CN202822492U - 多功能音乐电刺激治疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种将中医针灸技术和音乐治疗技术相结合的多功能音乐电刺激治疗仪，它包括：与治疗用电极头相连接的输出电路，通过输出脉冲信号驱动治疗用电极头作用于人体；存储器单元用于存储各种音乐文件作为治疗用处方；音频解码单元用于读取选取的音乐文件，并进行解码形成音频信号；信号处理单元用于对解码后的音频信号进行处理形成脉冲信号；主控单元用于控制音频解码单元和A／D转换单元动作；A／D转换单元用于将解码后的音频信号转换成数字信号，送至主控单元用于波形绘制、信号控制和输出监控等；音频功率放大单元对解码后的音频信号进行功率放大处理；音量和强度调节单元驱动主控单元对解码后的音频信号的音量和强度进行调节处理。

Description

多功能音乐电刺激治疗仪

技术领域

本实用新型涉及一种物理治疗设备，具体来说，涉及一种将中医针灸技术和音乐治疗技术相结合的多功能音乐电刺激治疗仪。

背景技术

电刺激治疗技术是通过神经细胞或肌肉细胞的刺激，使之爆发动作电位，从而将外部刺激信号传递给相应的组织，实现肌肉收缩和感觉等具体宏观效应。电刺激治疗类仪器使用恒流或恒压、一定频率的波形施加于人体肌肉组织，在人体肌肉组织中产生电阻性发热、神经肌肉的电兴奋及其他生化反应，从而具有解痉镇痛、消炎和改善血液循环等疗效。

电针灸治疗技术是根据针灸原理结合电刺激的治疗技术，一般产生频率为几十至几百赫兹的双向脉冲波，通过针电极刺激人体穴位，从而达到治病的功效。

音乐电针治疗仪的原理是将音乐中的中低频信号，经增幅放大和物理换能后，通过听觉和触觉的传导方式分别作用于人体的听觉器官和经穴，使音乐的“外源性振动”与人体的“内源性振动”产生同频共振，对人起到快速、深度的放松和理疗作用，同时，通过音乐产生的随机脉冲波形，能避免固定、持续脉冲作用于人体所引起的人体适应性而导致疗效衰减的问题。

现有的音乐电针治疗仪有一些不足之处，1、音频信号存储技术相对落后，如采用CD光盘或外置MP3播放器来完成，音频信号存储容量有限且歌曲更换较为繁琐，并无法使用现在先进的音频合成技术，导致治疗处方相对单一，治疗效果不明显；2、人机交互界面采用数码管显示，使得治疗仪与操作者之间的交互不够便捷和直观；3、整机体积和功耗较大，无法实现体外携带治疗；4、未见中医针灸和音乐刺激有效结合的案例。

实用新型内容

针对现有电针治疗仪的问题，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种将中医针灸和音乐疗法相结合的多功能电刺激治疗仪，能够解决现有的音乐电针治疗仪上述的不足之处。

本实用新型的多功能音乐电刺激治疗仪包括与治疗用电极头相连接，并为治疗用电极头提供一定频率和幅度的脉冲信号的输出电路，它还包括：用于存储各种音乐文件作为治疗用处方的存储器单元；用于从所述存储器单元读取选取的音乐文件，并将该音乐文件进行解码形成音频信号的音频解码单元；用于控制音频解码单元读取存储器单元中的音乐文件的主控单元；用于对解码后的音频信号进行处理形成治疗用电极头工作所需的脉冲信号的信号处理单元。

所述信号处理单元包括：用于对音频信号进行信号放大处理的前置放大电路；用于对放大后的音频信号进行电平转换形成脉冲信号的电平转换电路；用于对脉冲信号进行控制输出的继电器控制电路。

所述前置放大电路包括：用于将音频信号调节至合适的频率和幅度内，并送入后端电路的数字电位器；用于滤除音频信号中的干扰信号的滤波电路；通过阻容网络将电压叠加于音频信号，使得音频信号适当抬升，满足放大电路要求的电平抬升电路；对音频信号进行放大处理，同时起到阻抗匹配作用的反相放大电路。

还包括A／D转换单元和音频功率放大单元，所述A／D转换单元用于将解码后的音频信号转换成数字信号，并送至主控单元用于波形绘制、信号控制和输出监控，所述音频功率放大单元对转换后的模拟音频信号进行功率放大处理。

还包括音量和强度调节单元，所述音量和强度调节单元驱动主控单元对音频解码单元解码后的音频信号的音量和强度进行调节处理。

还包括与主控单元相连接的显示单元，所述显示单元通过RS232串口或USB接口与液晶屏进行数据通信。

本实用新型的有益效果：

1、将音乐疗法与传统医学的电针灸疗法相结合产生的音乐电疗法，是一种新型康复技术，是音乐在治疗领域上的一个分支。常见乐器和人声的音频范围是27-40000Hz，转换成同步的音乐电流的频率为30-18000Hz，因此，音乐电流既有低频电流成分，又有中频的成分，是有一定的节律、频率和幅度不断变化的不规则正弦电流，以低频为主，中频为辅，是名副其实的音频电流。因此音乐不仅具有低频脉冲的镇痛作用，而且有中频脉冲信号的增强局部血液循环量，改善新陈代谢、解除痉挛和消炎的功效。并且由于音乐的旋律和音调有着千变万化的改变，以及多波形、多频率的特点，由此使音乐对于不同的病程都有一定的选择性刺激作用，并且不会由于长期使用而使人体产生适应性进而使治疗效果消失。总之，音乐电疗能够起到锻炼肌肉、促进局部血液循环、镇痛、活血化淤、促进组织修复、调整内脏、内分泌功能等，而音乐本身能刺激大脑皮质，唤起患者愉快的思想联系和情绪，并对中枢神经有抑制作用。

本实用新型是将音乐治疗法、电刺激疗法与传统中医针灸疗法相结合的康复治疗设备，它与传统的针刺穴位(包括电针治疗或以电极代替毫针导入脉冲电流)一样，通过穴位的刺激，可疏通经络，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电流转换成电信号，刺激经络穴位，对某些疾病起到优于传统电针的治疗效果。

2、本实用新型将数字音乐芯片嵌入硬件系统之中，MCU控制音乐芯片从Flash存储器空间中存取音频信号，进行解码后音乐信号直接驱动后端设备输出；设备维护人员在后期使用中可通过USB接口直接访问Flash存储器，根据患者病情随时更改音乐治疗处方，使得治疗过程及便捷又具有很好适应性。

3、本实用新型采用LCD显示，显示治疗信息非常直观，使用者可方便的从界面上看到治疗的处方、治疗的强度、治疗的音量、治疗的波形等，随时参照界面显示调整参数设置，达到最好的治疗效果。

4、本实用新型采用低功耗设计，仪器的体积可以大大减少，由于整机的低功耗设计，通道数目变少后可以作为便携式设备来使用。

5、本实用新型对运动性疲劳恢复有作用：以音乐为信号源的电刺激作用于人体穴位后，可以显著延长力竭时间；减少运动中乳酸的形成，达到延缓疲劳产生；具有促进蛋白质合成的功效，使血中尿素氮水平下降，减少代谢产物，从而推迟或降低机体疲劳的出现，提高机体适应力的作用；具有提高血红蛋白含量，从而改善运动时组织缺氧和提高有氧代谢能力的作用；治疗穴位选择为百会、足三里、长强和太冲四穴。

6、本实用新型对治疗失眠症有作用：音乐调整睡眠的作用是通过以下机制实现：（1）通过对中枢神经系统的影响，达到调节机体的目的，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，接受各种感觉临近新皮质及边缘系统内部的传入纤维，调节、抑制大脑皮质的功能；（2）网状结构涉及觉醒睡眠的周期及各种内脏活动的调节，音乐可通过刺激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、觉醒和注意力等发生影响，协调网状脑干结构与大脑皮质各部份功能间的关系使人体产生良好的睡眠周期。治疗穴位选择主穴为：百会、神庭、风府、大椎、合谷（双）、神门（双）、中脘、气海、三阴交（双）、太冲（双），配穴为：随证选取本经背俞穴或原穴。

7、本实用新型对肥胖症治疗有作用：以音乐为信号源的电刺激刺激腧穴，通过经络的疏导作用，加强脾肾功能，扶助正气，祛除体内邪气，立足于治脾,调整机体的整体机能；治疗上多取胃经穴位，胃经属胃络脾，就脏腑而言，脾胃与肥胖的关系最为密切，调整脾胃功能常是治疗肥胖的主要方法；天枢有双向调节作用，能调节肠功能，既能通便，又能治疗脾虚泄泻；中脘、气海能调节食欲；足三里、丰隆健脾化湿；大横穴能加强局部的刺激作用而强调治疗肥胖者之腰腹肥大；滑肉门、大巨可健脾化湿，和胃通便，疏导三焦；同时局部取穴能循经疏导，促进局部代谢，消脂减肥，达到局部减肥的目的。治疗穴位选择主穴以任脉、胃经、脾经经脉在腹部的穴位为主，取中脘、气海、天枢、大横、滑肉门、大巨、足三里、丰隆；配穴可随症选用。

附图说明

图1为本实用新型的功能框架图；

图2为本实用新型的主控单元的电路原理图；

图3为本实用新型的音频解码单元的电路原理图；

图4为本实用新型的存储器单元读取电路原理图；

图5为本实用新型的A/D转换单元的电路原理图；

图6为本实用新型的信号处理电路和输出电路的电路原理图；

图7为本实用新型的音量和强度调节单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步阐述。

如图1所示，本实用新型的多功能音乐电刺激治疗仪包括输出电路1、存储器单元2、音频解码单元3、信号处理单元4、主控单元5、A／D转换单元6、音频功率放大单元7、音量和强度调节单元8、显示单元9和键盘输入单元10，输出电路1与治疗用电极头相连接，并为治疗用电极头提供一定频率和幅度的脉冲信号，通过脉冲信号驱动治疗用电极头作用于人体，以达到治疗和恢复的效果；存储器单元2用于存储各种音乐文件作为治疗用处方；音频解码单元3用于从存储器单元2读取选取的音乐文件，并将该音乐文件进行解码形成音频信号；信号处理单元4用于对解码后的音频信号进行处理形成治疗用电极头工作所需的脉冲信号；主控单元5用于控制音频解码单元3读取存储器单元2中的音乐文件，以及控制A／D转换单元6对音频解码单元3解码的音频信号完成模拟信号到数字信号的转换，同时还直接控制继电器控制电路43的输出；A／D转换单元6用于将解码后的音频信号转换成数字信号，并送至主控单元5用于波形绘制、信号控制和输出监控等；音频功率放大单元7对转换后的模拟音频信号进行功率放大处理；音量和强度调节单元8驱动主控单元5对音频解码单元3解码后的音频信号的音量和强度进行调节处理；显示单元9与主控单元5相连接，通过RS232串口或USB接口与液晶屏进行数据通信；键盘输入单元10通过键盘输入实现人机交互。

下面结合附图对本实用新型的各单元模块进行进一步的阐述：

输出电路

输出电路1主要是由高频变压器构成，具有很好的放大刺激信号且不失真的优点，变压器的初级线圈接放大后的音频信号，而次级线圈输出端直接连接治疗用电极头，合理调节匝数比后既可以放大信号，接人体后又可以起到隔离保护的作用。

如图6所示，输出电路1由继电器K1、三极管Q1、耦合变压器T1及其外围电路组成，三极管Q1工作在开关状态，当基极为低电平时三极管截止，继电器没通电，K1接地，变压器T1没有输出。当Q1基极接高电平时，Q1饱和导通，继电器通电，K1闭合，音乐信号输入到变压器T1的初级线圈，T1次级与初级线圈数之比为10∶1，音乐信号经过变压器升压后产生很高刺激电压，最后通过治疗用电极头作用于人体。

存储器单元

如图4所示，存储器单元2一般采用FLASH存储器，作为治疗的处方的音乐文件以通用的音频格式如（MP3、CD和WAVE等）存储在FLASH存储器中，在播放的过程中，主控单元5控制音频解码单元3将其从FLASH存储器里读取出来，解码后播放出来，主控单元5通过UART0与音频播放模块（音箱或者耳机）通信，控制该模块选择处方音乐、播放和停止等操作。

主控单元（以及由键盘输入单元、音量和强度调节单元和显示单元组成的外围电路）

主控单元5由低功耗MCU作为主控芯片控制多路输出，一路控制音频解码单元3从存储器单元2读取选取作为处方的音乐文件，并将该音乐文件解码成音频信号，经前置放大电路41、电平转换电路32和继电器控制电路43进行音频信号处理形成脉冲信号，最后经输出电路1输出至治疗用电极头；另一路经A／D转换单元6和音频功率放大单元7进行信号处理，最后经由音频模块输出（音箱或者耳机），主控单元5为低功耗MCU，低电压供电，主要完成键盘输入单元10控制、继电器控制单元43控制、A／D转换单元6转换控制和音频解码单元3控制等。

如图2所示，主控单元5利用MCU的URAT1控制器扩展RS232串口，连接一块LCD显示器，单片机只需要通过RS232串口发送显示内容，即可完成显示功能，MCU的P4.0、-P4.5端口用于连接薄膜按键，按键为3×3矩阵键盘，即最多可以产生9个按键信号，MCU的P3.4-P3.7用于两个旋钮，即强度调节旋钮和音量调节旋钮，这种旋钮又叫做旋转编码器或者数码电位器，它具有左转和右转功能，旋转编码器有三只脚，中间脚接地，两边的脚为按压开关，按下时导通，回复时断开。当左转或者右转旋转时，在两边的脚上就有脉冲信号输出了，用示波器可以观察到这种开关左转和右转时两个输出脚的信号有个相位差，MCU的端口检测到这种信号后再判断旋转了多少个档位，从而控制音量和刺激强度的改变。

音频解码单元

如图3所示，U20为音频解码核心芯片，外接外围器件形成音频解码单元单元。管脚1为存储卡输入接口，接收来自存储卡（如SD卡）的音频信号；管脚2数据通信检测端口，与主控芯片相连接；管脚3为复位控制端口；管脚4和管脚5外接32.768K晶振电路，为芯片提供工作频率，进行晶体补偿；管脚6、7、8为信号解码内部参考电平；管脚9和管脚10为音频输入端口，9脚左声道，10脚右声道；管脚11为3.3V参考电源端口；管脚12为5V参考电源端口；管脚13为接地端；管脚14和15为音频输出端口，14脚左声道，15脚右声道；管脚16为数据确认端口；管脚17是内置FM模块的时钟信号；管脚18是内置FM模块的数据端口；管脚19为静音端口，高电平关闭音频输出；管脚20为实时时钟工作电压；管脚21为1.8V的参考电压端口；管脚22可外接键盘，直接控制硬件的工作；管脚23是存储卡的时钟端口；管脚24为存储卡的命令端口。

信号处理单元

信号处理单元4包括前置放大电路41、电平转换电路42和继电器控制电路43，前置放大电路41用于对音频信号进行信号放大处理，电平转换电路42用于对放大后的音频信号进行电平转换形成脉冲信号；继电器控制电路43用于对脉冲信号进行控制输出，继电器控制单元43由5V继电器及其外围电路组成，控制信号直接由主控单元5发出，来控制是否有信号从输出电路1输出。前置放大电路41包括数字电位器、滤波电路、电平抬升电路和反相放大电路，数字电位器将音频信号调节至合适的频率和幅度内，并送入后端电路；滤波电路滤除掉音频信号中的干扰信号；电平抬升电路通过阻容网络将12V电压叠加于音频信号，使得音频信号适当抬升，满足放大电路要求；反相放大电路对音频信号放大倍数接近100倍，并起到阻抗匹配的作用。

如图6所示，前置放大电路41由U10、U9A构成及其外围电路组成。音频信号由U10的5脚输入，U10是一个数字电位器，由主板单片机控制其接入电阻值的大小，从而改变输入集成运放U9A同相端的音乐电流强度，集成运放U9A构成反向比例运算放大器，其增益倍数为R22／R21。反向放大电路由U8及其外围电路构成，经前级放大的音频信号由电容CP16输入到U8的1脚，集成块2脚外接电容CP19与外电阻R30构成交流负反馈，用以改善放大器的音质，C19和R27为防自激网络，为输出耦合电容，为电源滤波电容，电源电压为12V，静态电路为45mA，输出从CP14的负脚端输出，输出功率可达6W。

A／D转换电路

A／D转换电路6是由两级放大电路和8位高精度A／D转换器组成，模拟音频信号通过电位器调整后送入反相比例运算放大电路，电平抬升至3-5V，经电压跟随器后送入8位A／D转换器将模拟信号转换为数字信号，用于在LCD上绘制音频波形。

图5为A／D转换电路6，音频信号经过电位器RP2和电容CP4组成的信号调理电路后，直流干扰被滤掉；接着送入由U4B组成的反相比例运算放大电路进行放大，放大倍数为R13／R12；放大后的信号，经R15、R16和CP3组成的阻容耦合电路送入下一级；5V电压经电位器RP1和电阻R18分压后，与信号叠加，将电平适当抬升，从而满足模数转换器的转换要求；抬升后的信号经U4A组成的电压跟随器电路，实现阻抗匹配并进一步提高驱动能力；经两级电路放大后，信号送入A／D转换器，该A／D芯片由8个管脚组成，管脚1为片选端，与MCU相连，程序控制芯片工作；管脚2为模拟输入通道0，此处输入要转换的音频信号；管脚3为模拟输入通道1，由于只有一路信号转换，此处接地；管脚4为接地端；管脚5为数据信号输入端，选择通道控制，与MCU相连；管脚6为数据信号输出端，转换数据输出，与MCU相连；管脚7为芯片时钟，与MCU相连；管脚8为电源，工作电压为0-5V；最终，转换后的数字信号，送入MCU，进行信号处理。

音频功率放大单元

音频功率放大单元7由两级放大电路组成，左右声道信号经整理后送入数字电位器调至合适大小，经增益可调的前置放大器放大，集成功率放大器放大后送到后端输出设备。音频功率放大单元7采用高精度的集成功率放大器来完成，所选功率放大器电流输出能力强，谐波失真和交越失真小，各引脚都有交、直流短路保护，使用安全，负载上电压可冲至40V。

音量和强度调节单元

如图7所示，音量和强度调节单元8采用旋钮式数字编码器来完成，编码器可以顺时针和逆时针旋转，结合强度档位选择按键，主要完成音量和刺激强度的微调，共50级，编码器每旋转一级，便触发一个脉冲信号给MCU，MCU确定计数一次，通过程序控制强度增大。

显示单元

显示单元9通过RS232串口或USB接口与液晶屏进行数据通信，主控单元5的IO口直接与LCD液晶屏的主控芯片控制端相连，使用其自带的图形工具在LCD上绘制所需波形及图像。显示单元9的显示界面可以显示任何一个通道的处方名、治疗档位、治疗强度、治疗时间、剩余时间和工作状态，以及刺激波形和音乐的音量，实现了治疗仪器的数字化和操作的人性化，使患者和医护人员能够观察治疗过程中的各种参数数据，显示音频信号，借以发挥视觉信号的心理反馈作用，仪器拥有用户界面友好和可靠性高的软件系统。

键盘输入单元

键盘输入单元10由按键和旋钮组成，使用者通过键盘输入单元10实现人机交互，键盘输入单元10采用薄膜按键来完成，分别有处方选择、通道选择、开始/暂停、停止/确认、治疗时间“+”“-”、强度调节“+”“-”等。

本治疗仪依据疾病发展阶段，选用电流强度，在刺激强度方面，视疾病种类、阶段、治疗部位和病人接受能力等因素决定，一般每日治疗1次，每次20～30分钟，15～20次为1疗程，间隔1周，可进行第2疗程。治疗用电极头可以采用电极法或者电针法两种来完成，电极法根据患者的病情和爱好，选择合适的音乐，电极的放置参照实际病症，患者带上耳机或用音箱收听，调好音量和电流强度，一般1次/天，每次20-30分钟。电针法操作步骤与电极法相似，但治疗电极采用毫针，治疗时将针刺入穴位，电极导线与针柄连接通电，电针法所需的电流强度比电极法小。

多功能音乐电刺激治疗仪的软件设计即固件程序主要包括主程序、定时器程序、键盘模块程序、显示监控模块、旋钮编码模块程序、RS232通信模块和数字电位器模块程序，整个程序采用模块化设计方式，程序的初始化配置和显示监控由主函数直接处理,其余各个模块采用中断驱动方式，键盘用系统外部中断0，旋钮用外部中断1，治疗参数被设置为全局变量，在外部中断服务程序中修改，这样提高了系统的效率。

多功能音乐电刺激治疗仪系统的标准处方采用如下方案来完成：

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.一种多功能音乐电刺激治疗仪，它包括与治疗用电极头相连接，并为治疗用电极头提供一定频率和幅度的脉冲信号的输出电路（1），其特征在于，它还包括：

用于存储各种音乐文件作为治疗用处方的存储器单元（2）；

用于从所述存储器单元（2）读取选取的音乐文件，并将该音乐文件进行解码形成音频信号的音频解码单元（3）；

用于控制音频解码单元（3）读取存储器单元（2）中的音乐文件的主控单元（5）；

用于对解码后的音频信号进行处理形成治疗用电极头工作所需的脉冲信号的信号处理单元（4）。

2.根据权利要求1所述的多功能音乐电刺激治疗仪，其特征在于，所述信号处理单元（4）包括：用于对音频信号进行信号放大处理的前置放大电路（41）；用于对放大后的音频信号进行电平转换形成脉冲信号的电平转换电路（42）；用于对脉冲信号进行控制输出的继电器控制电路（43）。

3.根据权利要求2所述的多功能音乐电刺激治疗仪，其特征在于，所述前置放大电路（41）包括：用于将音频信号调节至合适的频率和幅度内，并送入后端电路的数字电位器；用于滤除音频信号中的干扰信号的滤波电路；通过阻容网络将电压叠加于音频信号，使得音频信号适当抬升，满足放大电路要求的电平抬升电路；对音频信号进行放大处理，同时起到阻抗匹配作用的反相放大电路。

4.根据权利要求1所述的多功能音乐电刺激治疗仪，其特征在于，还包括A／D转换单元（6）和音频功率放大单元（7），所述A／D转换单元（6）用于将解码后的音频信号转换成数字信号，送至主控单元（5）用于波形绘制、信号控制和输出监控，所述音频功率放大单元（7）对转换后的模拟音频信号进行功率放大处理。

5.根据权利要求4所述的多功能音乐电刺激治疗仪，其特征在于，还包括音量和强度调节单元（8），所述音量和强度调节单元（8）驱动主控单元（5）对音频解码单元（3）解码后的音频信号的音量和强度进行调节处理。

6.根据权利要求4所述的多功能音乐电刺激治疗仪，其特征在于，还包括与主控单元（5）相连接的显示单元（9），所述显示单元（9）通过RS232串口或USB接口与液晶屏进行数据通信。

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