CN110585595A - 基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及α脑波诱导领域,现有经颅微电流刺激法易出现极化现象,刺激效果会明显减弱,本发明提供了一种基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,包括:步骤一:获取用户脑波中α脑波的能量占比Δα;步骤二:设置α脑波目标预设值Δα‑Thread,根据获取的用户脑波中α脑波的能量占比Δα和Δα‑Thread大小关系,通过选择经颅微电流的工作模式确定经颅微电流的输出参数,在模式一的状态下,经颅微电流输出波形的功率保持不变,经颅微电流输出电波的频率不断调整;在模式二的状态下经颅微电流输出电波的频率保持不变,经颅微电流输出波形的占空比不断调整;步骤三:在任一的工作模式下,经颅微电流累积释放时间达到预设输出总时间后停止。
Description
技术领域
本发明涉及α脑波诱导领域,更具体地说是基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法和系统。
背景技术
脑波是神经元细胞之间传递信息时产生的生物电信号,其中的α波是四种基本脑波之一,其频率范围在8~12Hz左右。研究表明,当人们的大脑频率处于α波时,能够促进灵感的产生,加速信息收集,增强记忆力,促进学习与思考。
为此,出现了使用脑电波诱导器来诱导α脑波,以便增加学习、思考和记忆力。CES是Cranial Electrotherapy Stimulation 的英文简称,翻译为经颅微电流刺激,其原理是通过特殊设计的波形和频率的微电流弥散性刺激大脑边缘系统,影响和改善异常的脑电波,主要是增加脑波中α波的占比。
现有诱导α脑波进行脑波频率改善的经颅微电流刺激疗法普遍采用幅值或频率固定的输出波形作为刺激电流的波形,由此导致其在经过长时间使用后,被刺激部位细胞会出现极化现象,刺激效果会明显减弱,从而导致其刺激效果不理想。
因此,在长期使用经颅微电流刺激疗法中,避免或改善被刺激部位细胞出现极化现象是迫切急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中存在的缺陷,目的在于提供基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法和系统,能够根据脑波中α波的占比,动态调节用于刺激的微电流参数,从而避免或缓解微电流长期刺激而出现的极化现象。
为实现上述目的,本发明一方面通过以下技术方案得以实现:基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,包括:步骤一:获取用户脑波中α脑波的能量占比Δα;步骤二:设置α脑波目标预设值Δα-Thread,根据获取的用户脑波中α脑波的能量占比Δα和Δα-Thread大小关系,调节经颅微电流的输出参数;通过选择经颅微电流的工作模式确定经颅微电流的输出参数,所述工作模式包括模式一和模式二;在模式一的状态下,经颅微电流输出波形的功率保持不变,经颅微电流输出电波的频率不断调整;在模式二的状态下经颅微电流输出电波的频率保持不变,经颅微电流输出波形的占空比不断调整;步骤三:在步骤二中任一的工作模式下,经颅微电流累积释放时间达到预设输出总时间后停止。
通过两种不同工作模式,改变经颅微电流的输出参数,当用户的α脑波达到目标预设值时或在累积经颅微电流累积时间达到预设输出总时间后停止,使得在使用经颅微电流进行刺激的过程中,经颅微电流的参数会随α脑波的能量占比及时得到调整且反应灵活,延缓被刺激部位细胞出现极化现象的过程,能改善使用效果。
本发明进一步优选方案为:在所述步骤一中,设定工作帧为t,获取每一帧用户脑波中α脑波的能量占比Δα;在所述步骤二中,根据当前工作帧获取的Δα和Δα-Thread大小关系,调节下一工作帧中经颅微电流的输出参数;在所述步骤三中,所述预设输出总时间为Ts,预设输出总时间Ts由n个时长相等的工作帧t组成;Ts>0,n=Ts/t。
本发明进一步优选方案为:所述工作帧t的时长为10s至90s,n个工作帧依次且连续。
本发明进一步优选方案为:当所述工作模式选择为模式一时,第i-1个工作帧结束时获得的用户脑波中α脑波的能量占比为Δαi-1,当Δαi-1小于预设值Δα-Thread时,则在第i个工作帧开始时所述经颅微电流输出参数中输出波形的频率在当前工作帧中为f(i),直至 Δαi-1等于或大于预设值Δα-Thread时停止,i∈N且2≤i≤n;相邻工作帧中的频率F满足:当f(i)≤100Hz时,f(i)=f(i-1)+Step,f(1)为默认频率,Step为改变经颅微电流输出电波的频率步长,f(1)>0,Step>0;当f(i)>100Hz时,f(i+1)=f(1)。
本发明进一步优选方案为:所述f(1)=0.5Hz,所述Step =0.5Hz。
本发明进一步优选方案为:当所述工作模式选择为模式二时,第i-1个工作帧结束时获得的用户脑波中α脑波的能量占比为Δαi-1,当Δαi-1小于预设值Δα-Thread时,则在第i个工作帧开始时所述经颅微电流输出参数中输出波形在当前工作帧的占空比为ΔD,ΔD满足:ΔD=(1–Δαi-1)*50%,ΔD∈(0%,50%),Δαi-1∈(0%,100%),i∈N且2≤i≤n。
本发明进一步优选方案为:所述经颅微电流输出电波的峰值小于600uA。
本发明进一步优选方案为:所述脑波中选取频率范围8-12Hz波段作为α脑波。
本发明另一方面提供一种基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制系统,包括经颅微电流生成电路,脑波获取电路,用于输送经颅微电流和获取脑波的电极贴片,以及用于接收脑波并控制经颅微电流生成电路的控制器,所述基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制系统使用了上述中任一项所述的控制方法。
综上所述,通过一边检测用户α脑波的能量占比,一边根据检测到的用户α脑波的能量占比的反馈来调节经颅微电流的参数,有效解决了单一固定刺激电流波形长时间刺激同一部位造成的刺激效果不理想问题,改善被刺激部位细胞出现极化现象。
附图说明
图1是本发明的步骤图。
图2是本发明使用模式一时经颅微电流输出波形图(主要变化参数是频率或周期)。
图3是本发明使用模式二时经颅微电流输出波形图(主要变化参数是占空比)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1:基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,
包括:
步骤一:设置工作帧t,工作帧t的时长为10s至90s,默认为30s;
获取每一工作帧的用户脑波,从中提取α脑波的波段,计算当前工作帧的α脑波在用户脑波中的能量占比Δα。脑波中α脑波的选取频率范围为8~12Hz。
步骤二:设置α脑波目标预设值Δα-Thread,根据获取当前工作帧用户脑波中α脑波的能量占比Δα和Δα-Thread大小比较结果,调节下一工作帧的经颅微电流的输出参数。
通过选择经颅微电流的工作模式选择改变不同类型的经颅微电流的输出参数,工作模式包括模式一和模式二。在模式一的状态下,经颅微电流输出波形的功率保持不变,经颅微电流输出电波的频率不断调整。在模式二的状态下经颅微电流输出电波的频率保持不变,经颅微电流输出波形的占空比不断调整。两种模式下经颅微电流输出电波的峰值均小于600uA。
步骤三:在步骤二中任一的工作模式下,经颅微电流累积释放时间达到预设输出总时间后停止。预设输出总时间Ts由n个时长相等的工作帧t组成,n个工作帧依次且连续,Ts>0,n=Ts/t。
在预设输出总时间为Ts内,获取每一帧用户脑波中α脑波的能量占比Δα。
在步骤二中,根据当前工作帧用户脑波中α脑波的能量占比Δα和Δα-Thread大小关系,调节下一工作帧中经颅微电流的输出参数。
工作模式选择为模式一时,第i-1个工作帧结束时获得的用户脑波中α脑波的能量占比为Δαi-1,当Δαi-1小于预设值Δα-Thread时,则在第i个工作帧开始时所述经颅微电流输出参数中输出波形的频率在当前工作帧中为f(i),直至Δαi-1等于或大于预设值Δα-Thread时停止,i∈N且2≤i≤n。
相邻工作帧中的频率F满足:当f(i)≤100Hz时,f(i)=f(i-1)+Step,f(1)为默认频率,Step为改变经颅微电流输出电波的频率步长,f(1)>0,Step>0;f(1)=0.5Hz,Step =0.5Hz。
当f(i)>100Hz时,f(i+1)=f(1)。(1)为默认频率,Step为改变经颅微电流输出电波的频率步长。
工作模式选择为模式二时,第i-1个工作帧结束时获得的用户脑波中α脑波的能量占比为Δαi-1,当Δαi-1小于预设值Δα-Thread时,则在第i个工作帧开始时所述经颅微电流输出参数中输出波形在当前工作帧的占空比为ΔD。
ΔD满足:ΔD=(1–Δαi-1)*50%,ΔD∈(0%,50%),Δαi-1∈(0%,100%),i∈N且2≤i≤n。
实施例2:如图1-3所示,基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制系统,通常设置在头戴式结构的经颅微电流刺激仪上,包括经颅微电流生成电路,脑波获取电路,用于输送经颅微电流和获取脑波的电极贴片,以及用于接收脑波并控制经颅微电流生成电路的控制器。该控制系统使用了实施例1中阐述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法。
本实施例具体工作原理如下:
1、将头戴式的经颅微电流刺激仪戴到头上,并将电极贴片贴在头部指定位置。
2、打开基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制系统的电源开关,颅微电流生成电路输出的颅微电流输出波形的频率f(1)=0.5Hz。在电源开关接通后,控制器便开始通过电极贴片获取用户每一工作帧的脑波。从第1工作帧中提取频率范围在8~12Hz的脑波(即α脑波),并计算α脑波的能量占比,结果记为Δα1。
3、第1工作帧默认是30s,在第1工作帧获取脑波过程的同时,开始设置α脑波能量占比的目标预设值Δα-Thread,若不设置就以默认值为准;再选择工作模式。根据Δα1与Δα-Thread数值比较结果,在第2工作帧期间将经颅微电流的输出参数调整成所选择的工作模式下的参数。
选择模式一时:若Δα1≤Δα-Thread,则在第2工作帧开始时,控制器便控制经颅微电流生成电路,使颅微电流输出波形的频率增加一个频率步长,以f(2)=1Hz的频率输出。在第3个工作帧时,再次根据Δα2与Δα-Thread比较结果,来判断f(3)是否在f(2)的基础上增加一个频率步长,以此类推,直至Δα(i-1)等于或大于预设值Δα-Thread或累积工作帧超出预设数量n时停止(经颅微电流累积释放时间达到预设输出总时间)。
在此过程中,输出频率超出100Hz后重新回到0.5Hz开始增加。
选择模式二时:若Δα1≤Δα-Thread,则在第2工作帧开始时,控制器便控制经颅微电流生成电路,颅微电流输出波形电波的频率保持不变,改变经颅微电流输出参数中输出波形的占空比ΔD,ΔD满足:ΔD=(1–Δα1)*50%。在第3个工作帧时,再次根据Δα2与Δα-Thread比较结果,来调节ΔD,以此类推,直至Δαi-1等于或大于预设值Δα-Thread或累积工作帧超出预设数量n时停止(经颅微电流累积释放时间达到预设输出总时间)。
Claims (9)
1.基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,包括:
步骤一:获取用户脑波中α脑波的能量占比Δα;
步骤二:设置α脑波目标预设值Δα-Thread,根据获取的用户脑波中α脑波的能量占比Δα和Δα-Thread大小关系,调节经颅微电流的输出参数;通过选择经颅微电流的工作模式确定经颅微电流的输出参数,所述工作模式包括模式一和模式二;在模式一的状态下,经颅微电流输出波形的功率保持不变,经颅微电流输出电波的频率不断调整;在模式二的状态下经颅微电流输出电波的频率保持不变,经颅微电流输出波形的占空比不断调整;
步骤三:在步骤二中任一的工作模式下,经颅微电流累积释放时间达到预设输出总时间后停止。
2.根据权利要求1所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,在所述步骤一中,设定工作帧为t,获取每一帧用户脑波中α脑波的能量占比Δα;在所述步骤二中,根据当前工作帧获取的Δα和Δα-Thread大小关系,调节下一工作帧中经颅微电流的输出参数;在所述步骤三中,所述预设输出总时间为Ts,预设输出总时间Ts由n个时长相等的工作帧t组成;Ts>0,n=Ts/t。
3.根据权利要求2所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,所述工作帧t的时长为10s至90s,n个工作帧依次且连续。
4.根据权利要求3所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,当所述工作模式选择为模式一时,第i-1个工作帧结束时获得的用户脑波中α脑波的能量占比为Δαi-1,当Δαi-1小于预设值Δα-Thread时,则在第i个工作帧开始时所述经颅微电流输出参数中输出波形的频率在当前工作帧中为f(i),直至Δαi-1等于或大于预设值Δα-Thread时停止,i∈N且2≤i≤n;相邻工作帧中的频率F满足:当f(i)≤100Hz时,f(i)=f(i-1)+Step,f(1)为默认频率,Step为改变经颅微电流输出电波的频率步长,f(1)>0,Step>0;当f(i)>100Hz时,f(i+1)=f(1)。
5.根据权利要求4所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,所述f(1)=0.5Hz,所述Step =0.5Hz。
6.根据权利要求3所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,当所述工作模式选择为模式二时,第i-1个工作帧结束时获得的用户脑波中α脑波的能量占比为Δαi-1,当Δαi-1小于预设值Δα-Thread时,则在第i个工作帧开始时所述经颅微电流输出参数中输出波形在当前工作帧的占空比为ΔD,ΔD满足:ΔD=(1–Δαi-1)*50%,ΔD∈(0%,50%),Δαi-1∈(0%,100%),i∈N且2≤i≤n。
7.根据权利要求4或6所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,所述经颅微电流输出电波的峰值小于600uA。
8.根据权利要求1所述的基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制方法,其特征在于,所述脑波中选取频率范围8-12Hz波段作为α脑波。
9.基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制系统,其特征在于,包括经颅微电流生成电路,脑波获取电路,用于输送经颅微电流和获取脑波的电极贴片,以及用于接收脑波并控制经颅微电流生成电路的控制器,所述基于诱导α脑波的经颅微电流刺激的控制系统使用了权利要求1-8中任一项所述的控制方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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