CN209490383U - 基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，包括：一佩戴于用户腰部的束缚带、设置于所述束缚带侧部的电路板、与所述电路板相连且设置于用户信号采集点处的眼电采集电极单元以及与所述电路板相连且设置于用户信号刺激点处的刺激电极单元。本实用新型提出的一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，提供了一种便携可穿戴式低频脉冲治疗仪，并连续监测眼电信号，实时判别自闭症儿童有意识的眼动时刻，控制低频脉冲电刺激开启，对自闭症儿童进行表面电极刺激治疗。

Description

基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪

技术领域

本实用新型涉及一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪。

背景技术

自闭症，又称为孤独症，是一种由于神经系统病变引起的广泛性发育障碍，其症状主要表现为社交沟通障碍、重复行为以及特殊兴趣。自闭症病因复杂且个体差异较大，迄今为止还没有治疗自闭症的特效药物出现，目前主要以特殊教育训练和行为干预来提高自闭症患者的日常生活中自理、认知、社会交往及适应社会的能力。医学研究表明，针刺长强穴位能改善包括自闭症在内的各类儿童精神发育迟滞障碍。而且根据临床经验，如果能在自闭症儿童有意识的时刻进行针刺治疗会起到事半功倍的作用。目前临床中针对自闭症的针灸治疗方案为患儿到医院，接受医生的针灸治疗，或通过电针仪器进行治疗，存在以下问题：一是患儿须在医院接受治疗，由于就诊时间有限，无法保证足够的治疗量。二是治疗是随机进行的，医生无法连续观测自闭症儿童的精神状态，因而无法实时判断患儿的有意识的时刻从而进行电针刺激治疗。目前治疗方案的这两方面不足导致了针刺治疗的疗效有限。

对于自闭症患儿来说，如果能够以一种简便的方式连续监测患儿精神状态，且使用便携可穿戴的电刺激仪在家中进行治疗是十分有意义的，不仅可以保证足够治疗量，而且可以实时监测患儿的有意识时刻从而进行治疗，因此治疗效率可以大大提高。

自闭症儿童的眼神涣散，多为无目的性的眼球运动，根据医学研究表明，自闭症儿童在看到自己感兴趣的东西时眼球会运动，因此，可以通过眼动判断患儿的有意识时刻。测量眼动的方法有很多，其中眼电图法将电极片贴于眼部周围，具有无创、不影响眼部正常生理活动等优点，另外它的信号容易采集、有较高的信噪比，而且设备相对廉价，是目前最常用的方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，包括：一佩戴于用户腰部的束缚带、设置于所述束缚带侧部的电路板、与所述电路板相连且设置于用户信号采集点处的眼电采集电极单元以及与所述电路板相连且设置于用户信号刺激点处的刺激电极单元。

在本实用新型一实施例中，所述束缚带的两端对应设置有魔术贴。

在本实用新型一实施例中，所述眼电采集电极单元包括设置于用户左眼太阳穴处的L采集电极片、设置于用户右眼太阳穴处的R采集电极片、设置于用户左眼眉毛上方处的U采集电极片、设置于用户左眼眼眶下方处的D采集电极片以及设置于用户耳后乳突处的G采集电极片。

在本实用新型一实施例中，所述L采集电极片、R采集电极片、U采集电极片对应与所述电路板的左侧设置的L采集电极接口、R采集电极接口以及U采集电极接口相连，所述D采集电极片、G采集电极片对应与所述电路板的右侧设置的D采集电极接口以及G采集电极接口相连。

在本实用新型一实施例中，所述刺激电极单元包括设置于用户长强穴处的A刺激电极片以及B刺激电极片。

在本实用新型一实施例中，所述A刺激电极片以及B刺激电极片对应与所述电路板的底端设置的A刺激电极接口以及B刺激电极接口相连。

在本实用新型一实施例中，所述束缚带侧部设置有一口袋，所述电路板设置于所述口袋内，所述口袋的开口处设置魔术贴。

在本实用新型一实施例中，所述口袋的侧部开设有用于所述采集单元以及刺激单元与所述电路板连接线穿过的通孔。

在本实用新型一实施例中，所述电路板包括：微处理器、眼电采集电路、低频脉冲电刺激电路、按键控制电路以及电源电路；所述电源电路分别与所述眼电采集电路、所述微处理器以及所述低频脉冲电刺激电路相连；所述眼电采集电路与所述眼电采集电极单元相连；所述低频脉冲电刺激电路与所述刺激电极单元相连；所述眼电采集电路以及低频脉冲电刺激电路还与所述微控处理器相连；所述按键电路与所述微处理器相连。

在本实用新型一实施例中，所述微处理器为 MSP430F5529；所述眼电采集电路为ADS1299。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提出的基于眼电信号控制的自闭症儿童便携可穿戴式电刺激治疗仪，提供了一种便携可穿戴式低频脉冲治疗仪，并连续监测眼电信号，实时判别自闭症儿童有意识的眼动时刻，控制低频脉冲电刺激开启，对自闭症儿童进行表面电极刺激治疗。该治疗仪可以在家中使用，而且由于可以连续监测患儿的精神状态从而进行电刺激治疗，因为可以大大提高治疗效果。

附图说明

图1是本实用新型中基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪的结构示意图。

图2是本实用新型中采集电极片贴放位置示意图。

图3是本实用新型中电路板的电路原理图。

图4是本实用新型中电源电路的电路原理图。

图5是本实用新型中眼电采集电路的电路原理图。

图6是本实用新型中按键控制电路的电路原理图。

图7是本实用新型中低频脉冲电刺激电路及其外围电路的电路原理图。

图8是本实用新型中微处理器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图以及现有软件，对本实用新型的技术方案进行具体说明。在该说明过程中所涉及的现有软件均不是本实用新型所保护的客体，本实用新型仅保护该装置的结构以及连接关系。

本实用新型提供一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，如图1所示，包括一条条形束缚带1，条形束缚带两端设置有多条魔术贴2，以便穿戴在使用者的腰间。条形束缚带1上有用于内嵌电路板的小口袋3，其中，袋口处使用魔术贴2用于固定内嵌的电路板。电路板上左右两侧具有采集电极接口L、R、U以及D、G，电路板的下侧具有刺激电极接口A和B，通过导线将电极片与对应的接口连接。口袋左侧留三个小孔，右边和下边都留两个小孔，这些小孔用于通过连接电极片的导线。其中，如图2所示，L接口处连接的采集电极片贴在患者左眼太阳穴位置，R接口处连接的采集电极片贴在患者右眼太阳穴位置，U接口处连接的采集电极片贴于左眼眉毛上方，D接口处连接的采集电极片贴于左眼眼眶下方，G接口处连接的采集电极片贴于耳后乳突上。A和B接口处连接一对表面刺激电极，贴于自闭症患儿长强穴处。

进一步的，如图3~图8所示，电路板上集成各种功能模块，有电源模块、眼电采集模块、微处理器、低频脉冲电刺激模块、按键控制模块。电源模块为眼电采集模块、处理器和低频脉冲电刺激模块提供相应要求的电源。眼电采集模块主要负责通过采集电极片实时采集自闭症患儿的眼电信号。处理器根据实时采集的眼电信号检测目标信号，控制低频脉冲电刺激模块进行工作，通过贴在相应穴位的表面电极片刺激自闭症儿童的长强穴。按键控制模块主要控制整个系统的启停状态。

在本实施例中，控制器为MSP430F5529，接收由ADS1299采集模块传输而来的眼电数据并进行相关的算法处理。该片ADS1299有8通道的差分信号输入，其用于系统前端取样电极采集眼电的生理电信号，通过SPI总线协议读写相关寄存器的方式对ADS1299进行配置，可通过SPI总线使能或者禁止前端电极的采集通道，配置各个功能模块参数。MSP430F5529处理器是一款16位，低功耗的处理器，可扩展的数据存储单元，高达250MHz的系统时钟，具有SPI的通信功能模块，通过GPIO口与SPI方式对外设的模块即ADS1299眼电采集模块与电刺激输出模块进行联合控制。ADS1299作为24bit的高精度AD转换器，其采样频率为250SPS~32kSPS，具有8个转换通道，采用SPI总线方式与MSP430F5529进行数据交换，其工作电路如图5所示。

图7为低频脉冲电刺激电路以及其外围电路的电路图，外围电路还包括：数字电位器以及双脉冲输出电路。该输出电路是通过设计Boost升压电路、数字电位器模块和双脉冲电刺激输出电路等实现对功能性电刺激输出的各参数进行模式选择，例如：刺激的方式、幅值、波形、包络线、刺激位置等。本电刺激的boost升压电路采用升压式Boost变换电路，是由功率晶体管NPN、储能电感L、续流二极管D及滤波电容C组成，开关管由PWM控制；数字电位器是通过接收控制端的信号，计数器开始计数，其数值经过译码器译码后控制电子开关开通或关断，通过改变接入电路的电阻数量，实现调节和控制输出的电阻值；双脉冲电刺激输出电路输出的电刺激脉冲为正、负交替的梯形波，用来消除电刺激产生的组织极化现象，且正负向完全对称，直流分量完全为零。

图6中的按键电路用于提供一键启停以及通过外接的led显示系统的工作状态。

进一步的，眼电信号采集模块使用ADS1299适用于生物电势测量的低噪声多通道的模数转换器，微处理器采用MSP430F5529。

进一步的，微处理器主要实现两个功能，第一，通过采集回来的眼电信号检测出目标信号，第二，控制电刺激模块的开启和关闭。

第一，将采集的眼电信号进行处理找出目标信号：

步骤A1：通过眼电信号采集模块采集自闭症患儿的眼电信号；

步骤A2：对所述眼电信号进行滤波处理；

步骤A3：通过特征提取和分类的方法找到目标信号：

根据临床研究表明自闭症儿童的眼神大部分时间中处于呆滞的状态，只有当他看到自己感兴趣的目标物时其眼球才会进行运动，参考临床经验，本实用新型将以下两种有意识眼电信号作为目标信号：

（1）自闭症儿童的眼睛跟随移动的目标物进行运动2s以上（含2s）

（2）自闭症儿童的眼睛从呆滞状态，眼睛移动看到一个静止的目标物体，并且对此目标物凝视2s以上（含2s）

进一步的，在本实施例中，将采集的原始眼电信号采用短时傅里叶变换进行分析，为了能够更好的显示出目标信号的特征并且速度也尽可能的快，滑窗的大小采用1s。分析每秒内的信号能量，发现可以通过信号的能量大小反映信号波形的特点，能够很好的区分目标信号和非目标信号，因此采用信号中每1s内的能量作为特征值。然后将采集的特征值设定两种类型，并将数据进行五折交叉验证后，作为训练样本送入支持向量机中进行分类，训练出分类器模型。最后，选取新的滤波处理后的眼电信号作为测试样本输入训练好的模型中，测试模型的效果。上述步骤完成之后，便可将训练好的模型存入微控制器中，从而检测实时采集的眼电信号中的目标信号。

第二，启动和关闭低频脉冲电刺激模块：

步骤B1：检测到目标信号之后启动低频脉冲电刺激模块；

步骤B2：低频脉冲电刺激模块会产生规定频率，规定强度和脉宽的矩形波信号，此信号持续工作2分钟后自动停止；

步骤B3：检测到下一个目标信号之后再次开启低频脉冲电刺激。

进一步的，在本实施例中，该电刺激治疗仪是便携式可穿戴的设备，使得自闭症儿童在家里就可以进行康复治疗提高治疗强度，并且其能够利用自闭症儿童的眼电信号控制电刺激模块的启动，可以在自闭症儿童有意识的时刻进行表面电刺激，提高治疗效率。

该基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪主要用途是针对自闭症儿童的康复治疗。迄今为止还没有治疗自闭症的特效药物出现，目前主要以特殊教育训练和行为干预来提高自闭症患者的日常生活中自理、认知、社会交往及适应社会的能力。该基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪就是用于自闭症患儿的康复治疗，利用自闭症儿童在注视物体以及有意识的交流活动时产生的眼动信号作为目标信号，根据目标信号触发低频脉冲电刺激模块启动，通过表面电极刺激相应的穴位（长强穴）从而治疗自闭症儿童。这样自闭症儿童就可以把治疗仪佩戴在身上，在不影响正常生活的情况下，每天在家里进行治疗，不需要父母每天陪同去医院，同时缓解了临床治疗医生数量和精力有限的问题，另外通过眼电信号可以检测到自闭症儿童有意识的时刻，在此刻进行表面电刺激可以提高治疗效率。

进一步的，在本实施例中，基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪按照如下步骤使用:

第一步：所示合理贴放电极片，佩戴好束缚带。如图2所示，L、R、U、D和G连接的采集电极片贴放在自闭症儿童眼部周围，A、B连接的刺激电极片贴于长强穴。

第二步：启动治疗仪，自闭症儿童可以自行活动，当治疗仪检测到眼电信号中的目标信号时，便会进行低频脉冲电刺激进行康复治疗，刺激2分钟电刺激便会自动停止，当治疗仪再次检测到目标信号时，低频脉冲电刺激会再次启动。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，包括：一佩戴于用户腰部的束缚带、设置于所述束缚带侧部的电路板、与所述电路板相连且设置于用户信号采集点处的眼电采集电极单元以及与所述电路板相连且设置于用户信号刺激点处的刺激电极单元。

2.根据权利要求1所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述束缚带的两端对应设置有魔术贴。

3.根据权利要求1所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述眼电采集电极单元包括设置于用户左眼太阳穴处的L采集电极片、设置于用户右眼太阳穴处的R采集电极片、设置于用户左眼眉毛上方处的U采集电极片、设置于用户左眼眼眶下方处的D采集电极片以及设置于用户耳后乳突处的G采集电极片。

4.根据权利要求3所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述L采集电极片、R采集电极片、U采集电极片对应与所述电路板的左侧设置的L采集电极接口、R采集电极接口以及U采集电极接口相连，所述D采集电极片、G采集电极片对应与所述电路板的右侧设置的D采集电极接口以及G采集电极接口相连。

5.根据权利要求1所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述刺激电极单元包括设置于用户长强穴处的A刺激电极片以及B刺激电极片。

6.根据权利要求5所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述A刺激电极片以及B刺激电极片对应与所述电路板的底端设置的A刺激电极接口以及B刺激电极接口相连。

7.根据权利要求1所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述束缚带侧部设置有一口袋，所述电路板设置于所述口袋内，所述口袋的开口处设置魔术贴。

8.根据权利要求7所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述口袋的侧部开设有用于所述眼电采集电极单元以及刺激电极单元与所述电路板连接线穿过的通孔。

9.根据权利要求1所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述电路板包括：微处理器、眼电采集电路、低频脉冲电刺激电路、按键控制电路以及电源电路；所述电源电路分别与所述眼电采集电路、所述微处理器以及所述低频脉冲电刺激电路相连；所述眼电采集电路与所述眼电采集电极单元相连；所述低频脉冲电刺激电路与所述刺激电极单元相连；所述眼电采集电路以及低频脉冲电刺激电路还与所述微处理器相连；所述按键控制电路与所述微处理器相连。

10.根据权利要求9所述的基于眼电信号控制的自闭症儿童可穿戴式电刺激治疗仪，其特征在于，所述微处理器为MSP430F5529；所述眼电采集电路为ADS1299。