CN101172181A - 眼动脱敏和再加工治疗仪 - Google Patents

Abstract

眼动脱敏和再加工治疗仪是一种用于EMDR心理治疗的辅助仪器，该治疗仪包括单片机电路(1)、LED亮度调节器(2)、LED电路(3)、数码计时器(4)、音响系统(5)、内置遥控模块(6)；其中，单片机电路(1)的输出端接数码计时器(4)，单片机(1)的输入输出口与内置遥控模块(6)相接，单片机(1)的输入输出口接音响系统(5)，单片机(1)的输入输出口端接LED电路(3)，LED电路(3)的另一端接LED亮度调节器(2)。该治疗仪具有辅助EMDR心理治疗师更便捷的进行EMDR心理治疗的功能，以机器代替人力，一方面通过仪器替代心理治疗医师的手动指示来引导病患的注意力有规律的运动，大大减轻治疗医师枯燥繁重的体力工作。另一方面，通过仪器中软硬件程序的调节。

Description

眼动脱敏和再加工治疗仪

技术领域

本发明是一种用于EMDR(Eye movement desensitization and processing，即眼动脱敏和再加工)心理治疗的辅助仪器，属于医学电子仪器的技术领域。

背景技术

EMDR(Eye movement desensitization and processing)即眼动脱敏和再加工，是近年来应用于抑郁和心理创伤治疗的新方法。它由美国心理医生Francine Shapiro偶然发现并运用到心理治疗当中，收到很好的疗效。这些年来，EMDR已在美国、德国等西方国家得到推广，并被国际创伤应激协会列为治疗″创伤后应激综合症″的有效方法。

对于EMDR机理阐释，并没有很好的统一，但是总体的观点是一致的：在EMDR治疗过程中视觉焦点(注意力)的周期性移动，促使患者进入一种类似于睡眠中快速动眼期的神经生物学状态。而在这种状态中，人体将大脑皮质中的创伤记忆综合转化进入一般性的语义神经网络，从而削弱创伤记忆。

我对事件的初始记忆先储存在脑海马区，随后被提取并转入新大脑皮层的语义区进行整合。这个过程是受阻的，也就是不连贯的，这对于记忆处理过程非常重要，因为只有这样，新皮层才能更好地整合并加工这些信息，将它们转变成为有助于我理解未来事件的有用信息(称为记忆再加工)。随后，脑海马区中的记忆就会逐渐减弱，最终完全消失，誊出的空间用于存储新事件的信息。

研究表明，记忆再加工的过程发生在睡眠期间。非快速动眼睡眠中，脑海马区的片段记忆转移到语义区；快速动眼睡眠中，语义区的记忆被整合并再加工，并反馈至脑海马区(如下图所示)。在快速动眼睡眠期间发生的弱语义联系，加上脑海马区记忆转入的不连贯性，就产生了稀奇古怪的梦境。然而，如果一个痛苦难忘的事件不断重现在梦境中，就表明记忆再加工的机制出现了问题。因为正常情况下，梦境几乎不可能真实地重现我生活中的事件，除非脑海马区中的记忆不受任何阻碍，连续地涌入语义区。一旦这种情况发生，记忆整合以及脑海马区片段记忆的削弱就会受到阻碍，最终造成创伤后压力症。

既然PTSD是由快速动眼睡眠期间记忆再加工过程的失败产生的，那么治疗PTSD最直接有效的方法就是重建记忆再加工的过程。脑科学研究表明，快速动眼睡眠中眼球的快速运动与脑干的记忆处理机制能相互激发，并且无论睡眠时还是清醒时，眼动的效果都是相同的。清醒时的眼动可以通过用一个物体吸引患者的注意力来激发：将这个物体从一个位置转移到另一个位置，然后再回到原来的位置。这样，患者的注意力就经历了释放、转移、和再集中的过程，激发了大脑中相应区域的神经调控机制(与快速动眼睡眠中大脑活动的情况相似)，从而可以人为地重建记忆的再加工过程。

EMDR疗法的基本操作治疗过程分8个步骤，包括：1了解病史 2准备阶段 3评估阶段 4动眼脱敏 5控制(安置)阶段 6身体扫描阶段 7关闭阶段 8再评价(治疗)阶段

其中最主要的身体扫描阶段，通过医生的手指来回左右移动引领病人目光的循环移动，同时在安置的基础上让患者回忆创伤事件，直到患者能够毫无痛苦地回忆起创伤事件。

我设计并制作了由单片机控制的动眼治疗仪辅助EMDR治疗师进行心理治疗。动眼仪通过遥控装置发出信号给89S51单片机分别控制动扫描电路，数码计时器，声音系统等模块，而高频斩波亮度调节器控制LED电路中的LED亮度。通过LED的循环扫描，引领人眼运动，达到动眼治疗的效果。治疗医师可以通过遥控器和机体上的按键等灵活控制LED的速度，选择各种治疗模式。

EMDR心理治疗中的一个重要环节是治疗师迅速移动手指，引导病人的目光左右移动。这种传统的通过人力操作的治疗手段，一方面加重了医生的工作负担(在美国的一些EMDR治疗师常患有肩周炎等工作病)，而且不能使心理医生全神贯注的投入心理引导治疗的过程中。另一方面，医生的手动引导也存在引导速率控制不准确等相关问题，从而不能很好的达到预期的治疗效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种眼动脱敏和再加工治疗仪，该治疗仪具有辅助EMDR心理治疗师更便捷的进行EMDR心理治疗的功能，以机器代替人力，一方面通过仪器替代心理治疗医师的手动指示来引导病患的注意力有规律的运动，大大减轻治疗医师枯燥繁重的体力工作。另一方面，通过仪器中软硬件程序的调节，可以更好的适应病人的个人情况，从而更好的达到预期的疗效。

技术方案：原有的EMDR心理治疗，主要是通过心理医生用手指引导PTSD或其他心理障碍的病人进行相关的治疗，由于这样的手动引导，一方面加重了医生的工作负担(在美国的一些EMDR治疗师常患有肩周炎等工作病)，而且不能使心理医生全神贯注的投入心理引导治疗的过程中，这是人力操作不如机械操作方便的地方。另一方面，医生的手动引导也存在引导速率控制不准确等相关问题，从而不能很好的达到预期的治疗效果，这是人力操作不如机械操作精确的地方。

而通过我研发的此款治疗仪，以机器代替人力，一方面通过仪器替代心理治疗医师的手动指示来引导病患的注意力有规律的运动，大大减轻治疗医师枯燥繁重的体力工作。另一方面，通过仪器中软硬件程序的调节，可以更好的适应病人的个人情况，从而更好的达到预期的疗效。

该治疗仪包括单片机电路、LED亮度调节器、LED电路、数码计时器、音响系统、内置遥控模块；其中，单片机电路的输出端接数码计时器，单片机的输入输出口与内置遥控模块相接，单片机的输入输出口接音响系统，单片机的输入输出口端接LED电路，LED电路的另一端接LED亮度调节器。

单片机电路的“RXD、TXD”端接数码计时器的“RXD、TXD”端，单片机电路的输入输出口“P3.2、P3.3、P3.4、P3.5”端与内置遥控模块的接口“10、11、12、13”端相接，单片机电路的输入输出口“P3.7”端接音响系统的“Port”口，单片机电路的输入输出口“P0.0～P2.7”端分别接LED电路的“Port1”口。

LED亮度调节器的“Port”口与LED电路的“Port2”口相连接，为LED电路供电，以控制其LED灯的亮度；外接市电220V通过一个交直流转换变压器转换成4.8V的直流电压，通过其“供电接口”为LED亮度调节器供电。

在LED电路中的“Port1”口分别连接单片机电路的输入输出口“P0.0～P2.7”，LED电路中的“Port2”口连接LED亮度调节器的“Port”口。

音响系统的“Port”口与单片机电路的输入输出口“P3.7”相连接。

有益效果：

I以病人为本：

(1)绿光的波长(555~570nm)使人眼最舒适，仪器采用绿色的LED引领人眼运动。同时，可以对LED的亮度进行调节(0~100％)，适应不同敏感度的人。

(2)伴随音(频率可以调节)使病人的动眼运动更有节奏感，注意力更加集中。

(3)动眼治疗仪固定在可调节高度的铝合金支架上，可以根据病人的眼睛高度进行调节。

II以方便医生为宗旨：

(1)使用方便：

数码计时器记录治疗时间，方便医生掌控治疗进度。遥控装置的加入，使医生的操作更加灵活，有更大的活动空间度。遥控器操作简易，功能全面：加快/减慢LED扫描速度、暂停/启动、控制声音等。

有时心理医生外出就诊，就诊地点可能无法保证电源的提供，或离电源较远，不方便使用。所以内嵌式充电电池的使用让医生们没有了后顾之忧。既可以插上电源使用交流电，又可以使用内嵌电池提供的直流电。

(2)成本低：

采用铝合金机壳，价格低廉的89S51单片机，555触发器等通用器件，有效的降低了最终成本。

(3)携带摆放方便：

动眼仪结构紧凑(4.3cm×4.3cm×100cm)，方便摆放。整机重量不到一公斤，比很多笔记本电脑还轻，如有相配的携带包裹，则携带起来十分方便。

(4)功能稳定：

通过“软件看门狗”之类的技术保证程序运行的稳定性。铝合金机壳既保证有效的机械强度，又可起到屏蔽干扰的作用。

(5)维护性好：

89S51单片机可以采用ISP技术反复擦写，对动眼仪的功能可以进一步升级。

(6)节能：

基于高频斩波技术的LED亮度控制器，大大节省整机能耗，使总功耗＜0.3W。

附图说明

图1是本发明动眼仪控制流程图，其中有：单片机电路1、LED亮度调节器2、LED电路3、数码计时器4、音响系统电路5、遥控电路6。

图2是动眼仪的电路模块总连接图，

图3是单片机1的控制电路图，

图4是LED亮度调节器2的电路图，

图5是LED电路3的电路图，

图6是数码计时器4的电路图，

图7是音响系统电路5的电路图。

具体实施方式

本发明由单片机电路1、LED亮度调节器2、LED电路3、数码计时器4、音响系统电路5、遥控电路6六个模块组成。通过遥控器可以分别给出“启动/暂停”LED灯扫描，加快/减慢LED灯扫描的速率，启动/关闭音响系统等信号，由和89S51单片机连接的内部遥控解码模块解码，并将解码后的信号传输给单片机。单片机根据程序设定辨认出不同的信号，从而产生不同的后续工作。

在各个模块中单片机是整个仪器的“大脑”控制另外三个模块(LED电路模块、数码计时器电路模块、音响电路模块)。遥控电路给出外部人为操作信号，实现人机互动。而LED亮度调节器则是一个单独的控制电路，通过对给LED供电电压的调制实现对LED亮度的调节，可以通过安装在机身上的旋钮进行控制。

如说明书附图中的动眼仪模块连接图所示：

单片机电路的89S51单片机的输入输出口P0.0～P2.7通过和LED电路的Port1口相连接，分别控制24组LED灯排(每排两组灯)的闪亮次序。单片机的RXD、TXD口分别和数码计时器电路的RXD和TXD相连接，实现单片机对数码计时器的控制。而单片机输入输出口的P3.2、P3.3、P3.4、P3.5分别接受内置遥控模块输入的信号实现加快、减慢LED灯扫描速率、控制发音以及控制启动、暂停等功能。P3.7口与音响模块的Port口相连，根据单片机接受的P3.5口(接受遥控器发出的声音控制信号)信号，控制音响模块的启动。

LED扫描电路的Port口通过总线与24个LED电路的Port2口相连接，通过对后者电压的控制实现对LED灯亮度的调节。

1、单片机及周边电路

单片机时间机复位电路由89S51芯片，12MHz石英振荡器，以及复位开关等元器件组成

89S51单片机输入输出口(此处以P1口为例)内为非线性上拉电阻(测试大于1.8KΩ)，高电位(输入输出口置高)触发LED实现较为困难。而灌入电流较大(一个输入输出口最大为20mA左右，总共约为40mA)，所以选用输入输出口低电位触发控制后面的LED电路，通过其高低电位的逻辑变化实现LED灯的来回循环扫描。(由于为基本电路，此处不再详述，具体连接方式参见说明附图中的单片机电路)

2、LED电路

本发明选用发光二极管作为指示人眼运动的信号源。

这里我使用带散光的单色高亮度LED，具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。方便通过高频斩波亮度调节器输出的高频脉冲调节LED亮度。而带散光的特点可以保证病人在使用过程中，从不同角度看过去，发光LED的亮度大致相同。

其中Port1接单片机的输入输出口(P0.0～P2.7之一)，用于接受单片机高低电平的信号，单片机的信号控制开关三极管Q1的通断，在Q1的后级又增加了一个开关管Q2，两级开关管可以保证足够的驱动电流推动LED点亮。在电路图中，R1、R2分别保护三极管Q1的基极和集电极，R6保护三极管Q2的基极。电阻R3、R4分别串接在两个LED灯上，限制当Q2导通后，通过CE极的电流。

由前述可知，单片机输入输出口的灌入电流最大值(20mA左右)要远大于输出电流最大值，因此在本电路中我用灌入电流作为驱动三极管开通的信号电流。同时我还应该尽可能降低灌入电流的值，从而降低单片机的功耗，一方面降低总能耗(整个电路的大部分能耗在单片机上)，另一方面增加单片机的使用寿命。所以我用两级三极管驱动电路(每个三极管的β值在100左右)足以满足要求。

3、LED亮度调节器

灯光亮度的调节在治疗过程中十分重要，医生根据实际情况调节LED的亮度使患者眼睛感到最舒适。

在555构成的多谐振荡器的基础上，我根据上面的公式选用R1＝100K(滑动变阻器的最大阻值)，R2＝10K，C1＝0.47μF，C2＝0.01μF，最低频率为f＝25.35Hz(因为大于10Hz所以人看起来没有闪烁的变化)。通过调节R2阻值的大小从而改变输出脉冲的占空比，变化幅度为50％~100％。

通过实际测试我发现LED亮度在50％～100％之间变化，人眼看起来并不明显。所以我进一步改进电路使其变化范围在0％～100％之间。

通过加入两个二极管，使充电时间常数仅与R1(包括滑动变阻器上部)有关，放电时间常数仅与R3(包括滑动变阻器下部)有关。

重新计算得T＝0.7(R1+R2+R3)C

占空比P＝(R3+R2_下)/(R2+R1+R3)在0％~100％之间。

经过示波器检测满足要求。

具体电路参见说明书附图中的LED亮度调节器

4、数码计时器

通过单片机的RXD、TXD口将计时的时间值传入时间显示模块进行显示。参见说明附图中的数码计时器电路模块图所示，数码计时器由4个7段LED数码管以及四个移位寄存器(74HC64)组成，通过四个移位寄存器的不断移位，将时间信号在4个七段数码管段上显示。前两个记录分钟数，后两个记录秒数，中间用发光二极管隔开。

5、伴随音系统

伴随音系统的主要功能是配合LED的扫描频率发出一定响度和一定频率的伴随音，从而使人眼的左右运动更有节奏感，也是EMDR动眼治疗需要多维刺激(视觉、听觉、触觉)的要求。其中响度和声音频率的可调性可以方便不同病人的需要。

为方便叙述我将整个电路分为三部分：前级电路、多谐振荡器、后级电路。

其中声音信号由多谐振荡器产生(关于多谐振荡器可参见前述)，通过对滑动变阻器R1的调节，从而改变555输出脉冲的占空比，以及脉冲信号的频率。

前级电路通过Port接受单片机P3.7口高低电平的控制信号。当P3.7口为高电平，三极管Q1不导通，555的4口为低电平，所以多谐振荡器不产生脉冲(不发音)。当P3.7口为低电平，三极管Q1导通，555的4口为高电平，这时多谐振荡器产生脉冲(发音)。C3起延时作用，通过对C3充电，使当触发信号消失后声音可以延长一段时间，使其听起来较为和缓。后级电路是对扬声器进行驱动。通过一个推挽电路将555的3口端脉冲信号放大，电容C4将脉冲信号中的直流部分滤除，防止其磁化后面的变压器，以及产生能量损耗。

发声设备有两种，开始我选择了蜂鸣器(10mA，20mA蜂鸣器各一个)进行尝试，通过实验发现，蜂鸣器的声音质量较差，而扬声器的声音质量较好，更符合治疗要求。然后我选用了压电陶瓷式扬声器，实验测试发现，当信号为高频时这种扬声器响应较好，但是当信号为中低频时，此扬声器的响应非常差(多谐振荡器产生中低频信号)，所以它也被排除。最后我经过测试选用了动圈式扬声器，它能对中低频信号有很好的响应。

6、遥控模块

测试性能：上电后内部遥控模块的10(A键控制)，11(B键控制)，12(C键控制)，13(D键控制)，VT均输出低电平，按住各控制键后，相应的输出端(以及VT端)输出高电平，松开按键后，各相应的输出端(以及VT端)输出低电平。通过单片机的P3.2，P3.3，P3.4，P3.5端口输入控制信号，指挥整机的运行。

功能：通过遥控模块的四个通道分别控制——LED的扫描速度的快慢，启动和暂停，伴随音的选择。

7、电源

四节充电电池(锂电池)组成，每节电池电压为1.2V左右，总电压在4.8V左右。

既能满足低功耗驱动的要求，同时，也可以使治疗医师的使用更加方便——有电源插座的时候使用交流电(外接交-直流转换器)，没有插座时，使用充电电池的直流电，方便医生外出就诊。由于整机设计的低功耗理念，使得充一次电后的待机时间比较长，按照正常使用频率，只需2～3周充一次电。

8、整机的设计

机身主体部分采用轻便结实的矩形铝合金管(4.3cm×4.3cm×100cm)，一方面降低整机重量，使结构紧凑，携带方便，另一方面保证仪器有足够的机械强度，同时铝合金管将外部的干扰信号屏蔽，保证仪器运行的稳定性。

电源开关和控制LED亮度的旋钮安放在动眼仪机身的后部，既方便医生在治疗过程中实时的进行亮度调控，也使动眼仪整体看起来较为美观，而且使48个LED灯的线板更容易走线。在机身后部中央，设计有可拆卸式的盒盖，打开盒盖可以方便的将仪器的核心部件89S51单片机取出，通过ISP编程器擦写程序，为动眼仪改进功能，升级换代。

管形机身的两端分别安放数码管计时器和伴随音系统，可以方便的拆卸、调整。整机重量不到1公斤，便于携带。

机身底部装配有螺母卡口，可以固定在铝合金支架上，而铝合金支架的高度可以根据病人的眼睛水平高度进行调节。

9、机身的金加工制作

通过测算得，当动眼仪在离人眼一米远处，当动眼仪长度为1m时，可以使人眼得到充分运动。(动眼仪距离人眼越近人眼活动范围越大)，所以我将动眼仪的长度设定为1m。

在这1m长度范围内，我平均间隔安排了24组，每组上下两个，共48个LED灯。通过计算将这48个灯的位置用铅笔定位在铝合金板上。

动眼仪后部用铣刀打打钻出来方块形的盖板(重复2～3次)。

Claims (5)

1.一种眼动脱敏和再加工治疗仪，其特征在于该治疗仪包括单片机电路(1)、LED亮度调节器(2)、LED电路(3)、数码计时器(4)、音响系统(5)、内置遥控模块(6)；其中，单片机电路(1)的输出端接数码计时器(4)，单片机(1)的输入输出口与内置遥控模块(6)相接，单片机(1)的输入输出口接音响系统(5)，单片机(1)的输入输出口端接LED电路(3)，LED电路(3)的另一端接LED亮度调节器(2)。

2.根据权利要求1所述的眼动脱敏和再加工治疗仪，其特征在于单片机电路(1)的“RXD、TXD”端接数码计时器(4)的“RXD、TXD”端，单片机电路(1)的输入输出口“P3.2、P3.3、P3.4、P3.5”端与内置遥控模块(6)的接口“10、11、12、13”端相接，单片机电路(1)的输入输出口“P3.7”端接音响系统(5)的“Port”口，单片机电路(1)的输入输出口“P0.0～P2.7”端分别接LED电路(3)的“Port1”口。

3.根据权利要求1所述的眼动脱敏和再加工治疗仪，其特征在于LED亮度调节器(2)的“Port”口与LED电路(3)的“Port2”口相连接，为LED电路(3)供电，以控制其LED灯的亮度；外接市电220V通过一个交直流转换变压器转换成4.8V的直流电压，通过其“供电接口”为LED亮度调节器供电。

4.根据权利要求1所述的眼动脱敏和再加工治疗仪，其特征在于在LED电路(3)中的“Port2”口连接LED亮度调节器(2)的“Port”口，LED电路(3)中的“Port1”口分别连接单片机电路(1)的输入输出口P0.0～P2.7。

5.根据权利要求1所述的眼动脱敏和再加工治疗仪，其特征在于音响系统(5)的“Port”口与单片机电路(1)的输入输出口“P3.7”相连接。

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