专利名称：一种基于脑电波反馈的心理干预治疗仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医疗保健设备，特别是一种基于脑电波反馈的心理干预治疗仪。
背景技术：
生物电现象，因为人体的各个组织器官都是由细胞组成的。对脑来说，脑细胞就是 脑内一个个"微小的发电站"。 我们的脑无时无刻不在产生脑电波。早在1857年，英国的一位青年生理科学工作 者卡通(R.Caton)在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动，并发表了 〃脑灰质电现象的研究〃 论文，但当时并没有引起重视。十五年后，贝克(A.Beck)再一次发表脑电波的论文，才掀起 研究脑电现象的热潮，直至1924年德国的精神病学家贝格尔(H.Berger)才真正地记录到 了人脑的脑电波，从此诞生了人的脑电图。 这是一些自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒1-30次之间，可划 分为四个波段，艮卩S (l-3Hz)、 e (4-7Hz)、 a (8-13Hz) 、 P (14-30Hz)。 S波，频率为每秒1-3次，当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和 昏睡状态下，可出现这种波段。 e波，频率为每秒4-7次，成年人在意愿受到挫折和抑郁时以及精神病患者这种 波极为显著。但此波为少年(10-17岁)的脑电图中的主要成分。 a波，频率为每秒8-13次，平均数为10次左右，它是正常人脑电波的基本节律，如 果没有外加的剌激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开 眼睛或接受其它剌激时，a波即刻消失。 |3波，频率为每秒14-30次，当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从睡 梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。 在人心情愉悦或静思冥想时，一直兴奋的13波、S波或9波此刻弱了下来，a波 相对来说得到了强化，因为这种波形最接近右脑的脑电生物节律，于是人的灵感状态就出 现了。 脑电波或脑电图是一种比较敏感的客观指标，不仅可以用于脑科学的基础理论研 究，而且更重要的意义在于它的临床实践的应用，与人类的生命健康息息相关。脑电图在当 今医学界已经成为许多脑部疾病的现代辅助检查方法。脑电波治疗已经在偏头痛、癫痫病、 失眠、心理干预、精神调理(如放松、减压)等方面发挥了有效的作用。目前，脑电波的应用 范围更加广泛。除了应用于临床各种心身疾病的治疗外，还扩展到教育、体育和军事等领 域。例如，美国国家宇航局运用脑电波反馈技术训练宇航员的应激管理能力，许多国家的体 育局也运用脑电波反馈技术训练运动员的心理素质。 目前市面所见的心理治疗仪器，多采用声、像、光等方式单独或者配合作用，对使 用者进行外界剌激，利用人类本身的生理调节功能干预人大脑的活动，达到调节心理状态 的目的。这种方式主要依赖于人体自身的调节，对于不同的人产生的效果就会不同；并且由于外部作用目标不明确，不能直接干预人类脑电波，所以起效慢，治疗周期长。 另外有一些脑电波治疗仪，采用事先编辑好的图片、文字、声音等剌激序列，直接
作用于人类大脑，间接诱导脑电波恢复正常水平。但是科学数据表明，脑电波的频率和波形
因人而异，每一个人的脑电波都不相同，同一个人在不同的心情时，脑电波也不相同；这种
方式千篇一律，对于所有的人使用同一种脑电波剌激序列，没有针对性，同样存在对于不同
的人会产生不同的效果的问题。同时，在治疗过程中，使用者的脑电波在诱导波的作用下，
不停地朝着治疗的目标在恢复，此时如果不改变诱导波的频率和幅度，就会对脑电波产生
过量的诱导，有可能导致脑电波再次陷入混乱状态，更有甚者会对大脑产生损害。
发明内容本实用新型就针对上述情况，采用下列反馈治疗公式，针对每一位使用者产生不 同的治疗波，并在治疗过程中，根据脑电波反馈实时调节治疗波，从而保证作用的目标明 确，有针对性，并且在整个治疗过程中能最大限度发挥脑电波诱导的同时，避免对大脑产生 的副作用。 非正常脑波+调节治疗波=健康波 调节治疗波=健康波_非正常脑波 本实用新型主要由耳夹上的一对采样电极和一对治疗电极、信号放大滤波模块、 处理器模块、DDS高精度数字频率合成模块和人机交互模块构成。 使用者根据治疗目的，在相应的状态下使用本实用新型采集所需要的健康脑电 波，并存储下来(比如失眠患者可采集正常熟睡时的脑电波、心理压力过大患者可采集心 情轻松时的脑电波、抑郁症者可采集心情开心时的脑电波等)。当需要心理治疗时，即可调 出之前采集的健康波，对当前脑电波进行诱导。这样就相当于对每一位使用者量身定做了 一套脑电波剌激序列，并在治疗过程中，根据实时的脑电波采集反馈系统，及时调节治疗波 的频率和幅度，达到最大限度的治疗效果，并保护大脑不受任何伤害。 为实现上述实用新型目的而采用的技术解决方案是这样的由信号采集模块1、 处理器模块、DDS波形合成模块3和人机交互模块4构成，信号采集模块1包括有两个耳夹， 每个耳夹上有两个电极，分别为采样电极8和治疗电极9，通过屏蔽电缆与信号采集模块1 相连； 所述处理器模块由单片机中心控制模块2、串口模块6、复位模块、波形存储模块5 组成； 所述DDS波形合成模块3由CPLD IC1和外部存储器SRAM IC3构成； 所述人机交互模块4包括LCD显示屏、按键和LED指示灯。 所述的单片机中心控制模块2通过波形查找表7与所述DDS波形合成模块3相连。 所述串口模块6与PC机10相连，对单片机中心控制模块2进行软件升级和数据 保存。 采用上述电子针灸戒毒仪，有以下优点 1、采用脑电波反馈技术，实时采集反馈脑电波形，并以此及时修正治疗波，产生与 使用者脑电波高度一致的治疗波形。 2、本实用新型根据脑电波形，实时修正治疗波的频率和幅度，最大限度保护使用者大脑不受任何损害。 3、本实用新型采用现代DDS高精度数字频率合成技术，产生的治疗波精确、稳定、 不失真，具有之前模拟技术永远不可能达到的治疗效果。 4、本实用新型对每一位使用者建立数据库，使治疗波随每一位使用者，甚至同一 位使用者的不同治疗状态而不同，为每一位使用者量身打造专用的脑电波治疗仪器。 5、本实用新型根据治疗目的不同，只需要采集不同的健康波，即可应用于治疗神 经衰弱(失眠等)、焦虑症、癔症、强迫症、恐怖症、疑病症、抑郁性神经症等神经症或心理疾病。
图1为本实用新型整体框图； 图2为本实用新型信号采集处理模块前置差分放大电路原理图； 图3为本实用新型信号采集处理模块带通滤波电路原理图； 图4为本实用新型信号采集处理模块主放大及AD采样电路原理图； 图5为本实用新型信号采集处理模块光耦单向隔离和光耦双向隔离电路原理图； 图6为本实用新型治疗产生电路原理图； 图7为本实用新型处理器模块及人机交互模块电路原理图； 图中标记1-信号采集模块；2_单片机中心控制模块；3_DDS治疗波合成模块； 4_人机交互模块；5-波形存储模块；6-串口模块；7-波形查找表；8_采样电极；9_治疗电 极；10-PC机；具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，
以下结合附图及具体实施 方式对本实用新型作进一步的详细描述。 如图1所示，本实用新型为一种基于脑电波反馈的心理干预治疗仪，由信号采集 模块1、处理器模块、DDS波形合成模块3和人机交互模块4构成，处理器模块由单片机中心 控制模块2、串口模块6、复位模块、波形存储模块5组成；信号采集模块1包括有两个耳夹， 每个耳夹上有两个电极，分别为采样电极8和治疗电极9，通过屏蔽电缆与信号采集模块1 相连；采样电极8采集信号，传送给信号采集模块1进行数据处理，然后向单片机中心控制 模块2发送健康波/反馈波，单片机中心控制模块2对波数据进行筛选和处理，将正常波存 储到波形存储模块5中，将病态波和DDS控制数据发送给DDS治疗波合成模块3， DDS治疗 波合成模块由CPLD IC1和外部存储器SRAMIC3构成，另一方面，将正常波通过与波形查找 表7进行对照，再结合DDS治疗波合成模块，通过治疗波产生电路其他部分产生出与使用者 脑电波高度相似的治疗波。人机交互模块4包括LCD显示屏、按键和LED指示灯。LCD显示 屏实时显示当前的治疗状态和使用者的脑电波状态，使用者通过按键设置治疗仪的工作模 式，LED指示灯具有电源指示和异常状态报警功能。此外，单片机中心控制模块2通过串口 模块6与PC机10相连，对进行软件升级和数据保存。 如附图2-5所示，脑电波采集电路在健康波采集工作模式下，负责采集使用者的 健康脑电波信号；在治疗过程中，负责实时采集非正常脑电波作为反馈，以调节治疗波的波 形和幅度。人体脑电波的幅度非常微小，一般为P V量级，且其频率主要集中在0.5 40Hz 之间，并且在不同的人甚至同一个人的不同状态都存在着不同的表现。在实际生活中，我们周围存在着大量的电磁波辐射，形成了脑电波中的干扰信号，特别是50Hz的工频干扰，由 于接近人体脑电波的频率，且生活中大量存在，所以必须对脑电波采集部分电路进行屏蔽 和滤波处理。每个耳夹上有两个电极，分别为采集电极和治疗电极。他们通过屏蔽电缆跟 信号采集电路相连，电路本身使用屏蔽罩进行屏蔽隔离。 由于采集电极采集到的脑电波幅度非常小，所以必须采用差动输入低噪声前置放 大器和高共模抑制比、低漂移的仪表放大器提取生物电信号。提取到的信号中包含有大量 的干扰电波和严重的50Hz工频干扰，必须经过带通滤波器滤除脑电波频率范围之外的干 扰信号，才能得到纯净的脑电波。然后经主放大电路和AD采样电路转化为数字信号后交给 处理器进行使用。 采样电极得到的信号由三个低噪声的高性能运放U1、U5、U6组成前置差分放大电 路进行差分放大，得到的差分信号由高共模抑制比的仪表放大器U5再次进行信号放大。此 时得到的脑电波信号具有非常大的干扰，将该信号送入由一个高通滤波器和一个低通滤波 器组成的带通滤波器进行滤波，从而得到较为纯净的脑电波。高通滤波器设计截止频率为 0. 5Hz，低通滤波器设计截至频率为40Hz。得到的纯净的脑电波最后经过一级U14放大后， 送入模数转换芯片U10进行AD采样。 为了避免后面的数字电路对脑电波信号产生不必要的干扰，同时，由于本实用新 型涉及医疗保健技术领域，对安全级别提出较高要求，所以，必须将与使用者接触的部分与 后方电路进行光耦进行隔离。由于涉及到单向数据传输和双向数据传输，所以就必须对数 字信号进行单向和双向光耦隔离。设计电路如附图2-5。 如附图6所示为治疗波产生电路和合成电路。治疗波产生电路负责根据采样电极 得到的实时反馈脑电波产生对应的治疗波。治疗过程中，耳夹电极的采样电极实时采样使 用者的脑电波，并将该脑电波作为反馈输入处理器。处理器根据反馈脑电波和之前采集到 的健康波，分析计算得到需要的治疗波，并控制DDS频率产生电路进行频率合成。合成的频 率通过DA数模转换模块形成与使用者脑电波高度一致的治疗波，并通过耳夹电极中的治 疗电极注入大脑，诱导脑电波向之前得到的健康波水平恢复。在健康波采集工作状态，根据 治疗目的不同，采集对应状态下的脑电波健康波形，经信号采集模块处理后，经CPLD IC1传 至单片机U17，并存储至EEPR0M芯片IC6。在治疗工作状态下，信号采集模块采集实时的非 正常波，并经CPLD IC1传至单片机U17，由单片机分析计算后，得到此时对应的治疗波，并 控制DDS频率合成模块进行治疗波产生。DDS频率合成模块主要有CPLD IC1和外部存储器 SRAM IC3构成。IC3负责存储当前的治疗波波形，IC1从IC3中读取当前的波形数据，通过 数模转换芯片IC2直接产生与使用者脑电波高度相似的治疗波，并通过变压器Tl、 T2升压 后传送至耳夹治疗电极。每个治疗电极的电压幅度可通过电阻进行调节。单片机U17根据 实时采集到的反馈脑电波，及时更新SRAM IC3中的波形数据，并控制CPLD IC1修改当前波 形的幅度和相位，从而达到通过脑电波反馈实时更新治疗波，最大限度发挥治疗效果和保 护使用者大脑的目的。 如附图7所示为处理器模块和人机交互模块。处理器模块为本治疗仪的核心控制 模块，主处理器为一款高性能的单片机U17，它同时也配备了串口模块、复位模块、波形存储 模块等。其在治疗过程中主要负责控制人机之间的交互、分析处理反馈脑电波数据并计算 得到对应的治疗波数据、控制DDS模块实时修改幅度和相位等。
6[0048] 人机交互模块包括LCD显示屏、按键和LED指示灯组成。其主要为使用者方便操 作本治疗仪以及在治疗过程中实时显示当前治疗状态提供了主要窗口。 LCD显示屏实时显 示当前的治疗状态和使用者的脑电波状态，使用者通过按键设置治疗仪的工作模式，LED指 示灯具有电源指示和异常状态报警功能。单片机U17通过按键得到指令，控制各个模块的 工作状态，并将脑电波分析得到的结果通过LCD显示屏告知使用者。当系统工作异常时，也 可通过LED指示灯告警，在严重错误情况下，可以切断治疗波的输出。复位电路保障系统的 稳定工作，一旦检测到异常，通过IC5立即重启整个系统，避免不可预知的故障对系统造成 的不稳定因素，同时也最大程度保护使用者在任何情况下都不受伤害。串口模块IC4允许 本治疗仪与其它设备(例如PC)进行通信，可以通过PC机保存不同使用者的各种脑电波数 据，对临床数据采集有着巨大的帮助。同时，可以通过串口模块对本治疗仪进行软件升级， 实时更新各种功能。 本实用新型公开了一种基于脑电波反馈的心理干预治疗仪，根据实时的脑电波采 集反馈系统，及时调节治疗波的频率和幅度，达到最大限度的治疗效果，并保护大脑不受任 何伤害。
权利要求一种基于脑电波反馈的心理干预治疗仪，由信号采集模块(1)、处理器模块、DDS波形合成模块(3)和人机交互模块(4)构成，其特征在于所述信号采集模块(1)包括有两个耳夹，每个耳夹上有两个电极，分别为采样电极(8)和治疗电极(9)，通过屏蔽电缆与信号采集模块(1)相连；所述处理器模块由单片机中心控制模块(2)、串口模块(6)、复位模块、波形存储模块(5)组成；所述DDS波形合成模块(3)由CPLD IC1和外部存储器SRAM IC3构成；所述人机交互模块(4)包括LCD显示屏、按键和LED指示灯。
2. 如权利要求1所述的基于脑电波反馈的心理干预治疗仪，其特征在于所述的单片 机中心控制模块(2)通过波形查找表(7)与所述DDS波形合成模块(3)相连。
3. 如权利要求1所述的基于脑电波反馈的心理干预治疗仪，其特征在于所述串口模 块(6)与PC机(10)相连，对单片机中心控制模块(2)进行软件升级和数据保存。
专利摘要本实用新型公开了一种基于脑电波反馈的心理干预治疗仪，主要由信号采集模块(1)、处理器模块、DDS波形合成模块(3)和人机交互模块(4)构成。其放置在耳夹上的信号采集电极(8)通过屏蔽电缆跟信号采集模块(1)相连，根据治疗目的不同，可以采集不同的健康波形并存储下来。当进行治疗时，通过信号采集电极(1)采集到的实时波形(非健康波)进行治疗反馈，由处理器模块进行分析处理后控制DDS波形产生模块产生与使用者脑电波高度一致的治疗波，诱导脑电波迅速恢复正常水平，并通过实时采集反馈波而及时调节治疗波，最大限度发挥治疗效果的同时，保护大脑不受任何伤害。人机交互模块(4)可以方便地控制本治疗仪，并实时监控当前仪器工作状态和脑电波恢复水平。
文档编号A61B5/0476GK201533947SQ20092008677
公开日2010年7月28日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者王志忠 申请人:王志忠