JP3636825B2

JP3636825B2 - Body fat measuring device

Info

Publication number: JP3636825B2
Application number: JP16442296A
Authority: JP
Inventors: 真史栗脇; 康之久保田; 徹哉石井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH105188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪体重等）を電気的に測定するための体脂肪測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
肥満であるかないかは、見た目や体重ではなく、実は、体重に占める脂肪の割合、すなわち体脂肪率で決まる、といわれている。だから、健康づくりを考える上で、ウェイトコントロールよりもファットコントロール（肥満の解消・予防）が重視される今日、正しい体脂肪の測定は大きな意味を持つ。
ところで、体の総電導量は、体水分量の総電導量と略等しく、その大部分が筋組織に含まれていると考えられること、及び脂肪組織の水分含有量は、最小であると仮定できることから、生体電気インピーダンス（Bioelectric Impedance）は、体脂肪等の身体組成を充分反映していると考えらている。例えば、除脂肪体重（ＦＦＭ）は、身長の二乗を生体電気インピーダンスで割った量に比例することが、ルカスキー等によって報告されている（H.C.Lukaski et al, The American Journal of Clinical Nutrition, 41(1985)810-817）。
【０００３】
生体電気インピーダンスの上述した特性を活かして、従来から、例えば、特開平５−３３７０９７号公報等に記載されているように、４個の表面電極を被験者の皮膚表面の所定の部位、すなわち、被験者の手甲部と、同側の足甲部とにそれぞれ２個ずつ貼り付け、このうち、手甲部と足甲部との間の２個の電極間に正弦波交流電流を流し、残りの２個の電極から被験者の手足間の電圧を検出して、生体電気インピーダンスを測定し、測定された生体電気インピーダンスに基づいて、予めプログラムされた所定の身体組成推定式を駆使して、体脂肪率等の体脂肪の状態を推計する体脂肪測定装置が開発されている。
【０００４】
ここで、人体の組織を構成する細胞について言及すると、図７に示すように、細胞１，１，…は、細胞膜２，２，…によって取り囲まれてなっているが、細胞膜２，２，…は、電気的には容量（リアクタンス）の大きなコンデンサと見ることができる。したがって、生体電気インピーダンスは、図８に示すように、細胞外液抵抗Ｒeのみからなる細胞外液インピーダンスと、細胞内液抵抗Ｒiと細胞膜容量Ｃmとの直列接続からなる細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスと考えることができる。
そこで、上記従来の体脂肪測定装置では、手足の表面電極間に流すべき正弦波交流電流の周波数を骨格筋組織の特性周波数である５０ｋＨｚに固定し、被験者の生体電気インピーダンスを測定して、細胞外液インピーダンスと細胞内液インピーダンスとの並列合成インピーダンスを得、得られた並列合成インピーダンスに基づいて、被験者の体脂肪率等を算出していた。
ところで、体脂肪率は、血液（正確には血漿）やリンパ液等の細胞外液を除いた、純粋に細胞内の脂肪と筋肉との割合である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の体脂肪測定装置にあっては、上記したように、細胞外液抵抗を含む生体電気インピーダンスに基づいて、体脂肪率等を求めていたため、例えば、透析の際の除水の直後やハードトレーニングの直後等では、細胞外液抵抗の増加の影響を受けて、体脂肪率等の測定誤差が増大するという欠点があった。また、測定される体電気インピーダンスには、細胞膜２，２，…の容量（リアクタンス）成分も含まれているために、体脂肪率等の推計値の精度向上が阻まれていた。
【０００６】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、体脂肪率の測定精度の向上を図ることのできる体脂肪測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る体脂肪測定装置は、マルチ周波数のプローブ電流を生成し、生成した各周波数のプローブ電流を被験者の体に投入して該被験者の体の電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定手段と、該生体電気インピーダンス測定手段によって測定された上記被験者の体の周波数０時及び無限大時の上記電気インピーダンスに基づいて、上記被験者の体の細胞内液抵抗を算出する抵抗算出手段と、細胞外液抵抗及び細胞膜の容量成分が除かれて、該抵抗算出手段によって算出された上記細胞内液抵抗のみから、上記被験者の体脂肪の状態を推計する体脂肪推計手段とを備えてなることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の体脂肪測定装置であって、上記生体電気インピーダンス測定手段は、上記被験者の体に投入される上記プローブ電流の各周波数毎に、該被験者の体の生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスを測定し、測定された各周波数毎の上記生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡又はアドミッタンス軌跡を求め、求められた該インピーダンス軌跡又はアドミッタンス軌跡から、上記被験者の体の周波数０時及び周波数無限大時の生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスを算出すると共に、上記抵抗算出手段は、上記生体電気インピーダンス測定手段によって算出された上記被験者の体の周波数０時及び周波数無限大時の生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスに基づいて、上記被験者の体の細胞内液抵抗を算出することを特徴としている。
【０００９】
さらにまた、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の体脂肪測定装置であって、上記被験者の身長、体重、性別及び年齢のうち少なくとも一つを人体特徴データとして入力するための人体特徴データ入力手段が付加されてなると共に、上記体脂肪推計手段は、上記抵抗算出手段によって算出された上記被験者の体の細胞内液抵抗と、上記体特徴データ入力手段から入力された上記人体特徴データとに基づいて、上記被験者の体脂肪の状態を推計することを特徴としている。
【００１０】
【作用】
この発明の構成において、生体電気インピーダンス測定手段は、マルチ周波数のプローブ電流を生成し、生成した各周波数のプローブ電流を被験者の体に投入して被験者の体の電気インピーダンスを測定する。抵抗算出手段は、生体電気インピーダンス測定手段によって測定された被験者の体の電気インピーダンスに基づいて、被験者の生体組織の細胞内液抵抗を求める。体脂肪推計手段は、求められた細胞内液抵抗に基づいて、被験者の体脂肪率等の体脂肪の状態を推計する。それ故、この発明の構成によれば、細胞内液抵抗が正確に求められ、求められた細胞内液抵抗に基づいて、一段と実情に即した正確な体脂肪に関する推計値を得ることができる。
【００１１】
【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う。
図１は、この発明の一実施例である体脂肪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、図３は、人体のインピーダンス軌跡を示す図、図４は、組織内細胞の電気的等価回路図、図５は、周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図、また、図６は、同装置における表示器の表示例を示す図である。
この例の体脂肪測定装置４は、図１及び図２に示すように、被験者の体Ｅに測定信号としてマルチ周波数電流Ｉｂを流すための信号出力回路５と、被験者の体Ｅを流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出するための電流検出回路６と、被験者の手足間の電圧Ｖｐを検出するための電圧検出回路７と、入力装置としてのキーボード８と、出力装置としての表示器９と、各種制御・各種演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）１０と、ＣＰＵ１０の処理プログラムを記憶するＲＯＭ１１と、各種データを一時記憶するデータ領域及びＣＰＵ１０の作業領域が設定されるＲＡＭ１２と、測定時に被験者の手甲部Ｈや足甲部Ｌの皮膚表面に貼り付けられる４個の表面電極Ｈｐ,Ｈｃ,Ｌｐ,Ｌｃとから概略構成されている。
【００１２】
上記信号出力回路５は、ＰＩＯ（パラレル・インタフェース）５１、測定信号発生器５２及び出力バッファ５３から構成されている。測定信号発生器５２は、全測定時間の間、例えば８００ｎｓｅｃの周期で、ＰＩＯ５１を介して行われるＣＰＵ１０の指示に従って、周波数が、例えば１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号（電流）Ｉａを繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。この表面電極Ｈｃは、測定時、被験者の手甲部Ｈに貼り付けられ、これにより、５００〜８００μＡの範囲にあるマルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅを流れることになる。
【００１３】
上記電流検出回路６は、Ｉ／Ｖ変換器（電流／電圧変換器）６１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６２、Ａ／Ｄ変換器６３及びサンプリングメモリ６４から概略構成されている。Ｉ／Ｖ変換器６１は、被験者の体Ｅ、すなわち被験者の手甲部Ｈ（図２）に貼り付けられた表面電極Ｈｃと足甲部Ｌに貼り付けられた表面電極Ｌｃとの間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂを検出して電圧Ｖｂに変換し、変換により得られた電圧ＶｂをＢＰＦ６２に供給する。ＢＰＦ６２は、入力された電圧Ｖｂのうち、略１ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器６３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器６３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｂをデジタルの電圧信号Ｖｂに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｂを電流データＶｂとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納する。また、サンプリングメモリ６４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｂを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
【００１４】
電圧検出回路７は、差動増幅器７１、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）７２、Ａ／Ｄ変換器７３及びサンプリングメモリ７４から構成されている。差動増幅器７１は、被験者の体Ｅ、すなわち被験者の手甲部Ｈに貼り付けられた表面電極Ｈｐと足甲部Ｌに貼り付けられた表面電極Ｌｐとの間の電圧（電位差）を検出する。ＢＰＦ７２は、入力された電圧Ｖｐのうち、略１ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの帯域の電圧信号のみを通して、Ａ／Ｄ変換器７３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器７３は、ＣＰＵ１０が発行するデジタル変換指示に従って、アナログの入力電圧Ｖｐをデジタルの電圧信号Ｖｐに変換した後、デジタル化された電圧信号Ｖｐを電圧データＶｐとして、サンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納する。また、サンプリングメモリ７４は、ＳＲＡＭから構成され、測定信号Ｉａの周波数毎に一時格納されたデジタルの電圧信号Ｖｐを、ＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出する。
なお、ＣＰＵ１０は、２つのＡ／Ｄ変換器６３，７３に対して同一のタイミングでデジタル変換指示を行う。
【００１５】
上記キーボード８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（又は被験者）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８から供給される操作データ及び人体特徴データは、図示せぬキーコード発生回路でキーコードに変換されてＣＰＵ１０に供給される。ＣＰＵ１０は、コード入力された各種操作信号及び人体特徴データをＲＡＭ１２のデータ領域に一時記憶する。
【００１６】
ＲＯＭ１１は、ＣＰＵ１０の処理プログラムとして、主プログラムの他、例えば、生体電気インピーダンス算出サブプログラム、インピーダンス軌跡算出サブプログラム、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム、周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラム、細胞内液抵抗算出サブプログラム及び体脂肪推計サブプログラム等を格納する。
ここで、生体電気インピーダンス算出サブプログラムには、サンプリングメモリ６４，７４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。
「従来の技術」欄で説明したように、細胞膜２，２，…は、容量の大きなコンデンサとみることができるため、外部から印加された電流は、周波数の低いときには、図７に実線Ａ，Ａ，…で示すように、細胞外液３のみを流れる。しかし、周波数が高くなるにつれて、細胞膜２，２，…を通って流れる電流が増え、周波数が非常に高くなると、同図に破線Ｂ，Ｂ，…で示すように、細胞１，１，…内を通って流れるようになる。
【００１７】
インピーダンス軌跡算出サブプログラムには、生体電気インピーダンス算出サブ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に従って、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。
「従来の技術」欄では、人体の組織内細胞を単純な電気的等価回路（図８）で表したが、実際の人体の組織では、いろいろな大きさの細胞が不規則に配置されているので、実際の人体のインピーダンス軌跡は、図３に実線Ｄで示すように、中心が実軸より上がった円弧となり、電気的等価回路は、図４に示すように、時定数τ＝Ｃmk・Ｒikが分布している分布定数回路で表される。なお、同図において、Ｒeは細胞外液抵抗、Ｒikは各細胞の細胞内液抵抗、Ｃmkは各細胞の細胞膜容量を示す。
【００１８】
周波数０時インピーダンス決定サブプログラム、周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムには、それぞれ、インピーダンス軌跡算出サブ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、それぞれ、周波数０時、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。
細胞内液抵抗算出サブプログラムには、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムの稼働により得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗を算出する。
周波数０では、測定される生体電気インピーダンスは、細胞外液抵抗と等価となり、また、周波数無限大では、図３に示すように、細胞膜が容量性能力を失い、測定される生体電気インピーダンスは、細胞内液抵抗と細胞外液抵抗との合成抵抗と等価（図５）になる。したがって、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスから、細胞内液抵抗が正確に算出される。
【００１９】
また、体脂肪推計サブプログラムは、細胞内液抵抗算出サブプログラムの稼働により得られた細胞内液抵抗と、キーボード８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とに基づいて、被験者の体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪体重等）を推計する。
【００２０】
ＲＡＭ１２のデータ領域には、さらに、生体電気インピーダンス算出サブプログラム等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、細胞内液抵抗算出サブプログラムにより得られた細胞内液抵抗を格納する抵抗値記憶領域と、キーボード８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、体脂肪推計サブ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。
【００２１】
ＣＰＵ１０は、装置各部を制御する他、ＲＯＭ１１に記憶された処理プログラムをＲＡＭ１２を用いて順次実行することにより、被験者の体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪体重等）を推計する。
表示器９は、例えば、液晶表示パネルからなり、キーボード８からの入力データやＣＰＵ１０の演算結果、例えばインピーダンス軌跡や、細胞内液抵抗や、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。
【００２２】
次に、この例の動作について説明する。
まず、測定に先だって、図２に示すように、２個の表面電極Ｈｃ,Ｈｐを被験者の手甲部Ｈに、２個の表面電極Ｌｐ,Ｌｃを被験者の同じ側の足甲部Ｌにそれぞれ導電クリームを介して貼り付ける（このとき、表面電極Ｈｃ,Ｌｃを、表面電極Ｈｐ,Ｌｐよりも人体の中心から遠い部位に取り付ける）。次に、操作者（又は被験者自身）が体脂肪測定装置４のキーボード８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共に、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、少なくとも２秒以上（呼吸の周期以上）となるように設定する。また、測定回数は例えば１００回に設定する。
【００２３】
次に、操作者（又は被験者自身）がキーボード８の開始スイッチをオンにすると、ＣＰＵ１０は、信号出力回路５の測定信号発生器５２に、信号発生指示信号ＳＧを発行する。測定信号発生器５２は、ＣＰＵ１０から信号発生指示信号ＳＧを受け取ると、駆動を開始して、全測定時間の間、例えば、８００ｎｓｅｃの周期で、周波数が、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲で、かつ、１５ｋＨｚの周波数間隔で段階変化する測定信号Ｉａを繰り返し生成して、出力バッファ５３に入力する。出力バッファ５３は、入力される測定信号Ｉａを定電流状態（５００〜８００μＡに範囲の一定値）に保ちながら、マルチ周波数電流Ｉｂとして表面電極Ｈｃに送出する。これにより、定電流のマルチ周波数電流Ｉｂが、表面電極Ｈｃから被験者の体Ｅを流れ、測定が開始される。
【００２４】
マルチ周波数電流Ｉｂが被験者の体Ｅ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、表面電極Ｈｃ,Ｌｃが貼り付けられた手足間を流れるマルチ周波数電流Ｉｂが検出され、アナログの電圧信号Ｖｂに変換された後、ＢＰＦ６２に供給される。ＢＰＦ６２では、入力された電圧信号Ｖｂの中から１ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器６３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器６３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｂが、デジタルの電圧信号Ｖｂに変換され、電流データＶｂとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ６４に格納される。サンプリングメモリ６４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｂがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。
一方、電圧検出回路７の差動増幅器７１において、表面電極Ｈｐ,Ｌｐが貼り付けられた手足間で生じた電圧Ｖｐが検出され、ＢＰＦ７２に供給される。ＢＰＦ７２では、入力された電圧信号Ｖｐの中から１ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの帯域の電圧信号成分のみが通過を許されて、Ａ／Ｄ変換器７３へ供給される。Ａ／Ｄ変換器７３では、供給されたアナログの電圧信号Ｖｐが、デジタルの電圧信号Ｖｐに変換され、電圧データＶｐとして、所定のサンプリング周期毎、測定信号Ｉａの周波数毎にサンプリングメモリ７４に格納される。サンプリングメモリ７４では、格納されたデジタルの電圧信号ＶｐがＣＰＵ１０の求めに応じて、ＣＰＵ１０に送出される。
ＣＰＵ１０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（今の場合、１００回）繰り返す。
【００２５】
そして、測定回数が１００回になると、ＣＰＵ１０は、測定を停止する制御を行った後、これより、まず、生体電気インピーダンス算出サブプログラムを起動して、両サンプリングメモリ６４，７４に格納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（測定回数１００回の平均値）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、ＣＰＵ１０は、インピーダンス軌跡算出サブプログラムを起動して、生体電気インピーダンス算出サブ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ッティングの手法に従って、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６（ａ）,（ｂ）に示すように、中心が実軸より上がった円弧となる。
【００２６】
次に、ＣＰＵ１０は、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムに従って、インピーダンス軌跡算出サブ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、それぞれ、周波数０時及び無限大時の被験者の生体電気インピーダンスを求める。つまり、インピーダンス軌跡の円弧が、図中Ｘ軸と交わる点が、それぞれ周波数０Ｈｚと無限大の時の生体電気インピーダンスになる。次に、ＣＰＵ１０は、細胞内液抵抗算出サブプログラムに従って、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムにより得られた両インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗を算出する。
次に、ＣＰＵ１０は、体脂肪推計サブプログラムの処理手順に従って、細胞内液抵抗比算出サブプログラムの稼働により得られた細胞内液抵抗と、キーボード８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とに基づいて、被験者の体脂肪の状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪体重等）を推計する。
【００２７】
最後に、ＣＰＵ１０は、算出された被験者の体脂肪状態（体脂肪率、脂肪重量、除脂肪体重等）をＲＡＭ１２に記憶すると共に、図６に示すように、インピーダンス軌跡、細胞内液抵抗、被験者の氏名、身長、体重、性別及び年齢等の人体特徴項目等を表示器９に表示する。そして、当該一連の処理を終了する。
【００２８】
このように、上記構成によれば、細胞外液抵抗及び細胞膜の容量成分が除かれて、細胞内液抵抗のみが求められ、求められた細胞内液抵抗に基づいて、被験者の体脂肪率等の体脂肪の状態が推計される。それ故、一段と実情に即した正確な推計値を得ることができる。
また、インピーダンス軌跡算出サブプログラムにより、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡を求め、求められた軌跡から、周波数０時インピーダンス決定サブプログラム及び周波数無限大時インピーダンス決定サブプログラムにより、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求めるので、高周波投入時の浮遊容量や外来ノイズの影響を回避でき、また、人体への直流の直接投入を回避できる。それ故、測定精度が向上する。
【００２９】
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、測定信号（電流）Ｉａの周波数範囲は、１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに限定されない。同様に、周波数の数も複数である限り任意である。また、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ても良く、これに伴い、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い。
また、上述の実施例では、最小二乗法によるカーブフィッティングの手法を用いて、周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求めるようにしたが、これに限らず、浮遊容量や外来ノイズの影響を他の手段により回避できる場合には、例えば、２周波数（５ｋＨｚ以下の低周波と、２００ｋＨｚ以上の高周波）の測定信号を生成して被験者に投入し、被験者の体の低周波時の生体電気インピーダンスを周波数０時の生体電気インピーダンスとみなすと共に、被験者の体の高周波時の生体電気インピーダンスを周波数無限大時の生体電気インピーダンスとみなすようにしても良い。
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、人種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。
また、上述の実施例では、４個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐのうち、２個の表面電極Ｈｃ，Ｈｐを被験者Ｅの手甲部Ｈに、残り２個の表面電極Ｌｃ，Ｌｐを被験者Ｅの足甲部Ｌに、貼り付けるようにしたが、これに限らず、例えば、４個とも足に取り付けるようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の体脂肪測定装置によれば、細胞外液抵抗及び細胞膜の容量成分が除かれて、細胞内液抵抗が正確に求められ、求められた細胞内液抵抗に基づいて、被験者の体脂肪率等の体脂肪の状態が推計される。それ故、一段と実情に即した正確な推計値を得ることができる。
また、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡又はアドミッタンス軌跡を求め、求められた軌跡から周波数０時及び無限大時の生体電気インピーダンスを求め、これらの生体電気インピーダンスに基づいて、細胞内液抵抗を算出するので、高周波投入時の浮遊容量や外来ノイズの影響を回避でき、また、人体への直流の直接投入を回避できる。それ故、測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である体脂肪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】人体のインピーダンス軌跡を示す図である。
【図４】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図５】周波数無限大時の組織内細胞の電気的等価回路図である。
【図６】同装置における表示器の表示例を示す図である。
【図７】人体の組織内細胞を模式的に示す模式図である。
【図８】組織内細胞の電気的等価回路図である。
【符号の説明】
４体脂肪測定装置
５信号出力回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
５２測定信号発生器
５３出力バッファ
６電圧検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
６１Ｉ／Ｖ変換器
６２ＢＰＦ
６３Ａ／Ｄ変換器
６４サンプリングメモリ
７電圧検出回路（生体電気インピーダンス算出手段の一部）
７１差動増幅器
７２ＢＰＦ
７３Ａ／Ｄ変換器
７４サンプリングメモリ
８キーボード（人体特徴データ入力手段）
１０ＣＰＵ（生体電気インピーダンス算出手段、抵抗算出手段、体脂肪推計手段）
１１ＲＯＭ
１２ＲＡＭ
Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｃ，Ｌｐ表面電極
Ｅ被験者の体
Ｈ被験者の手甲部
Ｌ被験者の足甲部
Ｉａ測定信号
Ｉｂマルチ周波数電流（マルチ周波数のプローブ電流）
Ｖｐ被験者の手足間の電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a body fat measuring device for electrically measuring the state of body fat (body fat percentage, fat weight, lean body mass, etc.).
[0002]
[Prior art]
It is said that whether or not you are obese is actually determined by the proportion of fat in the body weight, that is, the body fat percentage, not by appearance or weight. Therefore, when thinking about health promotion, fat control (releasing and preventing obesity) is more important than weight control.
By the way, it is assumed that the total electrical conductivity of the body is substantially equal to the total electrical conductivity of the body water, most of which is considered to be contained in muscle tissue, and that the moisture content of adipose tissue is minimal. Since it is possible, it is considered that bioelectric impedance sufficiently reflects body composition such as body fat. For example, Lukasky et al. Reported that lean body mass (FFM) is proportional to the height squared divided by bioelectrical impedance (HCLukaski et al, The American Journal of Clinical Nutrition, 41 (1985). 810-817).
[0003]
Taking advantage of the above-described characteristics of bioelectrical impedance, conventionally, as described in, for example, JP-A-5-337097, etc., four surface electrodes are provided on a predetermined portion of the subject's skin surface, that is, the subject. 2 pieces are attached to the back part of the back and the back part on the same side, and a sine wave alternating current is passed between the two electrodes between the back part and the back part, and the remaining 2 pieces. Measure the bioelectrical impedance by detecting the voltage between the limbs of the subject from the electrodes, and based on the measured bioelectrical impedance, make use of a pre-programmed predetermined body composition estimation formula, etc. A body fat measuring device for estimating the state of body fat has been developed.
[0004]
Here, referring to the cells constituting the human tissue, as shown in FIG. 7, the cells 1, 1,... Are surrounded by the cell membranes 2, 2,. Can be viewed as a capacitor having a large capacitance (reactance). Therefore, as shown in FIG. 8, the bioelectrical impedance is a parallel of an extracellular fluid impedance consisting only of the extracellular fluid resistance Re and an intracellular fluid impedance consisting of a series connection of the intracellular fluid resistance Ri and the cell membrane capacitance Cm. It can be considered as a synthetic impedance.
Therefore, in the above-described conventional body fat measurement device, the frequency of the sine wave alternating current to be passed between the surface electrodes of the limbs is fixed to 50 kHz which is the characteristic frequency of the skeletal muscle tissue, and the bioelectric impedance of the subject is measured to The parallel synthetic impedance of the external fluid impedance and the intracellular fluid impedance was obtained, and the body fat percentage of the subject was calculated based on the obtained parallel synthetic impedance.
By the way, the body fat percentage is a ratio of pure fat and muscle in cells excluding extracellular fluid such as blood (exactly plasma) and lymph.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional body fat measurement device, as described above, the body fat percentage and the like are obtained based on the bioelectric impedance including the extracellular fluid resistance. For example, water removal during dialysis is performed. Immediately after the hard training or the like, there is a disadvantage that measurement errors such as a body fat percentage increase due to an increase in extracellular fluid resistance. In addition, since the measured body electrical impedance includes capacitance (reactance) components of the cell membranes 2, 2,..., Improvement in accuracy of estimated values such as body fat percentage has been hindered.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a body fat measuring device capable of improving the measurement accuracy of the body fat percentage.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a body fat measurement device according to the first aspect of the present invention generates a multi-frequency probe current and inputs the generated probe current of each frequency into the body of the subject. Bioelectrical impedance measuring means for measuring the electrical impedance of the body of the subject measured by the bioelectrical impedance measuring means At zero and infinite frequency Based on the electrical impedance, resistance calculation means for calculating the intracellular fluid resistance of the subject's body, The extracellular fluid resistance and the volume component of the cell membrane are removed, The intracellular fluid resistance calculated by the resistance calculating means Only from The body fat estimation means for estimating the body fat state of the subject is provided.
[0008]
Further, the invention according to claim 2 is the body fat measurement device according to claim 1, wherein the bioelectrical impedance measuring means is provided for each frequency of the probe current input to the body of the subject. Measure the bioelectric impedance or bioelectric admittance of the body, and based on the measured bioelectric impedance or bioelectric admittance for each frequency, use the least squares method to calculate the impedance locus or admittance locus. Calculating the bioelectrical impedance or bioelectrical admittance of the subject's body at a frequency of 0:00 and when the frequency is infinite from the obtained impedance locus or admittance locus, and the resistance calculating means is configured to measure the bioelectrical impedance. The frequency of the subject's body calculated by the means 0 And based on the infinite frequency when the bioelectrical impedance or bioelectrical admittance, is characterized by calculating the intracellular fluid resistance of the subject's body.
[0009]
Furthermore, the invention according to claim 3 is the body fat measurement device according to claim 1 or 2 for inputting at least one of the height, weight, sex and age of the subject as human body characteristic data. Human body characteristic data input means is added, and the body fat estimation means includes the body fluid resistance of the subject's body calculated by the resistance calculation means and the human body input from the body characteristic data input means. Based on the characteristic data, the state of the body fat of the subject is estimated.
[0010]
[Action]
In the configuration of the present invention, the bioelectrical impedance measuring means generates a multi-frequency probe current, inputs the generated probe current of each frequency into the subject's body, and measures the electrical impedance of the subject's body. The resistance calculation means obtains the intracellular fluid resistance of the body tissue of the subject based on the electrical impedance of the body of the subject measured by the bioelectrical impedance measurement means. The body fat estimation means estimates a body fat state such as a body fat percentage of the subject based on the obtained intracellular fluid resistance. Therefore, according to the configuration of the present invention, the intracellular fluid resistance can be accurately obtained, and based on the obtained intracellular fluid resistance, an accurate estimated value relating to body fat can be obtained in accordance with the actual situation.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be made specifically with reference to examples.
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a body fat measuring device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a use state of the device, and FIG. 3 is an impedance locus of a human body. 4 is an electrical equivalent circuit diagram of the cells in the tissue, FIG. 5 is an electrical equivalent circuit diagram of the cells in the tissue at an infinite frequency, and FIG. 6 is a table of the display in the apparatus. It is a figure which shows an example.
As shown in FIGS. 1 and 2, the body fat measurement device 4 of this example includes a signal output circuit 5 for flowing a multi-frequency current Ib as a measurement signal to the body E of the subject, and a multi-frequency flowing through the body E of the subject. A current detection circuit 6 for detecting the current Ib, a voltage detection circuit 7 for detecting the voltage Vp between the limbs of the subject, a keyboard 8 as an input device, a display 9 as an output device, and various controls A CPU (central processing unit) 10 that performs various arithmetic processing, a ROM 11 that stores a processing program for the CPU 10, a RAM 12 in which a data area for temporarily storing various data and a work area for the CPU 10 are set, and the back of the subject during measurement It consists of four surface electrodes Hp, Hc, Lp, and Lc that are attached to the skin surface of the part H or the instep L.
[0012]
The signal output circuit 5 includes a PIO (parallel interface) 51, a measurement signal generator 52, and an output buffer 53. The measurement signal generator 52 changes the frequency stepwise in the range of, for example, 1 kHz to 400 kHz and at a frequency interval of 15 kHz according to the instruction of the CPU 10 performed through the PIO 51 at a period of, for example, 800 nsec during the entire measurement time. The measurement signal (current) Ia to be generated is repeatedly generated and input to the output buffer 53. The output buffer 53 sends the input measurement signal Ia to the surface electrode Hc as a multi-frequency current Ib while maintaining a constant current state. The surface electrode Hc is affixed to the back part H of the subject at the time of measurement, whereby a multi-frequency current Ib in the range of 500 to 800 μA flows through the body E of the subject.
[0013]
The current detection circuit 6 is roughly composed of an I / V converter (current / voltage converter) 61, a BPF (band pass filter) 62, an A / D converter 63 and a sampling memory 64. The I / V converter 61 is a multi-channel which flows between the body electrode E of the subject, that is, the surface electrode Hc attached to the back part H (FIG. 2) of the subject and the surface electrode Lc attached to the back part L. The frequency current Ib is detected and converted to a voltage Vb, and the voltage Vb obtained by the conversion is supplied to the BPF 62. The BPF 62 supplies the A / D converter 63 through only the voltage signal in the band of approximately 1 kHz to 800 kHz among the input voltage Vb.
The A / D converter 63 converts the analog input voltage Vb into a digital voltage signal Vb in accordance with a digital conversion instruction issued by the CPU 10, and then uses the digitized voltage signal Vb as current data Vb for each sampling period. Each frequency of the measurement signal Ia is stored in the sampling memory 64. The sampling memory 64 is composed of an SRAM, and sends a digital voltage signal Vb temporarily stored for each frequency of the measurement signal Ia to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
[0014]
The voltage detection circuit 7 includes a differential amplifier 71, a BPF (band pass filter) 72, an A / D converter 73, and a sampling memory 74. The differential amplifier 71 detects a voltage (potential difference) between the body electrode E of the subject, that is, the surface electrode Hp attached to the back H of the subject and the surface electrode Lp attached to the back L. The BPF 72 supplies the voltage to the A / D converter 73 through only the voltage signal in the band of approximately 1 kHz to 800 kHz among the input voltage Vp.
The A / D converter 73 converts the analog input voltage Vp into a digital voltage signal Vp in accordance with a digital conversion instruction issued by the CPU 10, and then uses the digitized voltage signal Vp as voltage data Vp for each sampling period. Each frequency of the measurement signal Ia is stored in the sampling memory 74. Further, the sampling memory 74 is composed of an SRAM, and sends a digital voltage signal Vp temporarily stored for each frequency of the measurement signal Ia to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
The CPU 10 issues digital conversion instructions to the two A / D converters 63 and 73 at the same timing.
[0015]
The keyboard 8 is a numeric keypad and function keys for inputting human body feature items such as the subject's height, weight, sex, and age, the total measurement time, the number of measurements, and the like, and the operator (or subject) instructs the start of measurement. For example, a start switch is provided. Operation data and human body characteristic data supplied from the keyboard 8 are converted into key codes by a key code generation circuit (not shown) and supplied to the CPU 10. The CPU 10 temporarily stores various operation signals and human body characteristic data inputted with codes in the data area of the RAM 12.
[0016]
The ROM 11 is a processing program for the CPU 10, in addition to the main program, for example, a bioelectrical impedance calculation subprogram, an impedance trajectory calculation subprogram, a frequency 0:00 impedance determination subprogram, an infinite frequency impedance determination subprogram, intracellular fluid resistance A calculation subprogram, a body fat estimation subprogram, and the like are stored.
Here, the bioelectrical impedance calculation subprogram describes a procedure for sequentially reading out current data and voltage data for each frequency stored in the sampling memories 64 and 74 and calculating the bioelectrical impedance of the subject for each frequency. ing.
As described in the “Prior Art” column, the cell membranes 2, 2,... Can be regarded as capacitors having a large capacity. Therefore, when the frequency applied from the outside is low, the solid lines A, As indicated by A,..., Only the extracellular fluid 3 flows. However, as the frequency increases, the current flowing through the cell membranes 2, 2,... Increases, and when the frequency becomes very high, as shown by broken lines B, B,. To flow through.
[0017]
The impedance trajectory calculation subprogram includes impedances from a frequency of 0 to an infinite frequency according to a least-squares calculation method based on the subject's bioelectrical impedance for each frequency obtained by operating the bioelectrical impedance calculation subprogram. A processing procedure for calculating a locus is written.
In the “Prior Art” column, cells in human tissues are represented by a simple electrical equivalent circuit (FIG. 8). In actual human tissues, cells of various sizes are irregularly arranged. Therefore, the impedance locus of the actual human body is an arc whose center is higher than the real axis as shown by the solid line D in FIG. 3, and the electrical equivalent circuit has a time constant τ = Cmk · Rik as shown in FIG. Is represented by a distributed constant circuit. In the figure, Re is the extracellular fluid resistance, Rik is the intracellular fluid resistance of each cell, and Cmk is the cell membrane capacity of each cell.
[0018]
The zero-frequency impedance determination subprogram and the infinite frequency impedance determination subprogram are based on the impedance trajectory obtained by the operation of the impedance trajectory calculation subprogram, respectively. A method for determining bioelectrical impedance is written step by step.
In the intracellular fluid resistance calculation subprogram, the intracellular fluid resistance is calculated based on both impedances obtained by operating the impedance determination subprogram at the time of frequency 0 and the impedance determination subprogram at the time of infinite frequency.
At a frequency of 0, the measured bioelectrical impedance is equivalent to the extracellular fluid resistance, and at an infinite frequency, as shown in FIG. 3, the cell membrane loses capacitive capacity, and the measured bioelectrical impedance is This is equivalent to the combined resistance of the intracellular fluid resistance and the extracellular fluid resistance (FIG. 5). Therefore, the intracellular fluid resistance is accurately calculated from the bioelectric impedance at the frequency of 0 and infinity.
[0019]
The body fat estimation subprogram includes intracellular fluid resistance obtained by the operation of the intracellular fluid resistance calculation subprogram, and human body feature items such as the height, weight, sex, and age of the subject input through the keyboard 8 Based on the above, the body fat state (body fat percentage, fat weight, lean body mass, etc.) of the subject is estimated.
[0020]
The data area of the RAM 12 further includes a bioelectrical impedance storage area for storing the bioelectrical impedance of the subject obtained by the bioelectrical impedance calculation subprogram for each frequency, and a cell obtained by the intracellular fluid resistance calculation subprogram. By a resistance value storage area for storing internal fluid resistance, a human body feature item storage area for storing human body feature items such as height, weight, sex and age of the subject inputted through the keyboard 8, and a body fat estimation subprogram A body fat storage area for storing numerical values such as the obtained body fat percentage, fat weight, lean body mass, etc. is set.
[0021]
In addition to controlling each part of the apparatus, the CPU 10 sequentially executes the processing program stored in the ROM 11 using the RAM 12 to estimate the body fat state (body fat percentage, fat weight, lean body weight, etc.) of the subject. .
The display 9 is composed of, for example, a liquid crystal display panel, and includes input data from the keyboard 8 and calculation results of the CPU 10, such as impedance trajectory, intracellular fluid resistance, name of the subject, height, weight, sex, age, and the like. Displays human body feature items.
[0022]
Next, the operation of this example will be described.
Prior to the measurement, as shown in FIG. 2, the two surface electrodes Hc and Hp are electrically connected to the back part H of the subject and the two surface electrodes Lp and Lc are electrically connected to the back part L on the same side of the subject. Attaching via a cream (At this time, the surface electrodes Hc and Lc are attached to a part farther from the center of the human body than the surface electrodes Hp and Lp). Next, the operator (or the subject himself / herself) operates the keyboard 8 of the body fat measuring device 4 to input the human body characteristic items such as the subject's height, weight, sex, age, etc. Set. The whole measurement period is set to be at least 2 seconds (respiration cycle or more) in order to improve measurement accuracy. The number of measurements is set to 100, for example.
[0023]
Next, when the operator (or the subject himself) turns on the start switch of the keyboard 8, the CPU 10 issues a signal generation instruction signal SG to the measurement signal generator 52 of the signal output circuit 5. When the measurement signal generator 52 receives the signal generation instruction signal SG from the CPU 10, the measurement signal generator 52 starts driving, and the frequency is in the range of 1 kHz to 400 kHz with a period of 800 nsec, for example, in the whole measurement time, and 15 kHz. The measurement signal Ia that changes stepwise at the frequency interval is repeatedly generated and input to the output buffer 53. The output buffer 53 sends the input measurement signal Ia to the surface electrode Hc as a multi-frequency current Ib while maintaining a constant current state (a constant value in the range of 500 to 800 μA). Thereby, the multi-frequency current Ib having a constant current flows through the body E of the subject from the surface electrode Hc, and measurement is started.
[0024]
When the multi-frequency current Ib is supplied to the body E of the subject, the I / V converter 61 of the current detection circuit 6 detects the multi-frequency current Ib flowing between the limbs to which the surface electrodes Hc and Lc are attached, After being converted to an analog voltage signal Vb, it is supplied to the BPF 62. In the BPF 62, only the voltage signal component in the band of 1 kHz to 800 kHz is allowed to pass from the input voltage signal Vb and is supplied to the A / D converter 63. In the A / D converter 63, the supplied analog voltage signal Vb is converted into a digital voltage signal Vb and stored in the sampling memory 64 as current data Vb for each predetermined sampling period and for each frequency of the measurement signal Ia. Is done. In the sampling memory 64, the stored digital voltage signal Vb is sent to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
On the other hand, in the differential amplifier 71 of the voltage detection circuit 7, the voltage Vp generated between the limbs to which the surface electrodes Hp and Lp are attached is detected and supplied to the BPF 72. In the BPF 72, only the voltage signal component in the band of 1 kHz to 800 kHz is allowed to pass from the input voltage signal Vp and supplied to the A / D converter 73. In the A / D converter 73, the supplied analog voltage signal Vp is converted into a digital voltage signal Vp and stored in the sampling memory 74 as voltage data Vp for each predetermined sampling period and for each frequency of the measurement signal Ia. Is done. In the sampling memory 74, the stored digital voltage signal Vp is sent to the CPU 10 in response to a request from the CPU 10.
The CPU 10 controls each part of the apparatus and repeats the above-described processing for the designated number of measurements (in this case, 100 times).
[0025]
When the number of measurements reaches 100, the CPU 10 performs control to stop the measurement, and from this, first, the bioelectrical impedance calculation subprogram is started, and the frequencies stored in both the sampling memories 64 and 74 are set. Current data and voltage data for each frequency are sequentially read out, and the bioelectrical impedance of the subject for each frequency (average value of 100 measurements) is calculated. The calculation of the bioelectrical impedance includes calculation of its components (resistance and reactance). Next, the CPU 10 activates the impedance trajectory calculation subprogram, and based on the subject's bioelectrical impedance and its components (resistance and reactance) for each frequency obtained by the bioelectrical impedance calculation subprogram, the least square method According to the curve fitting technique using, the impedance locus from frequency 0 to frequency infinity is calculated. The impedance locus calculated in this way is an arc whose center is higher than the real axis, as shown in FIGS.
[0026]
Next, the CPU 10 examines the subjects at the frequency of 0:00 and at infinity, respectively, based on the impedance trajectory obtained by the impedance trajectory calculation subprogram according to the impedance determination subprogram at the frequency of 0:00 and the impedance determination subprogram at the frequency of infinity. Obtain the bioelectrical impedance. That is, the point where the arc of the impedance locus intersects the X axis in the figure is the bioelectrical impedance when the frequency is 0 Hz and infinity, respectively. Next, according to the intracellular fluid resistance calculation subprogram, the CPU 10 calculates the intracellular fluid resistance based on both impedances obtained by the impedance determination subprogram at the time of frequency 0 and the impedance determination subprogram at the time of frequency infinite.
Next, in accordance with the processing procedure of the body fat estimation subprogram, the CPU 10 calculates the intracellular fluid resistance obtained by the operation of the intracellular fluid resistance ratio calculation subprogram, and the subject's height, weight, Based on human body characteristic items such as sex and age, the body fat state (body fat percentage, fat weight, lean body weight, etc.) of the subject is estimated.
[0027]
Finally, the CPU 10 stores the calculated body fat state (body fat percentage, fat weight, lean body mass, etc.) of the subject in the RAM 12, and as shown in FIG. 6, the impedance locus, the intracellular fluid resistance, the subject Are displayed on the display unit 9 such as name, height, weight, sex and age. Then, the series of processing ends.
[0028]
Thus, according to the above configuration, the extracellular fluid resistance and the volume component of the cell membrane are removed, and only the intracellular fluid resistance is obtained. Based on the obtained intracellular fluid resistance, the body fat percentage of the subject, etc. The state of body fat is estimated. Therefore, it is possible to obtain an accurate estimated value that more closely matches the actual situation.
In addition, the impedance locus is calculated by the least square method using the impedance locus calculation subprogram, and the frequency is determined from the obtained locus by the frequency 0:00 impedance determination subprogram and the frequency infinity impedance determination subprogram. Since the bioelectrical impedance at 0 o'clock and infinity is obtained, the effects of stray capacitance and external noise when a high frequency is applied can be avoided, and direct application of direct current to the human body can be avoided. Therefore, the measurement accuracy is improved.
[0029]
The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and the present invention can be changed even if the design is changed without departing from the scope of the present invention. include.
For example, the frequency range of the measurement signal (current) Ia is not limited to 1 kHz to 400 kHz. Similarly, the number of frequencies is arbitrary as long as it is plural. Further, instead of calculating the bioelectrical impedance, the bioelectrical admittance may be calculated. Accordingly, instead of calculating the impedance locus, the admittance locus may be calculated.
Further, in the above-described embodiment, the bioelectrical impedance at the frequency of 0 and infinity is obtained by using the curve fitting method by the least square method. However, the present invention is not limited to this, and the influence of stray capacitance and external noise is used. Can be avoided by other means, for example, a measurement signal of two frequencies (a low frequency of 5 kHz or less and a high frequency of 200 kHz or more) is generated and input to the subject, and the bioelectricity at the low frequency of the subject's body is produced. The impedance may be regarded as a bioelectric impedance at a frequency of 0, and the bioelectric impedance at a high frequency of the subject's body may be regarded as a bioelectric impedance at an infinite frequency.
Moreover, in the above-described embodiment, the case where the height, weight, sex, age, etc. of the subject is input as the human body feature item has been described. These items may be added. A printer may be attached as an output device.
Further, in the above-described embodiment, of the four surface electrodes Hc, Hp, Lc, Lp, two surface electrodes Hc, Hp are placed on the back H of the subject E, and the remaining two surface electrodes Lc, Lp are placed. Although it affixed on the instep part L of the test subject E, it is not restricted to this, For example, you may make it attach all four to a leg | foot.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the body fat measurement device of the present invention, the extracellular fluid resistance and the capacitive component of the cell membrane are removed, and the intracellular fluid resistance is accurately determined. Based on the determined intracellular fluid resistance, Thus, the body fat state such as the body fat percentage of the subject is estimated. Therefore, it is possible to obtain an accurate estimated value that more closely matches the actual situation.
Further, by making use of a least-squares calculation method, an impedance trajectory or an admittance trajectory is obtained, a bioelectrical impedance at a frequency of 0 and infinity is obtained from the obtained trajectory, and based on these bioelectrical impedances, Since the internal liquid resistance is calculated, it is possible to avoid the effects of stray capacitance and external noise when a high frequency is applied, and it is possible to avoid direct application of direct current to the human body. Therefore, the measurement accuracy is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a body fat measurement device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view schematically showing a usage state of the apparatus.
FIG. 3 is a diagram showing an impedance locus of a human body.
FIG. 4 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in a tissue.
FIG. 5 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in a tissue at an infinite frequency.
FIG. 6 is a view showing a display example of a display in the apparatus.
FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing cells in a human tissue.
FIG. 8 is an electrical equivalent circuit diagram of cells in a tissue.
[Explanation of symbols]
4. Body fat measuring device
5 Signal output circuit (part of bioelectrical impedance calculation means)
52 Measurement signal generator
53 Output buffer
6 Voltage detection circuit (part of bioelectrical impedance calculation means)
61 I / V converter
62 BPF
63 A / D converter
64 sampling memory
7 Voltage detection circuit (part of bioelectrical impedance calculation means)
71 Differential Amplifier
72 BPF
73 A / D converter
74 Sampling memory
8 Keyboard (human body characteristic data input means)
10 CPU (Bioelectrical impedance calculation means, resistance calculation means, body fat estimation means)
11 ROM
12 RAM
Hc, Hp, Lc, Lp Surface electrode
E Subject's body
H Subject's back
L Subject's instep
Ia measurement signal
Ib Multi-frequency current (multi-frequency probe current)
Vp Voltage between subjects' limbs

Claims

マルチ周波数のプローブ電流を生成し、生成した各周波数のプローブ電流を被験者の体に投入して該被験者の体の電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定手段と、
該生体電気インピーダンス測定手段によって測定された前記被験者の体の周波数０時及び無限大時の前記電気インピーダンスに基づいて、前記被験者の体の細胞内液抵抗を算出する抵抗算出手段と、
細胞外液抵抗及び細胞膜の容量成分が除かれて、該抵抗算出手段によって算出された前記細胞内液抵抗のみから、前記被験者の体脂肪の状態を推計する体脂肪推計手段とを備えてなることを特徴とする体脂肪測定装置。Bioelectric impedance measuring means for generating a multi-frequency probe current, inputting the generated probe current of each frequency into the subject's body, and measuring the electrical impedance of the subject's body;
A resistance calculating means for calculating an intracellular fluid resistance of the body of the subject based on the electrical impedance of the subject's body at the time of 0 and infinity measured by the bioelectrical impedance measuring means;
A body fat estimation means for estimating the state of the body fat of the subject from only the intracellular fluid resistance calculated by the resistance calculation means , excluding the extracellular fluid resistance and the capacitance component of the cell membrane. A body fat measuring device characterized by the above.

前記生体電気インピーダンス測定手段は、前記被験者の体に投入される前記プローブ電流の各周波数毎に、該被験者の体の生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスを測定し、測定された各周波数毎の前記生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスに基づいて、最小二乗法の演算手法を駆使して、インピーダンス軌跡又はアドミッタンス軌跡を求め、求められた該インピーダンス軌跡又はアドミッタンス軌跡から、前記被験者の体の周波数０時及び周波数無限大時の生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスを算出すると共に、
前記抵抗算出手段は、前記生体電気インピーダンス測定手段によって算出された前記被験者の体の周波数０時及び周波数無限大時の生体電気インピーダンス又は生体電気アドミッタンスに基づいて、前記被験者の体の細胞内液抵抗を算出することを特徴とする請求項１記載の体脂肪測定装置。The bioelectrical impedance measuring means measures the bioelectrical impedance or bioelectric admittance of the subject's body for each frequency of the probe current input to the subject's body, and the living body for each measured frequency Based on the electrical impedance or bioelectric admittance, the least square method is used to determine the impedance trajectory or admittance trajectory. While calculating the bioelectric impedance or bioelectric admittance at infinity,
The resistance calculating means is based on the bioelectric impedance or bioelectric admittance of the subject's body based on the bioelectric impedance or bioelectric admittance of the subject's body at a frequency of 0:00 and an infinite frequency calculated by the bioelectrical impedance measuring means. The body fat measurement device according to claim 1, wherein:

前記被験者の身長、体重、性別及び年齢のうち少なくとも一つを人体特徴データとして入力するための人体特徴データ入力手段が付加されてなると共に、
前記体脂肪推計手段は、前記抵抗算出手段によって算出された前記被験者の体の細胞内液抵抗と、前記体特徴データ入力手段から入力された前記人体特徴データとに基づいて、前記被験者の体脂肪の状態を推計することを特徴とする請求項１又は２記載の体脂肪測定装置。Human body feature data input means for inputting at least one of the height, weight, sex and age of the subject as human body feature data is added,
The body fat estimation means is based on the body fluid resistance of the subject's body calculated by the resistance calculation means and the human body feature data input from the body feature data input means. The body fat measuring device according to claim 1, wherein the state of the body is estimated.