CN117414529A - 一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，包括如下步骤：选取预设的启动模式并获取相对应的预设参数，输出最小的工作电流至工作电路；测量工作电路的阻抗，与预设阈值进行比较；若小于预设阈值，则将工作电流增加到预设参数的设定值并进行运行直至结束；若大于预设阈值，则将工作电流增加到预设参数的设定值并进行运行直至结束，同时判断工作电流是否能达到设定值，并检测相应的电流状态；获取运行状态参数并上传至外部上位机以供参考。本发明可通过调节特定电流波形、幅度、极性和频率，实现多种波形组合的输出，实现刺激脑神经的目的。装置小巧、集成度高，可穿戴，成本低，具有较高的安全性与可靠性。

Description

一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法及装置

技术领域

本发明属于电子医疗仪器领域，尤其涉及一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法及装置。

背景技术

脑电刺激装置是通过脑电仿生物电刺激小脑顶核区(fastigii nucleus，FN)在国内外进行实验研究已有近四十年历史；临床使用脑电仿生电刺激仪产品也已有十余年。国内外有大量实验和报道证明电刺激FN可以明显增加局部脑血流(regional cerebralblood flow，RCBF)，改善脑循环。

现有技术中无论是脑电刺激装置还是肌电刺激装置，常见的设置方式为由单片机、D/A转换器、刺激信号合成器和刺激信号输出器组成无极性恒流电刺激器，单片机通过D/A转换器连接刺激信号合成器，最后通过刺激信号输出器到达患者，刺激信号合成器由方波信号器、调幅的方波信号器和调幅的微分型指数信号器组成，方波信号通过调幅电路生成调幅的方波信号，调幅的方波信号通过微分电路生成调幅的微分型指数信号，刺激信号输出器由双极性信号器、单极性信号器、单极性信号双极性信号输出器和刺激输出器组成，双极性信号通过全波整理电路生成单极性信号，单极性信号通过双极性控制电路生成单极性信号双极输出，单极性信号双极性输出通过压控制恒流电路变成刺激输出。可知，现有技术中为了输出方波和全波需要通过不同的信号器产生，需要的器件多，集成度低，整体装置体积大，不易搬移。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法及装置，以解决集成度低问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，包括如下步骤：

选取预设的启动模式并获取相对应的预设参数，输出最小的工作电流至工作电路；测量工作电路的阻抗，与预设阈值进行比较；

若小于预设阈值，则将工作电流增加到预设参数的设定值并进行运行直至结束；

若大于预设阈值，则将工作电流增加到预设参数的设定值并进行运行直至结束，同时判断工作电流是否能达到设定值，并检测相应的电流状态；

获取运行状态参数并上传至外部上位机以供参考。

其中，启动模式包括直流输出模式、交流输出模式、方波输出模式、三角波输出模式、随机噪声输出模式以及默认直流输出模式；

预设参数包括电流幅度、电流频率以及通电时间；

不同启动模式下相对应的预设参数之间各不相同。

具体地，工作电流经固定时间缓增至设定值，待运行结束，工作电流经固定时间缓降至0；

其中，固定时间可设置为15S。

进一步优选地，在选取预设的启动模式并获取相对应的预设参数之前还包括如下步骤，

启动配置有可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法的装置，并与装置建立通信连接，以对装置进行设置。

其中，若工作电流未能达到设定值，则工作电流保持最大电压限值状态，并检测相应的电流状态，并回到对装置进行设置的步骤。

具体地，运行状态参数包括工作电路的电流、电压、阻抗、频率以及已运行时间，并在外部上位机上显示；

通过外部上位机对工作电路的电流幅度、电流频率以及通电时间进行参数调节。

一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，配置有如上述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，包括

输入模块、主控模块、输出模块、检测模块和电源模块；

输入模块与主控模块信号连接，用于向控制模块输入控制信号；

主控模块与输出模块信号连接，用于接收控制信号以调整输出模块的输出参数；

检测模块与主控模块信号连接，用于检测主控模块中电路是否正常工作；

电源模块与主控模块电连接，用于提供电力支持。

具体地，输入模块包括上位机和蓝牙通信件；

上位机通过蓝牙通信件与主控模块信号连接，用于向主控模块输入控制信号，或从主控模块接收检测模块测量的参数。

其中，检测模块包括电流检测单元和电池容量检测单元；

电流检测单元用于检测主控模块和输出模块工作时的电流大小；

电池容量检测单元用于检测可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置的电池剩余容量。

具体地，主控模块为MCU芯片，用于基于控制信号向输出模块输出刺激电信号；

输出模块包括DA转换器，用于接收刺激电信号并调节输出电流的大小，进而输出不同的波形。

一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激设备，包括

外壳体，外壳体为头戴式结构，外壳体内设有如上述一项的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，外壳体的下方开设有容置空间，容置空间用于配戴于目标位；

电极，电极设于容置空间的顶部，电极与可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置电连接，用于接收输出模块输出的不同电流波形以产生电磁；

导线，导线分别与电极和可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置电连接。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过设置MCU芯片打开刺激电源，DA转换器与之配合以调节输出电流大小，从而在电极端输出方波或三角波。具体地，MCU根据收到的命令，打开电源模块的输出端，使得电流经MCU芯片和DA转换器后，通过运放控制与电极端电连接的控制电路中的MOS管开关，以输出对应波形。此时偏压开启，可以控制偏压，偏压也是通过运放控制MOS开关，基于设置的占空比，输出不同频率，从而实现不同波形、频率刺激脑神经的目的。本申请的装置更为小巧、集成度高，可穿戴。所需的器件更少，整体的成本更低。本发明还自带检测模块，并设计相对应的使用方法，提高装置使用的安全性与可靠性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法流程图；

图2为本发明的一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置的结构框图；

图3为本发明的一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置实施流程图；

图4为本发明的MCU芯片的电路结构图；

图5为本发明的输出模块控制电路的电路结构图；

图6为本发明的一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激设备的俯视角示意图；

图7为本发明的一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激设备的仰视角示意图。

附图标记说明

1：电极；2：导线；3：容置空间。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1和图3，本实施例提供一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，包括如下步骤：

通过上位机启动配置有可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法的装置，并与装置建立通信连接，以对装置进行设置。

设置完成后，开始初始化，接着选取预设的启动模式并获取相对应的预设参数，从而输出最小的工作电流至工作电路。其中，启动模式包括直流输出模式、交流输出模式、方波输出模式、三角波输出模式、随机噪声输出模式以及默认直流输出模式。预设参数则包括电流幅度、电流频率以及通电时间，不同启动模式下相对应的预设参数之间各不相同，从而输出不同的波形。然后测量此时工作电路的阻抗，与预设阈值进行比较。

若小于预设阈值，则将工作电流15S内缓慢增加到预设参数的设定值，并按照设定时间运行至结束，运行结束后工作电流将会在15S缓慢减少到0。

若大于预设阈值，则将工作电流在15S内缓慢增加到预设参数的设定值并按照设定时间运行直至结束。同时，需要判断工作电流是否能达到设定值，并检测相应的电流状态。具体地，若工作电流未能达到设定值，则工作电流保持最大电压限值状态，并检测相应的电流状态。若检测到电流接近0，则让状态灯显示红色，表明未正常工作，若检测到电流未达到设定值，则让状态灯显示黄色，表明未到达指定工作状态。出现上述工作电流未能达到设定值情况下，则回退到对装置进行设置的步骤，进行重新设置。

设置完成后，开始正常工作。在工作时，无论正常工作状态下还是非正常运行状态下，均需要实时获取运行状态参数并上传至外部上位机以供参考。运行状态参数包括工作电路的电流、电压、阻抗、频率以及已运行时间，并在外部上位机上显示。另外，还可以通过外部上位机对工作电路的电流幅度、电流频率以及通电时间进行参数调节，直至运行结束。

实施例2

参看图2，本实施例提供一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，配置有如实施例1的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法。其主体包括输入模块、主控模块、输出模块、检测模块和电源模块。

在本实施例中，输入模块与主控模块信号连接，用于向控制模块输入控制信号，输入模块相当于外部遥控器，主控模块相当于执行电刺激装置内部的核心模块。具体地，输入模块包括上位机和蓝牙通信件，蓝牙通信件集成在上位机中。使用者可通过上位机与主控模块蓝牙通信连接，具体为利用蓝牙通信件与主控模块建立通信连接。接着，使用者通过打开配置有实施例1的软件程序，通过蓝牙远程控制本实施例的主控模块，具体方式为向主控模块输入控制信号。当然，使用者还能从主控模块接收检测模块测量的参数，以作为本实施例工作状态的实时监测。

在本实施例中，主控模块与输出模块信号连接，用于接收控制信号以调整输出模块的输出参数。具体的，主控模块的核心为MCU芯片，可以根据控制信号的不同向输出模块输出不同的刺激电信号。控制信号包括了启动模式，包括直流输出模式、交流输出模式、方波输出模式、三角波输出模式、随机噪声输出模式以及默认直流输出模式等不同输出模式下的预设参数，即不同的电流幅度、不同的电流频率以及不同的通电时间长短。

在本实施例中，检测模块与主控模块信号连接，用于检测主控模块中电路是否正常工作。具体地，检测模块包括电流检测单元和电池容量检测单元。电流检测单元用于检测主控模块和输出模块工作时的阻抗和电流大小，以作为是否正常工作的依据，如果阻抗大于某值就会报警。电池容量检测单元用于检测本实施例的电池剩余容量，电池容量的大小可以通过DAC检测或专门的电量计检测。

电源模块与主控模块电连接，用于提供电力支持，为了节省电池的使用时长，在待机状态下MCU会把电源芯片关掉并进入待机模式下。输出模块包括DA转换器，受控于MUC，以接收刺激电信号并调节输出电流的大小，进而输出不同的波形。

参看图4和图5，在本实施例中，具体地实施如下，MCU会从上位机接收命令，打开电源模块的输出端(非供电端)。使得输出端的电流经MCU芯片和DA转换器后进入输出模块的控制电路。通过运放控制与电极端电连接的控制电路中的MOS管开关的开与关，输出对应波形。此时偏压开启，可以控制偏压，偏压也通过运放控制MOS开关，基于设置的占空比，从而输出不同频率。运行时间则根据上位机下达的命令，通过电源模块的输出端开与关，控制运行时间。

与本实施例公开的相对应可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，参考图6至图7，较优地本实施例还提供了一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激设备。

其整体结构为一外壳体，外壳体为头戴式结构，整体呈头盔状。外壳体内装有本实施例的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置。外壳体的下方开设有容置空间3，容置空间3的顶部为圆弧形，以方便配戴于目标位即头部。容置空间3的顶部铺设有若干电极1，电极1与可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置电连接，用于接收输出模块输出的不同电流波形以产生不同的电磁以作用于目标位。导线2，导线2分别与电极1和可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置电连接，起到导通的作用。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，包括如下步骤：

选取预设的启动模式并获取相对应的预设参数，输出最小的工作电流至工作电路；测量所述工作电路的阻抗，与预设阈值进行比较；

若小于所述预设阈值，则将所述工作电流增加到所述预设参数的设定值并进行运行直至结束；

若大于所述预设阈值，则将所述工作电流增加到所述预设参数的设定值并进行运行直至结束，同时判断所述工作电流是否能达到设定值，并检测相应的电流状态；

获取运行状态参数并上传至外部上位机以供参考。

2.根据权利要求1所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，所述启动模式包括直流输出模式、交流输出模式、方波输出模式、三角波输出模式、随机噪声输出模式以及默认直流输出模式；

所述预设参数包括电流幅度、电流频率以及通电时间；

不同所述启动模式下相对应的所述预设参数之间各不相同。

3.根据权利要求1所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，所述工作电流经固定时间缓增至设定值，待运行结束，所述工作电流经所述固定时间缓降至0；

其中，所述固定时间可设置为15S。

4.根据权利要求1所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，在所述选取预设的启动模式并获取相对应的预设参数之前还包括如下步骤，

启动配置有所述可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法的装置，并与装置建立通信连接，以对装置进行设置。

5.根据权利要求4所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，若所述工作电流未能达到设定值，则所述工作电流保持最大电压限值状态，并检测相应的电流状态，并回到对装置进行设置的步骤。

6.根据权利要求1所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，所述运行状态参数包括所述工作电路的电流、电压、阻抗、频率以及已运行时间，并在外部上位机上显示；

通过外部上位机对所述工作电路的电流幅度、电流频率以及通电时间进行参数调节。

7.一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，配置有如权利要求1至6任意一项所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激方法，其特征在于，包括

输入模块、主控模块、输出模块、检测模块和电源模块；

所述输入模块与所述主控模块信号连接，用于向所述控制模块输入控制信号；

所述主控模块与所述输出模块信号连接，用于接收所述控制信号以调整所述输出模块的输出参数；

所述检测模块与所述主控模块信号连接，用于检测所述主控模块中电路是否正常工作；

所述电源模块与所述主控模块电连接，用于提供电力支持。

8.根据权利要求7所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，其特征在于，所述输入模块包括上位机和蓝牙通信件；

所述上位机通过所述蓝牙通信件与所述主控模块信号连接，用于向所述主控模块输入控制信号，或从所述主控模块接收所述检测模块测量的参数。

9.根据权利要求7所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，其特征在于，所述检测模块包括电流检测单元和电池容量检测单元；

所述电流检测单元用于检测所述主控模块和所述输出模块工作时的电流大小；

所述电池容量检测单元用于检测所述可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置的电池剩余容量。

10.根据权利要求8所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，其特征在于，所述主控模块为MCU芯片，用于基于所述控制信号向所述输出模块输出刺激电信号；

所述输出模块包括DA转换器，用于接收所述刺激电信号并调节输出电流的大小，进而输出不同的波形。

11.一种可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激设备，其特征在于，包括外壳体，所述外壳体为头戴式结构，所述外壳体内设有如权利要求7至10任意一项所述的可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置，所述外壳体的下方开设有容置空间，所述容置空间用于配戴于目标位；

电极，所述电极设于所述容置空间的顶部，所述电极与所述可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置电连接，用于接收输出模块输出的不同电流波形以产生电磁；

导线，所述导线分别与所述电极和所述可调多种电流波形的可穿戴脑电刺激装置电连接。