CN109364370B - 一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法及装置，利用声学刺激模块发出的声学刺激信号通过人体耳蜗转化为电信号，电信号通过听觉神经传入中枢神经及周边系统，形成深脑电信号刺激，电脉冲刺激模块发出的电脉冲通过贴在体表的电极刺激浅脑神经，将深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动耦合；实施深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激的同步跟随以及异步参数可调的物理声电刺激干预的无创神经调控治疗。通过上述方式，使特殊声学信号的旋律和强度自动调节电脉冲的宽度和幅度，又或者使电脉冲的宽度和幅度自动调节特殊声学信号的旋律和强度，实现深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动结合。

Description

一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法及装置

技术领域

本发明涉及医疗器械及神经调控技术领域，特别是涉及一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法及装置。

背景技术

目前，由于当今社会的工作生活压力较大、生存环境差和饮食不规律等原因，现代人很容易出现各种各样的慢性神经功能障碍疾病，例如，类似耳鸣、失眠、抑郁、自闭和焦虑等症状的疾病，这些疾病若不及时治疗，会严重危及到人的身体健康安全。并且，这些慢性疾病发病率较高，更需要及时治疗和长期康复。传统的治疗有药物治疗和外科手术治疗，但是长期服用药物副作用多且难以避免，并且手术具有不可预知的恶性后果。

现在技术中，并没有见到关于深脑电信号刺激与浅脑（体表）电脉冲刺激互动结合的复合无创神经调控技术的报道和文献。比如，申请号为201420311215.0的实用新型专利公开了一种治疗耳鸣的电声刺激器，利用计算机储存有治疗耳鸣的电脉冲参数，可根据患者所选择的模式产生不同波形的电脉冲，并通过电针刺激装置输出电刺激，所述的计算机还能随机生成频率在 0 ～ 20KH Z 范围内的纯音，并能通过上述纯音刺激装置随机无序播放，可见，电脉冲与纯音刺激并无关联。

现在市场上的电脉冲外加普通音乐的产品大多是不相关连的，或者是单一方向关联的，而且音乐是为了身体舒缓放松的目的；直接添加或单一方向关联的技术都没有达到结合跟随效果，更没有根据患者检测数据制做个性化刺激调控方案，同时市面上的电脉冲都是由单一一组或者两组电脉冲组成，功能太单一，调控效果不佳，不能满足使用者的需求，需要改进。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法及装置，将电脉冲和声学信号产生双向关联，声控电、电控声互相跟随耦合刺激，利用深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动结合来进行神经刺激调控。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法，包括：

对人体进行深脑电信号刺激和/或浅脑电脉冲刺激；

将深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动耦合；

实施深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激的同步跟随以及异步参数可调的物理声电刺激干预的无创神经调控。

在本发明一个较佳实施例中，所述深脑电信号刺激由特殊声学信号刺激耳蜗而产生并沿着听觉神经通路传入脑中枢及周边系统，所述浅脑电脉冲刺激由体表电极释放电脉冲产生，所述深脑电信号和所述浅脑电脉冲分别通过神经刺激达到无创神经调控治疗康复目的。

在本发明一个较佳实施例中，所述特殊声学信号和电脉冲在刺激前预先分别设置，或在刺激过程中根据刺激进展、人体检测或者效果反馈，通过操作系统进行手动或自动生成、调节和控制。

在本发明一个较佳实施例中，所述特殊声学信号与电脉冲分别是通过软件算法和信号处理相结合而产生输出的适合人体特定神经刺激的波形和参数。

在本发明一个较佳实施例中，所述特殊声学信号包括但不限于根据人体检测复合生成的调频和/或调幅声学信号、录制的声音信号、音乐信号、自然声学信号以及复合声学信号与录制声音信号的混合，所述电脉冲包括但不限于三角波、锯齿波、矩形波、正弦波或者它们之间的组合输出。

在本发明一个较佳实施例中，通过信号处理的软件算法及实施装置，使特殊声学信号的旋律和强度自动调节电脉冲的波形、宽度和幅度，又或者使电脉冲的波形、宽度和幅度自动调节特殊声学信号的旋律和强度，实现特殊声学信号与电脉冲信号的双向耦合调节。

在本发明一个较佳实施例中，分别通过放置在耳道内或外的声音播放装置以及贴在头皮或体表上的电脉冲刺激电极实施同步跟随、异步的参数可调的物理声电刺激干预的无创神经调控。

在本发明一个较佳实施例中，通过输出电路结合软件算法，模拟人工按摩手法，对输出的电脉冲进行处理，让人体有更好的疗效和体验。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，包括：系统管理操作模块、声学信号发生模块、电脉冲信号发生模块、声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块、电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块、声学刺激模块和电脉冲刺激模块，所述系统管理操作模块分别与声学信号发生模块、电脉冲信号发生模块、声学刺激模块、电脉冲刺激模块、声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块进行连接而控制其工作，所述声学信号发生模块与声学刺激模块相连接以发送信号，所述声学刺激模块分别与声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块相连接进行互动，所述电脉冲信号发生模块与电脉冲刺激模块相连接以发送信号，所述电脉冲刺激模块分别与声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块相连接进行互动作。

在本发明一个较佳实施例中，所述声音学刺激模块置于人体的外部、耳道或者耳廓内最终通过耳道刺激耳蜗，所述电脉冲刺激模块设置在人体的头部或者体表。

本发明的有益效果是：本发明指出的一种声电互相调控、跟随耦合刺激的方法及装置，通过信号处理算法及实施技术，实现深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动结合，使特殊声学信号的旋律和强度自动调节电脉冲的宽度和幅度，也可以使脉冲的宽度和幅度自动调节特殊声学信号的旋律和强度，再分别通过放置在耳道内/外的声刺激耳机或外置喇叭和贴在头皮或体表上的电脉冲刺激电极实施同步跟随、异步的全部参数可调的物理干预神经电刺激，实现声控电、电控声互相跟随耦合刺激，可以用于神经退行性和功能障碍性疾病的治疗与康复，包括但不限于耳鸣、眩晕、睡眠障碍、抑郁、焦虑、痴呆、偏头痛、不良嗜好、疼痛管理和神经疲劳等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：

图1是本发明一种声电互相调控、跟随耦合刺激的装置一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中声学刺激模块的电路原理图；

图3是图1中声学刺激模块的工作示意图；

图4是图1中声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块的电路原理图；

图5是图1中电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块的电路原理图；

图6是图1中电脉冲刺激模块的电路原理图；

图7是图1中电脉冲刺激模块的工作示意图；

图8是利用本申请一种声电互相调控、跟随耦合刺激的装置进行实验时的电脉冲波形；

图9是利用本申请一种声电互相调控、跟随耦合刺激的装置进行实验时的声学信号波形。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

市场急需一种能够将电脉冲和声学信号（微电）产生关联，并且此种关联是经过软件算法和各种脉冲波形结合后的输出脉冲，有针对性对患者进行个性化可调的无创神经调控治疗。本申请就是基于目前市场上已有产品的缺陷，暴露的问题，而研发的一种创新性深脑电信号刺激与浅脑（体表）电脉冲刺激互动结合的复合无创神经调控技术，进而开发出一种声控电、电控声互相跟随耦合刺激的复合无创神经调控疗法和设备。

请参阅图1~图9，本发明实施例包括：

一种声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，包括：系统管理操作模块、声学信号发生模块、电脉冲信号发生模块、声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块、电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块、声学刺激模块和电脉冲刺激模块，其中：

所述系统管理操作模块分别与声学信号发生模块、电脉冲信号发生模块、声学刺激模块、电脉冲刺激模块、声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块进行连接而控制其工作，如图1所示，系统管理操作模块用来进行本装置的操作，包含的是对系统功能和参数进行设置的功能集合，它的作用就是在根据每人的不同检测和治疗结果值，系统运行做不同的算法得出不同的治疗数据输出值，达到系统运行的准备，是其他模块功能正常运行的基础，指挥各功能模块工作，由嵌入操作软件、管理系统软件、硬盘、存储、USB接口、键盘、按钮、电源等组成，可以手动或自动操作系统运行，做不同的算法，得出不同的精准治疗数据输出值，从而指挥和确保其他模块功能和系统的正确运行；

声学信号发生模块，用来产生频率为0～20kHz的正弦等波形基础信号，是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的模块；

声学刺激模块，所述声学信号发生模块与声学刺激模块相连接以发送信号， 所述声学刺激模块分别与声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块相连接进行互动， 通过软件算法或者结合采集的反馈数据，得出合适的输出数据段来自动控制各种波形曲线输出，能够产生多种波形，包括但不限于三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号，通过以上波形的单个波形，两个波形的叠加组合，三个波形的叠加组合，等多个波形的叠加组合，就是特殊声学信号刺激耳蜗转化为特殊电信号，电信号沿着听觉神经传输到神经中枢及周边系统的同时，激活神经纤维上的大量具有点兴奋性的神经元，当刺激超过其阈值时，神经元去极化产生动作电位，形成电信号从神经纤维的一端流向另一端，这些神经元动作电位形成的电信号，将冲乱神经系统里已有的杂乱信号，使其去同步化，从而减少或去除杂乱信号、恢复中枢神经的正常功能，即中枢再重塑，达到治疗耳鸣、睡眠障碍、忧郁和焦虑功能等神经功能障碍的目的，原理图见图2，示意图见图3；

图2中的U1是实现声波数字信号相互转换的一种硬件，内部DAC和ADC支持8～96kHz采样率，拥有更多的滤波电容以及功放管，经过数次级的信号放大，降噪电路，使得输出音频的信号精度提升，集成均衡器，以补偿耳机的频率响应，所以音质输出效果更好；

声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块（见图4），有电脉冲输出时，AD检测电路对电脉冲输出的幅度大小进行检测（峰值），检测后的数据反馈至CPU电路，通过软件算法得出数据来自动控制特殊声学信号输出的响度，输出的响度跟随电脉冲变化而变化，这个设计能够给患者更针对性的治疗，更全面的效果体验；

图4中的U2实现检测及运算，内部有独立的、高增益、内部频率补偿的双运算电路，利用音频幅度获取单元通过峰值检波电路检测电脉冲的实时峰值幅度，并输出对应的电压值，主控通过ADC获取该电压从而获得电脉冲的强弱，由电脉冲幅度的强弱控制声音的大小，电脉冲幅度越强，则声音越大，反之，声音越小；

电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块，有特殊声学信号输出时，利用AD检测电路对特殊声学信号输出的幅度大小进行检测，检测后的数据送至CPU电路，通过软件算法得出数据来自动控制电脉冲的宽度和幅度，电脉冲跟随声变化而变化，通过物理电脉冲刺激表皮多穴位，疏通经络，并结合通过物理声转换出微电，进行刺激并调节神经的兴奋和抑制性能，这个设计能够给使用者带来更良好的刺激或者治疗，具有更全面的效果体验；

电脉冲发生模块，所述电脉冲信号发生模块与电脉冲刺激模块相连接以发送信号，所述电脉冲刺激模块分别与声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块相连接进行互动作，通过软件算法得出数据来自动控制各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，电脉冲发生模块能够利用函数信号发生器产生多种波形，包括但不限于三角波、锯齿波、矩形波（含方波）和正弦波；

电脉冲刺激模块，电脉冲刺激模块的电路由多组独立电脉冲电路组成，包括但不限于1-10组电脉冲，电脉冲模拟了按摩大师手法进行按摩，同时包括但不限于10-128组独立电脉冲，可通过脉冲给头部、颈部、肩部、背部、手腿及脚部等身体部位进行按摩，可刺激浅脑神经、放松肌肉和减轻运动伤痛，帮助恢复身体机能，激发细胞的活力，加速患病部位的愈合或者病情恢复，提高机体免疫能力，快速恢复身体机能，原理图见图6，示意图见图7；

图6中的L1为电感，当控制信号对Q1进行控制（反复开关周期）工作后，L1就会产生储存电流，输出电容的电压升高，从而使得输出电压高于输入电压，当有电压输出时，（微电流）脉冲给头部或者体表等身体部位进行刺激按摩，Q2和Q3形成多路输出电路。

实验过程如下：

实验目的：了解适应电脉冲和特殊声学信号适合使用者的强度以及电脉冲和特殊声学信号的各个数据和波形；

实验步骤：首先将电脉冲的电极贴于人体表皮，并戴好单元发音器于外耳内，启动各个装置产生电脉冲和特殊声学信号，初始状态特殊声学信号输出信号幅度为0级，通过调整特殊声学信号的输出幅度，电脉冲检测装置会自动检测当有声学信号输出时会自行输出相应的电脉冲，调整特殊声学信号和电脉冲适合自己的强度，实现通过放置在耳道内的声刺激耳机和贴在体表上的电脉冲刺激电极实施同步跟随，使特殊声学信号的旋律和强度自动调节电脉冲的宽度和幅度，实现深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动结合；

实验数据：详见附图8和9；

实验结果：深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动结合，可以使神经退行性和功能障碍性疾病的治疗与康复，包括但不限于耳鸣、眩晕、睡眠障碍、抑郁、焦虑、痴呆、偏头痛、不良嗜好、疼痛管理和疲劳等。

人体表面的各个穴位，能正确对应人体健康病变信息，反过来把这些信息反馈到人体内部，给它一个电脉冲信号的刺激(形成外部电)，同时结合特殊声学信号通过人体耳蜗进行声学刺激，耳蜗转换的电信号对听觉和中枢进行电刺激，由耳蜗把特殊声学信号转换为特殊电信号(形成内部电)。如声音幅度为0~30级，当调节特殊声学信号的输出幅度为20级时，即输出为一定数值的模拟电信号，通过检测电路对输出的模拟电信号幅度大小进行检测，检测后的数据送至CPU电路，通过软件一系列的算法得出数值，再自动控制电脉冲的输出宽度和输出幅度，使得电脉冲跟随声学信号变化而变化，产生内部电与外部电的结合，结合后自动形成电位差，从而使电信号从神经纤维上一端流向另一端，当刺激超过阈值时，这些神经元动作电位形成的电信号，将冲乱神经系统里已有的杂乱信号，让中枢神经功能去同步化， 从而恢复中枢神经的正常功能，让被功能障碍重塑的神经实现再重塑，达到治疗睡眠障碍、忧郁和焦虑功能的目的。

反之，如电脉冲的幅度为0~10级，当调节电脉冲的幅度输出幅度为6级时，即输出为一定数值的电压，通过检测电路对输出的电压幅度大小进行检测，检测后的数据送至CPU电路，通过软件一系列的算法得出数值，再自动控制调节特殊声学信号的输出幅度，使得声学信号跟随电脉冲变化而变化，产生外部电与内部电的结合。外部电与内部电结合后自动形成电位差，从而使电信号从神经纤维上一端流向另一端，当刺激超过阈值时，这些神经元动作电位形成的电信号，将冲乱神经系统里已有的杂乱信号，让中枢神经功能去同步化，从而恢复中枢神经的正常功能，让被功能障碍重塑的神经实现再重塑，达到治疗睡眠障碍、治疗忧郁和焦虑功能的目的。

其中，内部电：戴上耳机，特殊声学信号从外耳道传入，引起鼓膜震动，带动听骨链运动，引起耳蜗内的淋巴液振动循环，使耳蜗内的听毛细胞做切割运动，将声学（机械振动）信号转换为电信号，形成内部电信号；

外部电：通过导电线和10组导电片，导电片为圆环形，圆环形的边沿成60度向内，形成圆环形凸起，以体现与人体表皮或头全面接触，10组导电电脉冲循环工作，采用频率脉冲电量，深层刺激人体细胞和相关穴位，使新的生物电脉冲能量迅速传导，形成外部电脉冲。

内部电信号进行深脑电信号刺激，外部电脉冲进行浅脑（体表）电脉冲刺激，形成深脑电信号刺激和浅脑（体表）电脉冲刺激互动结合的复合无创神经调控技术。通过声学信号控制调节电脉冲的参数和通过电脉冲控制调节声学信号的参数，特殊声学信号通过耳蜗转化为特殊电信号（微电）和物理电脉冲形成外电脉冲与内电信号互相跟随进行刺激，提供了一种崭新的精准治疗或者康复方法，无需药物和手术，避免了长期服用药物的副作用以及手术带来的不可预知的恶性后果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，包括：系统管理操作模块、声学信号发生模块、电脉冲信号发生模块、声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块、电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块、声学刺激模块和电脉冲刺激模块，所述系统管理操作模块分别与声学信号发生模块、电脉冲信号发生模块、声学刺激模块、电脉冲刺激模块、声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块进行连接而控制其工作，所述声学信号发生模块与声学刺激模块相连接以发送信号，所述声学刺激模块分别与声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块相连接进行互动，所述电脉冲信号发生模块与电脉冲刺激模块相连接以发送信号，所述电脉冲刺激模块分别与声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块和电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块相连接进行互动，声学信号跟随电脉冲信号变化控制模块在有电脉冲输出时，AD检测电路对电脉冲输出的幅度大小进行检测，检测后的数据反馈至CPU电路，通过软件算法得出数据来自动控制特殊声学信号输出的响度，输出的响度跟随电脉冲变化而变化，电脉冲信号跟随声学信号变化控制模块在有特殊声学信号输出时，利用AD检测电路对特殊声学信号输出的幅度大小进行检测，检测后的数据送至CPU电路，通过软件算法得出数据来自动控制电脉冲的宽度和幅度，电脉冲跟随声变化而变化。

2.根据权利要求1所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，所述声学刺激模块置于人体的外部、耳道或者耳廓内，通过耳道刺激耳蜗，所述电脉冲刺激模块设置在人体的头部或者体表。

3.根据权利要求1所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，应用于无创神经调控，通过声电互相调控、跟随耦合刺激的装置对人体进行深脑电信号刺激和/或浅脑电脉冲刺激；

将深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激互动耦合；

实施深脑电信号刺激与浅脑电脉冲刺激的同步跟随以及异步参数可调的物理声电刺激干预的无创神经调控。

4.根据权利要求3所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，所述深脑电信号刺激由特殊声学信号刺激耳蜗而产生并沿着听觉神经通路传入脑中枢及周边系统，所述浅脑电脉冲刺激由体表电极释放电脉冲产生，所述深脑电信号和所述浅脑电脉冲分别通过神经刺激达到无创神经调控目的。

5.根据权利要求4所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，特征在于，所述特殊声学信号和电脉冲在刺激前预先分别设置，或在刺激过程中根据刺激进展、人体检测或者效果反馈，通过操作系统进行手动或自动生成、调节和控制。

6.根据权利要求4所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，所述特殊声学信号与电脉冲分别是通过软件算法和信号处理相结合而产生输出的适合人体特定神经刺激的波形和参数。

7.根据权利要求4所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，所述特殊声学信号包括但不限于根据人体检测复合生成的调频和/或调幅声学信号、录制的声音信号、音乐信号、自然声学信号以及复合声学信号与录制声音信号的混合，所述电脉冲包括但不限于三角波、锯齿波、矩形波、正弦波或者它们之间的组合输出。

8.根据权利要求6所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，通过信号处理的软件算法及实施装置，使特殊声学信号的旋律和强度自动调节电脉冲的波形、宽度和幅度，又或者使电脉冲的波形、宽度和幅度自动调节特殊声学信号的旋律和强度，实现特殊声学信号与电脉冲信号的双向耦合调节。

9.根据权利要求6所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，分别通过放置在耳道内或外的声音播放装置以及贴在头皮或体表上的电脉冲刺激电极实施同步跟随、异步的参数可调的物理声电刺激干预的无创神经调控。

10.根据权利要求6所述的声电互相调控、跟随耦合刺激的装置，其特征在于，通过输出电路结合软件算法，模拟人工按摩手法，对输出的电脉冲进行处理。