一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备，包括脑电采集模块、上位机处理模块、经颅电刺激模块和迷走神经刺激模块；八通道脑电信号经过滤波放大和模数转换后传送至上位机端进行数据处理；上位机处理模块对采集到的脑电信号进行实时处理；上位机产生四路刺激信号，通过模拟电路进行数模转换和放大后输出；迷走神经刺激模块接收到上位机命令后对人体施加双侧耳部迷走神经刺激。该刺激设备有两种模式，经颅电刺激和迷走神经刺激，采集睡眠过程中的脑电信号，刺激设备增加了粉红噪声发生器模块，有效的促进了睡眠效果。

A multi-mode memory consolidation stimulation device based on EEG signal feedback

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备
：本专利技术属于医疗器械
，具体涉及一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备。
技术介绍
：目前国内外市场上的电刺激设备主要有经颅电刺激设备、经皮神经电刺激设备、脑深部电刺激设备和迷走神经刺激设备等，主要是用电流对机体进行刺激，用于康复治疗、缓解疼痛、疾病治疗以及临床医学心理研究等领域。国内外的经颅电刺激设备种类繁多，其中，以经颅直流电刺激和经颅交流电刺激为主。两种类型刺激设备基本上均以±9～±40V、±500μA～±4500μA为最大输出，设备以恒流源的形式供电，并提供多种模式的波形选择。设备均设有阴极、阳极贴片，并通过贴片电极作用于人体的治疗部位，治疗过程中，电流从阳极经治疗部位流入阴极，虽然注入电流微小，但在皮肤上往往会产生刺痛、瘙痒感，如若注入电流参数控制不得当，高强度电流甚至会灼伤皮肤，所以，为了保证电刺激的安全性，在刺激过程中需实时检测。中国专利(申请号：201810910152.3申请日：2018-08-10)公开了一种非侵入式闭环经颅电刺激装置，装置包括电极帽、前置放大器、主机和上位机；电极帽佩带于使用者头部，包含多个盘状电极，用于脑电信号的采集和电刺激的施加；前置放大器通过线缆与电极帽相连，包含多个选择开关和多个放大器，用于各电极采集和刺激功能的切换和脑电信号的前置放大；主机通过线缆与前置放大器相连，用于脑电信号的采集、实时运算、传输和经颅电刺激信号的发生；上位机与主机无线连接，用于接收主机记录到的多通道脑电信号并进行信号的显示与记录；或者向主机下载信号实时分析算法和闭环控制策略。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备，该刺激设备有两种模式，经颅电刺激和迷走神经刺激，采集睡眠过程中的脑电信号，刺激设备增加了粉红噪声发生器模块，有效的促进了睡眠效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备，包括脑电采集模块、上位机处理模块、经颅电刺激模块和迷走神经刺激模块；脑电采集模块由预处理电路和高精度模数转换芯片ADS1299组成，预处理电路包括高低通滤波电路和工频陷波电路，八通道脑电信号经过滤波放大和模数转换后传送至上位机端进行数据处理；上位机处理模块对采集到的脑电信号进行实时处理；经颅电刺激模块包括ARM控制单元、FPGA波形发生单元和模拟电路，上位机命令经由ARM控制单元发送给FPGA波形发生单元产生四路刺激信号，通过模拟电路进行数模转换和放大后输出；迷走神经刺激模块由信号发生单元和升压电路组成，接收到上位机命令后对人体施加双侧耳部迷走神经刺激。所述脑电采集模块由转接电路、预处理电路、模数转换芯片ADS1299和微控制单元组成，预处理电路包括低通滤波电路、高通滤波电路和工频陷波电路，脑电信号经过滤波放大预处理后，进入ADS1299完成信号的模数转换，得到高分辨率的数字信号，然后数字信号通过ADS1299的串行外设接口传送到微控制单元，微控制单元将数据通过通用串行总线传送至上位机。所述经颅电刺激模块主要包括三个单元：ARM控制单元、现场可编程逻辑门阵列波形发生单元、模拟电路单元；模拟电路包括有以下几个部分：数模转化电路，放大滤波电路、电流检测电路以及电源电路。所述迷走神经刺激模块包括信号传输单元、波形产生及电流控制单元以及电源管理单元；信号传输单元包括控制按键，用于设置刺激的脉宽和频率参数；波形产生及电流控制单元产生所需的压控双向微安级脉冲刺激电流波形，由两路PWM波形来控制；电源管理模块包括隔离电源、DC-DC升压模块，用可调电阻来分压，调整输出的电压。还包括粉红噪声发生器模块，粉红噪声发生器模块包括主控单元和音频单元，主控单元产生粉红噪声数据经过音频单元转换为音频信号后通过耳机输出。所述经颅电刺激模块设置了电流检测电路来避免输出电流过高，电流检测电路采用INA286双向分流检测器；在信号的输出过程中，首先使用了一个5Ω的电阻来实现差模采样；参考电压为2.5V，差分放大100倍，得到±2.5mA之间的测量电流，随后，利用模数转换器ADS7814进行模拟信号到数字信号的转换过程；FPGA采集数字信号传递给ARM，由ARM进行计算构成反馈并输出稳定电流。所述迷走神经刺激模块的电路框架包括电源保护电路、隔离电源电路、MCU主控模块、DC-DC升压电路和输出电路；MCU主控模块产生所需的压控双向微安级脉冲刺激电流波形，由两路脉冲宽度调制波形来控制，输出电路用可调电阻来分压，调整输出的电压；迷走神经刺激模块采用5V的直流稳压电源供电，采用贴片自恢复保险丝SMD1812P050TF来保证电源输入的安全。所述迷走神经刺激模块有一个稳定的电源设备来进行稳定供电过程，以5V的直流稳压电源进行供电，而3.3V电压的实现依赖于电源管理芯片MP2451来进行降压，并实现对于主控芯片的供电，这两种供电电压依靠隔离电源电路来完成.所述迷走神经刺激电路为恒流设定，刺激档位大小由不同电压来表示，用可调电阻用来分压，调整输出的电压，输出档位电压在9V-30V之间可调，所以将5V电源电压通过DC-DC升压电路升至9V，然后通过变压器升至最高30V；通过电流控制电路来确保恒流输出，恒流源电路由两个运算放大器组成，MCU控制两路PWM信号来产生刺激所需要的脉冲波形。本专利技术的有益效果在于：该刺激设备有两种模式，经颅电刺激和迷走神经刺激，采集睡眠过程中的脑电信号，刺激设备增加了粉红噪声发生器模块，有效的促进了睡眠效果。附图说明：图1为经颅电刺激模块结构示意图；图2为模拟电路电路图；图3为TLV5614数模转换电路图；图4为放大滤波电路图；图5为电流检测电路图；图6为模拟电路系统原理图；图7为迷走神经刺激模块的电路框架图；图8为电源输入保护电路原理图；图9为隔离电源电路原理图；图10为DC-DC升压电路原理图；图11为电流控制电路原理图；图12为Block设计图；图13是五个脑区中四个实验组的激活强度图；图13-1是右侧旁扣带回脑区激活强度图；图13-2是左侧丘脑脑区激活强度图；图13-3是左侧苍白质脑区激活强度图；图13-4是右侧丘脑脑区激活强度图；图13-5是右侧壳核脑区激活强度图；其中纵坐标为激活强度，横坐标为对应的组分别为：tDCS+tVNS，tDCS+tVNS假刺激，tDCS假刺激+tVNS，tDCS假刺激+tVNS假刺激。图中的值为均值±标准差。图中的英文缩写分别对应于：PGR：右侧旁扣带回，LTL：左侧丘脑，LPaL：左侧苍白质，RTR：右侧丘脑，RPuR：右侧壳核。图14为多模式记忆巩固刺激设备结构框图；图15为ADS1299内部原理框图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图14一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备，其特征在于：包括脑电采集模块、上位机处理模块、经颅电刺激模块和迷走神经刺激模块；脑电采集模块由预处理电路和高精度模数转换芯片ADS1299组成，预处理电路包括高低通滤波电路和工频陷波电路，八通道脑电信号经过滤波放大和模数转换后传送至上位机端进行数据处理；上位机处理模块对采集到的脑电信号进行实时处理；经颅电刺激模块包括ARM控制单元、FPGA波形发生单元和模拟电路，上位机命令经由ARM控制单元发送给FPGA波形发生单元产生四路刺激信号，通过模拟电路进行数模转换和放大后输出；迷走神经刺激模块由信号发生单元和升压电路组成，接收到上位机命令后对人体施加双侧耳部迷走神经刺激。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号反馈的多模式记忆巩固刺激设备，其特征在于：包括脑电采集模块、上位机处理模块、经颅电刺激模块和迷走神经刺激模块；脑电采集模块由预处理电路和高精度模数转换芯片ADS1299组成，预处理电路包括高低通滤波电路和工频陷波电路，八通道脑电信号经过滤波放大和模数转换后传送至上位机端进行数据处理；上位机处理模块对采集到的脑电信号进行实时处理；经颅电刺激模块包括ARM控制单元、FPGA波形发生单元和模拟电路，上位机命令经由ARM控制单元发送给FPGA波形发生单元产生四路刺激信号，通过模拟电路进行数模转换和放大后输出；迷走神经刺激模块由信号发生单元和升压电路组成，接收到上位机命令后对人体施加双侧耳部迷走神经刺激。


2.如权利要求1所述的多模式记忆巩固刺激设备，其特征在于：所述脑电采集模块由转接电路、预处理电路、模数转换芯片ADS1299和微控制单元组成，预处理电路包括低通滤波电路、高通滤波电路和工频陷波电路，脑电信号经过滤波放大预处理后，进入ADS1299完成信号的模数转换，得到高分辨率的数字信号，然后数字信号通过ADS1299的串行外设接口传送到微控制单元，微控制单元将数据通过通用串行总线传送至上位机。


3.如权利要求1所述的多模式记忆巩固刺激设备，其特征在于：所述经颅电刺激模块主要包括三个单元：ARM控制单元、现场可编程逻辑门阵列波形发生单元、模拟电路单元；模拟电路包括有以下几个部分：数模转化电路，放大滤波电路、电流检测电路以及电源电路。


4.如权利要求1所述的多模式记忆巩固刺激设备，其特征在于：所述迷走神经刺激模块包括信号传输单元、波形产生及电流控制单元以及电源管理单元；信号传输单元包括控制按键，用于设置刺激的脉宽和频率参数；波形产生及电流控制单元产生所需的压控双向微安级脉冲刺激电流波形，由两路PWM波形来控制；电源管理模块包括隔离电源、DC-DC升压模块，用可调电阻来分压，调整输出的电压。


5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，杨群，郑斌，
申请(专利权)人：西安八水健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61