生理信息反馈音乐治疗床

摘要

本发明公开了一种生理信息反馈音乐治疗床，包括计算机、音乐治疗床和生理信息检测系统模块，该模块包括体温测试单元、脉搏测试单元、肌电信号检测单元和皮肤阻抗检测单元。本发明可通过生理信息检测系统模块获得人体丰富的生理和病理信息，对人体组织与器官进行无损伤的功能性评价，通过计算及处理获得人体的康复状态。本发明可用于治疗高血压病、失眠症、肩周炎和腰肌劳损。

说明书

技术领域

本发明属于医学康复理疗技术领域，涉及一种通过体感振动音乐使人的身心受到良性调节的医学康复理疗设备。 

背景技术

体感振动音乐是一类特殊制作的、富含低频、以正弦波为主、旋律、节奏与和声不同的治疗性乐曲。依不同的治疗目的，而选用不同波形、旋律和节奏的乐曲。它要求音高和谐、感觉悦耳、不超过70分贝为宜，节奏与人的心跳或呼吸相仿，旋律优美，音色柔和等。 

发明内容

本发明的目的是提供一种生理信息反馈音乐治疗床，通过生理信息检测系统实时检测人体生理信息，通过计算及处理获得人体的康复状态。 

本发明实现过程如下： 

一种生理信息反馈音乐治疗床，包括计算机和音乐治疗床、其特征在于还包括有生理信息检测系统模块，该模块包括体温测试单元、脉搏测试单元、肌电信号检测单元和皮肤阻抗检测单元。

本发明采用音乐振子和生理信息检测系统模块对人体进行振动和音乐的双重刺激，通过生理信息检测系统模块的检测，将信号送到单片机处理，然后将结果显示在计算机上，医生再根据计算机上的显示结果，对振动和音乐作实时调整。 

本发明计算机将音乐信息通过电缆传给控制器，控制器将信号经过功率放大再通过电缆传给音乐治疗床的振子，振子产生振动；同时将人体生理信息检测系统模块获得的生理信息通过电缆传给控制器，控制器将生理信息通过电缆传给计算机，计算机通过软件系统进行处理，得到病人的身体状况。 

所述的体温测试单元由铂电阻PT1000构成，测温电路为恒流电路，即流经测试电阻的电流是恒定的；当温度变化时，PT1000温度传感器的电阻值相应变化，由于流经温度传感器的电流不变，其上电压随着阻值的变化而变化，运放输出的电压值亦随着变化，反映体温变化状况。 

所述的脉搏测试单元主要测试脉搏信号，脉搏传感器受力后，输出与受力大小成线性比例关系的电压信号，此信号经放大器放大后，送至MSP430F149单片机进行A/D转换，获得脉搏信号。 

所述的肌电信号检测单元采用AgCl表面电极，用来检测提取肌电信号，再经过前置放大、隔离器、信号滤波放大调理电路、50Hz陷波电路，用MSP430F149单片机进行A/D转换处理，连到计算机进行图像的实时显示。 

所述的皮肤阻抗检测单元借助于置于体表的电极系统，向受检对象注入低于兴奋阈值的恒定交流电流，同时检测相应的电压变化，获得被测组织的阻抗信息。皮肤阻抗检测单元包括恒流源、信号拾取、放大及解调部分和阻抗信号分析处理部分。皮肤阻抗检测单元工作过程如下：首先用一对电极把恒流源产生的振荡电流(如50 kHz正弦信号)注入被检测的生物组织(如人体胸部)；同时使用另一对电极拾取在振荡电流激励下被检组织产生的电压，经放大、解调后传送给信号处理部分；信号分析处理的主要任务是提取复合信号中有意义的部分，用于临床诊断和生理参数计算。 

系统用户管理模块包括用户信息管理、权限控制等功能。权限控制虽然不是一个独立存在的模块，但是它却贯穿在整个系统的运行过程当中。本系统将用户划分三种类型，即系统管理员、治疗师和病人。 

本发明可通过生理信息检测系统模块获得人体丰富的生理和病理信息，对人体组织与器官进行无损伤的功能性评价，通过计算及处理获得人体的康复状态。 

附图说明

图1为本发明系统总体图； 

图2为测体表压力的电路框图；

图3为肌电信号检测的电路框图；

图4为人体阻抗检测的电路框图；

图5为生理信息反馈音乐治疗床总体框图；

图6为本发明系统控制示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用音乐振子和生理检测系统对人体进行振动和音乐的双重刺激，通过生理信息检测模块的检测，将信号送到单片机处理，然后将结果显示在PC机上，医生再根据PC机上的显示结果，对振动和音乐作实时调整。 

其中，生理信息检测模块中要检测的生理信息有：肌电、压力、皮肤阻抗、温度。 

本发明的实现在于通过电极或传感器获取人体肌电、痛压、皮肤阻抗、温度等生理参数信号，并通过模拟电路对采集的信号进行阻抗匹配、滤波、放大等处理，并由单片机MSP430F149的A/D转换将模拟信号变为数字信号，再执行程序对数字信号进行分析、运算和存储、启动报警、记录等。通过RS232通信模块完成MSP430F149与PC机的通信，在PC机上显示输出参数及波形，打印和记录。 

1）体温测试 

机体和散热是受神经中枢调节的，很多疾病都可使体温正常调节机能发生障碍而使体温发生变化。临床上对病人检查体温，观察其变化对诊断疾病或判断某些疾病的预后有重要意义。

温度传感器由铂电阻PT1000构成。铂电阻一般以0.03～0.07mm的纯铂丝绕在平板型支架上，用银导线作引出线。铂电阻属无源器件，性能比较稳定。测量范围是-60℃～+400℃。PT1000在0℃时，阻值为1000Ω，随着温度的变化阻值呈线性变化，温度每变化±1℃，电阻值相应变化±3.9Ω。 

测温电路为恒流电路，即流经测试电阻的电流是恒定的。当温度变化时，PT1000温度传感器的电阻值相应变化，由于流经温度传感器的电流不变，其上电压随着阻值的变化而变化,运放输出的电压值亦随着变化，它反映的就是体温变化状况。其电路由简单的放大和滤波构成，在输入端用MC1403来使输入电流恒定。 

2）脉搏测试 

被测试者可用控制开关锁定用按压致使人体受力部位疼痛的压力阈值，为临床疼痛诊断和治疗过程中的定量评价提供准确依据。

压力传感器受力范围是0Kg～10Kg，精度误差≤1%F.S。传感器受力后，输出与受力大小成线性比例关系的电压信号，此信号经放大器放大后，送至MSP430F149单片机进行A/D转换，并依据一定的关系式得出压力值，传到PC机上显示。电路框图如图2所示。 

3）肌电检测 

肌电信号是肌肉中运动单元动作电位(MUAP)在时间上和空间上的叠加，表面肌电信号则主要是浅层肌肉和神经干上电活动的综合效应。肌电信号的幅值本质上是随机信号，其峰-峰幅值范围为0～10mv，均方根幅值范围为0～1.5mv，主要集中在100～500uv，频率范围在0～10KHz，有用能量分布在0～500Hz频率范围之间，主要能量集中分布在50～150Hz频率范围之间。

检测电极采用AgCl表面电极，用来检测提取肌电信号。再经过前置放大、隔离器、信号滤波放大调理电路、50Hz陷波电路，用MSP430F149单片机进行A/D转换等处理，再连到PC机进行图像的实时显示。电路框图如图3所示。 

4）皮肤阻抗的检测 

生物电阻抗技术的真正优势在于利用生物阻抗所携带的丰富的生理和病理信息，对人体组织与器官进行无损伤的功能性评价。当疾病发生时，相关组织与器官的功能性病变往往会先于器质性病变及其他临床症状发生，如能在疾病的潜伏期或功能代偿期及时检测和确认这些变化，对于相关疾病的普查、预防和早期治疗将是非常有利的。生物电阻抗技术提取的是与人体组织和器官功能紧密相关的电特性信息，对血液、气体、体液和不同组织成分具有独特的鉴别力，对那些影响组织与器官电特性的因素，如血液的流动与分布、肺内的血气交换，体液变化与移动等非常敏感。以此为基础，进行心、脑、肺及相关循环系统的功能评价，是生物电阻抗技术最显著地优势。

    阻抗信号的测量借助于置于体表的电极系统，向受检对象注入低于兴奋阈值的恒定交流电流，同时检测相应的电压变化，获得被测组织的阻抗信息。生物阻抗信号测量系统包括4个部分：恒定交流电流源、信号拾取、放大及解调部分和阻抗信号分析处理部分。目前常用的检测系统工作过程如下：首先用一对电极把恒流源产生的振荡电流(如50 kHz正弦信号)注入被检测的生物组织(如人体胸部)；同时使用另一对电极拾取在振荡电流激励下被检组织产生的电压，经放大、解调后传送给信号处理部分；信号分析处理的主要任务是提取复合信号中有意义的部分，用于临床诊断和生理参数计算。检测人体阻抗的电路框图如图4所示。 

5）单片机 

实现检测数据的分析处理和输出，本设计选用MSP430F149单片机作为主控制芯片，因为MSP430F149单片机除具有一般单片机的共同特点外，还具有很多显著的优点：具有高性能模拟技术及丰富的片上外围模块；系统工作稳定；具有高效的开发环境；最主要的是，MSP430系列单片机具有超低功耗的特点，在系统中共有一种活动模式（AM）和5种低功耗模式（LPM0~LPM4）。

6）RS232通信模块 

实现单片机与上位机的通信，数据的传输。

7）软件系统用户管理模块，系统用户管理模块包括用户信息管理、权限控制等功能。权限控制虽然不是一个独立存在的模块，但是它却贯穿在整个系统的运行过程当中。本系统将用户划分三种类型，即系统管理员、治疗师和病人。 

基本信息管理模块包括患者的基本信息、以往病历以及音乐治疗信息库。音乐治疗信息库记录了该患者在各个音乐治疗下的生理及心理反应，特别详细记录了生理指标及心理指标，以备在下次治疗中直接从数据库中调取治疗方案。软件流程图见图5。 

生理信息反馈音乐治疗床包括有1、计算机（软件系统用户管理软件）；2、控制器（振子驱动器、温度测试系统和传感器、脉搏测试系统和传感器、肌电检测系统和传感器、皮肤阻抗的检测系统和传感器）。3、电缆；4、 音乐治疗床（含振子）。 

计算机通过电缆与控制器相连，控制器通过控制电缆来控制音乐治疗床，并通过传感器检测人体的温度、肌电、皮肤阻抗、脉搏检测，见图6。 

计算机将音乐信息通过电缆传给控制器，控制器将信号经过功率放大通过电缆传给音乐治疗床的振子，振子产生振动。同时人体的生理信息通过传感器和电缆传给控制器，控制器将生理信息通过电缆传给计算机，计算机通过专用软件系统进行处理，得到病人的身体状况。 

生物反馈技术是借助仪器将人们体内各器官、各系统心理生理过程的许多不能察觉的信息如肌电、皮肤电、温度等加以记录、放大并转换成患者能理解的信息，训练患者通过对这些信号活动变化的认识和体验，学会有意识地控制自身的心理生理活动，以达到调整机体功能和防病治病的目的。 

本发明利用引用生物反馈技术，利用自动检测的指标进行人体状态的自动输出，可以更好地指导医务人员合理的选择治疗音乐，寻求最佳的治疗方案。收集数据，如治疗音乐的种类以及其对各种不同疾病患者治疗效果，应用统计学方法，根据规划求解可以得出适合此类病人的音乐种类，此过程可实时完成。 

生物反馈音乐治疗床治疗高血压病和失眠症临床治疗效果观察

一、临床一般资料

1 病例数：随机选择符合入选诊断标准的门诊病人。高血压病观察67例，资料完整者62例，脱失5例（原因均系工作繁忙，无法坚持治疗），其中男性26例，女性36例；年龄最小32岁，最大78岁；30岁以下者0例，30~50岁者18例，50岁以上者44例。失眠症观察65例，资料完整者62例，脱失3例（原因均系工作繁忙，无法坚持治疗），其中男性15例，女性47例；年龄最小21岁，最大78岁； 30岁以下者10例，30~50岁者30例， 50岁以上者22例。

2 病种：失眠症和高血压病各62例。 

3 病程: 失眠症和高血压病124例患者中，发病时间2年以内80例，2年以上至10年34例，10年以上10例。 

二、临床试验方法 

1 按照临床试验方案制定的入选标准遴选高血压病和失眠症患者，分别获得完整资料者62例。

2 对符合诊断标准入选的高血压病和失眠症患者进行治疗前后症状（主症、次症）的评定及体征评定，医患人员分别完成知情同意书的讲解、阅读及签字。 

3 操作：严格按照生物反馈音乐治疗床说明书中的操作步骤和注意事项进行。接通电源，打开仪器开关，嘱患者舒适平卧；待机；插好输出电极，检查好电极接口，确保无断线及接口金属裸露；确定患者体内无金属物，嘱患者去掉身上所带金属物品，然后坐在带有内置电极塑料垫的塑料座椅上，双脚放置于绝缘垫上。选择 “手动”挡，将“时间选择”按钮设置在“20”分钟，按下“启动”按键，开始治疗。嘱患者在治疗过程中闭目、安静，不可接触其他人或导电物体。每位患者每天治疗一次，每次20分钟，连续治疗10天为一个疗程。 

三、临床试验结果 

1.不同病种的疗效

经过10天一个疗程的治疗， 62例高血压病患者，临床治愈16例，显效20例，有效20例，无效6例；治疗62例失眠症患者，临床治愈21例，显效15例，有效22例，无效4例（表1）。

经卡方检验，高血压病及失眠症之间的总显效率及总有效率均无显著性差异。 

生物反馈音乐治疗床对不同病种作用起效时间: 高血压病起效时间平均为3.79天，失眠症起效时间平均为3.45天，不同病种作用起效时间分布见表2。 

由表2可见，在总病例124例中114例为治疗有效的病例，其中起效时间在前五天的病例占有效治疗病例总数的98.25%。 

2.不同病情的疗效 

经卡方检验，高血压病各分级之间的总显效率及总有效率均无显著性差异。

方差齐性检验，P＞0.05，各组间方差相等。 

经方差分析，生物反馈音乐治疗床对2级高血压病较对单纯性高血压病和1级高血压病的疗效更好，尤其是对2级高血压病的舒张压降低更明显。 

经卡方检验，轻度失眠症的总显效率较重度组明显增高，但失眠症各分级之间的总有效率均无显著性差异。 

经方差分析，生物反馈音乐治疗床对轻、中、重度失眠症患者疗效之间无显著性差异。 

3.不同年龄的疗效 

高血压病及失眠症共124例患者不同年龄段疗效比较见表5。

经卡方检验，生物反馈音乐治疗床对高血压病及失眠症的治疗，各年龄组之间的总显效率及总有效率均无显著性差异。 

4.不同性别的疗效 

经卡方检验，高血压病及失眠症各自男女之间的总显效率及总有效率均无显著性差异。

四、试验效果分析 

1临床总体疗效分析

①疗效好：本次临床观察124例高血压病及失眠症患者，经生物反馈音乐治疗床10天一个疗程治疗后，总显效率为58% 总有效率为91.9%，临床治愈率29.8%，表明生物反馈音乐治疗床对上述慢性疾病均具有良好的治疗效果。

②疗效快：作用后三天见效者占59.7%，前五天见效者占98.25%，平均起效时间3.6天。 

③安全、可靠：在治疗过程中未观察到明显的不良事件和副作用，表明生物反馈音乐治疗床具有安全和可靠的性能。 

2 病种与疗效分析 

经过10天一个疗程的治疗，生物反馈音乐治疗床治疗高血压病患者总显效率为58.06%，总有效率为90.32%；失眠症患者总显效率为58.06%，总有效率为93.55%。高血压病和失眠症之间的总显效率及总有效率均无显著性差异，表明经生物反馈音乐治疗床20分钟治疗，对高血压病和失眠症均有显著的治疗效果。

3 病情与疗效分析 

生物反馈音乐治疗床对单纯性高血压病、1级和2级高血压病均有显著的治疗效果，总有效率均在80%以上，其中对2级高血压病的疗效更好，尤其是对2级高血压病的舒张压降低更明显。表明高压静电疗法对心脑血管功能具有良好的调节作用。

生物反馈音乐治疗床对轻、中、重度失眠症患者均有显著的疗效，总有效率均在81%以上，对轻、中度失眠症治疗的总有效率均达100%，对轻度失眠症治疗的总显效率达100%。表明该仪器对各型失眠症均有良好的治疗效果，对轻、中、重度失眠症平均减分率达53.1%。 

4 年龄、性别与疗效分析 

生物反馈音乐治疗床对高血压病及失眠症各年龄组或性别之间的总有效率均无显著性差异，表明该治疗仪疗效无年龄或性别的特异性，适于治疗的人群较为广泛。

五、临床验证结论 

生物反馈音乐治疗床通过高压静电全身性作用于人体，基于体内生物电的变化，音乐电低中频振动对皮肤、粘膜以及血管等神经末梢感受器的刺激，以及随之发生的一系列神经和体液方面的变化，能够降低大脑皮质的兴奋性，增强内抑制过程，调节自主神经功能，促进紊乱的功能恢复正常，使患者有一种轻松的舒适感，具有镇静安眠的作用；而且可提高痛阈，有止痛效果。而且可以改善心脑等脏器的血液循环，调节心脑血管功能，对血压具有双向调节作用。此外，还具有促进细胞代谢、改善造血功能和凝血功能、促进伤口愈合以及神经功能恢复等作用。

经过一个疗程生物反馈音乐治疗床对高血压病和失眠症的临床治疗观察，获得较为满意的治疗效果。通过从病种、病情、年龄、性别及总体疗效等各方面综合分析，我们认为该产品设计合理，使用方便，疗效突出，无明显副作用，是目前治疗多种慢性疾病之良好的治疗手段；该生物反馈音乐治疗床可根据病情不同，调节不同的剂量，选取不同的处方，获得个体化更强的治疗效果；而且安全、舒适、无损伤，可作为治疗一些慢性疾病的理想工具，既减轻了患者长期住院、服药的费用，又提高了疗效。     

总之，该生物反馈音乐治疗床是一种使用方便、安全、有效的产品，值得临床推广使用。

生物反馈音乐治疗床治疗肩周炎、腰肌劳损临床试验观察

采用本发明音乐治疗床对门诊病例进行了临床治疗观察，现将结果报告如下：

一、临床一般资料

1 病例数：本组病例为60例随机选择的符合入选诊断标准的门诊病人。其中男性24例，女性36例；21～30岁者6例，31~40岁者8例，41~50岁者6例，51~60岁者28例，61岁至70岁者12例；年龄最小21岁，最大70岁。

2 病种：60例患者中肩周炎、腰肌劳损患者各30例。 

3 病程: 60例患者中，发病时间一个月以内4例，一个月以上至三个月10例，三个月以上至半年6例，半年以上至一年22例，一年以上18例。其中病程最短半个月，最长2年。 

一、临床试验方法 

1 按照临床试验方案中入选标准选取肩周炎、腰肌劳损所致疼痛患者30例。

2 对符合诊断标准的入选的肩周炎患者和腰肌劳损患者进行治疗前症状（主症、次症）的评定及体征评定。 

3 操作：严格按照音乐治疗床说明书中的操作步骤和注意事项进行。接通电源，打开仪器开关，待机；插好输出电极，检查好电极接口，确保无断线及接口金属裸露。将消毒好的纱布蘸湿后放置在电极片下方，确保良好的导电性和治疗效果；将电极片紧密绑缚在患部，止痛处方，调好时间为20min定时，按下“启动”按键，然后按下强度调节按键加至患者最大耐受量。每位患者每天治疗一次，每次20分钟，连续治疗10天。 

三、临床试验结果 

1.总体疗效

本次临床观察，经过10天一个疗程的治疗后，音乐电流对60例肩周炎、腰肌劳损等炎症引起的疼痛及功能障碍患者收到良好的治疗效果，痊愈23.3%，显效43.33%，有效30.00%，无效3.33%，总有效率96.67%（表7）。

60例肩周炎及腰肌劳损患者经治疗后，痊愈及显效率合计为66.66%，说明音乐电流对肩周炎、腰肌劳损等炎症引起的疼痛及功能障碍具有良好的治疗效果。 

2.病种疗效 

经过10天一个疗程的治疗，音乐电流治疗30例肩周炎患者，痊愈0例，显效14例，有效16例，无效0例；治疗30例腰肌劳损患者，痊愈14例，显效12例，有效2例，无效2例（表8）。

肩周炎患者痊愈及显效率合计为46.67%，有效率为53.33%；腰肌劳损患者痊愈及显效率合计为86.67%，有效率为6.67%，无效率为6.67%；由此可见，本实验选取的音乐电流处方对腰肌劳损的疗效明显高于对肩周炎的治疗（卡方检验：P<0.05）。 

四、临床验证中发现的不良事件和副作用及其处理情况 

本试验过程中未发现明显不良事件和副作用，如灼伤、电击、晕厥、心慌、血压升高等。

五、试验效果分析： 

1临床总体疗效分析

本次临床观察60例因肩周炎、腰肌劳损等引起的疼痛及功能障碍患者，经音乐电流10天一个疗程治疗后，痊愈14例，显效26例，有效18例，无效2例，总有效率96.67%，说明音乐电流对上述疾病具有良好的治疗效果。而且在治疗过程中未观察到明显的不良事件和副作用，表明音乐电流具有安全和可靠的性能。

2 病种与疗效分析 

经过10天一个疗程的治疗，音乐电流治疗30例肩周炎患者，痊愈0例，显效14例，有效16例，无效0例，总有效率100%；治疗30例腰肌劳损患者，痊愈14例，显效12例，有效2例，无效2例，总有效率93.33%。表明音乐电流对肩周炎、腰肌劳损等慢性炎症引起的疼痛及功能障碍均有良好的治疗和缓解作用。

3 年龄与疗效分析 

60例患者中，21－30岁 6例，痊愈2例，显效4例；31－40岁 8例，痊愈6例，显效2例；41－50岁 14例，痊愈4例，显效4例，有效6例；51－60岁 20例，显效10例，有效10例；61－70岁 12例，痊愈2例，显效6例，有效2例，无效2例（表9）。

此结果表明，音乐电流治疗肩周炎及腰肌劳损患者，40岁以下恢复较好，年龄偏大者治疗效果稍差。可能与机体对音乐电流的反应敏感性不同有关。 

4 病程与疗效 

治疗观察的60例患者中，1个月以内4例，痊愈2例，显效2例；1个月以上至3个月12例，痊愈4例，显效6例，有效2例；3个月以上至半年6例，痊愈4例，有效2例；半年以上至1年12例，痊愈2例，显效6例，有效4例； 1年以上26例，痊愈2例，显效12例，有效10例，无效2例（表10，表11）。

结果表明，病程越短，疗效越好；病程超过3个月者尤其是合并关节功能障碍者，疗效较差。 

六、临床验证结论 

 此产品主要应用了音乐电流的生理作用和治疗作用，如镇痛、兴奋神经肌肉组织、促进局部血液循环等，达到了改善微循环、消除无菌性炎症、止痛和松解软组织粘连和改善运动功能的作用。经过一个疗程对肩周炎、腰肌劳损的临床治疗观察，认为该产品设计合理，使用方便，疗效突出，无明显副作用，是目前治疗许多慢性疾病除药物以外的良好的治疗手段，该疗法可根据病情不同，调节不同功能，而且无损伤，是治疗一些慢性疾病的理想工具，既减轻了患者长期住院、服药的费用，又提高了疗效。处方对腰肌劳损的疗效更明显。

总之，这是一种使用方便、安全、有效的产品，值得临床推广使用。