專利名稱：身體阻抗測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種身體阻抗測定裝置，測定被測者的身體的生物電阻抗，并利用該阻抗的測定值和身高、體重、年齡、性別等身體特定化信息，推導并提示該被測者的體脂肪量、肌肉量、骨胳量、骨密度、去脂肪量、體脂肪率、基礎(chǔ)代謝量等關(guān)系身體組成和健康狀態(tài)的各種信息。
背景技術(shù)：
以前，為了進行肥胖等的健康管理，通常專門進行體重測定，但近年來，不僅是體格上的肥胖，作為測量肥胖的一項指標，皮下脂肪和內(nèi)臟脂肪等體脂肪的量和表示體脂肪相對體重的比例的體脂肪率引起人們的關(guān)注。
以前，在各研究所中進行了所謂測定身體內(nèi)的生物電阻抗(下面簡稱為[阻抗])、利用該測定值來推導體脂肪率等研究。在將該方法中任一項稱為所謂4電極法的方法中，例如，在被測者的右手表面和右腳表面安裝通電用電極，同時，在通電用電極的內(nèi)側(cè)、例如右手腕和右腳腕上安裝測定用電極。另外，在兩通電用電極之間流過大致縱貫身體的高頻電流，此時，測定測定用電極間的電位差。根據(jù)其電壓值和電流值來求出阻抗，并利用該測定值來推導體脂肪率等。
另外，最近還開發(fā)并廣泛出售了更簡便測定體脂肪率用的裝置(所謂體脂肪計)。例如在特開平7-51242號公報中記載的裝置中，構(gòu)成為在由兩手握持的夾子左右分別配置通電用電極及測定用電極，當被測者握持該夾子時，通電用電極密接兩手的指側(cè)，同時，測定用電極密接在手腕側(cè)，根據(jù)由此取得的阻抗來推算去脂肪量、體脂肪率、體內(nèi)水分量、基礎(chǔ)代謝量等各種信息。另外，在特公平5-49050號公報中，構(gòu)成為在被測者將兩腳放置在測定臺上時，電極密接兩腳的里側(cè)，可同時測定體重和體脂肪率。
在上述身體組成測定裝置中，將單手與單腳間、兩手間或兩腳間作為電流路徑來測定阻抗。當將單手與單腳間作為電流路徑來測定其間的電壓的情況下，因為截面積與腳部和臂部相比大數(shù)十倍的胸部和腹部(軀干部)成為電流路徑的一部分，所以腳部和臂部對阻抗的幫助相對大，相反，腹部的皮下脂肪、腹腔內(nèi)脂肪(內(nèi)臟脂肪)的幫助低。因此，腹部的皮下脂肪、腹腔內(nèi)脂肪的增減難以出現(xiàn)在結(jié)果中，結(jié)果導致缺乏可靠性。另一方面，在將兩手間或兩腳間作為電流路徑來測定其間電壓的情況下，因為電路路徑中基本上不包含軀干部，所以存在推導身體整體的體脂肪率時誤差容易變大的問題。
另外，以前在根據(jù)阻抗測定值來推導體脂肪率等時，使用依照以水中體重稱量法作為推導基準的標準曲線形成的生物電阻抗法(BIA)的推導式。但是，在這種方法中，存在不考慮對作為去脂肪結(jié)構(gòu)組織的肌肉、骨胳阻抗的幫助程度差異等缺點，難以減小推導誤差。
此外，作為適用這種測定法的前提，假設(shè)利用作為人體結(jié)構(gòu)組織的骨胳、肌肉及脂肪的電特性不同來并聯(lián)連接各組織的并聯(lián)模型，在各組織的結(jié)構(gòu)比率及結(jié)構(gòu)組織整體與各組織的電特性(體積電阻率)一定的條件下，根據(jù)阻抗算出身體組成。實際上，在一般成人的集體中，統(tǒng)計上認為這種條件具有相當高的可靠性。但是，就兒童等未成年人或老齡者、或運動選手等身體特殊的集體等而言，實況是結(jié)構(gòu)比率及電特性都不一定，多數(shù)情況下由于個人差異而遠遠偏離上述條件，難以得到可靠性高的結(jié)果。
另一方面，不僅防止肥胖的觀點、就所謂身體的強化程度或老化程度的把握的觀點來說，身體的肌肉量、肌肉力量等的測定是非常重要的。具體而言，例如就運動選手等尤其謀求身體能力提高的人而言，肌肉量是測量訓練等成果的一個指標值，另外，還成為訓練時的目標。即使對由于事故或疾病導致長期入院而進行應強化、恢復弱的身體部位的康復治療的人等而言，也一樣。此外，若考慮今后高齡者層的增加，則認為在日常生活中提供覆蓋不充分點的生活環(huán)境的改善及飲食(吃飯及運動菜單)的必要性大大增加，以便能在例如高齡者看護的現(xiàn)場等中，簡便地測定每個高齡者的肌肉量或肌肉力量、它們在左右半身中的平衡等，并通過可事先判斷自立生活能力，從而過著性能高的日常生活。
但是，以前的這種裝置不能提供這種信息，或僅能提供精度低的信息。
不用說，若使用大醫(yī)院配備的磁共振成像裝置或X射線CT掃描儀等，則當然可進行這種正確測定。但是，這種裝置規(guī)模大，費用也高，無論被測者的長幼，約束時間長，給身體、精神上帶來大的負擔。
另外，盡管個人并不那么容易操作，但如果是例如單獨訪問老人家庭的福利擔當者等必要時便于攜帶，且在訪問目的家庭便于簡便進行被測者測定的裝置，即，如果接受關(guān)于測定的一定程度訓練后的人容易測定，并且該裝置自身的成本不那么高，則具有非常大的利用價值。
鑒于該課題，本申請人在特愿2000-362896號中提議一種新的身體組成測定方法及裝置。根據(jù)該身體組成測定方法及裝置，可非常高精度地推算關(guān)于將身體分割成多個的各身體部位的肌肉量、骨胳量、脂肪量等身體組成信息。不用說，該身體組成測定裝置為了提高測定精度，需要考慮盡可能去除從外部飛來的或電源線等傳播來的各種噪聲的影響等細節(jié)。這種需要在現(xiàn)有的較低精度的身體組成測定裝置中基本不成問題，但在本申請人在先提議的進行較高精度測定的裝置中，是非常大的問題。
另外，在這種身體組成測定裝置中，在身體中僅流過正常測定時不會損傷身體組織的極微弱的電流，但希望考慮即使在裝置中發(fā)生任何異常等的情況下，也能防止損傷被測者身體的過剩電流通過電極流入被測者的身體。
此外，這種身體組成測定裝置不僅用于醫(yī)療設(shè)施等相對設(shè)置空間中有空閑的場所，還必需根據(jù)裝置形態(tài)，考慮上述例如看護、福利擔當者等訪問獨居高齡者住宅并在那里進行測定等在較窄的裝置設(shè)備空間中放置裝置。另外，一定程度上也必需確保搬運的容易性。
本發(fā)明鑒于這些點做出，其第1目的在于提供一種身體阻抗測定裝置，可以高精度來測定用于求出體脂防量、肌肉量等關(guān)系各種身體組成或健康狀態(tài)信息的身體阻抗。另外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種安全性高的身體阻抗測定裝置，可確實防止被測者的電擊事故等。此外，本發(fā)明的再一目的在于提供一種設(shè)置時的節(jié)省空間性好、且搬運也容易的身體阻抗測定裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，根據(jù)第1發(fā)明的身體阻抗測定裝置具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于具備a)電力變換單元，將來自商用交流電源的交流電變換為直流電；b)蓄電單元，儲蓄變換后的直流電，至少在沒有上述交流電供給的情況下，供電，作為該裝置的驅(qū)動電力；c)電源路徑開閉單元，自由關(guān)閉、打開連接商用交流電源與上述電力變換單元或連接該電力變換單元與上述蓄電單元的電源路徑；和d)控制單元，至少在身體中通電并測量電壓的期間中，打開上述電源路徑開閉單元，從上述蓄電單元向該裝置的各電路提供驅(qū)動電力。
根據(jù)第1發(fā)明的身體阻抗測定裝置，在身體中不必通電的期間，例如在測定前的各種輸入設(shè)定等準備時、測定前的待機時或在電壓測量后計算阻抗算出時，以及利用如此算出的阻抗測定值或被測者的身高、體重等身體特定化信息來推算被測者的全身或部分身體的肌肉量、脂肪量、骨胳量等各種身體組成信息時等，控制單元關(guān)閉電路路徑開閉單元，將商用交流電源連接在本裝置上。此時，將從商用交流電源提供的交流電通過電力變換單元變換為具有適當電壓的直流電，儲蓄在蓄電單元中。另外，向測定部的電路或運算部等提供該直流電，作為驅(qū)動電力。
當根據(jù)測定開始指示，通過通電用電極向身體通電時，在通電前，上述控制單元打開電源路徑開閉單元，從本裝置中切斷商用交流電源，提供來自蓄電單元的直流電，作為本裝置的驅(qū)動電力。另外，一旦對應于向被測者身體通電的電壓測量結(jié)束并停止通電時，關(guān)閉電源路徑開閉單元，將商用交流電源再次連接于本裝置上，將該裝置的驅(qū)動電力切換成從蓄電單元經(jīng)電力變換單元得到的直流電。不用說，在商用交流電源的插口中未插入本裝置的電源插頭或停電時等不能從商用交流電源供電的狀況下，即使在關(guān)閉電源路徑開閉單元的情況下，也可使用來自蓄電單元的直流電，驅(qū)動本裝置。另外，這里所謂[在身體中通電并測量電壓期間]不僅可單純設(shè)定在身體中進行通電的期間，還包含該期間并在前后設(shè)定適當時間。
根據(jù)第1發(fā)明的結(jié)構(gòu)，因為在測定對應于身體阻抗的電壓時從測定部中分開商用交流電源，所以可防止噪聲從外部通過商用交流電源的電源線侵入，提高測量值的S/N比。因此，可以高精度算出阻抗。另外，即使在電路中有故障或缺陷的情況下，在向身體通電時，商用交流電源也不會通過通電用電極泄漏到被測者的身體中。因此，可防止被測者的電擊事故，確保高的安全性。
在根據(jù)上述第1發(fā)明的身體阻抗測定裝置中，可構(gòu)成為還具備信號路徑開閉單元，自由關(guān)閉、打開分別連接上述測定部中包含的測定電路部與上述通電用電極及測定用電極的信號路徑，上述控制單元在身體中通電并測量電壓期間以外的期間，可以打開上述信號路徑開閉單元，從上述測定電路部中分開上述通電用電極及測定用電極。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在不向身體通電時，從測定電路部中分開通電用電極及測定用電極。因此，即使在假設(shè)盡管沒有通電指示而產(chǎn)生商用交流電流漏入通電用電極及測定用電極中等電路上的缺陷的情況下，也可防止商用交流電流通過通電用電極及測定用電極流入被測者的身體。由此，可確保更高的安全性。
另外，在該構(gòu)成中，最好構(gòu)成為上述控制單元在向身體通電前，首先打開電源路徑開閉單元，從本裝置中分開商用電流電源，之后，關(guān)閉信號路徑開閉單元，將通電用電極及測定用電極連接于測量電路部，相反，在通電結(jié)束后，首先打開信號路徑開閉單元，從測定電路部中分開通電用電極及測定用電極，之后，關(guān)閉電源路徑開閉單元，將商用交流電源連接于本裝置。由此，因為在通電用電極及測定用電極連接于測定電路部上的期間中必然從本裝置中分開商用交流電源，所以可保證非常高的安全性。
另外，可使用電磁繼電器來作為上述電源路徑開閉單元和/或信號路徑開閉單元。據(jù)此，可確實進行導通、截斷，同時，成本也低廉。
另外，上述電源路徑開閉單元和/或信號路徑開閉單元最好是在向身體通電時不需要打開或關(guān)閉用驅(qū)動電流的電磁繼電器。即，因為電源路徑開閉單元在向身體通電時打開，所以最好是打開時不需要驅(qū)動電流(即正常斷路型)的電磁繼電器，另一方面，因為信號路徑開閉單元在向身體通電時關(guān)閉，所以最好是關(guān)閉時不需要驅(qū)動電流(即正常閉合型)的電磁繼電器。在這樣通電時，由來自蓄電單元的直流電驅(qū)動本裝置，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在利用這種蓄電單元時具有消耗功率減小的優(yōu)點。
另外，作為根據(jù)第1發(fā)明的身體阻抗測定裝置的一實施例，可構(gòu)成為通過通用個人計算機執(zhí)行規(guī)定控制程序來具體化上述運算部進行的運算處理，同時，將上述測定部配置在具有與上述個人計算機彼此自由通信的相同殼體的主體部內(nèi)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有的個人計算機中安裝規(guī)定的控制程序，若將主體部連接于該個人計算機上，則可得到本裝置。因此，因為可活用作為批量產(chǎn)品的個人計算機，所以可以提供低成本的本裝置。另外，若用戶利用手持個人計算機，則成本更廉價。另外，這里所謂[個人計算機]不限于筆記本型、桌面型等計算機的形狀，此外，作為信息終端設(shè)備等實體，還可包含裝載具有與個人計算機同等功能的CPU，并可從外部安裝控制程序的設(shè)備。
另外，若是筆記本型個人計算機，則因為內(nèi)置電池，所以可構(gòu)成為在個人計算機中使用內(nèi)置電池來作為上述蓄電單元。由此，不必特別準備電池。
另外，上述個人計算機與主體部間的通信單元可作成串行接口。另外，近年來，為了連接個人計算機與外圍設(shè)備，廣泛使用符合USB(通用串行總線)標準的接口，在該USB中，規(guī)定可向每個端口最大提供5V/500mA的電力。因此，上述通信單元是符合USB標準的接口，可構(gòu)成為經(jīng)該接口從個人計算機側(cè)接受上述主體部的驅(qū)動電力。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因為在個人計算機與主體部之間一體化電源用電纜與信號用電纜，所以連接容易。
另外，在想打印由個人計算機算出的測定結(jié)果等的情況下，若用有線信號線來連接打印機(打印單元)，該個人計算機和打印機接地，則有可能從打印機電源(商用交流電源)侵入噪音。因此，最好構(gòu)成為非接觸地進行個人計算機與打印單元之間的通信。具體而言，雖然使用一般利用的紅外線的各種通信接口是有用的，但也可是電波接口。
為了解決上述課題，根據(jù)第2發(fā)明的身體阻抗測定裝置具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于設(shè)通電用電極與測定用電極的個數(shù)相同，將通電用電極與測定用電極各1個設(shè)為1組，將作為2芯屏蔽線的電纜的第1芯線設(shè)為連接通電用電極與測定電路部的信號線，將第2芯線設(shè)為連接測定用電極與上述測定電路部的信號線，并且多條上述電纜規(guī)格相同。
即，在根據(jù)上述第2發(fā)明的身體阻抗測定裝置中，測量身體阻抗最低限度必需兩個通電用電極與兩個測定用電極，但可將連接測定電路部與測定用電極的最低兩條信號線分別容納在由各不相同的屏蔽線包圍的兩條電纜內(nèi)。因此，可減小兩測定用電極間的靜電電容。另外，通過屏蔽可抑制噪聲從外部闖入。另外，通過將多條電纜設(shè)為相同規(guī)格，即使在發(fā)生斷路等故障的情況下，也可減小交換所需的成本。
另外，作為間隔2芯屏蔽線的兩條芯線的絕緣體，若使用發(fā)泡性外皮材料，則可減小靜電電容，另外，還可期望作為電纜的柔軟性、輕量性、持久性。具體而言，例如最好是發(fā)泡聚乙烯樹脂(最好發(fā)泡率為75-80％左右)。
另外，若將連接于同一電纜的第1及第2芯線上的通電用電極與測定用電極安裝在被測者的身體的同一四肢上，則可縮短從2芯屏幕線取出到外側(cè)后連接于通電用電極與測定用電極之前的線長。因此，可將從外部闖入的噪聲抑制到最小限度。
另外，例如在將通電用電極與測定用電極分別設(shè)置在右手、左手、右腳、左腳上的情況下，為了連接這些電極與測定電路部，必需4條電纜，但若將這些電纜的長度大致相同配置，則各電纜的靜電電容基本相等，為改變通電部位及電壓測定部位而切換選擇通電用電極與測定用電極時，靜電電容的影響程度相同。由此可提高測定精度。
另外，即使采用例如電纜的靜電電容變小的結(jié)構(gòu)，在實用上將其變?yōu)榱阋彩遣豢赡艿?，在進行高精度測定時，這種小的靜電電容也是誤差的主要原因。
因此，根據(jù)第3發(fā)明的身體阻抗測定裝置具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于使用預定的基準電阻及電容來測定從測定用電極側(cè)看測定部側(cè)的輸入阻抗，根據(jù)測定值與上述基準電阻及電容值來求出去除上述輸入阻抗影響的補正式，在實際測定時，上述運算部根據(jù)上述測定部的測量結(jié)果，由該補正式來修正算出的阻抗值。
這里，上述輸入阻抗包含連接上述測定用電極與上述測定部的電纜的靜電電容。另外，上述輸入阻抗包含上述測定部的電路系統(tǒng)的輸入阻抗。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，包含電纜的靜電電容或測定部的電路系統(tǒng)的輸入阻抗等，因為基本去除了從測定用電極側(cè)看測定部側(cè)的輸入阻抗的影響，所以可高精度求出被測者的身體阻抗。
另外，根據(jù)第4發(fā)明的身體阻抗測定裝置具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于將上述測定部中包含的測定電路部容納在箱形狀的殼體內(nèi)部，同時，通過筆記本型個人計算機執(zhí)行規(guī)定的控制程序來具體化上述運算部的運算處理，在上述殼體的頂面形成可容納連接于上述筆記本型個人計算機上使用的外圍裝置的凹部，在將該外圍裝置容納在該凹部中的狀態(tài)下，在該頂面中可載置使用上述筆記本型個人計算機。
因為考慮便攜性的筆記本型個人計算機的小型化、薄型化，所以不經(jīng)常使用的外圍裝置、尤其是軟盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器等外部存儲裝置未一體化在計算機主體中，多作為個體經(jīng)電纜連接。在根據(jù)第4發(fā)明的裝置中，若在形成于主體部頂面中的凹部中容納這種外圍裝置，則該外圍裝置的上面與周圍的主體部的頂面齊面或比該頂面低。因此，可在將筆記本型個人計算機載置在主體部的頂面中在兩者重疊的狀態(tài)下進行使用。
若為了使連接容納在上述凹部中的外圍裝置與筆記本型個人計算機的電纜的兩端子在同一面內(nèi)，將上述凹部形成為與頂面的周邊一致的切口狀，則在將外圍裝置容納在凹部中的狀態(tài)下，可通過電纜來連接外圍裝置與筆記本型個人計算機。據(jù)此，不僅可將凹部作為外圍裝置的保管場所，而且因為可以將外圍裝置容納在凹部中原樣使用該外圍裝置，所以使用時場所的占有面積變窄。
上述凹部具有在收納上述外圍裝置同時還可容納連接該外圍裝置與筆記本型個人計算機的電纜的大小，并且可構(gòu)成為具有進行該外圍裝置的位置確定的位置確定部、和可自由裝卸地固定上述電纜的電纜固定部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因為不使用外圍裝置時可將連接用電纜容納在凹部中，所以電纜不會散逸，外表好。
另外，上述殼體的頂面具有比上述筆記本型個人計算機的底面還寬的面積，在該頂面中可構(gòu)成為設(shè)置進行該筆記本型個人計算機位置確定的計算機位置確定部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因為在殼體的頂面上穩(wěn)定載置筆記本型個人計算機，所以可防止使用或搬運時筆記本型個人計算機落下。另外，最好在上述殼體的頂面中設(shè)置自由拆卸固定上述筆記本型個人計算機的計算機固定部，進一步增強搬運時的穩(wěn)定性。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明一實施例的身體組成測定裝置的外觀圖。
圖2是本實施例的身體組成測定裝置的主要部分的電結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本裝置中使用的電纜的外觀圖(a)、a-a’箭頭所示切割線的截面圖(b)及表示單線電纜與插頭的裝配部位的截面結(jié)構(gòu)的圖(c)。
圖4是本身體組成測定裝置的主體部的上面俯視圖。
圖5是主體部的正面俯視圖。
圖6是主體部的側(cè)面俯視圖。
圖7是在主體部上載置個人計算機的通常使用狀態(tài)的主視圖。
圖8是表示本實施例的身體組成測定裝置的測定動作流程的流程圖。
圖9是表示本實施例的身體組成測定裝置的測定動作流程的流程圖。
圖10是初始畫面的示意圖。
圖11是身體組成測定畫面的示意圖。
圖12是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖13是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖14是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖15是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖16是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖17是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖18是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖19是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖20是圖11畫面中的部分詳細圖。
圖21是對應于本實施例的身體組成測定裝置中所用測定方法的人體阻抗的模型圖。
圖22是表示MPI的斷層圖像的取得狀態(tài)的模式圖(a)及表示切割的每個部分的組織量分布一例的圖(b)。
圖23是表示分割身體的各部分的組成模型的圖(a)及表示各組織的阻抗等價電路模型的圖(b)。
圖24是表示考慮了電纜的靜電電容的測定系統(tǒng)的模型圖。
圖25是本發(fā)明其它實施例的身體組成測定裝置主要部分的電結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來說明使用本發(fā)明的身體阻抗測定裝置的身體組成測定裝置的一實施例。
首先，在說明本實施例的身體組成測定裝置的結(jié)構(gòu)及操作之前，說明涉及本身體組成測定裝置的阻抗測定方法。圖21是對應于該測定方法的人體阻抗結(jié)構(gòu)的近似模型圖。在本實施例的裝置中，將人體細分成多個部分，通過各部分單位來求出阻抗。另外，為了提高基于阻抗的身體組成信息的推導精度，在身體組成比較一定、即容易近似為后述圓柱模型的每個部位中構(gòu)成部分。
具體而言，如圖21所示，對于除去頭部及手指頭、腳指頭的身體整體，在各肘附近將左右臂部(去除手腕以前的部分)分割成上臂部和前臂部，在各膝附近將左右腿部(去除腳腕以前的部分)分割成大腿部及小腿部。從而將四肢細分成共計8個部分，加上其中包括有胸部及腹部的軀干部，將身體整體細分成9個部分。使分別獨立的阻抗對應于這9個部分，假設(shè)如圖21所示連接各阻抗的模型。這里，將左前臂部、左上臂部、右前臂部、右上臂部、左大腿部、左小腿部、右大腿部、右小腿部及軀于部等9個部分的阻抗分別設(shè)為ZLFA、ZLUA、ZRFA、ZRUA、ZLFL、ZLCL、ZRFL、ZRCL及ZT。
為了測定這9個阻抗，對仰臣姿勢橫躺的被測者的四肢設(shè)定4個部位的電流供給點Pi1-Pi4、及8個部位的電壓測定點Pv1-Pv8。在本例中，電流供給點Pi1-Pi4是兩手表面部的中指根附近、兩腳表面部的中指根附近。另一方面，電壓測定點Pv1-Pv8是左右手腕、左右肘、左右腳腕、左右膝。其中，因為左右手腕的電壓測定點Pv1、Pv2與左右腳腕的電壓測定點Pv5、Pv6位于距軀干部相對遠的位置，所以將在這4個部位的電壓測定點測定電壓稱為遠位測定。另外，因為左右肘的電壓測定點Pv3、Pv4與左右膝的電壓測定點Pv7、Pv8位于距軀干部相對近的位置，所以將在這4個部位的電壓測定點測定電壓稱為近位測定。
選擇4個部位的電流供給點Pi1-Pi4中的兩個部位，在其間流過高頻電流，若測定規(guī)定的兩個部位電壓測定點間的電位差，則該電位差可看做是發(fā)生在1個阻抗或多個串聯(lián)連接的阻抗兩端的電位差。此時，因為不在電流通過路徑上的身體部位中基本不流過電流，所以可忽視該部位的阻抗，而看做是分別從測定對象阻抗兩端引出的單純的導線。
例如現(xiàn)在考慮在兩手的電流供給點Pi1、Pi2之間流過電流的情況。此時，兩手腕的電壓測定點Pv1、Pv2間(即遠位測定)的電位差變?yōu)閷诖?lián)連接ZLFA、ZLUA、ZRFA及ZRUA的阻抗、即左右兩臂部的阻抗的電壓。另外，兩肘的電壓測定點Pv3、Pv4間(即近位測定)的電位差變?yōu)閷诖?lián)連接ZLUA與ZRUA的阻抗、即左右兩上臂部的阻抗的電壓。另外，如上所述，通過將左右腿部及軀干部看做是單純的導線，則左手腕的電壓測定點Pv1與左腳腕的電壓測定點Pv5(或右腳腕的電壓測定點Pv6)間的電位差變?yōu)閷诖?lián)連接ZLFA與ZLUA的阻抗、即左臂部的阻抗的電壓。此外，因為可將左右大腿部及軀干部看做是單純的導線，所以左肘的電壓測定點Pv3與左膝的電壓測定點Pv7(或右膝的電壓測定點Pv8)間的電位差變?yōu)閷赯LUA的阻抗、即左上臂部的阻抗的電壓。
對其它身體部位也進行一樣的測定，若利用該測定結(jié)果，則可分別獨立地高精度求出上述9個部分的阻抗。根據(jù)如此取得的阻抗的測定值，或根據(jù)阻抗測定值與身體特定化信息，推導身體組成信息。在推導時，例如可使用活用由MRI收集到的身體組成信息后形成的推導式。
在本實施例的身體組成測定裝置中，事先通過MRI來測定身高、體重、年齡、性別等身體特定化信息不同的多個監(jiān)視器，根據(jù)測定結(jié)果，算出可靠性高的回歸分析常數(shù)，從而提高推導式自身的精度。下面，說明推導身體組成信息用的推導方法的一例。
眾所周知，可由MRI得到人體的任意部位的斷面圖像。根據(jù)該斷面圖像，可知該斷面中肌肉、脂肪、骨這些身體組織的量和各自的比率。因此，如圖22(a)所示，取得在作為對象的身體部位的長度方向以每規(guī)定厚度D切片該身體部位的斷面圖像，并根據(jù)各斷面圖像分別算出脂肪、肌肉、骨這些組織的量(面積)。結(jié)果，得到如圖22(b)所示的身體部位長度方向中各組織的面積分布，所以在長度方向上對其積分，決定該身體部位各組織的量。在本測定方法中，如上所述，因為將身體分割成9個部分，所以容易對各部分單位適用這種MRI法，并且，因為各部分可容易近似為圓柱體，所以可以高精度求出各組織的量。
就每個部分單位的身體組成推導方法，例舉去脂肪量的推導方法的一例。
對9個部分分別適用圖23(a)所示的圓柱形狀組成模型。即，設(shè)各部分具有截面積為Af的脂肪組織，截面積為Am的肌肉組織、截面積為Ab的骨組織，長度均為L。若設(shè)脂肪組織、肌肉組織及骨組織的體積電阻率分別為ρf、ρm、ρh，則脂肪組織、肌肉組織及骨組織的阻抗Zf、Zm、Zb為Zf＝ρf·(L/Af)Zm＝ρm·(L/Am)Zb＝ρb·(L/Ab)。部分單位的阻抗Z0電學上可近似為圖23(b)所示各組織的阻抗Zf、Zm、Zb的并聯(lián)模型。因此，阻抗Z0變?yōu)橄率?1)。
1/Z0＝(1/Zf)+(1/Zm)+(1/Zb)…(1)設(shè)去脂肪層的體積為VLBM，密度為DLBM。通過先行研究已知密度DLBM。去脂肪量LBM變?yōu)長BM＝V·LBM·DLBM。其中，VLBM＝ALBM·L＝(Am+Ab)·L＝ρm·(L2/Zm)+ρb·(L2/Z…(2)
。若變形式(1)后代入式(2)，則有VLBM＝ρm·L2·〔(1/Z0)-(1/Zf)〕+(ρb-ρm)·(L2/Zb) …(3)。這里，各組織的體積電阻率的關(guān)系是。ρm＜ρb＜＜ρf。
首先，若去除手腕、腳腕等遠位局部的影響進行考慮(條件A)，則可看做是Ab＜＜Am。因此，Zf(＝ρf·(L/Af))＞Zb(＝ρb·(L/Ab))＞＞Zm(＝ρm·(L/Am))＞Z0。若適用于式(3)中，則VLBM＝ρm·(L2/Z0)+(ρb-ρm)·(L2/Zb) …(4)成立。其中，因為ρm·(L2/Z0)＞＞(ρb-ρm)·(L2/Zb)，所以VLBM＝ρm·(L2/Z0)。因此，LBM＝DLBM×ρm·(L2/Z0)使用規(guī)定函數(shù)f(x)，下面關(guān)系成立。
LBM＝f(L2/Z0)另一方面，在考慮手腕、腳腕等遠位局部影響的情況下(條件B)，Ab＜Am成立。因此，ρm·(L2/Z0)＞(ρb-ρm)·(L2/Zb)＝ΔVb。通常，體重W越重，則為了保持身體，骨組織的體積Vb增加，所以可推導關(guān)系Vb∝ΔVb∝f(W)。因此，由式(4)，通過VLBM＝ρm·(L2/Z0)+(ρb-ρm)·(L2/Zb)＝ρm·(L2/Z0)+ΔVbρm·(L2/Z0)+f(W)，有LBM＝f(L2/Z0，W)。另外，考慮各組織因年齡增加引起的變化及因性別差異引起的不同等，通過多重回歸分析形成推導式時，有LBM＝a”+b”·(L2/Z0)+c”·W+d”·Ag …(5)。這里，a”、b”、c”、d”是常數(shù)(多重回歸系數(shù))，其值隨性別而不同。將通過MRI法求出的去脂肪量LBM適用于上述多重回歸分析的推導式，可以預先對每個性別求出常數(shù)a”、b”、c”、d”。
下面，例舉肌肉量的推導方法的一例。與上述去脂肪量的推導基本一樣。設(shè)肌肉層的體積為VMM，密度為DMM，則肌肉量MM為MM＝VMM·DMM若使用肌肉層的阻抗Zm，則有
VMM＝ρm·(L2/Zm)。在上述條件A下，認為是MMLBM＝a+b·(L2/Z0)+c·Ag …(6)。但是，在條件B下，為LBM＝MM+BM＝a+b·(L2/Z0)+c·W+d·Ag …(7)，在L2/Z0項中還包含肌肉量MM以外的骨BM的信息，不能分離。因此，在9個部分中，若考慮滿足條件A、B的部分，則滿足條件A的部分為上臂部、大腿部滿足條件B的部分為前臂部、小腿部。
已知上臂部與前臂部、及大腿部與小腿部各自的肌肉量間的相關(guān)對每個人是非常高的。因此，推導前臂肌肉量信息MMU、上臂肌肉量信息MMF。即，根據(jù)由MRI法算出的MMUA及MMFA的回歸分析，提取如下推導式。
MMFA＝am+bm·MMUA…(8)同樣，使用由MRI法算出的大腿肌肉量信息MMFL，推導小腿肌肉量MMCL。
MMCL＝a’m+b’m·MMFL…(9)由此，因為上臂部及大腿部等近位部分的肌肉量滿足條件A，所以可由式(6)求出。另外，通過將由式(6)求出的上臂肌肉量及大腿肌肉量適用于式(8)、(9)，可推導前臂肌肉量及小腿肌肉量。
此外，還可使用同樣的方法來求出每個部分的骨胳量。
在推算全身的去脂肪量、肌肉量、肌胳量時，如上所述，以各部分單位來推算身體組成，將推算值代入身體整體的身體組成推導式中是1個方法。另外，也可是將四肢及軀干部的部分單位看做是分別獨立的變量，并形成多重回歸式的方法。就這種使用阻抗測定值與身體特定化信息的身體組成信息及關(guān)系健康狀態(tài)的各種信息的推算方法，雖可利用本申請人在上述特愿2000-362896中提議的各種方法，但也可使用此外的方法。
下面，說明本實施例的身體組成測定裝置的結(jié)構(gòu)和操作。
圖1是本實施例的身體組成測定裝置的外觀圖。本身體組成測定裝置在被測者的身體中流過微弱的高頻電流，檢測該電流在身體中規(guī)定部位中產(chǎn)生的電壓，根據(jù)該電壓值和電流值算出阻抗，通過將該阻抗測定值和從外部輸入的身高、體重、年齡、性別等身體特定化信息用于規(guī)定推導式，進行運算處理，算出并提示被測者的體脂肪率、去脂肪量、脂肪量、體內(nèi)水分量、肌肉量、肌肉力量、骨胳量、骨密度、肥胖度、基礎(chǔ)代謝量、ADL指標值等身體組成信息或關(guān)系健康狀態(tài)的信息。
如圖1所示，本身體組成測定裝置由主要進行各種控制和數(shù)據(jù)處理的筆記本型個人計算機(下面稱為[個人計算機])1、和主要執(zhí)行阻抗測定的主體部2構(gòu)成，從主體部2的背面經(jīng)電纜4取出測定必需的電極群。商用交流電源的電源電纜經(jīng)AC-DC適配器3連接于主體部2。
電極群包含電流供給用電極(下面稱為[通電用電極])10和電壓測定用電極(下面稱為[測定用電極])11，分別將各1個作為1組，經(jīng)低感應性電纜4連接于主體部2。通電用電極10及測定用電極11都可確實且穩(wěn)定地安裝在被測者的皮膚表面上，變?yōu)槊鏍畹恼迟N式電極，以減小電極自身的阻抗(接觸電阻)。
在該身體組成測定裝置的阻抗測定中，采用4個通電用電極10及4個測定用電極11的所謂兩個一對的電極結(jié)構(gòu)。即，如后所述，在進行8個部位的電壓測定點的測定時，每結(jié)束4個部位的測定，采用檢查者將測定用電極11貼換在被測者的身上的方式。這是因為若電極個數(shù)變多，則除了裝置成本上升外，電纜纏繞，測定準備變復雜，同時，還容易產(chǎn)生對被測者的安裝錯誤。不用說，若這不成為問題，則也可構(gòu)成為從一開始就準備8個測定用電極。
圖2是本身體組成測定裝置的電結(jié)構(gòu)圖。4個通電用電極10a、10b、10c、10d經(jīng)信號線開閉繼電器201連接于通電用電極切換部202，這里，選擇連接在電流源203上的兩個電極。電流源203是發(fā)生頻率f0的恒流高頻信號的裝置，通常將頻率f0設(shè)定在10kHz-100kHz的范圍內(nèi)。另一方面，4個測定用電極11a、11b、11c、11d同樣經(jīng)信號線開閉繼電器201連接于測定用電極切換部204，這里，選擇兩個電極，將由該電極得到的信號分別輸入獨立的帶通濾波器(BPF)205中。
由該BPF205去除頻率f0以外的信號，之后，由檢波器206進行檢波、整流，提取頻率f0的信號成分。由差動放大器207差動放大并行檢波的信號，再由放大器208放大。另外，由模數(shù)(A/D)變換器209將該信號變換為數(shù)這信號，經(jīng)光耦合器210輸入CPU211。CPU211與USB端子214連接，具備進行USB接口用數(shù)據(jù)變換、反變換的功能。CPU211不僅向USB端子214發(fā)送對應于A/D變換器209的輸出信號的數(shù)據(jù)，而且根據(jù)經(jīng)USB端子214接收的控制信號，經(jīng)光耦合器210來控制電流源203的作業(yè)，同時，控制信號線開閉繼電器201及后述電源線開閉繼電器213的作業(yè)。從而，通過由光耦合器210光學連接CPU211與模擬測定電路系統(tǒng)，可防止CPU211中發(fā)生的或從個人計算機1侵入的數(shù)字噪聲進入模擬測定電路系統(tǒng)。
將連接于商用交流電源5上的AC-DC適配器3的直流電輸入主體部2，經(jīng)上述電源線開閉繼電器213連接于電源輸出端子215。因為將向個人計算機1供電用的電源電纜連接于電源輸出端子205，所以若AC-DC適配器3的直流電輸出不插入電源線開閉繼電器213，則僅通過主體部2連接于個人計算機1。
個人計算機1在內(nèi)置CPU、R0M、RAM、硬盤驅(qū)動器、電池102等的個人計算機主體101的周圍，配備鍵盤或鼠標等作為定點裝置的操作部105、作為液晶顯示器的顯示部106、軟盤驅(qū)動器(FD)裝置等的輔助存儲裝置6等，為了與打印機108連接，還具有紅外線接口(IF)104。這是因為通過不進行經(jīng)電纜的電連接，可排除來自打印機8側(cè)的電源系統(tǒng)的雜音影響，同時，即使在發(fā)生部件故障等的情況下，也可防止打印機8流入過大電流，可確實避免被測者的身體中流過異常電流的事故。另外，還在打印機8自身中裝載電池81，還考慮包含該打印機8的裝置整體可由電池驅(qū)動。
另外，個人計算機1具備標準的USB端子103。眾所周知，USB接口具有可與串行數(shù)據(jù)一起提供直流電的線，這里，個人計算機1的USB端子103具有向外部提供5V/最大500mA的電力的能力。經(jīng)USB電纜與個人計算機1連接的主體部2從個人計算機1接收上述直流電，通過DC-DC轉(zhuǎn)換器212分配給各電路。因此，主體部2中包含的所有電路被設(shè)計成最大可在5V/500mA的電力下作業(yè)。另外，由于通過DC-DC轉(zhuǎn)換器212，所以可防止通過電源的噪聲混入模擬類的測定電路。
在個人計算機1的硬盤驅(qū)動器中，存儲進行阻抗測定及根據(jù)該測定值來推導上述各種身體組成信息或關(guān)系健康狀態(tài)的各種信息用的運算處理的運算程序、和執(zhí)行這些測定用的控制程序。根據(jù)經(jīng)操作部105從外部提供的指示，執(zhí)行上述程序，從而具體化后述阻抗測定及其后的各種運算處理或顯示處理等。
本身體組成測定裝置的特征中任一項在于，對連接于通電用電極10及測定用電極11上的各電纜4、即各信號路徑設(shè)置自由開閉的信號線開閉繼電器201，及對經(jīng)AC-DC適配器3連接于商用交流電源5上的電源供給路徑設(shè)置自由開閉的電源線開閉繼電器213。信號線開閉繼電器201的目的在于在測定被測者的身體阻抗期間以外，通過從主體部2上實質(zhì)分開所有電極10、11，即使在發(fā)生電路系統(tǒng)故障或缺陷的情況下，也可防止經(jīng)電極10、11在被測者的身體中流過不期望的電流。即，確保被測者的安全性。
另一方面，電源線開閉繼電器213目的中任一項在于在上述阻抗測定時，從主體部2及個人計算機1上實質(zhì)分開商用交流電源5，截斷經(jīng)商用交流電源5從外部侵入的噪聲。即，抑制阻抗測定時的噪聲，以較高精度進行測定。另外，目的在于在阻抗測定時，即測定電路系統(tǒng)經(jīng)電極10、11連接在身體上時，通過分開商用交流電源5，即使在發(fā)生電路系統(tǒng)故障或缺陷的情況下，也可至少防止100V的交流電流漏出到身體。即，與上述信號線開閉繼電器201實現(xiàn)雙重的安全對策。測定時的具體作業(yè)如后所述。
在本身體組成測定裝置中，因為必需將電極安裝在上述身體各部上，所以從主體部2引出的電纜4必須很長。通常，將如此引出的長電纜用作天線，可拾取來自外部的感應噪聲。在進行高精度測定中，必需盡可能抑制這種感應噪聲。另外，電纜4(嚴格地說是信號路徑)自身具有寄生電容等靜電電容，若這種電容與生物電阻抗混同，則成為使測定精度惡化的一個原因。因此，在本實施例的裝置中，為了抑制感應噪聲及排除電纜自身的電容影響，采用特別的結(jié)構(gòu)。
圖3(a)是本裝置中使用的電纜4的外觀圖，圖3(b)是圖3(a)中a-a’箭頭所示切割線的截面圖。如圖3(a)所示，在電纜4中，在2芯屏蔽電纜42的一端裝配與主體部2連接用的圓柱型插頭41，在另一端上裝配分支成分別與2條芯線連通的單線電纜44的分支模型43。在該單線電纜44的末端裝配電極裝配用插頭45。單線電纜44與插頭45的裝配具有圖3(c)所示截面結(jié)構(gòu)，單線電纜44的芯線441通過焊接(符號46的部位)與插頭45的棒狀導體部452固定。該固定部分埋設(shè)在插頭45的樹脂制殼441中，但為了防止單線電纜44旋轉(zhuǎn)導致斷路，夾持殼441與單線電纜44的交界通過熱收縮管47進行固定。也可由粘接劑模型來取代熱收縮管，進行該固定。
如圖3(b)所示，2芯屏蔽線具有如下結(jié)構(gòu)，即，在與包圍形成第1、第2芯線的導體421周圍的內(nèi)部封裝423的間隙中填充由具有75-80％左右發(fā)泡率的發(fā)泡聚乙烯樹脂構(gòu)成的絕緣體422。這種構(gòu)造體2條并列，并插入2條夾雜絲424，之后用紙帶425覆蓋。在其外側(cè)，將橫卷屏蔽線426設(shè)置成圓筒狀，用外部封裝427來覆蓋該外側(cè)。在本裝置中，整體電纜長度約為200cm，2芯屏蔽線的電纜長度約為160cm，4條都一樣。
通過這種結(jié)構(gòu)，在抑制電纜的靜電電容的同時，還可抑制多個電纜間的差異，此外，還可抑制彎曲時由拉開附加應力時的電容變化。具體而言，實現(xiàn)如下的各特性。
·電纜電容(在頻率50kHz時)小于100pF·彎曲時的電容變化小于±10pF(在電纜的3個部位各執(zhí)行20次在附加300g拉伸負載狀態(tài)下的彎曲角度±60°實驗時的前后電容變化)·施加拉伸應力前后的電容變化小于±10pF(在附加500g拉伸負載狀態(tài)下放置60秒前后的電容變化)另外，將安裝在四肢中同一上肢部或下肢部中的通電用電極與測定用電極做為一對，連接于該一對電極上的信號路徑用同一電纜的第1芯線、第2芯線。例如，構(gòu)成為將某一電纜的第1芯線用作到達右手用通電用電極的信號路徑，將第2芯線用作到達右手用測定用電極的信號路徑。因此，到達4個測定用電極11a-11d的信號路徑被容納在各不相同的電纜的屏蔽內(nèi)。從而，右可減小電壓測定時兩測定用電極間的靜電電容的同時，可抑制電壓測定時的噪聲影響。
此外，4條電纜的各屏蔽線在主體部2的入口附近被彼此短路，其接地電位基本相同。由此，當切換測定用電極切換部204并將兩個測定用電極及到達測定用電極的電纜4連接于后級的測定電路上時，可將并列施加到被測者身體上的電纜4的所有靜電電容維持在基本恒定。
另外，在本例中，雖使用具有75-80％左右發(fā)泡率的發(fā)泡聚乙烯樹脂來作為絕緣體422，但這僅是一例。
通常，由下式來求出2芯電纜的靜電電容。
C＝12.08×εe/Log10(1.2×B/K1×D) 〔pF/m〕B導體間隔[mm]、K1內(nèi)部導體X實效直徑系數(shù)、D導體外徑[mm]即，靜電電容C與實效比介電常數(shù)εe成正比。其中，因為是εe＝εA1-vεA電介質(zhì)的比介電常數(shù)、V發(fā)泡率(空氣占有率)所以，在比介電常數(shù)低的材料中，發(fā)泡率越高，靜電電容C越小。但是，因為發(fā)泡率越高，則耐應力性等越差，所以最好考慮各種條件來決定材料和發(fā)泡率。
在本實施例的身體組成測定裝置中，通過如上考慮，在抑制電纜4自身的靜電電容的同時，可減輕感應噪聲的侵入，但電纜4自身的靜電電容未變?yōu)榱?。另外，在進行高精度測定的情況下，不僅電纜4，還不能忽視構(gòu)成測定用電極切換部204的模擬開關(guān)的靜電電容等。因此，在本實施例的身體組成測定裝置中，在算出阻抗的運算過程中，進行去除上述電纜4或模擬開關(guān)的靜電電容影響的補正處理。
下面，說明該靜電電容的補正處理方法。假設(shè)圖24所示模型來作為考慮電纜(如上所述，雖然實際上除了電纜外還存在模擬開關(guān)的電容等，但這些統(tǒng)稱為電纜的電容)的情況下的模型。根據(jù)該模型，由測定得到的阻抗Zm變?yōu)閷㈦娎|電容Cc并聯(lián)連接于生物電阻抗Z0上。
對于這種模型，Zm、Z0、R、C、Cc的關(guān)系如下。Z0=R1+(ω·C·R)2---(11)]]>Zm=R1+[ω·(C+Cc)·R]2---(12)]]>
這里，若設(shè)C+Cc＝Ca，則上述式(12)可改寫為下式(13)。Zm=R1+(ω·Ca·R)2---(13)]]>由式(11)，導出下式(14)。Z02=R21+(ω·C·R)2---(14)]]>另外，由式(12)，有Zm2=R21+(ω·Ca·R)2]]>若變形，則導出下式(15)。R2=Zm21-(ω·Ca·Zm)2---(15)]]>若將式(15)代入式(14)并進行整理，則有Z02=Zm21-(ω·Zm)2·(Ca2-C2)]]>，Z0變?yōu)橄率?16)。Z0=Zm1-(ω·Zm)2·(Ca2-C2)---(16)]]>即，式(16)是從測定被測者的結(jié)果得到的阻抗的測定值Zm中去除電纜電容Cc的影響后，算出生物電阻抗Z0的補正式。這里，作為C值，采用事先實驗測定的電容平均值，看做與身體部位無關(guān)的定值，恒定。另外，電容Cc例如可通過將具有已知值的電容及電阻連接于電纜4的末端后，通過阻抗計等事先測定電纜。
另外，在上述補正式中，實際上不僅電纜4具有的靜電電容，而且可補正圖24中從身體側(cè)看裝置的靜電電容、即2個測定用電極11間的裝置側(cè)的輸入電容整體。即，該電容中，除電纜電容外，還包含模擬開關(guān)(圖2中的測定用電極切換部204)的輸入靜電電容、構(gòu)成后級BPF205的例如運算放大器的輸入靜電電容等。另外，電纜4中不僅電容成分，還存在電阻成分，它們占阻抗的比例低，實際上，即使忽視也無所謂，不用說，也可考慮該電阻分量來形成補正式。
另外，本實施例的身體組成測定裝置的另一特征在于其外觀上的結(jié)構(gòu)。圖4是本身體組成測定裝置主體部2的上面俯視圖，圖5是主體部的正面俯視圖，圖6是側(cè)面俯視圖。另外，圖7是在主體部2上裝載個人計算機1的通常使用狀態(tài)下的主視圖。
作為本實施例的身體組成測定裝置的外觀特征，主體部2的箱形狀殼體21在其頂面中具有橫向延伸的凹部22。該凹部22形成為前后方向的寬度W1比恰好比個人計算機1中準備的外帶FD裝置6的殼體寬度大一些，另外，凹部22的深度W2比FD裝置6的高度大一些。由此，如圖6所示，F(xiàn)D裝置6完全收容在凹部22的內(nèi)部。另外，在凹部22內(nèi)的底面中突設(shè)規(guī)定FD裝置6的后方位置用的止動件23，一旦FD裝置6的后面抵接于止動件23來進行容納時，F(xiàn)D裝置6的前面與主體部2的殼體21側(cè)面大致齊面。另外，在凹部22內(nèi)的底面中具備固定連接FD裝置6與個人計算機1用電纜7的固定件24。該固定件24用于分別固定電纜的兩端附近，如圖4所示，可在將電纜7容納在凹部22內(nèi)的狀態(tài)下進行固定。另外，在殼體21的頂面前邊緣部及后邊緣部分別突設(shè)止動件25，在頂面上載置個人計算機1時，可進行前后方向的位置確定。
如上所述，因為FD裝置6整個收藏在凹部22內(nèi)，不突出于殼體21的頂面，所以可在頂面上穩(wěn)定載置個人計算機1。另外，在想使用FD裝置6的情況下，可從固定電纜7一端的固定件24中取出電纜7，如圖7所示，原樣連接到個人計算機1的端子上。因為FD裝置6由止動件23規(guī)定后方位置，所以例如在軟盤出入時，即使指壓FD裝置6的前面也不會后退。
從而，在本實施例的身體組成測定裝置中，可將個人計算機1的外帶FD裝置容納在主體部2的殼體的一部分中，并且在使用時也可在該狀態(tài)下使用，所以無論是何場所，都具有良好的操作性。另外，將個人計算機1和FD裝置6層載于主體部1上并一體化，尤其是通過止動件25來在前后方向上規(guī)定個人計算機1的滑動，所以在搬運時可僅持主體部2來進行運送。
在圖2的電結(jié)構(gòu)中，因為在差動放大器207之前配置BPF205及檢波部206，所以必需在兩個系統(tǒng)的輸入路徑中分別設(shè)置這些電路，但也可構(gòu)成為如圖25所示，在差動放大器207的后級配置BPF205及檢波部206。在圖25的結(jié)構(gòu)中，因為通過差動放大器207來抵消共模噪聲，所以具有難以受到噪聲影響的優(yōu)點。另一方面，在圖2的結(jié)構(gòu)中，因為難以受到電纜或電路的雜散容量的影響，即使經(jīng)測定用電極連接在BPF205輸入上的兩個負載不平衡的情況下，相位旋轉(zhuǎn)也少，所以具有可減小測定誤差的優(yōu)點。
下面，說明關(guān)于本身體組成測定裝置的實際測定操作的一例。圖8及圖9是表示本身體組成測定裝置中上述9個部分每一個的阻抗測定及使用該測定值來推算身體組成信息時的測定動作的流程圖。
一旦檢查者等接通個人計算機1的電源開關(guān)(步驟S1)，則個人計算機1啟動，執(zhí)行包含各種初始化處理、電池102的余量檢測處理、測定電路系統(tǒng)的自測處理等測定準備處理(步驟S2)。一旦測定準備處理結(jié)束，則在顯示部106中顯示圖10所示的初始畫面A(步驟S3)。
在初始畫面A中，含有包含模擬電池的電池標志圖像的電池余量顯示部A1；和通過文字知道電池余量狀態(tài)的信息顯示部A3，通過電池標志圖像的涂滿部分的面積或顏色、數(shù)值顯示等知道電池余量，同時，在余量不足的情況下，顯示充電促進信息。另外，在初始畫面A中，含有知道測定電路系統(tǒng)的檢查結(jié)果的測定電路檢查結(jié)果顯示部A2；和通過文字知道該結(jié)果的信息顯示部A4，在知道測定電路系統(tǒng)檢查有無異常的同時，知道有異常情況下的異常部位。
在電池102的余量在規(guī)定以上(例如10％以上)且測定電路系統(tǒng)不正常時，不前進到以后的測定處理。在例如電池102的余量不足的情況下，若通過將AC-DC適配器3的電源插頭插入商用交流電源5的插口中來開始通電，另一方面，若在測定電路系統(tǒng)中有異常的情況下修正異常部位，則可前進到步驟S4以后的處理。
在電池102的余量在規(guī)定以上且測定電路系統(tǒng)正常時，在初始畫面A上，一旦檢查者通過鼠標等定點裝置選擇操作功能按鈕A5或在鍵盤上進行具有同樣功能的操作(步驟S4)，則移動到身體組成測定模式。此時，將顯示部106的畫面切換成身體組成測定畫面B(步驟S5)。
圖11是身體組成測定畫面B的示意結(jié)構(gòu)圖，圖12-圖20是該畫面B中的主要部分的詳細圖。
在進行身體組成測定的情況下，作為推薦的測定條件，被測者采取在床等上仰臥姿勢。，此時，在排除體內(nèi)體液平衡變動的影響中，最好以該姿勢確保5分鐘左右的安靜時間。另外，四肢盡可能伸直，成30度左右的角度打開的姿勢，使兩臂部不接觸軀干部，另外，兩腿部彼此也不接觸。
在顯示部106中顯示身體組成測定畫面B的狀態(tài)下，若檢查者選擇指示功能按鈕B12，則在圖12所示的身體信息顯示部B1中，通過游標閃爍來指示應輸入到輸入顯示被測者姓名及識別符(ID)、性別、年齡、身高及體重等身體特定化信息用的文本框中的項目。若檢查者看見后進行鍵輸入，則除被測者的姓名或識別序號外，輸入身體特定化信息(步驟S6)。
一旦輸入上述身高項目，則根據(jù)規(guī)定的計算式來推算左右四肢長度，將結(jié)果顯示在圖14所示的四肢長度顯示部B3的文本框內(nèi)。例如，在想輸入實際測量被測者的四肢長度的情況下，若選擇指示功能按鈕B14，則因為在四肢長度顯示部B3中，通過游標閃爍來指示應輸入到文本框中的項目，所以只要變更數(shù)值即可(步驟S7)。在不進行這種變更的情況下，將上述計算值作為四肢長度尺寸用于后述的運算處理中。
另外，檢查者選擇指示測定部位選擇功能按鈕B13，并在圖13所示測定部位顯示部B2的文本框中選擇[遠位]、[近位]、或[遠位→近位]測定中任一項。其中，因為進行在先描述的9個部分的測定，所以選擇[遠位→近位]測定，但也可僅選擇[遠位]或[近位]。
在輸入所有身體特定化信息的情況下，判斷為輸入完成(步驟S9為[Y])，在圖15所示電極粘貼位置顯示部B5中進行應指示遠位測定的電極安裝位置的顯示(步驟S10)。即，在電極粘貼位置顯示部B5中，顯示將去除頭部和手端、腳端的身體分割成9個部分的身體模式圖，重疊于其上，用符號“■”來繪出通電用電極10的安裝位置，用符號“測定用電極11的安裝位置。在遠位測定待機時，如圖15(a)所示，在兩手腕、兩腳腕中顯示表示測定用電極安裝位置的符號“符號“■”。因此，檢查者參照該顯示在被測者的身體上安裝通電用電極10及測定用電極11。
在安裝完電極10、11后，檢查者操作啟動功能按鈕B15，指示測定開始(步驟S11)。對應于該操作，自動開始測定，但首先在測定之前，打開電源線開閉繼電器213(步驟S12)，稍晚些后，關(guān)閉信號線開閉繼電器201(步驟S13)。由此，首先，從主體部2分開商用交流電源5，之后，將電極10、11連接在主體部2上。因此，即使萬一存在什么問題，來自商用交流電源5的100V交流電流也不會漏出到被測者的身體中。另外，在以后的測定期間中，還可防止從商用交流電源5混入噪聲。
之后，通過通電用電極切換部202、測定用電極切換部204，適當切換通電用電極10及測定用電極11，使測定部位按右臂部、左臂部、右腿部、左腿部、軀干部依次移動。另外，在選擇的兩個通電用電極10間流過微弱的高頻電流，由兩個測定用電極11來依次測定該電流產(chǎn)生的電位。另外，在電極粘貼位置顯示部B5的身體模式圖中，在測定前分別以灰色來閃爍顯示作為測定對象的所有部分，對測定結(jié)束后的每個部分變?yōu)榫G色點亮顯示。從而，僅通過觀察顯示狀態(tài)就可知道測定的進行狀況。
當測定1個部位的部位阻抗時，等待，直到阻抗變?yōu)橐欢ǔ潭确€(wěn)定狀態(tài)為止。之后，將測定值取入存儲器。但是，例如測定值始終不穩(wěn)定，盡管經(jīng)過規(guī)定時間仍沒有結(jié)束1個部位的測定的情況下，判斷為不能測定(步驟S15)。另一方面，當結(jié)束所有5個測定部位的測定，或經(jīng)過規(guī)定時間時，若譬如1個部位結(jié)束測定，則判斷為測定結(jié)束(步驟S17)。當判斷為不能測定的情況下，因為認為測定中有些異常，所以在身體組成測定畫面B中的信息顯示部B112中顯示意味著不能測定、發(fā)生異常等錯誤的信息(步驟S16)，結(jié)束測定。
通過上述步驟S15的處理，可避免因為測定狀態(tài)不穩(wěn)定而導致測定異常拖延。即，一定程度上，經(jīng)過測定時間并已結(jié)束對幾個部位(實際上也可是1個)的測定的情況下，僅利用測定完的數(shù)據(jù)來推導未測定部位的值，結(jié)束阻抗測定自身。由此，不會加重對被測者的無理負擔。
若測定結(jié)束，則打開信號線開閉繼電器201(步驟S18)，從主體部2分開電極10、11。稍后關(guān)閉電源線開閉繼電器213(步驟S19)，將連接于商用交流電源5上的AD-DC適配器3連接于主體部2。因此，電極10、11僅在單純進行阻抗測定期間，即包含在被測者的身體中流過電流、測量該電流產(chǎn)生的電壓期間的極短期間內(nèi)連接于測定電路系統(tǒng)上。另外，在阻抗測定期間內(nèi)，分開商用交流電源5，主體部2及個人計算機1通過從電池102提供的直流電動作。
之后，將測定得到的對5個測定部位(遠位測定中為右臂部、左臂部、右腿部、左腿部、軀干部)的阻抗和身體特定化信息適用于規(guī)定推算式或與之相當?shù)淖儞Q表格等中，進行運算處理，算出身體組成、四肢肌肉量、ADL指標值、體形判斷等(步驟S20)。在此時的運算處理中，可利用通過上述MRI法得到的利用身體組成信息的推算式，但推導方法未必限于此。另外，在僅結(jié)束遠位測定的階段中，不進行將臂部、腿部分別分割成上臂部及前臂部、大腿部及小腿部的精密推算，利用身體特定化信息等，算出對應于各部分的估計推導值。
如上所述，將上述運算處理結(jié)果得到的數(shù)值顯示在身體組成測定畫面B中的測定結(jié)果顯示部B6、測定值顯示部B7、ADL指標值顯示部B8、肌肉量顯示部B9、及體形顯示部B10中(步驟S21)。
即，各部分的阻抗顯示于圖17所示測定值顯示部B7的左欄中。另外，表示全身身體組成的信息顯示在圖16所示測定結(jié)果顯示部B6中。這里，在模擬人體的1個圓曲線內(nèi)表示脂肪、肌肉、骨胳及其它比率、脂肪及去脂肪的比率、脂肪、水分及其它比率等3種身體組成比率，除此之外，還顯示根據(jù)體重或身高等身體特定化信息算出的體格指數(shù)(BMI)、肥胖度、基礎(chǔ)代謝量的推算值。
另外，在圖19所示的肌肉量顯示部B9中，以棒狀曲線顯示每一個左右上臂部、前臂部、臂部、大腿部、小腿部、腿部的肌肉量的推導值，同時還顯示表示左右平衡度的左右肌肉量比率或臂部與腿部的肌肉量比率。從而，視覺上可容易理解左右肌肉的平衡，例如除了解好使的手、好使的腳為左右哪一個外，當左右平衡不自然地不正常時，可供簡易地判斷健康狀態(tài)中存在什么問題等。
此外，在圖18所示ADL指標值顯示部B8中，作為測定日常生活能力的ADI指標值，顯示左右各自的大腿四頭肌量、大腿四頭肌最大肌肉力量、體重支持指數(shù)的推算值。在圖20所示的體形顯示部B10中，對應于根據(jù)作為身體特定化信息輸入的體重W及身高H算出的體格指數(shù)(BMIW/H2)，將外觀上的體形區(qū)分成瘦、標準或粗壯中任一項來顯示，同時，還根據(jù)作為測定結(jié)果的體脂肪率來將帶脂肪的狀態(tài)區(qū)分為薄脂肪、一般脂肪或者厚脂肪中任一項來顯示。另外，盡管未結(jié)束遠位及近位所有測定，但在結(jié)束遠位測定的時刻，可顯示在該時刻可推導的信息。
一旦遠位測定結(jié)束，則在電極粘貼位置顯示部B5的身體模式圖中，將測定用電極11的安裝位置變更到圖15(b)所示的近位位置(步驟S22)。具體而言，將顯示于左右手腕及腳腕的顯示符號變更到左右肘及膝。檢查者確認該顯示變更，將4個測定用電極11粘貼在被測者的左右肘及膝上。之后，再次操作啟動功能按鈕B15來指示測定開始(步驟S23)。
隨后，通過相當于上述遠位測定中的步驟S12-S19的步驟S24-31的處理，執(zhí)行四肢及軀干部的近位阻抗測定。此時，因為集合遠位測定的結(jié)果與近位測定的結(jié)果，所以可得到對應于9個部分的阻抗測定值。因此，在步驟S32的運算處理中，可以比之前的遠位測定結(jié)束時還高的精度來推算身體組成等各信息。用該算出的數(shù)值代替已顯示的值顯示于身體組成測定畫面B中的測定值顯示部B7、測定結(jié)果顯示部B6、ADL指標值顯示部B8、肌肉量顯示部B9及體形顯示部10中(步驟S33)，結(jié)束測定。
從而，在本身體組成測定裝置中，可以較短時間內(nèi)高精度地求出反映身體組成或健康狀態(tài)的各種信息。因此，由于被測者也可減輕身體、精神上的負擔，檢查者只要按照顯示于在中途貼換電極的作業(yè)必需的畫面中的指示來確定安裝位置即可，所以操作或作業(yè)不困難麻煩，可方便進行測定。并且，作為測定結(jié)果得到的信息不停留于體脂肪量或肌肉量等身體組成信息，也可得到ADL指標值、肌肉量的左右半身、上下半身平衡等反映健康狀態(tài)的信息，可以有效活用于健康管理、運動訓練、康復等各種用途中。
根據(jù)本發(fā)明的身體阻抗測定裝置也可僅具有上述實施例記載的身體組成測定裝置的部分結(jié)構(gòu)，僅實現(xiàn)部分功能。即，上述實施例僅是本發(fā)明的一例，可知在不脫離本發(fā)明精神的范圍中，即使進行各種形態(tài)的變形或修正，也都包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種身體阻抗測定裝置，具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于具備a)電力變換單元，將來自商用交流電源的交流電變換為直流電；b)蓄電單元，儲蓄變換后的直流電，至少在沒有上述交流電供給的情況下，作為該裝置的驅(qū)動電力；c)電源路徑開閉單元，自由關(guān)閉、打開連接商用交流電源與上述電力變換單元或連接該電力變換單元與上述蓄電單元的電源路徑；和d)控制單元，至少在身體中通電并測量電壓的期間中，打開上述電源路徑開閉單元，從上述蓄電單元向該裝置的各電路提供驅(qū)動電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于還具備信號路徑開閉單元，自由關(guān)閉、打開分別連接上述測定部中包含的測定電路部與上述通電用電極及測定用電極的信號路徑，上述控制單元在身體中通電并測量電壓期間以外的期間，打開上述信號路徑開閉單元，從上述測定電路部中分開上述通電用電極及測定用電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述控制單元在向身體通電前，首先打開電源路徑開閉單元，從本裝置中分開商用電流電源，之后，關(guān)閉信號路徑開閉單元，將通電用電極及測定用電極連接于測量電路部，相反，在通電結(jié)束后，首先打開信號路徑開閉單元，從測定電路部中分開通電用電極及測定用電極，之后，關(guān)閉電源路徑開閉單元，將商用交流電源連接于本裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述電源路徑開閉單元和/或信號路徑開閉單元是電磁繼電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述電源路徑開閉單元和/或信號路徑開閉單元是在向身體通電時不需要打開或關(guān)閉用驅(qū)動電流的電磁繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于通過通用個人計算機執(zhí)行規(guī)定控制程序來具體化上述運算部進行的運算處理，同時，將上述測定部配置在具有與上述個人計算機彼此自由通信的相同殼體的主體部內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述蓄電單元是內(nèi)置于個人計算機中的電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述個人計算機與主體部間的通信單元是串行接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述通信單元是符合USB標準的接口，經(jīng)該接口從個人計算機側(cè)接受上述主體部的驅(qū)動電力。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于還具備打印測定結(jié)果等的打印單元，以無線方式來進行上述個人計算機與該打印單元之間的通信。
11.一種身體阻抗測定裝置，具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于設(shè)通電用電極與測定用電極的個數(shù)相同，將通電用電極與測定用電極各1個設(shè)為1組，將作為2芯屏蔽線的電纜的第1芯線設(shè)為連接通電用電極與測定電路部的信號線，將第2芯線設(shè)為連接測定用電極與上述測定電路部的信號線，并且多條上述電纜規(guī)格相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于使用發(fā)泡性封裝材料作為間隔上述2芯屏蔽線的兩條芯線的絕緣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于連接于同一電纜的第1及第2芯線上的通電用電極與測定用電極安裝在被測者的身體的同一四肢上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于將設(shè)置的多個上述電纜的長度大致相同地配置。
15.一種身體阻抗測定裝置，具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于使用預定的基準電阻及電容來測定從測定用電極側(cè)看測定部側(cè)的輸入阻抗，根據(jù)測定值與上述基準電阻及電容值來求出去除上述輸入阻抗影響的補正式，在實際測定時，上述運算部根據(jù)上述測定部的測量結(jié)果，由該補正式來修正算出的阻抗值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述輸入阻抗包含連接上述測定用電極與上述測定部的電纜的靜電電容。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述輸入阻抗包含上述測定部的電路系統(tǒng)的輸入阻抗。
18.一種身體阻抗測定裝置，具備測定部，通過接觸被測者身體的通電用電極，在該身體中流過微弱電流，并通過接觸身體的測定用電極來測量由此產(chǎn)生的電壓；和運算部，根據(jù)通過身體的電流值及測量的電壓值，算出身體的阻抗，其特征在于將上述測定部中包含的測定電路部容納在箱形狀的殼體內(nèi)部，同時，通過筆記本型個人計算機執(zhí)行規(guī)定的控制程序來具體化上述運算部的運算處理，在上述殼體的頂面形成可容納連接于上述筆記本型個人計算機上使用的外圍裝置的凹部，在將該外圍裝置容納在該凹部中的狀態(tài)下，在該頂面中可載置使用上述筆記本型個人計算機。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述外圍裝置是上述筆記本型個人計算機的輔助存儲裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述凹部具有在與上述外圍裝置同時還可容納連接該外圍裝置與筆記本型個人計算機的電纜的大小，并且具備進行該外圍裝置的位置確定的位置確定部、和可自由裝卸地固定上述電纜的電纜固定部。
21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于上述殼體的頂面具有比上述筆記本型個人計算機的底面還寬的面積，在該頂面中設(shè)置進行該筆記本型個人計算機位置確定的計算機位置確定部。
22.根據(jù)權(quán)利要求18-21中任一項所述的身體阻抗測定裝置，其特征在于在上述殼體的頂面中設(shè)置自由拆卸固定上述筆記本型個人計算機的計算機固定部。
全文摘要
設(shè)置開閉連接測定電路系統(tǒng)與電極的信號路徑的繼電器201，同時，設(shè)置開閉來自連接于商用交流電源5上的AC－DC適配器3的直流電源線的繼電器213。在測定阻抗時，在被測者的身體中流過電流之前，打開繼電器213，從主體2及個人計算機1上分開商用交流電源5，通過來自電池102的直流電來驅(qū)動各電路。之后，關(guān)閉繼電器201，連接主體部2的測定電路與電極10、11，通過電極10，在被測者的身體中流過微弱電流，由電極11測定該電流在身體中產(chǎn)生的電壓。若測定結(jié)束，則在打開繼電器201后，關(guān)閉繼電器213，并根據(jù)阻抗的測定值及身體特定化信息來進行運算處理，算出、顯示身體組成信息。從而，在高精度求出被測者的肌肉量等的同時，可確實防止測定時的電擊事故。
文檔編號A61B5/053GK1474668SQ01819202
公開日2004年2月11日 申請日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者增尾善久, 吉田一彥, 彥 申請人:株式會社阿托哈本9