CN218589019U - 一种脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，包括通过控制单元进行控制的经颅电刺激单元和脑电采集单元，所述经颅电刺激单元和脑电采集单元通过切换电路共用同一套电极，所述切换电路通过控制单元进行控制；所述经颅电刺激单元包括正负高压电路，所述正负高压电路通过切换电路连接到电极，所述脑电采集单元包括相连接的滤波电路和ADC采集电路，所述滤波电路通过切换电路连接到电极。本实用新型将脑电采集、经颅电刺激的功能融合在一起，同时能够实现同步和异步的处理方式，使用方便，操作简单，在某个电极出现问题时，更换方便，维修便捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种神经调控设备，尤其是涉及一种高精度经颅电刺激(HD-tDCS)和脑电(EEG)结合的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备。
背景技术
经颅电刺激(transcranial electrical stimulation，tES)，是使用外置电极将特定模式的低强度电流直接施加于特定脑区来调控神经活动，是无创神经调节的重要技术形式。经颅电刺激技术包括经颅直流电刺激、经颅交流电刺激、经颅脉冲刺激等方式，从而进行神经调控。
经颅电刺激神经脑调控技术适用于非医疗和医疗两种场景，非医疗场景包含对军人、武警、消防员、航天员等特种人群的大脑机能增强，科研人员进行的脑科学研究两个主要场景；医疗场景包括对脑卒中康复、老年痴呆、抑郁症、失语症等神经类和精神类疾病患者的神经调控。这两种场景原理基本一致，但是具体神经调控的参数会有差异。
脑状态评估技术一般可以通过生理信号检测和行为范式检测两种方式实现。其中，基于脑电(EEG)的脑状态评估是一种常用的生理信号检测评估脑状态的方法，行为范式检测一般通过行为表现的准确率和反应时间对脑状态进行表征。
目前将经颅电刺激和脑电(EEG)采集进行结合的装置还没有一体式的设计。
实用新型内容
本实用新型提供了一种脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，能够应用于经颅电刺激神经调控和脑状态评估的使用，解决了经颅电刺激、脑电采集集成时的硬件设计问题，其技术方案如下所述：
一种脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，包括通过控制单元进行控制的经颅电刺激单元和脑电采集单元，所述经颅电刺激单元和脑电采集单元通过切换电路共用同一套电极，所述切换电路通过控制单元进行控制；所述经颅电刺激单元包括正负高压电路，所述正负高压电路通过切换电路连接到电极，所述脑电采集单元包括相连接的滤波电路和ADC采集电路，所述滤波电路通过切换电路连接到电极。
所述电极包括电极杯盖、片状电极和电极杯，电极杯盖扣合在电极杯的上表面，所述电极杯的底部设置有用于放置片状电极的环状支撑结构，所述电极杯盖的下部设置有电极杯支脚，所述电极杯支脚压住片状电极的上端。
所述脑电采集单元包括与电极连接的脑电采集电路，所述脑电采集电路使用8通道同步采样的AD7768芯片或ADS1299芯片。
所述脑电采集电路采用菊花链Daisy-Chain级联，将8通道构成16通道、32通道、64通道、128通道。
所述脑电采集电路将正负极全部引出，做正、负极之间的差分采集脑电信号；或者将负端内部接到一起，通过正极和统一参考之间的差分采集脑电信号。
所述经颅电刺激单元包括高压生成电路，以及与高压生成电路相连接的反压电路，所述高压生成电路采用tps61230升压芯片。
所述经颅电刺激电路还设置有恒流反馈检测电路，所述恒流反馈检测电路将正负高压电路的刺激电流值发送到控制单元，所述恒流反馈检测电路设置有第二放大器，所述第二放大器采用SGM8622。
所述脑电采集单元还包括导联脱落判断电路，所述导联脱落判断电路位于滤波电路和切换电路之间，用于判断电极是否脱落采用迟滞比较器电路。
所述控制单元设置有处理器，所述处理器采用STM32F383CC芯片。
所述脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，将脑电采集、经颅电刺激的功能融合在一起，同时能够实现同步和异步的处理方式，使用方便，操作简单，在某个电极出现问题时，更换方便，维修便捷。
附图说明
图1是所述脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备的框架示意图；
图2是所述脑电电极的结构示意图；
图3是所述脑电采集单元的ADC采集电路的示意图；
图4是所述高压生成电路的示意图；
图5是所述反压电路的示意图；
图6是所述恒流反馈检测电路的示意图；
图7是所述采集刺激控制系统的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，所述脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，包括通过控制单元进行控制的经颅电刺激单元和脑电采集单元，所述经颅电刺激单元和脑电采集单元通过切换电路共用同一套电极，所述切换电路通过控制单元进行控制；所述经颅电刺激单元包括正负高压电路，所述正负高压电路通过切换电路连接到电极，所述脑电采集单元包括相连接的滤波电路和ADC采集电路，所述滤波电路通过切换电路连接到电极。
所述脑电采集单元还包括导联脱落判断电路，所述导联脱落判断电路位于滤波电路和切换电路之间，用于判断电极是否脱落。所述导联脱落判断电路为现有技术，可以采用迟滞比较器电路实现。
所述控制单元设置有处理器，所述处理器采用STM32F383CC芯片，与计算机相连接，实现数据传输。
如图2所示，所述电极包括电极杯盖1、片状电极2和电极杯3，电极杯3安装在电极帽7上，所述电极杯盖1扣合在电极杯3的上表面，所述电极杯3的底部设置有环状支撑结构8，用于放置片状电极2，所述电极杯盖1设置有电极杯支脚10，用于和环状支撑结构8配合固定片状电极2。所述片状电极2下方用于涂抹脑电膏5，所述片状电极2的顶部连接有电极线6，通过垂直出线的方式，片状电极2可以下探到电极杯3下面，减小片状电极2离头部9的距离，提高脑电信号采集质量和经颅电刺激效果。本实施例中，所述多个电极通过电极托安装在电极帽上，将电极帽戴在使用人员的头部。
如图3所示，所述ADC采集电路与控制单元相连接，所述脑电采集单元的ADC采集电路，可以使用AD7768、ADS1299芯片，或者使用运放+高精度ADC进行电极信号的数据采集。
本实施例中使用AD7768、ADS1299芯片，是8通道同步采样芯片，可以通过菊花链Daisy-Chain级联，构成16通道、32通道、64通道、128通道脑电采集电路。所述脑电采集单元可以将电极的正负极全部引出，做正、负极之间的差分采集脑电信号；也可以把电极的负端内部接到一起，通过正极和统一参考(RFE ELEC)之间的差分采集脑电信号。
如图4和图5所示，所述正负高压电路包括高压生成电路，以及与高压生成电路相连接的反压电路，所述高压生成电路采用tps61230升压芯片。所述反压电路为现有技术，不再赘述。所述正负高压电路通过正负电压，实现阴极刺激、阳极刺激的自由切换。
常规的升压电路是通过电阻分压，生成固定的高压，所述高压生成电路是通过单个IO管脚，动态控制高压的具体值，实现5～20V的输出。所述反压电路为现有装置，实现的效果是输入几伏，输出就是负几伏。
电极在人头部位置不同、人的头皮油脂处理不同、脑电膏处理的情况不同，正负电极间的阻抗会有较大差异。阻抗不同，经颅电刺激单元需要的高压不同，比如：正负电极间是3KΩ的阻抗，2mA电流，正负极之间只需要6V的压差就可以；如果正负电极间是10KΩ的阻抗，2mA电流，正负极之间就需要20V的压差。电池供电一般是4.2伏的锂电池，只有根据阻抗需要，动态调整输出高压范围，才能保证经颅电刺激单元具有较高的效率。
如图6所示，所述经颅电刺激电路还设置有恒流反馈检测电路，所述恒流反馈检测电路将正负高压电路输出的刺激电流值发送到控制单元，所述恒流反馈检测电路设置有第二放大器，所述第二放大器采用SGM8622，所述第二放大器的正极输入端和负极输入端之间连接有高精度电阻R66。使用时，正负高压电路传来的刺激电流通过高精度电阻R66差分采样变成单端信号，再输入高精度ADC；ADC采样后，处理器通过对比设置电流和实际电流的偏差，在一定范围内控制正负高压电路做动态调整。
所述切换电路受控制单元的控制，作用是切换电极的工作方式，因为所述电极既能实现经颅电刺激，也能实现脑电采集，但不能同时实现经颅电刺激和脑电采集，所以在同一时间，电极只能通过切换电路连接到经颅电刺激单元或脑电采集单元，所述切换电路采用电子切换开关即可。
所述电极进行经颅电刺激或者脑电采集的工作方式通过控制单元进行处理，当控制单元控制正负高压电路发出刺激电流时，切换电路切换电极的工作方式，为电刺激的工作模式；当控制单元控制正负高压电路停止发出刺激电流时，切换电路切换电极的工作方式，为脑电采集的工作模式。
在使用时，所述多个电极的工作模式，可以使用同步控制模式和异步控制模式，所述同步控制模式是指经颅电同步刺激-脑电同步采集，电极同时进行经颅电刺激，或者电极同时进行脑电采集，可以做成32通道-128通道。所述异步控制模式是指经颅电同步刺激-脑电异步，部分电极进行脑电采集，部分电极进行经颅电刺激，不同时进行，可以做成32通道-128通道。
如图7所示，本实用新型的工作流程，包括以下步骤：
S1：设置电极通道与头部位置的关联，可以按电极通道、按电极位置分析数据；
S2：选择工作模式，包括单脑电采集模式、单经颅电刺激模式、经颅电刺激/脑电采集复合模式；
S3：设置经颅电刺激模式，包括直流刺激、交流刺激、脉冲刺激、随机刺激、深度刺激等；
S4：设置经颅电刺激参数，包括刺激时长、刺激电流幅度、刺激电流偏置、刺激电流频率、刺激电流占空比等；
S5：启动/停止；
S6：脑电文件存储、刺激配置文件存储、刺激数据文件存储。
所述脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，将脑电采集、经颅电刺激的功能融合在一起，同时能够实现同步和异步的处理方式，使用方便，操作简单，在某个电极出现问题时，更换方便，维修便捷。
Claims (9)
1.一种脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：包括通过控制单元进行控制的经颅电刺激单元和脑电采集单元，所述经颅电刺激单元和脑电采集单元通过切换电路共用同一套电极，所述切换电路通过控制单元进行控制；所述经颅电刺激单元包括正负高压电路，所述正负高压电路通过切换电路连接到电极，所述脑电采集单元包括相连接的滤波电路和ADC采集电路，所述滤波电路通过切换电路连接到电极。
2.根据权利要求1所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述电极包括电极杯盖、片状电极和电极杯，电极杯盖扣合在电极杯的上表面，所述电极杯的底部设置有用于放置片状电极的环状支撑结构，所述电极杯盖的下部设置有电极杯支脚，所述电极杯支脚压住片状电极的上端。
3.根据权利要求1所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述脑电采集单元包括与电极连接的脑电采集电路，所述脑电采集电路使用8通道同步采样的AD7768芯片或ADS1299芯片。
4.根据权利要求3所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述脑电采集电路采用菊花链Daisy-Chain级联，将8通道构成16通道、32通道、64通道、128通道。
5.根据权利要求3所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述脑电采集电路将正负极全部引出，做正、负极之间的差分采集脑电信号；或者将负端内部接到一起，通过正极和统一参考之间的差分采集脑电信号。
6.根据权利要求1所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述经颅电刺激单元包括高压生成电路，以及与高压生成电路相连接的反压电路，所述高压生成电路采用tps61230升压芯片。
7.根据权利要求1所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述经颅电刺激电路还设置有恒流反馈检测电路，所述恒流反馈检测电路将正负高压电路的刺激电流值发送到控制单元，所述恒流反馈检测电路设置有第二放大器，所述第二放大器采用SGM8622。
8.根据权利要求1所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述脑电采集单元还包括导联脱落判断电路，所述导联脱落判断电路位于滤波电路和切换电路之间，用于判断电极是否脱落采用迟滞比较器电路。
9.根据权利要求1所述的脑电采集与经颅电刺激一体式神经调控设备，其特征在于：所述控制单元设置有处理器，所述处理器采用STM32F383CC芯片。
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| CN116549841A (zh) * | 2023-07-11 | 2023-08-08 | 杭州般意科技有限公司 | 经颅直流电刺激的安全控制方法、装置、终端及介质 |
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