引言

社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展給我們帶來(lái)了高質(zhì)量的生活，但在復(fù)雜而充滿緊張的社會(huì)變革中，人們承受的壓力也在增加，失眠、抑郁、狂躁、情緒不穩(wěn)等許多身心問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，研制一種有效的精神治療儀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究發(fā)現(xiàn)，在某些頻率下，尤其在α和θ范圍內(nèi)，以節(jié)奏性閃光去刺激人腦會(huì)減輕測(cè)試者的焦慮癥狀；同時(shí)，科學(xué)家們又對(duì)腦波的聽(tīng)覺(jué)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)查，即用特殊頻率的聲音（如節(jié)奏性滴答聲、音調(diào)或漩渦聲振動(dòng)）來(lái)刺激大腦，然后再用EEG（electroencephalogram腦電圖）設(shè)備來(lái)監(jiān)視大腦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大腦的確在與聲音相同頻率下，以增加大腦活動(dòng)來(lái)回應(yīng)節(jié)奏性聽(tīng)覺(jué)刺激。研究發(fā)現(xiàn)，在聲音和光的雙重誘導(dǎo)作用下，大腦的兩腦半球進(jìn)入一種更結(jié)合或同步的狀態(tài)（brain sync），即腦波同步狀態(tài)，并誘發(fā)人腦產(chǎn)生α、β、θ、δ頻率的腦電波，而這幾種腦電波又與人的精神狀態(tài)有著至關(guān)重要的聯(lián)系。腦電波和人精神狀態(tài)的關(guān)系如表l所示。

根據(jù)這個(gè)原理，可以藉由聲音和光的雙重引導(dǎo)式作用，誘使人腦產(chǎn)生α、β、θ、δ四種頻率的節(jié)律波，從而能使人的情緒獲得快速有效的釋放，以及正面的改善。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

如圖l所示，系統(tǒng)外圍包括：數(shù)模轉(zhuǎn)換器，多路模擬開(kāi)關(guān)，電極，光電眼鏡，立體聲耳機(jī)，按鍵，LED顯示，指示燈顯示等。

腦波治療儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計(jì)應(yīng)用AT89C52為主芯片，單片機(jī)P0口輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DAC0832，組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后，得到我們治療所需的正弦調(diào)幅波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)CD4053后，產(chǎn)生兩路具有一定時(shí)間差的信號(hào)。這兩路信號(hào)經(jīng)LM324組成的前置放大電路后，再經(jīng)TDA2030組成的音頻功率放大電路處理，輸出的信號(hào)可以使聽(tīng)者通過(guò)立體聲耳機(jī)聽(tīng)到這些特殊編制頻率的治療波。再者，外部音樂(lè)（如CD、MP3等）可以從音頻功放前輸入，治療的同時(shí)再配合播放一些自然音樂(lè)，能更很好的緩解緊張的情緒和達(dá)到好的治療效果。另外，兩路信號(hào)分別經(jīng)過(guò)LM324組成的檢波電路，再由LM3915去驅(qū)動(dòng)條形LED發(fā)光管發(fā)光，以條形發(fā)光管的顯示數(shù)量來(lái)直觀顯示聲音信號(hào)的強(qiáng)度。

此外，單片機(jī)P0口還輸出的信號(hào)，同樣經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯電路，得到一系列預(yù)設(shè)頻率的脈沖信號(hào)，脈沖強(qiáng)度同樣可以由LED條形發(fā)光管顯示。

單片機(jī)端口RXD和TXD產(chǎn)生的預(yù)設(shè)光頻率信號(hào)，經(jīng)光信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，從光電眼鏡輸出，其輸出狀態(tài)由LED指示燈顯示。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 檢波電路設(shè)計(jì)

LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路，電路功耗小，工作電壓范圍寬，可用正電源3~30V，或正負(fù)雙電源±1.5V~±15V工作。這種電路用于測(cè)量不同頻段信號(hào)的強(qiáng)度值，做為帶通濾波器，以選出各個(gè)不同頻段的信號(hào)，在顯示器上利用發(fā)光二極管點(diǎn)亮的多少來(lái)指示信號(hào)幅度的大小。電路設(shè)計(jì)如圖2.由于治療波是高頻正弦調(diào)幅波，我們利用LM324組成的帶通濾波電路便能檢出治療波的包絡(luò)。

2.2 聲光強(qiáng)度顯示電路設(shè)計(jì)

LM3914是用來(lái)檢測(cè)模擬信號(hào)電平、驅(qū)動(dòng)10位LED進(jìn)行線性模擬顯示的單片集成電路，可以很方便地實(shí)現(xiàn)電壓指示、展寬刻度、零位指示、可視報(bào)警，時(shí)序發(fā)生等多種用途。從5腳處輸入經(jīng)過(guò)處理的聲光信號(hào)，LED的顯示數(shù)量與輸入電壓相對(duì)應(yīng)，這樣聲光強(qiáng)度便由點(diǎn)亮LED的多少來(lái)直觀顯示，顯示電路的連接如圖3.

2.3 光信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的光信號(hào)由單片機(jī)的串行口RXD和TXD輸出，光信號(hào)由一系列特殊占空比和頻率可調(diào)的窄脈沖組成，通過(guò)此驅(qū)動(dòng)電路，以便提高系統(tǒng)的帶負(fù)載能力，達(dá)到多路輸出的要求。此電路組成了兩級(jí)射極更隨器電路，Au=1.通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2，可以調(diào)整輸出信號(hào)的強(qiáng)度。

2.4 電源電路設(shè)計(jì)

本治療系統(tǒng)主要需要為運(yùn)放電路提供±12V直流電壓，單片機(jī)控制電路提供+5V電壓，同時(shí)還為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供一5V基準(zhǔn)電壓。因此，整個(gè)系統(tǒng)需要±5V、±12V的直流電壓。電源電路設(shè)計(jì)如下，市電經(jīng)過(guò)集成電壓模塊后得到所需直流電壓，為聲光和脈沖控制電路供電。如圖5所示：

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件要求用C5l語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言來(lái)編輯。系統(tǒng)軟件功能主要包括：聲光控制和電療脈沖部分控制流程。聲光控制部分的流程包括先將單片機(jī)初始化，再去選擇節(jié)目，然后執(zhí)行預(yù)設(shè)功能，包括音量增減功能，音頻增減功能，監(jiān)聽(tīng)功能，噪聲/音頻功能，運(yùn)行/保持功能。系統(tǒng)聲光控制部分流程圖如圖6.電治療脈沖部分的流程圖包括：初始化單片機(jī)，脈沖功能設(shè)定。

4 結(jié)果與討論

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，本治療儀能得到不同頻率的治療信號(hào)。治療如何，還需要進(jìn)行臨床上的測(cè)試，根據(jù)反饋的信息不斷地改進(jìn)。治療儀的現(xiàn)有功能基本可以滿足絕大部分的實(shí)際工作需要。同時(shí)，還可通過(guò)軟件的升級(jí)和在電刺激控制和光刺激部分加入用戶自定義刺激方案的功能后將會(huì)使其應(yīng)用更具靈活性。