CN103816614B - 生物反馈式头痛治疗仪及基于物联网技术的头痛医疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物反馈式头痛治疗仪及基于互联网技术的治疗系统，具有：采集人脑皮层电信号的数据采集单元、控制单元、存有人体脑部健康状态下的脑皮层电信号的存储单元、输出脉冲电流的低频电疗单元和为上述元件供电的电源；工作时，控制单元收由数据采集单元获取的人脑皮层电信号，与所述存储单元中记载的健康状态下的脑皮层电信号进行比较，若采集的电信号频率高于健康状态下的脑皮层电信号，则判定当前使用者头痛，控制单元控制所述的低频电流单元输出脉冲电流，治疗头痛。可以有效的通过实时的大脑皮层检测，获取当前使用者的脑电信息；经过与事先存储的电流的相关信息进行比对，可以较为精确的判断使用者的头部疼痛状况。

Description

生物反馈式头痛治疗仪及基于物联网技术的头痛医疗系统

技术领域

本发明涉及一种生物反馈式头痛治疗仪和应用该治疗仪的基于物联网技术的头痛医疗系统。

背景技术

在国际头痛学会关于头痛的分类：主要分为原发性头痛和继发性头痛，所谓继发性头痛主要是指：由其他脏器、系统异常引起的头痛，比如：神经系统异常：肿瘤，蛛网膜下腔出血，感染，高血压，五官科：鼻炎，鼻窦炎，肿瘤，精神原因，外伤和药物戒断等，处理这些头痛需要解决原发部位问题。

而原发性头痛主要指原因不明，没有其他脏器器质性病变的头痛，主要包括：偏头痛23%、紧张性头痛70%、丛集性头痛6%和其它头痛1%，其中偏头痛、紧张性头痛和从急性头痛都具有自身独特的脑电波。

低频脉冲电疗法医学上把频率1000Hz以下的脉冲电流称作低频电流，或低频脉冲电流。应用低频脉冲电流来治疗疾病的方法称为低频电疗法。低频电疗均为低频小电流，电解作用较直流电弱，有些电流无明显的电解作用；对感觉神经和运动神经都有强的刺激作用；而且在使用过程中没有明显的热作用，因此特别适于人体的生理和治疗作用。现有的低频脉冲电流已经在人体生理和治疗作用中开始发挥作用，主要的用途包括：兴奋神经肌肉组织、阵痛和促进局部的血液微循环。

大脑皮层神经电信号数据采集技术脑电信号是与反映大脑神经活动有关的生物电位，由皮层内大量神经元突触后电位同步总和所形成的，是许多神经元共同活动的结果。头痛和偏头痛发作时通过头皮可以采集到特定的大脑、外周神经电信号，据此判断患者疾病进程。

许多种类的微弱信号用普通的测量仪是很难测出来的，例如人的脑电、肌电信号等。因为脑电信号的电压幅值很小，只有5～150μV，频率低至几十赫兹以下，这些信号极易被外界干扰信号淹没。另外，脑电信号的输出电流也及其微弱，不能用低输入阻抗放大器处理。因此，为放大这类信号，必须采用高放大倍数、高输入阻抗的放大器进行采集放大。

但仅考虑高放大倍数、高输入阻抗还不能有效地将脑电波采集输出，还应考虑信号的作用，因为有些干扰信号的幅值已大于或接近于脑电、肌电幅值，如果放大器没有足够高的信噪比，也很难将脑电、肌电等有用信号采集到。所以这种微电压放大器不仅要考虑它的放大倍数，还要考虑它的干扰能力。

物联网技术当前，业界对物联网（Internet of Things）的理解主要有两个层次，一是技术本身，二是应用层面。

①技术角度理解：物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。

②从应用角度理解：物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”，然后“物联网”又与现有的互联网结合，实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。

物联网基本功能

在线监测：这是物联网最基本的功能，物联网业务一般以集中监测为主、控制为辅。

定位追溯：一般基于传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等GPS（或其他卫星定位，如北斗）和无线通信技术，或只依赖于无线通信技术的定位，如基于移动基站的定位、RTLS等。

报警联动：主要提供事件报警和提示，有时还会提供基于工作流或规则引擎（RulesEngine）的联动功能。

指挥调度：基于时间排程和事件响应规则的指挥、调度和派遣功能。

预案管理：基于预先设定的规章或法规对事物产生的事件进行处置。

安全隐私：由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性，物联网系统必须提供相应的安全保障机制。

远程维保：这是物联网技术能够提供或提升的服务，主要适用于企业产品售后联网服务。

在线升级：这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段，也是企业产品售后自动服务的手段之一。

领导桌面：主要指Dashboard或BI个性化门户，经过多层过滤提炼的实时资讯，可供主管负责人实现对全局的一目了然。

统计决策：指的是基于对联网信息的数据挖掘和统计分析，提供决策支持和统计报表功能。

物联网的基本形态

RFID：RFID是一种“使能”技术，它可以把常规的“物”变成和物联网的连接对象。基于相关技术还可作为整个物联网体系的“统一标识”。

传感网：WSN、OSN、BSN等技术是物联网的末端神经系统，主要解决最后“100米”连接问题，传感网末端一般是指比M2M末端更小的微型传感系统，如Mote。

M2M:侧重于移动终端的互联和集控管理，主要是Telco（通信营运商）的物联网业务领域，有MVNO（移动虚拟网络营运商）和MMO（M2M移动营运商）等业务模式。

两化融合：是指工业自动化和控制系统的信息化升级，工控、楼控等行业的企业是两化融合的主要推动力，也可包括智能电网等行业应用。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种生物反馈式头痛治疗仪，具有：

采集人脑皮层电信号的数据采集单元、控制单元、存有人体脑部健康状态下的脑皮层电信号的存储单元、输出脉冲电流的低频电疗单元和为上述元件供电的电源；

工作时，控制单元收由数据采集单元获取的人脑皮层电信号，与所述存储单元中记载的健康状态下的脑皮层电信号进行比较，若采集的电信号频率高于健康状态下的脑皮层电信号，则判定当前使用者头痛，控制单元控制所述的低频电流单元输出脉冲电流，治疗头痛。

所述的数据采集单元包括：

获取人脑皮层信号的传感器、与传感器依次连接的差动输入模块、低频滤波模块、光电隔离模块和与光电隔离模块并联的α带通模块和β带通模块、以及分别与α带通模块和β带通模块连接的程控放大模块I和程控放大模块II；

所述的程控放大模块I和II分别通过一AD转换模块与所述的处理单元连接；将检测得到的人脑皮层信号传输至处理单元。

所述的低频电疗单元包括：输入电源VIN，与输入电源VIN电连接的BOOST芯片，该芯片与所述处理单元的PA1引脚通信；与所述BOOST芯片电连接的NPN，该NPN与所述的处理单元的PA2引脚通信；以及与所述的NPN电连接的输出电极。

还具有与所述处理单元通信的无线传输单元，所述的处理单元通过该无线传输单元向远程设备传输至少包含当前使用者的脑电信号和输出的脉冲电流信息。

还具有第二检测单元：该单元包括：设置在使用者手腕上的霍尔传感器I、固定在所述数据采集单元上的霍尔传感器II，所述处理单元接收所述霍尔传感器I和霍尔传感器II传送的相对位置信号，判定使用者手腕与头部的距离是否靠近，并设定时间阈值，当手腕与头部靠近超过时间阈值时，判定当前使用者感到头部不适，开启所述低频电疗单元。

还具有第三检测单元：该单元包括：设置在所述数据采集单元上的陀螺仪传感器，感知使用者头部的动作，将动作信息发送至所述处理单元，处理单元记录头部动作，当时间阈值内的头部动作超过设定的次数时，则判定使用者感到头部不适，控制所述的低频电疗单元开启工作。

具有所述存储单元还存储有使用者偏头痛、紧张新头痛和丛集性头痛的脑电波特征，以及针对所述三种头痛的脉冲电流输出方案；

工作状态下，所述的控制单元接收由所述数据采集单采集到的人脑皮层信号，与存储单元中存储的脑电波特征进行比对，判定当前使用者的头痛种类，调取存储的对应的脉冲电流输出方案，控制所述的低频电疗单元，发出对应的脉冲电流。

一种基于物联网技术的头痛医疗系统，包括：头痛治疗仪，与所述头痛治疗仪无线通信连接的智能终端和远程服务器；所述的头痛治疗仪上传当前使用者的身份信息，头痛检出数据和脉冲电流数据；远程服务器接收并存储所述的身份信息、头痛检出数据和脉冲电流数据并将上述数据转发至所述的智能终端；

所述智能终端通过所述的远程服务器远程调节所述头痛治疗仪的工作参数。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种生物反馈式头痛治疗仪及基于物联网技术的头痛医疗系统，应用了生物反馈技术，可以有效的通过实时的大脑皮层检测，获取当前使用者的脑电信息；经过与事先存储的电流的相关信息进行比对，可以较为精确的判断使用者的头部疼痛状况，具有较强的可信度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的模块示意图

图2为本发明低频电疗单元的电路示意图

图3为本发明数据采集单元的模块图

图4为本发明基于物联网技术的头痛医疗系统示意图

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-图4所示：一种生物反馈式头痛治疗仪，主要包括：采集人脑皮层电信号的数据采集单元、控制单元、存有人体脑部健康状态下的脑皮层电信号的存储单元、输出脉冲电流的低频电疗单元和为上述元件供电的电源；

工作时，控制单元收由数据采集单元获取的人脑皮层电信号，与所述存储单元中记载的健康状态下的脑皮层电信号进行比较，若采集的电信号频率高于健康状态下的脑皮层电信号，则判定当前使用者头痛，控制单元控制所述的低频电流单元输出脉冲电流，治疗头痛。

考虑到人脑信号极容易被周边环境产生的相应的电信号干扰，采集人脑电信号需要高精度的采集元器件和电路，对干扰信号进行遮蔽，故作为一个较佳的实施方式，所述的数据采集单元包括：如图3所示。

固定在大脑外部用于获取人脑皮层信号的传感器，优选的，可以采用浮动电极采集人脑产生的电信号；与传感器依次连接的差动输入模块、将高频电信号过滤掉的低频滤波模块（由于环境中存在大量的无线电波，尤其以手机等无线电信号为主，此类信号的频率都较高，故使用低通滤波模块将高频的信号滤掉）、更进一步滤除干扰电信号的光电隔离模块和与光电隔离模块并联的α带通模块和β带通模块、以及分别与α带通模块和β带通模块连接的程控放大模块I和程控放大模块II。

所述的程控放大模块I和II分别通过一AD转换模块与所述的处理单元连接；将检测得到的人脑皮层信号传输至处理单元。

考虑到，治疗头痛需要持续稳定的脉冲电流，故作为所述的低频电疗单元包括：

输入电源VIN，与输入电源VIN电连接的BOOST芯片，该芯片与所述处理单元的PA1引脚通信；与所述BOOST芯片电连接的NPN，该NPN与所述的处理单元的PA2引脚通信；以及与所述的NPN电连接的输出电极。

还具有与所述处理单元通信的无线传输单元，所述的处理单元通过该无线传输单元向远程设备传输至少包含当前使用者的脑电信号和输出的脉冲电流信息。

更进一步的，考虑到直接采集人脑皮层信号具有一定的局限性，而在头痛发生过程中，使用者下意识的用手按压或按摩头部，而且次数会较多。故优选的，本发明还具有第二数据采集单元，该单元包括：设置在使用者手腕上的霍尔传感器I、固定在所述数据采集单元上的霍尔传感器II，所述处理单元接收所述霍尔传感器I和霍尔传感器II传送的相对位置信号，判定使用者手腕与头部的距离是否靠近，并设定时间阈值，当手腕与头部靠近超过时间阈值时，判定当前使用者感到头部不适，开启所述低频电疗单元。

具体使用时，还可设置相应的学习单元，包括人工确认按键，当处理单元根据第二数据单元上传的信号判定使用者脑部不适时，所述的学习单元记录此时的时间，并长期进行记录，形成使用者的头痛发作曲线。

更进一步的，在头痛发生过程中，使用者的头部会发生异于平时的异常转动（比如在甩动等动作），故本发明还设有第三数据采集单元，该单元包括：设置在所述数据采集单元上的陀螺仪传感器，感知使用者头部的动作，将动作信息发送至所述处理单元，处理单元记录头部动作，当时间阈值内的头部动作超过设定的次数时，则判定使用者感到头部不适，控制所述的低频电疗单元开启工作。

一种基于物联网技术的头痛医疗系统，主要基于所述的头痛治疗仪，与所述头痛治疗仪无线通信连接的智能终端和远程服务器；所述的头痛治疗仪上传当前使用者的身份信息，头痛检出数据和脉冲电流数据；远程服务器接收并存储所述的身份信息、头痛检出数据和脉冲电流数据并将上述数据转发至所述的智能终端；为使用者建立长期的健康数据。并且所述智能终端通过所述的远程服务器远程调节所述头痛治疗仪的工作参数，方便使用者。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种生物反馈式头痛治疗仪，具有：采集人脑皮层电信号的数据采集单元、控制单元、存有人体脑部健康状态下的脑皮层电信号的存储单元、输出脉冲电流的低频电疗单元和为上述元件供电的电源；

工作时，控制单元接收由数据采集单元获取的人脑皮层电信号，与所述存储单元中记载的健康状态下的脑皮层电信号进行比较，若采集的电信号频率高于健康状态下的脑皮层电信号，则判定当前使用者头痛，控制单元控制所述的低频电流单元输出脉冲电流，治疗头痛；

还具有第二数据采集单元：

该单元包括：设置在使用者手腕上的霍尔传感器I、固定在所述数据采集单元上的霍尔传感器II，处理单元接收所述霍尔传感器I和霍尔传感器II传送的相对位置信号，判定使用者手腕与头部的距离是否靠近，并设定时间阈值，当手腕与头部靠近超过时间阈值时，判定当前使用者感到头部不适，开启所述低频电疗单元；

所述存储单元还存储有使用者偏头痛、紧张新头痛和丛集性头痛的脑电波特征，以及针对所述三种头痛的脉冲电流输出方案；

工作状态下，所述的控制单元接收由所述数据采集单采集到的人脑皮层信号，与存储单元中存储的脑电波特征进行比对，判定当前使用者的头痛种类，调取存储的对应的脉冲电流输出方案，控制所述的低频电疗单元，发出对应的脉冲电流；

还在于具有第三数据采集单元：

该单元包括：设置在所述数据采集单元上的陀螺仪传感器，感知使用者头部的动作，将动作信息发送至所述处理单元，处理单元记录头部动作，当时间阈值内的头部动作超过设定的次数时，则判定使用者感到头部不适，控制所述的低频电疗单元开启工作。

2.根据权利要求1所述的生物反馈式头痛治疗仪，其特征还在于：所述的数据采集单元包括：

获取人脑皮层信号的传感器、与传感器依次连接的差动输入模块、低频滤波模块、光电隔离模块和与光电隔离模块并联的α带通模块和β带通模块、以及分别与α带通模块和β带通模块连接的程控放大模块I和程控放大模块II；所述的程控放大模块I和II分别通过一AD转换模块与所述的处理单元连接；将检测得到的人脑皮层信号传输至处理单元。

3.根据权利要求1所述的生物反馈式头痛治疗仪，其特征还在于：所述的低频电疗单元包括：

输入电源VIN，与输入电源VIN电连接的BOOST芯片，该芯片与所述处理单元的PA1引脚通信；与所述BOOST芯片电连接的NPN，该NPN与所述的处理单元的PA2引脚通信；以及与所述的NPN电连接的输出电极。

4.根据上述任意一项权利要求所述的生物反馈式头痛治疗仪，其特征还在于还具有与所述处理单元通信的无线传输单元，所述的处理单元通过该无线传输单元向远程设备传输至少包含当前使用者的脑电信号和输出的脉冲电流信息。

5.一种基于物联网技术的头痛医疗系统，其特征在于包括：如权利要求4所述的头痛治疗仪，与所述头痛治疗仪无线通信连接的智能终端和远程服务器；所述的头痛治疗仪上传当前使用者的身份信息，头痛检出数据和脉冲电流数据；远程服务器接收并存储所述的身份信息、头痛检出数据和脉冲电流数据并将上述数据转发至所述的智能终端；

所述智能终端通过所述的远程服务器远程调节所述头痛治疗仪的工作参数。