JP3734350B2 - 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 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、立ち位の両足間の生体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。
【０００２】
【従来の技術】
被検体の末端から微少な定電流を印可し、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 Nutrition, 41(4) 810-817 1985 "Assessment of fat-free mass using bioelectrical impedance measurement of the human body" ）を利用した体内脂肪量計が提案され、（ＵＳＰ．４，００８，７２１、特公平５−４９０５０、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。
【０００３】
なかでも、特公平５−４９０５０に係わる商品は、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。
【０００４】
従来の体内脂肪計は、まず、被測定者の、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。
【０００５】
この体内脂肪量計付き体重計は、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）
【０００６】
また前記、従来の体内脂肪量計付き体重計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。
【０００７】
ここで、体内インピーダンスを ｒi 、右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、ｒB1、ｒB2に生じる電圧降下はそれぞれ０とみなされ、ｒB1、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。
【０００８】
交流定電流源は、交流定電圧源、抵抗Ｒ1 、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。
【０００９】
交流電圧計は、差動増幅器、整流器、ローパスフィルタ及び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。
【００１０】
しかし、なるべく正確な測定をするため、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×（ｒA1＋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。
【００１１】
一方、体脂肪計は、持ち運びを前提に作ら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。
【００１２】
以上述べた如く、従来の体内脂肪量計付き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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、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。また、測定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ようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の体内脂肪量計は、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、前記インピーダンス測定手段が、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、前記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前記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され、前記表示手段が、高精度および低精度のマークを備えると共に、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の大きさが高精度を保証できる限界の電流値以上である場合には高精度のマークを点灯させ、前記体内流入電流の大きさが前記高精度を保証できる電流値未満で、かつ、測定限界を超えた場合を示す電流値を超える場合には低精度のマークを点灯させるものである。あるいは、本発明の体内脂肪量計付き体重計は、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、前記インピーダンス測定手段が、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、前記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前記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され、前記表示手段が、高精度および低精度のマークを備えると共に、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の大きさが高精度を保証できる限界の電流値以上である場合には高精度のマークを点灯させ、前記体内流入電流の大きさが前記高精度を保証できる電流値未満で、かつ、測定限界を超えた場合を示す電流値を超える場合には低精度のマークを点灯させるものである。
【００１５】
【作用及び効果】
接触インピーダンスの値に影響されな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。また、体内流入電流値の大きさに基づいて高精度または低精度のマークを点灯させるので、測定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。
【００１６】
【実施の形態】
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。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例の詳細を図面に基づき詳細に述べる。（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。
【００１８】
交流電圧源により、ｖxが印可され、抵抗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。
【００１９】
次に、ＳＷ１により、Ｂ1、Ｂ2端子を差動増幅器に接続し、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。
【００２０】
抵抗 Ｒ1 を使用して交流電流計とする例を上に示したが、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２Ｖ、Ｒ1 を１ｋΩとすると、
ｉx＝ｖx／（Ｒ1＋ｒx）＝２Ｖ／（１ｋΩ＋ｒx）＜２ｍＡ
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。
【００２１】
生体流入電流が小さすぎる場合は、精度の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。
【００２２】
上記の例は、簡単のため、体重計の説明を省略したが、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。
【００２３】
以上、体脂肪率測定を、より精度良く、間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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の体内脂肪量計付き体重計のブロック図
【図２】体脂肪測定模式図
【図３】生体インピーダンス測定説明図
【図４】定電流電流ブロック図
【図５】交流電圧計ブロック図
【図６】本発明の実施例のブロック図
【図７】本発明の説明図
【図８】本発明の課題解決手段を示すブロック図
【図９】本発明の実施例の動作流れ線図
【符号の説明】
Ａ1 インピーダンス測定手段の電力供給端子
Ａ2 インピーダンス測定手段の電力供給端子
Ｂ1 インピーダンス測定手段の降下電圧測定端子
Ｂ2 インピーダンス測定手段の降下電圧測定端子
ｒＡ1 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒＡ2 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒＢ1 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒＢ2 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒi 体内インピーダンス
ｉx 体内流入電流
【産業上の利用分野】
本発明は、立ち位の両足間の生体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。
【０００２】
【従来の技術】
被検体の末端から微少な定電流を印可し、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 Nutrition, 41(4) 810-817 1985 "Assessment of fat-free mass using bioelectrical impedance measurement of the human body" ）を利用した体内脂肪量計が提案され、（ＵＳＰ．４，００８，７２１、特公平５−４９０５０、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。
【０００３】
なかでも、特公平５−４９０５０に係わる商品は、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。
【０００４】
従来の体内脂肪計は、まず、被測定者の、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。
【０００５】
この体内脂肪量計付き体重計は、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）
【０００６】
また前記、従来の体内脂肪量計付き体重計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。
【０００７】
ここで、体内インピーダンスを ｒi 、右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、ｒB1、ｒB2に生じる電圧降下はそれぞれ０とみなされ、ｒB1、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。
【０００８】
交流定電流源は、交流定電圧源、抵抗Ｒ1 、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。
【０００９】
交流電圧計は、差動増幅器、整流器、ローパスフィルタ及び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。
【００１０】
しかし、なるべく正確な測定をするため、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×（ｒA1＋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。
【００１１】
一方、体脂肪計は、持ち運びを前提に作ら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。
【００１２】
以上述べた如く、従来の体内脂肪量計付き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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、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。また、測定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ようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の体内脂肪量計は、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、前記インピーダンス測定手段が、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、前記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前記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され、前記表示手段が、高精度および低精度のマークを備えると共に、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の大きさが高精度を保証できる限界の電流値以上である場合には高精度のマークを点灯させ、前記体内流入電流の大きさが前記高精度を保証できる電流値未満で、かつ、測定限界を超えた場合を示す電流値を超える場合には低精度のマークを点灯させるものである。あるいは、本発明の体内脂肪量計付き体重計は、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、前記インピーダンス測定手段が、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、前記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前記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され、前記表示手段が、高精度および低精度のマークを備えると共に、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の大きさが高精度を保証できる限界の電流値以上である場合には高精度のマークを点灯させ、前記体内流入電流の大きさが前記高精度を保証できる電流値未満で、かつ、測定限界を超えた場合を示す電流値を超える場合には低精度のマークを点灯させるものである。
【００１５】
【作用及び効果】
接触インピーダンスの値に影響されな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。また、体内流入電流値の大きさに基づいて高精度または低精度のマークを点灯させるので、測定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。
【００１６】
【実施の形態】
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。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例の詳細を図面に基づき詳細に述べる。（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。
【００１８】
交流電圧源により、ｖxが印可され、抵抗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。
【００１９】
次に、ＳＷ１により、Ｂ1、Ｂ2端子を差動増幅器に接続し、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。
【００２０】
抵抗 Ｒ1 を使用して交流電流計とする例を上に示したが、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２Ｖ、Ｒ1 を１ｋΩとすると、
ｉx＝ｖx／（Ｒ1＋ｒx）＝２Ｖ／（１ｋΩ＋ｒx）＜２ｍＡ
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。
【００２１】
生体流入電流が小さすぎる場合は、精度の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。
【００２２】
上記の例は、簡単のため、体重計の説明を省略したが、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。
【００２３】
以上、体脂肪率測定を、より精度良く、間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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の体内脂肪量計付き体重計のブロック図
【図２】体脂肪測定模式図
【図３】生体インピーダンス測定説明図
【図４】定電流電流ブロック図
【図５】交流電圧計ブロック図
【図６】本発明の実施例のブロック図
【図７】本発明の説明図
【図８】本発明の課題解決手段を示すブロック図
【図９】本発明の実施例の動作流れ線図
【符号の説明】
Ａ1 インピーダンス測定手段の電力供給端子
Ａ2 インピーダンス測定手段の電力供給端子
Ｂ1 インピーダンス測定手段の降下電圧測定端子
Ｂ2 インピーダンス測定手段の降下電圧測定端子
ｒＡ1 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒＡ2 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒＢ1 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒＢ2 生体と各端子との接触インピーダンス
ｒi 体内インピーダンス
ｉx 体内流入電流
Claims (5)
- 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、
前記インピーダンス測定手段が、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、前記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前記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され、
前記表示手段が、高精度および低精度のマークを備えると共に、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の大きさが高精度を保証できる限界の電流値以上である場合には高精度のマークを点灯させ、前記体内流入電流の大きさが前記高精度を保証できる電流値未満で、かつ、測定限界を超えた場合を示す電流値を超える場合には低精度のマークを点灯させることを特徴とする体内脂肪量計。 - 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、
前記インピーダンス測定手段が、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、前記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前記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され、
前記表示手段が、高精度および低精度のマークを備えると共に、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の大きさが高精度を保証できる限界の電流値以上である場合には高精度のマークを点灯させ、前記体内流入電流の大きさが前記高精度を保証できる電流値未満で、かつ、測定限界を超えた場合を示す電流値を超える場合には低精度のマークを点灯させることを特徴とする体内脂肪量計付き体重計。 - 前記体内流入電流測定手段は、前記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または体内脂肪量計付き体重計。
- 前記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または体内脂肪量計付き体重計。
- 前記インピーダンス測定手段が、前記体重測定手段の載置台に被測定者が載ったときに被測定者の両足の裏に接触できる位置に配設された二対の電極を有することを特徴とする請求項２乃至４に記載の体内脂肪量計または体内脂肪量計付き体重計。
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