（文章來源：EEWORLD）

運用廣泛的各種生物阻抗測量技術在使用激勵信號的頻率方面有所不同。最簡單的儀器是基于固定頻率測量（單頻生物電阻抗分析或SF-BIA），有些儀器采用多頻率系統（多頻生物電阻抗分析或MF-BIA），而最復雜的儀器則在一定頻率范圍內執行實際頻譜測量（生物阻抗頻譜或BIS）。評估結果的技術也有很多種，其中最重要的是生物電阻抗矢量分析和實時分析。

在SF-BIA儀器中，注入人體的電流頻率為50 kHz；這是基于所測得的阻抗與人體水分總量(TBW)（阻抗的導電性部分）之間成反比關系，而人體水分總量由細胞內水分(ICW)和細胞外水分(ECW)組成。這項技術針對含水量正常的測試對象可以提供良好的結果，而對于含水量發生了劇烈改變的測試對象，由于該技術評估ICW變化的能力有限，因此會喪失其有效性。

MF-BIA技術通過在低頻和高頻下執行測量來克服SF-BIA的局限性。低頻測量允許對ECW進行更準確的估算，而在高頻下則可獲得TBW的估值。由兩個估值的差得出ICW。然而，該技術也并非十全十美，它在對患有疾病的老年人群進行體液估算時顯示出局限性。

最后，BIS基于阻抗測量，該阻抗在零頻率下是由細胞外液產生的電阻RE，而在無窮大頻率下則是RE與RI的并聯。在這兩個極端頻率下，由細胞膜產生的電容表現為開路或短路。中頻測量提供與電容值有關的信息。BIS相比其他技術可提供更多的詳細信息，但是在這種情況下，測量需要更長的時間。

生物阻抗矢量分析是一種基于生物阻抗絕對值測量的人體健康評估技術。它使用一個圖形來顯示阻抗的矢量表示，其中橫坐標軸顯示電阻值，而縱坐標軸顯示容性阻抗值，這兩個值均按照患者的身高設定了基準。該方法基于3個公差橢圓的公式：50%、75%和95%。50%的公差橢圓定義了具有人體組成平均值的人群。沿著橢圓的水平軸移動，在右側可識別出瘦體質量百分比較低的個體，反之亦然；也就是說，在左側識別出的是瘦體質量百分比較高的個體。沿著垂直軸移動可確定含水量，趨向橢圓上半部分代表低于標準水平，而橢圓的下半部分則高于標準水平。

ADI公司具有廣泛的阻抗分析產品組合，包括ADuCM35x等器件，ADuCM35x是專為阻抗頻譜設計的高度集成的片內系統(SoC)。最近投放市場的AD5940是一款高精度、低功耗模擬前端，非常適合便攜式應用。AD5940專為測量生物阻抗和皮膚電導率而設計，由兩個激勵環路和一個通用測量通道組成。第一激勵環路能夠產生最大頻率為200 Hz的信號，并且可以配置為恒電勢器，用于測量不同類型的電化學電池。其基本組件包括一個雙輸出DAC、一個可提供激勵信號的精密放大器以及一個用于測量電流的跨阻放大器。

該環路在低頻率下工作，功耗低，因此也稱為低功耗環路。第二個激勵環路具有類似的配置，但能夠處理最高200 kHz的信號，因此稱之為高速環路。該器件配備了一個采集通道，內置一個16位、800 kSPS SAR型ADC和轉換器模擬信號處理鏈前端，其中包括一個緩沖器、一個可編程增益放大器(PGA)和一個可編程抗混疊濾波器。為了完善該架構，采用了一個開關矩陣復用器，它允許將來自多個器件內部或外部信號源的多個信號連接到ADC。這樣，除了主要的阻抗測量功能外，還可以執行準確的系統診斷以驗證儀器的全部功能。

采用四線配置將AD5940用于人體絕對阻抗測量的連接方式。對于這種類型的測量，使用高頻環路；可編程交流電壓發生器提供激勵信號。第二個發生器可提供共模電壓，以實現正確測量。通過跨阻放大器測量由人體阻抗產生的電流，并采用16位ADC進行轉換。該系統能夠在最高200 kHz的頻率下進行測量，在50 kHz下可提供100 dB的信噪比(SNR)。將數字數據發送到硬件加速器以提取所需數值；即阻抗的實數部分和虛數部分。

作為醫療設備，生物阻抗分析儀必須符合IEC 60601標準。該標準設定了可施加于人體的電壓和電流限值。為此，這款器件提供了一個電阻Rlimit來限制最大電流，并提供了四個耦合電容CisoX，以防止將直流分量施加于人體上。

生物阻抗測量是一種快速無創評估人體組成和診斷某些類型疾病的低成本通用方法。由于使用AD5940等器件，當前的技術可以實現緊湊、高性能、低功耗的生物阻抗分析儀，并且該分析儀可以使用電池供電。AD5940的高集成度、小尺寸和低功耗特性也使其特別適合可穿戴應用。
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