WO2013132757A1 - 体内水分計及びセンサ - Google Patents

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WO2013132757A1
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comb
printed circuit
sensor
subject
electrode
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PCT/JP2013/000869
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French (fr)
Inventor
森田　孝司
成松　清幸
吉久 菅原
Original Assignee
テルモ株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0537—Measuring body composition by impedance, e.g. tissue hydration or fat content
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4869—Determining body composition
    • A61B5/4875—Hydration status, fluid retention of the body

Definitions

  • the present invention relates to an in-vivo moisture meter for measuring a moisture content in a living body of a subject and a sensor for the in-vivo moisture meter.
  • Dehydration in the living body is a pathological condition in which water in the living body decreases, and it is often expressed during exercise when high water is discharged from the body due to sweating or body temperature rise or when the temperature is high.
  • the water retention ability of the living body itself is reduced, and thus dehydration is more likely to occur than in a normal healthy person.
  • body temperature regulation is impaired when water in the body loses 3% or more of body weight.
  • body temperature regulation disorder occurs and the body temperature rises, it causes a further decrease in water in the living body and falls into a vicious circle, eventually leading to a disease state called heat stroke.
  • Heat stroke has pathological conditions such as heat convulsions, heat fatigue, and heat stroke, and sometimes systemic organ damage may occur. For this reason, it is important to accurately grasp the amount of water in the living body in order to avoid the risk of causing heat stroke.
  • the applicant of the present application focuses on the subject's axilla as a part suitable for accurately grasping the amount of water in the living body, and a sensor unit in which electrodes are arranged on the axilla And is working on the development of an in-vivo moisture meter that calculates the amount of moisture in the body of a subject by measuring the capacitance between the electrodes.
  • the moisture content of the subject has been conventionally measured by applying a sensor part with electrodes coated with a protective material such as glass on the body surface of the subject and measuring the capacitance between the electrodes.
  • a moisture meter for calculating see, for example, Patent Document 1 below.
  • the protective material coated on the surface of the electrode affects the capacitance between the electrodes, it not only has excellent wear resistance, but also allows an acceptable static when measuring the amount of moisture in the body. It is essential that the material has electric capacity. Furthermore, it is desirable that the manufacturing process for covering the surface of the electrode is easy and the manufacturing cost at that time is low.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve both the wear resistance of the sensor unit and the manufacturing cost and improve the measurement accuracy in the body moisture meter.
  • a sensor according to the present invention has the following configuration. That is, A sensor composed of a multilayer structure in which a plurality of printed circuit boards that can be wired on the front and back are laminated, Of the plurality of stacked printed circuit boards, the printed circuit board arranged on the first stage having the first surface that contacts the body surface of the subject is the second surface opposite to the first surface.
  • two comb-shaped electrodes for measuring the capacitance of the body surface of the subject are arranged so that the respective comb teeth are staggered, and the two comb-shaped electrodes are respectively Six comb teeth having a width of 0.2 mm to 0.8 mm and a length of 4 mm to 6 mm are arranged at intervals of 0.2 mm to 0.8 mm.
  • the moisture meter in the body it is possible to achieve both improvement of the wear resistance of the sensor unit and reduction of the manufacturing cost, and improvement of measurement accuracy can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a moisture meter in the body according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a functional configuration of the moisture meter in the body.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a measurement circuit of the moisture meter in the body.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the electrode arrangement on the contact surface of the sensor unit.
  • FIG. 5A is a diagram showing the arrangement of comb-shaped electrodes.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an arrangement pattern of comb-shaped electrodes.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a general sensor unit.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the sensor unit.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the moisture meter in the body.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a data configuration of measurement information.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an external configuration of a moisture meter 100 in the body according to the present embodiment.
  • the moisture meter 100 in the body detects the amount of moisture in the body of the subject by bringing the sensor part into contact with the skin of the axilla, which is the body surface of the subject, and detecting a physical quantity corresponding to the electrical signal supplied in the sensor part To do.
  • the body moisture meter 100 according to the present embodiment by measuring the subject's capacitance as the physical quantity (data on the moisture in the living body), the wetness of the axillary skin is detected, and the moisture content in the body is determined. calculate.
  • the in-vivo moisture meter 100 includes a main body portion 110 and an insertion portion 120.
  • the main body 110 has an upper surface 114, a lower surface 115, and side surfaces 116 and 117 that are formed substantially parallel to the major axis direction (not shown), respectively, and are formed in a straight line as a whole.
  • Various user interfaces are arranged on the surface of the casing of the main body 110, and an electronic circuit for calculating the amount of moisture in the body is housed inside the casing.
  • a power switch 111 and a display unit 112 are shown as user interfaces.
  • the power switch 111 is disposed in a recess in the rear end surface 113 of the main body 110.
  • the power switch 111 is arranged in the recess in this way, an erroneous operation of the power switch 111 can be prevented.
  • the power switch 111 is turned on, power supply from the power supply unit 211 (FIG. 2), which will be described later, to each part of the moisture meter 100 in the body is started, and the moisture meter 100 in the body enters an operating state.
  • the display unit 112 is arranged on the side surface 117 of the main body unit 110 slightly forward in the long axis direction. This is because when the moisture content in the body of the subject is measured using the moisture meter 100 in the body, even if the measurer grips the grip region 118, the display unit 112 is completely held by the hand gripped by the measurer. This is so as not to be covered (so that the measurement result can be visually recognized even in a gripped state).
  • the display unit 112 displays the current moisture content measurement result 131. For reference, the previous measurement result 132 is also displayed. Further, the battery display unit 133 displays the remaining amount of the battery (power supply unit 211 in FIG. 2). Further, when an invalid measurement result is obtained or a measurement error is detected, “E” is displayed on the display unit 112, and the user is notified of this. Note that characters and the like displayed on the display unit 112 are displayed with the upper surface 114 side of the main body unit 110 as the upper side and the lower surface 115 side as the lower side.
  • the upper portion 124 and the lower surface 125 of the insertion portion 120 of the moisture meter 100 in the body have a curved shape, and are gently curved downward as a whole with respect to the main body portion 110.
  • the detection unit 121 is slidably held on the distal end surface 122 of the insertion unit 120.
  • the detection unit 121 includes a sensor unit 123 having a surface substantially parallel to the distal end surface 122, and a spring (not shown) is used to secure the pressure for ensuring the close contact of the sensor unit 123 with the skin. It is biased in the direction of arrow 141b (for example, a biasing force of about 150 gf).
  • the detection unit 121 has a predetermined amount in the direction of the arrow 141a (the direction substantially orthogonal to the tip surface 122, that is, the normal direction of the tip surface 122). For example, 1 mm to 10 mm (5 mm in the present embodiment) is slid and measurement is started by this (hereinafter, the direction of the arrow 141a is referred to as a slide direction).
  • the sensor unit 123 is pressed against the subject's axilla for a predetermined time or longer (for example, 2 seconds or longer). When detected, measurement of the amount of water in the body is started.
  • the sensor unit 123 is loaded on the subject's axilla with a predetermined load (for example, 20 gf to 200 gf, more preferably 100 gf to 190 gf, this embodiment). Then, when it is detected that pressing is performed at 150 gf), measurement of the body water content is started. With such a mechanism, the degree of adhesion of the sensor unit 123 to the axilla during measurement can be made constant.
  • the electrode is laid in the contact surface with the subject of the sensor part 123, the detailed structure of the sensor part 123 shall be mentioned later.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration example of the moisture meter 100 in the body according to the present embodiment.
  • the control unit 201 includes a CPU 202 and a memory 203, and the CPU 202 executes various programs in the body moisture meter 100 by executing a program stored in the memory 203.
  • the CPU 202 executes display control of the display unit 112, which will be described later with reference to the flowchart of FIG. 7, drive control of the buzzer 222 and the LED lamp 223, measurement of moisture in the body (capacitance measurement in this embodiment), and the like.
  • the memory 203 includes a nonvolatile memory and a volatile memory.
  • the nonvolatile memory is used as a program memory, and the volatile memory is used as a work memory for the CPU 202.
  • the power supply unit 211 has a replaceable battery or a rechargeable battery, and supplies power to each part of the moisture meter 100 in the body.
  • the voltage regulator 212 supplies a constant voltage (for example, 2.3 V) to the control unit 201 and the like.
  • the battery remaining amount detection unit 213 detects the remaining amount of the battery based on the voltage value supplied from the power supply unit 211 and notifies the control unit 201 of the detection result.
  • the control unit 201 controls the display of the battery display unit 133 based on the remaining battery level detection signal from the remaining battery level detection unit 213.
  • the control unit 201 When the power switch 111 is pressed, power supply from the power supply unit 211 to each unit is started.
  • the control unit 201 detects that pressing of the power switch 111 by the user has continued for 1 second or longer, the control unit 201 maintains the power supply from the power supply unit 211 to each unit and puts the moisture meter 100 in the body into an operating state.
  • the measurement switch 214 is turned on when the detection unit 121 is pushed a predetermined amount or more in the direction of the arrow 141a.
  • the control unit 201 starts measuring the moisture content.
  • control unit 201 automatically turns on the in-vivo moisture meter 100. Transition to the off state.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the measurement circuit 221.
  • a CR oscillation circuit is formed by inverters 301 and 302, resistors 303 and 304, and subject capacitance 310. Since the oscillation frequency of the output signal 305 is changed by the subject volume 310, the control unit 201 calculates the subject volume 310 by measuring the frequency of the output signal 305.
  • the sensor part 123 of this embodiment shall arrange
  • the display unit 112 performs display as described in FIG. 1 under the control of the control unit 201.
  • the buzzer 222 sounds when the measurement is started by pressing the detection unit 121 or when the measurement of the moisture content in the body is completed, and notifies the user of the start or completion of the measurement.
  • the LED lamp 223 also performs the same notification as the buzzer 222. That is, the LED lamp 223 is turned on when the measurement is started by pressing the detection unit 121 or when the measurement of the moisture content in the body is completed, and notifies the user of the start or completion of the measurement.
  • the timer unit 224 operates by receiving power supply from the power supply unit 211 even when the power is off, and notifies the control unit 201 of the time in the operation state.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the electrode arrangement on the contact surface of the sensor unit 123.
  • a printed circuit board (8 to 12 mm in length, preferably 11 mm, 5 to 8 mm in width, preferably 8 mm in glass) that can be wired on the front and back sides of the sensor unit 123.
  • Epoxy substrate) 400 is arranged, and the comb-shaped electrode 410 and the comb-shaped electrode 420 are arranged on the printed circuit board 400 so that the respective comb teeth are alternately arranged.
  • the comb electrodes 410 and 420 are respectively composed of comb tooth portions 411 and 421 and long side portions 412 and 422.
  • the long side portion 412 of the comb electrode 410 and the long side portion of the comb electrode 420 are included.
  • 422 is arranged at an interval of 4 to 6 mm, preferably 6 mm.
  • each of the comb-shaped electrodes 410 and 420 shows a case where nine comb teeth are arranged.
  • the present invention is not limited to this, and the comb-shaped electrodes 410 and 420 are between four and sixteen. It is preferable that the number is six.
  • the water content in the body can be accurately measured in the axilla of the subject.
  • FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B Details of sensor electrode arrangement> Next, further details of the electrode arrangement of the sensor unit 123 will be described with reference to FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B.
  • 5A is a diagram showing an example of a detailed configuration of the planar area indicated by reference numeral 431 in FIG. 4
  • FIG. 6B is a diagram showing an example of a detailed configuration of the AA cross section in FIG.
  • each of the comb-shaped electrodes 410 and 420 has a comb tooth width 5a of 0.4 mm and a length 5b of 5 mm.
  • the distance between the long side portion 412 of the comb-shaped electrode 410 and the long side portion 422 of the comb-shaped electrode 420 is 6 mm.
  • the distance 5c to the center line is 0.6 mm.
  • the comb teeth intervals 5d of the comb-shaped electrodes 410 and 410 are arranged at an equal interval of 1.2 mm, and each comb tooth of the comb-shaped electrode 410 is between the comb teeth of the opposing comb-shaped electrode 420. , Arranged in the center position.
  • the comb teeth of the comb electrodes 410 and 420 have a width 5a of 0.4 mm, the interval 5e between the comb teeth of the comb electrode 410 and the comb teeth of the comb electrode 420 is 0.4 mm from each other. Will be adjacent.
  • the electrode arrangement shown in FIG. 5A is an example.
  • the comb electrodes 410 and 420 may be configured and arranged by six patterns shown in FIG. 5B.
  • the configuration and arrangement of the comb-shaped electrodes 410 and 420 affect the measurement accuracy of the moisture content in the body.
  • the sensor unit 123 Under the cross-sectional configuration of the sensor unit 123 to be described later, among the six patterns shown in FIG. (Pattern 4 has the widest variation range of the detected value when the water content is varied within a predetermined range (the variation rate is the largest) and higher. Resolution can be achieved).
  • FIG. 6A illustrates a sensor unit using a general printed circuit board (printed circuit board that can be wired on the front and back) as a comparison object in describing the cross-sectional configuration of the sensor unit 123 of the moisture meter 100 in the body according to the present embodiment. It is the figure which showed the example of the 2 layer board
  • the electrode 613 is normally arranged on the surface of the printed circuit board 612, and the electrode 613 is applied to the opposite surface (back surface) Wiring 614 is provided.
  • a protective material 611 is applied to protect the electrode 613 provided on the surface.
  • the electrode 613 is usually arranged on the surface of the printed circuit board 622, and the electrode 613 is arranged on the back surface and the front and back surfaces of the printed circuit board 625.
  • Various wirings 624 for application are provided.
  • a protective material 621 is applied to protect the electrodes 613 disposed on the surface of the printed circuit board 622.
  • a printed circuit board 622 and a printed circuit board 625 are stacked via an insulating material 626 to realize a four-layer structure.
  • the electrode 613 is arranged on the first layer (the surface of the printed circuit board 612 or the surface of the printed circuit board 622), and the protection is provided thereon.
  • the material 621 is generally applied.
  • the sensor unit 123 when the protective material 611 or 621 is worn or damaged, a part of the electrode 613 is easily exposed, and static electricity enters from there. May damage the circuit inside the moisture meter 100 in the body. For this reason, in the moisture meter 100 in the body which concerns on this embodiment, the sensor part 123 was comprised so that it might have a cross-sectional structure as shown to FIG. 6B.
  • FIG. 6B is a diagram showing a cross-sectional configuration of the sensor unit 123 of the moisture meter 100 in the body according to the present embodiment.
  • reference numeral 721 denotes a printed circuit board that forms the first layer and the second layer of the four-layer substrate. No electrode is arranged on the front surface (that is, the first layer), and the back surface (that is, the first layer) An electrode 613 is disposed on the second layer.
  • Reference numeral 725 denotes a printed circuit board that forms the third layer and the fourth layer of the four-layer substrate.
  • Various wirings 724 for applying the electrode 613 are provided on the front and back surfaces (third and fourth layers). It is arranged.
  • a printed circuit board 721 and a printed circuit board 725 are stacked via an insulating material 726 to realize a four-layer structure.
  • the in-vivo moisture meter 100 has a configuration in which the electrode 613 is disposed on the second layer when the sensor unit 123 is configured by the four-layer substrate.
  • the surface of the printed circuit board 725 having wear resistance compared to the protective material comes into contact with the body surface of the subject, and as in the conventional case, It is possible to avoid a part of the electrode 613 from being exposed due to wear or damage of the material.
  • step S701 the control unit 201 detects a measurement start instruction.
  • the state of the measurement switch 214 is monitored, and it is determined that the measurement start instruction has been detected when the measurement switch 214 is on for 2 seconds or longer.
  • the control unit 201 measures the oscillation frequency of the output signal 305 from the measurement circuit 221 in step S702.
  • step S703 the amount of moisture in the body of the subject is calculated based on the oscillation frequency of the output signal 305 measured in step S702.
  • step S704 it is determined whether or not the subject is dehydrated based on whether or not the amount of water in the body calculated in step S703 exceeds a predetermined threshold.
  • the threshold value in this case is preferably a value corresponding to 35% when water is 100% and air is 0%.
  • step S705 the current measurement information is stored in the memory 203.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a data configuration of measurement information stored in the memory 203.
  • a measured value 801 is the amount of water in the body calculated by the current measurement.
  • the determination result 802 is information indicating whether the dehydrated state or the non-dehydrated state is determined in step S704 with respect to the amount of water in the body calculated by the current measurement.
  • the measurement time 803 is information indicating the time notified from the time measuring unit 224 in the current measurement. As the measurement time 803, for example, the time notified from the time measuring unit 224 when the measurement is performed in step S702 can be used.
  • step S706 the water content in the body calculated by the current measurement is displayed on the display unit 112.
  • display is performed in a display form according to the determination result of the dehydrated state or the non-dehydrated state (for example, in the case of the dehydrated state, the amount of water in the body is displayed in red, and in the case of the non-dehydrated state, The amount of water in the body is displayed in blue).
  • the moisture meter 100 in the present embodiment according to the present embodiment achieves both improvement in wear resistance of the sensor unit 123 and reduction in manufacturing cost.
  • the wiring for applying the electrode is arranged in the third or fourth layer.
  • the optimum electrode arrangement was experimentally determined. ⁇ 4 to 16 comb teeth, 0.2 to 0.8 mm comb width, and 0.2 to 0.8 mm comb spacing on a printed circuit board 11 mm long and 8 mm wide. It was found that the moisture content in the body of the subject can be measured by forming a comb electrode with a tooth length of 4 to 6 mm.
  • the number of comb teeth is 6, the width of the comb teeth is 0.4 mm, the interval between the comb teeth is 0.4 mm, and the comb teeth length is 4 mm. It has been found that forming an electrode is optimal.
  • the electrode is not disposed on the surface (first layer) of the first-stage printed circuit board, but the electrode is disposed on the back surface (second layer) of the first-stage printed circuit board.
  • the thickness of the printed circuit board 721 is not mentioned, but the thickness of the printed circuit board 721 is preferably, for example, 0.6 to 1.5 mm, It is preferable that it is 1.2 mm.

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Abstract

　体内水分計において、センサ部の耐摩耗性の向上と製造コストの低減を両立させるとともに、測定精度の向上を図る。本発明は、表裏に配線可能なプリント基板が複数積層された多層構造によって構成されたセンサであって、前記複数積層されたプリント基板のうち、被検者の体表面に接触する第１の面を有する第１の段に配されたプリント基板は、該第１の面と反対側の第２の面に、被検者の体表面の静電容量を測定するための２つの櫛形の電極が、それぞれの櫛歯が互い違いになるように配置されており、かつ、前記２つの櫛形の電極は、それぞれ、幅が０．２ｍｍ～０．８ｍｍ、長さが４ｍｍ～６ｍｍの櫛歯が、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの間隔で６本配されてなることを特徴とする。

Description

体内水分計及びセンサ
　本発明は、被検者の生体内の水分量を測定する体内水分計及び該体内水分計のセンサに関するものである。
　被検者の生体内の水分量を測定することは重要である。生体における脱水症状は、生体内の水分が減少する病態であり、発汗や体温上昇により多くの水分が体内から体外に排出される運動時や気温の高い時に多く発現する。特に、高齢者の場合、生体の水分保持能力自体が低下しているため、一般健常者と比較して脱水症状を起こし易い。
　通常、生体内の水分が体重の３％以上失われた時点で体温調整の障害が起こると言われている。体温調整の障害が起こり体温が上昇すると、生体内の更なる水分の減少を引き起こすため悪循環に陥り、遂には熱中症と称される病態に至ることとなる。熱中症には、熱痙攣、熱疲労、熱射病等の病態があり、時には全身の臓器障害が起こることもある。このため、熱中症に至る危険を未然に回避すべく、生体内の水分量を的確に把握することは重要である。
　このような背景のもと、本願出願人は、生体内の水分量を的確に把握するのに適した部位として、被検者の腋窩に着目しており、当該腋窩に電極を配したセンサ部をあてがい、当該電極間の静電容量を測定することで、被検者の生体内の水分量を算出する体内水分計の開発に取り組んでいる。
　一方で、従来より、被検者の体表面に、ガラス等の保護材でコートされた電極を配したセンサ部をあてがい、電極間の静電容量を測定することで、被検者の水分量を算出する水分計が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００３－１６９７８８号公報
　しかしながら、被検者の体表面にセンサ部を直接接触させ、電極間の静電容量を測定することで水分量を算出する水分計の場合、電極の表面にコートされた保護材の摩耗や破損に対する対策を十分に考慮しておく必要がある。コートされた保護材が摩耗したり破損したりすると、電極の一部が剥き出しの状態となり、そこから静電気が入った場合、内部の回路が破壊される恐れがあるからである。特に、被検者の脱水症状の判定等、医療現場において用いられる体内水分計の場合、保護材の摩耗や破損は極力回避されなければならず、耐摩耗性に優れた保護材を適用することが重要となってくる。
　一方で、電極の表面にコートされる保護材は、電極間の静電容量に影響を及ぼすことから、耐摩耗性に優れているだけでなく、体内の水分量の測定に際して、許容される静電容量を有した材質であることが不可欠である。更には、電極の表面を覆うにあたっての製造工程が容易であり、かつ、その際の製造コストも安価であることが望ましい。
　加えて、そのような保護材を用いた場合の、最適な電極配置についても検討することが重要となってくる。医療現場において用いられる体内水分計の場合、測定結果に対応した処置を被検者に施すため、高い測定精度が要求されるからである。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、体内水分計において、センサ部の耐摩耗性の向上と製造コストの低減を両立させるとともに、測定精度の向上を図ることを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明に係るセンサは以下のような構成を備える。即ち、
　表裏に配線可能なプリント基板が複数積層された多層構造によって構成されたセンサであって、
　前記複数積層されたプリント基板のうち、被検者の体表面に接触する第１の面を有する第１の段に配されたプリント基板は、該第１の面と反対側の第２の面に、被検者の体表面の静電容量を測定するための２つの櫛形の電極が、それぞれの櫛歯が互い違いになるように配置されており、かつ
　前記２つの櫛形の電極は、それぞれ、幅が０．２ｍｍ～０．８ｍｍ、長さが４ｍｍ～６ｍｍの櫛歯が、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの間隔で６本配されてなることを特徴とする。
　本発明によれば、体内水分計において、センサ部の耐摩耗性の向上と製造コストの低減を両立させることが可能になるとともに、測定精度の向上を実現することができる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる体内水分計の外観構成を示す図である。 図２は、体内水分計の機能構成を示す図である。 図３は、体内水分計の測定回路を説明するための図である。 図４は、センサ部の接触面における電極配置を説明するための図である。 図５Ａは、櫛形電極の配置を示す図である。 図５Ｂは、櫛形電極の配置パターンを示す図である。 図６Ａは、一般的なセンサ部の断面構成を示す図である。 図６Ｂは、センサ部の断面構成を示す図である。 図７は、体内水分計の動作を説明するための図である。 図８は、測定情報のデータ構成を示す図である。
　以下、必要に応じて添付図面を参照しながら本発明の各実施形態の詳細を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能であるものとする。
　［第１の実施形態］
　＜１．体内水分計の外観構成＞
　図１は、本実施形態に係る体内水分計１００の外観構成の一例を示す図である。体内水分計１００は、被検者の体表面である腋窩の皮膚にセンサ部を接触させ、センサ部において供給した電気信号に応じた物理量を検出することで被検者の体内の水分量を検出する。本実施形態に係る体内水分計１００では、当該物理量（生体内の水分に関するデータ）として被検者の静電容量を測定することにより、腋窩の皮膚の湿り具合を検出し、体内の水分量を算出する。
　図１に示すように、体内水分計１００は本体部１１０と挿入部１２０とを備える。本体部１１０は、上面１１４、下面１１５、側面１１６、１１７がそれぞれ長軸方向（不図示）に略平行に形成されており、全体として、直線状に形成されている。また、本体部１１０の筐体表面には、各種ユーザインターフェースが配置され、筐体内部には体内の水分量を算出するための電子回路が収納されている。
　図１の例では、ユーザインターフェースとして、電源スイッチ１１１及び表示部１１２が示されている。電源スイッチ１１１は、本体部１１０の後端面１１３の凹部に配されている。このように凹部に電源スイッチ１１１を配する構成とすることで、電源スイッチ１１１の誤操作を防ぐことができる。なお、電源スイッチ１１１がオンされると後述の電源部２１１（図２）から体内水分計１００の各部への電源供給が開始され、体内水分計１００は動作状態となる。
　表示部１１２は、本体部１１０の側面１１７上において、長軸方向のやや前方側に配されている。これは、体内水分計１００を用いて被検者の体内水分量を測定するにあたり、測定者が把持領域１１８を把持した場合であっても、測定者の把持した手で表示部１１２が完全に覆われることがないようにするためである（把持した状態でも測定結果が視認できるようにするためである）。
　表示部１１２には、今回の水分量の測定結果１３１が表示される。また、参考として前回の測定結果１３２もあわせて表示される。さらに、電池表示部１３３には、電池（図２の電源部２１１）の残量が表示される。また、無効な測定結果が得られた場合や測定エラーが検出された場合には、表示部１１２に“Ｅ”が表示され、その旨がユーザに報知される。なお、表示部１１２に表示される文字等は、本体部１１０の上面１１４側を上とし、下面１１５側を下として、表示されるものとする。
　体内水分計１００の挿入部１２０は、上面１２４及び下面１２５が曲面形状を有しており、本体部１１０に対して、全体として、下向きに緩やかに湾曲している。挿入部１２０の先端面１２２には、検出部１２１がスライド可能に保持されている。
　検出部１２１は、先端面１２２に略平行な面を有するセンサ部１２３を有しており、センサ部１２３の皮膚への密着を保証する上での押圧を確保するため、不図示のばねにより、矢印１４１ｂの方向へ付勢されている（たとえば１５０ｇｆ程度の付勢力）。そして、センサ部１２３が被検者の腋窩の皮膚に押し当てられると、検出部１２１が矢印１４１ａの方向（先端面１２２と略直交する方向、すなわち先端面１２２の法線方向）に所定量（例えば１ｍｍ～１０ｍｍ、本実施形態では５ｍｍ）スライドし、これにより測定が開始されるよう構成されている（以下、矢印１４１ａの方向をスライド方向と称す）。
　具体的には、ユーザが電源スイッチ１１１をオンして体内水分計１００を動作状態とした後、センサ部１２３を被検者の腋窩に所定時間以上（例えば２秒以上）押し当てられたことが検知されると、体内水分量の測定が開始される。あるいは、ユーザが電源スイッチ１１１をオンして体内水分計１００を動作状態とした後、センサ部１２３を被検者の腋窩に所定負荷（例えば２０ｇｆ～２００ｇｆ、さらに好ましくは１００ｇｆ～１９０ｇｆ、本実施形態では１５０ｇｆ）で押し当てたことが検知されると、体内水分量の測定が開始される。このような仕組みにより、測定時におけるセンサ部１２３の腋窩への密着の程度を一定にすることができる。
　なお、センサ部１２３の被検者との接触面には、電極が敷設されているが、センサ部１２３の詳細構成は後述するものとする。
　＜２．体内水分計の機能構成＞
　図２は、本実施形態に係る体内水分計１００の機能構成例を示すブロック図である。図２において、制御部２０１は、ＣＰＵ２０２、メモリ２０３を有し、ＣＰＵ２０２はメモリ２０３に格納されているプログラムを実行することにより、体内水分計１００における種々の制御を実行する。
　例えば、ＣＰＵ２０２は、図７のフローチャートにより後述する表示部１１２の表示制御、ブザー２２２やＬＥＤランプ２２３の駆動制御、体内水分量の測定（本実施形態では静電容量測定）などを実行する。メモリ２０３は、不揮発性メモリと揮発性メモリとを含み、不揮発性メモリはプログラムメモリとして、揮発性メモリはＣＰＵ２０２の作業メモリとして利用される。
　電源部２１１は、交換が可能なバッテリー、或いは充電が可能なバッテリーを有しており、体内水分計１００の各部へ電源を供給する。電圧レギュレータ２１２は、制御部２０１等へ一定電圧（例えば、２．３Ｖ）を供給する。電池残量検出部２１３は、電源部２１１から供給される電圧値に基づいて、電池の残量を検出し、その検出結果を制御部２０１に通知する。制御部２０１は、電池残量検出部２１３からの電池残量検出信号に基づいて、電池表示部１３３の表示を制御する。
　電源スイッチ１１１が押下されると、各部への電源部２１１からの電力供給が開始される。そして、制御部２０１は、電源スイッチ１１１のユーザによる押下が１秒以上継続したことを検出すると、電源部２１１からの各部への電源供給を維持させ、体内水分計１００を動作状態とする。上述したように、測定スイッチ２１４は、検出部１２１が矢印１４１ａの方向へ所定量以上押されるとオン状態になる。制御部２０１は、測定スイッチ２１４のオン状態が所定時間（例えば２秒）継続すると、水分量の測定を開始する。なお、電源部２１１の消耗を防止するために、体内水分計１００が動作状態になってから５分経過しても測定開始とならない場合は、制御部２０１は自動的に体内水分計１００を電源オフの状態へと移行させる。
　測定回路２２１は、センサ部１２３と接続され、静電容量を測定する。図３は、測定回路２２１の構成例を示す図である。図３に示すように、インバータ３０１、３０２、抵抗３０３、３０４、被検者容量３１０によりＣＲ発振回路が形成される。被検者容量３１０によって出力信号３０５の発振周波数が変化するので、制御部２０１は、出力信号３０５の周波数を測定することにより、被検者容量３１０を算出する。なお、本実施形態のセンサ部１２３は、２つの櫛形の電極が、それぞれの櫛歯が互い違いに並ぶように配置されてなるものとする。
　図２に戻る。表示部１１２は、図１で説明したような表示を制御部２０１の制御下で行う。ブザー２２２は、検出部１２１の押下による測定の開始や、体内水分量の測定が完了した際に鳴動し、測定の開始や完了をユーザに通知する。ＬＥＤランプ２２３もブザー２２２と同様の通知を行う。すなわち、ＬＥＤランプ２２３は、検出部１２１の押下による測定の開始や、体内水分量の測定が完了した際に点灯し、測定の開始や完了をユーザに通知する。計時部２２４は、電源がオフの状態であっても電源部２１１からの電源供給を受けて動作し、動作状態においては時刻を制御部２０１に通知する。
　＜３．センサ部の接触面の電極配置＞
　次にセンサ部１２３の電極配置について図４を用いて説明する。図４は、センサ部１２３の接触面における電極配置を説明するための図である。図４に示すように、本実施形態に係る体内水分計１００では、センサ部１２３に、表裏に配線可能なプリント基板（縦８～１２ｍｍ、好ましくは１１ｍｍ、横５～８ｍｍ、好ましくは８ｍｍのガラスエポキシ基板）４００が配されており、当該プリント基板４００上に櫛形電極４１０と櫛形電極４２０とが、それぞれの櫛歯が互い違いに並ぶように配置されている。
　櫛形電極４１０及び４２０は、それぞれ、櫛歯部４１１、４２１と、長辺部４１２、４２２とから構成されており、本実施形態において櫛形電極４１０の長辺部４１２と櫛形電極４２０の長辺部４２２とは、４～６ｍｍ、好ましくは６ｍｍの間隔で配置されている。
　なお、図４の例では、櫛形電極４１０及び４２０はそれぞれ、櫛歯が９本配された場合について示しているが、本発明はこれに限定されず、４本から１６本の間であればよく、好適には、６本であることが望ましい。
　このように、最適な櫛歯の数を有する櫛形電極４１０及び４２０を配することで、被検者の腋窩にて体内水分量を精度よく測定することができる。
　＜４．センサ部の電極配置の詳細＞
　次に、センサ部１２３の電極配置の更なる詳細について図５Ａ、図５Ｂ及び図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。図５Ａは、図４の参照番号４３１に示す平面領域の詳細構成の一例を示す図であり、図６Ｂは、図４のＡ－Ａ断面の詳細構成の一例を示す図である。
　はじめに、平面領域４３１の詳細構成の一例について説明する。図５Ａに示すように、櫛形電極４１０及び４２０は、それぞれの櫛歯の幅５ａが０．４ｍｍであり、長さ５ｂが５ｍｍに構成されている。上述したように、櫛形電極４１０の長辺部４１２と櫛形電極４２０の長辺部４２２との間隔は６ｍｍであることから、櫛形電極４２０の櫛歯の先端から、櫛形電極４１０の長辺部４１２の中心線までの距離５ｃは、０．６ｍｍとなっている。
　また、櫛形電極４１０及び４１０のそれぞれの櫛歯の間隔５ｄは、１．２ｍｍの等間隔で配置されており、櫛形電極４１０の各櫛歯は、対向する櫛形電極４２０の各櫛歯の間において、中央位置に配置されている。上述したように、櫛形電極４１０及び４２０の櫛歯は、幅５ａが０．４ｍｍであるため、櫛形電極４１０の櫛歯と櫛形電極４２０の櫛歯との間隔５ｅは、互いに、０．４ｍｍ間隔で隣接することとなる。
　なお、図５Ａに示す電極配置は一例であり、例えば、図５Ｂに示す６パターンにより櫛形電極４１０及び４２０を構成・配置してもよい。ただし、櫛形電極４１０及び４２０の構成・配置は、体内水分量の測定精度に影響するものであり、後述するセンサ部１２３の断面構成のもとでは、図５Ｂに示す６パターンのうち、パターン４が最も適していることが実験的に求められている（パターン４は、所定の範囲内で水分量を変動させた場合の検出値の変動範囲が最も広く（変動率が最も大きく）、より高い分解能を実現できる）。
　続いて、センサ部１２３の断面構成について説明する。図６Ａは、本実施形態に係る体内水分計１００のセンサ部１２３の断面構成を説明するにあたり、比較対象として、一般的なプリント基板（表裏に配線可能なプリント基板）を用いてセンサ部を実現する場合の、２層基板と４層基板の例を示した図である。
　図６Ａの６ａに示すように、２層基板によりセンサ部１２３を実現する場合、通常、プリント基板６１２の表面に電極６１３を配し、反対側の面（裏面）に電極６１３を印加するための配線６１４を配する。また、表面に配した電極６１３を保護するために、保護材６１１を塗布する。
　また、図６Ａの６ｂに示すように、４層基板によりセンサ部１２３を実現する場合、通常、プリント基板６２２の表面に電極６１３を配し、裏面およびプリント基板６２５の表裏面に、電極６１３を印加するための各種配線６２４を配する。また、プリント基板６２２の表面に配した電極６１３を保護するために、保護材６２１を塗布する。
　そして、プリント基板６２２とプリント基板６２５とを、絶縁材６２６を介して積層することで、４層構造を実現する。
　このように、表裏に配線可能なプリント基板を用いてセンサ部を実現する場合、第１の層（プリント基板６１２の表面、あるいはプリント基板６２２の表面）に電極６１３を配し、その上に保護材６２１を塗布するのが一般的である。
　しかしながら、このようにしてセンサ部１２３を構成した場合、保護材６１１または６２１が摩耗したり破損したりすることで、電極６１３の一部が剥き出しの状態となりやすく、そこから静電気が入った場合には、体内水分計１００の内部の回路が破壊される恐れがある。このため、本実施形態に係る体内水分計１００では、センサ部１２３を、図６Ｂに示すような断面構成を有するように構成した。
　図６Ｂは、本実施形態に係る体内水分計１００のセンサ部１２３の断面構成を示す図である。
　図６Ｂにおいて、７２１は４層基板の第１の層及び第２の層を形成するプリント基板であり、表面（つまり、第１の層）には電極が配されておらず、裏面（つまり、第２の層）に電極６１３が配されている。
　また、７２５は４層基板の第３の層及び第４の層を形成するプリント基板であり、表裏面（第３及び第４の層）には、電極６１３を印加するための各種配線７２４が配されている。
　そして、プリント基板７２１とプリント基板７２５とを、絶縁材７２６を介して積層することで、４層構造を実現する。
　このように、本実施形態に係る体内水分計１００では、センサ部１２３を４層基板により構成するにあたり、第２の層に電極６１３を配する構成とした。これにより、被検者の体内水分量を測定するにあたり、保護材と比較して耐摩耗性を有するプリント基板７２５の表面が被検者の体表面に接触することとなり、従来のように、保護材の摩耗や損傷により、電極６１３の一部が剥き出しの状態となることを回避させることが可能となる。
　また、従来のように、保護材６２１を塗布する場合には、プリント基板６１２または６２２に対する保護材６２１の位置合わせが困難であったり、保護材６２１の厚さを均一にすることが困難であるといった製造上の短所があったところ、上記のようにプリント基板を積層するだけの製造工程の場合、製造が容易であり、製造コストも削減できるといった利点がある。
　＜５．体内水分計の動作＞
　以上のような構成を備えた、本実施形態に係る体内水分計１００の動作を、図７のフローチャートを参照して説明する。
　ステップＳ７０１では、制御部２０１が、測定開始の指示を検出する。本実施形態では、測定スイッチ２１４の状態を監視し、測定スイッチ２１４のオン状態が２秒以上継続した場合に測定開始の指示を検出したと判定する。制御部２０１は、測定開始の指示を検出すると、ステップＳ７０２において、測定回路２２１からの出力信号３０５の発振周波数を測定する。
　ステップＳ７０３では、ステップＳ７０２において測定された出力信号３０５の発振周波数に基づいて、被検者の体内水分量を算出する。
　ステップＳ７０４では、ステップＳ７０３で算出された体内水分量が所定の閾値を超えるか否かに基づいて被検者が脱水状態か否かを判定する。なお、この場合の閾値とは、例えば、水を１００％、空気を０％とした時の３５％に相当する値が望ましい。
　ステップＳ７０５では、今回の測定情報をメモリ２０３に格納する。図８は、メモリ２０３に格納される測定情報のデータ構成を示す図である。図８において、測定値８０１は、今回の測定により算出された体内水分量である。判定結果８０２は、今回の測定により算出された体内水分量に対して、ステップＳ７０４において判定された、脱水状態か非脱水状態かを示す情報である。測定時刻８０３は、今回の測定において計時部２２４から通知された時刻を示す情報である。測定時刻８０３としては、例えば、ステップＳ７０２において測定を実行した時点で計時部２２４から通知されている時刻とすることができる。
　ステップＳ７０６では、今回の測定により算出された体内水分量を表示部１１２に表示する。このとき、脱水状態か非脱水状態かの判定結果に応じた表示形態により表示を行う（例えば、脱水状態の場合には、赤色にて体内水分量を表示し、非脱水状態の場合には、青色にて体内水分量を表示する）。
　以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る体内水分計１００は、センサ部１２３の耐摩耗性の向上と製造コストの低減を両立させるべく、
・プリント基板を用いた４層構造とした。
・４層基板の第１の層には電極を配置せず、第２の層に電極を配置する構成とした。
・電極を印加するための配線を、第３または第４の層に配置する構成とした。
　また、測定精度を向上させるべく、
・第２の層の電極がプリント基板（ガラスエポキシ基板）を介して被検者の静電容量を測定するにあたり、最適な電極配置を実験的に求めた。
・縦１１ｍｍ、横８ｍｍのプリント基板に対して、櫛歯の数を４～１６本、櫛歯の幅を０．２～０．８ｍｍ、櫛歯の間隔を０．２～０．８ｍｍ、櫛歯の長さを４～６ｍｍとして櫛形電極を形成することで、被検者の体内水分量を測定可能であることわかった。
・更に、縦１１ｍｍ、横８ｍｍのプリント基板に対して、櫛歯の数を６本、櫛歯の幅を０．４ｍｍ、櫛歯の間隔を０．４ｍｍ、櫛歯の長さを４ｍｍとして櫛形電極を形成することが最適であることがわかった。
　［第２の実施形態］
　上記第１の実施形態では、プリント基板を２段にして４層構造を形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、プリント基板を複数積層し、多層構造を形成した場合（プリント基板をｎ段として、２ｎ層構造を形成した場合）においても同様である。
　つまり、第１の段のプリント基板の表面（第１の層）には、電極を配置せず、第１の段のプリント基板の裏面（第２の層）に電極を配置することで、センサ部１２３を形成することで、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
　また、上記第１の実施形態では、プリント基板７２１の厚さについて言及しなかったが、プリント基板７２１の厚さは、例えば、０．６～１．５ｍｍであることが望ましく、好適には、１．２ｍｍであることが好ましい。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１２年３月９日提出の日本国特許出願特願２０１２－０５３６５８を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (7)

  1. 　表裏に配線可能なプリント基板が複数積層された多層構造によって構成されたセンサであって、
    　前記複数積層されたプリント基板のうち、被検者の体表面に接触する第１の面を有する第１の段に配されたプリント基板は、該第１の面と反対側の第２の面に、被検者の体表面の静電容量を測定するための２つの櫛形の電極が、それぞれの櫛歯が互い違いになるように配置されており、かつ、
    　前記２つの櫛形の電極は、それぞれ、幅が０．２ｍｍ～０．８ｍｍ、長さが４ｍｍ～６ｍｍの櫛歯が、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの間隔で６本配されてなることを特徴とするセンサ。
  2. 　前記２つの櫛形の電極の長辺部は、４～６ｍｍの間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
  3. 　前記第１の段に配されたプリント基板は、縦８ｍｍ～１２ｍｍ、横５ｍｍ～８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ～１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
  4. 　前記プリント基板は、ガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ。
  5. 　前記プリント基板は２枚が積層され、４層構造により構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ。
  6. 　前記２つの櫛形の電極は、それぞれ、幅が０．４ｍｍで、長さが６ｍｍの櫛歯が、０．４ｍｍの間隔で６本配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサ。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサを有し、該センサを用いて測定された被検者の体表面の静電容量に基づいて、該被検者の体内の水分量を算出することを特徴とする体内水分計。
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