CN1970110A

CN1970110A - 磁诱导睡眠仪

Info

Publication number: CN1970110A
Application number: CN 200610129934
Authority: CN
Inventors: 王明时; 刘凤军; 周鹏; 彭浩
Original assignee: 王明时
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-05-30

Abstract

本发明公开了一种磁诱导睡眠仪，该装置包括电源转换电路，单片机智能控制模块、升压模块、双向放电模块以及磁场发射线圈。其中：单片机智能控制模块对预先输入该装置的正常人睡眠脑电波信号进行存储、滤波、调制等信号处理，同时协调控制升压模块和双向放电模块，并对按键操作和液晶显示等人机界面进行控制；升压模块用于对脑电波信号进行放大处理，以增强其输出功率；双向放电模块用于控制放电的极性；磁场发射线圈将功率放大后的预先存储的正常人睡眠脑电波信号转化为同样波形的时变磁场，并以非接触的方式耦合到睡眠障碍患者大脑的睡眠中枢，从而达到诱导、调节其睡眠中枢的电位活动，治疗睡眠障碍，改善睡眠质量的效果。

Description

磁诱导睡眠仪

技术领域

本发明涉及一种将正常人睡眠过程的脑电波形转化成时变磁场，并将其以非接触方式耦合到睡眠障碍患者的大脑睡眠中枢，从而治疗入睡困难和多梦，易醒，睡眠质量不高，不易进入深睡等睡眠障碍的装置。

背景技术

短期的睡眠不足，会令人出现烦躁、注意力下降，浑身无力等身体不适的症状。长期的睡眠障碍所导致睡眠不足、睡眠质量不高等，更会引发人体记忆力下降，神精衰弱，癫痫，心血管系统等一系列疾病，严重威胁人的健康。因此，提高睡眠质量，对睡眠障碍患者进行及时有效的治疗至关重要。

相关研究表明，正常的睡眠一般都包括从清醒到入睡，从浅睡到深睡的过程。在此过程，脑电波呈现出明显的规律性。这种规律性总结起来，就是：清醒兴奋状态下，脑电波以低幅的β波为主，频率在13-30Hz；清醒安静时，脑电波以α波为主，频率8-12Hz，幅度稍高；刚入睡时，进入睡眠I期，脑电波中α波逐渐消失，出现θ波并逐渐变为以θ波为主，其频率范围为4-7Hz；当睡眠逐渐加深，进入睡眠II期，脑电图在以θ波为主的背景下反复出现睡眠纺锤波，其持续时间为0.5秒，间隔为2-5秒，载波频率为12-14Hz。随着睡眠的进一步加深，进入睡眠III期和IV期，脑电波频率明显变慢，波幅增高，0.5-3Hz的δ波比例增大。I、II期睡眠属于浅度睡眠，III、IV期属于深度睡眠。整个睡眠过程中，III、IV期睡眠最为重要，其所占比例越大，时间越长，睡眠质量就越好，深度睡眠时大脑可以得到充分休息，恢复疲劳的效果最好。

当出现睡眠障碍时，睡眠过程的某一阶段甚至整个睡眠过程的脑电活动将出现异常。睡眠障碍的第一种表现是难以入睡(即失眠症)，患者从清醒到入睡这一阶段的时间漫长，此时脑电波频率逐渐变低的趋势缓慢而且不明显，并伴随出现不稳定的频率跳变。睡眠障碍的第二种表现为睡眠质量不佳，易醒多梦，患者感觉似睡非睡，似醒非醒，头昏脑胀，精神恍惚。此时的脑电信号多在θ波频段，以浅度睡眠I、II期为主，深度睡眠III、IV期所占的比例很小。

研究证实，将外界时变磁场耦合到人的大脑睡眠中枢时，可在脑内产生与外磁场同步的感生电流，从而可诱导，调节人脑睡眠中枢的电位活动。由此可以预见，如果某种装置能够将正常人的睡眠过程的脑电波形转化为同样波形的时变磁场，并将此磁场耦合到睡眠障碍患者的大脑睡眠中枢，便有望调节，诱导患者的睡眠过程脑电像正常人的睡眠过程脑电规律一样进行，从而全面改善睡眠质量，彻底消除睡眠障碍。

申请人曾在《时变磁场促眠装置》(ZL专利号：93102549.4)，《电磁波耦合促眠装置》(ZL专利号：94107430.7)和《睡眠障碍康复仪》(ZL专利号：95108237.X)这三份中国专利中，先后公开了三种时变磁场促眠装置。其中，前两项发明主要针对以入睡困难为特征的第一类睡眠障碍所设计，临床试验证明，它们都可以明显缩短失眠症患者的入睡时间，效果良好。而第三项发明，即睡眠障碍康复仪，对患者整个睡眠过程进行全程刺激，不但可加速睡眠时间，而且可以增长患者第一睡眠的时间，在一定程度上提高了睡眠质量。

但是这三种装置在实际使用中，都存在一些有待改进的问题。首先，上述三种装置都是依据正常人睡眠脑电频率逐渐变慢的规律，人为模拟产生了同样频率变化规律的时变磁场来刺激患者脑睡眠中枢。这样，其实只是利用了正常人睡眠脑电的频率变化规律，而对其他一些有价值的参数，例如睡眠脑电的幅值，波形，相位等信息没有充分利用。而对这几个参数的综合利用，有望对治疗失眠障碍取得更好的效果。其次，上述三种装置均采用恒值脉冲电压输出，产生的磁场强度不可调，而不同睡眠障碍患者感应磁场的敏感度是不同的，因此可能会影响到使用效果。再者，上述三种装置均为单向放电，磁场方向不可变，这样会在磁刺激大脑时产生一定电荷的累积问题，影响使用效果。对这三个问题的进一步改进，将有利于进一步提高磁诱导治疗睡眠障碍的效果。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术所存在的缺陷，而提出一种磁诱导睡眠仪，通过对正常人入睡过程和深度睡眠III、IV期的实际典型脑电波形进行滤波，调制，放大并直接转化为强度、方向可变的时变磁场输出，使得此磁场的变化规律和正常人睡眠过程脑电波形完全一致，并且将此磁场以非接触的方式耦合到睡眠障碍患者的大脑睡眠中枢，诱导、调节其睡眠中枢的电位活动，从而加快患者入睡速度，增长III、IV期的深度睡眠时间，最大限度的改善睡眠质量。

本发明提出的技术方案是：

本发明公开了一种磁诱导睡眠仪，将正常人睡眠过程的脑电波信号转化成时变磁场，并将其以非接触方式耦合到睡眠障碍患者的大脑睡眠中枢，其特征在于：该装置包括电源转换电路，单片机智能控制模块、升压模块、双向放电模块以及磁场发射线圈，其中；

所述单片机智能控制模块对预先输入该装置的正常人睡眠脑电波信号进行存储、滤波、调制等信号处理，同时协调控制升压模块和双向放电模块，并对按键操作和液晶显示等人机界面进行控制；

所述升压模块用于对脑电波信号行放大处理；

所述双向放电模块用于控制放电的极性；

所述磁场发射线圈将功率放大后的预先存储的正常人睡眠脑电波信号转化为同样波形的时变磁场。

所述的电源转换电路包括：220交流到12V直流的AC-DC转换电路，12V到5V的转换电路，以及5V到3.3V的转换电路。

所述单片机智能控制模块包括内置的存储单元、四组I/O端口和内置的12位数模转换器，其中：

所述内置的存储单元用于存储正常人睡眠脑电波数据；

所述四组I/O端口分别用于键盘控制，液晶显示控制，PWM调制芯片SG3525A的启动与关闭，以及对双向放电电路的放电极性的控制；

所述内置12位数模转换器对所述正常人睡眠脑电波数据进行数模转换，并输出到升压电路的反馈比较端，用于控制所述升压模块的升压幅度。

所述升压模块由脉宽调制芯片和脉冲变压器组成，受单片机控制，升压幅度可控。

所述双向放电模块由4个开关MOS管及导通控制电路构成，受单片机控制，放电频率和极性可控。

所述的磁场发射线圈由线圈、骨架和外壳构成，其中线圈缠绕于扁平骨架上，并连同骨架一起安装于扁平线圈外壳中。

与现有技术相比，本发明具备以下效果：由于本发明采用了正常人入睡过程和深度睡眠III、IV期的实际典型脑电波形进行滤波，调制，放大并直接转化为强度、方向可变的时变磁场输出。充分利用了正常人睡眠脑电的所有有用信息。分别对入睡困难和多梦，易醒，睡眠质量不高，深度睡眠不够这两种睡眠障碍有着明显的疗效。临床试验表明：经过一段时间的治疗，本发明对缩短睡眠障碍患者入睡时间的总有效率达92％以上，对增加III、IV期深度睡眠比例的总有效率达到95％以上。

附图说明

图1为本发明所提出的磁诱导睡眠仪框图。

图2为本发明所提出的电源变换电路图。

图3为本发明所提出的单片机智能控制电路的资源分配示意图。

图4为本发明所提出的PWM幅值可控升压电路图。

图5为本发明所提出的双向放电模块电路图。

图6为本发明所提出的磁场发射线圈结构示意图。

具体实施方式

本发明所提出的磁诱导睡眠仪，其工作原理是：将正常人睡眠过程的脑电波形转化成时变磁场，并将其以非接触方式耦合到睡眠障碍患者的大脑睡眠中枢，从而治疗入睡困难和多梦，易醒，睡眠质量不高，不易进入深睡等睡眠障碍。

以下结合具体实施例和附图对本发明磁诱导睡眠仪作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明磁诱导睡眠仪框图，该装置包括电源转换电路10，单片机智能控制模块11、升压模块12、双向放电模块13以及磁场发射线圈14。其中：单片机智能控制模块11对预先输入该装置的正常人睡眠脑电波信号进行存储、滤波、调制等信号处理，同时协调控制升压模块12和双向放电模块13，并对按键16操作和液晶显示15等人机界面进行控制；升压模块12用于对脑电波信号行放大处理，以增强其输出功率；双向放电模块13用于控制放电的极性；磁场发射线圈14将功率放大后的预先存储的正常脑电波信号转化为同样波形的时变磁场，并以非接触的方式耦合到睡眠障碍患者大脑的睡眠中枢，从而达到诱导、调节其睡眠中枢的电位活动，治疗睡眠障碍，改善睡眠质量的效果。

如图2所示，为电源变换电路图。本发明所提出的磁诱导睡眠仪，在实际应用中，需要满足各种电路不同的电源电压对其供电的使用要求，为此设计了电源变换电路。在该电源变换电路中，220V的交流电先通过外置的20W的变压器20转化为直流12V，并对电路板供电；12V直流电压依次经过L7805CV和LM1117-3.3两个线性电压转化芯片21和22，它们分别提供5V和3.3V直流电压。其中，电源变换电路所提供的12V直流电压主要提供给升压电路，5V直流电压供液晶显示和按键控制，3.3V直流电压供单片机使用。

如图3所示，为单片机智能控制电路的资源分配示意图。作为磁诱导睡眠仪控制核心的单片机智能控制模块，在本发明中采用Silicon Laboratories公司的C8051F005单片机(外部晶振采用12MHz)。此单片机内置32K大容量FLASH、2034字节内存，并且带有4组I/O口和内置12位数模转换器。其中，该单片机的32k FLASH用于正常人睡眠脑电数据的存储；PO口接键盘，用于键盘控制；P2和P3口与显示液晶连接，用于液晶显示控制；DACO引脚将处理后的正常人睡眠脑电波数据进行数模转换，输出到升压电路的反馈比较端，用于控制升压的幅度。P1.3口用于控制PWM调制芯片SG3525A的启动与关闭。P1.4～P1.7用来控制双向放电电路的放电极性。

如图4所示，为本发明的PWM幅值可控升压电路图。该升压电路是本发明磁诱导睡眠仪的关键电路，实现对正常人睡眠脑电数据的信号放大处理。它由脉宽调制芯片SG3525A、脉冲变压器T1，D1～D4组成的二极管整流电路、储能电容C29，由R13，R14，R15，C28组成的电压反馈网络，以及其他附属电路组成。通过设置R11＝47Ω，R10＝25kΩ，C23＝560pF，使SG3525A工作在100KHz的振荡频率下。单片机将处理后的正常人睡眠脑电数据通过DACO输出到SG3525A的2脚，即误差放大器同相输入端。放大倍数由R13，R14，R15，C28组成的电压反馈网络决定，本案中设定为157倍，放大后的脑电数据的幅值在200～400V之间。脉冲变压器T1内芯为圆型磁罐，初级线圈为4匝，线径0.41mm，两股并绕八匝，中间抽头结构。次级线圈为120匝，线径0.2mm，单股绕制，3层结构。储能元件为C29，容值为2.2uF，耐压400V。

如图5所示，为本发明的双向放电模块电路图，主要实现放电极性的改变，从而使线圈产生的时变磁场的方向改变，避免单方向磁刺激大脑时形成电荷的累积问题。该电路由4个MOS开关管(Q3，Q4，Q5，Q6)和导通控制电路组成。当P1.7为低电平，且P1.4为高电平时，Q6和Q3导通，控制磁场发射线圈完成正向放电；同理，当P1.6为低电平，并且P1.5为高电平时，Q4和Q5导通，控制磁场发射线圈完成反向放电。

如图6所示，为本发明磁场发射线圈结构示意图，该磁场发射线圈主要由线圈61，骨架62，和外壳63组成。其中，线圈由2000匝线径为0.03的双股铜芯漆包线绕制而成，线圈缠绕于内径为3cm，外径为13cm，厚1cm的扁平骨架上，并连同骨架一起安装于一扁平线圈外壳中。

Claims

1.一种磁诱导睡眠仪，将正常人睡眠过程的脑电波信号转化成时变磁场，并将其以非接触方式耦合到睡眠障碍患者的大脑睡眠中枢，其特征在于：该装置包括电源转换电路，单片机智能控制模块、升压模块、双向放电模块以及磁场发射线圈，其中；

所述升压模块用于对脑电波信号进行放大处理；

所述双向放电模块用于控制放电的极性；

2.如权利要求1所述的磁诱导睡眠仪，其特征在于，所述的电源转换电路包括：220交流到12V直流的AC-DC转换电路，12V到5V的转换电路，以及5V到3.3V的转换电路。

3.如权利要求1所述的磁诱导睡眠仪，其特征在于，所述单片机智能控制模块包括内置的存储单元、四组I/O端口和内置的12位数模转换器，其中：

所述内置的存储单元用于存储正常人睡眠脑电波数据；

4.如权利要求1所述的磁诱导睡眠仪，其特征在于，所述升压模块由脉宽调制芯片SG3525A和脉冲变压器组成，受单片机控制，升压幅度可控。

5.如权利要求1所述的磁诱导睡眠仪，其特征在于，所述双向放电模块由4个开关MOS管及导通控制电路构成，受单片机控制，放电频率和极性可控。

6.如权利要求1所述的磁诱导睡眠仪，其特征在于，所述的磁场发射线圈由线圈、骨架和外壳构成，其中线圈缠绕于扁平骨架上，并连同骨架一起安装于扁平线圈外壳中。