CN106422059A - 一种经颅电流刺激系统的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种经颅电流刺激系统的控制装置及方法，该装置包括：解码模块读取编码文件，解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；D/A转换模块根据参数特征时间序列按照时间顺序输出相应大小、频率和波形的电信号；控制信号模块根据指令时间序列流按照时间顺序输出控制每个电极按时间顺动态切换的电极极性控制信号；电路交换模块根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据D/A转换模块输出的电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。本发明通过将用户指令或治疗方案编辑为编码文件，实现在一次设定中实现电极极性的动态切换和特征参数的即时变化，以及对经颅电流刺激系统的远程控制。
Description
技术领域
本发明涉及经颅电流刺激技术，具体涉及一种经颅电流刺激系统的控制方法及装置。
背景技术
经颅电流刺激包括经颅微电流刺激(Cranial electrotherapy stimulation，简称CES)和经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)等，是一种与传统药物治疗、电抽搐治疗完全不同的治疗方法，由于与药物治疗相比，该治疗方法不存在任何副作用，且疗效稳固，因而在欧美等其它国家已被普遍使用，作为治疗焦虑、抑郁、失眠及儿童相关疾病的一种安全、有效的治疗方法。
经颅微电流刺激包括主机和一对治疗电极，使用时把电极贴在耳垂上，微电流经耳垂传导到大脑，通过在人体的头部施加合适的电压或电流，在整个头部或者局部产生电场或微电流，刺激大脑，改变患者大脑异常的脑电波，进而影响脑组织内的神经兴奋性,改善神经传导功能，促使大脑分泌一系列与焦虑、抑郁、失眠等疾病存在密切联系的神经递质和激素，以此实现治疗或者辅助治疗某些头部的疾病以及神经性和精神性疾病。
经颅直流电刺激是一种非侵入性调节大脑皮层兴奋性的技术，利用恒定、低强度直流电(1～2mA)调节大脑皮层神经元活动。tDCS包括两个不同的电极及其供电电池设备，外加一个设置刺激类型的输出的控制装置，以微弱极化直流电作用于大脑皮质。经颅直流电刺激方式包括阳极刺激、阴极刺激和伪刺激。其中，阳极刺激通常能增强刺激部位神经元的兴奋性，阴极刺激则降低刺激部位神经元的兴奋性。与其他非侵入性脑刺激技术如经颅电刺激和经颅磁刺激不同，tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节神经网络的活性而发挥作用。在神经元水平，tDCS对皮质兴奋性调节的基本机制是依据刺激的极性不同引起静息膜电位超极化或者去极化的改变，静息膜电位的极化是tDCS刺激后即刻作用的主要机制。
可见，电极在经颅电流刺激中是十分重要的，电极极性的改变将对刺激部位神经元的兴奋性带来不同影响，因此电极极性变化与电流大小变化一样都属于经颅电流刺激的控制装置必不可少的部分。目前对于电极的控制多侧重于定位以及电流大小，如中国发明专利公开号CN102698360A公开了一种高聚焦性多通道经颅直流电刺激装置和控制方法，其中，该装置包括tDCS电极阵列、电源与控制单元；其中，tDCS电极阵列为基于10-20国际电极放置法在头颅表面设置的多通道的圆形导电电极，该电极阵列中各通道电极与电源之间分别通过独立的控制单元连接，各通道电极极性以及电流强度由这些独立的控制单元分别控制。在该方案中，其控制方法着重如何结合MRI图像进行精确定位tDCS刺激，根据MRI图像分析结果决定电极的极性变化，并没有记载控制单元如何控制才实现电极极性变化，而传统的电极的极性变(电路交换或者分组交换)采用寻址方式，只能通过切换不同的预设模式改变极性，每次切换每个电极极性不能按照用户的实际治疗方案进行个性化的自由组合、动态切换，降低治疗效果，也不利于电极极性变化的远程控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有经颅电流刺激控制方案在实现电极极性时只能通过切换不同的预设模式改变极性，每次切换每个电极极性不能按照用户的实际治疗方案进行个性化的自由组合、动态切换，降低治疗效果，也不利于电极极性变化的远程控制问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种经颅电流刺激系统的控制装置，包括：
解码模块，读取编码文件，解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；
D/A转换模块，根据参数特征时间序列按照时间顺序输出相应大小、频率和波形的电信号；
控制信号模块，根据指令时间序列流按照时间顺序输出控制每个电极按时间顺动态切换的电极极性控制信号；
电路交换模块，根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据所述D/A转换模块输出的电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。
在上述控制装置中，所述参数特征包括电流、电压、频率和波形参数特征。
在上述控制装置中，所述指令时间序列流是由“0”和“1”组成的真值表，描述了每个电极之间按时间顺序的电极极性动态协作，“0”代表对应电极在该时刻为负极，“1”代表对应电极在该时刻为正极；
所述真值表包括在时间上连续的N个第一时间单元，N个所述第一时间单元之和为每次治疗的时间，在每个所述第一时间单元内包括表示在该时间单元内每个电极极性的代码。
在上述控制装置中，所述参数特征时间序列是PCM编码的波形文件。
在上述控制装置中，所述参数特征时间序列描述了每个电极之间按时间顺序的电极参数动态协作；
所述参数特征时间序列包括与所述真值表每个第一时间单元时间顺序一致的N个第二时间单元，每个所述第二时间单元包括表示在该单元时间内加载电压特征的代码。
在上述控制装置中，电极极性控制信号，至少将一路电极切换为正极和负极，形成一个正极加一个负极、一个正极加多负极、多正极加多负极以及多正极加一个负极的刺激模式。
在上述控制装置中，所述D/A转换模块输出的电压为正电压、0电压、负电压；所述电路交换模块允许正电压、0电压以及负电压通过电路。
在上述控制装置中，在每个电极与所述电路交换模块的连接端设有选择开关，所有电极对应的所述选择开关第一固定触点连接所述电路交换模块输出电流正极端，第二固定触点连接所述电路交换模块输出电流负极端；所述电路交换模块根据多路电极极性控制信号控制每个电极对应的所述选择开关的动作端与第一固定触点或第二固定触点连接。
在上述控制装置中，还包括通讯模块和设置在终端的编码文件编辑模块；
用户通过所述编码文件编辑模块对本次治疗方案进行编辑，得到包含相应指令时间序列流和参数特征时间序列的编码文件，并通过所述通讯模块发送给所述解码模块，对该编码文件进行解析。
本发明还提供了一种经颅电流刺激系统的控制方法，包括以下步骤：
从编码文件中解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；
根据参数特征时间序列和指令时间序列流分别按照时间顺序输出相应大小、频率、波形的电信号和控制每个电极按时间顺序动态切换的电极极性控制信号；
根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。
本发明通过将用户指令或治疗方案编辑为编码文件，实现在一次设定中电极极性的动态切换和电流、电压、频率等参数的即时变化，通过数据文件实现程序化控制，实现对经颅电流刺激系统的远程控制。
附图说明
图1为本发明提供的一种经颅电流刺激系统的控制装置的结构示意图；
图2为本发明中指令时间序列流的真值表结构示意图；
图3为本发明中参数特征时间序列的PCM编码的波形文件的结构示意图
图4为本发明提供的一种经颅电流刺激系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。
如图1所示，本发明公开一种经颅电流刺激系统的控制装置，包括：
解码模块10，读取编码文件，解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；在本发明中，参数包括经颅电流刺激系统电流、电压、频率、波形等参数，即编码文件中还包含描述经颅电流刺激系统电流、电压、频率、波形等参数特征时间序列，同样可以由解码模块10解析出解码出来，通过D/A转换模块20转换为电流信号，由电路交换模块30输出相应的电压和频率信号给电极，导入用户皮肤。而指令时间序列流是由“0”和“1”组成的真值表，“0”代表对应电极在该时刻为负极，“1”代表对应电极在该时刻为正极，如图2所示，真值表描述了每个电极之间按时间顺序的电极极性动态协作，包括在时间上连续的N个第一时间单元，N个第一时间单元之和为总的治疗时间，在每个第一时间单元内包括表示每个电极在该段时间内的电极极性的代码“0”或“1”；参数特征时间序列是PCM编码的波形文件，描述了每个电极之间按时间顺序的电极参数动态协作(如图3所示)，参数特征时间序列包括与真值表每个第一时间单元一致的N个第二时间单元，每个第二时间单元包括表示每个电极在该段时间内加载电压的参数特征代码。
D/A转换模块20，根据参数特征时间序列按照时间顺序输出相应大小、频率和波形的电信号；
控制信号模块30，根据指令时间序列流按照时间顺序输出控制每个电极的电极极性控制信号，控制每个电极按时间顺序动态切换极性；
电路交换模块40，根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据D/A转换模块20输出的电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。
在本发明中，控制信号模块30根据指令时间序列流输出控制多个电极不同时刻极性的多路电极极性控制信号，电路交换模块40根据每路电极极性控制信号控制对应电极极性，实现每个电极极性的实时动态切换。
本发明的电极极性控制信号，至少将一路电极切换为正极和负极，形成一个正极加一个负极、一个正极加多负极、多正极加多负极以及多正极加一个负极的经颅电流刺激方案，使经颅电流刺激方案能够根据每个用户的个性化治疗方案进行极性的自由组合。
在本发明中，D/A转换模块可输出的电压可以为正电压、0电压和负电压；相应的，电路交换模块40允许正电压、0电压以及负电压通过电路。
在本发明中，在每个电极与电路交换模块40的接入端设有选择开关，所有电极对应的选择开关第一固定触点连接电路交换模块40输出电流正极端，第二固定触点连接电路交换模块40输出电流负极端，电路交换模块40根据电极极性控制信号控制每个电极对应的选择开关的动作端与第一固定触点或第二固定触点连接，实现电极极性切换。
在本发明中，还包括设置在终端(智能手机、个人电脑等)的编码文件编辑模块和通讯模块；用户(医生或病患监护人)通过编码文件编辑模块对本次治疗方案进行编辑，得到包含相应指令时间序列流和参数特征时间序列的编码文件，并通过通讯模块发送给解码模块10，对该编码文件进行解析，实现远程控制。
如图4所示，本发明提供的一种经颅电流刺激系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、从编码文件中解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；
步骤2、根据参数特征时间序列和指令时间序列流分别按照时间顺序输出相应大小、频率、波形的电信号和控制每个电极按时间顺序动态切换的电极极性控制信号；
步骤3、根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种经颅电流刺激系统的控制装置，其特征在于，包括：
解码模块，读取编码文件，解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；
D/A转换模块，根据参数特征时间序列按照时间顺序输出相应大小、频率和波形的电信号；
控制信号模块，根据指令时间序列流按照时间顺序输出控制每个电极按时间顺动态切换的电极极性控制信号；
电路交换模块，根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据所述D/A转换模块输出的电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述参数特征包括电流、电压、频率和波形参数特征。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述指令时间序列流是由“0”和“1”组成的真值表，描述了每个电极之间按时间顺序的电极极性动态协作，“0”代表对应电极在该时刻为负极，“1”代表对应电极在该时刻为正极；
所述真值表包括在时间上连续的N个第一时间单元，N个所述第一时间单元之和为每次治疗的时间，在每个所述第一时间单元内包括表示在该时间单元内每个电极极性的代码。
4.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述参数特征时间序列是PCM编码的波形文件。
5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述参数特征时间序列描述了每个电极之间按时间顺序的电极参数动态协作；
所述参数特征时间序列包括与所述真值表每个第一时间单元时间顺序一致的N个第二时间单元，每个所述第二时间单元包括表示在该单元时间内加载电压特征的代码。
6.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，电极极性控制信号，至少将一路电极切换为正极和负极，形成一个正极加一个负极、一个正极加多负极、多正极加多负极以及多正极加一个负极的刺激模式。
7.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述D/A转换模块输出的电压为正电压、0电压、负电压；所述电路交换模块允许正电压、0电压以及负电压通过电路。
8.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在每个电极与所述电路交换模块的连接端设有选择开关，所有电极对应的所述选择开关第一固定触点连接所述电路交换模块输出电流正极端，第二固定触点连接所述电路交换模块输出电流负极端；所述电路交换模块根据多路电极极性控制信号控制每个电极对应的所述选择开关的动作端与第一固定触点或第二固定触点连接。
9.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还包括通讯模块和设置在终端的编码文件编辑模块；
用户通过所述编码文件编辑模块对本次治疗方案进行编辑，得到包含相应指令时间序列流和参数特征时间序列的编码文件，并通过所述通讯模块发送给所述解码模块，对该编码文件进行解析。
10.一种经颅电流刺激系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
从编码文件中解析出指令时间序列流和参数特征时间序列；
根据参数特征时间序列和指令时间序列流分别按照时间顺序输出相应大小、频率、波形的电信号和控制每个电极按时间顺序动态切换的电极极性控制信号；
根据不同时刻的电极极性控制信号切换电极正、负极性，并根据电信号向每个电极输出此刻相应大小电流。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170222 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |