（测试计量技术及仪器专业论文）便携式数字音乐电治疗仪的研究.pdf

中文摘要 音乐电疗法是以经络理论和音乐治疗理论为基础，吸取电疗法的特点发展起 来的一种新型康复治疗手段，具有刺激穴位和音乐治疗的双重作用。虽然该疗法 在我国兴起已有十几年的历史，但音乐治疗设备的发展远远没有达到时代要求， 技术水平与世界同类产品有着相当的差距。课题以便携式及数字化为研究目标， 研制新型便携式数字音乐电治疗仪产品，完成了样机的调试。 论文首先对音乐电疗理论进行了深入分析，并以此作为仪器设计的指导思 想，以便携式和数字化作为仪器设计原则，符合现代医疗仪器发展的趋势。仪器 采用m p 3 数字格式音乐为音源，使得音质更优；在国内首次将d 类数字放大器用 于音乐电治疗仪中实现功率放大，提高了效率，降低了功耗；以低功耗m s p 4 3 0 系列单片机作为控制器采集治疗信号用于液晶显示，使得治疗信号的显示更加直 观：利用u s b 接口与p c 机通讯，并利用v c + + 编写用户界面，可在p c 机上观测 治疗信号。 研制的音乐电治疗仪样机，具有体积小、重量轻、失真度小、带负载能力强 的特点，采用锂电池供电能连续工作4 小时以上，实现了仪器的便携化。性能实 验测试表明，仪器达到了设计要求，模拟临床实验在一定程度上反映了样机在治 疗失眠和神经衰弱方面的疗效。 关键词：音乐电疗法音乐电治疗仪便携式d 类音频放大器 a b s t i 认c t b a s e do nt h em e r i d i a n ( j i n g - l u o ) t h e o r ya n dt h et h e o r yo fm u s i ct h e r a p ya n d w i t ha b s o r p t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i c so f e l e c t r o t h e r a p e u t i c s ，m u s i ce l e c t r o t h e r a p yi sa n e wm e t h o do fh e a l i n ga n dt r e a t m e n t , w h i c hh a sd u a lf u n c t i o n so f s t i m u l a t i n gt h e a c u p u n c t u r ep o i n ta n dm u s i ct r e a t m e n t a l t h o u g ht h i st h e r a p yi no u rc o u n t r yh a so v e r t e ny e a r s h i s t o r y , t h ed e v e l o p m e n to fm u s i c e l e c t r o t h e r a p yi n s t r u m e n t si ss t i l lm u c h f a rb e h i n dt h et i m er e q u e s ta n dw o r l da d v a n c e dl e v e l a i m i n ga td e s i g no fa n e wt y p e o fp o r t a b l ea n dd i g i t a lm u s i ce l e c t r o t h e r a p yi n s t r u m e n t ，t h ee x p e r i m e n t sh a sm a d ea p r o t o t y p eo n ea n dh a sc o m p l e t e di t sa d j u s t m e n t t h i st h e s i sh a sf i r s tc a r r i e do nt h e t h o r o u g ha n a l y s i st ot h em u s i c a l e l e c t r o t h e r a p yt h e o r y t h es t u d yt a k e sp o r t a b i l i t ya n dd i g i t i z a t i o na st h ep r i n c i p l eo f d e s i g n ，w h i c hc o n f o r m st ot h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo ft h em o d e mm e d i c a l i n s t r u m e n t u s i n gm p 3d i g i t a lf o r mm u s i ca st h es o u n ds o u r c e t h ei n s t r u m e n th a s s u p e r i o ra c o u s t i cf i d e l i t y u s i n gc l a s s - dd i g i t a la m p l i f i e r si nt h em u s i ce l e c t r o t h e r a p y i n s t r u m e n tt or e a l i z eh i g hp o w e ra m p l i f i c a t i o nf o rt h ef i r s tt i m ei nc h i n a , i te n h a n c e d t h ee f f i c i e n c ya n dr e d u c e dt h ep o w e r c o n s u m p t i o n u s i n gl c dt os h o wt h et r e a t m e n t s i g n a l sw h i c ha c q u i r e db yt h e u l t r a l o w - p o w e rc o n s u m p t i o nm s p 4 3 0s e r i e s m i c r o c o n t r o l l e r , t h et r e a t m e n ts i g n a l st u r no u tt ob em o r ev i s u a l u s i n gt h eu s b i n t e r f a c ea n dt h ev c + + c o m p i l e r , t h et r e a t m e n ts i g n a lc a nb eo b s e r v e do np c t h em u s i ce l e c t r o t h e r a p yi n s t r u m e n tp r o t o t y p ep o s s e s s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f s m a l ls i z e ，l i g h tw e i g h t ，l i u l ed i s t o r t i o n ，a n ds t r o n gl o a dc a p a c i t y u s i n gl i t h i u m b a t t e r ya st h ep o w e rs u p p l y , i tc a nc o n t i n u o u s l yw o r ka tl e a s t4h o u r s s i m u l a t e c l i n i c a le x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h em u s i ce l e c t r o t h e r a p yi n s t r u m e n t p r o t o t y p eh a s s o m ec u r a t i v ee f f e c ti nt r e a t m e n to fi n s o m n i aa n dn e u r a s t h e n i c k e yw o r d s ：m u s i ce l e c t r o t h e r a p y , m u s i c e l e c t r o t h e r a p yi n s t r u m e n t ， p o r t a b i l i t y , c l a s s da u d i oa m p l i f i e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨叠基堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：靛誊；孩 签字日期： 沙7 年j 月；口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘望有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：托乏：最 导师签名： 妒y 廿 越冬 签字日其f j ：z 口7 年，月岁矿日 签字日期w 7 年，月夕a 日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 音乐治疗学是一门新兴的，集音乐、医学和心理学为一体的边缘交叉学科，是 音乐的作用在传统的艺术欣赏和审美领域之外的应用和发展【l j 。音乐在医学和心理治 疗领域的广泛应用和令人振奋的临床治疗效果证明了人类的一个古老的信念：音乐 是具有驱病健身的作用，对于人类的生存本身具有重要的意义。在人类的早期活动 和现在尚存的原始部落中，音乐活动在他们的生活里都占有十分重要的地位。这时 音乐的审美意义还是十分有限的，而更多的是对人类的生存具有实际的功能。很难 想象，人们在连基本的温饱和安全都没有得到保证的情况下，会把大量的精力放在 与自己生存无关的娱乐和审美活动中去。部落中的巫师实际上兼有掌管音乐活动和 医生的职责，在古希腊传说中，阿波罗神也同样是掌管音乐和医疗的神，这实际上 反映了一个事实：在古代，人们头脑中的音乐和治病本来就是一回事。随着音乐的 高度专业化发展和人类社会文明的高度发展，人们已经逐渐地忘记和抛弃了音乐的 本来作用和功能。一直到现代，音乐对人类生存本身的重要意义才又重新开始为人 们所认识到1 2 1 。 音乐电疗法是在我国中医经络学说基础上，结合现代音乐疗法，并吸取电疗的 特点发展起来的一种新型康复治疗方法。具有刺激经穴和音乐治疗的双重作用1 3 j 。在 音乐电疗的应用中，音乐电治疗仪将音乐声波转换成音乐电波经表皮电极刺激人体 腧穴，通过音乐电波激发穴内和经上的经气，使其沿经而行，可至病所。能够疏通 经络，调和气血，补虚泻实，提高免疫功能。同时，它又兼有音乐的欣赏性和娱乐 性，充分发挥音乐的生理、心理功能，尤其是由音乐信号经过换能处理，具有音乐 风格和特点的同步音乐脉冲电流，刺激经络穴位，对某些疾病起到类似甚至优于传 统针灸的治疗效果。在进行音乐电针治疗时，患者聆听音乐的同时，还接受音乐电 流治疗，电流与音乐同步。临床常用于神经痛、神经衰弱、头痛、失眠、早期高血 压、扭挫伤等疾患的治疗l 引。 音乐电疗对音乐的要求比较严格，不是所有的音乐都可以用来治疗。病情不同， 所采用的音乐也有所不同。治疗音乐的选择方法，主要是依据音乐性质。因为一首 乐曲和歌曲，由于其音乐性质不同，给人的感受也不尽一样。例如，一支抒情、优 美的曲调，常会给人带来安静、平稳的精神状态。一支活泼、愉快的曲调，则会使 人处于兴奋、热情的精神状态之巾。 天津大学硕士学位论文 第章绪论 12 国内外发展历史及现状 音乐疗疾源远流长四千多年前，古印度人就应用音乐为病人减轻病痛， 占埃及人通过巫医吟唱帮助产妇减少分娩时的痛苦。美国的音乐治疗起步于_ 二战 时期。起幸j j 播放音乐只是为了减轻伤员的痛苦，后逐渐发展为系统的治疗科学， 并形成丁两个其有影响的音乐治疗组织：t h e n a t i o n a l a s s o c i a t i o n f o r m u s i c t h e r a p y ( n a m n 和t h ea m e r i c a na s s o c i a t i o n 南rm u s i ct h e r a p y ( a a m t ) 。1 9 9 8 年，n a 胛 的3 2 0 0 名占乐治疗师与a a m t 的5 0 0 多名音乐治疗师达成协议形成了一个统一的 治疗机构此举大大推动了美国音乐治疗的发展”】。n 本的音乐疗法始于1 9 6 0 年 1 9 9 5 年，同本小提琴音乐学会l 瞄床爵乐疗法协会联合结成丁令日本临床音乐 疗法协会联盟1 9 9 6 年出台了全日本音乐疗法联盟认定的关于音乐疗法师的审核 制度1 6 i 。目前，北美、南美、欧洲、澳太利亚及近年亚洲的一些国家都开展了各种 形式的音乐治疗。据世界音乐治疗联合会统计，目前世界上共有4 5 个国家开展了音 乐治疗1 5 0 所大学设立了音乐治疗教育 7 】。在短短半个世纪中，这一新兴学科得到 迅速的发展，说明它适应了现代社会人们心理健康的需求，在欧美发达国家音乐治 疗己初步形成了一个社会职业i 。 用音乐治病我国古代就有记载早在2 0 0 0 年前的黄帝内经里就提出来用 “五音疗疾”的方法来缓解抑郁、紧张和焦虑是有效的。主要是按“宫”、“商”、 “角”、“徵”、“羽”五种调式与五脏、五志的关系来选曲编排进行治疗。如“宫” 调式乐曲，风格醇厚庄重，有如“土”一般的宽厚结实可入脾；“商”调式乐i i i ， 风格铿锵雄伟，具有“金”之特性，可 肺：“角”调式乐曲，曲调清新爽朗，具 有“木”之特性，可入肝等等1 9 j 。 在我嗣音乐治疗作为现代的学科是以音乐电疗法的创立为标志的j 1 “。我国医 务工作者把音乐疗法、电刺激疗法与我国 传统经络理论相结合，创造了“音乐电疗 法”使祖国的传统医学又向前发展了一 步。1 9 9 4 年长沙马王堆疗养院尝试对康复 期病人使用音乐治疗井研制了“音乐电治 疗仪”。从1 9 8 5 年开始国内很多精神病院、 康复医院和综合医院都先后开展了音乐电 疗。同时国内涌现出多种自行研制的音乐 图i i早期音乐电治，仪的治疗过程 天津大学硬上学位论文 第章绪埝 电治疗仪。图l 一1 展示了早期音乐电疗仪治疗过程，从图l | 可虬看出，仪器体积较 大，必须在医务人抽的帮助下才能完成治疗。 1 9 8 7 年音乐电疗首次介绍到世界，美国学者认为音乐电疗是中国的一个创举。 1 9 9 3 年中同音乐治疗学会北京设备研制中心在纽约首届东方医学研讨会上向世界 各国代表介绍了中国音乐电疗的现状和发展，受到与会者的热烈欢迎和盘评。1 9 9 5 年2 月美国音乐治疗学会主席到中国对音乐电疗进行考察他认为中国的音乐电疗 是对世界音乐治疗事业的推动和发展l 。 图i 2 法国爱夫尔公司出品的音乐美胸护理仅 近年米随着电子技术以及 计算机控制技术的发展，新型音 乐电治疗仪不断推出。法国爱夫 尔国际有限公司现已经在音乐电 疗仪器研制方面走在了世界的前 列。其公刮主打产品音乐美胸护 理仪融合当代音乐治疗学、心理 干预技术、中两医学、电子上程 学、自动化控制等多种边缘学科 罐新科研成果，在国际上首次将音乐的心理作用及声场生理作用、音乐电的独特 物理治疗作用等治疗方法综合应用于女性乳房的保健、护理。该产品疗效显著， 操作简便，安全可靠。圈1 - 2 为该公司出品的音乐美胸护理仪。 在国内方面，济南军区青岛第二疗养 院研制的海神9 9 - a 音乐电治疗仪，南京 军区总医院研制的y p - i 音乐电治疗仪i ”1 ( 如图1 3 所示) 西北轻工业学院研制的 音电同步理疗机等，虽然比起传统的音乐 电治疗仪具有体积小重量轻，操作方 便等优点但是和国外同类产品相比，依 然存在不小的差距。 13 课题的提出及意义 图】3y p 一1 音乐屯治疗仪 随着科技的进步和人们保健的意识不断增强人们对医疗仪器的需要也在不断 3 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 增大。医疗仪器正朝着小型化，便携式等方向发展。生活节奏的加快，促使便携式 医疗仪器从医院走入到家庭。这样，仃：碌的人们就可以不必专门跑到医院或医疗诊 所，很方便的在家庭接受治疗。因此，实现音乐电疗仪的便携化成为本课题的主要 研究方向。 随着时代的发展，新型音源不断涌现，几乎完全进入了数字时代。唱片和磁带 开始消失，让位于c d 光盘。市场希望在更小的器件上存储更多的音乐，这种需求 催生出m p 3 等压缩技术，进而需要数字放大器电路来满足这些新型媒体【l4 1 。本课 题所研究的新型音乐电治疗仪正是基于数字技术，采用m p 3 数字播放器作为音源， 其音乐信号经过数字放大器进行功率放大最终达到治疗目的，同时，数字技术的低 功耗特点正好与便携式设计相一致。 1 4 本文的主要工作 本文的工作主要分为三部分，音乐电疗法的相关理论部分；新型便携式数字音 乐电治疗仪的研制：仪器调试与实验。以下是本文的主要内容简介： ( 一) 音乐电疗法的理论基础与机理。音乐电疗法是在音乐疗法和我国传统经 络理论的基础上，结合电刺激疗法而产生的一种新型康复手段，这部分先简要介绍 了传统经络学说和音乐疗法基本理论。在这些理论基础上，音乐电疗法应运而生。 该部分是音乐电治疗仪设计思想的源泉，同时作为指导仪器设计的基础。 ( 二) 便携式数字音乐电治疗仪的系统设计。首先确立了治疗仪总体设计方案 以及主要设计参数，同时说明了设计过程中需遵循的设计要点和原则。治疗仪总体 上划分为四大功能模块：音乐信号产生模块，放大调整音乐信号单元，数据采集及 显示单元，供电电源单元。在硬件设计部分详细阐述了各功能单元的设计与实现方 法。而在软件设计部分则详细阐述了上位机程序设计和单片机数据采集部分应用程 序。 ( 三) 仪器调试与实验。该部分分为仪器性能测试和模拟临床实验两部分，对 于仪器的工作性能主要进行了两方面的测试：一是信号失真度实验，考察输出信号 相对语音乐信号的失真程度；二是输出与负载关系实验，把人体组织等效为纯电阻 负载，观察当负载变化时刺激输出的变化。考察仪器最大电流输出能力。模拟临床 实验选取一例典型受试者进行分析，表明仪器的实用疗效。同时，实验结果表明不 同的个体对刺激的要求不同。 4 天津大学硕士学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 第二章音乐电疗法的理论基础及机理 音乐电疗法，简而言之就是利用音乐电流刺激穴位达到治疗保健的目的。由中 医传统经络学说、现代音乐疗法理论作为其理论依据。本文先对经络学说、音乐疗 法做一简要介绍，再引出音乐电疗法基本理论及机理，作为音乐电治疗仪设计的理 论依据和指导思想。 2 1 经络学说研究综述 2 1 1 经络及经络学说的概念 经络是中医理论体系的核心内容之一。“经络”一词首先见于灵枢邪气脏腑 病形：“阴之与阳也，异名同类，上下相会，经络之相贯，如环无端。”i l 副 经络是经脉和络脉的总称。经，有路径之意，经脉贯通上下，沟通内外，是经 络系统的主干。络，有网络之意。任何一本中医针灸书，都有一张经络穴位图，在 上面画着十四条纵向走行的线，称为十四经脉。每条经脉上又分布着许多穴位，就 好像流体路线上的流量分配器。从这些主干上又可分出众多的较经脉细小的络脉， 纵横交错，遍布全身，构成一个运行气血的经络系统。经络内属于脏腑，入络于肢 节，沟通于脏腑与体表之间，将人体脏腑、组织、器官联结成为一个有机的整体， 并借此运行全身气血、调节阴阳，使人体各部的功能活动得以保持协调和相对平衡。 研究经络系统的生理功能、病理变化及其与脏腑之间的关系的理论，称为经络 学说。它是中医学分析人体生理、病理和对疾病进行诊疗的主要依据之一。经络学 说的内容十分广泛，包括经络系统各组成部分的循行部位、生理功能、病理变化及 其表现，经络中血气的运行与自然界的关系，经脉循行路线上的穴位及其主治作用， 经络与脏腑的关系等等l i 叫。 2 1 2 腧穴的概念及作用 腧穴是人体经络之气输注于体表的部位。“腧”与“输”通，有传输含义；“穴”， 有孔隙的含义。腧穴主要分布在十二经脉和任、督两脉的循行线上，故有十四经穴 之称，说明腧穴从属于经络。腧穴不仅是针灸治疗的刺激点，而且还是疾病的反应 点。在正常生理条件下，经络有运行气血，感应传导的作用。而在疾病发生时，经 5 天津大学硕士学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 络便成为传递病邪，反应病变的途径，通过经络的传导，内脏的病变可以反应到体 表，表现于某些特定的部位和孔窍，这些腧穴从属于经络，通过经络系统与人体各 部发生联系，使用针灸等方法刺激腧穴，可以“引气远入”，治疗有关经络与脏腑 的病症【1 7 1 。 2 1 3 经络理论的i 临床应用 经络学说在临床上可以应用于解释病理变化、协助疾病诊断，以及指导临床治 疗三个方面【1 引。 1 、解释病理变化 经络与疾病的发生、传变有密切的关系。某一经络功能异常就易遭受外邪的侵 袭，之后，外邪又可沿着经络进一步内传脏腑。经络不仅是外邪由表入里的传变途 径，而且也是内脏之间、内脏与体表组织间病变相互影响的途径。 2 、协助疾病诊断 由于经络有一定的循行部位和脏腑络属，可以反映所属脏腑的病证。因而在临 床上，就可以根据疾病所出现的症状，结合经络循行的部位及所联系的脏腑，作为 临床诊断的依据。如肋痛，多病在肝胆，肋部是肝经和胆经的循行之处。近年来， 人们根据经络循行通路，或经气聚集的某些穴位上出现的疼痛、结节、条索状等反 应物，以及皮肤的形态、温度、电阻改变等来诊断和治疗疾病，如肺脏有病，中府 穴可有压痛。 3 、指导临床治疗 经络学说早已被广泛用于指导临床各科的治疗。经络各有所属腧穴，腧穴于分 经之外还有不同的类别，腧穴以经络为纲，经络以腧穴为目经络的分布既有纵向的 分线( 分行) 关系，又有横向的分部( 分段) 关系。这种纵横关系结合有关腧穴，意 义尤为明显。循经取穴的意义应当从这种关系去全面理解，因而按经络远道取穴是 循经，按经络邻近取穴也是循经，内经所说的“治主病者”就是指取用能主治 该病症的经穴。经脉的“是主某所生病”，说的就是这一经所属穴的主治症，主要 以四肢部经穴为依据。作为特定类别的四股经穴有并、荥、输、原、经、合、络、 郄等。在头面、躯干部。则有处于分段关系的脏腑俞募穴及众多的交会穴。对脏腑 五官说来，取用头面躯干部的经穴是近取法，取用四股部的经穴是远取法。循经远 取和远近配合，在临床治疗中具有特殊重要意义。如胃病，常循经远取足三里穴； 肋痛则取太冲等穴。中药治疗亦是通过经络这一渠道，使药达病所，以发挥其治疗 6 天津大学硕士学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 作用【1 6 1 。 2 2 音乐疗法概述 2 2 1 音乐疗法的概念 音乐疗法，顾名思义就是用音乐来治疗疾病，前美国音乐治疗协会主席t e m p l e 大学教授k b r u s c i a 在他的音乐治疗定义谈到：音乐治疗是一个科学的系统治 疗过程，在这一过程中包括了各种不同方法和流派理论的应用，而不是像有些人误 解的那样，以为音乐治疗只是一种简单的疗法。音乐治疗运用一切与音乐有关的活 动形式作为手段，如听、唱、器乐演奏、舞蹈、美术等各种活动，而不是有些人认 为的那样，以为音乐治疗只是听听音乐，放松放松l l9 。音乐治疗过程必须包括有音 乐、被治疗者、和经过专i i ) l l 练的音乐治疗师这三个因素，缺少任何一个因素都不 能称其为音乐治疗。 没有音乐参与的治疗过程不是音乐治疗，因为在音乐治疗中，音乐是一个基本 的因素，音乐治疗就是通过音乐的作用来达到治疗的目的。当然，没有被治疗者作 为治疗的接收者和没有经过专门训练的音乐治疗师介入的任何活动也不是音乐治 疗。有些人买的一些所谓“音乐治疗录音带”回家聆听的做法也许对身心有一些的 放松作用，但这不能称其为音乐治疗，因为没有音乐治疗师的介入，也就没有治疗 师与患者的治疗关系这个关键的动力因素。 2 2 2 音乐治疗的机制 由于音乐治疗是一门新兴学科，对其机制的研究还比较薄弱，学术界存在以下 几种学谢2 0 】： 大脑边缘系统学说 认为大脑边缘系统是与非特殊投射机能类似的第三调节系统。它与周围有广泛 的联系，接受各种感觉( 躯体，内脏) 临近新皮质及边缘系统内部的传入纤维，同 时又向纹状体和脑干网状结构发出纤维调节抑制大脑皮质功能。边缘系统与身心健 康有关。与情绪有关的身体反应，精神纠纷，欲望得不到满足等都是新皮质与边缘 系统发生脱节或不协调所致。音乐可以通过大脑边缘系统调节躯体运动神经大脑皮 质功能，促进身心健康2 1 1 。 脑干网状结构学说 认为脑干网状结构接受视觉、听觉、嗅觉、味觉系统传入冲动，以及躯体和内 7 天津大学硕士学位论文 第二章音乐电疗法的理论基础及机理 脏的各种传入冲动，通过丘脑的非特异性投射系统到达大脑皮层，脑干网状结构可 以整合复杂的非条件反射和血管运动反应，也调节脑血管的张力及脑组织营养等， 将刺激聚合起来。脑干网状结构对一切刺激都有引起反应的能力。而与刺激的特异 性无关。音乐刺激通过网状结构提高或降低中枢神经系统的活动水平，通过网状结 构对特殊投射系统，非特殊投射系统，心理过程，内脏和内分泌机能，醒觉和注意 力等发生影响。协调脑干网状结构与大脑皮质各部分功能间的关系，对人体产生良 好的影响【2 2 1 。 共振学说 认为人体的各个细胞都在做微小的振动。音乐作为一种和谐的声波振动，带动 人体细胞做和谐共振。从而激发能量，协调机能1 2 引。 2 2 3 音乐治疗的作用 音乐治疗对人体的作用主要表现在以下几个方面【2 4 j ：一是神经生理学家证明， 音乐对神经结构，特别是大脑皮层，有直接影响。音乐主要影响人的高级神经活动， 对人的大脑边缘系统和脑干网状系统有直接影响，能使大脑皮层出现新的兴奋灶。 此外，音乐能促进消化道的活动，影响心脏血管系统，使血脉畅通，加速排除体内 废物，有助于疾病的恢复。二是音乐能调动人们思维的记忆、联想、想象等各种因 素，唤起同感，引起人们的共鸣。因此长期有效地欣赏音乐，可以解除人们不良的 心身反应，陶冶性情，改变性格和情趣。三是乐曲的旋律、速度、音调等不同，可 分别使人产生镇静安定，轻松愉快，活跃兴奋等不同作用，从而能调节情绪，达到 镇痛、降压、催眠等效果。四是变化无穷的优美旋律和动人心弦的乐曲可以给人生 理上的共振，感情上的激发，情操上的陶冶和哲理上的启迪，还能激发潜能，以达 到心理学中的移情、暗示、幻想、诱导等治疗作用。 在国外，有人认为，音乐是通过充当不愉快刺激的分散剂而发挥治疗作用； l a n g e r 2 5 】认为，音乐唤起了听者对生活中一些非音乐事件的记忆而发挥治疗作用； r a d o c y l 2 6 1 等认为，仅仪是音乐本身的作用。f e i t e n l 2 7 1 的研究说，大脑、行动和人体 的免疫力之间的相互作用，娱乐的积极心情能提高人的健康指数，加强人体的免疫 能力。 总之，音乐运用于医学中，一是能多方面刺激大脑皮层，使病人对外界的感觉 减弱；二是能唤起病人的愉快的思想联系和情感，暂时忘却置身的环境：三是音乐 对中枢神经有直接的抑制作用。另外音乐的魅力和愉悦性也会吸引那些社会性退缩 的人们参与到音乐的社会活动中去，从而改变其自我封闭状态。 8 天津大学硕士学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 2 3 音乐电疗法的基本理论 音乐电疗是在现代音乐疗法和我国传统经络学说基础上发展而成的新型治疗 康复手段。音乐电疗法的基本原理是利用声、电两种物理因素的同步作用。治疗时， 病人在头戴耳机聆听美妙音乐的同时，电极板将该音乐调制出的电流刺激人体穴位 达到治疗的目的【2 引。 2 3 1 音乐电流的特点 音乐电流由音乐电治疗仪产生。传统的音乐电治疗仪是由音源、功率放大器以 及升压变压器三部分组成。音源产生的音乐信号，经过功率放大及升压，即可转换 成用于治疗的音乐电流【”1 。输出功率在3 w 以上，最高输出电压能达到1 2 0 v 。音 乐电流有以下特点： ( 1 ) 电流与音乐信号同步 由音乐转换成的电流，与音乐信号是完全同步的。也就是说电流随着音乐信号 的节奏、力度和速度的变化而改变，即用什么样的音乐，就出什么样的电流，而且， 随着音乐信号的节奏、力度和速度的变化而改变。每一支乐曲或歌曲，都有多种乐 器伴奏，所产生的音乐信号就不是单一频率信号，而是多频率信号，因此，音乐电 流与一般的脉冲电疗仪发出的电流，是完全不相同的。 ( 2 ) 对机体不会产生适应性 正弦波的波形、波幅和频率的变化，比一般脉冲电流复杂而多变。普通脉冲电 流，是单个周期的重复，其波幅与频率相对固定，有一定的规律性，作用于人体一 段时间后，很容易使人体产生适应性。因此，人体对电流刺激的反应性逐渐减弱， 乃至完全消失。音乐电流正与其相反。因为，音乐电流的波形、波幅及频率，随着 音乐旋律起伏、节奏快慢以及音乐力度大小等诸因素的改变而改变。所以，当人体 接受音乐电流刺激时，每个脉冲电流都能成为新的刺激，因而人体不易产生适应性。 ( 3 ) 中低频混合的多波电流 在音乐中，无论器乐曲，还是歌曲，都是由多种乐器合奏或伴奏，其音频范围， 一般在2 7 4 0 0 0 h z 之间【3 0 1 。因此，由音乐转换来的电流，其频率也在此范围。如 果按电疗法分类，音乐电流既具备低频脉冲电流的特点又有中频脉冲电流的特点， 所以，音乐电流应是一种不规则的，低中频混合的多波正弦脉冲电流。 ( 4 ) 选择性 音乐电流，是由多种音乐信号同时转换成一种多波形、多频率，不同力度的混 合电流。无论对受治疗的神经或肌肉，无论处于何种病程，都有一定的选择性刺激 作用，这是其他脉冲电流所没有的。所以，病人接受这种电流治疗，效果是明显的。 9 天津大学硕上学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 2 3 2 音乐电疗法的治疗原理 音乐电疗的治疗原理，是多种因素的综合作用。因为，病人在进行治疗时，一 方面从耳机里接受音乐治疗的同时，另一方面还接受与音乐同步的音乐电流刺激穴 位，而且这种电流又是低、中频混合电流，不仅能起到刺激穴位的目的，还具有低、 中频电疗的特点。 ( 1 ) 电针针灸作用 音乐电流刺激人体腧穴，通过音乐电波激发穴内和经上的经气，沿经而行，可 至病所。这种治疗作用是建立在经络学说基础之上的。刺激的腧穴只是实施场所， 作用的实质还是在经络上。中医理论认为，生命是否存在，决定于经络，疾病之所 以发生以及得到治疗也决定于经络【3 1 1 。经络是人体全身的一个网络系统，最重要的 有1 4 条经脉线循行于周身，内连五脏六腑，外及四肢百骸，经筋皮部，五官七窍。 有气和血在流动，以维持全身各系统的正常功能。疾病的形成，是由于经络的失控。 调节经络，必须刺激一定部位来实现。临床上选用的腧穴，每一个穴点可以认为是 一小部分缩小的皮部，而皮部又是与经络相统一的，所以说刺激体表腧穴实质就是 作用于经络系统。在穴位上产生“得气”意在激发经脉之气。经络系统纵横交错， 遍布全身，不论何穴，它总是属于人体某一经络，穴位与经络是点与线的关系，所 以，每一经上的腧穴都能治疗该经络循行通过部位的疾病。利用音乐电刺激腧穴， 调节人体的阴阳虚实，使人体从一种病理状态，通过疏通经络、调整气血，恢复到 相对平衡的状态，从而达到康复的目的。 ( 2 ) 音乐作用 病人通过耳机听到产生音乐电流的音乐。不同的音乐可以对人的生理产生不同 的反应，如心率和脉搏的速度、血压、皮肤电位反应、肌肉电位和运动反应、内分 泌和体内生化物质( 肾上腺素、去甲肾上腺素、内啡肽、免疫球蛋白) 以及脑电波 等等。音乐的节奏可以明显地影响人的行为节奏和生理节奏，例如呼吸速度、运动 速度节奏、心率。另外，不同的音乐可以引起各种非常不同的情绪反应。同时音乐 也是一种独特的交流形式，对于音乐而言，最重要的交流意义是非语言的。音乐的 这一交流特点对于临床治疗来说是关键的重要因素，特别是当语言的努力归于失败 时，音乐可以帮助建立起良好的医患关系，而这一关系正是治疗成功的基本动力l j 引。 另外，由于音乐是一种存在于时间里和由物理结构( 空气分子的震动) 形成的一种 现实存在，因此音乐可以成为一个有效的媒介来帮助那些从现实和社会中退缩出来 的病人从新回到现实世界中，建立起与外部现实世界的联系。可以通过视觉和听觉， 作用于大脑边缘系统和中枢网状结构，对内脏和躯体功能起到良好的调节作用，可 改善神经、体液和内分泌功能，促进新陈代谢，改善情绪，使注意力集中。 ( 3 ) 低频电疗作用l j 州 1 0 天津大学硕士学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 电生理研究证明，1 0 0 h z 以下的低频脉冲电流刺激神经，可引起肌肉运动。对 感觉神经，5 0 h z 脉冲电流，可引起肌肉明显的颤动，1 0 2 0 0 h z ，尤其是1 0 0 h z 左 右的脉冲电流，可产生镇痛与镇静作用。对植物神经，4 2 0 h z 的脉冲电流，可兴奋 交感神经，1 0 0 2 5 0 h z 脉冲电流，可抑制交感神经。对血管，5 0 1 0 0 h z 可引起血管 扩张。1 0 4 0 h z 脉冲电流，可兴奋迷走神经。然而，音乐电流中的低频脉冲部分， 不是某种单一的低频电流，它是一种随着音乐节奏、力度、速度、调性的变换而改 变其频率的。因此，神经、血管、肌肉等组织，除了对其不产生适应性外，而且对 受损组织尚有一定的选择作用、消炎和止痛作用。 低频脉冲的镇痛作用，还可能与刺激感觉神经粗纤维而引起的闸门效应，或者 与内源性吗啡样物质的增多有关。尤其是，在低频脉冲电流刺激下，内啡肤分泌量 增多。 ( 4 ) 中频电疗作用 音乐电流中的中频部分，其频率在4 0 0 0 h z 以内( 因钢琴最高音域只有4 0 0 0 h z ) 。 实验证明，中频电流通过机体组织时，因阻抗小而电流通过组织较深。而且，一般 不出现刺激皮肤现象，只有在电流强度大时，才会出现针刺样感觉，因为，音乐电 流是随着音乐力度变换而改变的，所以，即使电流出现强度增大，也只是瞬问值的 增大，对组织产生的刺激也是瞬间的和不强烈的。 实验证明，中频电流可使受作用的局部组织毛细血管开放，增强局部血液循环 量，改善新陈代谢，有助于解除痉挛和消散炎症。 2 3 3 音乐电疗法的应用 2 3 3 1 治疗音乐的选择 音乐有多种多样，不是所有音乐都能用来治病。因此，必须加以选择，对选择 出来的音乐，叫音乐处方。 治疗音乐的选择方法，主要是依据音乐性质。因为一首乐曲和歌曲，由于其音 乐性质不同，给人的感受也不尽一样。例如，一支抒情、优美的曲调，常会给人带 来安静、平稳的精神状态。一支活泼、愉快的曲调，则会使人处于兴奋、热情的精 神状态之中。 几乎所有的乐曲和歌曲，在形式、体裁及其内容上，皆是多种多样的。但就其 性质而言，一般说来有三大要素，即旋律、节奏、调性，再辅以速度、力度等次要 因素，就大体上决定音乐的基本性质。 音乐内涵丰富，可有千变万化。比如说旋律，它可能是优美抒情的，也可能是 活泼愉快的；可能是雄壮有力的，又可能是悲愤压抑的等等。就节奏而言，也可为 天津大学硕士学位论文 第二章音乐电疗法的理论基础及机理 平稳的，激烈的，紧凑的，松散的等等。同样，调性，也可分为大调性的( 明朗、 开阔的) 和小调性的( 暗淡、抒情的) 两大类型。当然，速度和力度等条件也不可忽 视。同样一个乐曲，速度加快演奏，是一个样子，速度放慢，则变成为一个样子； 在演奏时，强奏是一种形象，而弱奏则完全变为相反的形象。由于它们的不同变化， 使音响振动频率差异很大，这时的音乐电流也随之发生变化。 根据这几大要素，从日常生活所接触到的音乐中，选出一些有特点的、适用于 不同病人的乐曲和歌曲，应用于临床治疗。但是，要注意，不要采用一些打击乐器 声音很强的流行歌曲。因为，打击乐器的节奏感特别强烈，速度又特别快，由它转 换的电流，扰乱了由歌声转换的电流，成了规律性脉冲电流，失去了音乐电流的特 点。 2 3 3 2 电流强度 音乐电流，是随着音乐变化的。因此，电流表指针是不稳定的，只能指出大概 的参数范围。若了解电流强度的大小，除参考电流表外，还要依靠病人的主观感觉 和肌肉对电流刺激的客观反应。现在作为电流强度的指标，一般都用以下四种阈值： 感觉阈下：稍有电感。 感觉阈：有明显电感。 运动阈：有电感的同时，肌肉有颤动感。 运动阈上：有电感的同时，肌肉颤动明显。 感觉阈下和感觉阈，在治疗作用上，属于弱刺激，多应用于对电流反应比较敏 感部位，如头面部。 运动阈和运动闽上，属于强刺激，多用于耐受电量较好的部位，如四肢肌肉丰 满部位。 在实际应用中，用弱刺激或强刺激，要看疾病种类及其所处阶段，治疗部位和 病人接受能力等因素来决定。一般每日治疗1 次，每次2 0 _ _ 3 0 分钟，1 5 1 0 次为 l 疗程，间隔1 周，可行第2 疗程。 2 3 3 3 治疗方法 采用导电硅胶电极板，将音乐电流传导至体表。为了增加电极导电性，应先将 皮肤润湿，并用医用胶布或松紧带加压固定，使其与皮肤充分接触。也可以加湿润 的衬垫。根据音乐电疗的作用原理，电极放置位置分以下两大类： ( 1 ) 腧穴 按照经络学说理论，对症下药，刺激腧穴，这是音乐电疗主要的治疗方法。对 于常见病症一般可参照针灸按摩方面的书籍确定病症对应刺激的穴位，两个穴位一 1 2 天津大学硕士学位论文第二章音乐电疗法的理论基础及机理 组，放置电极来刺激穴位。相对于传统针灸疗法，表皮电极的音乐电刺激因其舒适、 无创等优点深受患者喜爱。 ( 2 ) 神经 以电极刺激与疾病相关的神经。灵活性大、刺激感强。对临床许多常见病、多 发病有较好效果。确定刺激点的方法： a 按神经分布节段，在相应的脊椎旁( 脊神经出椎间孔部位) 选取刺激点。肌群 麻痹时，刺激腰2 _ 4 椎旁点。 b 按周围神经支配关系，在相应的神经干及主要分支上取刺激点。如大腿前 肌群麻痹时，取股神经刺激点。 2 3 3 4 适应症与禁忌 1 适应症 各种神经痛、神经炎、周围型面神经麻痹、脑血栓恢复期、神经官能症、血管 性头痛、高血压病、胃肠功能紊乱、关节炎、腰腿痛、软组织损伤及关节软组织损 伤、肩周炎、颈椎病( 极型) 、纤维组织炎( 肌肉风湿) ，以及某些内脏器官疾病。 2 禁忌 急性湿疹、出血倾向性疾病、恶液质、心力衰竭、对电疗过敏者。 2 4 本章小结 音乐电疗法是在我国中医经络学说和现代音乐疗法的理论基础上，结合电疗的 特点发展起来的一种新型康复治疗方法。本章先分别概括了我国中医经络学说和现 代音乐疗法，有助于加深理解音乐电疗法作用原理。再详细阐述了音乐电法的基本 理论，包括音乐电流的产生与特点，音乐电疗的治疗原理和临床应用。该部分是音 乐电治疗仪设计思想的源泉，同时作为指导仪器设计的基础。 天津大学硕士学位论文第三章便携式数字音乐电治疗仪的总体设计 第三章便携式数字音乐电治疗仪的总体设计 虽然音乐电疗在我国兴起已有十几年的历史，但音乐电疗设备的发展还是很 缓慢的，并且处于非常艰难的地步。国内产品在性能设计，商品化的整体设计， 工艺水平，产品的先进性等方面与世界同类产品有着相当的差距。本文目的在于 研制一种新型便携式数字音乐电治疗仪，不仅在仪器的便携式、小型化、低功耗 方面体现出优势，更是将数字技术应用于音乐电治疗仪的设计之中，体现了音乐 电疗法的多学科融合的特点。 3 1 音乐电治疗仪的总体框架 新型便携式数字音乐电治疗仪从功能上讲，有四大功能模块：音乐信号产生 单元，音乐信号放大调整单元，数据采集及显示单元，供电电源单元。具体的结 构框图如图3 - 1 所示： l i 黼娘丑隹两最； j 一 气 ip c 机 i 1 飞 i 、 il 音乐信号产生l j 一音乐信号放大调整l - i 7 l r l f 耳机输出 一 l 么k 1 供电电源 图3 1便携式数字音乐电治疗仪总体结构框图 音乐信号产生单元用于音乐的播放，产生音乐信号，作为音乐电流的来源， 其输出一路经耳机用于人耳收听，另一路输出经功率放大处理之后利用变压器把 1 4 天津大学硕士学位论文第三章便携式数字音乐电治疗仪的总体设计 音乐电流升压至1 2 0 v 以上，接表皮电极作用于穴位或患处。患者一边欣赏音乐 一边接受音乐电流的刺激。数据采集系统的作用是采集并显示音乐电流信号。通 过a d 转换将治疗输出的音乐电流由模拟信号转换成数字信号传送至l c d 显示 治疗信号波形变化，同时可利用u s b 接口将数据传送至p c 机，以便进行数据的 显示及保存。 3 2 设计要点 ( 一) 便携式设计 现代医疗仪器设备的应用范围已经由医院逐步扩展到紧急应变和家庭医疗 环境中，因此，传统固定式医疗仪器设备的便携化追在眉睫。便携式医疗仪器要 求在保证仪器性能的前提下，电池使用寿命长，体积小，重量轻，易于携带。低 功耗设计是实现仪器便携化的关键所在。为了尽可能地充分利用电池的全部能 量，在开发过程中，需要对各个功能模块的主芯片及外围元器件进行慎重筛选。 本文设计的音乐电治疗仪，芯片选择主要体现在三个方面：在功率放大方面，选 用d 类功率放大器，提高效率减少功率损耗；在处理器方面，优先选用低功耗 且具有电源管理的中央处理器；在电源转换芯片方面，根据实际条件选取电源转 换效率高的方案。 ( - - ) 数字技术的应用 传统的音乐电治疗仪所采用的音源多为卡带，易污损、失真大、动态范围小， 信噪比低，特别是机械噪声会时常窜入声道。近年来，随着数字音乐的推广普及， 一些音乐电治疗仪采用c d 唱机取代卡带，虽然音质较以往有大幅度提升，但是 依然体积较大，更换c d 唱盘不方便等缺点。本设计将m p 3 播放器应用于音乐 电治疗仪，在保证音质的基础上，具有体积小，携带方便，存储曲目多等特点。 数字功率放大器与数字音频技术息息相关，满足了数字音源的功率放大需求，顺 应了数字时代发展的潮流。而数字技术的低成本、小功耗的特点又与便携式低功 耗设计相呼应。 ( 三) 电气安全性 医学仪器的电气安全主要是指仪器在使用时防止电击的性能，在采用电流治 疗的仪器中更是尤为重要。为此，我国制定了国家标准：g b 9 7 0 6 1 8