CN208694045U - 一种便携式电刺激仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式电刺激仪，主要对前额叶进行刺激，包括中央控制部分、壳体、电池及柔性电极，所述中央控制部分与所述柔性电极相连，所述电池为所述便携式电刺激仪供电，所述中央控制部分、电池及柔性电极均固定在所述壳体内。本实用新型一种头带式脑部电刺激仪针对前额部进行电刺激，可以直接激活前额叶的神经活动，实现对认知功能的增强，以及治疗神经退行性疾病和精神类疾病的目的。

Description

一种便携式电刺激仪

技术领域

本实用新型涉及脑部电刺激仪技术领域，尤其涉及一种便携式电刺激仪。

背景技术

经颅电刺激技术(TES)是一种神经调节技术，它在电极之间加载微弱的电流，并放置于头皮上，刺激脑部目标区域。根据电流的不同，可分为经颅交流电刺激(tACS)、经颅直流电刺激(tDCS)、经颅微电流刺激疗法(CES)、经颅随机噪声刺激(tRNS)和频差电刺激，这些电刺激方式虽然方法和效果不尽相同，但是原理上均是通过不同电流达到调控脑部功能的作用。在以往的研究中，TES一般被用于治疗神经系统疾病，例如重度抑郁症、帕金森症、慢性疼痛，也经常用于治疗精神类疾病如抑郁症，精神分裂症等。随着研究的深入，近年来大量的研究证实这种方法也可调整脑部区域的兴奋度，显著提升健康人群执行特定任务时的认知能力，提高人体在短期内的语言、记忆、数学、逻辑、注意力、协调等多方面的表现。TES不仅作用广泛，而且具有非侵入性、价格低廉、效果显著的特点，正因为如此，TES被认为可广泛应用于临床领域。

尽管TES设备层出不穷，并已在临床领域取得良好的效果，但是以往的设备一般只能在医院由专业的人员使用，体积较大，使用过程繁琐，且由于该技术需要多次进行电刺激，往往导致病患多次往返于医院和家庭之间，造成极大的不便。

因此需要轻便灵活小巧，方便在家庭中使用的电刺激装置，无需专业人员指导和他人的协助，自己即可方便的进行治疗。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种便携式电刺激仪，用以解决现有脑部电刺激仪专业性强、体积较大、使用繁琐的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种便携式电刺激仪，主要对前额叶进行刺激，包括中央控制部分、壳体、电池及柔性电极，所述中央控制部分与所述柔性电极相连，所述电池为所述便携式电刺激仪供电，所述中央控制部分、电池及柔性电极均固定在所述壳体内。

本实用新型有益效果如下：本实用新型便携式电刺激仪结构简单，采用柔性电极能够提高使用者的舒适性。

在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：

进一步的，所述壳体为一端开口的空腔型结构，所述壳体的开口端朝向待测位置。

本实用新型将壳体设置为一端开口的空腔型结构，能够保证柔性电极贴合在待测位置。

进一步，所述壳体有两个，分别为第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体的内部通过线路连接。

进一步的，所述柔性电极有两个，两个所述柔性电极分别固定在所述第一壳体和所述第二壳体的内侧，与待测位置贴合。

采用上述进一步方案的有益效果是：本实用新型将柔性电极分别固定在第一壳体和第二壳体的内侧，能够保证柔性电极与待测位置的贴合。

进一步，所述第一壳体上设有开关按钮和喇叭孔，所述第二壳体上设有电流强度按钮与指示灯。

采用上述进一步方案的有益效果是：本实用新型分别在第一壳体与第二壳体上设置各部件，方便实际操作者的操作，且能够根据个人情况调节电流强度。

进一步的，所述柔性电极为平面电极，凹面电极，凸面电极或齿状电极。

本实用新型使用各种类型的电极，能够保证本实用新型便携式电刺激仪可以适用各种不同的场合。

进一步的，所述凹面电极表面开有小空洞，所述凸面电极的表面设有小突起，所述齿状电极的表面有小齿。

本实用新型使用凹面电极，有利于存储导电液或导电膏，进而降低接触阻抗；凸面电极适于毛发比较多的使用者，能够降低接触阻抗；齿状电极能够深入到头发内部，与头皮接触，提高测试效果。

进一步的，所述便携式电刺激仪还包括固定头带，所述固定头带分别与所述第一壳体和所述第二壳体相连，所述固定头带将固定在所述第一壳体和所述第二壳体内侧的柔性电极紧密贴合在待测位置。

本实用新型固定头带能够将柔性电极紧密贴合在待测位置，有效提高了电刺激效果。

进一步的，所述固定头带通过魔术贴，按扣或调节扣调节大小。

本实用新型通过上述配件调节固定头带的大小，保证将柔性电极紧密贴合在待测位置。

进一步的，所述电池为可充电电池。

本实用新型选择可充电电池作为便携式电刺激仪的电池，能够保证电刺激仪的使用频率与时间。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型一种便携式电刺激仪针对前额部进行电刺激，可以直接激活前额叶的神经活动，实现对认知功能的增强，以及治疗神经退行性疾病和精神类疾病的目的；而目前的电刺激设备仅针对顶叶、乳突部和太阳穴，这些部位虽然也能起到一定治疗作用，但是却无法直接刺激前额叶；现在的研究发现前额叶涉及规划复杂的认知功能，而前额叶背外侧皮层是实施认知控制最重要的区域之一；因此，直接的对此处区域进行刺激可以大幅提高认知改善的效果，且由于这一区域毛发较少，可方便实施治疗，有利于用户在日常家庭生活中使用；

(2)本实用新型采用头带方式将电极束缚在前额部，可有效的使电极与头皮充分接触，不仅降低接触阻抗而且不易滑落；在进行经颅电刺激时，接触阻抗是一个非常重要的因素，接触阻抗太大则不仅导致治疗效果不佳而且造成局部电势差较大，会产生痛感并烧灼皮肤，严重的会导致皮肤烧焦；以往的实用新型多采用弹性支架或弹性夹持体的形式，这种形式由于压力不够导致接触不紧密，仅可用于脑电的检测或电流微小的情况，在较大电流的直流电下则不适用；

(3)本实用新型便携式电刺激仪由电路盒，电池盒，头带组成，采用升压芯片进行升压使得设备结构简单，使用时可直接佩戴，患者自己即可操作，方便清洗和更换零件，采用充电电池供电更加安全；现有实用新型多针对医院等医疗机构使用，需要医护人员先将两片电极固定在头部不同位置，再缠绕固定带，然后再连接电线和电源，这种操作非常繁琐，极大的限制了经颅电刺激的推广和使用。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为便携式电刺激仪的总体外观示意图；

图2为电路盒和电池盒拆开后的各部分细节示意图；

图3为第一种类型的电极的左视图；

图4为第一种类型的电极的俯视图；

图5为第二种类型的电极的左视图；

图6为第二种类型的电极的俯视图；

图7为第三种类型的电极的左视图；

图8为第三种类型的电极的俯视图；

图9为第四种类型的电极的左视图；

图10为第四种类型的电极的俯视图；

图11为电刺激区域示意图；

图12为本实用新型便携式电刺激仪的工作原理图；

图13为电路盒中的部分电路示意图。

图中，1-固定头带；2-电路盒；3-电池盒；4-电线；5-调节扣；6-电极层；7-电路板；8-电路盒外壳；9-电池；10-电池盒外壳；11-前额部区域；12-眼眶上部与脑顶中间区域；13-升压芯片；14-人体等效电阻；15-数字电位器；16-单片机及其辅助电路。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种便携式电刺激仪，如图1所示，包括固定头带1、调节扣5、电路盒2、电池盒3和电线4，调节扣5安装在固定头带1上，电路盒2与电池盒3通过电线4相连，电路盒2与电池盒3均安装在固定头带1上；

固定头带1为具有一定宽度的松紧带或弹性绝缘橡胶制成，固定头带1的作用是保证便携式电刺激仪在电刺激过程中与人体头部的测试部位进行紧密贴合，同时用于安装电路盒2和电池盒3；本实用新型中的固定头带1并不仅限于松紧带或弹性绝缘橡胶，只要能够满足便携式电刺激仪在正常电刺激过程中与前额部紧密贴合，且具有绝缘、弹性好的特点即可；

电路盒2安装在固定头带1上，其与固定头带1的连接方式多样，可以是使用挂钩的方式，也可以是通过按扣的方式；电路盒2与固定头带1之间是可拆卸的；电路盒2内部安装有电刺激用电路，其结构包括电极层6、电路板7和电路盒外壳8，电路板7固定于电极层6与电路盒外壳8之间，电极层6与电路板7相连，电路板7嵌入到电路盒外壳8中，具体见图2；电路盒外壳8为一端开口的壳体结构，电极层6和电路板7固定在电路盒外壳8开口端一侧；电路盒外壳8上设有按钮和喇叭孔，按钮的作用是控制电刺激的开始与关闭，喇叭孔的作用是播放提示音；本实用新型中的按钮不仅限于一种，只要能够满足控制电刺激的开始与关闭作用的都可以；

电池盒3也安装在固定头带1上，其与固定头带1的连接方式与电路盒2与固定头带1之间的连接方式可以相同，也可以不相同，只要能够满足其固定的方式均可；电池盒3的内部安装有电池及相关支持部分，包括电极层6、电池9、电池盒外壳10及阴极电路部分，电池9和阴极电路部分固定于电极层6和电池盒外壳10之间，阴极电路部分与电极层6之间相连，电池9和阴极电路部分嵌入在电池盒外壳10中；电池9的作用是为电刺激仪供电；电池盒外壳10上设有LED灯和按钮，LED灯的作用是显示电刺激仪的工作状态，当LED灯亮时，电刺激仪处于工作状态，当LED灯不亮时，电刺激仪处于不工作状态；按钮的作用是控制电刺激的强度，本实用新型中的按钮也可以是旋转按钮形式，不仅限于一种；值得注意的，本实用新型中的电池9为可充电电池或可拆卸式纽扣电池的形式；

线路4用于电池盒3与电路盒2之间的连接，便于测试的正常进行；

调节扣5固定在固定头带1上，用于调节固定头带1的松紧度；本实用新型中对固定头带1进行调节的方式并不仅限于调节扣5这一种形式，也可以是通过魔术贴或按扣或其他可调节的方式，只要能够满足将固定头带1紧密贴合在测试者的测试位置即可；

电极层6是导电橡胶电极或织物电极，也可以选择其他柔性电极材料，电极层6安装在电路盒2和电池盒3的内侧，朝向人脑；本实用新型中电极层6的结构可以有多种，本实用新型列举四种电极层6的结构，但是，本实用新型并不仅限于此；如图3、4所示，为本实用新型的第一种电极层，第一种电极层为平面电极，其表面没有任何凸起或凹陷，这种电极使用起来比较舒服，且清理起来比较简单，比较适用于毛发较少、平面度较高的前额部区域；如图5、6所示，为本实用新型的第二种电极层，第二种电极层为凹面电极，在电极层表面设有多个小空洞，这种结构的电极层有利于存储适量导电液或导电膏，进而降低接触阻抗，并能够保证电极层与前额部的紧密贴合；如图7、8所示，为本实用新型的第三种电极层，第三种电极层为凸面电极，在电极层表面设有多个小突起，这种结构的电极层有利于挤压垫层，使浸润在垫层中的导电液或导电膏流出，从而降低接触阻抗，这种结构比较适用于毛发多的区域；如图9、10所示，为本实用新型的第四种电极层，第四种电极层为齿状电极，在电极层表面设有多个小齿，这种结构的电极层有利于深入到头发内部，与头皮接触，达到更高的电刺激效果；

图11为本实用新型便携式电刺激仪的电刺激区域示意图，根据标准10-20脑区系统进行划分，11刺激区为前额部对称的两个区域，12刺激区为眼眶上部与脑顶中间的区域，根据10-20系统，左侧为F3区，右侧为F4区；本实用新型便携式电刺激仪的电刺激位置为人脑的左右前额部，F3和F4位置，左右头顶部，使用时可同时刺激左右对称的两个位置，也可将一个电极设为阳极，另一个电极设为阴极进行刺激。

如图12所示，为本实用新型便携式电刺激仪的工作原理示意图，包括电源单元、参数设置单元、控制芯片单元、提示报警单元、功率控制单元、电压放大单元、波形转换单元、输出控制单元、监测反馈单元；其中：用户可根据需要对参数设置单元的参数进行调整，调整后的参数发送到控制芯片单元，控制芯片单元根据输入的参数和监测反馈单元输入的反馈信号进行处理，然后通过提示报警单元发出报警声、引导指令或提示光；如果参数设置为开始工作，则控制芯片单元向功率控制单元发出开始工作的指令，输出规定功率范围内的电流，如果参数设置为直流电刺激则激活电压放大单元，对上级电流流出的电流进行电压放大，然后流入输出控制单元，输出控制单元具有阀门功能，若流入电流或电压超过额定值，则断路并将错误信号发送给监测反馈单元；如果参数设置为频差电刺激则激活波形转换电源，对上级流入的电流进行波形转换，分别转换为规定频差的两种频率的电流分别进行输出，输出控制单元对这两种频率的电流进行过滤，若电压或电流超过额定值则断路并将错误信号发送给监测反馈单元。

控制芯片单元中所用芯片为MSP430F5152IRSBR单片机，其作用是在预设的参数下调整电刺激信号，并根据监测反馈电路发来的反馈信号实时对电刺激信号进行调整；

参数设置单元所设置的参数包括刺激电流的模式，包括：直流电刺激和频差电刺激，对应于直流电刺激可设定电流强度为0.5mA、1mA、2mA，电刺激持续时间为10min、20min、30min；对应于频差电刺激可设定电流强度为0-2mA之间，频差大小为0.1-30Hz之间；值得注意的，不同的电流强度可以根据用户耐受程度和用途的不同进行刺激，而不同的频差可用于模拟不同的脑电频率进行刺激；

电源单元为便携式电刺激仪供电，主要采用可充电式锂电池或可拆卸式纽扣电池进行供电；

监测反馈单元可以监测输出电流和电压；由于人体与电极的接触阻抗变化很大，根据导电膏，压力，皮肤等因素的不同可在零到几万欧姆范围内变化，若接触阻抗较小而电流较大，则会造成皮肤烧焦，而接触阻抗较大则又会造成电流过小，达不到治疗效果，因此采用监测反馈单元实时监测输出电流和电压状态；

提示报警单元的主要功能是显示设备工作转态，利用二极管发光的颜色提醒操作者设备的工作状态，并利用喇叭的声音，引导用户进行操作，提醒用户电刺激情况；声光提醒的开启和关闭可由与设备蓝牙相连的手机APP软件进行开启或关闭。

电压放大单元采用升压芯片完成，型号为：AS1340A-BTDT-10；升压芯片需要数字电位器配合使用，相关示意电路如图13，改变单片机16中E，F两点的输入信号，根据输入信号的变化，单片机输出电压改变，导致数字电位器15中A，B两点间电阻的改变，这种电阻的改变会导致升压芯片13的输出脉冲宽度发生变化，最终引起输出人体等效电阻14两端C,D两点间电压的升高，该电路根据不同的人体电阻输出0-50V的电压，进而输出电流强度为0.5-2mA的电流。

在本实用新型的一个具体实施例中，便携式电刺激仪采用直流电刺激模式进行治疗。当本实用新型的便携式电刺激仪采用直流电对大脑进行电刺激时，首先进行准备工作，使用盐溶液浸润电极或者在测试部位涂抹导电膏，然后用户佩戴本产品，通过调节扣5将松紧度调整到合适位置，将电路盒2和电池盒3内部电极层6分别对准前额部分两侧或F3与F4部分，通过手机APP上的对应选项设定直流参数(电流大小和刺激时间)，点击电池盒上的按钮，启动设备，播放引导声音，升压芯片开始工作进行电刺激，电刺激结束后播放结束提示音；本实用新型便携式电刺激仪结合直流电刺激方式，能够直接改变细胞膜内外的电位，增强脑认知能力，使用直流电刺激方式所达到的效果明显。

在本实用新型的另一个实施方式之中，便携式电刺激仪采用频差电刺激法对大脑进行电刺激，首先进行准备工作，使用盐溶液浸润电极，然后用户佩戴本产品，通过调节扣5将松紧度调整到合适位置，将电路盒2和电池盒3内部电极层6分别对准前额部分两侧或F3与F4部分，通过手机APP上的对应选项设定为交流刺激，并设定刺激参数，频差设定为2Hz，电流强度设定为1mA，刺激时间设定为20min，点击电路盒上的按钮，启动设备，播放引导声音，输出电流强度为1mA的交流电，其中，电路盒2内侧电极输出2002Hz电流，电池盒3内侧电极输出2000Hz电流。调节完毕后，开始合适的电刺激，这两种频率的电刺激可在颅脑内产生干涉，产生2Hz的电流，这与人脑δ波的频率(范围0.5-3HZ)吻合，通过这种方法可促进人脑的深度睡眠；本实用新型便携式电刺激仪结合频差电刺激法对大脑进行刺激，可以穿过颅骨进行刺激，其效果明显，穿透性好，能够明显促进人脑的深度睡眠，现有技术中并没有将频差电刺激法与便携式电刺激仪进行结合使用。

值得注意的，上述两个实施例中所设定的参数仅用于说明使用方法，但不限定该设定的刺激参数。

值得注意的，本实用新型中电刺激位置为人脑的左右前额部，F3和F4位置，左右头顶部，使用时可同时刺激左右对称的两个位置，也可将一个电极设为阳极，另一个电极设为阴极进行刺激；若采用频差电刺激则所述电刺激系统一个输出1k-10kHz的交流电，另一个电极在此基础上输出与前者相差1-20Hz的交流电，两者在颅脑内能形成干涉现象，从而产生低频电流(1-20Hz)从而影响大脑；电极层6在适度湿润或涂抹导电膏后，可舒适的贴附在前额部；电极有一对，在进行直流电刺激时可以设定一个为阳极一个为阴极；在进行其他类型电刺激时也可以仅使用一个电极进行电刺激，将另一个电极接地；在使用两个电极均进行刺激时，可选择患者的耳后乳突部或肩部或肱二头肌处进行接地操作。

本实用新型中便携式电刺激仪与现有技术中的其他类型电刺激设备相比，优点为：

第一，现有技术中的电刺激设备是针对顶叶、乳突部和太阳穴进行电刺激，本领域人员知道对这些部位进行电刺激，虽然能够起到一定治疗作用，但是却无法直接刺激到前额叶，因为不同的脑部区域所对应的功能不同，所对应的电流强度形式也不同，如果使用针对顶叶、乳突部和太阳穴进行电刺激的设备对前额叶进行刺激，无法满足对前额叶的直接刺激，也就不能达到治疗效果；而本实用新型中的便携式电刺激仪，就是针对前额部进行直接电刺激，本实用新型是从另一个角度进行思考，逆向思维，制备出便携式电刺激仪，从而达到治疗神经退行性疾病和精神类疾病的目的，同时，现有的研究发现前额叶涉及规划复杂的认知功能，而前额叶背外侧皮层是实施认知控制最重要的区域之一，因此，本实用新型中所提供的便携式电刺激仪能够直接对此处区域进行刺激，可以大幅提高认知改善的效果；且由于这一区域毛发较少，可方便实施治疗，有利于用户在日常家庭生活中使用；

第二，本实用新型中便携式电刺激仪在电刺激过程中可以使用直流电，也可以使用交流电，而使用直流电时，需要保证电极层与头皮的充分及非常紧密的贴合，不仅降低接触阻抗而且不易滑落，本领域技术人员知道，在进行经颅电刺激时，接触阻抗是一个非常重要的因素，接触阻抗太大则不仅导致治疗效果不佳而且造成局部电势差较大，会产生痛感并烧灼皮肤，严重的会导致皮肤烧焦；而现有技术中的电刺激设备，多以弹性支架或弹性夹持体的形式，这种形式由于压力不够，导致接触不紧密，仅可用于脑电检测或电流微小的情况，在较大电流的直流电下则不适用，本实用新型是在较大电流下不仅适用，而且能够保证紧密接触；同时，本实用新型使用频差电刺激法进行刺激，能够促进人脑的深度睡眠，现有技术中无人使用过此种方法进行测试；

第三，本实用新型中便携式电刺激仪的结构简单，适用时可直接佩戴，患者自己即可操作，方便清洗和更换零件，采用充电电池供电更加安全；而现有的设备大多是针对医院等医疗机构使用，需要医护人员先将两片电极固定在头部不同位置，再缠绕固定带，然后再连接电线和电源，这极大的限制了经颅电刺激的推广和使用。

综上所述，本实用新型提供一种便携式电刺激仪及其电刺激方法，本实用新型便携式电刺激仪结构简单，操作方便，便于携带，且本实用新型便携式电刺激仪在电刺激过程中可以使用直流电，也可以使用交流电，两种电刺激方式均能够根据用户的耐受程度和用途的不同进行不同电流强度刺激，保证便携式电刺激仪进行多种方式的刺激。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式电刺激仪，其特征在于，主要对前额叶进行刺激，包括中央控制部分、壳体、电池及柔性电极，所述中央控制部分与所述柔性电极相连，所述电池为所述便携式电刺激仪供电，所述中央控制部分、电池及柔性电极均固定在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述壳体为一端开口的空腔型结构，所述壳体的开口端朝向待测位置。

3.根据权利要求1所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述壳体有两个，分别为第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体的内部通过线路连接。

4.根据权利要求3所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述柔性电极有两个，两个所述柔性电极分别固定在所述第一壳体和所述第二壳体的内侧，与待测位置贴合。

5.根据权利要求3所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述第一壳体上设有开关按钮和喇叭孔，所述第二壳体上设有电流强度按钮与指示灯。

6.根据权利要求1所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述柔性电极为平面电极，凹面电极，凸面电极或齿状电极。

7.根据权利要求6所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述凹面电极表面开有小空洞，所述凸面电极的表面设有小突起，所述齿状电极的表面有小齿。

8.根据权利要求3所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述便携式电刺激仪还包括固定头带，所述固定头带分别与所述第一壳体和所述第二壳体相连，所述固定头带将固定在所述第一壳体和所述第二壳体内侧的柔性电极紧密贴合在待测位置。

9.根据权利要求8所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述固定头带通过魔术贴，按扣或调节扣调节大小。

10.根据权利要求1所述的一种便携式电刺激仪，其特征在于，所述电池为可充电电池。