(57)【要約】【課題】高周波域の漏れ電流の発生を防止することにより、周波数∞の抵抗値Ｒ∞の正確な算出を可能とし、結果として、全体水分量などの正確な計算を可能とする。【解決手段】低周波から高周波に至る複数の周波数の微弱な電流を人体に流すことにより多周波生体インピーダンスを測定し、測定した多周波生体インピーダンスに基づいて体内組成である体水分量を計測する体水分量計測装置において、前記装置の駆動電源４０として電池を使用することにより、人体とアースとの間の高周波の電流漏れを無くす。また、測定処理部２と駆動電源４０との間に開閉スイッチ４１を設け、測定時以外は開閉スイッチ４１をオフとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波から高周波に至る複数の周波数の微弱な電流を人体に流すことにより多周波生体インピーダンスを測定し、測定した多周波生体インピーダンスに基づいて物理量を演算する電気特性測定装置において、前記装置の駆動電源として電池を使用することにより、人体とアースとの間の高周波の電流漏れを無くしたことを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項２】
多周波生体インピーダンスを測定する測定処理部と前記駆動電源との間に開閉スイッチが設けられており、測定時以外は前記開閉スイッチをオフすることを特徴とする請求項１に記載の電気特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低周波から高周波に至る複数の周波数の微弱な電流を人体に流すことにより多周波生体インピーダンスを測定し、測定した多周波生体インピーダンスに基づいて物理量を演算する電気特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、体内の水分量などの物理量を演算する装置として、生体電気インピーダンス値を測定することにより、簡易に被験者の体内水分量を求めるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような体温の変動を考慮した多周波生体インピーダンス測定による体水分量状態判定装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ところで、このような多周波生体インピーダンス測定では、周波数を低周波から高周波に至る複数の周波数の交流電流を用いて生体電気インピーダンスを測定している。
【０００５】
図５は、多周波生体電気インピーダンス法の測定原理を示している。
【０００６】
人体の細胞は、細胞膜のため、低周波の電流は通さないが高周波の電流は通す性質がある。すなわち、多周波数でインピーダンスを計測すると、体水分量を細胞内液（筋肉組織等）量と細胞外液（血液等）量とに分けて測定することができる。
【０００７】
この場合、例えば低周波である２．５ｋＨｚから高周波である３５０ｋＨｚまで、例えば２．５ｋＨｚ刻みの周波数（１４０ポイント）でインピーダンスを測定すると、その測定結果は、図６に示すようにな半円弧形状となる。このような測定データの軌跡は、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅの円と言われている。この軌跡を延長して、周波数０と周波数∞の抵抗値を算出すると、周波数０の抵抗値Ｒ０は細胞外だけを流れる抵抗値を示し、周波数∞の抵抗値Ｒ∞は細胞外と細胞内両方を流れる抵抗値を示すことになる。
【０００８】
従って、抵抗値Ｒ０から細胞外液量を、抵抗値Ｒ∞から全体水分量を計算によって求めることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３１８８４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５３４６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の体水分量状態判定装置では、駆動電源をＡＣ電源から取っている。この場合、図８に示すように、アース−コンセント−ＡＣ電源−コード−装置−人体−アース、といった閉回路が形成され、人体とアースとの間に非常に大きな容量のコンデンサＣが存在し、高周波域の漏れ電流が発生する。そのため、高周波域ではインピーダンスの測定に影響を与え、正確なインピーダンスを測定することができないといった問題があった。すなわち、この場合のインピーダンスの測定結果は、図７に一部一点鎖線で示すような半円弧形状６１となり、高周波領域（破線で囲んだ部分）６３の曲線が、漏れ電流が無い場合の曲線（実線で示す曲線）６２より内側を通る曲線となる。
【００１１】
このように、正確なインピーダンスを測定できなければ、インピーダンスの軌跡も正確な円弧を描けず、周波数∞の抵抗値Ｒ∞の算出値も不正確な値となり、結果として、全体水分量の正確な計算ができないといった問題があった。
【００１２】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、高周波域の漏れ電流の発生を防止することにより、周波数∞の抵抗値Ｒ∞の正確な算出を可能とし、結果として、全体水分量の正確な計算を可能とした電気特性測定装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気特性測定装置は、低周波から高周波に至る複数の周波数の微弱な電流を人体に流すことにより多周波生体インピーダンスを測定し、測定した多周波生体インピーダンスに基づいて物理量を演算する電気特性測定装置において、前記装置の駆動電源として電池を使用することにより、人体とアースとの間の高周波の電流漏れを無くしたことを特徴としている。
【００１４】
このような特徴を有する本発明によれば、駆動電源に電池を使用することにより、閉回路を形成していたアース−電源間が遮断され、その結果、人体とアースとの間の高周波の電流漏れを無くすことができる。これにより、測定データの軌跡は、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅの円と言われる半円弧状の綺麗な軌跡を描くため、この軌跡を延長して周波数∞の抵抗値Ｒ∞を算出すると、抵抗値Ｒ∞は細胞外と細胞内両方を流れる正確な抵抗値を示すことになる。その結果、従来に比べて、全体水分量のより正確な計算が可能となる。
【００１５】
また、本発明の電気特性測定装置によれば、多周波生体インピーダンスを測定する測定処理部と前記駆動電源との間に開閉スイッチを設け、測定時以外は前記開閉スイッチをオフすることを特徴としている。これにより、測定時以外の電池の消費電力を減らすことができるので、駆動電源として電池を用いた場合でも、長時間の動作が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の電気特性測定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
本実施の形態の電気特性測定装置は、生体インピーダンスを測定する測定ブロックＡと、測定された生体インピーダンスに基づいて体水分量を演算処理する演算処理ブロックＢとに大別される。
【００１９】
演算処理ブロックＢは、測定及び計測処理を実行するＣＰＵ１１、測定処理プログラムや計測処理プログラム、及び各種定数や演算式等を格納するＲＯＭ１２、各種演算結果を格納するとともに、測定処理時及び演算処理時にはワークエリアとして働くＲＡＭ１３、測定結果や演算結果等を表示する表示部１４、測定に関するデータや演算に関するデータを入力するキーボード等の入力部１５を備えている。
【００２０】
測定ブロックＡは、測定処理部２及び電極部３からなる。
【００２１】
測定処理部２は、基準となるクロックを発生する基準クロック発生器２１、ＲＯＭ１２に格納されている測定処理プログラムに従いＣＰＵ１１から送信されてくる測定制御信号に基づいて多くの周波数成分を含む交流信号（交流電流Ｉａ）を発生する測定信号発生器２２、発生した交流電流Ｉａを一定の電流で駆動するバッファ回路２３、一定の電流で駆動後の交流電流Ｉａを出力する交流電流出力用端子２３ａ、人体を流れてきた交流電流Ｉｂを入力する交流電流入力用端子２４ａ、入力された交流電流Ｉｂを電圧に変換する電流／電圧変換器２４、変換後の電圧信号Ｖｃからノイズ成分を除去するＬＰＦ２５、ノイズ成分除去後のアナログ信号である電圧信号Ｖｃをデジタル信号に変換してＣＰＵ１１に入力するためのＡ／Ｄ変換器２６、電圧検出用端子２７ａ，２７ｂを有する差動増幅器２７、差動増幅器２７により検出された電位差信号Ｖｐからノイズ成分を除去するＬＰＦ２８、ノイズ成分除去後のアナログ信号である電位差信号Ｖｐをデジタル信号に変換してＣＰＵ１１に入力するためのＡ／Ｄ変換器２９等を備えている。
【００２２】
１対の交流電流入出力端子２３ａ，２４ａには、測定ケーブル３１ａ，３２ａを介して１対の電流印加用電極３１，３２が接続されており、１対の電圧検出用端子２７ａ，２７ｂには、測定ケーブル３３ａ，３４ａを介して１対の電圧検出用電極３３，３４が接続されている。
【００２３】
本実施の形態の電気特性測定装置は、図２に示すように、被験者が仰向けになった状態でベッド等の上に横になり、この状態で、一方の電流印加用電極３１と電圧検出用電極３３とを手の甲側の手首付近に近接させて貼り付け、他方の電流印加用電極３２と電圧検出用電極３４とを足の甲側の足首付近に近接させて貼り付けて使用する。すなわち、本実施の形態では、電流印加用電極３１，３２の間に電圧検出用電極３３，３４を配置した４端子法により、誤差の少ない安定した測定を実現している。
【００２４】
この状態で、測定信号発生器２２により、２．５ｋＨｚから３５０ｋＨｚまで、２．５ｋＨｚ刻みの周波数成分（１４０ポイント）を含む交流電流Ｉａを発生させ、バッファ回路２３、交流電流出力用端子２３ａ、測定ケーブル３１ａ及び電流印加用電極３１を介して人体に印加する。そして、電流印加用電極３２、測定ケーブル３２ａ、交流電流入力用端子２４ａ、電流／電圧変換器２４、ＬＰＦ２５及びＡ／Ｄ変換器２６を介して入力された電流信号と、電圧検出用電極３３，３４、測定ケーブル３３ａ，３４ａ、差動増幅器２７、ＬＰＦ２８及びＡ／Ｄ変換器２９を介して入力された電位差信号とに基づき、ＣＰＵ１１では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算を行うことにより、一度に１４０ポイントのインピーダンス測定を行う。その測定データの軌跡は、図７に実線で示すような半円弧形状６２のＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅの円となるので、この軌跡を延長して、周波数０と周波数∞の抵抗値を算出すると、周波数０の抵抗値Ｒ０は細胞外だけを流れる抵抗値を示し、周波数∞の抵抗値Ｒ∞は細胞外と細胞内両方を流れる抵抗値を示すことになる。従って、抵抗値Ｒ０から細胞外液量を、抵抗値Ｒ∞から全体水分量を計算によって求める。なお、このような抵抗値Ｒ０，  Ｒ∞の計算、及び体水分量の計算自体は従来周知の技術であり、例えば従来の技術の欄に示した特開２００２−４５３４６号公報等にも開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２５】
上記構成において、本実施の形態では、これら測定ブロックＡ及び演算処理ブロックＢ内の各機能ブロックを駆動する駆動電源４０として、ＡＣ電源ではなく、１次電池または２次電池等の電池を使用する構成としている。
【００２６】
また、本実施の形態では、駆動電源４０と測定ブロックＡの各機能ブロックとの間に開閉スイッチ４１を設け、この開閉スイッチ４１の開閉制御をＣＰＵ１１からの指示によって行う構成としている。すなわち、ＣＰＵ１１は、測定時以外は開閉スイッチ４１をオフとして、測定処理部２の各機能ブロックへの電源供給を停止し、測定時のみ開閉スイッチ４１をオンとして、測定処理部２の各機能ブロックに電源を供給する構成とする。これにより、測定時以外の電池の消費電力を減らすことができるので、駆動電源４０として電池を用いた場合でも、長時間の動作が可能となる。また、電源供給をオフすることに加え、測定時以外のＣＰＵ１２の処理速度を落とすことによって、電池の消費電力をさらに減らすことができる。
【００２７】
このように、本実施の形態の電気特性測定装置によれば、駆動電源に電池を使用することにより、従来のＡＣ電源を使用していた場合に形成されていたアース−電源間が遮断され、その結果、人体とアースとの間の高周波の電流漏れを無くすことができる。
【００２８】
図３及び図４は、駆動電源に電池を用いて多周波生体インピーダンスを測定した場合と、ＡＣ電源を用いて多周波生体インピーダンスを測定した場合のそれぞれの測定データを示しており、図５は、この測定データに従ってプロットしたときの軌跡を示している。図５中実線で示す軌跡５１が、駆動電源に電池を用いて多周波生体インピーダンスを測定したときの軌跡であり、一部一点鎖線で示す軌跡５２が、ＡＣ電源を用いて多周波生体インピーダンスを測定したときの軌跡である。
【００２９】
これにより、測定データの軌跡は、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅの円に沿った綺麗な半円弧状の軌跡（図６中実線で示す軌跡５１）を描くため、この軌跡を延長して周波数∞の抵抗値Ｒ∞を算出すると、抵抗値Ｒ∞は細胞外と細胞内両方を流れる正確な抵抗値を示すことになる。その結果、従来に比べて、全体水分量のより正確な計算が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の電気特性測定装置によれば、駆動電源に電池を使用することにより、従来のＡＣ電源を使用していた場合に形成されていたアース−電源間が遮断され、その結果、人体とアースとの間の高周波の電流漏れを無くすことができる。これにより、測定データの軌跡は、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅの円に沿った綺麗な半円弧状の軌跡を描くため、この軌跡を延長して周波数∞の抵抗値Ｒ∞を算出すると、抵抗値Ｒ∞は細胞外と細胞内両方を流れる正確な抵抗値を示すことになる。その結果、従来に比べて、全体水分量などのより正確な計算が可能となる。
【００３１】
また、多周波生体インピーダンスを測定する測定処理部と駆動電源である電池との間に開閉スイッチを設け、測定時以外は開閉スイッチをオフする構成としたので、測定時以外の電池の消費電力を減らすことができ、長時間の動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の電気特性測定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】電極を人体に貼り付ける状態を示す説明図である。
【図３】駆動電源に電池を用いて多周波生体インピーダンスを測定した場合と、ＡＣ電源を用いて多周波生体インピーダンスを測定した場合のそれぞれの測定データを一覧形式にまとめて示す図表である。
【図４】駆動電源に電池を用いて多周波生体インピーダンスを測定した場合と、ＡＣ電源を用いて多周波生体インピーダンスを測定した場合のそれぞれの測定データを一覧形式にまとめて示す図表である。
【図５】駆動電源として電池とＡＣ電源とを使用し、２．５ｋＨｚから３５０ｋＨｚまでを２．５ｋＨｚ刻みの周波数（１４０ポイント）でインピーダンスを測定した測定データの軌跡を示すグラフである。
【図６】多周波生体電気インピーダンス法の測定原理を示す説明図である。
【図７】２．５ｋＨｚから３５０ｋＨｚまでを２．５ｋＨｚ刻みの周波数（１４０ポイント）でインピーダンスを測定した場合の測定データの軌跡を示すグラフである。
【図８】体水分量の計測時に高周波電流が漏れる様子を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ  測定ブロック
Ｂ  演算処理ブロック
２  測定処理部
３  電極部
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  表示部
１５  入力部
２１  基準クロック発生器
２２  測定信号発生器
２３  バッファ回路
２３ａ  交流電流出力用端子
２４  電流／電圧変換器
２４ａ  交流電流入力端子
２５，２８  ＬＰＦ
２６，２９  Ａ／Ｄ変換器
３１，３２  電流印加用電極
３３，３４  電圧検出用電極
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ  測定ケーブル
４０  駆動電源（電池）
４１  開閉スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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