引言

社會和科學技術的迅速發展給我們帶來了高質量的生活，但在復雜而充滿緊張的社會變革中，人們承受的壓力也在增加，失眠、抑郁、狂躁、情緒不穩等許多身心問題日益嚴重。因此，研制一種有效的精神治療儀具有重要的現實意義。研究發現，在某些頻率下，尤其在α和θ范圍內，以節奏性閃光去刺激人腦會減輕測試者的焦慮癥狀；同時，科學家們又對腦波的聽覺驅動進行調查，即用特殊頻率的聲音（如節奏性滴答聲、音調或漩渦聲振動）來刺激大腦，然后再用EEG（electroencephalogram腦電圖）設備來監視大腦，結果發現大腦的確在與聲音相同頻率下，以增加大腦活動來回應節奏性聽覺刺激。研究發現，在聲音和光的雙重誘導作用下，大腦的兩腦半球進入一種更結合或同步的狀態（brain sync），即腦波同步狀態，并誘發人腦產生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有著至關重要的聯系。腦電波和人精神狀態的關系如表l所示。

根據這個原理，可以藉由聲音和光的雙重引導式作用，誘使人腦產生α、β、θ、δ四種頻率的節律波，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 系統設計及實現

如圖l所示，系統外圍包括：數模轉換器，多路模擬開關，電極，光電眼鏡，立體聲耳機，按鍵，LED顯示，指示燈顯示等。

腦波治療儀系統結構框圖

本設計應用AT89C52為主芯片，單片機P0口輸出數字信號，經過DAC0832，組成的數模轉換電路后，得到我們治療所需的正弦調幅波信號，信號經過模擬開關CD4053后，產生兩路具有一定時間差的信號。這兩路信號經LM324組成的前置放大電路后，再經TDA2030組成的音頻功率放大電路處理，輸出的信號可以使聽者通過立體聲耳機聽到這些特殊編制頻率的治療波。再者，外部音樂（如CD、MP3等）可以從音頻功放前輸入，治療的同時再配合播放一些自然音樂，能更很好的緩解緊張的情緒和達到好的治療效果。另外，兩路信號分別經過LM324組成的檢波電路，再由LM3915去驅動條形LED發光管發光，以條形發光管的顯示數量來直觀顯示聲音信號的強度。

此外，單片機P0口還輸出的信號，同樣經過數模轉換芯電路，得到一系列預設頻率的脈沖信號，脈沖強度同樣可以由LED條形發光管顯示。

單片機端口RXD和TXD產生的預設光頻率信號，經光信號驅動電路，從光電眼鏡輸出，其輸出狀態由LED指示燈顯示。

2 系統硬件實現

2.1 檢波電路設計

LM324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。內部有四個運算放大器，有相位補償電路，電路功耗小，工作電壓范圍寬，可用正電源3~30V，或正負雙電源±1.5V~±15V工作。這種電路用于測量不同頻段信號的強度值，做為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示器上利用發光二極管點亮的多少來指示信號幅度的大小。電路設計如圖2.由于治療波是高頻正弦調幅波，我們利用LM324組成的帶通濾波電路便能檢出治療波的包絡。

2.2 聲光強度顯示電路設計

LM3914是用來檢測模擬信號電平、驅動10位LED進行線性模擬顯示的單片集成電路，可以很方便地實現電壓指示、展寬刻度、零位指示、可視報警，時序發生等多種用途。從5腳處輸入經過處理的聲光信號，LED的顯示數量與輸入電壓相對應，這樣聲光強度便由點亮LED的多少來直觀顯示，顯示電路的連接如圖3.

2.3 光信號驅動電路設計

系統的光信號由單片機的串行口RXD和TXD輸出，光信號由一系列特殊占空比和頻率可調的窄脈沖組成，通過此驅動電路，以便提高系統的帶負載能力，達到多路輸出的要求。此電路組成了兩級射極更隨器電路，Au=1.通過調節電阻R2，可以調整輸出信號的強度。

2.4 電源電路設計

本治療系統主要需要為運放電路提供±12V直流電壓，單片機控制電路提供+5V電壓，同時還為數模轉換芯片提供一5V基準電壓。因此，整個系統需要±5V、±12V的直流電壓。電源電路設計如下，市電經過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 系統軟件設計

系統軟件要求用C5l語言或匯編語言來編輯。系統軟件功能主要包括：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初始化，再去選擇節目，然后執行預設功能，包括音量增減功能，音頻增減功能，監聽功能，噪聲/音頻功能，運行/保持功能。系統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，脈沖功能設定。

4 結果與討論

經過實驗證明，本治療儀能得到不同頻率的治療信號。治療如何，還需要進行臨床上的測試，根據反饋的信息不斷地改進。治療儀的現有功能基本可以滿足絕大部分的實際工作需要。同時，還可通過軟件的升級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使其應用更具靈活性。