一种多通道经颅电刺激装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多通道经颅电刺激装置及其方法，包括上位机模块、ARM控制模块、FPGA波形发生模块和模拟电路模块；ARM控制模块主要负责与上位机模块发送的控制数据，并且将控制数据通过可变静态存储控制器传输到FPGA波形发生模块的RAM存储单元上；FPGA波形发生模块包括多个互相独立的通道，每个通道具有波形产生模块，且每个通道能够独立产生波形，且RAM存储单元得到的控制数据能够控制每个通道的波形的产生；能够实现多通道经颅电刺激下每一单通道参数能够调节，增加了电流反馈，使刺激电流稳定。

A multi channel transcranial electrical stimulation device and its method

The invention discloses a multi channel transcranial electrical stimulation device and its method, which includes the upper computer module, the ARM control module, the FPGA waveform generator module and the analog circuit module, and the ARM control module is mainly responsible for the control data sent by the upper computer module, and transfers the control data to the FPGA waveform through a variable static storage controller. The RAM storage unit of the occurrence module; the FPGA waveform generation module includes multiple independent channels, each channel has a waveform generation module, and each channel can generate the waveform independently, and the control data obtained by the RAM storage unit can control the production of the waveform of each channel; it can achieve multichannel transcranial electrical stimulation. Each single channel parameter can be adjusted to increase the current feedback and stabilize the stimulated current.

【技术实现步骤摘要】
一种多通道经颅电刺激装置及其方法
本专利技术属于医疗机械
；具体涉及一种多通道经颅电刺激装置及其方法。
技术介绍
经颅电刺激(TranscranialElectricalStimulation，TES)是一种非侵入性神经刺激技术，通过电极将特定的、低强度电流(-2～+2mA，2mA以上仅用于科学研究)作用于特定脑区，达到调节大脑皮层神经活动的目的。这项技术包括多种刺激方式，根据不同的电流形式可以分为：经颅直流电刺激(TranscranialDirectCurrentStimulation，tDCS)、经颅交流电刺激(TranscranialAlternatingCurrentStimulation，tACS)、经颅随机噪声刺激(TranscranialRandomNoiseStimulation，tRNS)。最初这项技术用于帮助中风等脑损伤病人。研究表明，对于健康成年人经颅电刺激技术能够提高其多种任务下的认知能力，如增强语言和数学能力、注意力、记忆力、协调能力和解决问题的能力。生物进行经颅电刺激产生的生物效应会因为电信号不同而改变。许多经颅电刺激技术已经在医疗领域方面被用于治疗相关神经性或精神性疾病的临床试验上了，许多有效成熟的经颅电刺激治疗模式也相继研究出来，而且成效显著对某些疾病有明显的治疗效果。目前国内外市场上有很多公司生产tES设备，最大输出电压±9～±40V左右，输出电流在±500～±4500μA左右。设备内部为恒流源，可在最大输出电压范围内输出一种或多种电流波形。在刺激过程中电流从阳极经人体组织流入阴极，这个过程会刺激皮肤，产生刺痛、瘙痒的感觉，高强度的，高密度的刺激甚至会灼伤皮肤。因此，在刺激过程中需要实时监测设备输出参数，确保安全。目前市面上出现了很多经颅电刺激仪，可以有效的对病人施加刺激，但它们还存在以下不足：治疗模式和功能都比较单一和特定，而且有很高的成本；多通道的经颅电刺激设备不能实现每一单通道相互独立的参数可调节，从而不能实现更加多元的刺激方式；没有电流反馈，不能实时监测输出电流的大小，从而安全性不能得到保证；不能扩展至更多通道，无法对头部更多有效的刺激点施加刺激；缺少友好、方便操作的交互界面，不能实时快捷的改变参数，造成使用者的不便利。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多通道经颅电刺激装置及其方法；能够实现多通道经颅电刺激下每一单通道参数能够调节，增加了电流反馈，使刺激电流稳定。本专利技术的技术方案是：一种多通道经颅电刺激装置，包括上位机模块、ARM控制模块、FPGA波形发生模块和模拟电路模块；ARM控制模块主要负责与上位机模块发送的控制数据，并且将控制数据通过可变静态存储控制器传输到FPGA波形发生模块的RAM存储单元上；FPGA波形发生模块包括多个互相独立的通道，每个通道具有波形产生模块，且每个通道能够独立产生波形，且RAM存储单元得到的控制数据能够控制每个通道的波形的产生；模拟电路模块包括数模转换电路、电流检测电路和参考电源电路，其中电流检测电路将FPGA波形发生单元发送的电流转换为电压信号，并且通过数模转换电路进行采集，并且将电压信号反馈给FPGA波形发生模块，FPGA波形发生模块在将其传递给ARM控制模块，ARM控制模块调节输出电压进而稳定输出电流，其中参考电源电路为数模转换电路提供稳定的基准电压。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中FPGA波形发生单元能够产生正弦波、三角波、方波、直流恒流或随机噪声。其中ARM控制模块的控制参数包括波形、幅度、频率和占空比。其中模拟电路模块还包括与数模转换电路连接的放大器电路，放大器电路连接滤波器电路，滤波器电路与电流检测电路连接。其中放大器电路包括初级放大器和次级放大器，具体的初级放大器将数模转换电路的参考电压放大一倍，在经过一个串联的4阶低通滤波器，然后经过次级放大器输出放大信号，次级放大器为反向比例放大器。其中ARM控制模块采用基于Coretex-M4内核的STM32F407IGT6芯片，且该芯片具有FSMC通信协议。其中数模转换模块为TLV5614芯片，其连接FPGA波形发生模块和电流检测电路。其中电流检测电路采用INA286双向分流检测器。本专利技术的另一技术方案是：上述多通道经颅电刺激装置的经颅电刺激方法，包括以下步骤：步骤S1，上位机模块发送数据包给FPGA波形产生模块，该数据包为FPGA波形产生模块的多通道波形参数；步骤S2，FPGA波形产生模块接收到数据包，并且对数据包进行解码，得到波形参数控制数据，同时将该控制数据写入FPGA波形产生模块的RAM存储单元中；步骤S3，FPGA波形产生模块根据波形参数控制输出波形，其多通道能够输出不同的波形；步骤S4，模拟电路模块接收到多个不同的波形，并且将其转换为电压信号，然后转换为数字信号，同时将电压信号反馈给FPGA波形发生模块，FPGA波形发生模块再将其传递给ARM控制模块。其中步骤S4中还包括对电压信号进行放大以及滤波处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的装置能够实现多通道经颅电刺激下每个通道的波形参数能够调节，并且增加了电流反馈，通过反馈调节电流使其更加稳定；该装置能够扩展至128通道，能够更加有效为的患者施加刺激。更进一步的，每个通道均能够产生5种波形，且所有波形幅度在0-12V内调节，正弦波、三角波和方波频率在1-100Hz能够调节，每个通道互相独立，且每个通道的波形参数均能够实现控制。更进一步的，放大器电路能够去除电压信号的高频噪声，同时电流检测电路能够对电流起到限制作用，提高装置的安全性。更进一步的，STM32F407IGT6芯片，其性能足够强大，能够满足本专利技术的设计要求。更进一步的，TLV5614芯片，该芯片左边的引脚为控制端引脚，连接FPGA波形发生模块，右端为数据采集端引脚，连接电流检测电路，其中第15脚和第10脚为DAC参考电压输入端接电源电路中的2.5V参考电压，其余第10到14脚为模拟信号输出端，输出四路模拟信号到后级放大级滤波器。更进一步的，INA286双向分流检测器进行电流采集转化为电压信号，电压信号输出串联一个5欧姆的电阻对电阻两端进行差模采样，再将电压信号传递给一块12位4通道串行输出采样模数转换器ADS7814转为数字信号，最后FPGA采集数字信号传递给ARM，由ARM进行计算构成反馈并稳定输出电流。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中产生随机噪声的波形发生单元的结构示意图；图3为本专利技术中ARM控制模块与FPGA波形发生模块的连接示意图；图4为本专利技术中ARM控制模块的控制流程流图；图5为本专利技术的模拟电路模块的电路连接图；图6为本专利技术中放大器电路的电路连接图；图7为本专利技术中通道的电流检测电路的电路连接图；图8为本专利技术中基准电压的电路连接图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进一步说明。本专利技术提供了一种多通道经颅电刺激装置，如图1所示，包括上位机模块、ARM控制模块、FPGA波形发生模块和模拟电路模块。其中，上位机模块为PC控制端，PC控制端可以通过图形化控制界面以及通用串口对ARM控制模块进行控制。所述图形化界面是指本专利技术的设计需要对下位机模块进行控制，具体的就是控制多路电刺激通道的波形参数，每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道经颅电刺激装置，其特征在于，包括上位机模块、ARM控制模块、FPGA波形发生模块和模拟电路模块；ARM控制模块主要负责与上位机模块发送的控制数据，并且将控制数据通过可变静态存储控制器传输到FPGA波形发生模块的RAM存储单元上；FPGA波形发生模块包括多个互相独立的通道，每个通道具有波形产生模块，且每个通道能够独立产生波形，且RAM存储单元得到的控制数据能够控制每个通道的波形的产生；模拟电路模块包括数模转换电路、电流检测电路和参考电源电路，其中电流检测电路将FPGA波形发生单元发送的电流转换为电压信号，并且通过数模转换电路进行采集，并且将电压信号反馈给FPGA波形发生模块，FPGA波形发生模块在将其传递给ARM控制模块，ARM控制模块调节输出电压进而稳定输出电流，其中参考电源电路为数模转换电路提供稳定的基准电压。

【技术特征摘要】
1.一种多通道经颅电刺激装置，其特征在于，包括上位机模块、ARM控制模块、FPGA波形发生模块和模拟电路模块；ARM控制模块主要负责与上位机模块发送的控制数据，并且将控制数据通过可变静态存储控制器传输到FPGA波形发生模块的RAM存储单元上；FPGA波形发生模块包括多个互相独立的通道，每个通道具有波形产生模块，且每个通道能够独立产生波形，且RAM存储单元得到的控制数据能够控制每个通道的波形的产生；模拟电路模块包括数模转换电路、电流检测电路和参考电源电路，其中电流检测电路将FPGA波形发生单元发送的电流转换为电压信号，并且通过数模转换电路进行采集，并且将电压信号反馈给FPGA波形发生模块，FPGA波形发生模块在将其传递给ARM控制模块，ARM控制模块调节输出电压进而稳定输出电流，其中参考电源电路为数模转换电路提供稳定的基准电压。2.根据权利要求1所述的多通道经颅电刺激装置，其特征在于，所述FPGA波形发生单元能够产生正弦波、三角波、方波、直流恒流或随机噪声。3.根据权利要求1所述的多通道经颅电刺激装置，其特征在于，所述ARM控制模块的控制参数包括波形、幅度、频率和占空比。4.根据权利要求1所述的多通道经颅电刺激装置，其特征在于，所述模拟电路模块还包括与数模转换电路连接的放大器电路，放大器电路连接滤波器电路，滤波器电路与电流检测电路连接。5.根据权利要求4所述的多通道经颅电刺激装置，其特征在于，所述放大器电路包括初级放大器和次级放大器，具体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵功博，黄缨婷，秦伟，任晓林，陈霸东，
申请(专利权)人：陕西智联脑控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61