し、変換されたデジタル電圧を、電圧デ
ータとしてＲＡＭ１３のデータ領域に順次記憶する。

【００２２】上記キーボード１０は、被験者の身長、体
重、性別及び年齢等の人体特徴項目、全測定時間及び測
定回数等を入力するためのテンキーや機能キー、及び操
作者が測定開始を指示するための開始スイッチ等を有し
て構成されている。キーボード１０から供給される各キ
ーの操作データは、図示されないキーコード発生回路で
キーコードに変換されてＣＰＵ８に供給される。

【００２３】ＲＯＭ１４は、オペレーティングシステム
（ＯＳ）の他に、ＣＰＵ８の各種処理プログラム、例え
ば、生体電気インピーダンス算出プログラム、インピー
ダンス軌跡算出プログラム、周波数無限大時インピーダ
ンス決定プログラム及び身体組成推計プログラム等を格
納している。ここで、生体電気インピーダンス算出プロ
グラムには、ＲＡＭ１３に記憶された周波数毎の電流デ
ータ及び電圧データを順次読み出して、各周波数につい
ての被験者の生体電気インピーダンスを算出する手順が
記載されている。インピーダンス軌跡算出プログラムに
は、生体電気インピーダンス算出プログラムの稼働によ
り得られた各周波数についての被験者の生体電気インピ
ーダンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を用いてカ
ーブフィティングを行なって、周波数０から周波数無限
大までのインピーダンス軌跡を算出する処理手順が書き
込まれている。周波数無限大時インピーダンス決定プロ
グラムには、インピーダンス軌跡算出プログラムの稼働
により得られたインピーダンス軌跡に基づいて、周波数
無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを決定する
手法が手順を追って書き込まれている。また、身体組成
推計プログラムは、周波数０時の生体電気インピーダン
スと、周波数無限大時インピーダンス決定プログラムの
稼働により得られた周波数無限大時の被験者の生体電気
インピーダンス及びキーボード１０を介して入力された
被験者の身長、体重、性別及び年齢等の人体特徴項目に
基づいて、被験者の体脂肪率（脂肪重量、除脂肪体重
等）を推計する処理手順が書き込まれている。

【００２４】ＲＡＭ１３のデータ領域には、さらに、Ａ
／Ｄ変換器６４，７４から順次供給される電流データ及
び電圧データを周波数毎に格納する電圧電流データ記憶
領域と、生体電気インピーダンス算出プログラムや周波
数無限大時インピーダンス決定プログラムにより得られ
た被験者の生体電気インピーダンスを周波数毎に格納す
る生体電気インピーダンス記憶領域と、キーボード１０
を介して入力された被験者の身長、体重、性別及び年齢
等の人体特徴項目を格納する人体特徴項目記憶領域と、
身体組成推計プログラムにより得られた体脂肪率、脂肪
重量、除脂肪体重等の数値を格納する体脂肪記憶領域等
が設定される。

【００２５】ＣＰＵ８は、装置各部を制御する他、ＲＯ
Ｍ１４に記憶された各種処理プログラムをＲＡＭ１３を
用いて順次実行することにより、被験者の体脂肪率（脂
肪重量、除脂肪体重等）を推計する。表示器１２は、例
えば、液晶表示パネルからなり、キーボード１０からの
入力データやＣＰＵ８の演算結果、例えばインピーダン
ス軌跡や、周波数無限大時インピーダンスや、被験者の
氏名や、身長、体重、性別及び年齢等の人体特徴項目を
表示する。

【００２６】次に、図２を参照して、この例の動作につ
いて説明する。以下においては、電流流通電極と電圧検
出電極とを一体化した電極対の形にして、被験者に装着
する場合の例について説明するが、この形に限るもので
なく、各電流流通電極と電圧検出電極とを、個別に被験
者に装着するようにしてもよい。図２は、この装置の使
用状態を模式的に示したものであって、電極対を被験者
の両手首に装着する場合を例示している。測定に先だ
って、表示器１２には、各電極対を被験者の両手首の内
側に装着すべきことを示す表示が表れる。そこで図２に
示すように、第１の電流流通電極ＣＡと第１の電圧検出
電極ＰＡとを有する第１電極対１５を、例えば被験者の
左手ＬＨの手首の内側に、第２の電流流通電極ＣＢと第
２の電圧検出電極ＰＢとを有する第２電極対１６を被験
者の右手ＲＨの手首の内側に貼り付ける（このとき、電
流流通電極ＣＡ，ＣＢが、電圧検出電極ＰＡ，ＰＢより
も人体の中心から遠い部位になるように取り付ける）。

【００２７】なお、いずれか一方の電極対を手首の内側
として、他方の電極対は、他方の手首の内側に限らず、
足首又はくるぶしの甲側に貼りつけようにしてもよい。
次に、操作者（又は被験者自身）がキーボード１０を操
作して、被験者の身長、体重、性別及び年齢等の人体特
徴項目を入力するとともに、全測定時間や測定回数等を
設定する。全測定期間は、測定精度を高めるため、なる
べく長くなるように設定することが望ましい。また、測
定回数は、全周波数範囲の測定を少なくとも１回行なう
ことができるように、設定する。

【００２８】次に、操作者（又は被験者自身）がキーボ
ード１０の開始スイッチをオンにすると、ＣＰＵ８は、
信号出力回路５の測定信号発生器５２に、測定信号Ｉａ
の生成を指示する。これにより、測定信号発生器５２
が、可変周波数からなる測定信号Ｉａを生成するので、
測定信号Ｉａが出力回路５３及び被験者の手首の内側に
貼り付けられた電流流通電極ＣＡを介して、被験者の身
体を流れ、測定が開始される。

【００２９】測定信号Ｉａが被験者の身体に供給される
と、電流検出回路６のＩ／Ｖ変換器６１において、電流
流通電極ＣＡ，ＣＢを介して両手首間を流れる測定信号
の電流値が検出され、アナログの電圧Ｖａに変換された
後、ＬＰＦ６２及びバッファ６３を経てＡ／Ｄ変換器６
４へ供給される。Ａ／Ｄ変換器６４では、供給された入
力電圧Ｖａを、ＣＰＵ８の指示に従って、所定のサンプ
リング周期毎に標本化してデジタル信号に変換する。変
換されたデジタル電圧は、電流データとしてＲＡＭ１３
の電圧電流データ記憶領域に順次記憶される。

【００３０】一方、電圧検出回路７の差動増幅器７１に
おいて、電圧検出電極ＰＡ，ＰＢ間に生じた電圧Ｖｂが
検出され、ＬＰＦ７２及びバッファ７３を経て、Ａ／Ｄ
変換器７４へ供給される。Ａ／Ｄ変換器７４では、供給
された入力電圧Ｖａを、ＣＰＵ８の指示に従って、所定
のサンプリング周期毎に標本化してデジタル信号に変換
する。変換されたデジタル電圧は、電圧データとしてＲ
ＡＭ１３の電圧電流データ記憶領域に順次記憶される。
ＣＰＵ８は、装置各部を制御して、上述の処理を指定さ
れた測定回数繰り返して行なう。

【００３１】そして、所定回数の測定終了時、ＣＰＵ８
は、測定を停止する制御を行った後、まず、生体電気イ
ンピーダンス算出プログラムを起動して、ＲＡＭ１３の
電圧電流データ記憶領域に記憶された周波数毎の電流デ
ータ及び電圧データを順次読み出して、各周波数につい
ての被験者の生体電気インピーダンス（全測定回数の平
均値）を算出する。なお、生体電気インピーダンスの算
出には、その成分（抵抗及びリアクタンス）の算出も含
まれる。次に、ＣＰＵ８は、インピーダンス軌跡算出プ
ログラムを起動して、生体電気インピーダンス算出プロ
グラムにより得られた各周波数についての被験者の生体
電気インピーダンス及びその成分（抵抗及びリアクタン
ス）に基づいて、最小二乗法を用いるカーブフィティン
グの手法によって、周波数０から周波数無限大までのイ
ンピーダンス軌跡を算出する。このようにして算出され
たインピーダンス軌跡は、図９に示されたように、半円
状となる。

【００３２】次に、ＣＰＵ８は、周波数無限大時インピ
ーダンス決定プログラムに従って、インピーダンス軌跡
算出プログラムにより得られたインピーダンス軌跡に基
づいて、周波数無限大の時の被験者の生体電気インピー
ダンスを求める。この場合、インピーダンス軌跡の円弧
が、図中Ｘ軸（抵抗成分の軸）と交わる点が、それぞれ
周波数０Ｈｚと周波数無限大時の生体電気インピーダン
スになる。次に、ＣＰＵ８は、身体組成推計プログラム
の処理手順に従って、周波数０時の被験者の生体電気イ
ンピーダンスと、周波数無限大時インピーダンス決定プ
ログラムにより得られた周波数無限大時の被験者の生体
電気インピーダンス、及びキーボード１０を介して入力
された被験者の身長、体重、性別及び年齢等の人体特徴
項目に基づいて、被験者の体脂肪率（脂肪重量、除脂肪
体重等）を推計する。

【００３３】最後に、ＣＰＵ８は、推計された被験者の
体脂肪率（脂肪重量、除脂肪体重等）をＲＡＭ１３に記
憶すると共に、インピーダンス軌跡、周波数無限大時イ
ンピーダンス、被験者の氏名、身長、体重、性別及び年
齢等の人体特徴項目を表示器１２に表示して、当該一連
の処理を終了する。

【００３４】このように、上記構成によれば、可変周波
数の測定信号を用いて得られた複数個の測定結果から計
算によって、周波数０時の生体電気インピーダンスと、
周波数無限大時の生体電気インピーダンスとを求めるこ
とによって、図８に示された等価回路における細胞外液
抵抗と細胞内液抵抗とを正しく求めることができ、これ
から被験者の体脂肪率等の身体組成を推計することがで
きる。

【００３５】この場合、周波数０時と周波数無限大時の
生体電気インピーダンスを計算で求める代わりに、例え
ば、周波数０Ｈｚを１ｋＨｚに、周波数無限大を周波数
４００ｋＨｚとして求めた生体電気インピーダンスによ
って置き換えることも可能である。しかしながら、周波
数無限大の代わりに４００ｋＨｚのみを用いた場合、外
来ノイズの影響を受けやすいので、上述の実施例のよう
に可変周波数の測定信号を用いて、複数個の測定結果か
ら最小二乗法を用いたカーブフィティングの手法を駆使
して、計算によって周波数無限大時の生体電気インピー
ダンスを求める方がより正確であって、これによって、
所望の測定再現性や測定精度を容易に得ることができ
る。さらに、可変周波数の測定を行なわず、中間の１周
波数、例えば５０ｋＨｚのみの値（前掲図９のＲ₅₀）を
用いて体脂肪率を推計する方法もあるが、この場合は、
容量成分の影響を受けるため、正確な推計を行なうこと
は困難である。

【００３６】上記の実施例において、電極対を手首の内
側に装着することによる効果は、図３に示された、人体
における電極位置と生体電気インピーダンスの抵抗値と
の測定結果によって明らかである。図中において、電極
距離は手のひらの中央を基準とした場合の、腕の内側に
おける、上膊部に向かっての距離を表している。抵抗値
は、図９に示されたＲ₅₀とＲ₀とＲ_infとについてそれ
ぞれ示されている。この図から明らかなように、手首−
肘の間は、手のひら及び肘から肩までの部分と比較し
て、距離の変化に対する抵抗値の変化が少ないので、電
極位置の変化に対する抵抗値の測定結果の再現性がよ
く、生体電気インピーダンスの測定を、安定に行なえる
ことがわかる。従って、この発明の適用に当たっては、
電極対を両手首の内側に装着した場合に、最良の結果が
得られるが、少なくとも一方の電極対を手首の内側に装
着するようにすれば、他方の電極対は、足首またはくる
ぶしの甲側に装着した場合であっても、よい結果が得ら
れる。なお、このように手首の内側に電極対を配置する
電極配置方法は、上記した１ｋＨｚと４００ｋＨｚのみ
を用いて生体電気インピーダンスを求める場合、及び５
０ｋＨｚのみを用いて生体電気インピーダンスを求める
場合にも適用することができ、同様に、測定結果の再現
性を向上する効果が得られる。

【００３７】次に、この例における電極対の具体的構成
例を説明する。この例における電極対は、具体的には以
下に説明する電極パッドの形で実現される。図４は、電
極パッドの構造の例を示す図であって、（ａ）は上面
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は一部を折り曲げた時の側
面図である。電極パッド２１は、図２に示されたよう
に、電極対として被験者の体表に直接貼りつけて電気的
接続を行なうために使用するものであって、ポリエチレ
ンやマイラー等のような絶縁性フィルムを打ち抜いて形
成した長方形の支持シート２２の両端の両面に、銀−塩
化銀電極をコーティングして形成した電極２３，２４を
設けた構造を有している。電極２３，２４のコーティン
グ部分は、両面が電気的に接続されている。また、電極
２３，２４の一部は延長されて舌状部２５，２６を形成
するとともに、舌状部２５，２６の周囲には、切り込み
部２７，２８が設けられていて、各舌状部を折り曲げ
て、２５Ａ，２５Ｂに示すように、例えば、支持シート
２１と直角に引き起こすことができるようになってい
る。さらに、支持シート２１の一面には、電極部２３，
２４の部分に、例えば食塩水等の電解質によって導電性
を付与された導電性ゲル体２９，３０が塗布されてい
る。電極パッドは、体表の生体電気インピーダンスを測
定すべき部位に、導電性ゲル体２９，３０によって貼り
つけて装着する。そして、測定信号の身体通電路上外側
となる一方の電極を電流流通電極として使用し、内側と
なる他方の電極を電圧検出電極として使用するものであ
り、このような形態とすることによって、電流流通電極
と電圧検出電極間の距離を一定にするとともに、導電性
ゲル体の使用によって体表との間の接触状態を安定化す
ることができ、従って、測定結果の再現性を向上させる
ことができる。

【００３８】このような電極パッドと生体電気インピー
ダンス測定装置本体との間の接続には、専用クリップを
使用する方法と、汎用クリップを使用する方法とがあ
る。最初に専用クリップを使用する方法を説明する。図
５は、専用クリップの構造の例を示す図であって、
（ａ）は左手用、（ｂ）は右手用を示す。専用クリップ
には、左手用と右手用とがあるが、左手用の専用クリッ
プ４１と右手用の専用クリップ４１Ａとは対称に作られ
ているので、以下においては、対応箇所に同一番号を付
して説明する。この専用クリップは、絶縁物からなる、
先端が二股に分かれた板状片４２，４３を中間で関節状
に結合して、先端が開閉可能なようにするとともに、ば
ね４４，４５によって、常時は先端が閉じるように構成
されている。さらに一方の板状片４３の二股になった先
端の内側には、それぞれ金属接点（不図示）が設けられ
ているとともに、これからそれぞれ赤色リード線４６と
青色リード線４７が接続されている。

【００３９】専用クリップによる電極パッドの各電極と
の接続方法としては、専用クリップを使用して、被験者
の手首ごと挟んで電極パッドに接続する方法と、専用ク
リップを使用して、電極パッドの引き起こされた舌状部
を挟んで接続する方法とがある。最初に、被験者の手首
ごと挟んで電極パッドに接続する方法を説明する。図６
は、電極パッドと専用クリップとを組み合わせる場合の
使用例を示し、（ａ）は左手側、（ｂ）は右手側を示し
ている。電極パッドと専用クリップとを使用する場合
は、図６に示すように、最初、左手ＬＨ側と右手ＲＨ側
のそれぞれの手首の内側に、それぞれ電極パッド２１を
貼りつける。次に、左手用の専用クリップ４１と、右手
用の専用クリップ４１Ａのそれぞれの先端を開いて、金
属接点を有する側の板状片４３が、電極パッド２１の上
に乗るようににし、かつ、それぞれの金属接点が、電極
２３，２４に対して、完全に接触するようにする。その
ためには、電極パッド上の電極２３，２４のピッチと、
専用クリップの二股になった先端における金属接点のピ
ッチとが、一致するように構成されていることが必要で
ある。次に、第１電極対となる電極パッドに接続された
専用クリップの赤色リード線４６を、生体電気インピー
ダンス測定装置１００の出力回路５３に接続し、第２電
極対となる電極パッドに接続された専用クリップの赤色
リード線４６を、生体電気インピーダンス測定装置１０
０のＩ／Ｖ変換器６１に接続することによって、図１ま
たは図２に示された電流流通電極ＣＡ，ＣＢが形成さ
れ、それぞれの電極パッドに接続された専用クリップの
青色リード線４７を、生体電気インピーダンス測定装置
１００の対応する電圧検出端子に接続することによっ
て、電圧検出電極ＰＡ，ＰＢが形成される。このように
接続することによって、第１電圧対１５と第２電圧対１
６とにおける、それぞれの電流流通電極と電圧検出電極
とが、正しく生体電気インピーダンス測定装置１００に
接続される。

【００４０】次に、専用クリップを用いて、電極パッド
の舌状部に接続する場合は、左手用の専用クリップ４１
と、右手用の専用クリップ４１Ａのそれぞれの先端を開
いて、板状片４３の金属接点が、電極パッドの引き起こ
された舌状部２５Ａ，２６Ａに接触するように挟んで固
定する。この場合も、第１電極対となる電極パッドに接
続された専用クリップの赤色リード線４６を、生体電気
インピーダンス測定装置１００の出力回路５３に接続
し、第２電極対となる電極パッドに接続された専用クリ
ップの赤色リード線４６を、生体電気インピーダンス測
定装置１００のＩ／Ｖ変換器６１に接続するとともに、
それぞれの電極パッドに接続された専用クリップのの青
色リード線４７を、生体電気インピーダンス測定装置１
００の対応する電圧検出端子に接続すればよい。

【００４１】次に、汎用のクリップを使用する場合に
は、電極パッド２１の引き起こされた舌状部２５Ａ．２
６Ａを、鰐口クリップ等の単極の汎用クリップで挟ん
で、生体電気インピーダンス測定装置１００に接続す
る。この場合も、それぞれのクリップのリード線と、生
体電気インピーダンス測定装置１００の側との接続は、
図２に示されたように行なって、電流流通電極ＣＡ．Ｃ
Ｂと、電圧検出電極ＰＡ，ＰＢとが正しく接続されるよ
うにする必要がある。

【００４２】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、生体電気
インピーダンスを算出する代わりに、生体電気アドミッ
タンスを算出するようにし、これに伴って、インピーダ
ンス軌跡を算出する代わりに、アドミッタンス軌跡を算
出するようにしても良く、インピーダンス軌跡を用いた
場合と同等の結果を得ることができる。また、上述の実
施例においては、人体特徴項目として、被験者の身長、
体重、性別及び年齢等を入力する場合について述べた
が、必要に応じて、その一部を省略しても良く、又は人
種等の項目を付加しても良い。また、出力装置として、
プリンタを付設しても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の生体電
気インピーダンス測定装置によれば、少なくとも一方の
手首の内側に電極対を装着して生体電気インピーダンス
の測定を行なうので、測定点の位置の変化による測定値
の変動が少なく、また体毛の存在等の身体的条件の変化
による測定誤差が少ないので、再現性の高い測定を行な
うことができ、従って、被験者の体脂肪率を含む身体組
成の推計を精度よく行なうことができる。またこの際、
電流流通電極と電圧検出電極とを一体化した電極パッド
を使用して被験者に対する測定電極の設定を行なうの
で、電流流通電極と電圧検出電極との距離を一定化する
とともに、導電性ゲル体を介して体表と接続することに
よって、測定結果の安定性を向上することができる。さ
らに、電極パッドと生体電気インピーダンス測定装置と
の接続に専用クリップを使用することによって、接続の
操作を容易にするとともに、接続状態を一定にして、安
定した測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である生体電気インピーダ
ンス測定装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】同装置の使用状態を模式的に示す模式図であ
る。

【図３】電極位置による抵抗値の変化を示す図である。

【図４】電極パッドの構造の例を示す図である。

【図５】専用クリップの構造の例を示す図である。

【図６】電極パッドと専用クリップを組み合わせる場合
の使用例を示す図である。

【図７】人体の細胞組織中を低周波電流及び高周波電流
が流れる様子を模式的に説明する図である。

【図８】人体の電気的等価回路を示す図である。

【図９】人体のインピーダンス軌跡を示す図である。

【図１０】人体に対する電極配置を模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

５信号出力回路（信号供給手段）５２測定信号発生器（信号供給手段の一部）５３出力回路（信号供給手段の一部）６電流検出回路（電流測定手段）６１Ｉ／Ｖ変換器（電流測定手段の一部）６２ＬＰＦ（電流測定手段の一部）６３バッファ（電流測定手段の一部）６４Ａ／Ｄ変換器（電流測定手段の一部）７電圧検出回路（電圧測定手段）７１差動増幅器（電圧測定手段の一部）７２ＬＰＦ（電圧測定手段の一部）７３バッファ（電圧測定手段の一部）７４Ａ／Ｄ変換器（電圧測定手段の一部）８ＣＰＵ（演算手段，推計手段）１３ＲＡＭ（記憶手段）１５電極対１６電極対２１電極パッド２２支持シート２３電極２４電極２５，２６舌状部２５Ａ，２６Ａ引き起こされた舌状部２７切り込み部２８切り込み部２９導電性ゲル体３０導電性ゲル体４１，４１Ａ専用クリップ１００生体電気インピーダンス測定装置ＣＡ，ＣＢ電流流通電極ＰＡ，ＰＢ電圧検出電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定周波数または可変周波数の測定信号
を、被験者の一方の手首の内側に装着された第１の電流
流通電極と、他方の手首の内側又は足首又はくるぶしの
甲側に装着された第２の電流流通電極を経て被験者の身
体に流通させる信号供給手段と、前記測定信号の電流値を測定する電流測定手段と、前記第１及び第２の電流流通電極に対して身体通電路上
それぞれ内側になるように配置された第１及び第２の電
圧検出電極を介して被験者の体表に生じた電圧値を測定
する電圧測定手段と、該電流値と電圧値及び電流・電圧間の時間差とから被験
者の測定部位間における生体電気インピーダンスを算出
する演算手段と、該生体電気インピーダンスと被験者の身長，体重，年
齢，性別に関する人体特徴項目中の少なくとも一つのデ
ータとから被験者の体脂肪率を含む身体組成を推計する
推計手段とを備えたことを特徴とする生体電気インピー
ダンス測定装置。
【請求項２】前記信号供給手段が、所定期間中に所定
の低周波から所定の高周波まで周期的に周波数が変化す
る測定信号を供給するとともに、記憶手段を備えて前記測定信号の電流値と電圧値とそれ
らの発生時刻とを前記測定信号の周波数変化の少なくと
も１周期ごとに一時記憶し、前記演算手段が、前記記憶された電流値と電圧値および
電流・電圧間の時間差とから各周波数における被験者の
生体電気信号インピーダンスを算出し、該周波数ごとの
生体電気インピーダンスに基づいて最小二乗法によって
カーブフィティングを行なってインピーダンス軌跡を求
め、該求められたインピーダンス軌跡から前記被験者の
周波数０時及び周波数無限大時の生体電気インピーダン
スを算出し、前記推計手段が、該周波数０時及び周波数無限大時の生
体電気インピーダンスを用いて、前記被験者の体脂肪率
を含む身体組成の推計を行なうことを特徴とする請求項
１記載の生体電気インピーダンス測定装置。
【請求項３】前記第１の電流流通電極と第１の電圧検
出電極及び第２の電流流通電極と第２の電圧検出電極を
それぞれ一体化して電極対を形成し、一方の電極対を被
験者の一方の手首の内側に装着するとともに、他方の電
極対を被験者の他方の手首の内側又は足首又はくるぶし
の甲側に装着することを特徴とする請求項１または２記
載の生体電気インピーダンス測定装置。
【請求項４】前記各電極対が、絶縁性フィルムからな
る支持シート上に、その両端の両面に形成された電極
と、該各電極の延長部を形成する舌状部と、該舌状部の
周囲に切り込まれた該舌状部を含む支持シートの一部を
他の部分から切り離す切り込み部とを形成するととも
に、前記各電極の一方の面に導電性ゲル体を塗布した電
極パッドを、該導電性ゲル体によって被験者の体表に貼
付して、一方の電極を前記電流流通電極として使用し、
他方の電極を電圧検出電極として使用することによって
形成されることを特徴とする請求項３記載の生体電気イ
ンピーダンス測定装置。
【請求項５】絶縁物からなり二股に分かれた先端の内
側にそれぞれ金属接点を有する専用クリップを用いて、
前記電極対を形成する電極パッドの各電極を手首ごと挟
んで、各電極をそれぞれ金属接点に接続し、該各金属接
点に接続されたリード線を介して各電極を前記生体電気
インピーダンス測定装置に接続することを特徴とする請
求項４記載の生体電気インピーダンス測定装置。
【請求項６】絶縁物からなり二股に分かれた先端の内
側にそれぞれ金属接点を有する専用クリップを用いて、
前記電極対を形成する電極パッドの引き起こされた舌状
部を挟んで、各電極をそれぞれ金属接点に接続し、該各
金属接点に接続されたリード線を介して各電極を前記生
体電気インピーダンス測定装置に接続することを特徴と
する請求項４記載の生体電気インピーダンス測定装置。