CN108310639A - 差频电刺激设备、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种差频电刺激设备、系统及方法，该差频电刺激设备包括顺次连接的输入模块、中央处理器、信号发生模块和信号输出模块；信号输出模块包括多个输出接口，每个输出接口连接一对电极；至少两对电极设置在被刺激物的被刺激部位。该差频电刺激设备通过两对或多对的电极，将两组或者多组不同频率的电流输送给被刺激物，在这些电流的交叉区域，会产生低频调制的脉冲电流(差频信号)，该低频调制电流对脑细胞有调节作用。由于这种低频调制电流，可以刺激到大脑深处而不影响表层的神经元细胞，因此可以克服低频电流不能深入脑组织内部的缺陷，以非侵入的特性降低了手术风险，安全性高，使用者也更愿意接受，适用性强。

Description

差频电刺激设备、系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种差频电刺激设备、系统及方法。

背景技术

由于现代生活节奏快，工作压力大，很多人受到一些脑部疾病的困扰，另外老年人们面临着认知功能逐渐下降的问题，因此人们希望通过一些可行的技术改善治疗一些脑部疾病，改善认知能力，提高自己的脑功能。

目前通常对大脑进行电刺激来治疗脑部疾病，改善脑功能。由于具有低通特性的脑细胞只能响应频率较低的电流(频率范围约为：1-200Hz)，而低频电流不能直接深入脑组织内部同时不影响其他脑区，因此传统深度脑刺激(DBS，deep brain stimulation)需要进行神经外科手术，打开患者的颅骨并植入电极。然而植入电极的手术有脑出血和感染等风险，术后很有可能会引起一些并发症，并且DBS仅适用于患有脑部疾病的人群，适用性差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种差频电刺激设备、系统及方法，以降低风险，提高安全性和适用性。

第一方面，本发明实施例提供了一种差频电刺激设备，包括顺次连接的输入模块、中央处理器、信号发生模块和信号输出模块；所述信号输出模块包括多个输出接口，每个所述输出接口连接一对电极；至少两对所述电极设置在被刺激物的被刺激部位；所述中央处理器通过所述输入模块接收刺激参数，根据所述刺激参数发送控制信号至所述信号发生模块；所述刺激参数包括刺激电流值、刺激频率和刺激时长；所述信号发生模块根据接收的所述刺激参数产生多路不同频率的电流信号，并发送至所述信号输出模块；所述信号输出模块将多路所述电流信号通过多个所述输出接口传输至对应的多对电极，以使所述被刺激物上多路所述电流信号的交叉区域产生差频信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述信号发生模块包括波形发生器、第一数字电位器、电压源、第二数字电位器和放大器；所述波形发生器与所述中央处理器的输出端连接，并通过所述第一数字电位器与所述放大器的第一输入端连接；所述电压源通过所述第二数字电位器与所述放大器的第二输入端连接；所述放大器的输出端与所述信号输出模块连接；所述波形发生器用于根据接收的所述刺激参数产生多路正弦信号，并发送至所述第一数字电位器；所述第一数字电位器用于调整所述正弦信号的幅值；所述电压源通过所述第二数字电位器和所述放大器，对幅值调整后的正弦信号进行偏移电流的调整；所述放大器输出经幅值和偏移电流调整的正弦信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述差频电刺激设备还包括与所述中央处理器连接的采集模块；所述采集模块用于采集电刺激信息以及所述被刺激物的电场信息；其中，所述电刺激信息包括所述被刺激物的电阻、所述电流信号的频率、所述电流信号的幅值。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述输入模块包括触摸屏；所述触摸屏用于接收用户输入的刺激参数，以及实时显示所述电刺激信息。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述差频电刺激设备还包括与所述中央处理器连接的通信接口；所述中央处理器通过所述通信接口与上位机连接，所述中央处理器还用于传输所述刺激参数、所述电刺激信息以及所述电场信息至所述上位机。

结合上述第一方面或其任一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述差频电刺激设备还包括壳体；所述中央处理器和所述信号发生模块均设置在所述壳体内，所述输入模块和所述输出接口均设置在所述壳体的外表面，所述电极设置在所述壳体外。

第二方面，本发明实施例还提供一种差频电刺激系统，包括如上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述的差频电刺激设备，还包括上位机；所述上位机与所述差频电刺激设备通信连接。

第三方面，本发明实施例还提供一种差频电刺激方法，应用于如上述第二方面所述的差频电刺激系统的上位机，所述方法包括：获取所述差频电刺激设备发送的刺激参数，并确定所述刺激参数对应的电极组合；获取所述差频电刺激设备发送的被刺激物的电阻，根据所述被刺激物的电阻判断所述电极组合是否连接合格；当所述电极组合连接合格时，获取所述差频电刺激设备发送的电场信息；将所述电场信息输入与所述电极组合对应的电场模型中，得到并实时显示电场动态图像。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据所述被刺激物的电阻判断所述电极组合是否连接合格，包括：判断所述被刺激物的电阻是否小于或者等于预设的电阻值；如果是，确定所述电极组合连接合格。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：电刺激过程中，实时获取、显示所述被刺激物的电阻，并根据所述被刺激物的电阻监测所述电极组合是否连接合格；当所述电极组合连接合格时，接收所述差频电刺激设备发送的电刺激信息；根据所述电刺激信息记录所述被刺激物的实验数据，并实时显示所述电刺激信息；当所述电极组合连接不合格时，发出报警提醒。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例中，差频电刺激设备包括顺次连接的输入模块、中央处理器、信号发生模块和信号输出模块；信号输出模块包括多个输出接口，每个输出接口连接一对电极；至少两对电极设置在被刺激物的被刺激部位；中央处理器通过输入模块接收刺激参数，根据刺激参数发送控制信号至信号发生模块；刺激参数包括刺激电流值、刺激频率和刺激时长；信号发生模块根据接收的刺激参数产生多路不同频率的电流信号，并发送至信号输出模块；信号输出模块将多路电流信号通过多个输出接口传输至对应的多对电极，以使被刺激物上多路电流信号的交叉区域产生差频信号。该差频电刺激设备通过两对或多对的电极，将两组或者多组不同频率的电流输送给被刺激物(大脑)，由于脑细胞的低通特性，频率较高的电流本身并不会对脑细胞有调节作用，但是在这些电流的交叉区域，电流会互相干扰，形成干扰电场，从而产生低频调制的脉冲电流(差频信号)，脉冲电流的频率在脑细胞可以响应的范围内，因此可以对脑细胞有调节作用。由于这种低频调制电流不是外部直接输入，而是以内生方式产生的，因此可以刺激到大脑深处而不影响表层的神经元细胞，在功能上可以比拟脑深部电刺激(DBS)，又以非侵入式的特性避免了DBS的手术风险，安全性高，使用者也更愿意接受，适用性强。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种差频电刺激设备的电路连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种差频电刺激设备的外观示意图；

图3为本发明实施例提供的一种银质电极的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种塑料管电极的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种海绵电极的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种硅胶电极的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种差频电刺激系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种上位机的工作流程示意图；

图9本发明实施例提供的一种差频电刺激方法的流程示意图。

图标：

110-输入模块；120-中央处理器；130-信号发生模块；131-波形发生器；132-第一数字电位器；133-电压源；134-第二数字电位器；135-放大器；140-信号输出模块；150-采集模块；201-壳体；202-触摸屏；203-输出接口；204-急停开关；71-差频电刺激设备；72-上位机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前传统深度脑刺激需要进行神经外科手术，打开患者的颅骨并植入电极，风险大、适用性差。基于此，本发明实施例提供的一种差频电刺激设备、系统及方法，通过两对或多对的电极，将两组或者多组不同频率的电流输送给被刺激物(大脑)，以对脑细胞进行调节，可以降低风险，提高安全性和适用性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种差频电刺激设备进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的一种差频电刺激设备的电路连接示意图，如图1所示，该差频电刺激设备包括顺次连接的输入模块110、中央处理器120、信号发生模块130和信号输出模块140。信号输出模块140包括多个输出接口，每个输出接口连接一对电极；至少两对电极设置在被刺激物的被刺激部位。被刺激物可以是人或动物，例如老鼠、兔子、羊、狗等。该差频电刺激设备通过至少两对电极对大脑特定区域(被刺激部位)进行微弱电刺激，可以但不限于通过脑电图国际10-20系统电极放置法确定被刺激部位的位置，或通过国际10％系统电极放置法确定被刺激部位的位置。

工作过程如下：中央处理器120通过输入模块110接收刺激参数，根据刺激参数发送控制信号至信号发生模块130；信号发生模块130根据接收的刺激参数产生多路不同频率的电流信号，并发送至信号输出模块140；信号输出模块140将多路电流信号通过多个输出接口传输至对应的多对电极，以使被刺激物上多路电流信号的交叉区域产生差频信号。

上述刺激参数包括刺激电流值、刺激频率和刺激时长，还可以包括刺激模式、偏移电流、电流波动幅度、电极间电导率。刺激模式包括脉动电流、正弦电流、稳定直流等，可以按照具体的需要进行选择；刺激电流值、刺激频率也可以根据需要进行用户自定义设置。

上述差频电刺激设备的理论基础如下：通过改变大脑神经可塑性实现刺激功能，神经可塑性是指由于经验原因引起的大脑的结构改变。大脑由神经元细胞和神经胶质细胞构成，这些细胞互相连接，通过加强或削弱这些连接，大脑的结构可以发生改变。考虑到长时程增强(LTP，long-term potentiation)、长时程抑制(LTD，long-term depression)改变神经可塑性的原因是：LTP通过提高突出传递功能增加了神经元细胞的连接，LTD通过阻碍突出传递减弱了神经元细胞的连接，本实施例中，该差频电刺激设备通过差频刺激电流改变细胞内的环腺苷酸(cAMP，Cyclic adenosine monophosphate)和钙离子水平，参与了突出传递功能的改变，进而引起大脑的结构改变，可以用来治疗疾病或研究大脑功能。其中，正向电流增强神经元传递，提高神经兴奋性；负向电流阻碍神经元传递，降低神经兴奋性。

以采用两对电极进行电刺激为例，上述差频电刺激设备的工作原理如下：通过两对电极经头皮向颅内输入两组频率较高的电流(简称高频电流)，高频电流在脑内交叉干扰，并在特定区域(受刺激区域)形成幅度较大的低频调制脉冲电流(简称为低频电流)，低频电流可以激活神经元的电活动，即可以提高或降低该区域神经元细胞的兴奋性，从而引起大脑功能的改变，而高频电流对穿过的周围组织不会有什么影响。而这个特定区域可深可浅，可左可右，特定区域的位置取决于电极的位置以及高频电流的幅值比例，其中，特定区域的深浅与电极的位置坐标有关，左右位置与电极的位置坐标和两组高频电流的幅值比有关。两个电极的位置越接近，电极所刺激的区域深度越浅，反之越深。电极位置根据需要刺激的位置安放，两对电极产生电场，电场互相干扰产生电场包络，电场包络的频率就是频率差，电场的包络分布与两对电极对应的两个高频电流的幅值大小有关，包络分布离幅值大的电极比较远。通过研究(实验或模拟)可以实现精准的受刺激区域位置控制，因此该差频电刺激设备在疾病治疗或大脑功能研究等方面很有潜力。

上述差频电刺激设备对大脑的调节：一方面通过改善异常的脑电波，使之从不正常的状态回归到正常的状态；另一方面对大脑的全局属性产生影响，从时间同步性等脑网络属性方面对大脑进行调节，从而实现脑功能的改善。另外，该差频电刺激设备对皮质兴奋性也有调节作用，在调制脉冲电流(低频电流)幅度较大的区域，刺激引起静息膜电位超级化或者去极化的改变。

本实施例提供的差频电刺激设备对大脑进行调节时采用交流电，通过电极对被刺激物进行刺激。刺激频率可以为1000-5000Hz，两个电流信号的频差为两个电流信号的刺激频率之差，频差为1-200Hz。不同电流信号的刺激电流值根据刺激需求可以设置为相同，也可以设置为不同。交换周期是频率的倒数，交换间隔为周期的二分之一。

选择至少2对电极，比如选择2对电极A-B和C-D，A-B为1.5mA交流电，C-D为2mA交流电，A-B的刺激频率是1500Hz，C-D的刺激频率是1600Hz，频率差为100Hz，100Hz的低频电流对被刺激物的特定区域进行刺激。

综上，上述差频电刺激设备通过两对或多对的电极，将两组或者多组不同频率的电流输送给被刺激物(大脑)，由于脑细胞的低通特性，频率较高的电流本身并不会对脑细胞有调节作用，但是在这些电流的交叉区域，电流会互相干扰，形成干扰电场，从而产生低频调制的脉冲电流(差频信号)，脉冲电流的频率在脑细胞可以响应的范围内，因此可以对脑细胞有调节作用。由于这种低频调制电流不是外部直接输入，而是以内生方式产生的，因此可以刺激到大脑深处而不影响表层的神经元细胞，在功能上可以比拟DBS，又以非侵入式的特性避免了DBS的手术风险，安全性高，使用者也更愿意接受，适用性强。

基于上述差频电刺激设备的基本结构，本实施例还提供了一种差频电刺激设备的具体结构，其中，上述输入模块110包括触摸屏，触摸屏具有输入和显示功能。差频电刺激设备主要分为主板硬件和壳体两部分，图2为本发明实施例提供的一种差频电刺激设备的外观示意图，下面以图1中的输入模块110为图2中的触摸屏202为例，并参考图1和图2，分别对主板硬件和壳体201进行详细介绍。

主板硬件包括：电源模块、中央处理器120、信号发生模块130、信号输出模块140、采集模块150、触摸屏202。电源模块、中央处理器120和信号发生模块130均设置在壳体201内，如图2所示，触摸屏202和输出接口203均设置在壳体201的外表面，与输出接口203连接的电极设置在壳体201外。

1、电源模块：

该差频电刺激设备由220V交流电源供电。在一些可能的实施例中，交流电源的电压经电源模块的电源转换器由220V转变为+12V，由+12V转为+5V、-12V，再由+5V转为+3.3V、+2.5V、-5V，为其他各个模块供电。各模块需要的电源电压不同，+12V为触摸屏202供电，±12V为信号发生模块130的放大器135供电，+3.3V为单片机(中央处理器120)供电，+2.5V为单片机的参考电压和信号发生模块130的波形发生器131(如DAC7615E)的参考电压供电，±5V为波形发生器131(如DAC7615E)供电。

2、信号发生模块130：

如图1所示，信号发生模块130包括波形发生器131、第一数字电位器132、电压源133、第二数字电位器134和放大器135。波形发生器131可以但不限于为DAC7615E，与中央处理器120的输出端连接，并通过第一数字电位器132与放大器135的第一输入端连接；电压源133可以为2.5V电压源，由上述电源模块提供，电压源133通过第二数字电位器134与放大器135的第二输入端连接；放大器135的输出端与信号输出模块140连接。第一数字电位器132和第二数字电位器134均可以但不限于为X9C103。放大器135为运算放大器。

具体地，波形发生器131用于根据接收的刺激参数产生多路正弦信号，并发送至第一数字电位器132。第一数字电位器132用于调整正弦信号的幅值；电压源133通过第二数字电位器134和放大器135，对幅值调整后的正弦信号进行偏移电流的调整；放大器135输出经幅值和偏移电流调整的正弦信号。例如，DAC7615E通过DAC(Digital to analogconverter，数字模拟转换器)产生四路频率可调、幅度固定的正弦信号，该正弦信号经过数字电位器X9C103分压，调整信号幅值；2.5V电压源经过另一个数字电位器X9C103分压后，和调整后的正弦信号通过运算放大器(加法电路)实现偏移电流的调整。其中，DAC产生的正弦信号的定时周期T＝72000000/32/freq1_value，其中，freq1_value为设定的频率值。

3、信号输出模块140：

信号输出模块140包含恒流电路和电极片(电极)。

信号发生模块130输出的电流信号，经恒流电路后传送给正负电极片，通过正负电极片传送至接收者刺激部位输出。

信号输出模块140有多个输出通道，输出通道与输出接口203一一对应，例如四个或六个输出通道，输出通道独立控制。输出模式为同步或异步控制，输出包括脉动电流、正弦电流、稳定直流等刺激模式；输出可为1000-5000Hz频率可调高频电信号，差频频率的范围为1Hz-200Hz，刺激电流值的调节范围为0-2mA。

4、采集模块150：

采集模块150与中央处理器120连接，采集模块150用于采集电刺激信息以及被刺激物的电场信息；其中，电刺激信息包括被刺激物的电阻、电流信号的频率、电流信号的幅值。

采集模块150包括电场采集单元，电场采集单元包含顺次连接的测量电极阵列、接收处理器和采集芯片，采集芯片与中央处理器120连接。测量电极阵列采集每个电极处的电压值，并通过接收处理器发送至采集芯片；采集芯片接收该电压值，并输出对应的电场强度数据至中央处理器120。采集芯片可以但不限于为AD7994芯片。

电场采集单元具有高频电场的场强测试功能，用来测量仿体(被刺激物)中的电场分布情况。在一些可能的实施例中，定位精准的测量电极阵列，覆盖范围为36mm×36mm，测试点位不少于72个，可用于液体(如大脑)中的电场测量；由采集芯片AD7994检测电场和被刺激物阻抗(被刺激物的电阻)的大小，芯片采样率50kHz以上，阻抗小于10千欧姆不进行刺激。电场强度测试范围0-20V/m，可测频率范围1-5kHz，分辨率0.001V/m；输出X向和Y向电场强度分量以及整体电场强度。

可以采用串联分压检测法检测被刺激物阻抗：电流信号输出到被测试体后，串联一个电阻到地，通过ADC检测电阻所分的电压大小，由串联分压原理，可以计算得到被刺激物阻抗的大小。例如，通过以下公式计算被刺激物阻抗：R＝620*(Vsinout-Vadc)/Vadc，其中，Vsinout表示输出的正弦电压(输出的电流信号的电压)，Vadc表示采集到的电压。

可以通过以下公式计算电场强度：E＝Vadc/D，其中，Vadc表示采集到的电压，D为电极到测试点间的距离，单位m。

5、触摸屏202：

触摸屏202为触摸液晶显示屏，例如型号为DMT10600T102_02W。用户在触摸屏202上设置刺激参数，触摸屏202可以实时显示检测的电刺激信息。该电刺激信息包括采集模块150采集的被刺激物的电阻、电流信号的频率和电流信号的幅值，还包括刺激时间、刺激总时长、刺激间隔、基线电流(电流中包含的恒定直流电流)、电流信号的爬升时间以及减弱时间等。

另外，上述差频电刺激设备还包括与中央处理器120连接的通信接口，中央处理器120通过通信接口与上位机连接。通信接口可以为串行接口(串口)，即差频电刺激设备与上位机通过串口连接。中央处理器120接收触摸屏202上的刺激参数，传输刺激参数、上述电刺激信息以及电场信息至上位机，以使上位机获得信息并进行显示。中央处理器120同时输出刺激参数给信号发生模块130，经恒流电路输出电流信号到电极进行刺激。

如图2所示，壳体201上设置有：触摸屏202、多个输出接口203、急停开关204、电源开关和电源插口，其中，电源开关和电源插口未在图2中示出。其中，电源插口的输入端与市电连接，其输出端与电源模块连接。

具体地，输出接口203为2个或2个以上(如图2中所示的6个输出接口203)，每个输出接口203用屏蔽线引出一对电极，用至少2个输出接口203的电极刺激被刺激物。急停开关204用于：当被刺激物出现不舒服状态或者设备出现短路状态，可人工制动急停开关204，关掉电源，强制中断刺激。

上述电极可选择银质电极，电极贴合面直径为1cm左右，弧面设计增强与被刺激部位的贴合性，通过导电性极佳的粘合剂固定在刺激面。上述电极也可选择塑料管电极，可采用盐水作为电刺激传导体，将内径为1.5mm的塑料管黏贴在被刺激部位，管内注入盐水，电刺激导线浸入盐水中从而将电流沿导线—盐水—刺激物表面传导实现刺激；还可以选择直径10-30mm的海绵电极，通过粘合剂固定在被刺激部位。

图3为本发明实施例提供的一种银质电极的结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种塑料管电极的结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种海绵电极的结构示意图，图6为本发明实施例提供的一种硅胶电极的结构示意图。参见图3-6，本实施例还提供多种电极结构，具体如下：

①银质电极+粘合剂，适用于人和动物。如图3所示，直径为1cm左右的银质电极通过粘合剂固定在被刺激部位，银质电极通过导线与输出接口203连接。其中，粘合剂采用导电型胶粘剂。

②盛装有盐水的塑料管+粘合剂+银线，适用于小型动物，如老鼠。如图4所示，银线的一端与输出接口203连接，另一端插入盐水内，内径为1.5mm的盛装有盐水的塑料管通过粘合剂固定在被刺激部位。

③海绵电极+盐水+电极载体+导线，适用于人。如图5所示，海绵电极可以为圆形海绵电极，也可以为方形海绵电极，这里对电极形状不做限定。海绵电极的直径为10-30mm，海绵电极内浸有盐水，湿润。导线的一端与输出接口203连接，另一端浸入盐水中。

在一些可能的实施例中，纱布和绷带作为电极载体。具体地，浸有盐水的海绵电极可以用纱布包裹，再用绷带固定在被刺激部位。

在另一些可能的实施例中，电极套和粘合剂作为电极载体。如图5所示，浸有盐水的海绵电极也可以通过电极套承载，再用粘合剂固定在被刺激部位。具体地，将海绵电极浸入适量盐水，放置在电极套中，电极套为圆形或方形圆环塑料材质，贴合被刺激部位的一面有纱布；电极套壳体圆环上有粘合剂，海绵电极通过粘合剂固定在被刺激部位。

④贴纸硅胶电极+导线，适用于人和动物。如图6所示，硅胶电极的直径为0.5-3cm，使用的时候将硅胶电极反面上的贴纸揭下，将硅胶电极贴合在被刺激部位。硅胶电极通过导线与输出接口203连接。

本实施例提供的差频电刺激设备涉及一种非侵入式技术，通过两对或多对的电极，将两组或者多组不同频率的高频电流输送给大脑，进行神经调节。电流会提高或降低神经元细胞的兴奋性，而此兴奋性的提高或降低则可以引起大脑功能性的改变，可以用来治疗疾病，提高认知能力，研究大脑功能。

对于健康人，该差频电刺激设备可以用于提高执行特定任务时的认知能力，如提高语言、记忆、数学、逻辑、注意力、协调等方面的能力；对于患者，可以治疗一些疾病，如：抑郁、阿尔兹海默症、中风、帕金森、癫痫等疾病；还可以应用到心理学研究，心理学研究上的应用主要涉及的是对大脑特定区域或者特定心理问题的研究，许多学者的研究方法为刺激特定区域并观察被试在进行认知任务时的各种表现，如记忆、学习、知觉、注意力等方面的研究；另外，还可以进行动物的实验研究。

实施例二：

图7为本发明实施例提供的一种差频电刺激系统的结构示意图，如图7所示，该差频电刺激系统包括如上述实施例一的差频电刺激设备71，还包括上位机72；上位机72与差频电刺激设备71通信连接。

具体地，上位机72与差频电刺激设备71可以通过无线通信模块连接，也可以通过串口连接，这里不做限定。差频电刺激设备71也可以称为下位机。上位机72上可以设置显示项目，如电极选择、电场显示等。刺激前，上位机72检测被刺激物的电阻，如果电阻小于或者等于10千欧姆(该数值仅为示例，且后续出现的数据与此处含义相同)，可以对被刺激物进行刺激。电阻检测合格后，用户可以在触摸屏202上点击开始刺激。

上位机72包括信息加载显示模块、实验数据记录模块、电阻报警模块和刺激结束提示模块。具体如下：

信息加载显示模块：下位机未开始刺激前和刺激中，加载并实时显示电刺激信息，另外实时显示电场动态(就是电场随时间变化的动态图像展示，以视频的形式展示给用户)；可供用户查看电场和电刺激信息的动态。

实验数据记录模块：下位机开始电刺激后，根据被刺激物(人或动物)建立文件，将刺激日期、加载的电刺激信息等内容写入文件。例如下位机开始电刺激后，显示实验数据记录对话框，用户填文件名、实验序号和存储路径并点击确定或取消按钮后，在主界面上显示对应的图标。

电阻报警模块：检测被刺激物的电阻，小于或等于10千欧姆的时候才能对被刺激物进行刺激，刺激前和刺激过程中实时检测该电阻，如果超过10千欧姆，上位机72发出报警声音，例如发出滴滴声，提示工作人员或被刺激者。此时应制动急停开关204，停止刺激。重新安放或调整极，降低电阻。

刺激结束提示模块：下位机刺激结束，跳出提示对话框，提示刺激结束，停止显示电场动态及电刺激信息。

图8为本发明实施例提供的一种上位机的工作流程示意图，如图8所示，上位机72的工作流程如下：

步骤S801，连接下位机。

步骤S802，判断是否连接成功。

如果是，进入主界面，可以提示连接成功后执行步骤S803，例如显示连接成功对话框和对应的图标，也可以直接执行步骤S803；如果否，提示连接失败，例如显示连接失败对话框和对应的图标，等待用户检查下位机，然后重新执行步骤S801。

步骤S803，选择电极组合。

选择的电极组合与刺激参数对应。每次至少选两对电极，电极是成对选择，成对使用。进行电极选择时，电极分为头部电极和配对电极两类，每类包括多个电极。以选两对电极、且头部电极包括电极1-电极4四个电极，配对电极包括电极5-电极8四个电极为例，若第一对电极的头部电极选择电极1，配对电极选择电极6，则选择第二对电极时，头部电极仅电极2、电极3、电极4为可选状态，配对电极仅电极5、电极7、电极8为可选状态。然后分别执行步骤S804和S808。

步骤S804，电极连接检测。

通过串口接收下位机上传的被刺激物的电阻，以进行电极连接检测。

步骤S805，判断电极组合是否连接合格。如果是，执行步骤S806；如果否，调整电极，重新执行步骤S804。

步骤S806，记录实验数据。

通过串口接收下位机上传的电刺激信息和电场信息，并进行实验数据的记录。然后分别执行步骤S807和步骤S808。

步骤S807，加载并显示电刺激信息。

显示电刺激信息包括实时显示被刺激物的电阻数值，以及该电阻随时间变化的动态图像。

步骤S808，显示电场动态。

根据步骤S803选择的电极组合的情况确定电场模型，将步骤S806获取的电场信息代入电场模型中，该电场模型根据电场信息以视频的形式呈现实时电场动态。

实施例三：

本实施例还提供了一种差频电刺激方法，应用于上述实施例二的差频电刺激系统的上位机72。图9为本发明实施例提供的一种差频电刺激方法的流程示意图，如图9所示，该方法包括以下几个步骤：

步骤S901，获取差频电刺激设备发送的刺激参数，并确定该刺激参数对应的电极组合。

步骤S902，获取差频电刺激设备发送的被刺激物的电阻，根据该被刺激物的电阻判断上述电极组合是否连接合格。

具体地，判断被刺激物的电阻是否小于或者等于预设的电阻值；预设的电阻值可以根据实际情况设置，例如为10千欧姆。如果是，确定该电极组合连接合格；如果否，确定该电极组合连接不合格。

步骤S903，当上述电极组合连接合格时，获取差频电刺激设备发送的电场信息。

步骤S904，将电场信息输入与电极组合对应的电场模型中，得到并实时显示电场动态图像。

进一步地，上述方法还包括：

电刺激过程中，实时获取、显示被刺激物的电阻，并根据该被刺激物的电阻监测电极组合是否连接合格；当电极组合连接合格时，接收差频电刺激设备发送的电刺激信息；根据上述电刺激信息记录被刺激物的实验数据，并实时显示该电刺激信息；当电极组合连接不合格时，发出报警提醒。

本发明实施例提供的差频电刺激系统和方法，与上述实施例提供的差频电刺激设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的差频电刺激系统和方法的具体工作过程，可以参考前述差频电刺激设备实施例中的对应过程，在此不再赘述。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例所提供的进行差频电刺激方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种差频电刺激设备，其特征在于，包括顺次连接的输入模块、中央处理器、信号发生模块和信号输出模块；所述信号输出模块包括多个输出接口，每个所述输出接口连接一对电极；至少两对所述电极设置在被刺激物的被刺激部位；

所述中央处理器通过所述输入模块接收刺激参数，根据所述刺激参数发送控制信号至所述信号发生模块；所述刺激参数包括刺激电流值、刺激频率和刺激时长；

所述信号发生模块根据接收的所述刺激参数产生多路不同频率的电流信号，并发送至所述信号输出模块；

所述信号输出模块将多路所述电流信号通过多个所述输出接口传输至对应的多对电极，以使所述被刺激物上多路所述电流信号的交叉区域产生差频信号。

2.根据权利要求1所述的差频电刺激设备，其特征在于，所述信号发生模块包括波形发生器、第一数字电位器、电压源、第二数字电位器和放大器；

所述波形发生器与所述中央处理器的输出端连接，并通过所述第一数字电位器与所述放大器的第一输入端连接；所述电压源通过所述第二数字电位器与所述放大器的第二输入端连接；所述放大器的输出端与所述信号输出模块连接；

所述波形发生器用于根据接收的所述刺激参数产生多路正弦信号，并发送至所述第一数字电位器；所述第一数字电位器用于调整所述正弦信号的幅值；所述电压源通过所述第二数字电位器和所述放大器，对幅值调整后的正弦信号进行偏移电流的调整；所述放大器输出经幅值和偏移电流调整的正弦信号。

3.根据权利要求1所述的差频电刺激设备，其特征在于，所述差频电刺激设备还包括与所述中央处理器连接的采集模块；

所述采集模块用于采集电刺激信息以及所述被刺激物的电场信息；其中，所述电刺激信息包括所述被刺激物的电阻、所述电流信号的频率、所述电流信号的幅值。

4.根据权利要求3所述的差频电刺激设备，其特征在于，所述输入模块包括触摸屏；

所述触摸屏用于接收用户输入的刺激参数，以及实时显示所述电刺激信息。

5.根据权利要求3所述的差频电刺激设备，其特征在于，所述差频电刺激设备还包括与所述中央处理器连接的通信接口；

所述中央处理器通过所述通信接口与上位机连接，所述中央处理器还用于传输所述刺激参数、所述电刺激信息以及所述电场信息至所述上位机。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的差频电刺激设备，其特征在于，所述差频电刺激设备还包括壳体；

所述中央处理器和所述信号发生模块均设置在所述壳体内，所述输入模块和所述输出接口均设置在所述壳体的外表面，所述电极设置在所述壳体外。

7.一种差频电刺激系统，其特征在于，包括如上述权利要求1-6中任一项所述的差频电刺激设备，还包括上位机；

所述上位机与所述差频电刺激设备通信连接。

8.一种差频电刺激方法，其特征在于，应用于如上述权利要求7所述的差频电刺激系统的上位机，所述方法包括：

获取所述差频电刺激设备发送的刺激参数，并确定所述刺激参数对应的电极组合；

获取所述差频电刺激设备发送的被刺激物的电阻，根据所述被刺激物的电阻判断所述电极组合是否连接合格；

当所述电极组合连接合格时，获取所述差频电刺激设备发送的电场信息；

将所述电场信息输入与所述电极组合对应的电场模型中，得到并实时显示电场动态图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述被刺激物的电阻判断所述电极组合是否连接合格，包括：

判断所述被刺激物的电阻是否小于或者等于预设的电阻值；

如果是，确定所述电极组合连接合格。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

电刺激过程中，实时获取、显示所述被刺激物的电阻，并根据所述被刺激物的电阻监测所述电极组合是否连接合格；

当所述电极组合连接合格时，接收所述差频电刺激设备发送的电刺激信息；

根据所述电刺激信息记录所述被刺激物的实验数据，并实时显示所述电刺激信息；

当所述电极组合连接不合格时，发出报警提醒。