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关键词：虚拟仪器；生物阻抗测量;数字解调
医学研究表明，生物体各个组织(器官)具有不同的阻抗特性，而且一些病理现象和生物活动均会引起生物体组织阻抗的变化，因此生物组织阻抗携带着丰富的病理和生理信息。通过测量生物阻抗值，分析和研究生物体的病理和生理状况，在临床上具有很高的实用价值。
虚拟仪器作为一种新型仪器，改变了传统仪器的使用方式，它建立在有限的硬件基础上，融合了计算机强大的硬件资源，通过软件编程实现仪器的各种功能．具有灵活性、可扩展性、缩短开发时间和使系统集成简单化等特点．本系统采用虚拟仪器技术，可以根据设计需要增减仪器的功能，提高了仪器性能，并便于各种算法的实现．
1 混频激励下生物阻抗测量原理
生物阻抗测量技术通常是借助置于体表的激励电极向被测对象施加微小的交变电流(或电压)信号，同时通过测量电极检测组织表面的电压(或电流)信号，由所测信号计算出相应的电阻抗及其变化量．因为电流源激励模式受未知接触阻抗的影响小且加到电极的电流幅值容易控制，不致引起安全问题，所以本系统采用电流激励、电压测量方式.
早期，生物阻抗测量采用单频率全身阻抗测量法，通过测量人体总阻抗，利用各种经验公式计算人体水分总含量(TBW)．但是根据人体的几何形状特性，在躯干中相同的质量变化所产生的阻抗变化会远小于其在肢体中的变化，而且由于人体体形的个体差异，会产生较大的误差．后来针对上述问题，采用单频率分段测量法，但获得信息较少，操作的可行性差．目前较理想的方案是多频率生物阻抗分析．国内外学者已开展了这方面的研究，如美国Alaba-ma大学的Sufia Islam等人利用阻抗分析仪将1Hz～1．348MHz频率范围内的多频率分析技术与HPLC和SP方法进行了对比研究；英国的NI Pa-ton用该项技术分析了HIV病毒感染者的人体水分总含量(TBW)和细胞外液体积(ECW)，等等．第三军医大学的殷均斐等人研制了阻抗法人体成分测量装置，设计了1～100 kHz之间5个频点．
根据生物组织频率阻抗特性，在β频散段内(10 kHz～10 MHz)，细胞膜电容基本稳定，随着频率的增加，膜电容的容抗减小，外加电流由低频时绕过细胞膜流经细胞外液到高频时穿过细胞膜流经细胞内外液.当前的多频率阻抗测量的研究一般采用阻抗分析仪分别测量不同频点的人体阻抗，然后进行计算研究．由于生物体是动态的，不同时刻不同频率下的阻抗值，并不能反映同一时刻的生物体特征，因此，本系统采用两种不同频率的混频激励方式，在高低不同频段获得同一时刻生物阻抗信息．
1．1 正交数字解调法
为了同时获得高频和低频信号激励下人体复阻抗的值，将高频和低频信号混合后作为激励信号，实现混频激励．混频激励下阻抗信息提取采用正交数字解调法.其原理如下：
假设激威信号含有n个频率成分，其幅值分别为Bi，频率为ki×f(f为基准频率，即采样频率和信号所包含频率的公约数)(i=0，1，…，n-1)，将其施加到被测对象上，采样频率为f=N×f(N>2max(k0，k1，…，kn-1))，对不同频率对应信号均匀采样qi个周期，则总采样点数为M=(N／ki)×qi,可得序列
式中：｜Zi｜为对应第i个频率成分时阻抗的模值；ψi为对应第i个频率下阻抗的相角；j=0，1，…，M-1．构造同相和正交参考信号序列
由于N和Bi已知，由式(4)(5)可求出相应频率下复阻抗的模值和相角．
1．2 虚参考点法
正交数字解调法只有在保证激励电流与参考信号同相位的基础上，才能够得到复阻抗实部和虚部的精确值．而数字解调中的参考信号为构造的三角函数，很难做到和激励电流同相位，并且实际系统中,由于各种因素的影响激励电流(通过导线,负载变化等)也会产生相移，造成系统误差，而流经被测电阻的电流信号又很难提取．针对上述问题，提出了虚参考点方法．在人体被测电阻抗的回路中串联一个已知阻抗特征的纯阻性参考电阻，激励电流的相移以及激励电流和参考信号的相位差均可由参考电阻求得，从而消除了因此引入的误差．图1为虚参考点实现过程示意图.
图1中Zx为被测电阻抗；Rr为参考电阻；AxAr，ax，ar分别为Vx和Vr的幅值和相角．
设激励电流为I,则
利用这种虚参考点方法，实际系统中激励电流信号I的相移以及激励电流和参考信号之间的相位差可
