JP2007268142A

JP2007268142A - インピーダンス測定方法

Info

Publication number: JP2007268142A
Application number: JP2006100082A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fukuda; 浩章福田; Hideki Tamura; 秀樹田村; Tomohiko Onda; 智彦恩田; Mitsuhiro Katashima; 充弘片嶋
Original assignee: Kao Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Kao Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】測定インピーダンス値の確定値の決定において、被測定者の呼吸による影響と接触抵抗の不安定性を除くことで精度のよい値を算出できる。
【解決手段】人体に電極１を装着し、該電極１によりインピーダンスを測定する方法であって、呼吸による人体の膨張収縮に伴うインピーダンス変化からインピーダンスを演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、４端子法にて被測定物のインピーダンスを測定する技術に関するものである。

従来から人体の体脂肪（皮下脂肪・内臓脂肪）を安全且つ簡便に測定する手段として、生体インピーダンス（ＢＩ）測定を利用した技術が例えば特許文献１により知られている。

上記特許文献１に示された生体インピーダンス測定を利用した体脂肪測定装置は、図７に示すように、人体の腹部Ｗの外周上に複数の電極１（１ａ、１ｂ）を配置し、特定の２つの電極１ａ（電流印加用電極１ａ）間に定電流発生回路２により電流を流し、他の２つの電極１ｂ（電圧測定用電極１ｂ）間に発生する電圧を電圧測定回路３で測定し、この測定電圧からインピーダンスを算出し、脂肪量を算出するようになっている。ここで、電極１と皮膚との接触による接触抵抗の影響を除去するために、４端子法により測定するのが普通である。

しかしながら、上記従来技術のように人体の腹部Ｗでのインピーダンス測定を行う場合、被測定者の呼吸により腹部Ｗの膨張収縮が起こり、測定インピーダンス値が変化する。

すなわち、被測定者が呼吸をしている場合、測定インピーダンス値の最小と最大で数十ミリΩ〜数百ミリΩの差が生じてしまう。図８は呼吸時におけるインピーダンスの測定値の変化を示すグラフで、腹部Ｗの膨張時にはインピーダンス値は大きくなり、腹部の収縮時にはインピーダンス値は小さくなっている。

このような呼吸の影響を排除するために、インピーダンスの測定時に被測定者に呼吸を止めてもらう方法が通常とられる。しかしながら電極と肌との接触抵抗が原因でインピーダンス測定が安定しない場合、数十秒にわたり被測定者に呼吸停止を強いるという問題が生じる。呼吸停止状態で測定したインピーダンスの時間変化の例を図９に示す。時間が経つにつれ、肌の発汗などによって電極と肌との接触抵抗が低減し、インピーダンスも一定値に収束していくが、その間、数ミリ〜数十ミリΩの変動が生じる。インピーダンスの確定値を得るために、測定値が収束するまで被測定者に呼吸停止を続けてもらうことは、大きな肉体的負担となるばかりか、測定の不安定さの要因となることも懸念される。

このように、測定インピーダンス値の確定値の決定において、被測定者の呼吸による影響と接触抵抗の不安定性により、従来においては精度のよい値を算出することができないという問題があった。
特開２００１−１７８６９７号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、測定インピーダンス値の確定値の決定において、被測定者の呼吸による影響と接触抵抗の不安定性を除くことで精度のよい値を算出できるインピーダンス測定方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係るインピーダンス測定方法は、人体に電極１を装着し、該電極１によりインピーダンスを測定する方法であって、呼吸による人体の膨張収縮に伴うインピーダンス変化からインピーダンスを演算することを特徴とするものである。

このような方法を採用することで、被測定者の呼吸による影響と接触抵抗の不安定性を除き、インピーダンスを正確に算出できる。

また、前記インピーダンスの演算が、少なくとも所定の呼吸回数を含む一定時間内のインピーダンスの最大値と最小値の平均値であることが好ましい。また、前記インピーダンスの演算が、少なくとも所定の呼吸回数を含む一定時間内のインピーダンスの変動の平均であることが好ましい。これにより、正確にインピーダンスを算出できる。

更に、前記一定時間内のインピーダンス変化が所定値以内になったときに収束と判定して、前記演算によって得られた値をインピーダンスの確定値とすることが好ましい。

このような方法を採用することで、収束判定が簡単且つ確実にできる。

また、インピーダンスが収束しなかったときに、一番古いインピーダンス値を除き、次の新しいインピーダンス値を加えて、再度収束を判定することが好ましい。

このような方法を採用することで、測定時間を短縮できる。

また、人体に電極１を装着し、該電極１によりインピーダンスを測定する方法であって、呼吸による人体の膨張収縮に伴うインピーダンス変化を計測してインピーダンス変化が所定値以内になった時に被測定者の呼吸停止開始のタイミングを報知手段５で報知し、続いて人体の呼吸停止時におけるインピーダンス変化からインピーダンスを演算することを特徴とするものであってもよい。

このような方法を採用することで、呼吸停止時におけるインピーダンスの変化からインピーダンスを算出できて被測定者の呼吸による影響と接触抵抗の不安定性を除き、正確にインピーダンスを算出でき、しかも、呼吸停止を開始するタイミングが報知されるので、呼吸を停止している時間を短くできて、被測定者の負担を少なくできる。

本発明は、呼吸による人体の膨張・収縮が測定に与える影響を無くし、個人差をなくしてインピーダンスを正確に測定することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１は本発明の方法に用いるインピーダンス測定装置の一実施形態の概略構成図である。

インピーダンス測定装置は、複数組の電極１（２つで一対となった電流印加用電極１ａと、２つで一対となった電圧測定用電極１ｂ）と、電流印加用電極１ａ間に定電流を流すための定電流発生回路２と、電圧測定用電極１ｂ間に発生する電圧を測定するための電圧測定回路３と、電圧測定回路３で測定した測定電圧からインピーダンスを算出するためのインピーダンス算出回路４と、報知手段５とを備えている。

上記インピーダンス測定装置を用いて被測定物のインピーダンスを測定する例として、人体の胴部Ｗのインピーダンスを測定する例を以下に示す。

上記対となった電流印加用電極１ａ及び対となった電圧測定用電極１ｂを、例えば図１に示すように被測定者の胴部Ｗの外周上に配置し、定電流発生回路２により電流印加用電極１ａに定電流を流すと、胴部Ｗに電流が流れる。このように胴部Ｗに電流が流れることで電圧測定用電極１ｂ間に発生する電圧を電圧測定回路３で求め、このようにして求めた電圧と、電流印加用電極１ａ間に流す電流、この場合は定電流とに基づいてインピーダンス算出回路４で電圧測定用電極１ｂ間のインピーダンスを算出する。

図２には上記インピーダンス算出回路４でインピーダンスを算出するフローチャートが示してある。

図２に示すように、測定開始後、電極（電流印加用電極１ａ、電圧測定用電極１ｂ）と肌の接触抵抗の影響を考慮し、最初の数回の取得データは切り捨てる。このように所定回数の取得データの切り捨て後、次に、測定データの取得を開始する。測定データの取得毎に毎回エラーの判定を行い、取得データがあらかじめ定めたエラー条件を満たしているときには、測定を中止し、エラー処理へ移行する。エラー判定の例としては、あらかじめ測定データの取りうる数値範囲を定めておき、測定データがその数値範囲の上限値を超えている場合や測定データが下限値を下回っている場合などがある。スパイクノイズの影響も考慮して、２回連続で同じエラーが出現したときにエラーと判定するのが好ましい。これらは肌への電極１の装着がうまくできていない状況などを想定している。エラー判定において、取得データがエラー条件を満たしていないときにはデータの収束判定を行う。データの取得は被測定者が少なくとも所定の呼吸回数を行う一定時間内に断続的に所定回数行う。所定の呼吸回数としては、特に限定されないが、例えば１回〜１５回を選ぶことができる。収束判定はデータ取得毎に行い、データが収束判定の範囲内の場合は所定回数のデータ取得を継続するが、収束判定の範囲外となった場合は、収束していないと判断して、再度最初から所定回数のデータを取得し始める。データを取得する回数（所定回数）は使用する電極の材質やサイズあるいは被測定者の肌の状態に応じて適宜定めることができる。所定回数として、特に限定されないが、例えば４回〜１００回が例示される。なお、データの取得は被測定者の１回の呼吸時間内に複数回行うことが好ましい。所定回数内において、全てのデータが収束判定の範囲内にあったときに測定インピーダンス値が収束したと判定する。収束判定の例としては、取得データの最大値と最小値の差があらかじめ定めた一定数値範囲内にある場合、というように設定できる。このとき、最大値・最小値はスパイクノイズも考慮し、それぞれ上から２番目、下から２番目の値としてもよい。

インピーダンス変化が収束しなかったときには、前述のように最初からデータを取得し直してもよいが、測定時間を短縮させるために、図３に示すように、一番古いデータを除き、新しいデータを取得した上で、再度、収束判定を行ってもよい。

タイムアウトの判定では、所定の時間内に収束したと判定されなかった場合はエラー処理へ移行する。

データ取得終了後、インピーダンス演算で前記所定回数のデータの最大値と最小値の平均を取り、インピーダンスの確定値とする。また、スパイクノイズの影響を除去するため、２番目に大きな（小さな）データ値を最大値（最小値）と定めてもよい。

なお、インピーダンス演算では、図４に示すように取得した前記所定回数のデータ全体の平均を取ることによってインピーダンスの変動の平均を求め、インピーダンスの確定値としてもよい。

なお、上記のようにしてインピーダンス算出回路４で算出して確定されたインピーダンスの確定値は、例えば、報知手段５により報知するようにしてもよい。報知手段５としては文字や図形により報知するような表示手段、あるいは光によって報知する発光表示手段、あるいは音声によって報知する音声報知手段等が採用できる。また、上記のようにして算出されたインピーダンスに基づいて体脂肪量を計算により算出し、算出した体脂肪量を報知手段５により報知するようにしてもよい。

次に、図５、図６に基づいて本発明の更に他の実施形態を説明する。本実施形態においては、まず、図５のフローチャートのようにして収束確認処理を行ってデータが収束したことを被測定者に対して報知し、その後、上記図２や図４のフローチャートのようにしてインピーダンスの確定値を求めるようにしたものであり、本実施形態は被測定者が呼吸を停止した状態で測定を行う場合に有効である。

すなわち、被測定者が呼吸を停止した状態を長時間維持するのは困難であり、したがって、データが収束してきたタイミングで呼吸を停止し始める必要がある。このため、本実施形態では、この呼吸を停止し始めるタイミングを知るために、データが収束してきたことを測定者に対して報知手段５により、文字や図形、あるいは光、あるいは音声によって報知するようになっている。このようにすることで、被測定者が呼吸を停止している時間を短くすることができる。

処理の流れは、まず、図５のフローチャートのようにして収束確認の処理を開始する。この収束確認の処理の流れは、”所定回数データ切捨”から”所定回数終了”まで前述の図２の処理における”所定回数データ切捨”から”所定回数終了”までと同じである。”所定回数終了”後に収束確認を終了し、報知手段５によりデータが収束したこと、つまり、被測定者が呼吸を停止し始めるタイミングを被測定者に報知し、引続いて上記図２や図４のフローチャートと同様の処理の流れでインピーダンスの確定値を求める。ただし、このとき、データ取得の回数（所定回数）や収束判定の条件は呼吸停止状態での測定にふさわしい値に定めるものとする。一般に、呼吸停止状態でのデータ取得の所定回数は、図２や図４の際のそれよりも少なくすることができる。また、収束判定の条件も図２や図４の際のそれよりも厳しく（インピーダンス変化の許容幅を狭く）することができる。被測定者は図６に示すように、報知手段５による収束確認の報知がなされると同時に呼吸を停止し始め、このように呼吸を停止し始めてからインピーダンスの確定値を求める処理を行うものである。こうすることで、呼吸を停止した状態でインピーダンス値を取得する際に接触抵抗の安定した状態で測定することが可能となる。

本発明の方法に用いるインピーダンス測定装置の一実施形態として図１に示す装置を例示したが、人体の胴部Ｗの外周に配置する電流印加用電極１ａと電圧測定用電極１ｂの配置はこれに限定されず、様々な配置をとることができる。例えば、図１０、図１１に示すような位置に電極１を配置させたインピーダンス測定装置を本発明の方法を用いることができる。

上記のようにして、人体のインピーダンスの算出結果に基づいて、例えば体脂肪量を算出することができるが、体脂肪量の算出以外にも種々の人体情報を測定するための基礎データとして利用可能である。

本発明に用いるインピーダンス測定装置の概略構成図である。同上の一実施形態のインピーダンス算出回路でインピーダンスを算出するフローチャートである。同上のデータを取得して収束判定をする一例を示す説明図である。同上の他の実施形態のインピーダンス算出回路でインピーダンスを算出するフローチャートである。同上の更に他の実施形態のインピーダンス算出回路でインピーダンスを算出するフローチャートである。同上の呼吸による人体の膨張収縮に伴うインピーダンス変化の収束を報知し、続いて人体の呼吸停止時におけるインピーダンス変化からインピーダンスを演算することを示すグラフである。従来例のインピーダンス測定装置の概略構成図である。呼吸時におけるインピーダンス測定値の変化を示す説明図のためのグラフである。呼吸停止時におけるインピーダンス測定値の変化を示す説明図のためのグラフである。本発明に用いるインピーダンス測定装置の電極の配置例を示す他の実施形態の説明図である。本発明に用いるインピーダンス測定装置の電極の配置例を示す更に他の実施形態の説明図である。

符号の説明

１電極
１ａ電流印加用電極
１ｂ電圧測定用電極
２定電流発生回路
３電圧測定回路
４インピーダンス算出回路
５報知手段

Claims

人体に電極を装着し、該電極によりインピーダンスを測定する方法であって、呼吸による人体の膨張収縮に伴うインピーダンス変化からインピーダンスを演算することを特徴とするインピーダンス測定方法。
前記インピーダンスの演算が、少なくとも所定の呼吸回数を含む一定時間内のインピーダンスの最大値と最小値の平均値であることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス測定方法。
前記インピーダンスの演算が、少なくとも所定の呼吸回数を含む一定時間内のインピーダンスの変動の平均であることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス測定方法。
前記一定時間内のインピーダンス変化が所定値以内になったときに収束と判定して、前記演算によって得られた値をインピーダンスの確定値とすることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のインピーダンス測定方法。
インピーダンスが収束しなかったときに、一番古いインピーダンス値を除き、次の新しいインピーダンス値を加えて、再度収束を判定することを特徴とする請求項４記載のインピーダンス測定方法。
人体に電極を装着し、該電極によりインピーダンスを測定する方法であって、呼吸による人体の膨張収縮に伴うインピーダンス変化を計測してインピーダンス変化が所定値以内になった時に被測定者の呼吸停止開始のタイミングを報知手段で報知し、続いて人体の呼吸停止時におけるインピーダンス変化からインピーダンスを演算することを特徴とするインピーダンス測定方法。