JP2003093361A - 生体インピーダンス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体の電極への接触が不完全な場合や接触抵
抗が大きい異常な状態を検出して誤ったインピーダンス
を算出しない。 【解決手段】 生体に直列に接続した第一の基準抵抗と
生体に並列に接続した第二の基準抵抗を設け、第一の基
準抵抗の電位差と第二の基準抵抗の電位差から生体の電
極への接触状態や接触抵抗の大きい異常な状態を検出す
る異常検出手段を持つ。上記発明によれば、基準抵抗を
生体に直列に接続した場合と並列に接続した場合の電位
を検出し、生体を通過した電流と生体を通過しない電流
による基準抵抗の電位検出手段の出力から測定の異常を
検出するので、簡単・正確に測定の異常を検出でき、正
しい印加電流による正しい測定が可能な生体インピーダ
ンス検出装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体インピーダン
スを検出する生体インピーダンス検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】生体インピーダンス検出装置は人や動物
などの生体に直流や交流の電流を印加した時に発生する
電位差を検出して生体のインピーダンスを算出するもの
で、電流を印加する電極と電圧を検出する電極とが同一
である２端子法と両者が別々になっている４端子法とが
ある。２端子法では電流印加と電圧検出に同一の電極を
用いるので、電極と生体の接触抵抗や外気の状態で変化
しやすい表皮付近のインピーダンスも含めたインピーダ
ンスが測定され、体組成等を反映する身体深部のインピ
ーダンスを測定するにはあまり適当でない。そこで、電
流印加用の１組の電極により生体に既知の電流を印加
し、電流が流れている区間の皮膚上の任意の２点に電圧
検出用の電極を配置してその間の電圧を検出することに
より、原理的に接触抵抗や表皮付近のインピーダンスの
影響を受け難くできる４端子法が広く用いられている。

【０００３】また、このような生体インピーダンス検出
装置を用いた機器として体脂肪計がある。従来の体脂肪
測定は、人体の密度を測定し脂肪分とそれ以外の組織の
比重の違いから体脂肪率を算出する密度法が標準的な計
測法として医師や研究者に用いられていたが、この方法
では人体の容積や比重を求めるために、全身を水中に潜
らせる必要があり、被測定者への肉体的な負荷が大きく
家庭用としては用いられてはいない。

【０００４】そこで家庭用としては体脂肪率と相関があ
ると言われている生体インピーダンスや光の透過率、超
音波の反射率や透過率を測定し、測定値を上記で述べた
密度法で計測された体脂肪率と対応づけることによって
間接的に体脂肪率を求める間接法が多く用いられてい
る。近年、生体インピーダンスを用いた家庭用体脂肪率
計が多く発売されており、例えば、特開平１０−９４５
３０号公報に開示されるように体重計に電極を配置して
両足間のインピーダンスを検出して人体の体脂肪率を算
出するものや、特開平１１−１８８０１６号公報に開示
されるように両手で電極を握り両腕間のインピーダンス
を検出して人体の体脂肪率を算出するものが存在する。

【０００５】また、特許第２８３５６５６号ではこのよ
うな体脂肪計を実現するために、複数の基準抵抗を生体
と直列に接続し、生体に流れる電流と基準抵抗に流れる
電流を同一にして、これをスイッチで切り替えて同じ電
圧検出回路で生体と基準抵抗の電圧を検出することによ
り、電流が変化しても正確に生体インピーダンスを検出
できる。図７に従来の生体インピーダンス検出装置のブ
ロック図を示す。５０kHzの正弦波発振器３１で形成さ
れた電圧信号が電圧ー電流変換機３２にて一定電流に変
換され、基準抵抗１（３３）、基準抵抗２（３４）、基
準抵抗３（３５）、人体３６と順に流れていく。この電
流は、経路に分岐が無いのですべての素子に同一の電流
が流れる。これらの各素子の両端の電圧はスイッチ３７
により一素子づつ差動増幅器３８に接続され、整流器３
９で整流され、ＬＰＦ４０で高周波ノイズがカットさ
れ、アナログーデジタル変換４１によりデジタル信号に
変換されてＭＰＵ４２にて、各素子の値から人体のイン
ピーダンスが算出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の生体インピ
ーダンス検出装置では、複数の基準抵抗と人体とに同一
の電流が流れるが、電流波形が歪んでしまった場合でも
歪んだ電流に基づいて生体インピーダンスを検出するこ
とになる。従来例の場合、電流の経路には複数の基準抵
抗と生体インピーダンスのほかに電極と人体の間の接触
抵抗も直列に加えられ、電流印加回路の電圧範囲はこれ
らすべての抵抗による電圧降下以上の電圧範囲が必要に
なる。

【０００７】しかし、接触抵抗では乾燥肌の人などでは
数十kΩから数百kΩの大変高い値になる場合が有り、こ
のような場合には電流印加回路の電圧動作範囲を超えて
しまい、電源電圧範囲を超えた部分が平坦になり正しい
正弦波形を印加できなくなるが、このような場合でも各
素子には同じく歪んだ波形の電流が流れ、その状況に応
じた生体インピーダンスが算出されてしまう。この時の
印加電流の周波数成分を考えると、５０kHzの正弦波に
正弦波が平坦になる部分の高周波成分が加えられたもの
となり、ここで測定される生体インピーダンスは５０kH
zの正弦波により検出されるものとは異なった特性をも
つことになる。生体インピーダンスを測定する場合、測
定する周波数が変わると値が変化する事が知られてお
り、細胞膜の容量成分に起因し、高周波になるほど容量
成分によるインピーダンスが低くなる。

【０００８】従って、誤った電流印加による正しい生体
インピーダンスの測定ができない場合があり、誤った生
体インピーダンスを検出してしまうという課題が有っ
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、生体に接触して接触部位に電流を印加する
一対の電流印加電極と、前記生体に接触して接触部位の
電位を検出する一対の電位検出電極と、抵抗値が既知で
ある基準抵抗と、前記電流印加電極または前記基準抵抗
に電流を印加する電流印加手段と、前記一対の電位検出
電極間または前記基準抵抗の両端の電位差を検出する電
位差検出手段と、前記電流印加手段が印加する電流の経
路を電流印加電極と基準抵抗との間で切り替える電流切
替手段と、前記電位検出手段が検出する電位差を電位検
出電極と基準抵抗とで切り替える電位切替手段と、電位
差検出手段の出力から前記生体の生体インピーダンスを
検出する生体インピーダンス検出手段を備え、基準抵抗
を生体に直列に接続した場合と並列に接続した場合との
両方の電位から異常を検出する異常検出手段を持つ。

【００１０】上記発明によれば、基準抵抗を生体に直列
に接続した場合と並列に接続した場合の電位を検出し、
生体を通過した電流と生体を通過しない電流による基準
抵抗の電位差検出手段の出力から測定の異常を検出する
ので、簡単・正確に測定の異常を検出でき、正しい印加
電流による正しい測定が可能な生体インピーダンス検出
装置を実現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる生体イ
ンピーダンス検出装置は、生体に接触して接触部位に電
流を印加する一対の電流印加電極と、前記生体に接触し
て接触部位の電位を検出する一対の電位検出電極と、抵
抗値が既知である基準抵抗と、前記電流印加電極または
前記基準抵抗に電流を印加する電流印加手段と、前記一
対の電位検出電極間または前記基準抵抗の両端の電位差
を検出する電位差検出手段と、前記電流印加手段が印加
する電流の経路を電流印加電極と基準抵抗との間で切り
替える電流切替手段と、前記電位検出手段が検出する電
位差を電位検出電極と基準抵抗とで切り替える電位切替
手段と、電位差検出手段の出力から前記生体の生体イン
ピーダンスを検出する生体インピーダンス検出手段を備
え、基準抵抗を生体に直列に接続した場合と並列に接続
した場合との両方の電位から異常を検出する異常検出手
段を持つ。

【００１２】そして、基準抵抗を生体に直列に接続した
場合と並列に接続した場合の電位を検出し、生体を通過
した電流と生体を通過しない電流による基準抵抗の電位
差検出手段の出力から測定の異常を検出するので、簡単
・正確に測定の異常を検出できる。

【００１３】本発明の請求項２にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、基準抵抗は複数有り、少なくとも一つ
は生体と直列に接続され、かつ、少なくとも一つは生体
に並列に接続される。

【００１４】そして、複数の基準抵抗を使う場合では少
なくとも１つを並列、少なくとも一つを直列に接続する
ことにより効率的に異常を判定できる。

【００１５】本発明の請求項３にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、同一の基準抵抗を生体に直列に接続し
た場合と、並列に接続した場合との両方の電位を検出す
る。

【００１６】そして、同一の抵抗を生体に直列に接続し
た場合の電位と並列に接続した場合の電位とを用いて異
常を検出するので正確な異常検出ができる。

【００１７】本発明の請求項４にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、異常検出手段は電流印加手段による生
体への電流印加が正常に行なわれたかを判定する電流印
加判定手段である。

【００１８】そして、生体に直列に接続された基準抵抗
または生体に並列に接続された基準抵抗から生体へ正し
く電流を印加したか否かを判定できるので、正確な電流
印加状態の検出が可能で、正しい電流印加による正しい
生体インピーダンスを検出できる。

【００１９】本発明の請求項５にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、電流印加判定手段が、生体に直列に接
続された基準抵抗と生体に並列に接続された基準抵抗の
それぞれの両端の電位差から生体への電流印加状態を判
定する。

【００２０】そして、生体に直列に接続された基準抵抗
の両端の電位差により生体に流れた電流値が計算され、
また、生体に並列に接続された基準抵抗の両端の電位差
から本来の電流値が計算され、両者を比較して生体へ正
しく電流を印加したか否かを判定できるので正確に電流
印加状態を判定できる。

【００２１】本発明の請求項６にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、電流印加判定手段が、生体に直列に接
続された基準抵抗の電位の一定時間の変化量を算出して
生体への電流印加状態を判定する。

【００２２】そして、生体に直列に接続された基準抵抗
の両端の電位差の変化量が大きいときに生体に正しく電
流が印加されてないと判定するので正確に電流印加状態
を判定できる。

【００２３】本発明の請求項７にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、異常検出手段が、生体の電位検出電極
または電流検出電極への接触を検出する接触検出手段で
ある。

【００２４】そして、生体に直列に接続された基準抵抗
または生体に並列に接続された基準抵抗から生体の電位
検出電極または電流検出電極への接触を検出するので、
正確な接触検出ができる。

【００２５】本発明の請求項８にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、接触検出手段が、生体に直列に接続さ
れた基準抵抗の両端の電位差から生体の電位検出電極ま
たは電流検出電極への接触の検出に用いる。

【００２６】そして、生体がどちらか一方の電極に接触
してない場合は生体に直列に接続された基準抵抗に正し
い電流が流れないため、発生すべき電位差が発生しない
ので、これを検出して正確な接触検出ができる。

【００２７】本発明の請求項９にかかる生体インピーダ
ンス検出装置は、接触検出手段が、生体に直列に接続さ
れた基準抵抗の電位の一定時間のばらつきを算出して生
体の電位検出電極または電流検出電極への接触の検出に
用いる。

【００２８】そして、生体に生体がどちらか一方の電極
に接触してない場合は、生体に直列に接続された基準抵
抗に一定の電流が流れず測定値が大きくばらつくので、
これを検出して正確な接触検出ができる。

【００２９】本発明の請求項１０にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、接触検出手段が、生体に直列に接続
された基準抵抗の電位と生体に並列に接続された基準抵
抗の電位とを用いて生体の電位検出電極または電流検出
電極への接触の検出に用いる。

【００３０】そして、生体が電流印加電極のどちらか一
方に接触しない場合に、生体に直列に接続された基準抵
抗には正しい電流が流れないが、生体に並列に接続され
た基準抵抗には正しい電流が流れるので、これらの基準
抵抗の値の関係から正確に生体の電極への接触を検出で
きる。

【００３１】本発明の請求項１１にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、接触検出手段が、生体に並列に接続
された基準抵抗の電位から生体に直列に接続された基準
抵抗が持つべき電位の範囲を算出する電位範囲算出手段
を持ち、直列に接続された基準抵抗の電位が前記電位範
囲算出手段の算出した範囲内にある時、生体が電位検出
電極または電流検出電極に接触したと判定する。

【００３２】そして、本来生体へ印加する正しい定電流
を生体に並列に接続された基準抵抗に印加した時の電圧
降下から、生体に直列に接続された基準抵抗の電圧範囲
を予測し、その範囲に入るときにのみ生体が電極に接触
したと判定するので、正確に接触を検出できる。

【００３３】本発明の請求項１２にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、接触検出手段が、生体に並列に接続
された基準抵抗の電位から生体に直列に接続された基準
抵抗が持つべき一定時間の電位のばらつきの範囲を算出
するばらつき範囲算出手段を持ち、直列に接続された基
準抵抗の電位の一定時間のばらつきが前記ばらつき範囲
算出手段の算出した範囲内にある時、生体が電位検出電
極または電流検出電極に接触したと判定する。

【００３４】そして、本来生体へ印加する正しい定電流
を生体に並列に接続された基準抵抗に印加した時の両端
の電位差のばらつきから、生体に直列に接続された基準
抵抗の電位差の出力ばらつき範囲を予測し、その範囲に
入るときにのみ生体が電極に接触したと判定するので、
正確に接触を検出できる。

【００３５】本発明の請求項１３にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、生体インピーダンス検出手段は、生
体に並列に接続された基準抵抗の電位と生体に直列に接
続された基準抵抗の電位と電位検出電極の電位とをあら
かじめ決められた計算式に代入して前記生体のインピー
ダンスを算出する演算手段を持ち、接触検出手段は、生
体が電流印加電極または電位検出電極に接触してない場
合に検出される生体に直列に接続された基準抵抗の電位
と電位検出手段の出力を用いて生体の電流印加電極また
は電位検出電極への接触を検出する。

【００３６】そして、生体が電極に接触してない場合
の、正しい電流印加がなされる生体に並列に接続された
基準抵抗の出力と、正しい電流印加がなされない生体に
直列に接続された基準抵抗の出力とから生体インピーダ
ンス算出式により生体インピーダンスを算出し、その値
が測定範囲から離れる事を用いて生体の電極へ接触して
ない事を検出できるので、正確に生体の電極への接触を
検出できる。

【００３７】本発明の請求項１４にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、生体に直列に接続された基準抵抗と
回路上近接した電位検出電極を、もう一方の電位検出電
極より後に生体に接触させる。

【００３８】そして、生体をアンテナとするノイズ信号
を直接電位検出回路へ印加しないようにできるので、ノ
イズの影響の少ない接触検知を実現できる。

【００３９】本発明の請求項１５にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、生体に直列に接続された基準抵抗の
値は、生体に並列に接続された基準抵抗の値よりも大き
い。

【００４０】そして、大きな値の抵抗の電位差から生体
の電極への接触を検出するので、ノイズの影響を受け難
い接触検知を実現できる。

【００４１】本発明の請求項１６にかかる生体インピー
ダンス検出装置は、電流印加判定手段が生体に正しく測
定電流が印加されてないと判定した場合に、接触抵抗を
減じる対策を講じるように被験者に指示する。

【００４２】そして、接触抵抗の大きい状態を検出して
それを被験者に対策とともに指示するので、異常に大き
な接触抵抗の場合でも正しく生体インピーダンスを測定
できる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００４４】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける生体インピーダンス検出装置のブロック図、図２は
同装置の外観図である。なお、本実施例では、人体の生
体インピーダンスを検出して体脂肪量を算出する体脂肪
計の例を示す。図中１から４は生体５の表皮に接触させ
て電気的な導通を図る電極であり、これらのうち１、３
は生体５に電流を印加させる電流印加電極、２、４は生
体６の電位差を検出する電位検出電極である。

【００４５】また、６は生体に直列に接続された第一の
基準抵抗、７は生体に並列に接続された第二の基準抵
抗、８は生体インピーダンスの測定に用いる電流波形を
形成する印加波形形成手段、９は印加波形形成手段８に
より形成された波形を生体５または２つの基準抵抗に印
加する電流印加手段、１０は電流印加手段９により電流
が印加される生体、または、基準抵抗の電位差を検出す
る電位差検出手段、１１は電流印加手段９の電流を印加
する対象を切り替える電流切替手段、１２は電位差検出
手段１０が検出する電位差の対象を切り替える二つの電
位切替手段（１２ａ、１２ｂ）、１３は電位差検出手段
１０にて検出された電位差の出力を整流し増幅する信号
処理手段、１４は信号処理手段の出力をＡＤ変化するＡ
Ｄ変換手段、１５は生体と二つの基準抵抗に接続したと
きのＡＤ変換手段１４の出力から生体のインピーダンス
を算出する生体インピーダンス検出手段、１６はＡＤ変
換手段１４の出力から生体の電流印加電極または電位差
検出電極への接触を検出する接触検出手段、１７はＡＤ
変換手段１４の出力から生体へ印加される電流の状態を
検出する異常検出手段である電流印加判定手段、１８は
被験者の身体的特徴を入力する入力手段、１９は測定の
開始を指示する測定開始指示手段、２０は測定結果を表
示する表示手段、２１は全体の動作を制御する制御手段
である。

【００４６】ここで、電流切替手段１１は４ｃｈアナロ
グマルチプレクサ４０５２を使用し制御手段２１により
制御されて直列に接続された生体５と第一の基準抵抗６
を通る経路（０ｃｈ、２ｃｈ）と、生体に並列に接続さ
れた第二の基準抵抗７のみを通る経路（１ｃｈ）の二つ
からの経路から一つを選んで電流印加手段９に接続し、
一方、電位切替手段１２も電流切替手段と同じく４ｃｈ
アナログマルチプレクサ４０５２を二つ使用し制御手段
２１により制御されて生体５に接続された二つの電位検
出電極間の電位差（２ｃｈ）と第一の基準抵抗６の両端
の電位差（０ｃｈ）と第二の基準抵抗７の両端の電位差
（１ｃｈ）の３つの電位差から一つを選んで電位差検出
手段１０と接続している。電流印加手段９はオペアンプ
２２と電流値調整抵抗２３で構成され、オペアンプのｏ
ｕｔ端子２２ａが電流印加電極１に接続される一方、オ
ペアンプの−端子２２ｂは印加波形形成手段８から電流
値調整抵抗２３を介して接続されるとともに電流印加電
極３とも接続され、さらにオペアンプの＋端子２２ｃは
印加波形形成手段８が形成した波形のＤＣ電圧に設定さ
れ、これにより生体を含めた定電流回路が構成されて２
つの電流印加電極１、３の間には生体インピーダンスに
関わらず印加波形形成手段８が形成した出力信号と電流
値調節抵抗２３とにより一義的に決定されるＡＣの定電
流が印加される。また、印加波形形成手段８は５０kHz
の正弦波波形を電圧信号として出力し、これを電流印加
手段９が５００μＡの定電流として生体や基準抵抗に印
加している。

【００４７】なお、本実施例では生体である人の両足と
右上肢間の生体インピーダンスを測定するものであり、
電流印加電極３と電位検出電極４は測定台２４の上に構
成され測定台の上に被験者が乗り両足を位置に合わせて
接触させ、電流印加電極１と電圧検出電極２は握り部２
５に構成され右掌で握って接触させるものである。測定
台２４に設置された電流印加電極３と電位検出電極４は
片足づつ２つに分離しているが、回路的には導通して同
電位となっている。また、生体インピーダンス検出手段
は記憶手段１５ａと演算手段１５ｂを持ち、生体と二つ
の基準抵抗とに接続して得られる３つのＡＤ変換手段１
４の出力を記憶手段１５ａに順次記憶し、演算手段１５
ｂで記憶手段１５ａに記憶された値をあらかじめ決めら
れた算出式に代入して生体インピーダンスを演算してい
る。なお、本実施例では第一の基準抵抗６は１０００
Ω、第二の基準抵抗７は１００Ωの値の抵抗を用い、生
体インピーダンス検出手段は１００〜１０００Ωの生体
インピーダンス測定範囲を持っている。

【００４８】次に上記構成の動作、作用を示す。図３に
ＡＤ変換手段１４の出力を示す。まず、入力手段１８か
ら被験者の身長、体重、性別といった身体情報を入力し
た後に、測定開始指示手段１９を押して測定開始を指示
すると生体インピーダンス測定状態になる。ここで印加
波形形成手段８により形成された５０kHzの正弦波波形
が電圧印加回路９に出力されるが、被験者が測定台２４
の上に乗らないかまたはまた握り部２５を握っていない
場合には生体５と電流印加手段９との間には回路が閉じ
られてないので電流印加回路９が生体５に印加する５０
kHz５００μＡの正弦波電流は電流切替手段１１が生体
５と生体に直列に接続された第一の基準抵抗６に電流を
流す位置にあっても生体と第一の基準抵抗にはこの電流
は流れない。

【００４９】一方で、生体に並列に接続された第二の基
準抵抗７には電流切替手段１１が第二の基準抵抗７に電
流を流す位置にある場合にこの電流が流れる。図３
（ａ）にこの時の信号処理手段１３の出力を示す。図中
ａ、ｂ、ｃは正常に電極に接触したときに現れる出力で
ａは第二の基準抵抗、ｂは生体、ｃは第一の基準抵抗で
ある。

【００５０】図のように、第二の基準抵抗７に接続した
ときの出力値（図中○）がａ付近で安定しているのに対
し、電位差検出電極へ接続した場合（図中△）にはｂは
もちろんｃよりも出力が大きくなりオープン状態で抵抗
値が大きい事を示し、第一の基準抵抗６に接続した場合
（図中□）には出力値が小さくてａ付近にまで低下し値
も若干ふらついている。次に、握り部２５を持ち測定台
２４上に立つと、電流印加手段９の回路が閉じて生体５
と第一の基準抵抗６にも電流が流れるようになる。

【００５１】図３（ｂ）にこの時の信号処理手段の出力
を示すが、生体も第一の基準抵抗も第二の基準抵抗のす
べてで出力が正常な値付近で安定している。接触検出手
段はこのような電極への接触前後の信号変化を用いて人
体の電極への接触の有無を検出している。

【００５２】接触の有無の検出は以下のいずれかの条件
を満たした場合に接触してないと判定している。（１）
第一の基準抵抗６に対する信号処理手段１４の出力が決
められた範囲内にないこと。（２）第一の基準抵抗６に
対する信号処理手段１４の出力の一定時間のばらつきが
決められた範囲内にないこと。（３）第一の基準抵抗６
と第二の基準抵抗７と生体５のＡＤ変換手段１４の出力
に基づいて生体インピーダンス算出手段１５で算出した
結果が決められた範囲内にないこと。上記のうち、
（１）、（２）については、生体が電流印加電極のすく
なくともどちらか一方に接触しない場合に値が変わり、
ばらつきが大きくなることを用いて接触の判定を行なっ
ている。（１）の場合、二つの基準抵抗のうち１０００
Ωという大きい値の抵抗値を持つ側を生体に直列に接続
しているが、生体の接触が無い場合にはショート状態と
なり、接触する場合には大きな抵抗による大きな電位差
の出力が得られるため異常検出感度が高くできる。ま
た、（３）については、生体５のインピーダンスと第一
の基準抵抗６の出力値との二つが正しい値とならず、し
かも生体は値が大きく、基準抵抗は値が小さくなること
から、算出される生体抵抗値は通常の測定範囲の１０倍
以上の大きな値となる。

【００５３】この様子を図４に示す。図の横軸に信号処
理手段１３の出力、縦軸に抵抗値である。図４（ａ）は
生体５が電流印加電極と電位検出電極に正常に接触した
場合であり、第一の基準抵抗６は点Ａ１、第二の基準抵
抗は点Ｂ１にプロットされる。点Ａ１と点Ｂ１を結ぶ直
線Ｌは信号処理手段１３の出力を抵抗値に変換する変換
式となり、生体Ｃ１がある場合にはこの直線から４５０
Ωと算出される。図４（ｂ）は生体５が握り部２４のみ
握り測定台２３に載ってない場合であるが、第二の基準
抵抗７は図４（ａ）と同様な位置Ｂ２にプロットされる
のに対し、第一の基準抵抗６は出力が低いために図４
（ａ）より大きく左に移動した位置Ａ２にプロットさ
れ、二点Ａ２とＢ２を結ぶ直線Ｌ’は図４（ａ）の直線
Ｌとは全く違った様相になる。さらに、生体５の出力も
オープン状態の大きなインピーダンスになるため、第一
の基準抵抗６とは逆に右に移動することになり、この値
をそのまま代入するとＣ２’の位置にプロットされ、計
算上は正常な範囲からはるかに離れた値（図中では−７
２００Ω）として計算されるので、この値を用いる事に
より接触の有無を極めて明確に判定する事ができる。

【００５４】なお、図４（ｂ）のＣ２’の位置を見れば
分かるように、生体５が４つの電極に正しく接触してな
いときは生体接続時の信号処理手段１３の出力そのもの
がインピーダンス測定範囲から外れるので、これを用い
るだけで生体の電極への接触を検出する事も可能であ
る。しかし、（３）の方法であれば、電極の接触による
出力の差が極めて大きく、ノイズ等が発生した場合でも
人体相当の出力範囲に入る事はありえず、簡単かつ正確
に生体の電極への接触を検出できる。

【００５５】また、（１）と（２）の条件では、どちら
もある範囲内にあることを用いて判定するが、本実施例
ではこの範囲を生体に並列に接続された第二の基準抵抗
７の出力を用いて決定している。第一の基準抵抗６と第
二の基準抵抗７は既知であり、接続される電流印加手段
９と電位差検出手段１０及び信号処理手段１３は同一な
ので、第二の基準抵抗７が電位差検出手段に接続された
時の信号処理手段１３の出力から電流の状態や電位差検
出手段１０、信号処理手段１３の回路特性の概略が求め
られ、第一の基準抵抗６が電位差検出手段１０に接続さ
れたときの信号処理手段１３の出力を予測する事ができ
る。また、信号処理手段１３の出力のばらつきも測定時
のノイズの状態等で都度変動するので、ノイズの影響を
排除するためにも、第二の基準抵抗７に接続したときの
信号処理手段１３の出力のばらつきから生体が電極に接
触したのときの第一の基準抵抗６に接続したときの信号
処理手段の出力ばらつきを予測できるようになる。

【００５６】このような構成を実現するため、本実施例
の接触検知手段１６は、電位差切替手段１２が第二の基
準抵抗７に接続したのときの信号処理手段１３の出力か
ら電位差切替手段１２が第一の基準抵抗に接続したとき
の信号処理手段１３の出力範囲を算出する電位差範囲算
出手段１６ａと、電位差切替手段１２が第二の基準抵抗
７に接続したのときの信号処理手段１３の出力のばらつ
きから電位差切替手段１２が第一の基準抵抗６に接続し
たときの信号処理手段１３の出力のばらつき範囲を算出
するばらつき範囲算出手段１６ｂとを持ち、異常判定に
用いている。これら二つの出力に加え、１５ｂの出力を
用いて（３）の判定を行ない、異常判定出力手段１６ｃ
が判定結果を制御手段２１に出力している。

【００５７】生体５が測定台２４の電極と握り部２５の
電極に接触すると、以上に述べたような接触検知手段１
６が接触を検出して、次は電流印加判定手段が生体に印
加される電流の状態を判定し、５０kHz５００μＡの測
定電流が正しく生体に印加されている場合に生体インピ
ーダンス検出手段による生体インピーダンス検出に移行
する。電流印加判定手段による電流状態判定の動作を以
下に示す。

【００５８】生体が測定台２３と握り部２４の電極に接
触すると、電流印加手段９の電流印加回路が閉じて生体
５と第一の基準抵抗６に電流が印加される。この時、電
流印加手段９には、生体５と第一の基準抵抗６に加え
て、電流印加電極１、３の接触抵抗も直列に接続されて
いる。この接触抵抗は生体の皮膚の状態、例えば乾燥し
ていたり、腫れ物ができていたりした場合には値が数十
kΩから数百kΩの極めて大きくなる事が知られており、
接触抵抗が大きい場合はその間の電圧降下が大きくなっ
て、電流印加手段の電源電圧もその電圧降下以上の電圧
を確保する必要がある。電源電圧以上の電圧降下が生じ
る場合には、図５（ｂ）に示すように電源電圧範囲を超
えた部分の波形が切り取られた波形となり、図５（ａ）
に示すような５０kHz５００μＡの振り幅の測定電流が
正しく印加できず、印加電流の振り幅が小さくなるため
に相対的に生体インピーダンスを過小に評価してしまう
ことになる。さらにこの影響は振り幅のみにとどまら
ず、周波数特性にも影響が現れる。図６に電流印加手段
が生体に印加する電流の周波数特性を示す。図６（ａ）
は正常印加された場合で５０kHzの成分が極めて大き
く、その高調波も５０kHzより相当に小さい。

【００５９】一方、図６（ｂ）は上下が切り取られた場
合の周波数成分を示すが、上下が切り取られた事により
高調波成分が大きく現れる。生体インピーダンスを検出
する場合には、測定周波数により値が変化する事が知ら
れており、これは、生体組織が細胞の集合体であり、細
胞を包む細胞膜が容量成分を持っていることに起因して
おり、低周波の電流は細胞の外を取り巻く細胞外液のみ
を通過して高いインピーダンスが検出されるのに対し、
高周波電流の場合には細胞膜を電流が通過し細胞外液だ
けでなく細胞内にある細胞内液にも電流が流れて低いイ
ンピーダンスが検出される。このように、測定電流の周
波数成分が変化する事により検出されるインピーダンス
の意味も変化するため、このような測定電流による信号
を検出しても正しい生体インピーダンスを検出できず、
これを元に体脂肪を求めても正確な体脂肪量を算出でき
ない。従って、接触抵抗が大きくなる場合でも電源電圧
以上にならないような高い電源電圧で電流印加手段９を
構成することが望ましいが、５００μＡの測定電流を流
す場合、例えば電極一個所の接触抵抗が１０kΩとなっ
ていた場合にはその部分の電圧降下は５Ｖとなり、二個
所ある場合接触抵抗だけで１０Ｖに達する。これは、生
体５の測定範囲の最大値１０００Ωと第一の基準抵抗の
１０００Ωによる電圧降下の和１ｖの１０倍であり、接
触抵抗のために電源電圧を大きくするのは経済的ではな
い。一方、接触抵抗は電極を強く握ったり、接触部の皮
膚に軽く水をかけたりするだけで１／１０以上低下する
ので、電流印加状態を検出して被測定者に接触抵抗を下
げる行動を指示するといった構成をとれば、極めて大き
な接触抵抗を想定した大きな高い電源電圧が必要とされ
ることはなく、経済的でかつ正確な生体インピーダンス
測定装置を実現できる。

【００６０】本実施例では、電位切替手段１２が生体に
並列に接続された第二の基準抵抗７に接続したときの信
号処理手段１３の出力の絶対値とばらつきとから、電位
切替手段１２が生体に直列に接続された第一の基準抵抗
６に接続したときの信号処理手段１３の出力の絶対値と
ばらつきの範囲を予測し、実際に第一の基準抵抗６の出
力の絶対値とばらつきが予測した範囲に入っている場合
に正しく電流が印加されていると判定し、生体インピー
ダンスの検出を行ない、絶対値とばらつきのどちらか一
方でも予測した範囲に入ってない場合には強く握ったり
水をかけたりして接触抵抗を減らすように指示を出して
いる。このような構成により、電源電圧を大きくするこ
となく接触抵抗の影響による不正確な生体インピーダン
スの検出を防止できる。

【００６１】なお、本実施例では、電流印加手段９のオ
ペアンプのｏｕｔ端子２２ａに接続される電極１を握り
部２５の電極をに接続しているが、これは、握り部２５
の電極を先に握ってから測定台２４に乗って測定台２４
の電極に接触して測定する場合が多いからである。先に
接触する電極を電流印加回路のオペアンプのｏｕｔ端子
側２２ａに持ってきてるのは、接触検知手段による人体
の接触検出を行なう場合にノイズの影響を小さくするた
めである。先に接触する電極を３、４の側にすると、第
一の基準抵抗７の両端の電位差を検出するときに生体と
電位差検出手段が接続され、生体がアンテナとなってノ
イズを拾ってしまい、それが信号処理手段に入力されて
しまう。一方、１、２の側に先に生体が接触すると、１
の電極は第二の基準抵抗７に接続されるがこの抵抗は生
体に並列に接続されており生体の接触の有無に関わらず
回路が閉じておりノイズの影響を受けず、電極３には生
体が離れているので電位差検出手段に加えられるノイズ
も小さいものになる。

【００６２】従って、ノイズの影響を小さくするために
は先に接触させる電極は電流印加回路のオペアンプのｏ
ｕｔ端子２２ａ側、すなわち、生体に直列に接続される
基準抵抗に接続されない側の電極とする方が生体に起因
するノイズの影響を受けない。

【００６３】なお、上記実施例では異なる二つの基準抵
抗のうち一つを生体に直列、もう一つを生体に並列に接
続しているが、一つの基準抵抗を切替え手段により切り
替えて生体に直列に接続した場合と並列に接続した場合
の出力から異常を検出しても良い。この場合、正常な場
合には接続状態に関わらず全く同一の出力が得られるた
め簡単に精度よく異常を検出できる。

【００６４】また、上記実施例では二つの基準抵抗を用
いているが、二つ以上の基準抵抗を用いる構成でも良
く、そのうち少なくとも一つが生体に直列に接続され、
また少なくとも一つが生体に並列に接続される構成であ
ればよい。

【００６５】また、上記の実施例では生体インピーダン
ス検出装置を用いた体脂肪率計に付いて説明したが、生
体インピーダンス検出の構成は単独で利用可能なもので
あり、体脂肪率計への利用に制限するものではない。さ
らに、体脂肪率以外にも体水分量など生体インピーダン
スを用いて計測できる生理状態の計測機器へ応用しても
もちろんよい。

【００６６】また、上記の実施例では生体として人体の
生体インピーダンスや体脂肪率を求めているが、人体に
限らず、動物などでも同様である。また、生体に限ら
ず、電極付近のインピーダンスが変化しやすく極めて大
きくなる可能性のあるものであれば、応用が可能であ
る。

【００６７】上記発明により、接触検出や電流印加状態
を検出して正しい印加電流による正しい測定が可能な生
体インピーダンス検出装置を実現でき、これにより生体
インピーダンスを用いて人体の特性、例えば体脂肪量や
体水分量、などを測定する機器に応用できる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の生体インピ
ーダンス検出装置によれば、基準抵抗を生体に直列に接
続した場合と並列に接続した場合の電位を検出し、生体
を通過した電流と生体を通過しない電流による基準抵抗
の電位検出手段の出力から測定の異常を検出するので、
簡単・正確に測定の異常を検出でき、正しい印加電流に
よる正しい測定が可能な生体インピーダンス検出装置を
実現できる。これにより生体インピーダンスを用いて人
体の特性、例えば体脂肪量や体水分量、などを測定する
機器に応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における生体インピーダンス
検出装置のブロック図

【図２】同装置の外観図

【図３】（ａ）同装置の信号処理手段の生体が電極に接
触してない場合の出力図 （ｂ）同装置の信号処理手段の生体が電極に接触してい
る場合の出力図

【図４】（ａ）同装置の生体インピーダンス検出手段の
生体が電極に接触している場合 の生体インピーダンス算出概念図 （ｂ）同装置の生体インピーダンス検出手段の生体が電
極に接触していない場合の生体インピーダンス算出概念
図

【図５】（ａ）同装置の電流印加回路の正常な場合の電
流波形図 （ｂ）同装置の電流印加回路の接触抵抗が異常に大きい
場合の電流波形図

【図６】（ａ）同装置の電流印加回路の正常な場合の電
流波形の周波数分析図 （ｂ）同装置の電流印加回路の接触抵抗が異常に大きい
場合の電流波形の周波数分析図

【図７】従来例における生体インピーダンス検出装置の
ブロック図

【符号の説明】

１、３ 電流印加電極 ２、４ 電圧検出電極 ５ 人体（生体） ６ 第一の基準抵抗（生体に直列に接続された基準抵
抗） ７ 第二の基準抵抗（生体に並列に接続された基準抵
抗） ９ 電流印加手段 １０ 電位差検出手段 １１ 電流切替手段 １２ 電位差切替手段 １５ 生体インピーダンス算出手段 １６ 接触検出手段（異常検出手段） １６ａ 電位差範囲算出手段 １６ａ ばらつき範囲算出手段 １７ 電流印加判定手段（異常検出手段）

フロントページの続き (72)発明者 井上 雅篤 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平野 真 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 永井 和俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 荻野 弘之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4C027 AA06 EE01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体に接触して接触部位に電流を印加す
   る一対の電流印加電極と、前記生体に接触して接触部位
   の電位を検出する一対の電位検出電極と、抵抗値が既知
   である基準抵抗と、前記電流印加電極または前記基準抵
   抗に電流を印加する電流印加手段と、前記一対の電位検
   出電極間または前記基準抵抗の両端の電位差を検出する
   電位差検出手段と、前記電流印加手段が印加する電流の
   経路を電流印加電極と基準抵抗との間で切り替える電流
   切替手段と、前記電位検出手段が検出する電位差を電位
   検出電極と基準抵抗とで切り替える電位切替手段と、電
   位差検出手段の出力から前記生体の生体インピーダンス
   を検出する生体インピーダンス検出手段を備え、基準抵
   抗を生体に直列に接続した場合と並列に接続した場合と
   の両方の電位から異常を検出する異常検出手段を持つ生
   体インピーダンス検出装置。
2. 【請求項２】 基準抵抗は複数有り、少なくとも一つは
   生体と直列に接続され、かつ、少なくとも一つは生体に
   並列に接続される請求項１に記載の生体インピーダンス
   検出装置。
3. 【請求項３】 同一の基準抵抗を生体に直列に接続した
   場合と、並列に接続した場合との両方の電位差を検出す
   る請求項１に記載の生体インピーダンス検出装置。
4. 【請求項４】 異常検出手段は電流印加手段による生体
   への電流印加が正常に行なわれたかを判定する電流印加
   判定手段である請求項１乃至３いずれか１項に記載の生
   体インピーダンス検出装置。
5. 【請求項５】 電流印加判定手段は、生体に直列に接続
   された基準抵抗と生体に並列に接続された基準抵抗のそ
   れぞれの両端の電位差から生体への電流印加状態を判定
   する請求項４に記載の生体インピーダンス検出装置。
6. 【請求項６】 電流印加判定手段は、生体に直列に接続
   された基準抵抗の電位または電位差の一定時間のばらつ
   きを算出して生体への電流印加状態を判定する請求項４
   に記載の生体インピーダンス検出装置。
7. 【請求項７】 異常検出手段は、生体の電位検出電極ま
   たは電流検出電極への接触を検出する接触検出手段であ
   る請求項１乃至３いずれか１項に記載の生体インピーダ
   ンス検出装置。
8. 【請求項８】 接触検出手段は、生体に直列に接続され
   た基準抵抗の両端の電位差を算出して生体の電位検出電
   極または電流検出電極への接触の検出に用いる請求項７
   に記載の生体インピーダンス検出装置。
9. 【請求項９】 接触検出手段は、生体に直列に接続され
   た基準抵抗の電位または電位差の一定時間のばらつきを
   算出して生体の電位検出電極または電流検出電極への接
   触の検出に用いる請求項７に記載の生体インピーダンス
   検出装置。
10. 【請求項１０】 接触検出手段は、生体に直列に接続さ
    れた基準抵抗の電位差と生体に並列に接続された基準抵
    抗の電位差とを用いて生体の電位検出電極または電流検
    出電極への接触の検出に用いる請求項７に記載の生体イ
    ンピーダンス検出装置。
11. 【請求項１１】 接触検出手段は、生体に並列に接続さ
    れた基準抵抗の電位差から生体に直列に接続された基準
    抵抗が持つべき電位差の範囲を算出する電位差範囲算出
    手段を持ち、直列に接続された基準抵抗の電位が前記電
    位差範囲算出手段の算出した範囲内にある時、生体が電
    位検出電極または電流検出電極に接触したと判定する請
    求項１０に記載の生体インピーダンス検出装置。
12. 【請求項１２】 接触検出手段は、生体に並列に接続さ
    れた基準抵抗の電位または電位差から生体に直列に接続
    された基準抵抗が持つべき一定時間の電位または電位差
    のばらつきの範囲を算出するばらつき範囲算出手段を持
    ち、直列に接続された基準抵抗の電位または電位差の一
    定時間のばらつきが前記ばらつき範囲算出手段の算出し
    た範囲内にある時、生体が電位検出電極または電流検出
    電極に接触したと判定する請求項１０に記載の生体イン
    ピーダンス検出装置。
13. 【請求項１３】 生体インピーダンス検出手段は、生体
    に並列に接続された基準抵抗の電位差と生体に直列に接
    続された基準抵抗の電位差と電位検出電極の電位差とを
    あらかじめ決められた計算式に代入して前記生体のイン
    ピーダンスを算出する演算手段を持ち、接触検出手段
    は、生体が電流印加電極または電位検出電極に接触して
    ない場合に検出される生体に直列に接続された基準抵抗
    の電位差と電位検出手段の出力と生体に並列に接続され
    た基準抵抗の電位差とを用いて生体の電流印加電極また
    は電位検出電極への接触を検出する請求項７に記載の生
    体インピーダンス検出装置。
14. 【請求項１４】 生体に直列に接続された基準抵抗と回
    路上近接した電位検出電極を、もう一方の電位検出電極
    より後に生体に接触させる請求項７乃至１３のうち少な
    くとも１項に記載の生体インピーダンス検出装置。
15. 【請求項１５】 生体に直列に接続された基準抵抗の値
    は、生体に並列に接続された基準抵抗の中で最も値の小
    さい抵抗値よりも大きい請求項７乃至１３いずれか１項
    に記載の生体インピーダンス検出装置。
16. 【請求項１６】 電流印加判定手段が生体に正しく測定
    電流が印加されてないと判定した場合に、接触抵抗を減
    じる対策を講じるように被験者に指示する請求項４から
    ６いずれか１項に記載の生体インピーダンス検出装置。