CN106693161A

CN106693161A - 一种经颅直流电刺激装置

Info

Publication number: CN106693161A
Application number: CN201611213320.0A
Authority: CN
Inventors: 梅百群; 李志平
Original assignee: Nanjing Wogal Medical Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Wogal Medical Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2017-05-24

Abstract

本发明涉及一种经颅直流电刺激装置，采用全新结构设计，引入智能检测、智能控制，通过设置于各个电极上的测距传感器，实现电极贴合过程的智能检测，并基于各个电极完全贴合的检测结果，控制电流的供应，并且结合所设计计时电路的准确计时，在各个电流经电极释放过程中，通过具体所设计电流动态控制模块的结构，实现电流大小的智能控制，能够有效避免电流调节过程中急剧过大或急剧过小情形的发生，如此，通过所设计经颅直流电刺激装置，能够综合提高实际应用的准确性和工作效率。

Description

一种经颅直流电刺激装置

技术领域

本发明涉及一种经颅直流电刺激装置，属于经颅电刺激技术领域。

背景技术

经颅电刺激（Transcranial Electrical Stimulation，tEs）是一种非侵入性神经刺激技术，通过电极将特定的、低强度电流（-2~+2 mA，2 mA 以上仅用于科学研究）作用于特定脑区，达到调节大脑皮层神经活动的目的。这项技术包括多种刺激方式，根据不同的电流形式可以分为：经颅直流电刺激（Transcranial Direct Current Stimulation，tDCS）、经颅交流电刺激（Transcranial Alternating Current Stimulation，tACS）、经颅随机噪声刺激（Transcranial Random Noise Stimulation，tRNS）。最初这项技术用于帮助中风等脑损伤病人。对健康成年人研究表明，经颅电刺激技术能够提高多种任务下的认知能力，如增强语言和数学能力、注意力、记忆力、协调能力和解决问题的能力。

目前对于tDCS 是如何调节大脑活动改变行为输出的作用机制尚不清楚。前期动物和临床研究表明，低强度的直流电可以改变大脑皮质的兴奋性。现阶段认为，tDCS 的主要机制之一是它可以改变神经元的静息电位，当直流电电极的负极靠近神经细胞胞体或树突时，静息电位会升高，神经元放电减弱，产生超极化，从而抑制细胞的活性；反之，则发生去极化，从而激活细胞的活性。研究发现，阳极刺激可增加由经颅磁刺激诱导的运动诱发电位的幅度，而阴极刺激则降低运动诱发电位的幅度。这说明阳极刺激提高皮层神经元的兴奋性而阴极刺激降低兴奋性。动物实验研究结果也表明阳极刺激增加细胞放电频率，阴极刺激则相反，减少细胞放电频率。阳极tDCS 提高兴奋性的作用与离子通道有关。离体的研究结果显示阳极tDCS 的兴奋作用被电压依赖的钠通道和钙通道的拮抗剂阻断。

tDCS 不仅能调节单个神经元的活动，而且能影响多个神经元和神经元群的整体活动。tDCS 可以调控静息状态的delta和theta 频段的脑电活动。tDCS 除了即刻效应以外，与其功能相关的另一主要效应是后效应，即在刺激停止之后，刺激作用依然持续一段时间。这是tDCS 发挥治疗作用的关键效应。后效应的持续时间与电流强度、刺激时间以及刺激次数有关。tDCS 的后效应与其影响神经元之间的突触连接功能，改变突触可塑性有关。近些年来发现多种神经递质都参与tDCS 诱导的后效应，其中谷氨酸系统最为突出。当介导突触可塑性变化的NMDA 受体被拮抗剂阻断后，tDCS 的后效应消失。多巴胺系统也参与tDCS 介导的可塑性变化，特别是与D1/D5 比例和D2/D3/D4 比例相关。最近还发现，激活5羟色胺系统可以延长阳极兴奋作用的后效应，并逆转阴极刺激的抑制作用，而转变成兴奋性作用。有研究表明电场能提高和引导神经元的生长。对正常人和脑部受损或者认知功能缺乏的病人施加经颅电刺激后，结果表明，在认知训练过程中，神经电路能够调整从而提高缺失的认知功能。在一些案例中，经颅电刺激存在长时程效应。阳极刺激的调节作用能够降低抑制性神经递质γ-氨基丁酸（GABA）的局部水平，而阴极刺激提高了简单的运动任务过程中运动区域谷氨酸的传输。GABA 的高低影响学习能力，因此这种高低可能在tDCS 提高学习和认知能力中占有重要作用。进一步的动物研究表明，阳极电刺激能够提高脑源性神经营养因子（是一种对突触学习起到关键的生长因子）的分泌，这又反过来调节长时程增强（LTP）。N-甲基-D-天冬氨基酸（NMDA）受体活动调节LTP。但是阳极电刺激能够通过提高皮层的兴奋性从而提高大部分认知功能（比如读、演讲、做决定或者算术），阴极电刺激会抑制相关网络的神经活动，因此利用阴极刺激能够提高特定的额叶功能，比如反应抑制。因此可见，tDCS 的作用机制似乎涉及到多种神经递质和各种不同维度的神经活动。然而，是否有特异性的作用机制解释tDCS 的作用，具体哪些是主导的、关键的机制，而哪些又是随从变化的、次要的机制，这些问题还有待进一步探讨。对于这些问题的研究使得我们能够更深入地理解tDCS 的作用机理。

因此，经颅直流电刺激在实际的应用中有着严格的参数控制，这其中包括所引入电流的大小、使用中电流的调节频率与调节速率等，而现有的经颅直流电刺激装置在使用过程中多采用手动机械式调节控制，这就严重影响到实际应用的效果了，可能起不到正确的刺激作用，甚至会带来反作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用全新结构设计，引入智能检测、智能控制，能够有效提高工作准确性和效率的经颅直流电刺激装置。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种经颅直流电刺激装置，包括电源、电压电流调制电路模块、电流动态控制模块、计时模块、控制模块、电控断路器、存储模块和至少两组电极作用装置，其中，各组电极作用装置分别包括电极、测距传感器和滤波电路；电源分别与各个模块、电路相连进行供电，同时，电源与电压电流调制电路模块的输入端相连输送电量，电压电流调制电路模块的输出端与电流动态控制模块的输入端相连接，电流动态控制模块的输出端与电控断路器的输入端相连接，电控断路器的输出端分别与各组电极作用装置中的电极相连接；各组电极作用装置中的测距传感器分别设置在对应的电极上，测距传感器的测距方向与电极所贴合方向一致，且测距传感器的测距端面与电极的贴合面相平齐；各组电极作用装置中的测距传感器分别经过对应滤波电路与控制模块相连接，各组电极作用装置中的滤波电路均分别包括运放器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2；其中，对应的测距传感器与对应滤波电路输入端相连接，滤波电路输入端依次串联第一电阻R1、第二电阻R2、运放器A1的同向输入端，运放器A1的输出端连接滤波电路输出端，滤波电路输出端与控制模块相连接；第一电容C1的其中一端与第一电阻R1、第二电阻R2之间的导线相连接，另一端与运放器A1的输出端相连接；第二电容C2的其中一端与运放器A1的同向输入端相连接，另一端接地；运放器A1的反向输入端串联第三电阻R3，并接地；第四电阻R4串联在运放器A1的反向输入端与输出端之间；控制模块分别与电流动态控制模块、计时模块、电控断路器、存储模块相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电流动态控制模块包括电控伸缩杆和滑动变阻器，所述电压电流调制电路模块的输出端与滑动变阻器滑动端所连的电接触端相连接，滑动变阻器固定电阻件的其中一端与所述电控断路器的输入端相连接，电控伸缩杆上伸缩杆的顶端与滑动变阻器的滑动端相连接，滑动变阻器上滑动端随电控伸缩杆上伸缩杆的伸缩而来回移动，所述控制模块与电控伸缩杆的电机相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述控制模块为微处理器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述微处理器为ARM处理器。

本发明所述一种经颅直流电刺激装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的经颅直流电刺激装置，采用全新结构设计，引入智能检测、智能控制，通过设置于各个电极上的测距传感器，实现电极贴合过程的智能检测，并基于各个电极完全贴合的检测结果，控制电流的供应，并且结合所设计计时电路的准确计时，在各个电流经电极释放过程中，通过具体所设计电流动态控制模块的结构，实现电流大小的智能控制，能够有效避免电流调节过程中急剧过大或急剧过小情形的发生，如此，通过所设计经颅直流电刺激装置，能够综合提高实际应用的准确性和工作效率。

附图说明

图1是本发明所设计经颅直流电刺激装置的模块示意图；

图2是本发明所设计经颅直流电刺激装置中滤波电路的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种经颅直流电刺激装置，包括电源、电压电流调制电路模块、电流动态控制模块、计时模块、控制模块、电控断路器、存储模块和至少两组电极作用装置，其中，各组电极作用装置分别包括电极、测距传感器和滤波电路；电源分别与各个模块、电路相连进行供电，同时，电源与电压电流调制电路模块的输入端相连输送电量，电压电流调制电路模块的输出端与电流动态控制模块的输入端相连接，电流动态控制模块的输出端与电控断路器的输入端相连接，电控断路器的输出端分别与各组电极作用装置中的电极相连接；各组电极作用装置中的测距传感器分别设置在对应的电极上，测距传感器的测距方向与电极所贴合方向一致，且测距传感器的测距端面与电极的贴合面相平齐；各组电极作用装置中的测距传感器分别经过对应滤波电路与控制模块相连接，各组电极作用装置中的滤波电路均分别包括运放器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2；其中，对应的测距传感器与对应滤波电路输入端相连接，滤波电路输入端依次串联第一电阻R1、第二电阻R2、运放器A1的同向输入端，运放器A1的输出端连接滤波电路输出端，滤波电路输出端与控制模块相连接；第一电容C1的其中一端与第一电阻R1、第二电阻R2之间的导线相连接，另一端与运放器A1的输出端相连接；第二电容C2的其中一端与运放器A1的同向输入端相连接，另一端接地；运放器A1的反向输入端串联第三电阻R3，并接地；第四电阻R4串联在运放器A1的反向输入端与输出端之间；控制模块分别与电流动态控制模块、计时模块、电控断路器、存储模块相连接。并且针对电流动态控制模块，我们进一步设计了优选技术方案，设计电流动态控制模块包括电控伸缩杆和滑动变阻器，所述电压电流调制电路模块的输出端与滑动变阻器滑动端所连的电接触端相连接，滑动变阻器固定电阻件的其中一端与所述电控断路器的输入端相连接，电控伸缩杆上伸缩杆的顶端与滑动变阻器的滑动端相连接，滑动变阻器上滑动端随电控伸缩杆上伸缩杆的伸缩而来回移动，所述控制模块与电控伸缩杆的电机相连接。上述技术方案所设计的经颅直流电刺激装置，采用全新结构设计，引入智能检测、智能控制，通过设置于各个电极上的测距传感器，实现电极贴合过程的智能检测，并基于各个电极完全贴合的检测结果，控制电流的供应，并且结合所设计计时电路的准确计时，在各个电流经电极释放过程中，通过具体所设计电流动态控制模块的结构，实现电流大小的智能控制，能够有效避免电流调节过程中急剧过大或急剧过小情形的发生，如此，通过所设计经颅直流电刺激装置，能够综合提高实际应用的准确性和工作效率。

本发明所设计经颅直流电刺激装置，在实际应用当中，包括电源、电压电流调制电路模块、电流动态控制模块、计时模块、ARM处理器、电控断路器、存储模块和至少两组电极作用装置，其中，各组电极作用装置分别包括电极、测距传感器和滤波电路；电流动态控制模块包括电控伸缩杆和滑动变阻器；电源分别与各个模块、电路相连进行供电，同时，电源与电压电流调制电路模块的输入端相连输送电量，电压电流调制电路模块的输出端与滑动变阻器滑动端所连的电接触端相连接，滑动变阻器固定电阻件的其中一端与所述电控断路器的输入端相连接，电控伸缩杆上伸缩杆的顶端与滑动变阻器的滑动端相连接，滑动变阻器上滑动端随电控伸缩杆上伸缩杆的伸缩而来回移动，所述ARM处理器与电控伸缩杆的电机相连接；电控断路器的输出端分别与各组电极作用装置中的电极相连接；各组电极作用装置中的测距传感器分别设置在对应的电极上，测距传感器的测距方向与电极所贴合方向一致，且测距传感器的测距端面与电极的贴合面相平齐；各组电极作用装置中的测距传感器分别经过对应滤波电路与ARM处理器相连接，各组电极作用装置中的滤波电路均分别包括运放器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2；其中，对应的测距传感器与对应滤波电路输入端相连接，滤波电路输入端依次串联第一电阻R1、第二电阻R2、运放器A1的同向输入端，运放器A1的输出端连接滤波电路输出端，滤波电路输出端与ARM处理器相连接；第一电容C1的其中一端与第一电阻R1、第二电阻R2之间的导线相连接，另一端与运放器A1的输出端相连接；第二电容C2的其中一端与运放器A1的同向输入端相连接，另一端接地；运放器A1的反向输入端串联第三电阻R3，并接地；第四电阻R4串联在运放器A1的反向输入端与输出端之间；ARM处理器分别与电流动态控制模块、计时模块、电控断路器、存储模块相连接。实际应用中，电源分别与各个模块、电路相连进行供电，初始状态，ARM处理器控制电控断路器断开，则各个电极上不产生电流，同时，设置于各个电极上的测距传感器分别实时工作，分别采集所对应位置的测距结果，并分别经所连滤波电路上传至ARM处理当中，其中，各个测距传感器分别将所检测获得的测距结果上传至对应连接的滤波电路当中，然后，各个滤波电路分别针对所接收到的测距结果进行滤波处理，分别滤除其中的噪声数据，以获得更加精确的测距结果，接着各个滤波电路分别将经过滤波处理的测距结果继续上传至ARM处理器当中，ARM处理器针对所接收到测距结果进行分析，并根据分析结果分别做出相应控制，其中，操作人员将各个电极贴合在指定位置上，贴合过程中，当所有电极还没有全部贴合时，ARM处理器根据所接收到测距结果分析判断此时还存在电极没有贴合，则ARM处理器继续保持电控断路器断开；即当所有电极均贴合时，ARM处理器根据所接收到测距结果分析判断此时各个电极已经贴合，则ARM处理器此时控制电控断路器连通，则电源依次经电压电流调制电路模块、电流动态控制模块向各个电极输送电流，实现直流电刺激，这一过程中，电压电流调制电路模块的目的是针对所接收到的电流进行调节控制至指定大小电流，之后，ARM处理器由存储模块当中调用控制程序，并按各个控制过程，一方面通过计时电路进行计时，同时另一方面，控制电控伸缩杆工作，实现伸缩杆匀速伸缩的调节，如此，即可以在各个电流刺激过程中，实现平稳的电流调节操作，保证实际应用的高效；基于上述所设计具体的应用过程，本发明所设计经颅直流电刺激装置，在准确检测电极贴合过程的基础上，进行电流的控制操作，并在电流控制过程中，准确实现了电流的平稳变化，实现了高效的智能化控制。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种经颅直流电刺激装置，其特征在于：包括电源、电压电流调制电路模块、电流动态控制模块、计时模块、控制模块、电控断路器、存储模块和至少两组电极作用装置，其中，各组电极作用装置分别包括电极、测距传感器和滤波电路；电源分别与各个模块、电路相连进行供电，同时，电源与电压电流调制电路模块的输入端相连输送电量，电压电流调制电路模块的输出端与电流动态控制模块的输入端相连接，电流动态控制模块的输出端与电控断路器的输入端相连接，电控断路器的输出端分别与各组电极作用装置中的电极相连接；各组电极作用装置中的测距传感器分别设置在对应的电极上，测距传感器的测距方向与电极所贴合方向一致，且测距传感器的测距端面与电极的贴合面相平齐；各组电极作用装置中的测距传感器分别经过对应滤波电路与控制模块相连接，各组电极作用装置中的滤波电路均分别包括运放器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2；其中，对应的测距传感器与对应滤波电路输入端相连接，滤波电路输入端依次串联第一电阻R1、第二电阻R2、运放器A1的同向输入端，运放器A1的输出端连接滤波电路输出端，滤波电路输出端与控制模块相连接；第一电容C1的其中一端与第一电阻R1、第二电阻R2之间的导线相连接，另一端与运放器A1的输出端相连接；第二电容C2的其中一端与运放器A1的同向输入端相连接，另一端接地；运放器A1的反向输入端串联第三电阻R3，并接地；第四电阻R4串联在运放器A1的反向输入端与输出端之间；控制模块分别与电流动态控制模块、计时模块、电控断路器、存储模块相连接。

2.根据权利要求1所述一种经颅直流电刺激装置，其特征在于：所述电流动态控制模块包括电控伸缩杆和滑动变阻器，所述电压电流调制电路模块的输出端与滑动变阻器滑动端所连的电接触端相连接，滑动变阻器固定电阻件的其中一端与所述电控断路器的输入端相连接，电控伸缩杆上伸缩杆的顶端与滑动变阻器的滑动端相连接，滑动变阻器上滑动端随电控伸缩杆上伸缩杆的伸缩而来回移动，所述控制模块与电控伸缩杆的电机相连接。

3.根据权利要求1所述一种经颅直流电刺激装置，其特征在于：所述控制模块为微处理器。

4.根据权利要求3所述一种经颅直流电刺激装置，其特征在于：所述微处理器为ARM处理器。