CN107693944A - 一种睡眠治疗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种睡眠治疗仪，它是通过脑电信号的采集、放大、处理，智能分析当前使用者的心理和精神状态，并实时检测。脑电信号经过智能分析后，反馈到低频音乐控制和微电流控制，使输出更贴近使用者当时的心理、生理状态，实现缓解使用者压力、消除高度神经紧张、情绪不安和焦躁，消除疲劳、改善睡眠质量。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域，具体是一种经颅微电流刺激疗法，结合音乐疗法促进睡眠、缓解压力、提高睡眠质量的睡眠治疗仪。
背景技术
脑电波是一些自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒1－30次之间的，可划分为四个波段，即δ（1－3Hz）、θ（4－7Hz）、 α（8－13Hz）、β（14－30Hz）。除此之外，在觉醒并专注于某一事时，常可见一种频率较β波更高的γ波，其频率为30~80Hz，波幅范围不定；而在睡眠时还可出现另一些波形较为特殊的正常脑电波，如驼峰波、σ波、λ波、κ-复合波、μ波等。
音乐疗法（music therapy），是通过生理和心理两个方面的途径来治疗疾病。一方面，音乐声波的频率和声压会引起生理上的反应。音乐的频率、节奏和有规律的声波振动，是一种物理能量，而适度的物理能量会引起人体组织细胞发生和谐共振现象，能使颅腔、胸腔或某一个组织产生共振，这种声波引起的共振现象，会直接影响人的脑电波、心率、呼吸节奏等
经颅微电流刺激疗法（CES）是一种与传统药物治疗、电抽搐治疗完全不同的治疗方法，是通过低强度微量电流刺激大脑，改变患者大脑异常的脑电波，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，以此实现对这些疾病的治疗。
经颅微电流刺激疗法（CES）是目前公认的一种最安全、可靠的治疗焦虑、抑郁、失眠最有效方法，疗效快、无副作用和依赖性是这个疗法的特点，该疗法通过美国FDA认证、欧洲CE认证和中国药监局认证。
经颅微电流刺激疗法（CES）输出是固定频率的波形，固定频率即在人睡眠过程中每个状态都是输出固定不变频率，而人体脑波在睡眠过程中，随着睡眠阶段不同而变化。固定不变的频率对调节睡眠，缓解失眠，提高睡眠质量并不能达到最佳效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种经颅微电流刺激疗法（CES）结合音乐疗法促进睡眠、缓解压力、提高睡眠质量的睡眠治疗仪，该睡眠治疗仪通过α音乐的节律状态调整CES输出的频率，从而使作用在人体身上的CES微电流输出频率随着人体的睡眠状态变化而改变。
实现本发明目的的技术方案是：通过脑电信号的采集、放大、处理，智能分析当前使用者的心理和精神状态，并实时检测。脑电信号经过智能分析后，反馈到低频音乐控制和微电流控制，使输出更贴近使用者当时的心理、生理状态，实现缓解使用者压力、消除高度神经紧张、情绪不安和焦躁，消除疲劳、改善睡眠质量。
本发明睡眠治疗仪，包括控制模块、脑电采集模块、微电流刺激模块、音频输出模块、ZigBee无线通信模块、USB转串口模块和电源模块，控制模块分别与音频输出模块、微电流刺激模块、ZigBee无线通信模块连接，USB转串口模块与控制模块连接，电源模块分别与控制模块、ZigBee无线通信模块、微电流刺激模块、音频输出模块、USB转串口模块、脑电采集模块连接，脑电电极通过脑电采集模块与控制模块连接，通过脑电采集模块采集人体脑波、心率变化数据，并将其传送到控制模块进行放大、处理，智能分析和实时检测当前使用者的心理和精神状态，脑电信号经智能分析后反馈到音频输出模块和微电流刺激模块，音频输出模块根据数据调节音乐，音乐通过滤波分别处理成与人体大脑产生的脑电波一致的α（阿尔法）、β（贝塔）、θ（西塔）、δ（德儿塔）各种波段音乐，使输出信号更贴近使用者当时的心理、生理状态。
所述控制模块包括STM32L051C8T6低功耗32位MCU芯片及芯片外围的滤波电容、匹配电阻电路、下载电路，将脑电采集模块采集到的数据进行算法运算，将所采集的模拟信号计算得出相应的数值并将数值通过ZigBee无线通信电路传输至电脑端显示，接收并处理电脑端下发控制命令。
所述脑电采集模块包含采集信号电路、滤波电路和放大电路，采集端利用三个干电极采集原始的微弱脑电信号；所述三个干电极分别为一个脑电采集点和两个参考点，其中：脑电采集点位置为额头正中间，两个参考点为两边耳垂处。采集信号电路内设静电保护，防护标准为4kV接触放电；8kV隔空放电。滤波电路主要含50Hz/60Hz限波器设计，可以过滤掉50Hz/60Hz交流电干扰。放大电路将采集的512Hz采样率信号放大60 dB至100dB用以提供主控芯片采集计算。
所述干电级为镀镍铜片。
所述微电流刺激模块包含BOST升压电路和H桥电路，根据采集到实时的体征数据经过算法运算应用BOST升压原理将锂电池电压升压通过H桥输出合适当前状态的正负对称的微电流波形用以刺激人体，用以引导人体体征状态。
所述音频输出模块包含SD卡模块和音频解码功放模块，音频信号以WAV格式存储于装置内置SD卡模块中，模块与主控电路间采用SPI通信，中控电路读取SD卡内音频信号并将信号进行算法滤掉高频信号后将提取音频信号中的低频信号以数字信号传输给音频解码功放模块，音频解码功放模块作用为将低频的数字音频信号进行解码功放，输出2W的音频信号用以驱动外部耳机播放低频音乐。
所述USB转串口模块用于下载音频信号接口电路。
所述电源模块包含装置供电电路、装置充电电路，本装置采用聚合物锂离子电池供电，供电电路部分将锂聚合物电池直流电压进行电平转换以及锂电池过放电保护，供电电路设置锂电池电压低于3V将停止供电，锂电池电压高于3V是电源电路转出+5V、+3.3V双电压接入脑电采集和本装置其他电路，为本装置提供工作电压。装置充电电路设定为恒定电流/恒定电压线性充电电路，如果电池电压低于3V，充电电路用小电流对 电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电电路采用500mA电流恒流模式对电池充电。当电池电压接近4.2V电压时，充电电流逐渐减小，充电电路进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束。
本发明的优点是：本发明设备通过采集模块，采集人体脑电信号，经过算法分析处理，智能选择相应的输出模式，利用经颅微电流刺激疗法、阿尔法音乐疗法、脑波牵引等多项技术，激活大脑中枢，调节大脑神经系统，引导人体进入放松或睡眠状态，可使人迅速获得高质量的身心愉悦与放松，可有效帮助使用者缓解精神压力、改善睡眠质量、治疗抑郁症、治疗焦虑症，并能实现一系列的康复理疗作用及保健效果。
附图说明
图1为本发明实施例的电路连接框图；
图2为本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
实施例：
参照图1-2，本发明睡眠治疗仪，包括控制模块、脑电采集模块、微电流刺激模块、音频输出模块、ZigBee无线通信模块、USB转串口模块和电源模块，控制模块分别与音频输出模块、微电流刺激模块、ZigBee无线通信模块连接，USB转串口模块与控制模块连接，电源模块分别与控制模块、ZigBee无线通信模块、微电流刺激模块、音频输出模块、USB转串口模块、脑电采集模块连接，脑电电极通过脑电采集模块与控制模块连接，通过脑电采集模块采集人体脑波、心率变化数据，并将其传送到控制模块进行放大、处理，智能分析和实时检测当前使用者的心理和精神状态，脑电信号经智能分析后反馈到音频输出模块和微电流刺激模块，音频输出模块根据数据调节音乐，音乐通过滤波分别处理成与人体大脑产生的脑电波一致的α（阿尔法）、β（贝塔）、θ（西塔）、δ（德儿塔）各种波段音乐，使输出信号更贴近使用者当时的心理、生理状态，这些波段跟人体大脑产生的4中脑电波一致。当您在紧张状态下，大脑产生的是β波；当您的身体放松，大脑比较活跃，灵感不断的时候，就导出了α波；当您感到睡意朦胧时，脑电波就变成θ波；进入深睡时，变成δ波。
所述电源电路包含装置供电电路、装置充电电路，本装置采用聚合物锂离子电池供电，供电电路部分将锂聚合物电池直流电压进行电平转换以及锂电池过放电保护，供电电路设置锂电池电压低于3V将停止供电，锂电池电压高于3V是电源电路转出+5V、+3.3V双电压接入脑电采集和本装置其他电路，为本装置提供工作电压。装置充电电路设定为恒定电流/恒定电压线性充电电路，如果电池电压低于3V，充电电路用小电流对 电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电电路采用500mA电流恒流模式对电池充电。当电池电压接近4.2V电压时，充电电流逐渐减小，充电电路进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束。
所述控制电路包括STM32L051C8T6低功耗32位MCU芯片及芯片外围的滤波电容、匹配电阻电路、下载电路。控制电路主要将各采集模块采集到的数据进行算法运算，将所采集的模拟信号计算得出相应的数值并将数值通过ZigBee无线通信电路传输至电脑端显示，控制电路还需接收并处理电脑端下发控制命令。
所述脑电采集电路包含采集信号电路、滤波电路、放大电路，采集端利用三个干电极采集原始的微弱脑电信号，干电极为镀镍铜片，三个干电极分别为：脑电采集点、两个参考点，脑电采集点位置为额头正中间，两个参考点为两边耳垂处。采集信号电路内设静电保护，防护标准为4kV接触放电; 8kV隔空放电。滤波电路主要含50Hz/60Hz限波器设计，可以过滤掉50Hz/60Hz交流电干扰。放大电路将采集的512Hz采样率信号放大60 dB至100dB用以提供主控芯片采集计算。
所述微电流刺激电路包含BOST升压电路，H桥电路。本装置根据采集到实时的体征数据经过算法运算应用BOST升压原理将锂电池电压升压通过H桥输出合适当前状态的正负对称的微电流波形用以刺激人体，用以引导人体体征状态。
所述音频输出电路包含SD卡模块，音频解码功放模块。本装置音频信号以WAV格式（无损音乐）存储于装置内置SD卡模块中，模块与主控电路间采用SPI通信，中控电路读取SD卡内音频信号并将信号进行算法滤掉高频信号后将提取音频信号中的低频信号以数字信号传输给音频解码功放模块，音频解码功放模块作用为将低频的数字音频信号进行解码功放，输出2W的音频信号用以驱动外部耳机播放低频音乐。
所述ZigBee无线通信电路为本装置与PC端（移动无线终端）通信的无线通信模块，模块应用TI公司的CC2530芯片搭建的ZigBee无线通信电路，电路具有短距离、低功耗的无线通信技术，适合用于本装置与PC端（移动无线终端）之间传输控制信号。
所述USB转串口电路为本装置用以下载音频信号接口电路，本装置提供自定义歌曲功能，用户需要自定义音频文件时，使用USB信号线连接本装置USB转串口电路接口进行下载进装置SD卡。
Claims (9)
1.一种睡眠治疗仪，其特征是：包括控制模块、脑电采集模块、微电流刺激模块、音频输出模块、ZigBee无线通信模块、USB转串口模块和电源模块，控制模块分别与音频输出模块、微电流刺激模块、ZigBee无线通信模块连接，USB转串口模块与控制模块连接，电源模块分别与控制模块、ZigBee无线通信模块、微电流刺激模块、音频输出模块、USB转串口模块、脑电采集模块连接，脑电电极通过脑电采集模块与控制模块连接，通过脑电采集模块采集人体脑波、心率变化数据，并将其传送到控制模块进行放大、处理，智能分析和实时检测当前使用者的心理和精神状态，脑电信号经智能分析后反馈到音频输出模块和微电流刺激模块，音频输出模块根据数据调节音乐，音乐通过滤波分别处理成与人体大脑产生的脑电波一致的α（阿尔法）、β（贝塔）、θ（西塔）、δ（德儿塔）各种波段音乐，使输出信号更贴近使用者当时的心理、生理状态。
2.根据权利要求1所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述控制模块包括STM32L051C8T6低功耗32位MCU芯片及芯片外围的滤波电容、匹配电阻电路、下载电路，将脑电采集模块采集到的数据进行算法运算，将所采集的模拟信号计算得出相应的数值并将数值通过ZigBee无线通信电路传输至电脑端显示，接收并处理电脑端下发控制命令。
3.根据权利要求1所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述脑电采集模块包含采集信号电路、滤波电路和放大电路，采集端利用三个干电极采集原始的微弱脑电信号；采集信号电路内设静电保护，防护标准为4kV接触放电；8kV隔空放电；滤波电路主要含50Hz/60Hz限波器设计，可以过滤掉50Hz/60Hz交流电干扰；放大电路将采集的512Hz采样率信号放大60 dB至100dB用以提供主控芯片采集计算。
4.根据权利要求3所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述三个干电极分别为一个脑电采集点和两个参考点，其中：脑电采集点位置为额头正中间，两个参考点为两边耳垂处。
5.根据权利要求4所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述干电级为镀镍铜片。
6.根据权利要求1所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述微电流刺激模块包含BOST升压电路和H桥电路，根据采集到实时的体征数据经过算法运算应用BOST升压原理将锂电池电压升压通过H桥输出合适当前状态的正负对称的微电流波形用以刺激人体，用以引导人体体征状态。
7.根据权利要求1所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述音频输出模块包含SD卡模块和音频解码功放模块，音频信号以WAV格式存储于装置内置SD卡模块中，模块与主控电路间采用SPI通信，中控电路读取SD卡内音频信号并将信号进行算法滤掉高频信号后将提取音频信号中的低频信号以数字信号传输给音频解码功放模块，音频解码功放模块作用为将低频的数字音频信号进行解码功放，输出2W的音频信号用以驱动外部耳机播放低频音乐。
8.根据权利要求1所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述USB转串口模块用于下载音频信号接口电路。
9.根据权利要求1所述的睡眠治疗仪，其特征是：所述电源模块包含装置供电电路、装置充电电路，采用聚合物锂离子电池供电，供电电路部分将锂聚合物电池直流电压进行电平转换以及锂电池过放电保护，供电电路设置锂电池电压低于3V将停止供电，锂电池电压高于3V是电源电路转出+5V、+3.3V双电压接入脑电采集和本装置其他电路，为本装置提供工作电压；装置充电电路设定为恒定电流/恒定电压线性充电电路，如果电池电压低于3V，充电电路用小电流对 电池进行预充电；当电池电压超过3V时，充电电路采用500mA电流恒流模式对电池充电；当电池电压接近4.2V电压时，充电电流逐渐减小，充电电路进入恒压充电模式；当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束。
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