JP4632490B2 - 体内脂肪量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の胴体を経由して両手、両足間に電源を印加し、全身または胴体のインピーダンス値を求め、このインピーダンス値から体内の脂肪量を測定する体内脂肪量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の体内脂肪量測定装置として、身体の手、足、胴体に等価インピーダンスを設定し、胴体を経由して両手、両足間に電流を流して、手、足、胴体のそれぞれのインピーダンスを求めるようにしたものが、特開平７−７９９３８号公報、特表平１０−５１０４５５号公報等において開示されている。
【０００３】
次に、この従来技術におけるインピーダンス測定方法を図８を参照しつつ説明する。
【０００４】
この図８に示される体内脂肪量測定装置においては、人間の身体を右手、左手、右足、左足、胴体の各部位に分け、それぞれの部位のインピーダンスをＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と置くとともに、右手、左手、右足、左足の各先端部の２箇所（例えば異なる指と指、掌と足の裏または足の裏と指）にそれぞれ接触される計８個の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８を配置するように構成されている。各部位の２個の電極のうち一つは電流印加用、他の一つは電圧測定用に用いられ、各電極は測定装置の電気回路に接続されている。ここで、この電気回路の主要部は、前記電極間に一定電流を印加する回路インピーダンス測定回路、発生電圧測定回路、測定対象切替回路および、切り替えの指令と測定値を演算してインピーダンス値と体脂肪値に変換するための演算回路とにより構成されている。
【０００５】
このような装置において、前記特開平７−７９９３８号公報に開示されているものでは、右手、左手、右足、左足の４つの部位から選択される２つの部位の各電極に電流を印加し、これら４つの部位から選択される２つの部位の各電極より導出される電位より各部位間のインピーダンスを測定するようにされている。すなわち、４つの部位のそれぞれの組み合わせのうち、手と足の間のインピーダンスを測定する際にはその測定電流が必ず胴体を経由するため、この胴体インピーダンスＲ５を含んだ値が得られ、図８に示される回路から次の各値を求めることができる。
▲１▼右手−左手間の測定；Ｒ１＋Ｒ２
▲２▼右足−左足間の測定；Ｒ３＋Ｒ４
▲３▼右手−左足間の測定；Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒ４
▲４▼左手−右足間の測定；Ｒ２＋Ｒ５＋Ｒ３
▲５▼右手−右足間の測定；Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒ３
▲６▼左手−左足間の測定；Ｒ２＋Ｒ５＋Ｒ４
【０００６】
これらの式から胴体部インピーダンスＲ５は、前記▲１▼▲２▼▲５▼▲６▼の各式を用い次式により演算される。
Ｒ５＝｛▲５▼＋▲６▼−（▲１▼＋▲２▼）｝／２
なお、この公報に記載のものでは、測定原理として四端子法が用いられているので、手、足の先端部に存在する身体末端組織部のインピーダンスと、電極と手足の接触面間に存在する接触インピーダンスとの和ｒａ，ｒｂ，ｒｃ，ｒｄ，ｒｅ，ｒｆ，ｒｇ，ｒｈは除外して測定されるようになっている。
【０００７】
一方、特表平１０−５１０４５５号公報に開示されているものでは、身体の各部位のインピーダンスを直接測定によって求めるようにしている。例えば胴体部インピーダンスＲ５を求める際には、左手−左足間に電流Ｉを流し右手−右足間に発生する電圧Ｖを測定することにより、
Ｒ５＝Ｖ／Ｉ （電流値Ｉは既知）
の変換演算にてＲ５が得られる。また、左足インピーダンスＲ４を求める際には、右足−左足間に電流Ｉを流して左手−左足間の電圧を測定して求められる。さらに、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３についても同様にして求められる。
【０００８】
なお、これら各先行技術のものがいずれも、胴体部のみあるいは手、足、胴体部と各部位別にインピーダンスを求めようとする目的は、以下の点にある。
（１）前記各部位は組織構成が異なっているので、インピーダンス値と実際の脂肪量を結びつける係数が各部位毎に異なっている。したがって、正しく全身の脂肪量を求めるには、全身のインピーダンスを求めて全身体脂肪量に変換するより、各部位毎にそれぞれのインピーダンス値を求める方が正確である。
（２）体脂肪量によって健康の度合いを推定しようとするとき、この健康度合いに大きな影響を与えるのは胴体部脂肪量である。したがって、胴体部のみの脂肪量を推定したい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術のものはいずれも、身体内に存在するインピーダンスを得るのに、予め身体インピーダンス等価回路を概念的に設定し、この設定された等価回路の通りに身体が構成されているものと仮定して各部位のインピーダンスを求めるようにしている。この場合、前記等価回路は、実際に電流の流れる経路を左右の手および足と胴体部の各ブロックに分けて設定されている。
【００１０】
ところで、両手間もしくは両足間に電流を流す際、この電流は実際には両手もしくは両足のみではなく胴体部を通過することになる。しかしながら、前記▲１▼式〜▲６▼式のうち、▲１▼式および▲２▼式では手、足のインピーダンス値Ｒ１〜Ｒ４の中に胴体部インピーダンス値が含まれた形になっている。手、足の組織は胴体と相当異なっており、▲１▼式および▲２▼式のように胴体部インピーダンス値の一部を手、足のインピーダンス値の一部に加えてしまうと正しく身体各部のインピーダンス配分ができないという問題点がある。
【００１１】
また、図８において、胴体部インピーダンスＲ５は、右手、右足間に電流を流したときは主として右体側部組織のインピーダンスを測定し、左手、左足間に電流を流したときは主として左体側部組織のインピーダンスを測定することになるため、均等に胴体全体の組織インピーダンスを反映している値にはなっていない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、全身または胴体部の各インピーダンスを、胴体部内部全体の組織インピーダンスをできるだけ反映した形で求め、これによって胴体部における脂肪分布を精度良く推定することのできる体内脂肪量測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による体内脂肪量測定装置は、
右手、左手、右足および左足と胴体部組織との接触面にそれぞれ第１の点、第２の点、第３の点および第４の点を設定するとともに、胴体内部に前記第１の点と前記第２の点を基点として胴体上部周辺組織インピーダンスを、前記第１の点と前記第３の点を基点として胴体部右半面周辺組織インピーダンスを、前記第２の点と前記第４の点を基点として胴体部左半面周辺組織インピーダンスを、前記第３の点と前記第４の点を基点として胴体下部周辺組織インピーダンスを、それぞれ設定してなる等価回路により胴体内部および／または全身のインピーダンスを求め、この求められたインピーダンスに基づいて胴体内部および／または全身の脂肪量を求めることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、手、足と胴体部組織との接触面に第１の点乃至第４の点の各点を設置してそれらの点を基点とする胴体上部周辺組織インピーダンス、胴体部右半面周辺組織インピーダンス、胴体部左半面周辺組織インピーダンスおよび胴体下部周辺組織インピーダンスというように、身体の胴体内部の各組織に対応するように複数個のインピーダンス片が設定され、これらインピーダンス片を並列接続および直列接続してなる等価回路によって胴体内部のインピーダンス、さらには全身のインピーダンスが求められる。このように両手、両足の組織と区別して、電流の流れ方に応じた等価インピーダンスが胴体内部組織に対して設定されるので、求められた結果が胴体部内部全体の組織インピーダンスをできるだけ反映することになり、正しい胴体部または全身インピーダンスが得られることになる。この結果、胴体内部体脂肪量を正しく推定することが可能となる。
【００１５】
本発明の一態様として、両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路とが導線にて結ばれてなる構成を採用することができる。
【００１６】
また、他の態様として、両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路との間のデータ通信が無線通信手段を介して行われる構成を採用しても良い。あるいは、両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路との間のデータ通信が身体内を通じて行われる構成を採用しても良い。
【００１７】
前記胴体内部のインピーダンスは、右手用電源印加電極と右足用電源印加電極間または左手用電源印加電極と左足用電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、右足用電源印加電極と左足用電源印加電極間または右手用電源印加電極と左手用電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスとを演算することにより求められるのが好ましい。
【００１８】
また、全身のインピーダンスは、右手用電源印加電極と左手用電源印加電極間、右足用電源印加電極と左足用電源印加電極間、右手用電源印加電極と左足用電源印加電極間、左手用電源印加電極と右足用電源印加電極間、右手用電源印加電極と右足用電源印加電極間、左手用電源印加電極と左足用電源印加電極間のそれぞれに電源を印加することにより求められるインピーダンスを演算することにより求められるのが好ましい。
【００１９】
また、この全身のインピーダンスは、両手の各電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、両足の各電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、両手の各電源印加電極間に電源を印加して両足の各電圧測定電極間に発生する電圧を測定することにより求められるインピーダンスまたは両足の各電源印加電極間に電源を印加して両手の各電圧測定電極間に発生する電圧を測定することにより求められるインピーダンスを演算することにより求められるようにすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体内脂肪量測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
最初に、本発明による体内脂肪量測定装置の基本概念について、図１に示される等価インピーダンス回路図によって説明する。図示の回路図において、両手、両足の各組織と胴体部の組織とは、図において斜線にて示される手および足のそれぞれの付け根部の各境界面Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄにて接触する。全身のインピーダンスを測定するために両手または両足の先端部間に電源を与えると、電流は手または足の先端からこれら各境界面Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを通して胴体部へ流入し、胴体部内に存在する種々の組織層を通過した後、別の境界面から他の手または足の先端部へ向けて流出する。
【００２２】
ところで、電気インピーダンス法による体脂肪測定法は測定したい身体組織のインピーダンスを求め、実験式を用いて最終的に脂肪量を求める方法であるが、胴体のように電流の流入面・流出面が前述のように４箇所ある場合には電源が印加される手または足の組み合わせによって胴体内部組織内を流れる電流の経路が異なることになる。したがって、従来の方法では、異なる電源印加ルートによって、測定される胴体内インピーダンス値が異なることになってしまう。また、胸部も下腹部も胴体内部組織であるから、これらのインピーダンス値が胴体内インピーダンス値から除外されてしまうと、求められる胴体内インピーダンス値として正しい値が得られない。
【００２３】
このような問題点を回避して胴体内部のインピーダンスを正確に測定するには、手、足と胴体部組織との接触面に点ａ，ｂ，ｃ，ｄを設置し、胴体内部に点ａと点ｂを基点とする胴体上部周辺組織インピーダンスをｒ１とし、同様に、点ａと点ｃを基点とする胴体部右半面周辺組織インピーダンスをｒ２、点ｂと点ｄを基点とする胴体部左半面周辺組織インピーダンスをｒ３、点ｃと点ｄを基点とする胴体下部周辺組織インピーダンスをｒ４とする等価回路を設定し、この等価回路から胴体部内部のインピーダンスを推定するのが適切である。
【００２４】
次に、図１を参照しつつ、本発明の測定法について説明する。ここで、右手、左手、右足、左足のインピーダンスをそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とする。なお、手と足の先端部組織のインピーダンスは除外されているが、これらの部位には関節部などがあって、脂肪分には関係のない要素でインピーダンス値が大きい。これらのインピーダンス成分を加えると、結果が本来の体内脂肪量を測定するという目的に合わない値となるので、例えば４端子法による測定法をもって測定値から除外することとした。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、胴体部インピーダンスを測定するための測定法に関わるものである。
【００２６】
まず、右手−右足間（または左手−左足間）に電流Ｉを流して左手−左足間（または右手−右足間）に発生する電圧Ｖａを測定すると、次式が成り立つ。
Ｖａ＝｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝・Ｉ ……（１）
【００２７】
ところで、胴体部の全体の脂肪量を表わすために求める胴体全体のインピーダンス（胴体部合成インピーダンス）を求めるには、図１の等価回路からすればｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の合計値、すなわちｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４を得ることができれば良い。しかし、この胴体部合成インピーダンスの値を体の外側から直接測定する方法がないので、この胴体部合成インピーダンス値との相関が大きい値で、この胴体部合成インピーダンス値との間でしかるべき定まった関係（例：比例関係）が成り立つ値であれば実用上使用できることになる。このような値として、本実施の形態では、（１）式における｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の値を用いることとする。
【００２８】
胴体各部が次式
ｒ１＝ａｒ，ｒ２＝ｂｒ，ｒ３＝ｃｒ，ｒ４＝ｄｒ
（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ部位によって異なる、組織に特有の脂肪付着係数とする。）
で表わされるインピーダンスをもつ脂肪組織で構成され、その人の胴体部全体の脂肪量の多少はｒの値の大小によるものと考える、言い換えればその人が肥えたときも痩せたときもｒの大きさが変化し、胴体内の各部組織において均一に脂肪量が増減するものと考えれば（ａ，ｂ，ｃ，ｄは一定であるとすれば）、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝は次式で表わされる。
｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝＝Ｖａ／Ｉ
＝｛ｂｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）｝・ｒ ……（２）
この式から明らかなように、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の大小はｒの大小で評価すれば良いことになる。
【００２９】
一方、組織の総合インピーダンス（胴体部合成インピーダンス）Ｒｔは次式で表わされる。
Ｒｔ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）・ｒ ……（３）
したがって、この総合インピーダンスＲｔの大小もｒの大小に依存することになる。また、次式
｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝／Ｒｔ
＝ｂｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）２＝一定 ……（４）
の比例関係が成り立つので、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の大小は総合インピーダンスＲｔの大小を表わしていることになる。
【００３０】
ところが、人によって、または同じ人でも体の状態が変化することによって脂肪の付着具合が部位毎に異なるか、あるいは変化する。よって、前記ａ，ｂ，ｃ，ｄの値も人それぞれで異なった値になったり、年月の経過によって変化したりすれば、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の大小がそのままその人の胴体内合計インピーダンスの大小に対応しなくなる。つまり、前記（４）式においては、ｂおよびｃに関わっている体の縦方向インピーダンスｒ２，ｒ３のみに大きい影響を受ける。
【００３１】
現実には、人によって同じ脂肪量だけ増えたといっても、胴体の各部位によって脂肪の付き方は異なるし、個人別に体質によって脂肪の付着し易い部位も異なる。したがって、前記（４）式によって胴体部のインピーダンスを求め、この値を基に胴体部脂肪量を推定するのは好ましくない。これを避けて胴体部全体のインピーダンス値との相関を大きくするためには、ｒ１，ｒ４に関わる要素を加えることが必要である。
【００３２】
そこで、次に右手−左手間（または右足−左足間）に電流を流し、右足−左足間（または右手−左手間）に発生する電圧Ｖｂを測定すると次式が成り立つ。
Ｖｂ＝｛ｒ１・ｒ４／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝・Ｉ ……（５）
【００３３】
前記（２）式および（５）式より、Ｖａ／ＩとＶｂ／Ｉとの和をＲｍとすると、このＲｍは次式で表わされる。
Ｒｍ＝Ｖａ／Ｉ＋Ｖｂ／Ｉ＝（ｒ１・ｒ４＋ｒ２・ｒ３）／Ｒｔ
（ただし、Ｒｔ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４） ……（６）
各部位のインピーダンスに係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを考慮すると、Ｒｍは次式で表わすことができる。
Ｒｍ＝｛（ａｄ＋ｂｃ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）｝・ｒ ……（７）
【００３４】
この（７）式は（３）式のＲｔと比例関係にはないが、ａ，ｂ，ｃ，ｄの大小によってＲｍも増減するという関連性のあることがわかる。言い換えれば、胴体内の特定部分に脂肪の付き方が偏在していても胴体部全体を反映するインピーダンス値を知ることができ、その結果正しい脂肪量を推定することができる。なお、（７）式のＲｍの値の中には手、足部のインピーダンス値は含まれておらず、胴体部内のみに対する値となっている。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に、胴体部のみではなく、全身のインピーダンスを測定したときに、胴体部インピーダンスを全身インピーダンスの値の中に正確に反映させる方法について説明する。
【００３６】
本実施の形態では、体内脂肪量測定装置が手用測定器と足用測定器とで構成され、これら両測定器が導線にて接続されるように構成されたものである。また、手用測定器および足用測定器においては、右手、左手および右足、左足の各先端部の２箇所にそれぞれ接触される計４個の電極が配置され、各部位の２個の電極のうち一つを電流印加用、他の一つを電圧測定用に用いるようにされている。こうして、下記の▲１▼〜▲６▼の部位間に一定電流Ｉを流したときのそれぞれの電流印加電極に対応する電圧測定電極にて電圧を測定する。このときの測定電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６とすると、この等価回路に発生する電圧の関係は次式で表される。
▲１▼右手−左手間；（Ｒ１＋ＲＡ＋Ｒ２）・Ｉ＝Ｖ１
▲２▼右足−左足間；（Ｒ３＋ＲＢ＋Ｒ４）・Ｉ＝Ｖ２
▲３▼右手−左足間；（Ｒ１＋ＲＣ＋Ｒ４）・Ｉ＝Ｖ３
▲４▼左手−右足間；（Ｒ２＋ＲＤ＋Ｒ３）・Ｉ＝Ｖ４
▲５▼右手−右足間；（Ｒ１＋ＲＥ＋Ｒ３）・Ｉ＝Ｖ５
▲６▼左手−左足間；（Ｒ２＋ＲＦ＋Ｒ４）・Ｉ＝Ｖ６ ……（８）
ただし、ＲＡ〜ＲＦはそれぞれ図１の胴体部内等価回路の電流の流れ方で決まる並列合成インピーダンス値である。
【００３７】
この（８）式のうち▲１▼、▲２▼、▲５▼、▲６▼式において、ＲＡ，ＲＢ，ＲＥ，ＲＦは次式で表わされる。
ＲＡ＝ｒ１（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）／Ｒｔ
ＲＢ＝ｒ４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）／Ｒｔ
ＲＥ＝ｒ２（ｒ１＋ｒ３＋ｒ４）／Ｒｔ
ＲＦ＝ｒ３（ｒ１＋ｒ２＋ｒ４）／Ｒｔ ……（９）
【００３８】
したがって、▲１▼＋▲２▼＋▲５▼＋▲６▼を実行すると、次式が得られる。
２・（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＋ＲＡ＋ＲＢ＋ＲＥ＋ＲＦ
＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ５＋Ｖ６
故に、次式が成り立つ。
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＋（１／２Ｒｔ）・｛ｒ１（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）＋ｒ４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）＋ｒ２（ｒ１＋ｒ３＋ｒ４）＋ｒ３（ｒ１＋ｒ２＋ｒ４）｝＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ５＋Ｖ６）／２ ……（１０）
【００３９】
この（１０）式を見ると、測定電圧を加えればｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４のそれぞれが全て等しい条件で式に関わっているので、胴体部全体のインピーダンスをより反映していることがわかる。また、この結果は、両手および両足のインピーダンスが加わることで、身体全体のインピーダンスが正しく反映されていることがわかる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
次に、両手足と胴体部の脂肪量が測定でき、測定量を表示するための表示・操作器（手用測定器）と足用測定器との間に導線がなく、自由に携帯できる胴体部用または全身用脂肪計について説明する。
【００４１】
本実施の形態では、手用測定器と足用測定器との間は無線もしくは身体内通信で情報を交信することができるようにされており、測定シーケンスは手用測定器から全体を制御するようにされている。
【００４２】
このような構成において、まず手用測定器にて右手−左手間に電流Ｉを流し両手間に発生する電圧を測定してＶ１を得たとする。また、無線あるいは身体内通信で測定シーケンスの情報交換をし、両足間に電流Ｉを流したときに手用測定器によって両手間に発生する電圧を測定する。この電圧がＶ２であったとする。
【００４３】
このとき、次の２式が成立する。
▲１▼（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｉ＋｛ｒ１（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ１
▲２▼ｒ１・ｒ４／Ｒｔ＝Ｖ２ ……（１１）
ただし、胴体内総合インピーダンスＲｔを、Ｒｔ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４と置く。
【００４４】
次に、足用測定器にて右足−左足間に電流Ｉを流し両足間に発生する電圧を測定してＶ３を得たとする。この測定電圧Ｖ３は足用測定器で測定し、無線または身体内通信によって手用測定器に送信する。このとき、次式が成立する。
▲３▼（Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ＋｛ｒ４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ３……（１２）
【００４５】
これら得られた式に基づき、手用測定器において次の演算を行う。
▲１▼−▲２▼より
▲４▼（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｉ＋｛（ｒ１ｒ２＋ｒ１ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ１−Ｖ２
▲３▼−▲２▼より
▲５▼（Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ＋｛（ｒ４ｒ２＋ｒ４ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ３−Ｖ２
▲４▼＋▲５▼より
▲６▼（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ＋｛（ｒ１＋ｒ４）・（ｒ２＋ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ１＋Ｖ３−２Ｖ２……（１３）
【００４６】
この（１３）式においては、胴体上部組織インピーダンスｒ１と下部組織インピーダンスｒ４の組と、胴体右半面組織インピーダンスｒ２と左半面組織インピーダンスｒ３の組とが等しく全身インピーダンスに関わっているので、胴体インピーダンスを表現するのに適していると言える。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明による体内脂肪量測定装置の具体的実施例について説明する。
【００４８】
（第１実施例）
本実施例は、前記第１の実施の形態に係る測定法を実現するための実施例に関するものである。図２には本実施例における等価インピーダンス回路図が、図３には測定回路図がそれぞれ示されている。
【００４９】
本実施例の体内脂肪量測定装置１において、右手、左手、右足、左足の各先端部の２箇所にそれぞれ接触される計８個の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８が配置され、各部位の２個の電極のうち一つ（Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７）は電流印加用、他の一つ（Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８）は電圧測定用に用いられるようにされている。また、右手、左手、右足、左足の各等価インピーダンスＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４がそれぞれ設置され、右手、右足間または左手、左足間に電源を付加したときの胴体部インピーダンスＲ５、右手、左足間または左手、右足間に電源を付加したときの胴体部インピーダンスＲ６がそれぞれ設置される。なお、図２において、ｒｘ，ｒｙ；ｒｓ，ｒｔ；ｒｍ，ｒｎ；ｒｏ，ｒｐは、それぞれ右手、左手、右足、左足の２つの電極に接触する手または足の接触部周辺組織のインピーダンスと、これら電極と皮膚表面との間の接触インピーダンスとの和を示している。
【００５０】
前記電極Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７はアナログスイッチＡＳ２を介して、前記電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５はアナログスイッチＡＳ１を介してそれぞれ定電流回路２に接続されている。この定電流回路２は、電圧信号Ｖが入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器３と、この演算増幅器３から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗４（既知の抵抗値Ｒｓ）を備える構成とされている。
【００５１】
また、前記電極Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８はアナログスイッチＡＳ４を介して、前記電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６はアナログスイッチＡＳ３を介してそれぞれ電圧測定回路５に接続されている。この電圧測定回路５は、前記定電流Ｉを印加した状態で測定電極から得られる電圧信号に基づきそれら電極間に発生する電圧を出力する演算増幅器６を備える構成とされている。この演算増幅器６の出力側にはその演算増幅器６から出力される交流電圧信号を直流化する整流回路７と、この整流回路７から出力される電圧信号を平滑化するフィルタ８と、このフィルタ８から出力されるアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器９と、このＡ／Ｄ変換器９からの出力データを読み込む第１のＩ／Ｏ回路１０と、この第１のＩ／Ｏ回路１０からのデータに基づいて各種演算を実行するＣＰＵ１１と、このＣＰＵ１１の演算結果並びに各種プログラム等を記憶するメモリ１２と、前記ＣＰＵ１１からの制御指令に基づいてアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４を操作する第２のＩ／Ｏ回路１３とが接続されている。
【００５２】
前述の（１）式および（５）式を作成するための測定操作は表１に示されるように行われる。なお、この表は各アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４がどの電極に接続されるかを示すものである。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１から明らかなように測定モードは▲１▼と▲２▼とからなっており、予めプログラムされた操作シーケンスに基づき、ＣＰＵ１１からの制御指令によってアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４が切替操作されて所要の電極間に定電流Ｉが印加され、この定電流Ｉの印加状態で、測定電極間に発生する電圧Ｖａ，Ｖｂが測定され、この測定電圧値がメモリ１２に記憶される。こうして、測定シーケンスが終了した時点において、得られた測定電圧値Ｖａ，Ｖｂに基づき、前記（６）式に示される演算を行わせて胴体内部合成インピーダンスＲｍが求められる。なお、本実施例の４端子法による回路構成からして、演算増幅器６の方へ電流はほとんど流れないので、Ｖａ，Ｖｂの各測定電圧値の中には、前記ｒｘ，ｒｙ；ｒｓ，ｒｔ；ｒｍ，ｒｎ；ｒｏ，ｒｐのインピーダンスによる電圧降下成分は含まれない。
【００５５】
本実施例によれば、Ｒｍが（６）式のように表わせるので、それぞれ胴体内各部のインピーダンスｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の大小の影響を受けるように導かれる。したがって、体脂肪の付着が各部にばらついていても、正しく測定インピーダンス値に反映させることができる。
【００５６】
（第２実施例）
本実施例は、前記第２の実施の形態に係る測定法を実現するための実施例に関するものである。
【００５７】
前述の（８）式および（１０）式を作成するための測定操作は表２に示されるように行われる。なお、この表は各アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４がどの電極に接続されるかを示すものである。
【００５８】
【表２】
【００５９】
（１０）式のように測定電圧を演算すれば胴体部分の合成インピーダンスの値に対してｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４がそれぞれ等しい条件で関わっているので、胴体内部の体脂肪分布のばらつきがあっても全身の体脂肪値は影響を受けにくいものとなる。
【００６０】
（第３実施例）
本実施例は、前記第３の実施の形態に係る測定法を実現するための実施例に関するものである。
【００６１】
本実施例の体内脂肪量測定装置は、携帯可能な手用測定器１４と足用測定器１５とで構成されている。図４には手用測定器の回路構成図が、図５には足用測定器の回路構成図がそれぞれ示されている。なお、測定対象となる人体インピーダンス等価回路は図２に示される回路と同一であるとする。
【００６２】
図４に示されるように、前記手用測定器１４においては、左右の各電極Ｅ１，Ｅ３がそれら電極Ｅ１，Ｅ３間に一定電流を印加する定電流回路１６に接続され、他の各電極Ｅ２，Ｅ４がそれら電極Ｅ２，Ｅ４間に発生する電圧を測定する高入力インピーダンス型差動増幅回路１７に接続されている。また、この高入力インピーダンス型差動増幅回路１７は、順に整流回路１８、フィルタ１９、Ａ／Ｄ変換器２０またはコンパレータ２１を介してＩ／Ｏ回路２２に接続され、このＩ／Ｏ回路２２には、演算結果並びに各種プログラム等を記憶するメモリ２３を備えるＣＰＵ２４が接続されている。
【００６３】
前記定電流回路１６は、非反転入力端子に電圧Ｖが印加されて定電流Ｉを出力する演算増幅器２５と、この演算増幅器２５の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器２５から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗Ｒｓとにより構成されている。また、この演算増幅器２５の出力端子と電極Ｅ１との間にはアナログスイッチＡＳ１１が介挿されている。このアナログスイッチＡＳ１１は前記Ｉ／Ｏ回路２２によってその開閉が制御される。一方、前記高入力インピーダンス型差動増幅回路１７は、３つの演算増幅器２６，２７，２８を含んでなり、図２における点ａ−点ｂ間の電圧を差電圧として検出する。
【００６４】
こうして、演算増幅器２５を含む定電流回路１６が両手の各電極Ｅ１，Ｅ３に接続されて両手間に電流を流し、演算増幅器２６，２７，２８を含む電圧測定回路としての高入力インピーダンス型差動増幅回路１７にて両手の各電極Ｅ２，Ｅ４の間に発生する電圧Ｖ１が測定される。この電圧Ｖ１が前記（１１）式の値である。また、この高入力インピーダンス型差動増幅回路１７は、両足間に電流を流したとき両手間に発生する電圧Ｖ２を測定する。この電圧Ｖ２が前記（１１）式の値である。
【００６５】
一方、図５に示されるように、前記足用測定器１５においては、左右の各電極Ｅ５，Ｅ７がそれら電極Ｅ５，Ｅ７間に一定電流を印加する演算増幅器２９を含む定電流回路３０に接続され、他の各電極Ｅ６，Ｅ８がそれら電極Ｅ６，Ｅ８間に発生する電圧を測定する演算増幅器３１を含む電圧測定回路３２に接続されている。また、この電圧測定回路３２は、順に整流回路３３、フィルタ３４、Ａ／Ｄ変換器３５、第１のＩ／Ｏ回路３６、ＣＰＵ３７を介して第２のＩ／Ｏ回路３８に接続され、かつＣＰＵ３７には、演算結果並びに各種プログラム等を記憶するメモリ３９が接続されている。さらに、前記第２のＩ／Ｏ回路３８によって、定電流回路３０におけるアナログスイッチＡＳ２１，ＡＳ２２，ＡＳ２３の開閉が制御されるようにされている。
【００６６】
こうして、演算増幅器２９を含む定電流回路３０が両足の各電極Ｅ５，Ｅ７に接続されて両足間に電流を流し、演算増幅器３１を含む電圧測定回路３２にて両足の各電極Ｅ６，Ｅ８の間に発生する電圧Ｖ３が測定される。この電圧Ｖ３が前記（１２）式の値である。
【００６７】
次に、図６に示される動作シーケンス図にしたがって、手用測定器１４および足用測定器１５による測定動作について説明する。ここで、各測定器１４，１５の測定動作の基準は足用測定器１５に置くものとする。すなわち、足用測定器１５は、電源がＯＮされると、予め決められた時間間隔で決められた動作を自律的・連続的に実行し、手用測定器１４は足用測定器１５の動作を検出して従属的に動作するものとする。
【００６８】
最初に、足用測定器１５の動作について説明する。この足用測定器１５のシーケンスは、「測定モード」「送信モード」「休みモード」をそれぞれ一定時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で連続的に繰り返している。
【００６９】
「測定モード」では、図５におけるアナログスイッチＡＳ２１をＯＮ、アナログスイッチＡＳ２３をＯＮ、アナログスイッチＡＳ２２をＯＦＦにして定電流を両足間に与え、電圧測定回路３２の演算増幅器３１にて発生電圧Ｖ３を測定してＣＰＵ３７のメモリ３９に入れる。
【００７０】
「送信モード」では、測定された電圧Ｖ３の値を基に送信データを作成し、この送信データのビット信号（１と０）に対応させた信号を定電流回路３０の演算増幅器２９から身体内へ出力する。この場合、送信データは電圧Ｖ３のデジタル値の前後にそれぞれＳＴＸコード（スタートテキストコード），ＥＴＸコード（エンドテキストコード）を付けて構成され、読み取り側である手用測定器１４がデータを正しく読み取ったことを確認できるようにされる。
【００７１】
また、「休みモード」では、時間Ｔ３の間、アナログスイッチＡＳ２１がＯＦＦ状態に保たれる。
【００７２】
一方、手用測定器１４においては、電源ＯＮの時点では、アナログスイッチＡＳ１１がＯＦＦ状態で停止して足用測定器１５からの送信データ読み込み状態（「測定Ａモード」でデジタルデータ受信モード）にある。この後、足用測定器１５から送信されるデータを読み込んだとき、予め決められた内容のデータであることを確認して初めて次の動作を実行する。
【００７３】
次に、手用測定器１４および足用測定器１５による測定動作について図４、図５を参照しつつ図６に示される動作シーケンス図にしたがって順を追ってより詳細に説明する。
【００７４】
１）最初に、足用測定器１５のアナログスイッチＡＳ２１，ＡＳ２２がＯＮされることにより両足電極Ｅ５，Ｅ７に定電流が与えられ、電極Ｅ６，Ｅ８間に発生する電圧が電圧測定回路３２にて測定される。この測定値が（１３）式のＶ３である。得られた電圧Ｖ３は、整流回路３３、フィルタ３４、Ａ／Ｄ変換器３５、第１のＩ／Ｏ回路３６を介してＣＰＵ３７へ送られる。ＣＰＵ３７では、Ｔ２のタイミングのｔ１時間経過後に前記電圧Ｖ３の値を図７（ａ）に示されるような送信データ列に変換しながら、演算増幅器２９から電圧信号が身体内へ送信される。
【００７５】
ここで、送信データは次のようにして作成される。まず、演算増幅器２９の非反転入力端子に印加される一定交流電圧Ｖは、一定の振幅をもつ数十ＫＨｚの周波数の交流信号でインピーダンス測定用にも使用される参照電圧信号である。また、この演算増幅器２９は定電流回路を構成しているため、その演算増幅器２９の出力信号の振幅は、電極Ｅ７，Ｅ５間の負荷インピーダンスの大きさによって増減する。ＣＰＵ３７にて作成された送信データ列（図７（ａ））に対応するアナログ電圧信号（図７（ｂ））を作成する際には、送信データ列のビット信号０に対応させて、アナログスイッチＡＳ２２を一定時間ｔ０の間ＯＦＦにするとともにアナログスイッチＡＳ２３をＯＮにすれば、演算増幅器２９からはそのｔ０の間零電圧信号が出力され、逆に送信データ列のビット信号１に対応させて、アナログスイッチＡＳ２２を一定時間ｔ０の間ＯＮにするとともにアナログスイッチＡＳ２３をＯＦＦにすれば、ある一定以上の振幅の電圧信号が出力される。
【００７６】
この出力信号は手用測定器１４にて読み取られ、整流回路１８およびフィルタ１９を通ることにより１と０とに対応する矩形状信号（図７（ｃ））に変えられ、コンパレータ２１に入力される。このコンパレータ２１では閾値Ｖｃと比較されてパルス信号になり（図７（ｄ））、ＣＰＵ２４により読み取られて送信データの内容が確認される。一方、足用測定器１５はＥＴＸコードを送信した後にアナログスイッチＡＳ２１をＯＦＦにして体内への電流付加を止め、自律的にＴ３の間だけ休みモードに入る。
【００７７】
２）前記データ列は手用測定器１４において１と０とよりなる列に復調され（図７（ｆ））、一旦メモリ２３内に記憶されるが、この手用測定器１４のＣＰＵ２４にてＳＴＸコードと何らかの値のデータとＥＸＴコードが確認されると、手用測定器１４は足用測定器１５からのデータを読み込んだものとして「測定Ｂモード」に切り替わる。
【００７８】
３）「測定Ｂモード」において手用測定器１４はアナログスイッチＡＳ１１をＯＮにして電極Ｅ１，Ｅ３から両手間に通電し、電極Ｅ２，Ｅ４間に発生する電圧Ｖ１を測定する。この動作は足用測定器１５の休みモードの時間Ｔ３が終わる前に終了するようにする。しかし、手用測定器１４の方でも時間Ｔ３はカウントしておく。電圧Ｖ１の測定が終了すれば、手用測定器１４はアナログスイッチＡＳ１１をＯＦＦにして「測定Ｃモード」、言い換えれば電極Ｅ２，Ｅ４間の発生電圧測定モードに切り替わる。
【００７９】
４）足用測定器１５は「休みモード」Ｔ３の終了後、「測定モード」を開始し、アナログスイッチＡＳ２３をＯＦＦ、アナログスイッチＡＳ２１，ＡＳ２２をＯＮにして電極Ｅ５，Ｅ７間に通電する。
【００８０】
５）手用測定器１４は、「測定Ｃモード」にて電極Ｅ２，Ｅ４間の電圧Ｖ２を測定する。また、「測定Ｃモード」の時間もカウントし、Ｔ１時間が経過すると、「測定Ａモード」（デジタルデータ受信モード）に自動的に変わって、足用測定器１５からの入力データを読み込みながらデータ内容を判断する状態となる。
【００８１】
本実施例において、足用測定器と手用測定器との役割が反対であっても良い。また、前述の説明では、手用測定器と足用測定器との間のデータ通信を身体内を介して行うようにしたが、このデータ通信手段としては、電磁波、光などによる無線手段を用いることもできる。
【００８２】
前記各実施例においては、インピーダンス測定方法として４端子法を用いたものを説明したが、２端子法をベースにして、電極と電極に接触する身体部分との間にある接触インピーダンスと、身体末端部インピーダンスと前記末端部を除く身体内部インピーダンスの合計値を測定し、これとは別に前記接触インピーダンスと身体末端部インピーダンスとの合計値を測定して両者の値を差し引くことで、身体内部インピーダンスのみを求めるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による体内脂肪量測定装置の等価インピーダンス回路図である。
【図２】図２は、第１実施例の等価インピーダンス回路図である。
【図３】図３は、第１実施例の測定回路図である。
【図４】図４は、第３実施例における手用測定器の回路構成図である。
【図５】図５は、第３実施例における足用測定器の回路構成図である。
【図６】図６は、手用測定器および足用測定器の動作シーケンス図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、足用測定器から出力される送信データが手用測定器に読み取られるまでの信号波形を示す図である。
【図８】図８は、従来例における等価インピーダンス回路図である。
【符号の説明】
１ 体内脂肪量測定装置
２，１６，３０ 定電流回路
３，６，２５，２６，２７，２８，２９，３１ 演算増幅器
５，３２ 電圧測定回路
７，１８，３３ 整流回路
８，１９，３４ フィルタ
９，２０，３５ Ａ／Ｄ変換器
１０，１３，２２，３６，３８ Ｉ／Ｏ回路
１１，２４，３７ ＣＰＵ
１２，２３，３９ メモリ
１４ 手用測定器
１５ 足用測定器
１７ 高入力インピーダンス型差動増幅回路
２１ コンパレータ
Ｅ１〜Ｅ８ 電極
ＡＳ１〜ＡＳ４，ＡＳ１１，ＡＳ２１，ＡＳ２２，ＡＳ２３ アナログスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の胴体を経由して両手、両足間に電源を印加し、全身または胴体のインピーダンス値を求め、このインピーダンス値から体内の脂肪量を測定する体内脂肪量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の体内脂肪量測定装置として、身体の手、足、胴体に等価インピーダンスを設定し、胴体を経由して両手、両足間に電流を流して、手、足、胴体のそれぞれのインピーダンスを求めるようにしたものが、特開平７−７９９３８号公報、特表平１０−５１０４５５号公報等において開示されている。
【０００３】
次に、この従来技術におけるインピーダンス測定方法を図８を参照しつつ説明する。
【０００４】
この図８に示される体内脂肪量測定装置においては、人間の身体を右手、左手、右足、左足、胴体の各部位に分け、それぞれの部位のインピーダンスをＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と置くとともに、右手、左手、右足、左足の各先端部の２箇所（例えば異なる指と指、掌と足の裏または足の裏と指）にそれぞれ接触される計８個の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８を配置するように構成されている。各部位の２個の電極のうち一つは電流印加用、他の一つは電圧測定用に用いられ、各電極は測定装置の電気回路に接続されている。ここで、この電気回路の主要部は、前記電極間に一定電流を印加する回路インピーダンス測定回路、発生電圧測定回路、測定対象切替回路および、切り替えの指令と測定値を演算してインピーダンス値と体脂肪値に変換するための演算回路とにより構成されている。
【０００５】
このような装置において、前記特開平７−７９９３８号公報に開示されているものでは、右手、左手、右足、左足の４つの部位から選択される２つの部位の各電極に電流を印加し、これら４つの部位から選択される２つの部位の各電極より導出される電位より各部位間のインピーダンスを測定するようにされている。すなわち、４つの部位のそれぞれの組み合わせのうち、手と足の間のインピーダンスを測定する際にはその測定電流が必ず胴体を経由するため、この胴体インピーダンスＲ５を含んだ値が得られ、図８に示される回路から次の各値を求めることができる。
▲１▼右手−左手間の測定；Ｒ１＋Ｒ２
▲２▼右足−左足間の測定；Ｒ３＋Ｒ４
▲３▼右手−左足間の測定；Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒ４
▲４▼左手−右足間の測定；Ｒ２＋Ｒ５＋Ｒ３
▲５▼右手−右足間の測定；Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒ３
▲６▼左手−左足間の測定；Ｒ２＋Ｒ５＋Ｒ４
【０００６】
これらの式から胴体部インピーダンスＲ５は、前記▲１▼▲２▼▲５▼▲６▼の各式を用い次式により演算される。
Ｒ５＝｛▲５▼＋▲６▼−（▲１▼＋▲２▼）｝／２
なお、この公報に記載のものでは、測定原理として四端子法が用いられているので、手、足の先端部に存在する身体末端組織部のインピーダンスと、電極と手足の接触面間に存在する接触インピーダンスとの和ｒａ，ｒｂ，ｒｃ，ｒｄ，ｒｅ，ｒｆ，ｒｇ，ｒｈは除外して測定されるようになっている。
【０００７】
一方、特表平１０−５１０４５５号公報に開示されているものでは、身体の各部位のインピーダンスを直接測定によって求めるようにしている。例えば胴体部インピーダンスＲ５を求める際には、左手−左足間に電流Ｉを流し右手−右足間に発生する電圧Ｖを測定することにより、
Ｒ５＝Ｖ／Ｉ （電流値Ｉは既知）
の変換演算にてＲ５が得られる。また、左足インピーダンスＲ４を求める際には、右足−左足間に電流Ｉを流して左手−左足間の電圧を測定して求められる。さらに、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３についても同様にして求められる。
【０００８】
なお、これら各先行技術のものがいずれも、胴体部のみあるいは手、足、胴体部と各部位別にインピーダンスを求めようとする目的は、以下の点にある。
（１）前記各部位は組織構成が異なっているので、インピーダンス値と実際の脂肪量を結びつける係数が各部位毎に異なっている。したがって、正しく全身の脂肪量を求めるには、全身のインピーダンスを求めて全身体脂肪量に変換するより、各部位毎にそれぞれのインピーダンス値を求める方が正確である。
（２）体脂肪量によって健康の度合いを推定しようとするとき、この健康度合いに大きな影響を与えるのは胴体部脂肪量である。したがって、胴体部のみの脂肪量を推定したい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術のものはいずれも、身体内に存在するインピーダンスを得るのに、予め身体インピーダンス等価回路を概念的に設定し、この設定された等価回路の通りに身体が構成されているものと仮定して各部位のインピーダンスを求めるようにしている。この場合、前記等価回路は、実際に電流の流れる経路を左右の手および足と胴体部の各ブロックに分けて設定されている。
【００１０】
ところで、両手間もしくは両足間に電流を流す際、この電流は実際には両手もしくは両足のみではなく胴体部を通過することになる。しかしながら、前記▲１▼式〜▲６▼式のうち、▲１▼式および▲２▼式では手、足のインピーダンス値Ｒ１〜Ｒ４の中に胴体部インピーダンス値が含まれた形になっている。手、足の組織は胴体と相当異なっており、▲１▼式および▲２▼式のように胴体部インピーダンス値の一部を手、足のインピーダンス値の一部に加えてしまうと正しく身体各部のインピーダンス配分ができないという問題点がある。
【００１１】
また、図８において、胴体部インピーダンスＲ５は、右手、右足間に電流を流したときは主として右体側部組織のインピーダンスを測定し、左手、左足間に電流を流したときは主として左体側部組織のインピーダンスを測定することになるため、均等に胴体全体の組織インピーダンスを反映している値にはなっていない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、全身または胴体部の各インピーダンスを、胴体部内部全体の組織インピーダンスをできるだけ反映した形で求め、これによって胴体部における脂肪分布を精度良く推定することのできる体内脂肪量測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による体内脂肪量測定装置は、
右手、左手、右足および左足と胴体部組織との接触面にそれぞれ第１の点、第２の点、第３の点および第４の点を設定するとともに、胴体内部に前記第１の点と前記第２の点を基点として胴体上部周辺組織インピーダンスを、前記第１の点と前記第３の点を基点として胴体部右半面周辺組織インピーダンスを、前記第２の点と前記第４の点を基点として胴体部左半面周辺組織インピーダンスを、前記第３の点と前記第４の点を基点として胴体下部周辺組織インピーダンスを、それぞれ設定してなる等価回路により胴体内部および／または全身のインピーダンスを求め、この求められたインピーダンスに基づいて胴体内部および／または全身の脂肪量を求めることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、手、足と胴体部組織との接触面に第１の点乃至第４の点の各点を設置してそれらの点を基点とする胴体上部周辺組織インピーダンス、胴体部右半面周辺組織インピーダンス、胴体部左半面周辺組織インピーダンスおよび胴体下部周辺組織インピーダンスというように、身体の胴体内部の各組織に対応するように複数個のインピーダンス片が設定され、これらインピーダンス片を並列接続および直列接続してなる等価回路によって胴体内部のインピーダンス、さらには全身のインピーダンスが求められる。このように両手、両足の組織と区別して、電流の流れ方に応じた等価インピーダンスが胴体内部組織に対して設定されるので、求められた結果が胴体部内部全体の組織インピーダンスをできるだけ反映することになり、正しい胴体部または全身インピーダンスが得られることになる。この結果、胴体内部体脂肪量を正しく推定することが可能となる。
【００１５】
本発明の一態様として、両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路とが導線にて結ばれてなる構成を採用することができる。
【００１６】
また、他の態様として、両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路との間のデータ通信が無線通信手段を介して行われる構成を採用しても良い。あるいは、両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路との間のデータ通信が身体内を通じて行われる構成を採用しても良い。
【００１７】
前記胴体内部のインピーダンスは、右手用電源印加電極と右足用電源印加電極間または左手用電源印加電極と左足用電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、右足用電源印加電極と左足用電源印加電極間または右手用電源印加電極と左手用電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスとを演算することにより求められるのが好ましい。
【００１８】
また、全身のインピーダンスは、右手用電源印加電極と左手用電源印加電極間、右足用電源印加電極と左足用電源印加電極間、右手用電源印加電極と左足用電源印加電極間、左手用電源印加電極と右足用電源印加電極間、右手用電源印加電極と右足用電源印加電極間、左手用電源印加電極と左足用電源印加電極間のそれぞれに電源を印加することにより求められるインピーダンスを演算することにより求められるのが好ましい。
【００１９】
また、この全身のインピーダンスは、両手の各電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、両足の各電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、両手の各電源印加電極間に電源を印加して両足の各電圧測定電極間に発生する電圧を測定することにより求められるインピーダンスまたは両足の各電源印加電極間に電源を印加して両手の各電圧測定電極間に発生する電圧を測定することにより求められるインピーダンスを演算することにより求められるようにすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による体内脂肪量測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
最初に、本発明による体内脂肪量測定装置の基本概念について、図１に示される等価インピーダンス回路図によって説明する。図示の回路図において、両手、両足の各組織と胴体部の組織とは、図において斜線にて示される手および足のそれぞれの付け根部の各境界面Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄにて接触する。全身のインピーダンスを測定するために両手または両足の先端部間に電源を与えると、電流は手または足の先端からこれら各境界面Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを通して胴体部へ流入し、胴体部内に存在する種々の組織層を通過した後、別の境界面から他の手または足の先端部へ向けて流出する。
【００２２】
ところで、電気インピーダンス法による体脂肪測定法は測定したい身体組織のインピーダンスを求め、実験式を用いて最終的に脂肪量を求める方法であるが、胴体のように電流の流入面・流出面が前述のように４箇所ある場合には電源が印加される手または足の組み合わせによって胴体内部組織内を流れる電流の経路が異なることになる。したがって、従来の方法では、異なる電源印加ルートによって、測定される胴体内インピーダンス値が異なることになってしまう。また、胸部も下腹部も胴体内部組織であるから、これらのインピーダンス値が胴体内インピーダンス値から除外されてしまうと、求められる胴体内インピーダンス値として正しい値が得られない。
【００２３】
このような問題点を回避して胴体内部のインピーダンスを正確に測定するには、手、足と胴体部組織との接触面に点ａ，ｂ，ｃ，ｄを設置し、胴体内部に点ａと点ｂを基点とする胴体上部周辺組織インピーダンスをｒ１とし、同様に、点ａと点ｃを基点とする胴体部右半面周辺組織インピーダンスをｒ２、点ｂと点ｄを基点とする胴体部左半面周辺組織インピーダンスをｒ３、点ｃと点ｄを基点とする胴体下部周辺組織インピーダンスをｒ４とする等価回路を設定し、この等価回路から胴体部内部のインピーダンスを推定するのが適切である。
【００２４】
次に、図１を参照しつつ、本発明の測定法について説明する。ここで、右手、左手、右足、左足のインピーダンスをそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とする。なお、手と足の先端部組織のインピーダンスは除外されているが、これらの部位には関節部などがあって、脂肪分には関係のない要素でインピーダンス値が大きい。これらのインピーダンス成分を加えると、結果が本来の体内脂肪量を測定するという目的に合わない値となるので、例えば４端子法による測定法をもって測定値から除外することとした。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、胴体部インピーダンスを測定するための測定法に関わるものである。
【００２６】
まず、右手−右足間（または左手−左足間）に電流Ｉを流して左手−左足間（または右手−右足間）に発生する電圧Ｖａを測定すると、次式が成り立つ。
Ｖａ＝｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝・Ｉ ……（１）
【００２７】
ところで、胴体部の全体の脂肪量を表わすために求める胴体全体のインピーダンス（胴体部合成インピーダンス）を求めるには、図１の等価回路からすればｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の合計値、すなわちｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４を得ることができれば良い。しかし、この胴体部合成インピーダンスの値を体の外側から直接測定する方法がないので、この胴体部合成インピーダンス値との相関が大きい値で、この胴体部合成インピーダンス値との間でしかるべき定まった関係（例：比例関係）が成り立つ値であれば実用上使用できることになる。このような値として、本実施の形態では、（１）式における｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の値を用いることとする。
【００２８】
胴体各部が次式
ｒ１＝ａｒ，ｒ２＝ｂｒ，ｒ３＝ｃｒ，ｒ４＝ｄｒ
（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ部位によって異なる、組織に特有の脂肪付着係数とする。）
で表わされるインピーダンスをもつ脂肪組織で構成され、その人の胴体部全体の脂肪量の多少はｒの値の大小によるものと考える、言い換えればその人が肥えたときも痩せたときもｒの大きさが変化し、胴体内の各部組織において均一に脂肪量が増減するものと考えれば（ａ，ｂ，ｃ，ｄは一定であるとすれば）、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝は次式で表わされる。
｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝＝Ｖａ／Ｉ
＝｛ｂｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）｝・ｒ ……（２）
この式から明らかなように、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の大小はｒの大小で評価すれば良いことになる。
【００２９】
一方、組織の総合インピーダンス（胴体部合成インピーダンス）Ｒｔは次式で表わされる。
Ｒｔ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）・ｒ ……（３）
したがって、この総合インピーダンスＲｔの大小もｒの大小に依存することになる。また、次式
｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝／Ｒｔ
＝ｂｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）２＝一定 ……（４）
の比例関係が成り立つので、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の大小は総合インピーダンスＲｔの大小を表わしていることになる。
【００３０】
ところが、人によって、または同じ人でも体の状態が変化することによって脂肪の付着具合が部位毎に異なるか、あるいは変化する。よって、前記ａ，ｂ，ｃ，ｄの値も人それぞれで異なった値になったり、年月の経過によって変化したりすれば、値｛ｒ２・ｒ３／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝の大小がそのままその人の胴体内合計インピーダンスの大小に対応しなくなる。つまり、前記（４）式においては、ｂおよびｃに関わっている体の縦方向インピーダンスｒ２，ｒ３のみに大きい影響を受ける。
【００３１】
現実には、人によって同じ脂肪量だけ増えたといっても、胴体の各部位によって脂肪の付き方は異なるし、個人別に体質によって脂肪の付着し易い部位も異なる。したがって、前記（４）式によって胴体部のインピーダンスを求め、この値を基に胴体部脂肪量を推定するのは好ましくない。これを避けて胴体部全体のインピーダンス値との相関を大きくするためには、ｒ１，ｒ４に関わる要素を加えることが必要である。
【００３２】
そこで、次に右手−左手間（または右足−左足間）に電流を流し、右足−左足間（または右手−左手間）に発生する電圧Ｖｂを測定すると次式が成り立つ。
Ｖｂ＝｛ｒ１・ｒ４／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）｝・Ｉ ……（５）
【００３３】
前記（２）式および（５）式より、Ｖａ／ＩとＶｂ／Ｉとの和をＲｍとすると、このＲｍは次式で表わされる。
Ｒｍ＝Ｖａ／Ｉ＋Ｖｂ／Ｉ＝（ｒ１・ｒ４＋ｒ２・ｒ３）／Ｒｔ
（ただし、Ｒｔ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４） ……（６）
各部位のインピーダンスに係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを考慮すると、Ｒｍは次式で表わすことができる。
Ｒｍ＝｛（ａｄ＋ｂｃ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）｝・ｒ ……（７）
【００３４】
この（７）式は（３）式のＲｔと比例関係にはないが、ａ，ｂ，ｃ，ｄの大小によってＲｍも増減するという関連性のあることがわかる。言い換えれば、胴体内の特定部分に脂肪の付き方が偏在していても胴体部全体を反映するインピーダンス値を知ることができ、その結果正しい脂肪量を推定することができる。なお、（７）式のＲｍの値の中には手、足部のインピーダンス値は含まれておらず、胴体部内のみに対する値となっている。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に、胴体部のみではなく、全身のインピーダンスを測定したときに、胴体部インピーダンスを全身インピーダンスの値の中に正確に反映させる方法について説明する。
【００３６】
本実施の形態では、体内脂肪量測定装置が手用測定器と足用測定器とで構成され、これら両測定器が導線にて接続されるように構成されたものである。また、手用測定器および足用測定器においては、右手、左手および右足、左足の各先端部の２箇所にそれぞれ接触される計４個の電極が配置され、各部位の２個の電極のうち一つを電流印加用、他の一つを電圧測定用に用いるようにされている。こうして、下記の▲１▼〜▲６▼の部位間に一定電流Ｉを流したときのそれぞれの電流印加電極に対応する電圧測定電極にて電圧を測定する。このときの測定電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６とすると、この等価回路に発生する電圧の関係は次式で表される。
▲１▼右手−左手間；（Ｒ１＋ＲＡ＋Ｒ２）・Ｉ＝Ｖ１
▲２▼右足−左足間；（Ｒ３＋ＲＢ＋Ｒ４）・Ｉ＝Ｖ２
▲３▼右手−左足間；（Ｒ１＋ＲＣ＋Ｒ４）・Ｉ＝Ｖ３
▲４▼左手−右足間；（Ｒ２＋ＲＤ＋Ｒ３）・Ｉ＝Ｖ４
▲５▼右手−右足間；（Ｒ１＋ＲＥ＋Ｒ３）・Ｉ＝Ｖ５
▲６▼左手−左足間；（Ｒ２＋ＲＦ＋Ｒ４）・Ｉ＝Ｖ６ ……（８）
ただし、ＲＡ〜ＲＦはそれぞれ図１の胴体部内等価回路の電流の流れ方で決まる並列合成インピーダンス値である。
【００３７】
この（８）式のうち▲１▼、▲２▼、▲５▼、▲６▼式において、ＲＡ，ＲＢ，ＲＥ，ＲＦは次式で表わされる。
ＲＡ＝ｒ１（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）／Ｒｔ
ＲＢ＝ｒ４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）／Ｒｔ
ＲＥ＝ｒ２（ｒ１＋ｒ３＋ｒ４）／Ｒｔ
ＲＦ＝ｒ３（ｒ１＋ｒ２＋ｒ４）／Ｒｔ ……（９）
【００３８】
したがって、▲１▼＋▲２▼＋▲５▼＋▲６▼を実行すると、次式が得られる。
２・（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＋ＲＡ＋ＲＢ＋ＲＥ＋ＲＦ
＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ５＋Ｖ６
故に、次式が成り立つ。
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＋（１／２Ｒｔ）・｛ｒ１（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）＋ｒ４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）＋ｒ２（ｒ１＋ｒ３＋ｒ４）＋ｒ３（ｒ１＋ｒ２＋ｒ４）｝＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ５＋Ｖ６）／２ ……（１０）
【００３９】
この（１０）式を見ると、測定電圧を加えればｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４のそれぞれが全て等しい条件で式に関わっているので、胴体部全体のインピーダンスをより反映していることがわかる。また、この結果は、両手および両足のインピーダンスが加わることで、身体全体のインピーダンスが正しく反映されていることがわかる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
次に、両手足と胴体部の脂肪量が測定でき、測定量を表示するための表示・操作器（手用測定器）と足用測定器との間に導線がなく、自由に携帯できる胴体部用または全身用脂肪計について説明する。
【００４１】
本実施の形態では、手用測定器と足用測定器との間は無線もしくは身体内通信で情報を交信することができるようにされており、測定シーケンスは手用測定器から全体を制御するようにされている。
【００４２】
このような構成において、まず手用測定器にて右手−左手間に電流Ｉを流し両手間に発生する電圧を測定してＶ１を得たとする。また、無線あるいは身体内通信で測定シーケンスの情報交換をし、両足間に電流Ｉを流したときに手用測定器によって両手間に発生する電圧を測定する。この電圧がＶ２であったとする。
【００４３】
このとき、次の２式が成立する。
▲１▼（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｉ＋｛ｒ１（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ１
▲２▼ｒ１・ｒ４／Ｒｔ＝Ｖ２ ……（１１）
ただし、胴体内総合インピーダンスＲｔを、Ｒｔ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４と置く。
【００４４】
次に、足用測定器にて右足−左足間に電流Ｉを流し両足間に発生する電圧を測定してＶ３を得たとする。この測定電圧Ｖ３は足用測定器で測定し、無線または身体内通信によって手用測定器に送信する。このとき、次式が成立する。
▲３▼（Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ＋｛ｒ４（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ３……（１２）
【００４５】
これら得られた式に基づき、手用測定器において次の演算を行う。
▲１▼−▲２▼より
▲４▼（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｉ＋｛（ｒ１ｒ２＋ｒ１ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ１−Ｖ２
▲３▼−▲２▼より
▲５▼（Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ＋｛（ｒ４ｒ２＋ｒ４ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ３−Ｖ２
▲４▼＋▲５▼より
▲６▼（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ＋｛（ｒ１＋ｒ４）・（ｒ２＋ｒ３）／Ｒｔ｝・Ｉ＝Ｖ１＋Ｖ３−２Ｖ２……（１３）
【００４６】
この（１３）式においては、胴体上部組織インピーダンスｒ１と下部組織インピーダンスｒ４の組と、胴体右半面組織インピーダンスｒ２と左半面組織インピーダンスｒ３の組とが等しく全身インピーダンスに関わっているので、胴体インピーダンスを表現するのに適していると言える。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明による体内脂肪量測定装置の具体的実施例について説明する。
【００４８】
（第１実施例）
本実施例は、前記第１の実施の形態に係る測定法を実現するための実施例に関するものである。図２には本実施例における等価インピーダンス回路図が、図３には測定回路図がそれぞれ示されている。
【００４９】
本実施例の体内脂肪量測定装置１において、右手、左手、右足、左足の各先端部の２箇所にそれぞれ接触される計８個の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８が配置され、各部位の２個の電極のうち一つ（Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７）は電流印加用、他の一つ（Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８）は電圧測定用に用いられるようにされている。また、右手、左手、右足、左足の各等価インピーダンスＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４がそれぞれ設置され、右手、右足間または左手、左足間に電源を付加したときの胴体部インピーダンスＲ５、右手、左足間または左手、右足間に電源を付加したときの胴体部インピーダンスＲ６がそれぞれ設置される。なお、図２において、ｒｘ，ｒｙ；ｒｓ，ｒｔ；ｒｍ，ｒｎ；ｒｏ，ｒｐは、それぞれ右手、左手、右足、左足の２つの電極に接触する手または足の接触部周辺組織のインピーダンスと、これら電極と皮膚表面との間の接触インピーダンスとの和を示している。
【００５０】
前記電極Ｅ３，Ｅ５，Ｅ７はアナログスイッチＡＳ２を介して、前記電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５はアナログスイッチＡＳ１を介してそれぞれ定電流回路２に接続されている。この定電流回路２は、電圧信号Ｖが入力されて定電流Ｉを出力する演算増幅器３と、この演算増幅器３から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗４（既知の抵抗値Ｒｓ）を備える構成とされている。
【００５１】
また、前記電極Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８はアナログスイッチＡＳ４を介して、前記電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６はアナログスイッチＡＳ３を介してそれぞれ電圧測定回路５に接続されている。この電圧測定回路５は、前記定電流Ｉを印加した状態で測定電極から得られる電圧信号に基づきそれら電極間に発生する電圧を出力する演算増幅器６を備える構成とされている。この演算増幅器６の出力側にはその演算増幅器６から出力される交流電圧信号を直流化する整流回路７と、この整流回路７から出力される電圧信号を平滑化するフィルタ８と、このフィルタ８から出力されるアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器９と、このＡ／Ｄ変換器９からの出力データを読み込む第１のＩ／Ｏ回路１０と、この第１のＩ／Ｏ回路１０からのデータに基づいて各種演算を実行するＣＰＵ１１と、このＣＰＵ１１の演算結果並びに各種プログラム等を記憶するメモリ１２と、前記ＣＰＵ１１からの制御指令に基づいてアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４を操作する第２のＩ／Ｏ回路１３とが接続されている。
【００５２】
前述の（１）式および（５）式を作成するための測定操作は表１に示されるように行われる。なお、この表は各アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４がどの電極に接続されるかを示すものである。
【００５３】
【表１】
表１から明らかなように測定モードは▲１▼と▲２▼とからなっており、予めプログラムされた操作シーケンスに基づき、ＣＰＵ１１からの制御指令によってアナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４が切替操作されて所要の電極間に定電流Ｉが印加され、この定電流Ｉの印加状態で、測定電極間に発生する電圧Ｖａ，Ｖｂが測定され、この測定電圧値がメモリ１２に記憶される。こうして、測定シーケンスが終了した時点において、得られた測定電圧値Ｖａ，Ｖｂに基づき、前記（６）式に示される演算を行わせて胴体内部合成インピーダンスＲｍが求められる。なお、本実施例の４端子法による回路構成からして、演算増幅器６の方へ電流はほとんど流れないので、Ｖａ，Ｖｂの各測定電圧値の中には、前記ｒｘ，ｒｙ；ｒｓ，ｒｔ；ｒｍ，ｒｎ；ｒｏ，ｒｐのインピーダンスによる電圧降下成分は含まれない。
【００５５】
本実施例によれば、Ｒｍが（６）式のように表わせるので、それぞれ胴体内各部のインピーダンスｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の大小の影響を受けるように導かれる。したがって、体脂肪の付着が各部にばらついていても、正しく測定インピーダンス値に反映させることができる。
【００５６】
（第２実施例）
本実施例は、前記第２の実施の形態に係る測定法を実現するための実施例に関するものである。
【００５７】
前述の（８）式および（１０）式を作成するための測定操作は表２に示されるように行われる。なお、この表は各アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４がどの電極に接続されるかを示すものである。
【００５８】
【表２】
（１０）式のように測定電圧を演算すれば胴体部分の合成インピーダンスの値に対してｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４がそれぞれ等しい条件で関わっているので、胴体内部の体脂肪分布のばらつきがあっても全身の体脂肪値は影響を受けにくいものとなる。
【００６０】
（第３実施例）
本実施例は、前記第３の実施の形態に係る測定法を実現するための実施例に関するものである。
【００６１】
本実施例の体内脂肪量測定装置は、携帯可能な手用測定器１４と足用測定器１５とで構成されている。図４には手用測定器の回路構成図が、図５には足用測定器の回路構成図がそれぞれ示されている。なお、測定対象となる人体インピーダンス等価回路は図２に示される回路と同一であるとする。
【００６２】
図４に示されるように、前記手用測定器１４においては、左右の各電極Ｅ１，Ｅ３がそれら電極Ｅ１，Ｅ３間に一定電流を印加する定電流回路１６に接続され、他の各電極Ｅ２，Ｅ４がそれら電極Ｅ２，Ｅ４間に発生する電圧を測定する高入力インピーダンス型差動増幅回路１７に接続されている。また、この高入力インピーダンス型差動増幅回路１７は、順に整流回路１８、フィルタ１９、Ａ／Ｄ変換器２０またはコンパレータ２１を介してＩ／Ｏ回路２２に接続され、このＩ／Ｏ回路２２には、演算結果並びに各種プログラム等を記憶するメモリ２３を備えるＣＰＵ２４が接続されている。
【００６３】
前記定電流回路１６は、非反転入力端子に電圧Ｖが印加されて定電流Ｉを出力する演算増幅器２５と、この演算増幅器２５の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器２５から定電流Ｉが出力されるように回路電流を制限する参照抵抗Ｒｓとにより構成されている。また、この演算増幅器２５の出力端子と電極Ｅ１との間にはアナログスイッチＡＳ１１が介挿されている。このアナログスイッチＡＳ１１は前記Ｉ／Ｏ回路２２によってその開閉が制御される。一方、前記高入力インピーダンス型差動増幅回路１７は、３つの演算増幅器２６，２７，２８を含んでなり、図２における点ａ−点ｂ間の電圧を差電圧として検出する。
【００６４】
こうして、演算増幅器２５を含む定電流回路１６が両手の各電極Ｅ１，Ｅ３に接続されて両手間に電流を流し、演算増幅器２６，２７，２８を含む電圧測定回路としての高入力インピーダンス型差動増幅回路１７にて両手の各電極Ｅ２，Ｅ４の間に発生する電圧Ｖ１が測定される。この電圧Ｖ１が前記（１１）式の値である。また、この高入力インピーダンス型差動増幅回路１７は、両足間に電流を流したとき両手間に発生する電圧Ｖ２を測定する。この電圧Ｖ２が前記（１１）式の値である。
【００６５】
一方、図５に示されるように、前記足用測定器１５においては、左右の各電極Ｅ５，Ｅ７がそれら電極Ｅ５，Ｅ７間に一定電流を印加する演算増幅器２９を含む定電流回路３０に接続され、他の各電極Ｅ６，Ｅ８がそれら電極Ｅ６，Ｅ８間に発生する電圧を測定する演算増幅器３１を含む電圧測定回路３２に接続されている。また、この電圧測定回路３２は、順に整流回路３３、フィルタ３４、Ａ／Ｄ変換器３５、第１のＩ／Ｏ回路３６、ＣＰＵ３７を介して第２のＩ／Ｏ回路３８に接続され、かつＣＰＵ３７には、演算結果並びに各種プログラム等を記憶するメモリ３９が接続されている。さらに、前記第２のＩ／Ｏ回路３８によって、定電流回路３０におけるアナログスイッチＡＳ２１，ＡＳ２２，ＡＳ２３の開閉が制御されるようにされている。
【００６６】
こうして、演算増幅器２９を含む定電流回路３０が両足の各電極Ｅ５，Ｅ７に接続されて両足間に電流を流し、演算増幅器３１を含む電圧測定回路３２にて両足の各電極Ｅ６，Ｅ８の間に発生する電圧Ｖ３が測定される。この電圧Ｖ３が前記（１２）式の値である。
【００６７】
次に、図６に示される動作シーケンス図にしたがって、手用測定器１４および足用測定器１５による測定動作について説明する。ここで、各測定器１４，１５の測定動作の基準は足用測定器１５に置くものとする。すなわち、足用測定器１５は、電源がＯＮされると、予め決められた時間間隔で決められた動作を自律的・連続的に実行し、手用測定器１４は足用測定器１５の動作を検出して従属的に動作するものとする。
【００６８】
最初に、足用測定器１５の動作について説明する。この足用測定器１５のシーケンスは、「測定モード」「送信モード」「休みモード」をそれぞれ一定時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で連続的に繰り返している。
【００６９】
「測定モード」では、図５におけるアナログスイッチＡＳ２１をＯＮ、アナログスイッチＡＳ２３をＯＮ、アナログスイッチＡＳ２２をＯＦＦにして定電流を両足間に与え、電圧測定回路３２の演算増幅器３１にて発生電圧Ｖ３を測定してＣＰＵ３７のメモリ３９に入れる。
【００７０】
「送信モード」では、測定された電圧Ｖ３の値を基に送信データを作成し、この送信データのビット信号（１と０）に対応させた信号を定電流回路３０の演算増幅器２９から身体内へ出力する。この場合、送信データは電圧Ｖ３のデジタル値の前後にそれぞれＳＴＸコード（スタートテキストコード），ＥＴＸコード（エンドテキストコード）を付けて構成され、読み取り側である手用測定器１４がデータを正しく読み取ったことを確認できるようにされる。
【００７１】
また、「休みモード」では、時間Ｔ３の間、アナログスイッチＡＳ２１がＯＦＦ状態に保たれる。
【００７２】
一方、手用測定器１４においては、電源ＯＮの時点では、アナログスイッチＡＳ１１がＯＦＦ状態で停止して足用測定器１５からの送信データ読み込み状態（「測定Ａモード」でデジタルデータ受信モード）にある。この後、足用測定器１５から送信されるデータを読み込んだとき、予め決められた内容のデータであることを確認して初めて次の動作を実行する。
【００７３】
次に、手用測定器１４および足用測定器１５による測定動作について図４、図５を参照しつつ図６に示される動作シーケンス図にしたがって順を追ってより詳細に説明する。
【００７４】
１）最初に、足用測定器１５のアナログスイッチＡＳ２１，ＡＳ２２がＯＮされることにより両足電極Ｅ５，Ｅ７に定電流が与えられ、電極Ｅ６，Ｅ８間に発生する電圧が電圧測定回路３２にて測定される。この測定値が（１３）式のＶ３である。得られた電圧Ｖ３は、整流回路３３、フィルタ３４、Ａ／Ｄ変換器３５、第１のＩ／Ｏ回路３６を介してＣＰＵ３７へ送られる。ＣＰＵ３７では、Ｔ２のタイミングのｔ１時間経過後に前記電圧Ｖ３の値を図７（ａ）に示されるような送信データ列に変換しながら、演算増幅器２９から電圧信号が身体内へ送信される。
【００７５】
ここで、送信データは次のようにして作成される。まず、演算増幅器２９の非反転入力端子に印加される一定交流電圧Ｖは、一定の振幅をもつ数十ＫＨｚの周波数の交流信号でインピーダンス測定用にも使用される参照電圧信号である。また、この演算増幅器２９は定電流回路を構成しているため、その演算増幅器２９の出力信号の振幅は、電極Ｅ７，Ｅ５間の負荷インピーダンスの大きさによって増減する。ＣＰＵ３７にて作成された送信データ列（図７（ａ））に対応するアナログ電圧信号（図７（ｂ））を作成する際には、送信データ列のビット信号０に対応させて、アナログスイッチＡＳ２２を一定時間ｔ０の間ＯＦＦにするとともにアナログスイッチＡＳ２３をＯＮにすれば、演算増幅器２９からはそのｔ０の間零電圧信号が出力され、逆に送信データ列のビット信号１に対応させて、アナログスイッチＡＳ２２を一定時間ｔ０の間ＯＮにするとともにアナログスイッチＡＳ２３をＯＦＦにすれば、ある一定以上の振幅の電圧信号が出力される。
【００７６】
この出力信号は手用測定器１４にて読み取られ、整流回路１８およびフィルタ１９を通ることにより１と０とに対応する矩形状信号（図７（ｃ））に変えられ、コンパレータ２１に入力される。このコンパレータ２１では閾値Ｖｃと比較されてパルス信号になり（図７（ｄ））、ＣＰＵ２４により読み取られて送信データの内容が確認される。一方、足用測定器１５はＥＴＸコードを送信した後にアナログスイッチＡＳ２１をＯＦＦにして体内への電流付加を止め、自律的にＴ３の間だけ休みモードに入る。
【００７７】
２）前記データ列は手用測定器１４において１と０とよりなる列に復調され（図７（ｆ））、一旦メモリ２３内に記憶されるが、この手用測定器１４のＣＰＵ２４にてＳＴＸコードと何らかの値のデータとＥＸＴコードが確認されると、手用測定器１４は足用測定器１５からのデータを読み込んだものとして「測定Ｂモード」に切り替わる。
【００７８】
３）「測定Ｂモード」において手用測定器１４はアナログスイッチＡＳ１１をＯＮにして電極Ｅ１，Ｅ３から両手間に通電し、電極Ｅ２，Ｅ４間に発生する電圧Ｖ１を測定する。この動作は足用測定器１５の休みモードの時間Ｔ３が終わる前に終了するようにする。しかし、手用測定器１４の方でも時間Ｔ３はカウントしておく。電圧Ｖ１の測定が終了すれば、手用測定器１４はアナログスイッチＡＳ１１をＯＦＦにして「測定Ｃモード」、言い換えれば電極Ｅ２，Ｅ４間の発生電圧測定モードに切り替わる。
【００７９】
４）足用測定器１５は「休みモード」Ｔ３の終了後、「測定モード」を開始し、アナログスイッチＡＳ２３をＯＦＦ、アナログスイッチＡＳ２１，ＡＳ２２をＯＮにして電極Ｅ５，Ｅ７間に通電する。
【００８０】
５）手用測定器１４は、「測定Ｃモード」にて電極Ｅ２，Ｅ４間の電圧Ｖ２を測定する。また、「測定Ｃモード」の時間もカウントし、Ｔ１時間が経過すると、「測定Ａモード」（デジタルデータ受信モード）に自動的に変わって、足用測定器１５からの入力データを読み込みながらデータ内容を判断する状態となる。
【００８１】
本実施例において、足用測定器と手用測定器との役割が反対であっても良い。また、前述の説明では、手用測定器と足用測定器との間のデータ通信を身体内を介して行うようにしたが、このデータ通信手段としては、電磁波、光などによる無線手段を用いることもできる。
【００８２】
前記各実施例においては、インピーダンス測定方法として４端子法を用いたものを説明したが、２端子法をベースにして、電極と電極に接触する身体部分との間にある接触インピーダンスと、身体末端部インピーダンスと前記末端部を除く身体内部インピーダンスの合計値を測定し、これとは別に前記接触インピーダンスと身体末端部インピーダンスとの合計値を測定して両者の値を差し引くことで、身体内部インピーダンスのみを求めるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による体内脂肪量測定装置の等価インピーダンス回路図である。
【図２】図２は、第１実施例の等価インピーダンス回路図である。
【図３】図３は、第１実施例の測定回路図である。
【図４】図４は、第３実施例における手用測定器の回路構成図である。
【図５】図５は、第３実施例における足用測定器の回路構成図である。
【図６】図６は、手用測定器および足用測定器の動作シーケンス図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、足用測定器から出力される送信データが手用測定器に読み取られるまでの信号波形を示す図である。
【図８】図８は、従来例における等価インピーダンス回路図である。
【符号の説明】
１ 体内脂肪量測定装置
２，１６，３０ 定電流回路
３，６，２５，２６，２７，２８，２９，３１ 演算増幅器
５，３２ 電圧測定回路
７，１８，３３ 整流回路
８，１９，３４ フィルタ
９，２０，３５ Ａ／Ｄ変換器
１０，１３，２２，３６，３８ Ｉ／Ｏ回路
１１，２４，３７ ＣＰＵ
１２，２３，３９ メモリ
１４ 手用測定器
１５ 足用測定器
１７ 高入力インピーダンス型差動増幅回路
２１ コンパレータ
Ｅ１〜Ｅ８ 電極
ＡＳ１〜ＡＳ４，ＡＳ１１，ＡＳ２１，ＡＳ２２，ＡＳ２３ アナログスイッチ
Claims (7)
- 右手、左手、右足および左足と胴体部組織との接触面にそれぞれ第１の点、第２の点、第３の点および第４の点を設定するとともに、胴体内部に前記第１の点と前記第２の点を基点として胴体上部周辺組織インピーダンスを、前記第１の点と前記第３の点を基点として胴体部右半面周辺組織インピーダンスを、前記第２の点と前記第４の点を基点として胴体部左半面周辺組織インピーダンスを、前記第３の点と前記第４の点を基点として胴体下部周辺組織インピーダンスを、それぞれ設定してなる等価回路により胴体内部および／または全身のインピーダンスを求め、この求められたインピーダンスに基づいて胴体内部および／または全身の脂肪量を求めることを特徴とする体内脂肪量測定装置。
- 両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路とが導線にて結ばれてなる請求項１に記載の体内脂肪量測定装置。
- 両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路との間のデータ通信が無線通信手段を介して行われる請求項１に記載の体内脂肪量測定装置。
- 両手用および両足用にそれぞれ電源印加電極が設けられるとともに、手用電源印加回路と足用電源印加回路とが設けられ、これら手用電源印加回路と足用電源印加回路との間のデータ通信が身体内を通じて行われる請求項１に記載の体内脂肪量測定装置。
- 右手用電源印加電極と右足用電源印加電極間または左手用電源印加電極と左足用電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、右足用電源印加電極と左足用電源印加電極間または右手用電源印加電極と左手用電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスとを演算することにより前記胴体内部のインピーダンスが求められる請求項１〜４のうちのいずれかに記載の体内脂肪量測定装置。
- 右手用電源印加電極と左手用電源印加電極間、右足用電源印加電極と左足用電源印加電極間、右手用電源印加電極と左足用電源印加電極間、左手用電源印加電極と右足用電源印加電極間、右手用電源印加電極と右足用電源印加電極間、左手用電源印加電極と左足用電源印加電極間のそれぞれに電源を印加することにより求められるインピーダンスを演算することにより前記全身のインピーダンスが求められる請求項１〜４のうちのいずれかに記載の体内脂肪量測定装置。
- 両手の各電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、両足の各電源印加電極間に電源を印加することにより求められるインピーダンスと、両手の各電源印加電極間に電源を印加して両足の各電圧測定電極間に発生する電圧を測定することにより求められるインピーダンスまたは両足の各電源印加電極間に電源を印加して両手の各電圧測定電極間に発生する電圧を測定することにより求められるインピーダンスを演算することにより前記全身のインピーダンスが求められる請求項１〜４のうちのいずれかに記載の体内脂肪量測定装置。
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