CN219983718U - 一种a型经颅直流电刺激装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型A型经颅直流电刺激装置包括鼠标状便携式壳体，壳体上设有刺激电极插口、脑电采集插口、电源开关，壳体内集成脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器、无线通讯模块、A和B通道电刺激器，通道电刺激器包括隔离电路、单片机和恒流驱动电路；中央处理器将电刺激控制信号通过隔离电路传给单片机，单片机基于电刺激控制信号控制恒流驱动电路输出恒定电流信号给刺激电极插口，通过刺激电极发出电刺激信号作用于人体头颅部；采集脑电信号并信号放大、滤波和AD转换，中央处理器将脑电信号传给上位机，接收上位机对应调整后的电刺激控制信号，单片机基于调整后电刺激控制信号控制对应恒流驱动电路输出恒定电流信号，实现闭环控制。

Description

一种A型经颅直流电刺激装置

技术领域

本实用新型涉及电刺激仪器技术领域，特别是涉及一种A型经颅直流电刺激装置。

背景技术

经颅直流电刺激(TDCS)和脑电信号采集两大需求。TDCS是一种典型的无创、无痛、非侵入性的神经调控技术，它通过电极经过头皮向颅内特定区域输入电流，以达到提高或降低神经元细胞兴奋性的目的，用于脑部疾病的治疗和大脑功能的研究。脑电信号将在电脑端绘制成脑电图(EEG)，并且通过分析采集到的脑电信号，可制定出适合使用者的电刺激方案。

当前，市面上大部分的经颅直流电刺激仪都没有一体集成脑电采集功能，直流电刺激和脑电采集分别构成不同的设备，不便携带。个别搭载该功能的经颅直流电刺激仪，虽然具有电刺激和脑电采集功能，但少了反馈机制。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种A型经颅直流电刺激装置。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供一种A型经颅直流电刺激装置，其特点在于，其包括呈鼠标状的便携式壳体，所述便携式壳体的后侧侧边设置有用于连接刺激电极的刺激电极插口和用于连接脑电采集电极的脑电采集插口，所述便携式壳体的前侧侧边设置有电源开关；

所述便携式壳体内集成有脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器、无线通讯模块、A通道电刺激器和B通道电刺激器，所述脑电采集插口、脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器和无线通讯模块依次电连接构成脑电采集通道，所述无线通讯模块与上位机通讯连接；

其中，所述A通道电刺激器包括隔离电路A、单片机A和恒流驱动电路A，所述中央处理器通过隔离电路A与单片机A的输入端电连接，所述单片机A的输出端与恒流驱动电路A的输入端电连接，所述恒流驱动电路A的输出端与刺激电极插口电连接；

所述B通道电刺激器的电路构成与A通道电刺激器的电路构成相同。

本方案将电刺激功能和脑电采集功能集成在一个壳体内，壳体呈鼠标状，大大缩减了A型经颅直流电刺激装置的体积，方便随身携带，大大提高了A型经颅直流电刺激装置的便携性。

较佳地，所述A通道电刺激器还包括DDS波形发生器A，所述DDS波形发生器A的输入端与单片机A电连接、输出端与恒流驱动电路A的控制端电连接。

本方案提供了单片机直接控制恒流驱动电路方式，直接控制恒流驱动电路输出恒定电流信号，还提供了单片机间接控制恒流驱动电路方式，单片机控制DDS波形发生器、DDS波形发生器控制恒流驱动电路的方式，间接控制恒流驱动电路输出恒定电流信号。

较佳地，所述便携式壳体的表面后侧左侧嵌设有电流指示灯A和故障指示灯A、表面后侧右侧嵌设有电流指示灯B和故障指示灯B，所述A通道电刺激器还包括电流检测电路A和指示灯电路A，所述B通道电刺激器还包括电流检测电路B和指示灯电路B；

所述电流检测电路A的输出端与单片机A的输入端电连接，所述单片机A的输出端与指示灯电路A的输入端电连接，所述指示灯电路A的输出端分别与电流指示灯A和故障指示灯A电连接，所述电流检测电路B的输出端与单片机B的输入端电连接，所述单片机B的输出端与指示灯电路B的输入端电连接，所述指示灯电路B的输出端分别与电流指示灯B和故障指示灯B电连接。

本方案提供了通道电刺激器的电流检测功能，基于检测到的电流能够判断此通道电刺激器工作状态，在工作正常时，仅此通道电刺激器的电流指示灯亮，在工作异常时，仅此通道电刺激器的故障指示灯亮。

较佳地，所述便携式壳体的底部开设有用于存放供电电池的电池仓。电池仓由便携式壳体的底部开设的电池放置槽和电池盖构成，取下电池盖，按标示正确装入供电电池后，合上电池盖，并用螺丝紧固。

较佳地，所述便携式壳体的表面前侧嵌设有电源指示灯，所述供电电池通过电源开关与中央处理器电连接，所述电源指示灯与中央处理器电连接。本方案中，打开电源开关，电源指示灯亮，表明装置处于工作状态。

较佳地，所述电源开关采用轻触电子开关。

较佳地，所述无线通讯模块采用蓝牙芯片。本方案中，无线通讯模块除了可以采用蓝牙芯片外，当然还可以采用其他模块如WIFI模块等。

较佳地，所述脑电放大器采用多通道脑电放大器。

较佳地，所述便携式壳体包括上盖、中间壳体和下盖，所述中间壳体的顶部嵌设有上盖，所述中间壳体的底部嵌设有下盖，所述上盖和下盖通过螺栓连接。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型中，将电刺激功能和脑电采集功能集成在一个壳体内，壳体呈鼠标状，大大缩减了A型经颅直流电刺激装置的体积，方便随身携带，大大提高了A型经颅直流电刺激装置的便携性。

利用本实用新型的结构，上位机可以向通道电刺激器下传对应的电刺激控制信号，通道电刺激器基于电刺激控制信号控制恒流驱动电路输出恒定电流信号，从而控制刺激电极发出对应电刺激信号作用于人体头颅部；电刺激后采集脑电信号，上位机基于脑电信号分析处理出患者状态，基于患者状态对应调整相应通道电刺激器的电刺激控制信号，相应通道电刺激器基于调整后的电刺激控制信号控制对应的恒流驱动电路输出相应恒定电流信号，基于脑电信号的反馈调整电刺激信号从而实现电刺激至脑电信号的闭环控制。

附图说明

图1-3为本实用新型较佳实施例的A型经颅直流电刺激装置的结构示意图。

图4为本实用新型较佳实施例的A型经颅直流电刺激装置的控制原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，本实施例提供一种A型经颅直流电刺激装置，型号为XPNS208-A，其外部结构为：包括呈鼠标状的便携式壳体10，便携式壳体10的后侧侧边设置有用于连接刺激电极的刺激电极插口1和用于连接脑电采集电极的脑电采集插口2，便携式壳体10的表面后侧左侧嵌设有电流指示灯A3和故障指示灯A4、表面后侧右侧嵌设有电流指示灯B 5和故障指示灯B 6，便携式壳体的表面前侧嵌设有电源指示灯7，便携式壳体10的前侧侧边设置有电源开关8，便携式壳体10的底部开设有用于存放供电电池的电池仓9。

其中，便携式壳体10包括上盖101、中间壳体102和下盖103，中间壳体102的顶部嵌设有上盖101，中间壳体102的底部嵌设有下盖103，上盖101和下盖103通过螺栓连接。脑电采集插口2、刺激电极插口1和电源开关8设置在中间壳体102上，电流指示灯A3、故障指示灯A4、电流指示灯B 5、故障指示灯B 6和电源指示灯7布设在上盖101上，电池仓9布设在下盖103上。

电源开关采用轻触电子开关，脑电放大器采用多通道脑电放大器，如8通道脑电放大器。

便携式壳体10内集成有脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器、无线通讯模块、A通道电刺激器和B通道电刺激器。本实施例中，无线通讯模块采用蓝牙芯片，具体采用飞易通FSC-BT986蓝牙5.2双模数传模块，实现上位机与电刺激部分和脑电采集部分的数据通信。

脑电采集插口2、脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器和蓝牙芯片依次电连接构成脑电采集通道，无线通讯模块与上位机通讯连接，中央处理器分别与A通道电刺激器和B通道电刺激器电连接，A通道电刺激器和B通道电刺激器均与刺激电极插口1电连接。

其中，A通道电刺激器包括隔离电路A、单片机A、恒流驱动电路A、DDS波形发生器A、电流检测电路A和指示灯电路A，中央处理器通过隔离电路A与单片机A的输入端电连接，单片机A的输出端分别与恒流驱动电路A的输入端、DDS波形发生器A的输入端和指示灯电路A的输入端电连接，恒流驱动电路A的输出端与刺激电极插口电连接，DDS波形发生器A的输出端与恒流驱动电路A的控制端电连接，电流检测电路A的输出端与单片机A的输入端电连接，指示灯电路A的输出端分别与电流指示灯A3和故障指示灯A4电连接。

B通道电刺激器包括隔离电路B、单片机B、恒流驱动电路B、DDS波形发生器B、电流检测电路B和指示灯电路B，中央处理器通过隔离电路B与单片机B的输入端电连接，单片机B的输出端分别与恒流驱动电路B的输入端、DDS波形发生器B的输入端和指示灯电路B的输入端电连接，恒流驱动电路B的输出端与刺激电极插口电连接，DDS波形发生器B的输出端与恒流驱动电路B的控制端电连接，电流检测电路B的输出端与单片机B的输入端电连接，指示灯电路B的输出端分别与电流指示灯B 5和故障指示灯B 6电连接。

A通道电刺激器中的隔离电路A、单片机A、恒流驱动电路A、DDS波形发生器A、电流检测电路A和指示灯电路A均采用的是现有存在的芯片或电路，B通道电刺激器中的隔离电路B、单片机B、恒流驱动电路B、DDS波形发生器B、电流检测电路B和指示灯电路B均采用的是现有存在的芯片或电路。

下面具体介绍A型经颅直流电刺激装置的工作原理和使用过程：

刺激电极和脑电采集电极分别贴设固定在人体头颅相应部位上，刺激电极通过刺激电极插头插设在刺激电极插口上，脑电采集电极通过脑电采集插头插设在脑电采集插口上。

采用内部电池供电，供电电池具体为3.7V锂离子电池，电流不大于300mA，锂电池通过电源开关8与中央处理器电连接，负责给中央处理器供电，从而与之电连接的各个电子器件均上电。

持续按下电源开关8两秒，锂电池为该装置的各个电子元器件供电，电源指示灯7点亮，稍后将进入刺激状态，电源指示灯7可以与中央处理器电连接。如果需要中途停止，再次按下电源开关8超过1秒，A型经颅直流电刺激装置关机，电源指示灯7熄灭。

上位机通过蓝牙芯片向中央处理器下传A通道电刺激器对应的各种控制信号及B通道电刺激器对应的各种控制信号。

中央处理器用于通过蓝牙芯片接收上位机下传的A通道电刺激器对应的电刺激控制信号，并通隔离电路A传输给单片机A，单片机A用于基于电刺激控制信号输出电压强度控制信号给恒流驱动电路A，以控制恒流驱动电路A输出恒定电流信号给刺激电极插口1，并通过刺激电极插头连接的刺激电极发出电刺激信号(直流刺激信号)作用于人体头颅部，隔离电路A用于隔离电刺激通道与脑电采集通道以保证电刺激通道的电流不受脑电采集通道干扰。

脑电放大器通过脑电采集插口2连接的脑电刺激电极采集脑电信号并对采集到的脑电信号进行信号放大，滤波器用于对信号放大后的脑电信号进行信号滤波，AD转换器用于将信号滤波后的脑电信号进行模数转换后传输给中央处理器，中央处理器用于通过蓝牙芯片将脑电信号传输给上位机，上位机基于脑电信号分析处理出患者状态，并基于患者状态对应调整A通道电刺激器对应的电刺激控制信号，单片机A用于基于调整后的电刺激控制信号控制对应的恒流驱动电路A输出相应恒定电流信号。

本实施例不仅提供了单片机直接控制恒流驱动电路输出恒定电流信号的技术，还提供了单片机间接控制DDS波形发生器、DDS波形发生器控制恒流驱动电路输出恒定电流信号的技术：单片机A用于基于电刺激控制信号控制DDS波形发生器A输出电压强度控制信号给恒流驱动电路A，以控制恒流驱动电路A输出恒定电流信号给刺激电极插口1，并通过刺激电极插头连接的刺激电极发出电刺激信号作用于人体头颅部。

此过程中，电流检测电路A用于检测A通道电刺激器中的电流信号并将电流信号传输给单片机A，单片机A用于基于电流检测电路A检测到的电流信号判断A通道电刺激器是否存在故障，在检测到的电流信号处于对应设定范围内时表明A通道电刺激器正常，则控制指示灯电路A驱动电流指示灯A点亮，在检测到的电流信号不处于对应设定范围内时表明A通道电刺激器发生故障，控制指示灯电路A驱动故障指示灯A点亮。

中央处理器用于通过蓝牙芯片接收上位机下传的B通道电刺激器对应的电刺激控制信号，并通隔离电路B传输给单片机B，单片机B用于基于电刺激控制信号输出电压强度控制信号给恒流驱动电路B，以控制恒流驱动电路B输出恒定电流信号给刺激电极插口1，并通过刺激电极插头连接的刺激电极发出电刺激信号作用于人体头颅部，隔离电路B用于隔离电刺激通道与脑电采集通道以保证电刺激通道的电流不受脑电采集通道干扰。

脑电放大器通过脑电采集插口2连接的脑电刺激电极采集脑电信号并对采集到的脑电信号进行信号放大，滤波器用于对信号放大后的脑电信号进行信号滤波，AD转换器用于将信号滤波后的脑电信号进行模数转换后传输给中央处理器，中央处理器用于通过蓝牙芯片将脑电信号传输给上位机，上位机基于脑电信号分析处理出患者状态，并基于患者状态对应调整B通道电刺激器对应的电刺激控制信号，单片机B用于基于调整后的电刺激控制信号控制对应的恒流驱动电路B输出相应恒定电流信号。

单片机B用于基于电刺激控制信号控制DDS波形发生器B输出电压强度控制信号给恒流驱动电路B，以控制恒流驱动电路B输出恒定电流信号给刺激电极插口1，并通过刺激电极插头连接的刺激电极发出电刺激信号作用于人体头颅部。

电流检测电路B用于检测B通道电刺激器中的电流信号并将电流信号传输给单片机B，单片机B用于基于电流检测电路B检测到的电流信号判断B通道电刺激器是否存在故障，在检测到的电流信号处于对应设定范围内时表明B通道电刺激器正常，则控制指示灯电路B驱动电流指示灯B点亮，在检测到的电流信号不处于对应设定范围内时表明B通道电刺激器发生故障，控制指示灯电路B驱动故障指示灯B点亮。

本实施例提供了通道电刺激器的电流检测功能，并基于检测到的电流判断此通道电刺激器工作状态，在工作正常时，仅此通道电刺激器的电流指示灯亮，在工作异常时，仅此通道电刺激器的故障指示灯亮。

本实施例的A型经颅直流电刺激装置，通过建立与电脑端的蓝牙连接来实现上下端通讯，支持蓝牙5.2双模传输，支持SPP协议，传输速度可达50k/s。通过蓝牙传输，电刺激器端可接收电脑端下传的各种控制命令，也可以向电脑端上传脑电数据和其他反馈信息。

XPNS208-A使用方法：

1、取下电刺激仪背面的电池盖，正确装入电池后盖上电池盖。

2、打开上位机，与电刺激建立通信。

3、按下电源开关8，电源指示灯7点亮，稍后将进入待命状态，联机时电源指示灯7慢速闪烁(每秒闪烁1次)。再次按下电源开关8，电刺激仪关机，电源指示灯7熄灭。

4、输出指示灯仅在电刺激仪输出时常亮。

5、检查电极接触情况，通常要求采集时电极的刺激皮肤接触电阻在10KΩ以下，直流刺激时刺激电极接触电阻在5KΩ以下。如果要求病人在检查前清洗头部，则贴刺激电极前的皮肤处理就会比较简单，并且效果更好。因接触电阻过大导致电流偏差，故障指示灯将被点亮。

本专利可以对慢性失眠障碍的治疗，适用人群：有失眠障碍等疾病的人群。

XPNS208-A:该产品预期使用在家庭和医疗机构。环境条件：温度范围：5℃～40℃；相对湿度范围：30％～80％；大气压力范围：860hPa～1060hPa。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，其包括呈鼠标状的便携式壳体，所述便携式壳体的后侧侧边设置有用于连接刺激电极的刺激电极插口和用于连接脑电采集电极的脑电采集插口，所述便携式壳体的前侧侧边设置有电源开关；

所述便携式壳体内集成有脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器、无线通讯模块、A通道电刺激器和B通道电刺激器，所述脑电采集插口、脑电放大器、滤波器、AD转换器、中央处理器和无线通讯模块依次电连接构成脑电采集通道，所述无线通讯模块与上位机通讯连接；

其中，所述A通道电刺激器包括隔离电路A、单片机A和恒流驱动电路A，所述中央处理器通过隔离电路A与单片机A的输入端电连接，所述单片机A的输出端与恒流驱动电路A的输入端电连接，所述恒流驱动电路A的输出端与刺激电极插口电连接；

所述B通道电刺激器的电路构成与A通道电刺激器的电路构成相同。

2.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述A通道电刺激器还包括DDS波形发生器A，所述DDS波形发生器A的输入端与单片机A的输出端电连接、输出端与恒流驱动电路A的控制端电连接。

3.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述便携式壳体的表面后侧左侧嵌设有电流指示灯A和故障指示灯A、表面后侧右侧嵌设有电流指示灯B和故障指示灯B，所述A通道电刺激器还包括电流检测电路A和指示灯电路A，所述B通道电刺激器还包括电流检测电路B和指示灯电路B；

所述电流检测电路A的输出端与单片机A的输入端电连接，所述单片机A的输出端与指示灯电路A的输入端电连接，所述指示灯电路A的输出端分别与电流指示灯A和故障指示灯A电连接，所述电流检测电路B的输出端与单片机B的输入端电连接，所述单片机B的输出端与指示灯电路B的输入端电连接，所述指示灯电路B的输出端分别与电流指示灯B和故障指示灯B电连接。

4.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述便携式壳体的底部开设有用于存放供电电池的电池仓。

5.如权利要求4所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述便携式壳体的表面前侧嵌设有电源指示灯，所述供电电池通过电源开关与中央处理器电连接，所述电源指示灯与中央处理器电连接。

6.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述电源开关采用轻触电子开关。

7.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述无线通讯模块采用蓝牙芯片。

8.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述脑电放大器采用多通道脑电放大器。

9.如权利要求1所述的A型经颅直流电刺激装置，其特征在于，所述便携式壳体包括上盖、中间壳体和下盖，所述中间壳体的顶部嵌设有上盖，所述中间壳体的底部嵌设有下盖，所述上盖和下盖通过螺栓连接。