電針治療儀的治療作用原理是通過(guò)電刺激穴位，調(diào)節(jié)神經(jīng)和肌肉的興奮性，改善局部血液循環(huán)和物質(zhì)代謝，并能加強(qiáng)炎癥產(chǎn)物的吸收，從而起到治療疾病的作用^[1]。大量的臨床試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了電針治療對(duì)機(jī)體各系統(tǒng)功能具有調(diào)整作用，能增強(qiáng)機(jī)體的抗病能力。然而，現(xiàn)今的電針治療儀還存在很多缺陷，比如：存在穴位電刺激適應(yīng)現(xiàn)象、調(diào)節(jié)參數(shù)不精確、保護(hù)措施不到位、人機(jī)界面不友好等^[2]。另外，病人在接受針灸的時(shí)候，一般都存在畏懼的情緒，設(shè)計(jì)一種能輸克服傳統(tǒng)電針治療儀的缺陷且能被病人輕松接受的電刺激治療儀是十分有意義的。

1 基于ARM的音樂(lè)治療儀設(shè)計(jì)

        把針灸與悅耳的音樂(lè)結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)一種音樂(lè)電針治療儀，將音樂(lè)轉(zhuǎn)換為電脈沖，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，然后通過(guò)電極作用于機(jī)體。治療的同時(shí)，患者還能欣賞美妙動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)。由于音樂(lè)的旋律、節(jié)奏、強(qiáng)度時(shí)刻在變，因此作用于人體的電脈沖時(shí)刻都是新鮮的刺激，從而能夠克服傳統(tǒng)脈沖電針治療儀的穴位電刺激適應(yīng)效應(yīng)。由于輸出的電刺激信號(hào)來(lái)自音樂(lè)，因此需要一個(gè)能播放、并能任意選擇播放以及調(diào)節(jié)音樂(lè)參數(shù)的平臺(tái),采用ARM嵌入式系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)上述要求。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        本音樂(lè)電針治療儀基本工作原理是，以ARM微處理器為控制核心，通過(guò)點(diǎn)觸觸摸屏讀取SD卡中的音樂(lè)，進(jìn)行音樂(lè)播放控制(曲目選擇、播放、音量調(diào)節(jié)、時(shí)間顯示、暫停、上一曲、下一曲、結(jié)束等)，音頻數(shù)據(jù)流經(jīng)音頻解碼芯片，然后通過(guò)放大電路輸出至電極，最后作用于人體。另外，還可外接耳機(jī)或揚(yáng)聲器等設(shè)備，使病人在治療的同時(shí)能夠欣賞音樂(lè)。為了保證電療儀的安全性，一方面，采用過(guò)流信號(hào)采集電路控制微處理器的最大輸出信號(hào)，從而防止人體電擊傷，另一方面，考慮到電荷的積累會(huì)使人體神經(jīng)組織產(chǎn)生永久性損傷^[3]，本電療儀輸出雙極性脈沖以使人體神經(jīng)組織所獲得的總電荷為零，其中電壓幅值范圍為-15 V～+15 V、 電流幅值范圍為-5 mA～+5 mA。

        硬件部分主要包括ARM微處理器、音頻信號(hào)調(diào)理電路、觸摸屏、存儲(chǔ)器、電極以及SD卡接口等。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        本電療儀軟件部分包括兩大部分，即系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。其中系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)在ARM處理器上運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，包括BootLoader、Linux內(nèi)核、音頻驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)、SD卡驅(qū)動(dòng)以及YAFFS2文件系統(tǒng)等；應(yīng)用軟件是基于QT圖形界面開(kāi)發(fā)的,實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放控制。軟件系統(tǒng)組成如圖2所示。

2 音樂(lè)處方設(shè)計(jì)

        不同類(lèi)型的音樂(lè)由于其風(fēng)格、旋律、節(jié)奏、力度以及所含的頻率成分不同，對(duì)人體的作用也有所差異，運(yùn)用音樂(lè)治療，要因人、因病而異，選擇恰當(dāng)?shù)囊魳?lè)，即音樂(lè)處方。為使病人能較為舒適的接受音樂(lè)電刺激，選擇功率譜PSD(Power Spectral Density)符合“1/f 波動(dòng)”規(guī)律[4]的音樂(lè)作為音樂(lè)處方的必要條件。1/f波動(dòng)是一種隨機(jī)過(guò)程，若用X(t)表示，則其在時(shí)間-T~T上的傅里葉變換為：

        X(t)的功率譜密度為：

式(2)中，E表示對(duì)|X_T(f)|²求期望值。1/f波動(dòng)的PSD與f滿(mǎn)足以下關(guān)系：

式(3)中，S(f)為功率譜密度，A為常數(shù)，f為頻率，λ為頻率指數(shù)，對(duì)于1/f波動(dòng)，λ=1， 其頻譜特性如圖3所示。

        從圖3可以看出，1/f波動(dòng)的功率譜密度S(f)與頻率f成反比。研究表明“1/f波動(dòng)”令人感覺(jué)舒適和諧，這是因?yàn)槿嗽谑孢m狀態(tài)下的心跳周期變化(0.7~0.71 s)和α腦波的波動(dòng)規(guī)律與“1/f 波動(dòng)”規(guī)律相吻合^[5]。

        以《My heart will go on》和《新長(zhǎng)征路上的搖滾》兩首歌曲為例，使用Matlab庫(kù)函數(shù)pwelch()計(jì)算它們的功率譜密度，調(diào)用loglog()以對(duì)數(shù)坐標(biāo)的形式繪制功率譜圖。前者是一首悠揚(yáng)纏綿的歌曲，它的功率譜如圖4(a)所示，lgS(f)與lgf近似線(xiàn)性關(guān)系，基本符合“1/f波動(dòng)”規(guī)律，這首歌曲適合作電針治療。后者是一首搖滾歌曲，它的功率譜如圖4(b)所示，PSD與f呈較復(fù)雜關(guān)系，不符合“1/f 波動(dòng)”規(guī)律，這首歌曲不適合作電針治療。

        以治療神經(jīng)根型頸椎病為例，音樂(lè)處方的設(shè)計(jì)從以下3個(gè)方面考慮：(1)選擇符合“1/f波動(dòng)”規(guī)律的名曲輕音樂(lè)和經(jīng)典流行音樂(lè)；(2)音樂(lè)能量值集中在2 Hz和100 Hz左右(臨床發(fā)現(xiàn)鎮(zhèn)痛效果較好的兩個(gè)頻率點(diǎn)^[6])；(3)音樂(lè)的風(fēng)格為旋律熱情、節(jié)奏激烈、力度較強(qiáng)。

3 療效評(píng)估

        為了對(duì)該音樂(lè)電針的療效進(jìn)行評(píng)估，將符合納入標(biāo)準(zhǔn)的75例的神經(jīng)根型頸椎病患者隨機(jī)分為音樂(lè)1組、音樂(lè)2組以及脈沖組，每組各25例。其中，音樂(lè)1組選用不滿(mǎn)足1/f波動(dòng)規(guī)律的音樂(lè)；音樂(lè)2組選用前文所述音樂(lè)處方；脈沖組采用脈沖電針治療，穴取頸夾脊穴、肩井、肩髃、曲池、外關(guān),1天1次,每次30 min，10次為一療程，治療兩個(gè)療程后統(tǒng)計(jì)療效。

        疼痛評(píng)估采用美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究所制定的“視覺(jué)模擬標(biāo)尺法(VAS)疼痛評(píng)分尺”，對(duì)頸椎病主癥頸肩背痛及上肢放射痛進(jìn)行比較。根據(jù)中醫(yī)藥管理局1994年頒布的《中醫(yī)病證診斷療效標(biāo)準(zhǔn)》與1992年全國(guó)頸椎病會(huì)議制訂的頸椎病診斷標(biāo)準(zhǔn)，療效評(píng)分采用與神經(jīng)根型頸椎病關(guān)系最為密切的癥狀、上肢功能活動(dòng)、臨床體征等自擬“癥狀體征量化積分表”，療效評(píng)分=(治療前積分－治療后積分)/治療前積分×100%，總有效率=(痊愈例數(shù)+顯效例數(shù)+有效例數(shù))/總例數(shù)×100%。

        采用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料用均數(shù)&plusmn;標(biāo)準(zhǔn)差表示，并確定P<0.05為統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有顯著性意義，P<0.01為統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有非常顯著性意義。

        各組患者治療后，結(jié)果如表1、表2所示。

        本文所述電針治療儀能較好地解決傳統(tǒng)電療儀存在的問(wèn)題，一方面，創(chuàng)新地提出音樂(lè)處方的設(shè)計(jì)方案，不僅能有效地克服穴位電刺激適應(yīng)現(xiàn)象、提高療效，而且還能提升患者治療期間的舒適度；另一方面，采用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建，不僅使本電療儀具有良好的操作界面、精確的參數(shù)調(diào)節(jié)功能，而且具有非常強(qiáng)大的軟、硬件擴(kuò)展功能；最后，本電療儀采用SD卡海量存儲(chǔ)不同的音樂(lè)處方，針對(duì)不同病癥選擇相應(yīng)的音樂(lè)處方，從而使得該電療儀能治療多種疾病，比如失眠、抑郁等精神類(lèi)的疾病。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃大勉，徐學(xué)奎．智能電針治療儀原理與實(shí)現(xiàn)[J]．電子技術(shù)，2006,12(2)：68-70．

[2] 楊育霞，雍明超．電針治療儀安全性問(wèn)題及對(duì)策[J]．中國(guó)針灸，2009,29(4)：339-341．

[3] TEHOVNIK E J. Electrical stimulation of neural tissue toevoke behavior responses[J]. Journal of Neuroscience Methods,1996,65(1)：1-17．

[4] 吳少兵，陳實(shí)，李海,等． TMR與GMR傳感器1/f噪聲的研究進(jìn)展[J]．物理學(xué)報(bào)，2012，61(9)：1-10．

[5] 毛峽，丁玉寬，牟田一彌．圖像的情感特征分析及其和諧感評(píng)價(jià)[J]．電子學(xué)報(bào)，2001，29(12A)：1923-1927．

[6] 孫瑞卿，王賀春，王韻，等．不同頻率的電針對(duì)大鼠神經(jīng)源性痛的治療作用[J]．中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志，2002,18(2)：128-130．