JPH08173395A - 生体電気インピーダンス測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作負担を軽減するために、自動的にかつ継
続して人体の電気インピーダンスを測定し、体内水分量
の変化を容易に推計できるようにする。 【構成】 測定信号発生器７２は、クロックＣＬの周期
ｔ毎に、周波数が１〜１ＭＨｚの範囲で時間の経過と共
に変化する測定信号（電流）Ｉａを生成し、手に取り付
けられた電極Ｈｃに送出する。測定信号Ｉａが人体に供
給されると、手や脚に取り付けられた電極Ｈｐ，Ｌｐ，
Ｌｃを通して、差動増幅器８１及びＩ／Ｖ変換器９１に
よって検出された電圧Ｖｐ，Ｖｃがサンプリングメモリ
８４，９４に格納される。ＣＰＵ３は、サンプリングメ
モリ８４，９４に格納された電圧Ｖｐ，Ｖｃに基づい
て、人体の電気インピーダンスを算出し、算出結果を表
示部４に表示する。この測定は、キーボード１から入力
された測定の時間間隔ｔ毎に行われ、同じくキーボード
１から入力された全測定時間Ｔの間実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気インピーダンス
法に基づいて、被験者の体内水分量の経時変化等の推計
に有用な生体電気インピーダンス測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】体内水分量は、血行動態や代謝能等と関
係しており、この体内水分量を測定できれば、心臓病、
腎臓病等の各種の水分分布異常を起こす疾患の把握や、
治療、例えば、人工透析時のモニタ、利尿薬投薬の適否
等に利用できると考えられている。この体内水分量を測
定する方法としては、体表面に装着された複数の電極間
に微小電流（例えば、３００μＡ）を流すと共に、この
微小電流の周波数を３〜４００ｋＨｚの周波数範囲でス
イープすることにより、身体の電気インピーダンスを測
定する生体電気インピーダンス法が知られている。
（「身体組成の評価法としての生体電気インピーダンス
法」，Baumgartner, R.N., etc. 著、「生体電気インピ
ーダンスとその臨床応用」，医用電子と生体工学，金井
寛 著，20(3) Jun 1982、「インピーダンス法による体
肢の水分分布の推定とその応用」，医用電子と生体工
学，波江野誠等 著，23(6) 1985、「インピーダンス法
による膀胱内尿量の長時間計測」，人間工学 口の町康
夫等著，28(3) 1992 等参照）。

【０００３】人体等の生体系では、電気は主として細胞
内外の電解質溶液中のイオンによって運ばれる。このこ
とから、上記生体電気インピーダンス法では、図５に示
すように、人体の電気インピーダンスは、抵抗Ｒoのみ
からなる細胞外液インピーダンスと、抵抗Ｒiと容量Ｃ
とからなる細胞内液インピーダンスとの並列合成インピ
ーダンスと考える（容量分は細胞膜等が絶縁膜として働
くためである）。人体が同図に示すような等価回路モデ
ルとして表すことができるとすれば、非常に低い周波数
では、細胞膜（容量Ｃ）の電気インピーダンスは、電気
を通すには高すぎる。したがって、電気は細胞外液を通
してのみ流れ、測定される生体電気インピーダンスは純
粋に抵抗Ｒoである。次に、周波数が増加するにつれ
て、電流は細胞膜を貫通するようになり、測定される生
体電気インピーダンスには、抵抗分とリアクタンス分が
含まれる。非常に高い周波数では、細胞膜が容量性能力
を失うことにより、再び、純粋に合成抵抗Ｒi・Ｒo／
（Ｒi＋Ｒo）のみが測定される。このことから、周波数
をスイープすることにより、生体電気インピーダンス、
抵抗、リアクタンス等を求めることができ、これらの変
化により体内水分量（細胞外液）の変化を推計できる。
したがって、上記生体電気インピーダンス法は、各種医
療測定に応用できる。例えば、人工透析の治療中におい
ては、透析の行いすぎによって浮腫等の身体異常が発生
する可能性があるので、透析の終了時期を正確に知るこ
とが望まれている。そこで、人工透析の過程において体
内水分量が変化することに着目し、上述した電気インピ
ーダンス法によって身体の生体電気インピーダンスを測
定できれば、透析の終了時期を正確に知ることが可能と
なる。

【０００４】また、例えば、高齢者等の介護において
は、自分で尿意や排尿の開始を知らせることが困難にな
る場合がある。そこで、従来は、おむつを着用したり、
膀胱にカテーテルを挿入し、定期的に排尿させていた。
しかしながら、おむつの着用は、行動の制約や、かぶれ
等を生じるという欠点があった。膀胱内の尿量の増加
は、体内水分量の変化であり、ゆえに、上述した電気イ
ンピーダンス法によって身体の生体電気インピーダンス
を測定すれば、膀胱内の尿量を測定することが可能とな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような状況においては、連続的に、あるいは所定の時
間間隔で、生体電気インピーダンスを測定し、この生体
電気インピーダンスに基づいて体内水分量を算出する必
要があるにもかかわらず、従来の生体電気インピーダン
ス測定装置では、１操作で１回の測定しかできない。こ
のため、測定者がストップウォッチ等を用いて時間を計
測し、所定の時間毎に測定を繰り返す必要があった。し
たがって、従来の生体電気インピーダンス測定装置で
は、測定の間、測定者が被測定者のそばに付き添わなけ
ればならず、また、測定を手動で繰り返し行う必要があ
るため、操作が非常に煩雑になるという問題があった。

【０００６】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、自動的に継続して生体電気インピーダンスを
測定でき、操作負担を著しく軽減生体電気インピーダン
ス測定装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、所定の周波数幅の範囲で周
波数が時間と共に変化する測定信号を所定の時間間隔で
繰り返し生成し、生体に送出する測定信号生成手段と、
該測定信号生成手段から生体に送出された上記測定信号
に基づいて、上記生体の互いに隔たる任意の２つの表面
部位間に生じる電位差及び電流を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された電位差及び電流を周波数
毎に記憶するための記憶手段と、該記憶手段に周波数毎
に記憶された電位差及び電流に基づいて、上記生体の上
記部位間の電気インピーダンス又は電気インピーダンス
に基づく物理量を算出する演算手段と、該演算手段によ
って算出された結果を出力する出力手段とを備えてなる
ことを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の生体電気インピーダンス測定装置であって、算出さ
れる上記電気インピーダンスは、上記生体の細胞外液抵
抗、細胞内液抵抗及びこれらの時間的変化量であること
を特徴としている。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、上記所定の
時間間隔及び最初の測定から最後の測定までに要する全
測定時間を操作者が任意に設定又は設定変更するための
入力手段を備えていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】この発明の構成において、測定信号生成手段
は、所定の周波数幅の範囲で周波数が時間と共に変化す
る測定信号を所定の時間間隔で繰り返し生成し、生成し
た測定信号を生体に送出する。検出手段は、生体に送出
された上記測定信号に基づいて、生体の互いに隔たる任
意の２つの表面部位間の電位差及び上記２つの部位間を
流れる電流を検出する。検出された電位差及び電流は、
一旦、記憶手段に周波数毎に記憶される。演算手段は、
記憶手段に周波数毎に記憶された電位差及び電流に基づ
いて、上記生体の上記部位間のインピーダンスやインピ
ーダンス変化を算出する。算出された結果は、表示装置
やプリンタに出力される。上記測定は、操作者によって
設定された全測定時間の間、自動的に繰り返し行われ
る。

【００１１】

【実施例】次に、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 Ａ．実施例の構成 図１は、この発明の一実施例である人体電気インピーダ
ンス測定装置の電気的構成を示すブロック図である。同
測定装置１００は、人体における体内水分量の経時変化
を測定するための装置であり、キーボード１と、人体に
測定信号を送出し、これにより人体から得られる電圧電
流情報をデジタル処理するための測定処理部２と、装置
各部を制御すると共に、測定処理部２の処理結果に基づ
いて人体の電気インピーダンスを連続的に算出するため
のＣＰＵ（中央演算処理装置）３と、このＣＰＵ３によ
って算出された人体の電気インピーダンスを表示するた
めの表示部４と、ＣＰＵ３の処理プログラムを記憶する
ＲＯＭ５と、ＣＰＵ３の作業領域が設定されるＲＡＭ６
とから概略構成されている。上記キーボード１は、操作
者が全測定時間Ｔや測定間隔ｔ等を測定目的に応じて設
定／設定変更するための入力装置であり、キーボード１
から供給される各キーの操作データは、図示せぬキーコ
ード発生回路でキーコードに変換されてＣＰＵ３に供給
される。

【００１２】また、上記測定処理部２は、基準クロック
発生器７１、測定信号発生器７２、出力バッファ７３及
び電極Ｈｃからなる出力処理回路と、電極Ｈｐ，Ｌｐ，
Ｌｃ、差動増幅器８１、Ｉ／Ｖ変換器９１、ＬＰＦ８
２，９２、Ａ／Ｄ変換器８３，９３、及びサンプリング
メモリ８４，９４からなる入力処理回路とから構成され
ている。測定処理部２において、基準クロック発生器７
１は、全測定時間Ｔの間、周期ｔのクロックＣＬを発生
し、測定信号発生器７２へ供給する。測定信号発生器７
２は、上記クロックＣＬ毎に、周波数が１〜１ＭＨｚの
範囲で時間の経過と共に変化する測定信号（電流）Ｉａ
を生成し、出力バッファ７３を介して、電極Ｈｃ（図４
参照）に送出する。この測定信号Ｉａの周波数は、ＣＰ
Ｕ３から供給されるセレクト信号ＳＥＬによってステッ
プ状に変化するようになっている。なお、この例では、
電極Ｈｃは、被験者の手に取り付けられる。それゆえ、
測定信号（電流）Ｉａは、被験者の手の部分から人体に
入る。

【００１３】次に、差動増幅器８１は、２つの電極Ｈ
ｐ，Ｌｐ間の電圧（電位差）を検出する。この例では、
電極Ｈｐは被験者の手に取り付けられ、電極Ｌｐは、脚
部に取り付けられる（同図参照）。したがって、差動増
幅器８１は、上記測定信号Ｉａが人体に供給されると、
被験者の手足間の電圧Ｖｐを検出し、ローパスフィルタ
８２へ供給することとなる。この電圧Ｖｐは、電極Ｈｐ
と電極Ｌｐとの間における人体の電気インピーダンスに
よる電圧降下である。ローパスフィルタ８２は、電圧Ｖ
ｐからノイズを除去し、Ａ／Ｄ変換器８３へ供給する。
Ａ／Ｄ変換器８３は、ＣＰＵ３からデジタル変換信号Ｓ
ｄが供給される度に、ノイズが除去された電圧Ｖｐをデ
ジタル信号に変換し、サンプリングメモリ８４へ供給す
る。サンプリングメモリ８４には、デジタル化された電
圧Ｖｐが全測定時間Ｔの間、クロックＣＬで規定される
周期ｔ毎、測定信号Ｉａの周波数毎に記憶される。

【００１４】次に、Ｉ／Ｖ変換器９１は、２つの電極Ｈ
ｃ，Ｌｃ間に流れる電流を検出して電圧に変換する。こ
の例では、電極Ｈｃは被験者の手に取り付けら、電極Ｌ
ｃは、脚部に取り付けられる（同図参照）。したがっ
て、Ｉ／Ｖ変換器９１は、測定信号Ｉａが人体に供給さ
れると、被験者の手に取り付けられた電極Ｈｃと、被験
者の手足間を流れる電流Ｉｂを検出し、電圧Ｖｃに変換
した後、ローパスフィルタ９２へ供給する。ローパスフ
ィルタ９２は、電圧Ｖｃからノイズを除去し、Ａ／Ｄ変
換器９３へ供給する。Ａ／Ｄ変換器９３は、ＣＰＵ３か
らデジタル変換信号Ｓｄが供給される度に、ノイズが除
去された電圧Ｖｃをデジタル信号に変換し、サンプリン
グメモリ９４へ供給する。サンプリングメモリ９４に
は、デジタル化された電圧Ｖｃが全測定時間Ｔの間、ク
ロックＣＬで規定される周期ｔ毎、測定信号Ｉａの周波
数毎に記憶される。

【００１５】次に、ＣＰＵ３は、ＲＯＭ５に記憶された
処理プログラムに従って、上述の制御を行うほか、サン
プリングメモリ８４，９４に格納されている電圧Ｖｐ，
Ｖｃを逐次読み出して、被験者の電気インピーダンスＺ
（＝Ｖｐ／Ｖｃ）を算出する。算出された電気インピー
ダンスＺは、表示コントローラと表示器（例えばＬＣ
Ｄ）とからなる表示部４において表示される。

【００１６】Ｂ．実施例の動作 次に、上述した構成の動作について説明する。図２は、
人体電気インピーダンス測定装置の動作を説明するため
のフローチャートであり、図３は、同動作を説明するた
めのタイミングチャートである。まず、測定開始に先だ
って、図４に示すように、電極Ｈｃ，Ｈｐを被験者の手
に、電極Ｌｐ，Ｌｃを被験者の脚部にそれぞれ取り付け
る（このとき、電極Ｈｃ，Ｌｃを、電極Ｈｐ，Ｌｐより
も人体の中心から遠い方に設置する）。次いで、キーボ
ード１に設けられた測定開始スイッチをオンとする。こ
れにより電源が投入され、ＣＰＵ３は、まず、所定の初
期設定を行った後、ステップＳ１において、測定信号発
生器７２にセレクト信号ＳＥＬを供給し、測定信号発生
器７２に周波数が１〜１ＭＨｚの範囲でで時間の経過と
共に変化する測定信号Ｉａを生成させ、電極Ｈｃから身
体へ送出させて最初の測定を開始する。測定信号Ｉａが
人体に供給されると、差動増幅器８１において、電極Ｈ
ｐ，Ｌｐが取り付けられた手足間で生じた電圧Ｖｐが検
出され、ローパスフィルタ８２を経てＡ／Ｄ変換器８３
へ供給される。一方、Ｉ／Ｖ変換器９１では、電極Ｈ
ｃ，Ｌｃが取り付けられた手足間を流れる電流Ｉｂが検
出され、電圧Ｖｃに変換された後、ローパスフィルタ９
２を経てＡ／Ｄ変換器９３へ供給される。このとき、Ｃ
ＰＵ３からは、サンプリング周期毎にＡ／Ｄ変換器８
３，９３に対してデジタル変換信号Ｓｄが供給される。

【００１７】Ａ／Ｄ変換器８３では、デジタル変換信号
Ｓｄの供給を受ける度に、電圧Ｖｐをデジタル信号に変
換し、サンプリングメモリ８４へ供給する。サンプリン
グメモリ８４は、デジタル化された電圧Ｖｐを順次記憶
する。一方、Ａ／Ｄ変換器９３では、デジタル変換信号
Ｓｄの供給を受ける度に、電圧Ｖｃをデジタル信号に変
換し、サンプリングメモリ９４に供給する。サンプリン
グメモリは、デジタル化された電圧Ｖｃを順次記憶す
る。測定信号Ｉａの所定の周波数（１〜１ＭＨｚ）範囲
での測定が終了すると、ＣＰＵ３は、ステップＳ２へ移
り、測定信号Ｉａの周波数毎に検出された電圧Ｖｐ，Ｖ
ｃに基づいて、被験者の電気インピーダンスを所定のア
ルゴリズムに基づいて計算し、得られた電気インピーダ
ンスをＲＡＭ６に記憶すると共に、表示部４に表示させ
る。

【００１８】この後、ＣＰＵ３は、ステップ３におい
て、全測定時間Ｔ（図３）が経過したか否かを判断す
る。この判断において、全測定時間Ｔが経過したとの結
論が得られれば、以後の測定処理（ステップＳ１〜Ｓ
４）を終了するが、いま、最初の測定なので、全測定時
間Ｔがいまだ経過していないと判断され、ステップＳ４
へ進んで、測定間隔に相当する時間ｔ（同図）が経過す
るのを待つ。そして、測定間隔に相当する時間ｔ（同
図）が経過すると、再び、ステップＳ１に戻って、上述
の処理を、全測定時間Ｔが経過するまで、繰り返す。

【００１９】このように、上記構成によれば、所定の測
定間隔ｔで、自動的にかつ継続的に被験者の電気インピ
ーダンスを測定でき、この測定値に基づいて、被験者の
体内水分量の経時変化を推計できるので、操作負担を著
しく軽減できる。したがって、例えば、尿量の測定への
適用が期待できる。

【００２０】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、算出され
た人体の電気インピーダンスをプリンタに出力するよう
にしても良い。また、上述の実施例では、測定信号の周
波数をステップ状に変化させたが、連続的にスイープす
るようにしても良い。また、算出される電気インピーダ
ンスは人体の合成電気インピーダンスに限らず、例え
ば、人体の細胞外液抵抗、細胞内液抵抗及びこれらの時
間的変化量並びにこれらの一部であっても良く、このよ
うにすれば、透析の状態測定への適用が期待できる。ま
た、電極の取付箇所は、手や脚に限定されない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、所定の測定間隔ｔで、自動的にかつ継続的に被
験者の電気インピーダンスを測定でき、この測定値に基
づいて、例えば、被験者の体内水分量の経時変化を推計
できるので、操作負担を著しく軽減できる。したがっ
て、例えば、体脂肪の測定、尿量の測定や透析の状態測
定への適用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である人体電気インピーダ
ンス測定装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】同測定装置の動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【図３】同測定装置の動作を説明するためのタイミング
チャートである。

【図４】同測定装置の各種電極の取付状態を示す図であ
る。

【図５】人体電気インピーダンスの等価回路モデルを示
す図である。

【符号の説明】 ２ 測定処理部 ３ ＣＰＵ（演算手段） ７１ 基準クロック発生器 ７２ 測定信号発生器（測定信号生成手段） ７３ 出力バッファ ８１ 差動アンプ（検出手段） ８２，９２ ローパスフィルタ ８３，９３ Ａ／Ｄ変換器（検出手段） ８４，９４ サンプリングメモリ ９１ Ｉ／Ｖ変換器（検出手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周波数幅の範囲で周波数が時間と
   共に変化する測定信号を所定の時間間隔で繰り返し生成
   し、生体に送出する測定信号生成手段と、 該測定信号生成手段から生体に送出された前記測定信号
   に基づいて、前記生体の互いに隔たる任意の２つの表面
   部位間に生じる電位差及び電流を検出する検出手段と、
   該検出手段によって検出された電位差及び電流を周波数
   毎に記憶するための記憶手段と、 該記憶手段に周波数毎に記憶された電位差及び電流に基
   づいて、前記生体の前記部位間の電気インピーダンス又
   は電気インピーダンスに基づく物理量を算出する演算手
   段と、該演算手段によって算出された結果を出力する出
   力手段とを備えてなることを特徴とする生体電気インピ
   ーダンス測定装置。
2. 【請求項２】 算出される前記電気インピーダンスは、
   前記生体の細胞外液抵抗、細胞内液抵抗及びこれらの時
   間的変化量であることを特徴とする請求項１記載の生体
   電気インピーダンス測定装置。
3. 【請求項３】 前記所定の時間間隔及び最初の測定から
   最後の測定までに要する全測定時間を操作者が任意に設
   定するための入力手段を備えていることを特徴とする請
   求項１又は２記載の生体電気インピーダンス測定装置。