硕士论文-一种新型音乐电针炙治疗仪的研究.pdf

幢代码u l i 4 z 臣霪! ! ! ! 莘中斜技大署 硕士学位论文 一种新型音乐电针炙治疗仪的研究 学位申请人 学科专业 指导教师 答辩日期 冯秀彦 控制工程 沈轶副教授 2 0 0 5 1 0 2 0 华中科技大学硕士学位论文 摘要 用电针灸刺人体治疗疾病时，人体容易产生适应性和耐受性，影响治疗效 果，本文以解决普通电脉冲信号的这一缺点为目的，在分析目前国内外电疗及 音乐疗法现状的基础上，提出了采用音乐信号调制电脉冲信号的方法产生电针 用调制脉冲波信号，并依据此方案进行了研究和实验测试。 首先，音乐的选取根据传统的中医阴阳五行学说，选用适宜患者的音乐信 号作为调制信号，它是利用8 0 5 1 单片机系统及其附属电路，通过汇编程序产生 适宜治疗的音乐信号，一路信号经放大电路放大后传到耳机，另一路作为调节 信号，此信号复杂多变，有利于解决电针灸刺激产生的适应性和耐受性。 其次，在分析现有的用来产生电脉冲信号的各种电路的基础上，提出利用 专用集成芯片b h 3 0 0 6 及其附属电路，完成连续波、断续波、疏密波的产生及 其幅度和频率的控制。 最后，用音乐信号作调制信号，把电脉冲信号作载波信号，通过分析几种 调制电路，提出采用简单易行的同相加法电路实现简单的幅度调制，研究出一 种经过音乐调制的电脉冲波信号。 本系统从理论上实现了音乐调制电脉冲信号产生调制脉冲波的方案，并用 实验测出每个功能块的数据。由于音乐疗法的特殊作用，与传统电针灸信号比 较，本方案最终产生的电脉冲信号是由传统电脉冲与音乐信号合成的刺激信号， 一定程度上解决了传统电脉冲信号的人体适应性问题。 关键词：针灸器械 音乐信号电脉冲信号 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t p e o p l e a r ee a s yt o g e ta d a p t a b i l i t y a n dt o l e r a n c et h r o u g ht h et h e r a p yo f e l e c t r o a p u n c t u r e ，s ot h a tc u r a t i v ee f f e c ti sd e c r e a s e d i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ， t h et h e s i sp u tf o r w a r dan e ww a yt op r o d u c eas p e c i a ls i g n a l ，w h i c hi sae l e c t r o p u l s e m o d u l a t e db ym u s i c ，t h e nw ep u tt h ep r o j e c ti n t or e s e a r c ha n dt e s t f i r s t l y ，t h es e l e c t i o no fm u s i ci sb a s e do nt h et h e o r yo fy i n y a n g w u x i n g ，i t s h o u df i tt ot h ei l l n e s so fp a t i e n t s ，w h i c hu s e dt h e8 0 51s c ms y s t e ma n di t s p e r i p h e r a lc i r c u i t b yt h ec o m p i l i n gp r o g r a m ，t h ec o m p l e xa n dv a r i e dm u s i c a l s i n g a lc o u l db eg e n e r a t e d o n em u s i c a ls i g n a lg o e st o t h ee a r p h o n ea f t e rb e i n g m a g n i f i e da n dt h eo t h e rw a su s e da st h em o d u l a t e ds i g n a l s e c o n d l y , b a s e do na n a l y z i n gt h ep r e s e n tc i r c u i t st og e n e r a t et h ee l e c t r o p u l s e s i n g a l ，w ep r o p o s et h a tt h es p e c i a li cb h 3 0 0 6a n di t sp e r i p h e r a lc i r c u i t ，w h i c hn o t o n l yc a ng e n e r a t et h ec o n t i n u o u sw a v ea n dt h es p i c c a t ow a v eo rt h el o o s ea n dd e n s e w a v e ，b u ta l s oc o n t r o lt h e i ra m p l i t u d ea n df r e q u e n c y l a s t l y ，i tu s e st h em u s i c a ls i g n a la st h em o d u l a t e do n ea n de l e c t r o p u l s es i n g a l a st h ec a r r i e rs i g n a l b ya n a l y s i n gs o m et r a d i t i o n a lm o d u l a t e dc i r c u i t ，t h es i m p l e i n p h a s ea n da d d e r c i r c u i ti su s e dt og e n e r a t et h es i g n a lo ft h em u s i c a l e l e c t r o a p u n c t u r ea p p a r a t u s ， i nt h i st h e s i s ，w er e a l i z e dg e n e r a t i n ge l e c t o p u l s eb ym u s i cm o d u l a t i n ga n d t e s t e dt h ed a t u mo fe v e r yf u n c t i o n a lb l o c k c o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a ls i g n a l ， t h es i g n a li nt h i st h e s i si sm o r ec o m p l e xa n dv a r i a b l e ，p e o p l ec a l ls e t t l et h ep r o b l e m o ft h et r a d i t i o n a ls i g n a l w i t ht h es p e c i a lm u s i c a le l e c t r o p u l s es i g n a l ，p e o p l ec a n s o l v et h ep r o b l e mo fa d a p t a b i l i t ya n dt o l e r a n c et os o m ee x t e n d k e y w o r d s ：e l e c t r o a p u n c t u r ea p p a r a t u s m u s i c a ls i g n a l e l e c t r o p u l s es i g n a l l i 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：弱秀季 日期：，年jo 月互j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密臼 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：溻蠢j ；指导教师签名：燃 日期：如f 年f o 月2 1 日日期：沙r ，年。月z f 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 针灸器械是针灸医学物质基础，也是医疗器械的一个组成部分。综观我国 针灸医学数千年的发展史，每一次针灸器械的重大创新和变革，都促进了针灸 医学的发展，为中国人民的健康和繁荣作出了重大贡献。随着针灸医学的发展， 我国这份宝贵的医学遗产已被世界各国越来越多的人士所接受。其治病范围广 泛，疗效显著，无毒副作用，深受患者的欢迎。 1 2 针灸器械的发展概况 所谓现代针灸器械，是以经络学说为基础理论，紧密结合现代科学技术研 制而成的。我国1 9 8 4 年在北京举办的“中国针灸器械展览会”和1 9 8 5 年举办 的针灸仪器展销会，是现代针灸器械阵容的大检阅。虽然现阶段传统的针灸法 在临床上仍占有相当的比重，但现代针灸器械的介入已不可遏止。目前，新的 针灸仪器纷纷问世，每年都有不少新设计的仪器应用于i 瞄床与科研。 1 2 1 针灸器械的治疗作用机理 世界范围内的针灸热不仅推动了针灸医学的发展，同时也促使针灸器械的 研制和生产日趋走向繁荣。针灸工作者们与其他学科的研究者一道研制出了许 多现代针灸器械，种类繁多，大致有穴位探测，经络诊断，穴位刺激，针灸处 方和教具模型等五大类。从构造及性能划分，则有电子、微波、激光、红外、 超声波、磁等。从临床医疗角度来看，值得我们探讨的是针灸治疗器械为什么 能对人体产生防病治病的作用，它的作用机理，是我们每一个从事针灸工作的 医务人员必须了解和掌握的。 针灸器械对机体所产生的治疗作用是多种多样的，但概括起来，可分为两 大类，即一般性治疗作用和特殊性治疗作用。所谓一般性作用是指其疗法的共 华中科技大学硕士学位论文 性作用，特殊性作用则是指其个性特点。一般性治疗作用有充血消炎作用、镇 静镇痛作用、兴奋作用等等，都是通过对患病局部或相应远道的经络腧穴进行 一定量的刺激，以达到通经活络，行气和血，调整脏腑，平衡阴阳的作用。几 乎各种针灸器械都能加强机体的气血运行，达到消炎或充血消炎作用。其中温 热型的器械引起充血反应最明显微波和超短波器械引起的充血反应较持久而 深厚。由于血液循环旺盛，改善了相应组织的营养，增强了网状内皮细胞的吞 噬功能，加速了病理产物和代谢产物的吸收和排泄，因而起到消炎作用，有助 于治疗各种肌肉、关节、神经、内脏器官的炎性病变。又如，许多针灸器械作 用于人体后都能使神经兴奋性和传导性降低，从而增强了神经系统的抑制过程， 起到镇静、镇痛作用。常用的电针逆疗法、磁疗、微波、频谱等都有一定的镇 静安神或镇痛作用。与镇静作用相反，由于运用方式或剂量的不同，均可对机 体产生兴奋作用，增强神经系统的兴奋过程，降低其刺激闽，因而可治疗神经 麻痹、感觉障碍、肌肉瘫痪诸症【1 l 。此外，由于各种针灸器械多属于物理治疗 范围，因而在一定的刺激量内，不仅治疗疾病，4 而且能防止疾病，提高机体适 应性，以起到抗老延年的作用。由于各种针灸器械不同，其疗法各有一定的特 点，故作用表现互有差异，即具有特殊治疗作用。结合人体经络、腧穴所取的 不同，针灸或施以器械治疗的手法、刺激量的不同，均使其具有特殊性【2 0 】。 1 2 2 电针灸仪的发展概况 早在1 8 1 0 年，白利渥慈就提出了在针上加电的想法，1 8 2 5 年，s a r l a n d i e r e 首次试用电针治疗某些疼痛，取得了一定的效果。建国前，国内就有人试制电 针仪，但当时并未受到重视。真正开展电针的临床与研究的是在2 0 世纪5 0 年 代以后。当时，在国外，西得的针灸学家r v e l 首次研制电提针获得成功。r 本针灸师中谷义雄提出了良导络疗法，也属于针灸治疗范畴。在国内，1 9 5 3 年 西安的朱龙玉对电针疗法做了大量的实验研究和临床观察，从此电针技术在我 国很快普及。到了2 0 世纪6 0 年代，我国出现了半导体电针仪，它具有体积小、 耐震、省电等优点，很快被临床广泛应用。其中的半导体脉冲电针机，由于其 方便、安全、患者无明显不适，更经久耐用，所以1 9 6 8 年试制成功以后，很快 华中科技大学硕士学位论文 在国内普及。据统计，1 9 5 9 年，在上海召开的全国经络座谈会上，电针资料仅 占1 2 2 ，而1 9 7 9 年在北京召开的全国针灸针麻学术讨论会上，电针资料竞达 5 7 2 。 在针灸的应用和发展过程中，又衍生出了穴位电极治疗仪。7 0 年代，在日 本，出现了雏形电极刺激穴位以治疗疾病的方法，称“s s p 疗法”，在欧美还流 行一种福尔电针疗法( 简称e a v ) 。v o l l 发现，低频脉冲具有缓解平滑肌痉挛， 减轻炎症，缓解初步退化过程，恢复疲劳等作用。国内，陕西的魔针也属于此 类电针仪器。它以电极直接接触皮肤，能使人产生针刺得气感觉，广泛用于治 疗高血压、哮喘、近视眼、冻疮等疾病【4 】。 5 0 年代，国内还出现了电热针、它是经络学说和针灸“粹刺”理论与利用 电的热效应相结合的产物。1 9 7 3 年，内蒙古自治区中蒙医研究所研制出电热针， 1 9 7 9 年样机定型，接着，第一台正规的电热针仪器问世了，以后又相继出现了 多种电热针具。 电子技术是较早被引用于针灸器具改革的技术，最初的电针设计只是利电 刺激增强和维持针刺的得气感。随着临床应用的普及，电针具本身也不断更新， 由最初的电子管，发展出了用晶体管、集成电路组成的电针仪。电针仪也由最 初的临床治疗逐步发展为用于治疗、针麻、手法模拟、科研等多种用途的仪器， 同时，电针仪逐步开发为声电、电热、电磁和电动机械等刺激，研制出多种有 关电针机，为其他物理指标在针灸临床的运用提供了借鉴。 1 2 3 其他技术在针灸技术中的应用 1 9 7 8 年，我国开始研究将微波与针灸技术相结合，产生了微波针灸仪。微 波的指波长为l m m 1 m ，频率为3 0 0 3 0 0 0 0 0 m h z 的一种高频电磁波。医疗微 波频率为2 4 5 0 m h z ，波长为1 2 5 c m ，在电磁波谱中，位于超短波和红外线之间。 微波针灸是利用特制的天线连接毫针，向穴位输入微波，激发经络之气，治疗 疾病。微波针因有热、麻、胀、局部发热出汗等的独特针感，而且针感滞留时 间可长达4 4 8 小时，操作也比较安全，具有较好的镇痛、消炎、解痉作用， 1 9 8 5 年，江苏省江都无线电厂推出了d b j 系列1 3 型微波针灸仪，临床应用 华中科技大学硕士学位论文 后颇受欢迎。 超声针灸是专门利用超声波发生器，产生超声物理能，作用于人体经穴而 达到治疗疾病效果的一种方法，是声技术与针灸结合的产物。超声波针灸仪出 现以后，因其对过敏性鼻炎的良好作用而引起了针灸师们的浓厚兴趣，1 9 8 3 年， 超声波针灸治疗仪开始逐步应用于临床，已成功地治疗了许多疾病，对其治疗 机理及禁忌的研究也被纷纷报道，不断促进超声针灸仪的改进和发展【5 】。 总之，从2 0 世纪开始，尤其是在2 0 世纪6 0 7 0 年代，现代针灸仪器大量 出现，经过近3 0 年的发展，广泛地引入、吸收了现代科学技术的成果，创造出 了数百种针灸仪器，它不仅在外形上改进了传统的针灸用具，而且在诸如机械、 温热、压力、节律等针灸刺激要素方面进行仿真，大大地丰富了针灸学的内容， 也促进了针灸的治疗机理以及经络学、针灸学的研究。可以说，近3 0 多年是针 灸器械发展最快、最富成果的时期。 1 3 相关技术国内外研究现状 脉冲电针仪具有作用时间短、有足够的电流和电压强度等特点，应用较广， 而声电波针灸仪应用范围也比较广，且由于其波形是一种错综复杂、参差不齐、 瞬变随机的复合波，所以不易引起人体的适应性和耐受性，临床适应于多种慢 性疾病。目前，许多针灸器械厂在生产上进行改进，不断推出新一代针灸器械。 1 3 1 脉冲电针仪的研制现状 近些年来，医务工作者与工程技术人员不断合作，相继开发出多种脉冲电 针仪，国内已有产品有： 山东庆云县庆云医疗器械厂生产的g 6 8 0 5 一i i 型治疗仪，该仪器采用交直流 两用电源，可输出连续波、疏密波、断续波，连续波的频率为1 6 0 5 0 0 0 次分 钟，连续波和疏密波为1 4 2 6 次，分钟。正脉冲幅度为5 0 v ，负脉冲为3 5 v 。正 脉冲宽度为5 0 0 us ，负脉冲宽度为2 5 0 us 。该仪器临床应用广泛，可用于针刺 麻醉、中风偏瘫、面神经麻痹、痹症、高血压、肌肉性疾病等。 4 华中科技大学硕士学位论文 苏州华佗针灸器械总厂生产的s d z - i i 型电子针灸仪。该仪器采用直流9 v 或外接9 v 直流电源，可交替输出1 h z 1 0 0 h z 连续波及1 h z 0 2 h z 疏密波且连 续可调。该仪器有电针、探穴功能，能起到调节神经、舒筋活络、通利关节、 改善循环、镇痛止痉、促进新陈代谢、增强身体抵抗力的功效，对风湿、关节 炎、痛症等多种疾病具有治疗作用。 上海医疗器械八厂生产的d g 一1 治疗仪采用2 2 0 v ，5 0 h z 交流电及直流 6 v 电源。可输出正负相针形脉冲的连续波、疏密波、断续波。连续波频率4 - 1 0 0 次秒，高端( 1 0 0 5 ) 次，秒，疏密波、断续波频率( 2 6 6 ) 次分，脉宽为 o 5 o 1 m s ，正脉冲幅度大于4 0 v ，负脉冲幅度大于2 5 v ，该仪器利用在人体 的某些穴位经针刺。并通过电流，从而提高疗效，减少人工捻转，节约人力、 时间，达到治疗目地，可用于头痛、舞蹈病、中风、肩周炎、截瘫、膜痛、腰 椎增生、坐骨神经痛、三叉神经痛、膝关节酸痛、肌肉萎缩、肢体活动不利等 疾病。 武进第三无线电厂生产的长城牌k w d 一8 0 8 全能脉冲电疗仪，该仪器是以 中医经络为依据，以生物电原理为指导，运用现代电子技术而研制成功的脉冲 治疗仪，其电源采用2 号干电池6 节或直流起伏波、呼吸波。频率为0 - 1 0 0 h z 可调。峰压大于8 0 v ，对人体运动系统、神经系统具有调节作用，能舒筋活络 通利关节，改善循环，行瘀活血，镇痛止痉，促进新陈代谢，增强身体抵抗力。 可用于头痛、牙痛、三叉神经痛、落枕、失眠、肩痛、四肢麻痹、肋间神通痛、 腰痛、坐骨神经痛、生理不适、阳痿、扭伤、运动后疲劳等疾病4 i 。 1 3 2 声波针灸治疗仪的研制现状 目前，声波治疗仪主要有以下几种： 黑龙江针灸研究所研制的z m - i 型声波治疗仪。z m 一1 型针灸输出波形有 三种，声电波、尖脉冲波、方波。供电方式有直流9 v 和2 2 0 v 交流市电，脉冲 波范围0 7 0 v 。 航天部二三九厂的y y d 型音乐电治疗机。它是在音乐治疗的基础上，将 音乐疗法相结合的一种新型仪器。目前主要用于治疗坐骨神经痛、血管神经性 5 华中科技大学硕士学位论文 头痛、神经衰弱、失眠、初期高血压、软组织扭伤等症。也可以用于针刺麻醉。 山东省庆云医疗器械厂制造的r s i i l 型音乐探穴治疗多用机。该机的电源 使用2 号干电池4 节或6 v 稳压器供电，治疗输出电压为1 5 6 0 v ，治疗输出波 形为音频复合波，强度可调，放音频率为1 2 5 6 3 k h z ，具有穴位探测，电子音 乐针刺治疗功能。该机具有调节神经功能，镇静安眠，促进血液循环，消炎止 痛等功效，目前主要适用于治疗青少年近视、高血压、神经衰弱、失眠、胆结 石、坐骨神经痛、胃痛、牙痛等。 1 4 音乐电疗仪的研制现状 现代人常常因为工作和学习的压力过大，人际关系复杂以及环境污染等因 素，身心较易发生疾病，或长期处于亚健康状态。传统的治疗手段和各种药品、 保健品虽有治疗疾病、康复机体和健身的效果，但易引起各种副作用，且常常 忽视了在疾病治疗中生理与心理的辩证关系，忽视了心态和情绪对疾病的影响。 音乐是一种物理能量按一定频率振动的声波，音乐治疗直接通过生理和一t l , 理两 个方面作用，兼顾了身心的辩证关系和相互影响。音乐电治疗仪通过音乐和音 乐电信号作用于听觉和机体，提高和改善人的心理生理状况，从而达到保健、 疾病和康复的目的。由于微电脑音乐治疗仪的治疗同时具有音乐治疗和理疗的 双熏功能，而且由音乐产生的电流易为人体所适应，故有着低频特点的电治疗 仪对疾病有明显的治疗效果。若与各种传统的治疗手段结合使用，常能取得相 得益彰的理想效果。 目前，常用的采用音乐疗法的电疗仪产品主要有以下几种：东南大学研发 的便携式微电脑音乐治疗仪，该仪器是根据人体对电流刺激的适应性而设计的， 设置一最佳频率，将电流限定在一定范围内，使用者在听音乐的同时得到治疗， 将音乐电调制、升压放大后同时输出，从而达到防治疾病和康复机体的目的。 音乐电针仪采用8 7 c 5 5 2 作为c p u ，可由p w m 产生2 0 多种不同的输出波形， 这些不同的波形是根据不同的处方由不同的软件生成的，对特定疾病达到有针 对性的治疗，从而疗效更显著，适应范围更广。本仪器体积小、便于携带，大 6 华中科技大学硕士学位论文 批量生产的成本低，在功能、疗效、性能、用途等方面都有其自身的优越性， 既适用于医院临床，也便于家庭、个人使用，具有很好的市场前景 6 - 7 。 便携式电治疗仪的结构功能特点如下： 内置音乐：音乐电输出：2 - 2 0 k h z 音乐调制中频输出；特制自粘电极：2 0 余种波形调制：音乐输出；限幅输出保证安全；音源可选( 如收录机、音响、 随身听等) 。 它的设计主要由硬件系统和软件系统两大部分组成，硬件系统包括音乐放 大电路的设计、p w m 输出放大电路和l c d 显示。软件系统主要利用8 7 c 5 2 2 的a d 转换功能和p w m 输出功能。该仪器可以用于医疗及保健，配合治疗处 方及人体穴位图，方便家庭及个人使用。治疗处方首先由医生根据治疗机理设 定，不同的疾病选用不同的p w m 输入波形、治疗时间和电流强度等。为了取 得更理想的治疗效果和确保安全，应该在医生的指导下使用该仪器【8 母1 济南军区青岛第二疗养院研制的海神9 9 一a 音乐电治疗仪，该仪器是在第一 代中风康复音乐电疗仪研制成功的基础上，应用计算机控制技术开发研制的新 一代智能型音乐电疗仪。 海神9 9 一a 音乐电治疗仪是一种集音频、视频、电疗、热疗为一体的新一代 音乐电治疗仪。其操作系统采用计算机控制，与v c d 机配合使用。v c d 及作 为音频信号源、视频信号源，经治疗仪内部电路整合，分别完成治疗系统的智 能化控制回路、音响智能控制系统及倒计时自动关机报警系统。前者经电路处 理以音乐电信号分双路输出，通过到电极板作用于人体：另一路经电路处理， 通过立体声作用于病人耳朵 1 0 - 1 1 】。 该仪器为新款流线型结构，智能化控制系统，采用轻触键、轻敏、灵活。 计时系统采用l e d 数码管，清晰醒目。内部结构采用接插件形式，布线整洁。 该机分双路自成系统的治疗输出、音响输出和计时电路，可同时或有时间差治 疗两患者。 ( 1 ) 仪器的主要参数 音乐频率：2 0 h z 一2 0 k h z 华中科技大学硕士学位论文 耳机功率： = 1 0 0 0 m w 音响功率： = 1 5 0 w ( 峰峰值) 极板输出电压：o 1 0 0 v 可调 输出电流：o 5 0 m a 连续可调 输出频率：2 0 h z 2 0 k h z 电源电压：2 0 0 v 2 0 v 电源频率：5 0 h z 1 h z 整机损耗功率： 1 0 0 w 连续工作时间：8 h ( 2 ) 仪器的主要特点： 1 ) 全方位治疗该仪器与v c d 机配合使用，治疗极板中配置了加热系统， 在治疗中做到了集声、像、电、热疗4 位一体，使音乐电疗仪固有的功能的一 加强和延伸，对身心疾病治疗有独特的疗效。 2 ) 智能化程度高使用安全，疗效可靠，外形美观。 3 ) 患者乐于接受由于治疗中声像直观，电频、音频、热敏觉同步进行， 大大提高了患者的治疗兴趣，积极配合治疗。 4 ) 操作灵活方便因电脑技术的成功运用，使得仪器的操作更简单、方便、 准确、灵活、易于掌握。 5 ) 疗效高新机型将治疗频率上下限大幅扩展，加大了刺激力度，治疗面 加大。同时，由于电流随音乐的变化而变化，病人不产生耐受性。治疗中感觉 舒适，、无副作用和不良反应，尤其适合急、慢性病人长期康复和保健治疗m 1 。 北京兆业经济技术开发研制的a m p 音乐耳穴治疗仪，该仪器是一种新型 音乐电疗仪，人们在欣赏音乐时，音频电脉冲作用于耳部穴位，调节内分泌和 神经系统，起治疗作用。 现今，高血压、肥胖症、高血脂、冠心病、i i 型糖尿病等所谓的“x 综合 症候群”的发病率日益增多。该仪器就是为此而设计的一种简便实用的自助保 健治疗仪器。 8 华中科技大学硕士学位论文 治疗仪具有综合治疗作用：轻松优美的音乐，作用于大脑边缘系统，调解 人的行为、情感活动，放松人们的不良紧张情绪，改变a 开支性格；音乐脉冲 电刺激，具有低频和中频的混合波型，频谱宽；耳穴脉冲治疗，主要作用“心、 脑、胃、口、内分泌”等主要穴位，调节植物神经和内脏活动。 所配有的医学教育内容磁带，可增强患者的疾病防治知识。收、录、放功 能可单独使用。 本治疗仪主要用于：高血压病、降血压、改善心悸、头痛症状；抑制食欲、 减体重；调节胃肠功能、胃疼、打嗝、腹胀、便秘：神经衰弱、失眠、更年期 综合症。 经中医研究院西苑医院、北京医科大学人民医院、医学科学院普外医院等 几所大医院临床使用，总有效率达8 2 以上，无副作用，是一类新的自助式医 疗保健用具。 1 5 论文的主要内容及结构安排 本课题为自选课题，研究内容为设计一种新型音乐电脉冲针灸治疗仪，重 点在于解决普通脉冲信号在治疗过程中，人体容易产生适应性和耐受性的问题。 通过用复杂多变的音乐信号调制电脉冲信号，解决单一信号带来的适应性和耐 受性为目的。为此本论文的工作为： ( 1 ) 分析音乐疗法、电脉冲信号治疗疾病的原理： ( 2 ) 设计音乐信号、电脉冲信号的产生及音乐调制电脉冲信号的实现： ( 3 ) 进行实验测试、调试、分析实验数据，并对在实验过程中出现的现象 进行分析。论文的结构安排如下： 第1 部分简要介绍本研究课题的学术背景，针灸器械的分类及发展趋势， 着重对脉冲电针仪及声波电针进行概述。最后介绍论文的主要工作及论文的结 构安排。 第2 部分介绍了本课题的总体设计流程及各部分软硬件的总体框架结 构。且对本课题拟采用的技术方案作简要的说明。 9 华中科技大学硕士学位论文 第3 部分介绍了音乐疗法特别是音乐电疗和音乐电针疗法的特殊作用。 利用8 0 5 1 单片系统设计产生音乐信号的软硬件系统，并实现了可调性控制，其 中包括音乐的频率、曲目选择、时间控制及工作状态指示和故障报警措施。 第4 部分通过对现有的产生基本脉冲信号电路的研究，提出采用b h 3 0 0 6 专用芯片产生电脉冲信号，并对此电路设计进行改进。 第5 部分首先介绍调制的原理，介绍并分析现有调制方法，确定选用调 幅的方法产生音乐调制脉冲波，并自行设计简单易行的调制电路。 第6 部分对本课题产生信号和调制电路进行了实验调试及数据分析，提 出提高测量精度的改进方案，为以后的进一步研究奠定了基础。 l o 华中科技大学硕士学位论文 2电针灸的机理与系统的总体方案 2 1电子与人体的关系 现代科学早已得知，人体的肌肉、神经、器官、组织的细胞活动，都会产 生微弱的电运动，它是由生命机体中一种生物电子的变化而形成的。生物电子 运动则产生了生物体所特有的生物电。在人体挨个生命过程中，都离不开生物 电子的运动，它始终在不平衡中维持着相对的平衡。而人体的经络系统也具有 电学特性，经络及穴位都具有较周围皮肤阻抗为低的特性。日本及我国乃至其 他许多国家的研究结果都证明了经络所具有的良好的导电性，而在病理状况下， 人体皮肤电位的变化绝大多数都反映在一些特定的腧穴上。当代科学研究进一 步在微观上精确地证实了经络与神经、体液有着不可分割的密切联系，它们相 互影响、相互作用，既可以同时以不同的方式反映机体的生理、病理状态，又 可以相互协调，或在外力( 如物理疗法) 的作用下，自行调整或维持机体的正 常状况。在这种机体由正常+ 异常+ 正常的过程中，人体生物电也同样会 发生着相类似的系列变化，与疾病相关的内脏、神经或体液等亦同样发生一系 列变化。当机体没有能力或暂时不能自行恢复时，则必须借助药物或其他一些 物理、化学方法以助其尽早恢复健康1 h 1 2 - 1 3 。而电子技术与医学的结合就为人 类提供了一条这样的道路。 2 2 电针仪的作用机理 人体中由于含有水分，同时又有各种类型的电荷，所以绝大多数组织都是 可以导电的，尤其是经络。运用电子仪器结合针灸原理，给人体以针和电相结 合的治疗，i | 缶床可以治愈多种病症。其治疗原理大致如下： ( 1 ) 镇痛：鉴于疼痛多由细神经纤维传导，所以电针仪对多种原因引起的 疼痛具有抑制作用。另外，脉冲刺激能兴奋粗纤维，从而能抑制细纤维痛觉传 华中科技大学硕士学位论文 导，并在痛觉中枢起相互抑制，使痛觉不易进入意识。 ( 2 ) 消炎：无论感染性还是非感染性炎症，脉冲电针刺激了人体神经一体 液系统，能促进白细胞释放，并增强其活力，提高了免疫机制；同时能改善循 环，促进毛细血管对出血渗出的吸收和组织修复，达到止痛消肿的目的。 ( 3 ) 解痉：当内脏血管平滑肌发生痉挛时，可引起缺血性疼痛、绞痛，而 适度的电针刺激可以通过神经反射作用，解痊止痛。 ( 4 ) 镇静：适量的电刺激，可通过体表神经感受器，对大脑皮层起保护性 抑制，发挥镇静安定作用。 ( 5 ) 调整：通过对体表经穴实施的电刺激，利用经络的内通外达，联系脏 腑，运行气血，调整阴阳的功能，能对人的神经、血液循环等系统以及脏腑阴 阳起到调整作用。 电针仪经过几十年来的不断改革发展，已具备了性能稳定，耗电少，体积 小刺激频率及强度可随意调谐等特点，并由单一走向多功能。除最早使用的 脉冲电针外，还有声电波，简称声电针。它是利用声电波发生器产生各种声源 ( 音乐、戏剧、歌曲、广播等) 的电流，然后通过刺入人体经络上的针，用连 接导线将声电波导入人体内产生刺激，而达到治疗疾病的一种针灸电子仪器 1 4 - 1 5 。它除了具有一般电针的作用功效外，比脉冲电刺激更柔和，并且波形及 幅度和各次谐波成分时时都在变化，故不易引起人体的适应性和耐受性，从而 可提高疗效。同时，它是一种结合电针、音乐、心理治疗的新方法。除声电针 外，还有电与热相结合的电热针仪，它具有针刺、火针、炙疗等综合作用。输 入电流后其温热感可透入机体的深部并能传导扩散，且不会引起烫伤，温度恒 定而持久，若电流调大，热度则增高，具有火针作用。如内蒙古的研究人员于 1 9 7 9 年研制的电热针仪用于风寒湿痹的治疗，效果显著。此外，还有冷冻针灸 治疗仪、电子冷冻增热针灸治疗仪等等，采用半导体相关技术，将一块n 型半 导体和一块p 型半导体联结成电耦并通电，电流的流动会发生能量转移，而分 别在接头两端出现发热和吸热现象等等，结合针灸仪器技术就制成了冷冻针灸 仪和电子冷热针灸仪，可应用于临床的热证和寒证，既可以滋阴降火，又可以 1 2 华中科技大学硕士学位论文 温阳散寒 1 6 - 1 7 1 。 2 3 音乐电针灸治疗仪的总体方案 根据电针灸治疗仪及声波电针治疗仪的机理和特点，本论文设计了一种更 为理想的音乐电针治疗仪，它是在脉冲电针治疗仪的基础上，结合了声波的信 号，根据调制信号的特点，采用音乐信号调制电脉冲信号，生成一种音乐调制 脉冲波，用这种新型的波形代替普通的电脉冲信号，从而解决了使用普通电脉 冲针灸治疗仪时，患者容易产生适应性和耐受性的问题。 概括来讲，本系统应用了单片机，它的设计就应该遵循单片机应用系统的 研制方法和步骤，其研制开发过程大致由以下几部分组成。 1 ) 确定任务 在设计、制造以前必须明确课题要完成的任务和应具备的功能、性能指标、 成本、可靠性、使用环境等技术要求。 2 ) 总体设计 任务和技术指标明确后便可调研收资，比较国内外相似课题的现状， 选择合适的机型和元器件，了解可移植的软硬件技术，并在此基础上考虑 硬件的成本，划分硬件和软件的任务。必须注意：能移植的应尽量移植，以避 免大量、低水平地重复劳动。 ( 1 ) 机型选择 由于计算机发展极快，各种类型的计算机芯片层出不穷， 合理地选用可缩短设计周期，加快开发时间，提高性能价格比。 对于一些控制要求不高的产品，如洗衣机、录像机等家用电器产品，用 m c s 4 8 系列单片机进行开发已足够，由于其价格又低，因此还可以获得很好 的性能价格比。 对于一些测量和控制比较复杂的微机产品或采用m c s 5 1 系列单片机，由 于其具有很强的位处理能力及乘、除法指令，使它在数据运算、逻辑处理中具 有显著的优越性，可广泛用于工业检测控制仪表及一些计算机外围设备( 如打 印机、磁盘驱动器) 。 华中科技大学硕士学位论文 对于更复杂的测量和控制系统，特别是多路数据采集控制系统，用m c s 一9 6 系列单片机更为合适。因为它是1 6 位单片机，运算处理的速度极快，内部有8 路a d 转换器和脉宽调制d a 转换器，所以用它组成系统体积小、价格低、可 靠性高、电路简单。 当然以上所述也非绝对，在机型选择时还需考虑设计开发者对所选机型的 熟悉程度以及现有开发装置的情况；有时计算机：苍片及外围接口芯片的货源、 供应情况也应作为机型选择的考虑因素。 ( 2 ) 软、硬件功能设计在机型选定的基础上，紧接着是划分软件、硬件 的任务。在许多情况下硬件、软件具有一定的互换性，某些硬件功能可用软件 来实现，某些软件功能也可用硬件来完成。用硬件实现速度快，但所需的雹器 件多，成本高；用软件实现时将加重程序的负担，使编程复杂化，并占用计算 机c p u 的工作时间。 因此在划分软、硬件的任务时必须全面权衡利弊得失，作出合理安排。在 对计算机速度要求不高而属产品批量很大的情况下，应尽可能多用软件来实现 硬件的功能，以简化装配、调试、降低成本、提高劳动生产力。 3 ) 硬件和软件开发 ( 1 ) 硬件开发 首先应设计、绘制线路图，划分计算机部分( r o m 、r a m 、 1 1 0 接口，定时器计数器等) 和外围部分( 键盘、显示器、a d 转换器、d a 转换器、打印接口等) ，设计时应尽可能选择典型电路，符合单片机设计常规， 并且还需考虑整个系统的抗干扰要求，降低系统功耗，提高系统的驱动能力。 应防止电路间的互耦干扰，一般常采用光电耦合器件来进行通道隔离。电路设 计完成后，按线路图及技术指标要求采购元器件仔细核对后焊接在线路板上， 对于样机最好焊接芯片插座，以便在调试中芯片无意损坏后能方便地换上好的 芯片。 全部组装完成后应先测量电源工作是否正常，电压过高会烧坏芯片。然后 用万用表、逻辑测试笔、示波器仪器对硬件线路进行检查排错，必要时还需编 制一些小程序借助仿真器进行硬件调试。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 软件开发所谓软件开发就是编制测量、控制、运算、监控程序等。 在编制程序前首先应建立必要的数学模型，确定数据处理和控制的算法， 合理安排数据结构。 程序设计方法有自底至顶( 也即模块化程序设计) 和自顶至底两种，前一 种较适合于单片机应用系统的开发。 模块化程序设计方法是在绘制程序总框图的基础上将一个完整的程序分成 若干功能相对独立的程序模块，如运算程序中的加、减、乘、除子程序以及线 性化、p i d 、数字滤波等功能子程序。先对这些程序模块分别进行编制和调试， 然后将它们连接起来。分成模块后程序的编制和调试比较容易，而且一个模块 可以被多个任务所共享。如加法程序模块既可以被线性化程序调用，也可以被 p i d 控制程序调用。但在将模块进行连接时必须注意入口和出口条件涉及的寄 存器的情况。 在编写模块程序和连接程序前应先画出程序框图并合理地分配r a m 、 r o m 空间，特别是堆栈区的确定要留有余地，在此基础上用汇编语言指令编制 程序并汇编成目标程序( 机器码程序) 。 然后应用单片机开发装置对备模块程序进行调试。最后将这些模块连接起 来统调，并将调好的程序存入磁盘，等待联机调试。 在软件开发中也应考虑抗干扰设计。可采用“冗余”技术，在没有安排程 序的r o m 空间插入一些空操作指令n o p 以及一条或多条转移指令，当程序依 次运行到达这些空间时能自动转移到适当的地方，以恢复程序的正常运行。也 可在程序开始正常运行前先设置一段自诊断程序，借以判断系统能否正常运行。 4 ) 样机联调 在完成了硬件和软件的分别调试以后就可进行联机调试，联调时通常借助 于单片仿真开发装置先进行静态调试，进一步排除软、硬件的错误和不足，然 后在最接近真实的情况下运行程序，进行动态调试，查看目标样机的指标是否 达到要求，中断能否及时响应，定时是否正确，如有问题，对硬件或软件应不 断修改、反复调试，直到满足要求。 华中科技大学硕士学位论文 最后将调好的程序通过e p r o m 写入读出器固化到e p r o m 中去，将固化 好的e p r o m 插入目标样机，实际运行程序。若还有问题，注意观察复位电路 及与e p r o m 相连的电路是否正确1 7 。1 9 】 。 就本设计的开发来说，可分为软件设计和硬件设计两大部分，包括软件程 序设计流程和硬件电路系统。其中软件程序设计主要是应用于音乐信号的产生 部分，它是利用8 0 5 1 单片机系统，用汇编语言设计产生出6 首音乐乐曲信号。 这6 首音乐信号的输出幅度可调，乐曲可选、时间可控并附有工作状态指示和 故障报警2 0 。22 1 。硬件电路部分主要包括音乐信号的产生电路、电脉冲信号的产 生电路及调制信号的产生电路三大部分。8 0 5 1 单片机部分用来产生音乐信号， 电脉冲产生电路用来产生针灸用电脉冲信号，调制电路用来完成调制功能。其 中音乐信号作为调制波信号，脉冲信号作为载波信号，两个信号作为调制电路 的输入端，经过调制，产生出音乐调制电脉冲信号，直接接入针灸器具，作用 于人体。一方面，调制后的信号作用于人体的穴位，去治疗病体：另一方面， 从单片机p 1 o 口输出的音乐信号波形经放大后，输出去耳机系统，这样，两种 信号同时作用于人体，从理论上讲，更有利于疾病的治疗。从设计角度来看， 整个设计的框图如图2 1 所示。 2 4 本章小结 图2 1新型音乐电针灸治疗仪的整体方案 接针具 本章主要介绍了电子与人体的关系及电针、声针治疗仪的作用机理，根据 声、电针治疗仪的特点，提出了一种新型音乐电针灸疗灸治疗仪的设计，即用音 华中科技大学硕士学位论文 乐乐曲信号调制电脉冲信号，产生本设计的最终要求信号：经音乐乐曲信号调 制的电脉冲信号。同时，本章简要叙述了产生此调制信号的整体设计。此系统 的整体设计包括软件设计、硬件设计，软件设计来控制8 0 5 1 单片机系统及其附 属电路产生所需的音乐乐曲信号，硬件设计主要包括8 0 5 1 硬件系统及其附属硬 件电路、电脉冲信号产生电路和调制信号产生电路三大部分。 华中科技大学硕士学位论文 3 1 音乐疗法 3 音乐信号的电路研究 用音乐治疗疾病的历史很悠久。古人早已将音乐和健康联系在一起，古希 腊人崇拜的阿波罗就是健康和音乐之神，并有运用音乐治疗疾病的记载。埃及 在远古时代的著作中，称音乐是灵魂之药。我国古代有“以戏代药”的疗法， 古著乐记阐述了音乐与医学的关系。1 8 世纪，人们开始研究音乐对人体的 影响，到本世纪4 0 年代以后，音乐蓬勃发展，1 9 5 0 年成立了音乐疗法协会， 音乐疗法成为了一种专门的疗法。 音乐疗法在临床上可分为单纯音乐疗法、音乐电疗法、音乐电针疗法。 单纯音乐疗法是单纯通过听音乐而达到治疗疾病的目的。因此它与一般欣赏娱 乐性音乐有原则区别。它是根据患者所患疾病的不同，而听不同的音乐，使人 体机能得以不同的变化。可治疗情绪不安、精神抑郁症、神经衰弱、失眠、胃 肠功能紊乱等2 0 1 2 1 】。 选曲原则，一种是按患者情绪给以同样的音乐。如患者情绪处于兴奋状态， 就给予兴奋的音乐，去增强他的兴奋性，过一会儿，他就会感到疲劳了，自然 会产生疲劳的情绪。抓住这个时机，再给以有镇静效果的乐曲，最终会达到让 兴奋情绪平静下来的目的。如果患者的情绪处于郁闷状态，则应给以较压抑的 小调。因为某种情绪在音乐的支配下，达到顶峰时，会出现一个向相反情绪转 化的时刻，而这一时刻，正是患者感到畅快的时刻。另外也可根据患者的文化 修养水平、对音乐的欣赏能力和爱好选曲，而不是根据疾病的种类，对患者给 以良好的音乐，会增加治疗效果2 2 埘l 。 音乐电疗法是患者接受音乐治疗的同时，还接受音乐电流治疗，电流与音 乐是同步的。其治疗方法是患者用耳机听音乐，音乐电流通过两个板状电极放 在人体患部。临床常用于神经痛、神经衰弱、头痛、失眠、早期高血压、扭挫 1 8 华中科技大学硕士学位论文 伤等疾患的治疗。 音乐电针疗法是音乐疗法与针刺疗法相结合。在进行音乐电针治疗时，病人 一边用耳昕音乐，一边进行音乐电针治疗。由于音乐电流具有止痛、活血作用，从 而加强了针刺的作用。主要用于神经痛、肌肉萎缩等疾病及电针麻醉 2 4 - 2 5 】 3 1 1 音乐的生理作用和治疗作用 音乐电流是将唱片或磁带所发生的音乐信号经声电转换器转换成电信号， 再经放大，然后由声频匹配升压后输出的电流。 人耳能听到的声音的频率为2 0 2 0 0 0 0 h z 。常见乐器和人声的音频范围是 2 7 4 0 0 0 0 h z ，转换成同步的音乐电流的频率为3 0 - 1 8 0 0 0 h z 。因此，音乐电流 既有低频电流成份，又有中频的成份。是有一定的节律、频