JPH073444B2 - 導電性測定装置 - Google Patents
導電性測定装置Info
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- JPH073444B2 JPH073444B2 JP62271351A JP27135187A JPH073444B2 JP H073444 B2 JPH073444 B2 JP H073444B2 JP 62271351 A JP62271351 A JP 62271351A JP 27135187 A JP27135187 A JP 27135187A JP H073444 B2 JPH073444 B2 JP H073444B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] 表面と内部との水分含有量等によって異なる導電性を持
つ生体の皮膚の如き被検体において、特定の電極を被検
体に非破壊的に接触・測定し演算することによって、そ
れぞれの値を検出できる簡便な測定装置を提供しようと
するものである。
つ生体の皮膚の如き被検体において、特定の電極を被検
体に非破壊的に接触・測定し演算することによって、そ
れぞれの値を検出できる簡便な測定装置を提供しようと
するものである。
[従来の技術] 例えば測定対象を地面とした場合の接地抵抗の測定に
は、コーラッシュブリッジ法やウイーヘルト法などの方
式が試みられ、電位差形式接地抵抗系あるいは定電流式
接地抵抗系などが利用されているが、これらの測定法に
よって表層や内部の導電度測定を行う場合の電極は、例
えば地面にアース棒を打込むなどの破壊的な手段を前提
にしており生体等には使用し難く、また含有水分量や血
液等によって異なる生体等の被検体の表面と内部の導電
性の測定に利用することは無理がある。
は、コーラッシュブリッジ法やウイーヘルト法などの方
式が試みられ、電位差形式接地抵抗系あるいは定電流式
接地抵抗系などが利用されているが、これらの測定法に
よって表層や内部の導電度測定を行う場合の電極は、例
えば地面にアース棒を打込むなどの破壊的な手段を前提
にしており生体等には使用し難く、また含有水分量や血
液等によって異なる生体等の被検体の表面と内部の導電
性の測定に利用することは無理がある。
また金属のように導電性の高い物質であれば高周波によ
る表皮効果によって表面部分と深部とをある程度分離し
て測定することができるが、導電性の小さなものに対し
ては効果が小さく、かつその効果を得るための周波数は
非常に高くなる。
る表皮効果によって表面部分と深部とをある程度分離し
て測定することができるが、導電性の小さなものに対し
ては効果が小さく、かつその効果を得るための周波数は
非常に高くなる。
近年、皮膚科学の上から皮膚の導電度の測定が要求され
ているが、実際の皮膚は発汗の無いときには電気固有抵
抗が大きく、表面から内部に行く従ってかなり複雑な導
電性を示すのが普通であり、また生体内部の電気的性状
も刻々と変化するものであるから、一概に簡単なモデル
や等価回路で模擬することは難しい被検体である。
ているが、実際の皮膚は発汗の無いときには電気固有抵
抗が大きく、表面から内部に行く従ってかなり複雑な導
電性を示すのが普通であり、また生体内部の電気的性状
も刻々と変化するものであるから、一概に簡単なモデル
や等価回路で模擬することは難しい被検体である。
しかるに従来の測定手段においては内部の導電性を知る
ことは困難であり、表面に電極を当てゝ導電度を測定す
るしか方法が無かったので、表面と内部の混在した導電
度の情報しか得られなかった。
ことは困難であり、表面に電極を当てゝ導電度を測定す
るしか方法が無かったので、表面と内部の混在した導電
度の情報しか得られなかった。
なお、生体の皮膚おける皮下細胞の細胞膜は非常に静電
容量(1μF/Cm2)が大きく絶縁体と見做せるので、印
加する電源周波数が低い間は細胞間の生理液のみが導電
性に寄与するが、周波数型が高くなると細胞膜を通して
細胞内液にも電流が流れるようになるといわれている。
(例えば金井寛:インピーダンス計測の基礎と臨床への
応用、臨床検査誌、PP.421〜429,VOL.26,NO.4,1982-4参
照)。
容量(1μF/Cm2)が大きく絶縁体と見做せるので、印
加する電源周波数が低い間は細胞間の生理液のみが導電
性に寄与するが、周波数型が高くなると細胞膜を通して
細胞内液にも電流が流れるようになるといわれている。
(例えば金井寛:インピーダンス計測の基礎と臨床への
応用、臨床検査誌、PP.421〜429,VOL.26,NO.4,1982-4参
照)。
従って電極間の印加電圧としては、表面電流の測定には
低い周波数のものを、また静電容量の大きい皮下の細胞
膜に達する深部電流の測定には高い周波数のものを使用
する方が効果的であるといわれている。
低い周波数のものを、また静電容量の大きい皮下の細胞
膜に達する深部電流の測定には高い周波数のものを使用
する方が効果的であるといわれている。
このように、従来は皮膚の表面から電極を接触させて測
定する所謂非破壊的な手法おいては、その表面から内部
の導電性を検出することは極めて困難なことゝされてき
た。
定する所謂非破壊的な手法おいては、その表面から内部
の導電性を検出することは極めて困難なことゝされてき
た。
[発明の概要] 本発明の導電性測定装置は、発信側と受信側との一対の
測定用電極の間にスイッチとにより接続状態にできる低
電位の中間電極を配置したもので、一般的には前記発信
側と受信側との測定用電極および中間電極の各電極を同
心円状に配置し、これらを一体化してプローブにする如
く構成が多い。
測定用電極の間にスイッチとにより接続状態にできる低
電位の中間電極を配置したもので、一般的には前記発信
側と受信側との測定用電極および中間電極の各電極を同
心円状に配置し、これらを一体化してプローブにする如
く構成が多い。
そして、これらの各電極を被検体と接触させ、前記中間
電極に係わるスイッチにより中間電極を接続状態と開放
状態にして測定した電流値から、前記被検体の表面と内
部の導電性を知ることができるように構成したことを特
徴とするものである。
電極に係わるスイッチにより中間電極を接続状態と開放
状態にして測定した電流値から、前記被検体の表面と内
部の導電性を知ることができるように構成したことを特
徴とするものである。
本発明の装置は、前記プローブにFM送信器または光送信
器と電源電池を装填し、本体に装備したFM受信器あるい
は光受信器に測定データを伝送するか、プローブにメモ
リと電池などを内蔵して測定データをメモリに格納して
おき、本体と合体したときにメモリ内のデータを本体に
転送して測定結果を判定するように構成することによ
り、所謂コードレスで測定結果を判定することも可能で
ある。
器と電源電池を装填し、本体に装備したFM受信器あるい
は光受信器に測定データを伝送するか、プローブにメモ
リと電池などを内蔵して測定データをメモリに格納して
おき、本体と合体したときにメモリ内のデータを本体に
転送して測定結果を判定するように構成することによ
り、所謂コードレスで測定結果を判定することも可能で
ある。
さらに前記被検体の内部導電性の測定時と、表面導電性
の測定時において電極に印加する発信出力の周波数を表
面の測定時に比し高く設定したり、あるいは前記各電極
を前記被検体の表面形状に対応して接触するように導電
性柔軟材で構成することも可能である。
の測定時において電極に印加する発信出力の周波数を表
面の測定時に比し高く設定したり、あるいは前記各電極
を前記被検体の表面形状に対応して接触するように導電
性柔軟材で構成することも可能である。
[発明の実施例] 第1図は被検体1の性状に適合した周波数を発信する発
振部2と、その発信出力を印加する発信電極3および被
検体1を経由した発信出力を捕捉する受信電極4と、そ
れに接続されている受信部5および発信電極3と、受信
電極4の間に低電位または接地電位に設定した中間電極
6とスイッチ7とを配置して成る本発明の導電性測定装
置の原理的構成例を示したものである。
振部2と、その発信出力を印加する発信電極3および被
検体1を経由した発信出力を捕捉する受信電極4と、そ
れに接続されている受信部5および発信電極3と、受信
電極4の間に低電位または接地電位に設定した中間電極
6とスイッチ7とを配置して成る本発明の導電性測定装
置の原理的構成例を示したものである。
この場合、受信部5には導電性の測定結果を処理する演
算回路や表示回路、およびスイッチ7を操作するための
タイミング信号回路などが内蔵されている。
算回路や表示回路、およびスイッチ7を操作するための
タイミング信号回路などが内蔵されている。
第2図は、被検体と接触させる各電極を同心円状に配置
した従来から利用されている表面測定用電極の配置を例
示したものであり、中央の円電極が受信電極9、その外
周の環状電極が発信電極8そして最外部の11は通常接地
し誘導防止用のガードリングとして用いている。これに
対し第3図は、本発明の装置で用いる同心円状に配置さ
れた各電極の構成例で、受信電極9と発信電極8との間
に中間電極10が設置されたものである。
した従来から利用されている表面測定用電極の配置を例
示したものであり、中央の円電極が受信電極9、その外
周の環状電極が発信電極8そして最外部の11は通常接地
し誘導防止用のガードリングとして用いている。これに
対し第3図は、本発明の装置で用いる同心円状に配置さ
れた各電極の構成例で、受信電極9と発信電極8との間
に中間電極10が設置されたものである。
先ず第2図に示した従来の1対の電極8と9を被検体に
押しつけ、電極間に直流を印加した場合の表面と内部と
のモデルを簡単な等価回路で示すと第4図のようになる
が、実際にはそれぞれの抵抗や電流は図のように個々に
存在しているものではなく立体的に分散されている。
押しつけ、電極間に直流を印加した場合の表面と内部と
のモデルを簡単な等価回路で示すと第4図のようになる
が、実際にはそれぞれの抵抗や電流は図のように個々に
存在しているものではなく立体的に分散されている。
また、こゝにガードリング11の回路については省略し、
発信源Sの内部抵抗r0は通常極めて小さいので無視する
ものとすると、一般に検出体1の表面部分の等価抵抗rs
を流れる表面電流Isと、内部に達する垂直部の抵抗rd1
とrd2および深部における水平方向の抵抗ruを通過して
流入する内部電流I1との合成電流Iは測定可能である。
発信源Sの内部抵抗r0は通常極めて小さいので無視する
ものとすると、一般に検出体1の表面部分の等価抵抗rs
を流れる表面電流Isと、内部に達する垂直部の抵抗rd1
とrd2および深部における水平方向の抵抗ruを通過して
流入する内部電流I1との合成電流Iは測定可能である。
しかるに電極間の合成電流(I=Is+I1)のうち、表面
抵抗が小さい時(rs<rd1+rd2+rd3)に測定される電
流の大部分は表面電流Isではあるが、その内部電流I1を
含んだものであるから正確ではなく、また表面部の抵抗
が内部の抵抗に比して比較的大きいような時には、全体
として絶縁抵抗が大きいために導電性が著しく低下する
が、かなり内部電流I1に依存した測定結果になる場合も
生じるので、このまゝではIsとI1との値を区分して求め
ることは不可能である。
抵抗が小さい時(rs<rd1+rd2+rd3)に測定される電
流の大部分は表面電流Isではあるが、その内部電流I1を
含んだものであるから正確ではなく、また表面部の抵抗
が内部の抵抗に比して比較的大きいような時には、全体
として絶縁抵抗が大きいために導電性が著しく低下する
が、かなり内部電流I1に依存した測定結果になる場合も
生じるので、このまゝではIsとI1との値を区分して求め
ることは不可能である。
故に被検体1として生体の皮膚を扱う場合のように、例
えば表層部が比較的乾燥した状態にある時は皮下細胞部
に比べてその導電性は小さいので、これを表面電流Isと
内部電流I1とに区分した値をそれぞれ測定することは困
難なことゝされてきた。
えば表層部が比較的乾燥した状態にある時は皮下細胞部
に比べてその導電性は小さいので、これを表面電流Isと
内部電流I1とに区分した値をそれぞれ測定することは困
難なことゝされてきた。
しかしながら、第3図に例示した電極配置を適用するこ
とにより、例えば上記IsとI1との値をかなり区分して求
めることが可能になった。
とにより、例えば上記IsとI1との値をかなり区分して求
めることが可能になった。
第5図は、上述の場合と同様に第3図に示した電極で被
検体を測定している場合の等価回路を例示したものであ
り、同図において各部の電流は被検体1の表面部分の等
価抵抗rs1を流れる表面電流Is1と、垂直部の抵抗rd1とr
d2および深部の水平方向の抵抗ru1を通って中間電極10
に流入する深部電流I1と、さらに抵抗rd1、ru1、ru2お
よびrd3を通って受信電極9に流入する深部電流I2など
に分けて考えられる。
検体を測定している場合の等価回路を例示したものであ
り、同図において各部の電流は被検体1の表面部分の等
価抵抗rs1を流れる表面電流Is1と、垂直部の抵抗rd1とr
d2および深部の水平方向の抵抗ru1を通って中間電極10
に流入する深部電流I1と、さらに抵抗rd1、ru1、ru2お
よびrd3を通って受信電極9に流入する深部電流I2など
に分けて考えられる。
この場合、先ず被検体1の表面の導電性は、スイッチ7
を開放の状態にすると、これは第4図と等価の通常の方
法による表面電流の測定と同じである。しかるに、スイ
ッチ7を閉じて測定した場合には、深部電流I2に依存す
る内部の導電性を求めることができる。この場合、発信
電極8から中間電極10までの間隔に比べ中間電極10から
受信電極9までの間隔を大きくしておくと効果的であ
る。
を開放の状態にすると、これは第4図と等価の通常の方
法による表面電流の測定と同じである。しかるに、スイ
ッチ7を閉じて測定した場合には、深部電流I2に依存す
る内部の導電性を求めることができる。この場合、発信
電極8から中間電極10までの間隔に比べ中間電極10から
受信電極9までの間隔を大きくしておくと効果的であ
る。
すなわち、スイッチ7が開放の場合には発信源Sからの
電圧が発信電極8と中間電極9との間に印加される結
果、電流は表皮抵抗rs1およびrs2と内部抵抗rd1、ru1、
ru2およびrd3の並列抵抗を経由して流れる。
電圧が発信電極8と中間電極9との間に印加される結
果、電流は表皮抵抗rs1およびrs2と内部抵抗rd1、ru1、
ru2およびrd3の並列抵抗を経由して流れる。
他方、スイッチ7を閉じた場合には、発信電極8と中間
電極7との間の表皮抵抗rs1と内部抵抗rd1、ru1およびr
d2との並列抵抗を経由して殆どの電流が流れるので、受
信抵抗rRには電流が流れないようにも思われるが、実際
には電流I1によって抵抗rd2の両端に生じた電圧が、抵
抗ru2、rd3、rs2によって分圧され、受信部の入力抵抗r
Rに印加される。
電極7との間の表皮抵抗rs1と内部抵抗rd1、ru1およびr
d2との並列抵抗を経由して殆どの電流が流れるので、受
信抵抗rRには電流が流れないようにも思われるが、実際
には電流I1によって抵抗rd2の両端に生じた電圧が、抵
抗ru2、rd3、rs2によって分圧され、受信部の入力抵抗r
Rに印加される。
すなわち、入力抵抗rRは他の抵抗よりも非常に高く無視
できるとすれば、このときの中間電極10と受信電極9間
の電圧をERは、第5図より ER=I1・rd2・rs2/(ru2+rd3+rs2) で表わされる。
できるとすれば、このときの中間電極10と受信電極9間
の電圧をERは、第5図より ER=I1・rd2・rs2/(ru2+rd3+rs2) で表わされる。
すわちスイッチ7が開いている場合は、発信源Sからの
電圧は電極8と9の間、すなわち水平方向に印加される
ので電流は経路の短い表皮方向に多く流れる結果、rs1
およびrs2によって表皮関係の情報を得ることができ、
スイッチ7が閉じている場合には、皮膚の垂直方向に発
生する電圧ERによって皮膚の深部を流れ受信電極9に至
る電流I2により皮膚内部の情報がもたらされるのであ
る。
電圧は電極8と9の間、すなわち水平方向に印加される
ので電流は経路の短い表皮方向に多く流れる結果、rs1
およびrs2によって表皮関係の情報を得ることができ、
スイッチ7が閉じている場合には、皮膚の垂直方向に発
生する電圧ERによって皮膚の深部を流れ受信電極9に至
る電流I2により皮膚内部の情報がもたらされるのであ
る。
この場合、さらにスイッチ7を開いて測定した時の表面
電流値を記録しておき、次にスイッチ7を閉じた時の受
信電極9に流れ込む合成電流値から記憶しておいた表面
電流値を差引く演算をさせることによって、正確な深部
電流値を知ることができる。
電流値を記録しておき、次にスイッチ7を閉じた時の受
信電極9に流れ込む合成電流値から記憶しておいた表面
電流値を差引く演算をさせることによって、正確な深部
電流値を知ることができる。
このように、一対と発信電極8と受信電極9との間に低
電位に設定した中間電極10を配置し、これらの各電極を
被検体1と接触させて測定することにより、該被検体1
の表面と内部とで異なる含有水分等をそれぞれ導電性と
して検出できる測定装置が構成できる。
電位に設定した中間電極10を配置し、これらの各電極を
被検体1と接触させて測定することにより、該被検体1
の表面と内部とで異なる含有水分等をそれぞれ導電性と
して検出できる測定装置が構成できる。
以上に説明における被検体1の等価回路では抵抗成分に
ついてのみ例示したが、発信源Sとして用いるのは商用
周波数または高周波であり、故に被検体1は、例えば生
体の皮膚の場合であれば表面は発汗状態によって異なる
抵抗体であり、皮下組織の細胞は大きな静電容量cと見
做すことができ、また細胞膜に包まれた細胞内液および
細胞間にある細胞外液は一種の電解液であるから低抵抗
体とすれば、その等価回路は抵抗rと静電容量cとの直
並列回路でモデル化して考えことができ、故に本特願に
係わる等価回路中の抵抗を容易にインピーダンスに置き
換えることができる。
ついてのみ例示したが、発信源Sとして用いるのは商用
周波数または高周波であり、故に被検体1は、例えば生
体の皮膚の場合であれば表面は発汗状態によって異なる
抵抗体であり、皮下組織の細胞は大きな静電容量cと見
做すことができ、また細胞膜に包まれた細胞内液および
細胞間にある細胞外液は一種の電解液であるから低抵抗
体とすれば、その等価回路は抵抗rと静電容量cとの直
並列回路でモデル化して考えことができ、故に本特願に
係わる等価回路中の抵抗を容易にインピーダンスに置き
換えることができる。
従って、本発明に係わる中間電極を有する各電極に対
し、被検体の内部の導電性を測定する時の電源周波数
を、表面の測定時に比し高く設定するような手段を適用
すれば効果的である。
し、被検体の内部の導電性を測定する時の電源周波数
を、表面の測定時に比し高く設定するような手段を適用
すれば効果的である。
また被検体が曲面とか凹凸を有するような場合には、そ
の表面形状に対応して接触するように各電極面を導電性
柔軟材料で構成しておけばよい。
の表面形状に対応して接触するように各電極面を導電性
柔軟材料で構成しておけばよい。
なお上述の各電極は被検体と接触させて測定する方法で
あるから非破壊方式であるが、植物や土壌などのように
針状電極を埋没して扱う方式も本発明に適用できること
はいうまでもない。
あるから非破壊方式であるが、植物や土壌などのように
針状電極を埋没して扱う方式も本発明に適用できること
はいうまでもない。
[発明の効果] 本発明は、例えば生体の皮膚や動植物の食料品あるいは
固化前のコンクリートや土壌などのような被検体におけ
る、表層と深部とで異なる導電性を分離して検出できる
ようにしたものである。
固化前のコンクリートや土壌などのような被検体におけ
る、表層と深部とで異なる導電性を分離して検出できる
ようにしたものである。
殊に生体の皮下細胞のように非破壊方式で測定しなけれ
ばならないものに対して、その表層と内部組織それぞれ
の導電性やインピーダンスを測定できるようになるの
で、その病状の診察あるいは予知に極めて有効な手段と
なり得る。
ばならないものに対して、その表層と内部組織それぞれ
の導電性やインピーダンスを測定できるようになるの
で、その病状の診察あるいは予知に極めて有効な手段と
なり得る。
また、本発明によれば非常に簡便な方法で新規な測定が
行えるようになった上に、本発明の測定系は非常に小形
・低消費電力型にできるので安価な携帯用機器として構
成することもできる。
行えるようになった上に、本発明の測定系は非常に小形
・低消費電力型にできるので安価な携帯用機器として構
成することもできる。
第1図は本発明の実施例を示す原理的構成図、第2図お
よび第3図は各電極の配置例である。そして第4図およ
び第5図はそれぞれ第2図および第3図に示した配置の
電極を被検体に接続させた場合のモデルを等価回路で示
したものである。 符号1は被検体、2は発信部 3と8は発信電極、4と9は受信電極、 5は受信部、6と10は中間電極、 7はスイッチ、11はガードリング、
よび第3図は各電極の配置例である。そして第4図およ
び第5図はそれぞれ第2図および第3図に示した配置の
電極を被検体に接続させた場合のモデルを等価回路で示
したものである。 符号1は被検体、2は発信部 3と8は発信電極、4と9は受信電極、 5は受信部、6と10は中間電極、 7はスイッチ、11はガードリング、
Claims (7)
- 【請求項1】発振部に接続された発信側と、測定結果を
処理する演算回路や表示回路、およびスイッチ7を操作
するためのタイミング信号回路などを内蔵した受信部に
接続された受信側との一対の測定用電極の間にスイッチ
により接続状態にできる低電位の中間電極を配置し、こ
れらの各電極を被検体と接触させて、該被検体の表面と
内部との抵抗、インピーダンスの値から導電性をそれぞ
れ測定できるように構成したことを特徴とする導電性測
定装置 - 【請求項2】前記発信側と受信側との測定用電極および
中間電極の各電極を同心円状に配置し、これらを一体化
してプローブに構成したことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の導電性測定装置 - 【請求項3】前記発信側と受運側との測定用電極の間に
中間電極を配置して前記被検体の内部電流を測定し、次
にスイッチにより前記中間電極を開放状態にして表面電
流を測定し、その両測定置を演算して前記被検体の表面
の導電性を正確に判定できるように構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の導電性測定装置 - 【請求項4】前記プローブにFM送信器または光送信器と
電源電池を装備し、本体に装備したFM受信器あるいは光
受信器によりコードレスで測定結果を判定できるように
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
導電性測定装置 - 【請求項5】前記被検体の内部の導電性を測定するとき
の電源周波数を、表面の測定時に比し高く設定して行う
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の導電性測
定装置 - 【請求項6】前記各電極を前記被検体の表面形状に対応
して接触するように導電性柔軟材料で構成したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の導電性測定装置 - 【請求項7】前記プローブにメモリと電池を内蔵して測
定時に該メモリにデータを格納し、測定が終了しプロー
ブが本体と合体したときに測定データを本体に読み込ん
で判定を行うように構成しコードレス化したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の導電性測定装置
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