基于單片機的耳聾耳鳴康復(fù)儀的研究*

徐秋娜，王佳麗，陳付毅，林曉蕾，王琳斌，顧曉雯，張　?。刂葆t(yī)科大學(xué)　生物醫(yī)學(xué)工程系，浙江　溫州　325035）

基于單片機的耳聾耳鳴康復(fù)儀的研究*

徐秋娜，王佳麗，陳付毅，林曉蕾，王琳斌，顧曉雯，張健
（溫州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，浙江溫州325035）

研究旨在設(shè)計一款實用便攜、應(yīng)用范圍廣的耳聾耳鳴康復(fù)儀，在功能上增加了單片機控制治療強度，幫助患者恢復(fù)聽力，重獲健康。根據(jù)穴位的電阻抗特異性，設(shè)計閾值可調(diào)的探穴電路；設(shè)計波形發(fā)生器產(chǎn)生波形驅(qū)動耳機發(fā)聲，實現(xiàn)頻率、分貝連續(xù)可調(diào)的純音刺激源，液晶實時顯示并記錄患者聽閾值；采用白噪聲治療，通過三極管基極-集電極齊納擊穿產(chǎn)生白噪聲，強度可調(diào)節(jié)；設(shè)計生物脈沖產(chǎn)生電路，經(jīng)過倍壓電路升壓，瞬間放電會有類似針灸的感覺，作用于人體穴位用于治療；液晶顯示治療強度，按鍵控制電路輸出強度。經(jīng)過大量實驗，結(jié)果表明，探穴準確率高達95％；純音刺激源頻率和分貝滿足聽閾值檢測的要求，頻率為20Hz～20kHz，分貝為0～90dB；生物脈沖刺激強度不超過人體安全電流、安全電壓。本項目研究的耳聾耳鳴康復(fù)儀操作簡單、實用、便攜，符合當代耳聾耳鳴康復(fù)儀發(fā)展趨勢，為進一步實現(xiàn)耳聾耳鳴患者有效的康復(fù)治療提供了良好的幫助。

耳聾耳鳴；探穴；白噪聲；生物脈沖；治療

0　引言

隨著生活壓力的增長，環(huán)境污染的加劇，耳聾耳鳴患者的數(shù)量呈現(xiàn)上漲的趨勢［1］。耳聾耳鳴極大程度地影響著日常生活，會進一步導(dǎo)致患者出現(xiàn)心理問題，給社會造成很大的壓力。

本文依據(jù)人體穴位電阻抗特性，設(shè)計了一款以單片機、ICL8038、555芯片為主的耳聾耳鳴康復(fù)儀。本系統(tǒng)設(shè)計包括穴位探測、聽力損失程度測試、白噪聲治療、生物脈沖治療、顯示電路和單片機外圍電路。該系統(tǒng)各個模塊互不影響，保證了系統(tǒng)的可行性和有效性。

1　系統(tǒng)設(shè)計

穴位具有感受性、效應(yīng)性、特異性，通過穴位的不同刺激方法以及刺激量，可以達到對一些疾病的治療［2］。穴位通常是神經(jīng)末梢和血管較少的地方，具有獨特的低電阻、高電容的特性［3］。白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。所有頻率具有相同能量密度的隨機噪聲稱為白噪聲。脈沖對人體有多種治療作用，通過刺激作用，可促進血管擴張，加快血液流動，使細胞得到充足的養(yǎng)分，改善耳聾耳鳴癥狀［4］。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本項目通過探穴電路，當找到穴位時，蜂鳴器發(fā)出聲響并且二極管發(fā)光，對穴位進行標記，通過聽力損失程度測試，給予相應(yīng)刺激程度的白噪聲和生物脈沖在標記穴位點處進行治療。治療電路反饋給單片機，控制液晶顯示刺激程度的大小。

圖1　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2　硬件設(shè)計

2.1穴位識別

555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的集成器件，性能可靠，使用靈活方便［5］。探穴電路如圖2所示，包括左邊的探測電路以及右邊的觸發(fā)顯示電路。當探針移動到接近或者觸及穴位時，因穴位具有低電阻的特性，三極管Q1導(dǎo)通，RS觸發(fā)器置1，3腳輸出高電平，Q2導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出聲音，說明穴位找到了。在非穴位處，蜂鳴器不發(fā)出聲響。

圖2　探穴電路圖

2.2聽力損失程度判別

圖3為波形發(fā)生電路圖，通過采用ICL8038制作了精密波形發(fā)生器，R1和R2兩者相等，使得矩形波占空比為50％，實際操作中由于接入電阻不精確，因此需要加上電位器R3，調(diào)節(jié)兩邊使其相等。10腳接了3個不同阻值的電容，開關(guān)控制其所需接入，采用不同的電容可以在低頻率和高頻率時減小失真度，波形輸出更加穩(wěn)定。輸出的波形接入放大電路進行放大，穩(wěn)壓后驅(qū)動耳機發(fā)出不同響度的聲音。波形輸入到單片機，通過單片機、A/D轉(zhuǎn)換、定時器液晶顯示屏等實時顯示分貝和頻率，聽力損失程度得到了判別。

圖3　波形發(fā)生電路圖

2.3白噪聲治療

白噪聲產(chǎn)生的原理是通過三極管基極-集電極齊納擊穿產(chǎn)生白噪聲。模擬電路（如圖4所示）產(chǎn)生白噪聲方便快捷。三極管產(chǎn)生白噪聲通過低通巴特沃斯濾波器集成電路，得到0～300Hz的白噪聲［6］。TLC14是巴特沃斯低通濾波器單塊集成電路。濾波器外接時鐘穩(wěn)定，濾波器截止頻率穩(wěn)定，可以得到想要的頻率帶白噪聲。

圖4　白噪聲產(chǎn)生與濾波電路

2.4生物脈沖治療

NE555振蕩器會產(chǎn)生不同振蕩，這是一種載波，加上單片機定時器產(chǎn)生的波形，會在載波上產(chǎn)生不同的變化。因為振蕩電路產(chǎn)生的電壓較低，無法讓人體感受到明顯的針灸感或者按摩感，為了讓這種感覺更加明顯，在輸出端接了倍壓電路，如圖5所示。倍壓電路使電路電壓升高，達到瞬間放電，這種瞬間放電給人體的感覺類似于針灸按摩［7］。振蕩產(chǎn)生的載波和單片機給的不同波形使刺激分為不同長度和方式，就達到了強度和模式不同。

圖5　脈沖發(fā)生和倍壓電路

3　軟件設(shè)計

聽力損失程度的劃分標準是根據(jù)能聽到聲音的分貝值來判斷，分貝等于功率比的常用對數(shù)的10倍［8］。單片機連接ADC0808芯片的START、OE、ALE管腳，每次采集都與上一次比較，取出最大值顯示出來。芯片D0～D7為8bit二進制數(shù)字量輸出端，通過單片機的控制，把P0口得到的電壓數(shù)字量進行處理，得到實際的電壓值，流程如圖6所示。

圖6　分貝顯示流程圖

單片機采用t0計數(shù)器方式，在1s的定時下對外部脈沖計數(shù)，設(shè)置計數(shù)模式為16位計數(shù)模式。t1用于定時，產(chǎn)生20ms的單次溢出中斷時間，進項50次溢出達到1s，之后進行外部脈沖讀取，便得到頻率，流程如圖7所示。

圖7　頻率顯示流程圖

4　結(jié)果分析

4.1穴位識別率

為了檢測探穴電路探查穴位的準確性，隨機選取了50名對象進行一些特定穴位的探測，得到檢測結(jié)果如表1所示。

表1　穴位探出率

本文研究的探穴電路操作簡單，元器件少，大部分患者穴位檢出率高達95％，穴位的準確檢出是治療能否有效的關(guān)鍵因數(shù)。

4.2生物電脈沖使用感

為了檢測生物脈沖對人體的刺激使用感是否強，隨機抽取了50名對象（能夠清楚地表達自我感受），對他們的穴位施加不同強度的生物電脈沖刺激，得到實驗結(jié)果如表2所示。

表2　不同強度刺激的舒適度

一開始部分實驗對象覺得刺激太強烈，沒有心理準備，刺激太突然，但稍做調(diào)整，適應(yīng)了這個強度之后，覺得挺舒服。

4.3聽力損失閾值偏差值

常規(guī)純音測聽檢查時加測6kHz聽閾，對早期聽力損害的檢出具有很好的參考價值，便于及早采取有效的防治措施［9］。

本實驗隨機抽取了50名對象（雙耳無聽力障礙，表達能力正常），對他們在隔音室和普通環(huán)境中分別進行6kHz純音測聽，記錄所測得聽閾值，根據(jù)實驗要求進行數(shù)據(jù)分析后結(jié)果如表3所示。

表3　隔音室與普通環(huán)境6kHz聽閾偏差值

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，外界環(huán)境因素很大程度上影響著被測者的聽閾值。干擾因素很有可能影響早期聽力損害的檢出，亦或是對已存在聽力障礙的患者測試結(jié)果不準確，達不到實驗要求的精確度，進而影響患者的治療效果。

5　結(jié)論

一般市場上的耳聾耳鳴康復(fù)儀價位比較高，元器件數(shù)目又較多，并且治療效果不理想，很難滿足患者的需要。本文研究的探穴電路操作簡單，元器件少，穴位的定位也十分準確，應(yīng)用穴位神經(jīng)刺激治療耳聾耳鳴，療效顯著，尤其是病程短、聽力衰退還不是很明顯者，療效更加顯著，而且無副作用。

本文設(shè)計的項目更加適合大部分患者群體，實用、便攜并且價格低，易操作，智能化，可廣泛應(yīng)用于大中小型醫(yī)院以及家庭，并得到廣泛推廣，使患者重新過上健康生活。

［1］薛雅楠，鄭佳麗，陳付毅.模擬環(huán)境助聽器檢配儀器的設(shè)計［J］.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2014，31（3）：4920-4921.

［2］劉慶順，孟祥貴，楊樺.穴位神經(jīng)刺激法治療耳鳴的療效觀察［J］.激光雜志，2003（4）：97.

［3］陳正亮.人體經(jīng)絡(luò)電阻抗檢測技術(shù)及初步實驗研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2010.

［4］周玉娜.頭部腧穴配合循經(jīng)遠近配穴法治療神經(jīng)性耳鳴耳聾的臨床研究［D］.哈爾濱：黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，2010.

［5］郭志偉.基于NE555的自動供水控制器設(shè)計［J］.微型機與應(yīng)用，2011，30（11）：108-109.

［6］李湧，唐曉泉，韓崇昭，等.限帶模擬白噪聲發(fā)生器設(shè)計［J］.電子產(chǎn)品世界，2000（5）：33.

［7］許德成.生物電脈沖治療儀的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.吉林師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（4）：71-73.

［8］毛肖.論分貝的定義及其計算方法［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2008（7）：285.

［9］章菊琴，張建，王國利.6kHz純音測聽對發(fā)現(xiàn)早期聽力損害的意義［J］.現(xiàn)代實用醫(yī)學(xué)，2010，22（1）：81-82.

Research of deafness tinnitus rehabilitation instrument based on single chip microcomputer

Xu Qiuna，Wang Jiali，Chen Fuyi，Lin Xiaolei，Wang Linbin，Gu Xiaowen，Zhang Jian
（Department of Biomedical Engineering，Wenzhou Medical University，Wenzhou 325035，China）

It aims to design a kind of deafness and tinnitus rehabilitation instrument which is practical portable and widely applicated.In the treatment，single-chip has been added to control and help patients restore hearing and regain health.According to the electrical impedance specific of points，we design cave exploration circuit with adjustable threshold.Design waveform generator waveform to drive the headphone sound，to achieve frequency，continuously adjustable dB pure tone stimuli，LCD real-time display and record the hearing thresholds of patients.Take use of white noise to therapy，through transistor base-collector zener produce white noise，the intensity can be adjusted.Design biological pulse generating circuit，and after doubler circuit boosting spark will be similar to the feeling of acupuncture，acupuncture points on the human body for the treatment.Treatment intensity is displayed on LCD，and buttons control circuit output intensity.After a lot of experiments，the accuracy rate of Probe Points is up to 95％.Pure tone stimulus frequency and decibel satisfy the requirements of hearing threshold detection，the frequency is 20 Hz-20 kHz，dB 0～90 dB.Biological pulse stimulation intensity does not exceed the electric current of human security and safe voltage.It is practical and portable，and it is easy to operate.It is in line with contemporary trends of deafness and tinnitus rehabilitation instrument.Also it provides a good help to achieve effective rehabilitation of patients with tinnitus and deafness.

sdeafness and tinnitus；cave exploration；white noise；biological impulse；treatment

R764.5

A

1674-7720（2015）16-0077-03

徐秋娜，王佳麗，陳付毅，等.基于單片機的耳聾耳鳴康復(fù)儀的研究［J］.微型機與應(yīng)用，2015，34（16）：77-79.

2015-04-30）

徐秋娜（1992-），女，本科，主要研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療儀器、儀器儀表。

王佳麗（1993-），女，本科，主要研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療儀器、儀器儀表。

陳付毅（1958-），通信作者，男，講師，主要研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療儀器、儀器儀表。E-mail：736257526@qq.com。

浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）（2014R413006）