(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に前記定電圧源を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えた生体インピーダンス測定装置。
【請求項２】
定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、この高周波電圧発生手段の電圧を保持する電圧保持手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に前記電圧保持手段で保持された電圧を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えた生体インピーダンス測定装置。
【請求項３】
生体電圧検出手段の電圧信号によってＡＤ基準電圧手段を切り替える基準電圧切り替え手段を備えた請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の生体インピーダンス測定装置。
【請求項４】
生体電圧検出手段の増幅率を生体電圧検出手段の電圧信号によって切り替える増幅率切り替え手段を備えた請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の生体インピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に高周波電流を流して生体のインピーダンスを測定し、生体のインピーダンスと、身長や体重等の身体条件から体内の体脂肪量を算出する体脂肪量計等、生体のインピーダンスを測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に体内の脂肪量を測定する方法として、両手間など身体の末端間のインピーダンスを４端子法で生体インピーダンスを測定し、身長や体重など身体の情報から体内脂肪量を算出する方法が提案されている。
【０００３】
図５は、従来の生体インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図である。生体インピーダンスの測定は、５０ｋＨｚの正弦波を発振器１から発生させ、この正弦波の電圧を電圧−電流変換手段２によって定電流化する。この定電流を生体に接触する電極３ａ、３ｂ間から生体に電流を流す。そして、前記電極３ａ、３ｂ間の電圧を差動増幅器４で取り出し、フィルター回路などで波形を整形して整流器５で直流変換した後、ＡＤ変換器６でアナログ値をＡＤ変換してデジタル数値としてマイコンからなる演算部７に伝達される。演算部７が電圧信号から生体インピーダンスＺを演算している。
【０００４】
生体インピーダンスＺは生体電流Ｉと電極電圧Ｖとの関係は、Ｚ＝Ｖ／Ｉが成り立ち、電流Ｉが一定の時に電極電圧Ｖを検出することにより、生体インピーダンスＺを求めることができる。前記生体インピーダンスＺと身長や体重等の身体情報から体内の脂肪量を算出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構成の生体インピーダンス測定装置は、定電流源の出力が周囲温度の変化等で出力値に影響を受け、この定電流の変化が生体インピーダンスの測定誤差の要因となっている。前記定電流源を定常値にするためには、外部環境変動の低減や定電流源の精度向上など多大な労力を要するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に定電圧源を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えたものである。
【０００７】
上記手段において、ＡＤ変換手段の基準電圧に定電圧源を用いて測定時の生体インピーダンスの電圧を求めるので温度等の環境に影響されず、より高い精度で生体のインピーダンスが測定できる生体インピーダンス測定装置としているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に前記定電圧源を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えたものである。
【０００９】
上記形態において、高周波発生手段で定電圧源から電圧を供給する。この電圧は分圧抵抗と電極を介して生体に印加される。生体インピーダンスによって発生した電圧をＡＤ変換手段がＡＤ基準電圧手段の電圧を基にアナログ値をデジタル値に変換する。このデジタル値を用いて演算手段は生体インピーダンスを算出する。従って、生体インピーダンスを算出するのに、常に生体に印加される定電圧源を検出して行っているので、生体インピーダンス測定の精度を高められる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、この高周波電圧発生手段の電圧を保持する電圧保持手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に前記電圧保持手段で保持された電圧を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えたものである。
【００１１】
上記形態において、電圧保持手段は高周波電圧発生手段の電圧を保持してＡＤ変換手段の基準電圧に用いている。従って、生体インピーダンスを演算するのに、常に生体に印加される電圧を基にアナログ値をデジタル値に変換して演算しているので生体インピーダンスの測定精度を高められる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の生体電圧検出手段の電圧信号によってＡＤ基準電圧手段の基準電圧を切り替える基準電圧切り替え手段とを備えたものである。
【００１３】
上記形態において、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを用いて、生体電圧Ｖｚを検出する。この生体電圧Ｖｚが設定値より小さい場合は、演算手段から基準電圧切り替え手段に信号を伝達し、基準電圧切り替え手段がＡＤ基準電圧手段の電圧を小さくする。この基準電圧Ｖｒｅｆが切り替わった後、再度生体電圧Ｖｚを測定して、この生体電圧Ｖｚから生体インピーダンスＺを演算する。従って、生体電圧Ｖｚが小さい場合でも、基準電圧切り替え手段が基準電圧Ｖｒｅｆを小さくして、生体インピーダンスの検出精度を高められる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の生体電圧検出手段の増幅率を生体電圧検出手段の電圧信号によって切り替える増幅率切り替え手段とを備えたものである。
【００１５】
上記形態において、所定の増幅率を用いて、生体電圧Ｖｚを検出する。この生体電圧Ｖｚが設定値より小さい場合は、演算手段から増幅率切り替え手段に信号を伝達し、増幅率切り替え手段が生体電圧検出手段の増幅率を大きくする。この増幅率が切り替わった後、再度生体電圧Ｖｚを測定して、この生体電圧Ｖｚから生体インピーダンスＺを演算する。従って、生体電圧Ｖｚが小さい場合、増幅率切り替え手段が増幅率を大きくして、生体インピーダンスの検出精度を高められる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の生体インピーダンス測定装置について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、生体インピーダンス測定装置の実施例１の発明を示すブロック図である。定電圧源１０と、この定電圧源１０から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段１１と、生体に接触する電極１２ａ，１２ｂと、この電極１２ａ，１２ｂと直列に接続し前記高周波発生手段１１の電圧を分圧する分圧抵抗１３と、前記電極１２ａ，１２ｂ間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段１４と、この生体電圧検出手段１４の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段１５と、このＡＤ変換手段１５の基準電圧に定電圧源を用いるＡＤ基準電圧手段１６と、前記生体電圧検出手段１４の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段１７とを備えたものである。
【００１８】
上記実施例１において、定電圧源１０の電圧により、高周波電圧発生手段１１は５０ｋＨｚの正弦波を発生させる。この電圧Ｖｉｎにより、前記分圧抵抗１３と、生体に接触している電極１２ａ，１２ｂ間に電流Ｉが流れる。電極１２ａ、１２ｂは、身体の左手と右手に接触して両手間に電流Ｉが流れる。この電流Ｉによって発生する生体の電極１２ａ，１２ｂ間の電圧を生体電圧検出手段１５は、差動増幅器で検出する。生体電圧検出手段１５の電圧Ｖｚは、前記分圧抵抗１３のインピーダンスＺｒと生体インピーダンスＺの和から、電流Ｉが決まる。この電流Ｉにより生体インピーダンスＺに、生体電圧Ｖｚが発生する。前記分圧抵抗１３のインピーダンスＺｒと、高周波電圧発生手段１１の電圧Ｖｉｎは、予め定められた設定値であり、上記の関係から生体電圧Ｖｚを求めることができる。ＡＤ変換手段１５の基準電圧Ｖｒｅｆは、前記定電圧源１０の定電圧が供給している。この基準電圧Ｖｒｅｆは、アナログ値をデジタル値に変換するための基準電圧であり、設定のビット数で割ることにより、１ビットあたりの電圧分解能が決まるものである。つまり、電圧Ｖｉｎが変動しても、生体電圧Ｖｚと基準電圧Ｖｒｅｆが共に変動するため、生体電圧Ｖｚのデジタル値は変化しない。このデジタル値から演算手段１７は、生体インピーダンスＺを演算するのである。
【００１９】
特にこの時の本実施例１では、ＡＤ変換手段１５の基準電圧Ｖｒｅｆを定電圧源１０から供給して、ＡＤ変換後のデジタル値に定電圧源の変動を吸収することにより、生体電圧Ｖｚを検出して生体インピーダンスを演算することにより、精度の高い生体インピーダンスの測定が実現できるものである。
【００２０】
なお、本実施例１では、高周波発生手段１０の周波数は５０ｋＨｚを用いているが、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚなどの周波数でも同様の効果が得られ、単一周波数に限られるものではない。
【００２１】
（実施例２）
図２は、生体インピーダンス測定装置の実施例２を示すブロック図である。この生体インピーダンス測定装置は、ＡＤ基準電圧手段に高周波電圧発生手段の電圧を保持する電圧保持手段とを設けた点が実施例１と異なるだけで、それ以外の同一構成及び作用効果を奏する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。１８はＡＤ基準電圧手段１６に高周波電圧発生手段１１の電圧を保持する電圧保持手段である。
【００２２】
上記実施例２において、電圧保持手段１８は、高周波発電圧生手段１１の正弦波信号をダイオードとコンデンサから高周波電圧Ｖｉｎをピークホールドする。この電圧をＡＤ変換手段１５の基準電圧Ｖｒｅｆに出力される。この基準電圧Ｖｒｅｆを用いて生体電圧ＶｚはＡＤ変換される。すなわち、高周波電圧発生手段の出力電圧を常に検出して、生体電圧Ｖｚを検出できるものである。
【００２３】
以上のように本実施例２によれば、測定時の正弦波電圧Ｖｉｎを検出して、生体インピーダンスＺを決定するようにしているため、定電圧出力の変動による影響を低減でき、測定精度の高いインピーダンス測定装置を実現できるものである。
【００２４】
（実施例３）
図３は、生体インピーダンス測定装置の実施例３を示すブロック図である。この生体インピーダンス測定装置は、生体電圧検出手段の電圧信号によってＡＤ基準電圧手段を切り替える基準電圧切り替え手段とを設けた点が実施例１と異なるだけで、それ以外の同一構成及び作用効果を奏する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。１９は生体電圧検出手段１４の電圧信号によってＡＤ基準電圧手段１６を切り替える基準電圧切り替え手段である。
【００２５】
上記実施例３において、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを用いて、生体電圧Ｖｚを検出する。この生体電圧Ｖｚが設定値より小さい場合は、演算手段１７から基準電圧切り替え手段１９に信号を伝達し、基準電圧切り替え手段１９がＡＤ基準電圧手段１６の電圧を小さくする。この基準電圧Ｖｒｅｆが切り替わった後、再度生体電圧Ｖｚを測定して、この生体電圧Ｖｚから生体インピーダンスＺを演算する。基準電圧Ｖｒｅｆを小さくすると、１ビットあたりの電圧分解能が高くなり、電圧検出精度が向上する。基準電圧Ｖｒｅｆを設定値から半分にすることにより、電圧分解能は２倍になる。臀部間など生体インピーダンスの小さい局部の生体インピーダンス測定や局部の脂肪厚さの測定に有効である。
【００２６】
以上のように本実施例３によれば、生体電圧Ｖｚが小さい場合、基準電圧切り替え手段１９が基準電圧Ｖｒｅｆを小さくして、検出精度を高めることができ、測定精度の高い生体インピーダンス装置が実現できる。
【００２７】
なお、複数の電極によって複数部位の生体インピーダンスを測る装置においては、低いインピーダンスの部位を測定する電極時に、この電極を切り替える信号と連動して基準電圧Ｖｒｅｆを切り替えても同様な効果が得られる。
【００２８】
（実施例４）
図４は、生体インピーダンス測定装置の実施例４を示すブロック図である。この生体インピーダンス測定装置は、生体電圧検出手段１４の信号を増幅する増幅手段２０と、この増幅手段２０の増幅率を前記生体電圧検出手段１４の電圧信号によって切り替える増幅率切り替え手段２１とを設けた点が実施例１と異なるだけで、それ以外の同一構成及び作用効果を奏する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。２０は、生体電圧検出手段１４の信号を増幅する増幅手段である。２１は、この増幅手段２０の増幅率を前記生体電圧検出手段１４の電圧信号によって切り替える増幅率切り替え手段である。
【００２９】
上記実施例４において、所定の増幅率を用いて、生体電圧Ｖｚを検出する。この生体電圧Ｖｚが設定値より小さい場合は、演算手段１７から増幅率切り替え手段２１に信号を伝達し、増幅率切り替え手段２１が生体電圧検出手段１４の増幅率を大きくする。この増幅率が切り替わった後、再度生体電圧Ｖｚを測定して、この生体電圧Ｖｚから生体インピーダンスＺを演算する。増幅率を大きくすると、１ビットあたりの電圧分解能が高くなり、電圧検出精度が向上する。増幅率を設定値から２倍にすることにより、電圧分解能は２倍になる。
【００３０】
以上のように本実施例４によれば、生体電圧Ｖｚが小さい場合、増幅率切り替え手段２１が増幅率を大きくして、検出精度を高めることができ、測定精度の高い生体インピーダンス装置が実現できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１記載の発明は、定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に前記定電圧源を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えたもので、ＡＤ変換手段の基準電圧Ｖｒｅｆを定電圧源から供給して、ＡＤ変換後のデジタル値に定電圧源の変動を吸収する。そして、生体電圧Ｖｚを検出して生体インピーダンスを演算することにより、精度の高い生体インピーダンスの測定が実現できる。
【００３２】
また、請求項２記載の発明は、定電圧源と、この定電圧源から高周波電圧を発生させる高周波電圧発生手段と、この高周波電圧発生手段の電圧を保持する電圧保持手段と、生体に接触する電極と、この電極と直列に接続し前記高周波発生手段の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記電極間の生体の電圧を検出する生体電圧検出手段と、この生体電圧検出手段の信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段の基準電圧に前記電圧保持手段で保持された電圧を用いるＡＤ基準電圧手段と、前記生体電圧検出手段の信号から生体のインピーダンスを算出する演算手段とを備えたもので、測定時の正弦波電圧Ｖｉｎを検出して、生体インピーダンスＺを決定するようにしているため、定電圧の変動影響を低減でき、測定精度の高い装置が実現できる。
【００３３】
また、請求項３記載の発明は、生体電圧検出手段の電圧信号によってＡＤ基準電圧手段を切り替える基準電圧切り替え手段とを備えたもので、生体電圧Ｖｚが小さい場合、基準電圧切り替え手段が基準電圧Ｖｒｅｆを小さくして、検出精度を高めることができ、測定精度の高い生体インピーダンス装置が実現できる。
【００３４】
また、請求項４記載の発明は、生体電圧検出手段の信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段の増幅率を前記生体電圧検出手段の電圧信号によって切り替える増幅率切り替え手段とを備えたもので、生体電圧Ｖｚが小さい場合、増幅率切り替え手段２０が増幅率を大きくして、検出精度を高めることができ、測定精度の高い生体インピーダンス装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例１における生体インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図
【図２】同実施例２における生体インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図
【図３】同実施例３における生体インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図
【図４】同実施例４における生体インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図
【図５】従来例における生体インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０    定電圧源
１１    高周波電圧発生手段
１２ａ  電極
１２ｂ  電極
１３    分圧抵抗
１４    生体電圧検出手段
１５    ＡＤ変換手段
１６    ＡＤ基準電圧手段
１７    演算手段
１８    電圧保持手段
１９    基準電圧切り替え手段
２０    増幅率切り替え手段
【図１】
0004196036.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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