CN114916939B - 穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法 - Google Patents
穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114916939B CN114916939B CN202210841852.8A CN202210841852A CN114916939B CN 114916939 B CN114916939 B CN 114916939B CN 202210841852 A CN202210841852 A CN 202210841852A CN 114916939 B CN114916939 B CN 114916939B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electroencephalogram
- regulation
- current
- probe
- main body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title claims abstract description 64
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 title claims abstract description 33
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 59
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 claims description 31
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 10
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 abstract description 9
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 7
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003925 brain function Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003920 cognitive function Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 230000008451 emotion Effects 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 210000001652 frontal lobe Anatomy 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000001595 mastoid Anatomy 0.000 description 1
- 230000004007 neuromodulation Effects 0.000 description 1
- 210000000869 occipital lobe Anatomy 0.000 description 1
- 210000001152 parietal lobe Anatomy 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229940001470 psychoactive drug Drugs 0.000 description 1
- 239000004089 psychotropic agent Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 1
- 210000003478 temporal lobe Anatomy 0.000 description 1
- 210000000857 visual cortex Anatomy 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/251—Means for maintaining electrode contact with the body
- A61B5/256—Wearable electrodes, e.g. having straps or bands
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
- A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
- A61B5/372—Analysis of electroencephalograms
- A61B5/374—Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
- A61B5/377—Electroencephalography [EEG] using evoked responses
- A61B5/383—Somatosensory stimuli, e.g. electric stimulation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
- A61B5/4076—Diagnosing or monitoring particular conditions of the nervous system
- A61B5/4088—Diagnosing of monitoring cognitive diseases, e.g. Alzheimer, prion diseases or dementia
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4836—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/02—Details
- A61N1/04—Electrodes
- A61N1/0404—Electrodes for external use
- A61N1/0472—Structure-related aspects
- A61N1/0484—Garment electrodes worn by the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
- A61N1/36025—External stimulators, e.g. with patch electrodes for treating a mental or cerebral condition
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
- A61N1/3603—Control systems
- A61N1/36031—Control systems using physiological parameters for adjustment
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Neurology (AREA)
- Psychology (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Physiology (AREA)
- Hospice & Palliative Care (AREA)
- Developmental Disabilities (AREA)
- Child & Adolescent Psychology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Social Psychology (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
本发明属于智能医学、脑机接口技术领域,具体涉及一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法,旨在解决开环刺激调控的局限性。本发明提供的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备包括设备主体和总控中心,设备主体包括多个触头,总控中心包括脑电检测模块和电流调控模块;脑电检测模块,用于检测多个触头的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块;电流调控模块,与脑电检测模块信号连接,根据多个脑电信号分析识别各个脑电信号是否超出阈值,在脑电信号超出阈值后,生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头。通过检测和反馈尽心闭环刺激,使得调控效果可重复,实现了在特定的时刻、特定的脑区以特定的电流进行神经调控。
Description
技术领域
本发明属于智能医学、脑机接口技术领域,具体涉及一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法。
背景技术
经颅电刺激技术目前已经受到广泛的关注:在疾病治疗领域,精神类药物疗效有限,而且副作用显著;而常规的脑机接口领域,尤其是针对正正常人群,用药显然也不太方便;物理神经调控,尤其是经颅电刺激,已经普遍认为对认知功能有显著改善,目前已经广泛用于临床医学、脑科学、脑机交互技术等领域。尽管目前市场上已有众多的经颅电刺激装置,但是其疗效在个体上尚缺乏可重复性的效果,这其中的主要原因之一是开环刺激调控的局限性,临床医生都仅仅是根据经验进行神经调控,在未知的脑区用未知的方式调控某个功能,使得调控效果无法有效的重复;同时,已有的脑电技术和装置都有诸多使用限制。比如:有的必须有线使用,这将约束了用户使用时的灵活性,不能随意移动;有的必须打导电膏,这种设计不仅实验前的准备非常复杂耗时,而且用户完成试验后还得清洗头发;有的无线的盐水电极使用设备,但是无法自动显示各个通道的阻抗提醒(可能需要借助第三方显示工具),使得用户无法实时发现各个通道数据是否在要求的阻抗范围内;有的设备依靠电极帽或爪形设备按压电极贴合头皮,但是个体之间的差异使得总有部分电极很难与被试的头皮具有好的贴合度,从而影响数据采集的质量。鉴于此,本发明将通过设计一种简单的穿戴式的无线脑电采集和经颅电刺激调控闭环装置,一次性解决上述所有问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,本发明提供了一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法。
本发明提供的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备包括设备主体和总控中心,设备主体包括多个触头,总控中心包括脑电检测模块和电流调控模块;脑电检测模块,用于检测多个触头的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块;电流调控模块,与脑电检测模块信号连接,根据多个脑电信号分析识别各个脑电信号是否超出阈值,在脑电信号超出阈值后,生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头。
进一步的,脑电信号包括幅值、相位或频率;补偿电流包括对特定脑电频段施加相同波形的交流电流;抑制电流包括对特定脑电频段施加相反波形的交流电流。
进一步的,脑电检测模块包括第一多通道高速开关和第一MCU,第一多通道高速开关的输入接口与各个触头信号连接,第一多通道高速开关的输出接口与第一MCU信号连接,多个触头的脑电信号经第一多通道高速开关传递至第一MCU;电流调控模块包括第二多通道高速开关和第二MCU,第二多通道高速开关的输入接口与第二MCU信号连接,第二多通道高速开关的输出接口与各个触头信号连接,由第二MCU产生的调控信号经第二多通道高速开关传递至各个触头。
进一步的,脑电检测模块配置为在第一多通道高速开关断开时停止工作以使电流调控模块独立工作,电流调控模块配置为在第二多通道高速开关断开时停止工作以使脑电检测模块独立工作。
进一步的,设备主体的各个触头均设置有独立的控制开关以及至少一个独立的电极通道;每个电极通道都可以单独的设置交流电的相位,各个电极通道在任意时刻总体相位为0;各个电极的电流强度设置通过上位机接口进行,下位机通过howland电路设计实现,误差小于1%。
进一步的,设备主体包括多个触头,触头包括连杆底座、包裹环和探头;连杆底座包括连接套,探头包括连接球,连接球插装于连接套;连接球配置为可在连接套内转动;包裹环套装于连接套并使连接套直径变小;连接套的侧壁开设有卡槽,连接球上设置有凸起,凸起卡接于卡槽内;卡槽与凸起配合,以防止探头绕自身轴线旋转,导致连接于连杆底座和探头的导线因随探头转动而卷绕;以连接套的轴线和凸起所在的平面为第一平面,卡槽与凸起的配合同时限制了探头只能在垂直于第一平面的平面内摆动,以使探头自适应头皮弧度并保持稳定。
进一步的,设备主体还包括连接杆,连接杆与连杆底座连接;连接杆由记忆塑料制成。
进一步的,探头还包括主体部,主体部与连接球连接的一侧为锥形,锥形的直径由主体部到连接球渐缩;主体部背离连接球的一侧设置有容纳槽;主体部的侧面开设有补给孔,补给孔与容纳槽连通。
本发明的另一方面,提供了一种穿戴式脑认知检测和调控方法,包括:脑电检测模块检测多个触头的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块;电流调控模块根据多个脑电信号,分析识别各个脑电信号是否超出阈值,在脑电信号超出阈值后,生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头。
进一步的,电流调控模块在脑电信号超出阈值后对脑电频段施加抑制电流,以及,在脑电信号低于阈值时对脑电频段施加补偿电流。
技术效果分析:
1)基于记忆塑料的自适应头型设计,可以适配各种形状的头型;电极末端的万向轴设计,可以确保电极与头皮垂直紧密贴合;各个脑区位置都是遵循国际10-20导联设计,用户无需具备任何脑电或神经解剖学基础。
2)该设备既可以作为单独的脑电检测设备使用,也可以作为单独的电力调控设备使用,尤其是可以作为脑功能活动检测-调控同步闭环设备使用;如果作为单独的脑电检测设备,是指只开启脑电检测模块功能,如果单独作为电力调控设备使用,是指只开启施加电刺激的的电流调控模块。
如果作为脑功能活动检测-调控同步闭环设备,是指可以实时(时间误差小于1毫秒)根据采集计算得到的脑电信号特征施加有针对性的电流调控,以此实现在特定的时刻、特定的脑区以特定的电流进行实时个体化神经调控。
3)该设备每个电极通道都可以单独的开关控制以及作为阳极或阴极控制,所以电极可以分组分成多个单独的电流回路,每个回路可以有1个或多个阳极或阴极,只要总电流达到平衡即可(总流入等于总流出);多环路设计实现是靶向聚焦调控的基础;上述各个电极的电流强度设置通过上位机接口进行,下位机通过howland电路设计实现,误差小于1%。
4)该设备可以自行佩戴,头上有几个参考点辅助确定佩戴位置,包括两侧乳突位置的辅助支撑分支(压在耳朵背后的圆锥形突起位置)、中央的参考电极Cz位置(两耳连线与中央纵裂交点)、额头中间发际线位置的GND接地电极,上述三类位置基本确定了佩戴的合理性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明实施例提供的设备主体的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的设备主体中触头的分解示意图;
图3为本发明实施例提供的设备主体中中探头的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备的电路原理图。
附图标记说明:
100-触头;200-连接杆;300-U形架;110-连杆底座;120-包裹环;130-探头;111-连接套;131-连接球;132-主体部;a-卡槽;b-凸起;c-容纳槽;d-补给孔。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非旨在限制本发明的保护范围。
以下参照图1-图4结合实施例进一步说明本发明。
实施例一
本实施例提供了一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备,该设备包括设备主体和总控中心,设备主体包括多个触头100,总控中心包括脑电检测模块和电流调控模块。脑电检测模块,用于检测多个触头100的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块;电流调控模块,与脑电检测模块信号连接,根据多个脑电信号,分析识别各个脑电信号是否超出阈值,在脑电信号超出阈值后,生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头100。
具体请参见图4,以脑电检测模块为模块B,以电流调控模块为模块A,设备主体包括多个触头100,各个触头100分别采集脑电检测信号,脑电检测信号传递至模块A,然后由A判断异常脑区的位置、异常的模式、疾病的类型/亚型及严重程度等,然后相应的对调控电流模式进行自动编程,在对应的靶区脑区产生合适幅度、相位及频率的电流,形成响应的回路及子回路(全脑可以形成多个独立的电流回路)。
脑电信号包括幅值、相位或频率;补偿电流包括对特定脑电频段施加相同波形的交流电流;抑制电流包括对特定脑电频段施加相反波形的交流电流。当然还有其他形式的施加补偿电流或者抑制电流的方式,在此不再赘述。
关于脑电检测模块和电流调控模块的电路图,请参见图4,
脑电检测模块包括第一多通道高速开关和第一MCU,第一多通道高速开关的输入接口与各个触头100信号连接,第一多通道高速开关的输出接口与第一MCU信号连接,多个触头100的脑电信号经第一多通道高速开关传递至第一MCU;优选的,在触头100设置为16个的情形下,第一多通道高速开关设置为2*8通道高速开关。更进一步地,在第一多通道高速开关和第一MCU之间还设置有带通滤波单元和2*8通道A/D,带通滤波单元的输入接口与第一多通道高速开关的输出接口连通,带通滤波单元的输出接口与2*8通道A/D连通,2*8通道A/D与第一MCU连通。
更进一步的,脑电检测模块还跟低功耗蓝牙连接,移动终端可以通过蓝牙施加远程指令至第一MCU。
电流调控模块包括第二多通道高速开关和第二MCU,第二多通道高速开关的输入接口与第二MCU信号连接,第二多通道高速开关的输出接口与各个触头100信号连接,由第二MCU产生的调控信号经第二多通道高速开关传递至各个触头100。优选的,在触头100设置为16个的情形下,第二多通道高速开关设置为2*8通道高速开关。更进一步的,在第二多通道高速开关和第二MCU之间还设置有VCCS和2*8通道D/A,2*8通道D/A的输入接口与第二MCU的输出接口连通,2*8通道D/A的输出接口与VCCS连通,VCCS的输出接口与第二多通道高速开关连通。
更进一步的,第二MCU还通过电压采集电路采集各个触头100的电压,电压采集电路通过高速A/D将电压信号传递至第二MCU。
更进一步的,第二MCU还采集6轴加速度传感器的姿态信号,通过姿态信号的调整调控施加给触头100的电流。
本实施例中,脑电检测模块配置为在第一多通道高速开关断开时停止工作以使电流调控模块独立工作,
电流调控模块配置为在第二多通道高速开关断开时停止工作以使脑电检测模块独立工作。
据此,本方案的设备具有三种使用模式:
模式一:单独的脑电检测设备使用,如果作为单独的脑电检测设备,是指只开启脑电检测模块功能。
模式二:作为单独的电力调控设备使用,如果单独作为电力调控设备使用,是指只开启施加电刺激的的电流调控模块。
模式三:作为脑功能活动检测-调控同步闭环设备使用,如果作为脑功能活动检测-调控同步闭环设备,是指可以实时(时间误差小于1毫秒)根据采集计算得到的脑电信号特征施加有针对性的电流调控,以此实现在特定的时刻、特定的脑区以特定的电流进行实时个体化神经调控。
还需要说明的是:设备主体的各个触头100均设置有独立的控制开关以及至少一个独立的电极通道;每个电极通道都可以单独的设置交流电的相位,各个电极通道在任意时刻总体相位为0;各个电极的电流强度设置通过上位机接口进行,下位机通过howland电路设计实现,误差小于1%。
以下对设备主体的具体结构进行说明:
设备主体包括多个触头100,触头100包括连杆底座110、包裹环120和探头130;连杆底座110包括连接套111,探头130包括连接球131,连接球131插装于连接套111;连接球131配置为可在连接套111内转动;包裹环120套装于连接套111并使连接套111直径变小;连接套111的侧壁开设有卡槽a,连接球131上设置有凸起b,凸起b卡接于卡槽a内;卡槽a与凸起b配合,以防止探头130绕自身轴线旋转,导致连接于连杆底座110和探头130的导线因随探头130转动而卷绕;以连接套111的轴线和凸起b所在的平面为第一平面,卡槽a与凸起b的配合同时限制了探头130只能在垂直于第一平面的平面内摆动,以使探头130自适应头皮弧度并保持稳定。
探头130可在压力作用下通过连接球131实现相对于连杆底座110的摆动。由于压力通过连接球131施加到头皮,因此当探头130与头皮的接触点在探头130边缘时,连接球131和接触点的连线不与探头130与头皮接触的平面垂直,导致探头130在压力作用下发生摆动;当探头130摆动至与头皮的接触点位于探头130中部时,连接球131与接触点连线垂直于探头130与头皮接触的平面,形成稳定的支撑,此时探头130与头皮的接触面积大,贴合度更好。而常规触头由于无法摆动,在发生触头的边缘与头皮接触时仍能实现稳定的支撑,无法有效贴合头皮。
此外,由于触头100与设备主体需由导线连接,故有导线从探头130经过连杆底座110,当发生连接球131绕连接套111的轴线旋转时,固定在探头130上的导线会发生卷绕,通过卡槽a与凸起b的配合,限制连接球131的转动,使探头130不能绕连接套111的轴线转动。探头130只能在垂直于第一平面的平面内在一定角度范围内摆动,在保证与头皮贴合的同时,避免了导线的卷绕,防止导线损坏或影响探头的摆动,同时避免在使用过程中因探头130发生转动,导致支撑不稳,影响试验数据。
本实施例的可选方案中,两个卡槽a绕连接套111的轴线均布,卡槽a的开口方向平行于连杆底座110的轴线。相应的,两个凸起b绕探头130的轴线均布,以使连接球131受力均衡,更为稳定。可选的,卡槽a宽度可大于凸起b,使探头130可绕连接套111的轴线在一定角度内旋转,在避免导线卷绕的同时,使探头130具有更大的活动度,以便更好地与头皮贴合。
本实施的可选方案中,探头130还包括主体部132,主体部132与连接球131连接的一侧为锥形,锥形的直径由主体部132到连接球131渐缩,如图1所示。通过锥形的设置,使相同高度的探头130在摆动时具有更大的摆动角度,提高探头130对头皮的适应性。
具体而言,当探头130摆动时,可摆动至锥形的母线与包裹环120贴合。当主体部132为圆柱形时,探头130在摆动微小的角度后即与包裹环120贴合,在同样的摆动角度范围内,需要保持与包裹环120更大的距离,这种情况下,探头130的高度需要加长,不利于探头130与头皮接触的稳定性。
本实施例的可选方案中,主体部132背离连接球131的一侧设置有容纳槽c,用于容纳电极,如图3所示。具体而言,可在容纳槽c内防止由柱状海绵浸泡盐水制成的电极,也可在容纳槽c内设置导电膏。
进一步的,主体部132的侧面开设有补给孔d,补给孔d与容纳槽c连通,在阻抗或贴合度降低时,通过补给孔d补充盐水或导电膏,便于长时间的检测。
本实施例的可选方案中,包裹环120使连接套111的直径缩小,从而将连接球131所在连接套111内并使连接球保持一定的活动度。具体而言,包裹环120选用螺母,连接套111的外侧设置有外螺纹,便于进行探头130的拆装,提高可维护性。
在使用时,若探头130的边缘与头皮接触,则在压力作用下,头皮向主体部132施加一个垂直于主体部132端面的力,由于主体部132可绕连接球131上,主体部132在此力的作用下绕连接球131摆动至主体部132的中部与头皮接触。此时头皮向主体部132施加的垂直于主体部132端面的力的作用线经过连接球131,因此探头130可保持稳定,此时主体部132的中部与头皮接触,可以达到最优的贴合度。
设备主体还包括连接杆200,如图1所示,连接杆200与连杆底座110连接;连接杆200由记忆塑料制成,在120°的极限弯折情况下持续12小时仍可恢复原有形状,使得此连杆可反复使用,并能够适配不同大小和形状的头型,使电极能够在1-2牛顿左右的力的作用下贴合头皮。穿戴时,通过连接杆200施加的压力使探头130的中部与头皮贴合,保证良好的接触。
进一步的,设备主体还包括U形架300,多个连接杆200固定于U形架300上,使触头100可包围头部。佩戴时U形架300卡在头部以实现固定。具体而言,U形架300采用记忆塑料制成。进一步的,U形架300与连接杆200一体成型。
本实施例的可选方案中,设备主体还包括电极,用于实现脑电检测。电极与探头130连接,具体而言,电极可由柱状海绵浸泡盐水制成,并固定于容纳槽c内。每次使用前盐水浸泡柱状海绵后可以连续使用40分钟以上,同时阻抗变化不超过10%,无需打导电膏等额外步骤;对于长时间的使用,可通过补给孔d随时加注盐水以保证在阻抗阈值以下使用,相比于采用导电膏的方式,试验后无需进行头皮清理。
在一些实施例中,电极由导电膏制成,将导电膏涂抹于探头130,即设置于容纳槽c内。借助导电膏阻抗小,同时不易挥发的特点来支持低阻抗的长时间的实验。
本实施例的可选方案中,电极以国际标准的解剖位置空间布置方式设计,按照国际通用10-20标准设计排布,覆盖了额叶、颞叶、枕叶及顶叶部分脑区,所包含的解剖位置包括O1, P7, T7, C3, F7, FC5, AF3, F3, O2, P8, T8, C4, F8, FC6, AF4, F4共18个电极位置,其中包含一个接地GND电极和一个参考电极,其余为作用电极。该种设计可以满足大部分的高级认知功能研究、情绪分析研究以及视觉皮层功能研究等,用户不需要专业的脑科学或神经解剖学的知识就可以直接佩戴使用,并且可以达到专业解剖位置的识别效果。
本实施例的可选方案中,每个电极都连接有相应的阻抗指示灯,该指示灯可以实时的显示该触点的阻抗大小,以提示该通道信号是否需要调整,以确保各个通道数据要求的阻抗范围内,保证试验质量。当电极实际接触阻抗超过阈值之后,指示灯会红灯闪烁提醒,表明此时电极与头皮基础不好,需要进行位置微调或补充盐水。
本实施例的可选方案中,设备主体使用电池供电,并设置有显示屏用于显示电量。
本实施例的可选方案中,设备主体仅设置一个实体功能按键,用于实现开机、关机、电量显示和程序更新功能。具体而言,开机和关机需要长按3秒即可,电量显示需要单次按键,程序更新则需要长按8秒。在显示屏显示电量后可自动息屏,以减少电量消耗。
进一步的,设备主体采用有USB接口,同时兼具充电和数据传输功能。采用USB设备传输数据时采样频率可以在4000Hz以上。此外,默认的数据传输通过低功耗蓝牙实现,采样频率为976Hz,满足常规的脑机交互技术研究及其他脑科学研究。
佩戴设备主体时连接杆200的变形提供压力,将触头100压在头皮上,并通过此压力使探头130自行调整位置,达到与头皮的最大贴合度,保证了触头100与头皮的接触,避免了单独对每个触头100进行调整,方便佩戴的同时使电极与头皮垂直贴紧,提高了操作效率和采集数据的质量。
实施例二
本实施例提供了一种穿戴式脑认知检测和调控方法,包括如下步骤:
S1:脑电检测模块检测多个触头100的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块;
S2:电流调控模块根据多个脑电信号,分析识别各个脑电信号是否超出阈值,在脑电信号超出阈值后,生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头100。
S1步骤中,具体而言:电流调控模块在脑电信号超出阈值后对脑电频段施加抑制电流,以及,在脑电信号低于阈值时对脑电频段施加补偿电流。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件,尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述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。
此外,还需要说明的是,在本发明的描述中,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。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备,其特征在于,包括
设备主体和总控中心,所述设备主体包括多个触头(100),所述总控中心包括脑电检测模块、电流调控模块和6轴加速度传感器;
所述脑电检测模块,用于检测多个所述触头(100)的多个脑电信号并将多个所述脑电信号传输至所述电流调控模块;
所述电流调控模块,与所述脑电检测模块信号连接,根据多个所述脑电信号分析识别各个所述脑电信号是否超出阈值,在所述脑电信号超出阈值后,生成补偿电流或抑制电流并作用至对应所述触头(100);
所述脑电信号包括幅值、相位或频率;
所述补偿电流包括对特定脑电频段施加相同波形的交流电流;
所述抑制电流包括对特定脑电频段施加相反波形的交流电流;
所述设备主体的各个所述触头(100)均设置有独立的控制开关以及至少一个独立的电极通道;每个电极通道都可以单独的设置交流电的相位,各个电极通道在任意时刻总体相位为0;各个电极的电流强度设置通过上位机接口进行,下位机通过howland电路设计实现,误差小于1%;
所述脑电检测模块包括第一多通道高速开关和第一MCU,所述第一多通道高速开关的输入接口与各个所述触头(100)信号连接,所述第一多通道高速开关的输出接口与所述第一MCU信号连接,多个所述触头(100)的脑电信号经所述第一多通道高速开关传递至所述第一MCU;
所述电流调控模块包括第二多通道高速开关、第二MCU、电压采集电路和高速A/D,所述第二多通道高速开关的输入接口与所述第二MCU信号连接,所述第二多通道高速开关的输出接口与各个所述触头(100)信号连接,由所述第二MCU产生的调控信号经所述第二多通道高速开关传递至各个所述触头(100);
所述第二MCU还通过所述电压采集电路采集各个所述触头(100)的电压,所述电压采集电路通过所述高速A/D将电压信号传递至所述第二MCU;
所述第二MCU还采集所述6轴加速度传感器的姿态信号,通过姿态信号的调整调控施加给所述触头(100)的电流。
2.根据权利要求1所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备,其特征在于,
所述脑电检测模块配置为在所述第一多通道高速开关断开时停止工作以使所述电流调控模块独立工作;
所述电流调控模块配置为在所述第二多通道高速开关断开时停止工作以使所述脑电检测模块独立工作。
3.根据权利要求2所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备,其特征在于,
所述设备主体包括多个所述触头(100),所述触头(100)包括连杆底座(110)、包裹环(120)和探头(130);
所述连杆底座(110)包括连接套(111),所述探头(130)包括连接球(131),所述连接球(131)插装于所述连接套(111);
所述连接球(131)配置为可在所述连接套(111)内转动;
所述包裹环(120)套装于所述连接套(111)并使所述连接套(111)直径变小;
所述连接套(111)的侧壁开设有卡槽(a),所述连接球(131)上设置有凸起(b),所述凸起(b)卡接于所述卡槽(a)内;
所述卡槽(a)与所述凸起(b)配合,以防止所述探头(130)绕自身轴线旋转,导致连接于所述连杆底座(110)和所述探头(130)的导线因随所述探头(130)转动而卷绕;
以所述连接套(111)的轴线和所述凸起(b)所在的平面为第一平面,所述卡槽(a)与所述凸起(b)的配合同时限制了所述探头(130)只能在垂直于所述第一平面的平面内摆动,以使所述探头(130)自适应头皮弧度并保持稳定。
4.根据权利要求3所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备,其特征在于,
所述设备主体还包括连接杆(200),所述连接杆(200)与所述连杆底座(110)连接;
所述连接杆(200)由记忆塑料制成。
5.根据权利要求4所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备,其特征在于,
所述探头(130)还包括主体部(132),所述主体部(132)与所述连接球(131)连接的一侧为锥形,锥形的直径由所述主体部(132)到所述连接球(131)渐缩;
所述主体部(132)背离所述连接球(131)的一侧设置有容纳槽(c);
所述主体部(132)的侧面开设有补给孔(d),所述补给孔(d)与所述容纳槽(c)连通。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210841852.8A CN114916939B (zh) | 2022-07-18 | 2022-07-18 | 穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210841852.8A CN114916939B (zh) | 2022-07-18 | 2022-07-18 | 穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114916939A CN114916939A (zh) | 2022-08-19 |
CN114916939B true CN114916939B (zh) | 2022-11-08 |
Family
ID=82815667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210841852.8A Active CN114916939B (zh) | 2022-07-18 | 2022-07-18 | 穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114916939B (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN204411500U (zh) * | 2014-12-23 | 2015-06-24 | 先進電子醫療工業有限公司 | 头戴式无线控制经颅电刺激仪 |
CN106039578A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-10-26 | 付金龙 | 一种穿戴式治疗设备以及设备控制方法 |
CN111346297A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-30 | 首都医科大学宣武医院 | 多靶点电刺激电路、电刺激器及其信号输出方法 |
CN114733067A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-07-12 | 首都医科大学宣武医院 | 非植入式多靶点反馈式电刺激器 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101537228B (zh) * | 2009-04-23 | 2012-08-22 | 哈尔滨奥博医疗器械有限公司 | 经颅磁电脑病治疗仪 |
CN108703751B (zh) * | 2018-04-27 | 2020-11-06 | 广西医科大学 | 一种心脑肌电检测装置 |
CN109364371A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 大连理工大学 | 一种反馈式动物神经电刺激装置 |
US20210307684A1 (en) * | 2018-12-14 | 2021-10-07 | Brainpatch Limited | System and method for implementing a stimulation protocol |
CN113730800A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-12-03 | 深圳英智科技有限公司 | 一种电流刺激及脑电采集一体的电极帽 |
-
2022
- 2022-07-18 CN CN202210841852.8A patent/CN114916939B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN204411500U (zh) * | 2014-12-23 | 2015-06-24 | 先進電子醫療工業有限公司 | 头戴式无线控制经颅电刺激仪 |
CN106039578A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-10-26 | 付金龙 | 一种穿戴式治疗设备以及设备控制方法 |
CN111346297A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-30 | 首都医科大学宣武医院 | 多靶点电刺激电路、电刺激器及其信号输出方法 |
CN114733067A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-07-12 | 首都医科大学宣武医院 | 非植入式多靶点反馈式电刺激器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114916939A (zh) | 2022-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9393401B2 (en) | Wearable transdermal neurostimulator having cantilevered attachment | |
US8805527B2 (en) | Wireless physiological monitoring | |
RU2650042C2 (ru) | Устройство для электростимуляции | |
EP2758126B1 (en) | Devices and system for treating pain with electrical stimulation | |
US8112139B2 (en) | Skin screw electrode | |
WO2017106878A1 (en) | Apparatuses and methods for transdermal electrical stimulation of nerves to modify or induce a cognitive state | |
CN104874102A (zh) | 一种多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统 | |
US7974699B2 (en) | Vision regeneration assisting device | |
CN213488872U (zh) | 一种脑电数据监测装置 | |
CN110652653B (zh) | 电刺激生发系统 | |
CN217213370U (zh) | 一种经颅电刺激的智能眼镜 | |
CN114916939B (zh) | 穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法 | |
US9504424B2 (en) | Skin screw electrodes | |
CN219090850U (zh) | 神经电刺激腕表 | |
JPH05161621A (ja) | 脳波測定方法 | |
KR20220058432A (ko) | 미주신경자극 기능을 구비하는 무선 이어폰 | |
CN208865038U (zh) | 一种用于疼痛治疗的便携式经颅直流电刺激系统 | |
EP4230252A1 (en) | Galvanic stimulation device | |
US11672483B2 (en) | Skin screw electrodes | |
CA2507789C (en) | Wireless physiological monitoring system | |
CN220632773U (zh) | 一种脑电刺激装置 | |
CN211131064U (zh) | 一种带有刺激电流调节开关的手持式柔性无线神经刺激器 | |
CN219983718U (zh) | 一种a型经颅直流电刺激装置 | |
CN219804151U (zh) | 头皮电刺激装置 | |
CN109316661A (zh) | 一种用于疼痛治疗的便携式经颅直流电刺激系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |