基于单片机的耳聋耳鸣康复仪的研究*

徐秋娜，王佳丽，陈付毅，林晓蕾，王琳斌，顾晓雯，张　健（温州医科大学　生物医学工程系，浙江　温州　325035）

基于单片机的耳聋耳鸣康复仪的研究*

徐秋娜，王佳丽，陈付毅，林晓蕾，王琳斌，顾晓雯，张健
（温州医科大学生物医学工程系，浙江温州325035）

研究旨在设计一款实用便携、应用范围广的耳聋耳鸣康复仪，在功能上增加了单片机控制治疗强度，帮助患者恢复听力，重获健康。根据穴位的电阻抗特异性，设计阈值可调的探穴电路；设计波形发生器产生波形驱动耳机发声，实现频率、分贝连续可调的纯音刺激源，液晶实时显示并记录患者听阈值；采用白噪声治疗，通过三极管基极-集电极齐纳击穿产生白噪声，强度可调节；设计生物脉冲产生电路，经过倍压电路升压，瞬间放电会有类似针灸的感觉，作用于人体穴位用于治疗；液晶显示治疗强度，按键控制电路输出强度。经过大量实验，结果表明，探穴准确率高达95％；纯音刺激源频率和分贝满足听阈值检测的要求，频率为20Hz～20kHz，分贝为0～90dB；生物脉冲刺激强度不超过人体安全电流、安全电压。本项目研究的耳聋耳鸣康复仪操作简单、实用、便携，符合当代耳聋耳鸣康复仪发展趋势，为进一步实现耳聋耳鸣患者有效的康复治疗提供了良好的帮助。

耳聋耳鸣；探穴；白噪声；生物脉冲；治疗

0　引言

随着生活压力的增长，环境污染的加剧，耳聋耳鸣患者的数量呈现上涨的趋势［1］。耳聋耳鸣极大程度地影响着日常生活，会进一步导致患者出现心理问题，给社会造成很大的压力。

本文依据人体穴位电阻抗特性，设计了一款以单片机、ICL8038、555芯片为主的耳聋耳鸣康复仪。本系统设计包括穴位探测、听力损失程度测试、白噪声治疗、生物脉冲治疗、显示电路和单片机外围电路。该系统各个模块互不影响，保证了系统的可行性和有效性。

1　系统设计

穴位具有感受性、效应性、特异性，通过穴位的不同刺激方法以及刺激量，可以达到对一些疾病的治疗［2］。穴位通常是神经末梢和血管较少的地方，具有独特的低电阻、高电容的特性［3］。白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量密度的随机噪声称为白噪声。脉冲对人体有多种治疗作用，通过刺激作用，可促进血管扩张，加快血液流动，使细胞得到充足的养分，改善耳聋耳鸣症状［4］。

系统整体结构如图1所示。本项目通过探穴电路，当找到穴位时，蜂鸣器发出声响并且二极管发光，对穴位进行标记，通过听力损失程度测试，给予相应刺激程度的白噪声和生物脉冲在标记穴位点处进行治疗。治疗电路反馈给单片机，控制液晶显示刺激程度的大小。

图1　系统整体结构图

2　硬件设计

2.1穴位识别

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的集成器件，性能可靠，使用灵活方便［5］。探穴电路如图2所示，包括左边的探测电路以及右边的触发显示电路。当探针移动到接近或者触及穴位时，因穴位具有低电阻的特性，三极管Q1导通，RS触发器置1，3脚输出高电平，Q2导通，发光二极管发光，蜂鸣器发出声音，说明穴位找到了。在非穴位处，蜂鸣器不发出声响。

图2　探穴电路图

2.2听力损失程度判别

图3为波形发生电路图，通过采用ICL8038制作了精密波形发生器，R1和R2两者相等，使得矩形波占空比为50％，实际操作中由于接入电阻不精确，因此需要加上电位器R3，调节两边使其相等。10脚接了3个不同阻值的电容，开关控制其所需接入，采用不同的电容可以在低频率和高频率时减小失真度，波形输出更加稳定。输出的波形接入放大电路进行放大，稳压后驱动耳机发出不同响度的声音。波形输入到单片机，通过单片机、A/D转换、定时器液晶显示屏等实时显示分贝和频率，听力损失程度得到了判别。

图3　波形发生电路图

2.3白噪声治疗

白噪声产生的原理是通过三极管基极-集电极齐纳击穿产生白噪声。模拟电路（如图4所示）产生白噪声方便快捷。三极管产生白噪声通过低通巴特沃斯滤波器集成电路，得到0～300Hz的白噪声［6］。TLC14是巴特沃斯低通滤波器单块集成电路。滤波器外接时钟稳定，滤波器截止频率稳定，可以得到想要的频率带白噪声。

图4　白噪声产生与滤波电路

2.4生物脉冲治疗

NE555振荡器会产生不同振荡，这是一种载波，加上单片机定时器产生的波形，会在载波上产生不同的变化。因为振荡电路产生的电压较低，无法让人体感受到明显的针灸感或者按摩感，为了让这种感觉更加明显，在输出端接了倍压电路，如图5所示。倍压电路使电路电压升高，达到瞬间放电，这种瞬间放电给人体的感觉类似于针灸按摩［7］。振荡产生的载波和单片机给的不同波形使刺激分为不同长度和方式，就达到了强度和模式不同。

图5　脉冲发生和倍压电路

3　软件设计

听力损失程度的划分标准是根据能听到声音的分贝值来判断，分贝等于功率比的常用对数的10倍［8］。单片机连接ADC0808芯片的START、OE、ALE管脚，每次采集都与上一次比较，取出最大值显示出来。芯片D0～D7为8bit二进制数字量输出端，通过单片机的控制，把P0口得到的电压数字量进行处理，得到实际的电压值，流程如图6所示。

图6　分贝显示流程图

单片机采用t0计数器方式，在1s的定时下对外部脉冲计数，设置计数模式为16位计数模式。t1用于定时，产生20ms的单次溢出中断时间，进项50次溢出达到1s，之后进行外部脉冲读取，便得到频率，流程如图7所示。

图7　频率显示流程图

4　结果分析

4.1穴位识别率

为了检测探穴电路探查穴位的准确性，随机选取了50名对象进行一些特定穴位的探测，得到检测结果如表1所示。

表1　穴位探出率

本文研究的探穴电路操作简单，元器件少，大部分患者穴位检出率高达95％，穴位的准确检出是治疗能否有效的关键因数。

4.2生物电脉冲使用感

为了检测生物脉冲对人体的刺激使用感是否强，随机抽取了50名对象（能够清楚地表达自我感受），对他们的穴位施加不同强度的生物电脉冲刺激，得到实验结果如表2所示。

表2　不同强度刺激的舒适度

一开始部分实验对象觉得刺激太强烈，没有心理准备，刺激太突然，但稍做调整，适应了这个强度之后，觉得挺舒服。

4.3听力损失阈值偏差值

常规纯音测听检查时加测6kHz听阈，对早期听力损害的检出具有很好的参考价值，便于及早采取有效的防治措施［9］。

本实验随机抽取了50名对象（双耳无听力障碍，表达能力正常），对他们在隔音室和普通环境中分别进行6kHz纯音测听，记录所测得听阈值，根据实验要求进行数据分析后结果如表3所示。

表3　隔音室与普通环境6kHz听阈偏差值

根据实验数据分析，外界环境因素很大程度上影响着被测者的听阈值。干扰因素很有可能影响早期听力损害的检出，亦或是对已存在听力障碍的患者测试结果不准确，达不到实验要求的精确度，进而影响患者的治疗效果。

5　结论

一般市场上的耳聋耳鸣康复仪价位比较高，元器件数目又较多，并且治疗效果不理想，很难满足患者的需要。本文研究的探穴电路操作简单，元器件少，穴位的定位也十分准确，应用穴位神经刺激治疗耳聋耳鸣，疗效显著，尤其是病程短、听力衰退还不是很明显者，疗效更加显著，而且无副作用。

本文设计的项目更加适合大部分患者群体，实用、便携并且价格低，易操作，智能化，可广泛应用于大中小型医院以及家庭，并得到广泛推广，使患者重新过上健康生活。

［1］薛雅楠，郑佳丽，陈付毅.模拟环境助听器检配仪器的设计［J］.中国医学物理学杂志，2014，31（3）：4920-4921.

［2］刘庆顺，孟祥贵，杨桦.穴位神经刺激法治疗耳鸣的疗效观察［J］.激光杂志，2003（4）：97.

［3］陈正亮.人体经络电阻抗检测技术及初步实验研究［D］.杭州：浙江大学，2010.

［4］周玉娜.头部腧穴配合循经远近配穴法治疗神经性耳鸣耳聋的临床研究［D］.哈尔滨：黑龙江中医药大学，2010.

［5］郭志伟.基于NE555的自动供水控制器设计［J］.微型机与应用，2011，30（11）：108-109.

［6］李湧，唐晓泉，韩崇昭，等.限带模拟白噪声发生器设计［J］.电子产品世界，2000（5）：33.

［7］许德成.生物电脉冲治疗仪的设计与实现［J］.吉林师范大学学报（自然科学版），2014（4）：71-73.

［8］毛肖.论分贝的定义及其计算方法［J］.现代商贸工业，2008（7）：285.

［9］章菊琴，张建，王国利.6kHz纯音测听对发现早期听力损害的意义［J］.现代实用医学，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，王佳丽，陈付毅，等.基于单片机的耳聋耳鸣康复仪的研究［J］.微型机与应用，2015，34（16）：77-79.

2015-04-30）

徐秋娜（1992-），女，本科，主要研究方向：生物医学工程、医疗仪器、仪器仪表。

王佳丽（1993-），女，本科，主要研究方向：生物医学工程、医疗仪器、仪器仪表。

陈付毅（1958-），通信作者，男，讲师，主要研究方向：生物医学工程、医疗仪器、仪器仪表。E-mail：736257526@qq.com。

浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）（2014R413006）