穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法技术

本发明专利技术属于智能医学、脑机接口技术领域，具体涉及一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法，旨在解决开环刺激调控的局限性。本发明专利技术提供的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备包括设备主体和总控中心，设备主体包括多个触头，总控中心包括脑电检测模块和电流调控模块；脑电检测模块，用于检测多个触头的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块；电流调控模块，与脑电检测模块信号连接，根据多个脑电信号分析识别各个脑电信号是否超出阈值，在脑电信号超出阈值后，生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头。通过检测和反馈尽心闭环刺激，使得调控效果可重复，实现了在特定的时刻、特定的脑区以特定的电流进行神经调控。神经调控。神经调控。

【技术实现步骤摘要】
穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法


[0001]本专利技术属于智能医学、脑机接口
，具体涉及一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法。

技术介绍

[0002]经颅电刺激技术目前已经受到广泛的关注：在疾病治疗领域，精神类药物疗效有限，而且副作用显著；而常规的脑机接口领域，尤其是针对正正常人群，用药显然也不太方便；物理神经调控，尤其是经颅电刺激，已经普遍认为对认知功能有显著改善，目前已经广泛用于临床医学、脑科学、脑机交互技术等领域。尽管目前市场上已有众多的经颅电刺激装置，但是其疗效在个体上尚缺乏可重复性的效果，这其中的主要原因之一是开环刺激调控的局限性，临床医生都仅仅是根据经验进行神经调控，在未知的脑区用未知的方式调控某个功能，使得调控效果无法有效的重复；同时，已有的脑电技术和装置都有诸多使用限制。比如：有的必须有线使用，这将约束了用户使用时的灵活性，不能随意移动；有的必须打导电膏，这种设计不仅实验前的准备非常复杂耗时，而且用户完成试验后还得清洗头发；有的无线的盐水电极使用设备，但是无法自动显示各个通道的阻抗提醒（可能需要借助第三方显示工具），使得用户无法实时发现各个通道数据是否在要求的阻抗范围内；有的设备依靠电极帽或爪形设备按压电极贴合头皮，但是个体之间的差异使得总有部分电极很难与被试的头皮具有好的贴合度，从而影响数据采集的质量。鉴于此，本专利技术将通过设计一种简单的穿戴式的无线脑电采集和经颅电刺激调控闭环装置，一次性解决上述所有问题。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法。
[0004]本专利技术提供的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备包括设备主体和总控中心，设备主体包括多个触头，总控中心包括脑电检测模块和电流调控模块；脑电检测模块，用于检测多个触头的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块；电流调控模块，与脑电检测模块信号连接，根据多个脑电信号分析识别各个脑电信号是否超出阈值，在脑电信号超出阈值后，生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头。
[0005]进一步的，脑电信号包括幅值、相位或频率；补偿电流包括对特定脑电频段施加相同波形的交流电流；抑制电流包括对特定脑电频段施加相反波形的交流电流。
[0006]进一步的，脑电检测模块包括第一多通道高速开关和第一MCU，第一多通道高速开关的输入接口与各个触头信号连接，第一多通道高速开关的输出接口与第一MCU信号连接，多个触头的脑电信号经第一多通道高速开关传递至第一MCU；电流调控模块包括第二多通道高速开关和第二MCU，第二多通道高速开关的输入接口与第二MCU信号连接，第二多通道高速开关的输出接口与各个触头信号连接，由第二MCU产生的调控信号经第二多通道高速开关传递至各个触头。
[0007]进一步的，脑电检测模块配置为在第一多通道高速开关断开时停止工作以使电流调控模块独立工作，电流调控模块配置为在第二多通道高速开关断开时停止工作以使脑电检测模块独立工作。
[0008]进一步的，设备主体的各个触头均设置有独立的控制开关以及至少一个独立的电极通道；每个电极通道都可以单独的设置交流电的相位，各个电极通道在任意时刻总体相位为0；各个电极的电流强度设置通过上位机接口进行，下位机通过howland电路设计实现，误差小于1%。
[0009]进一步的，设备主体包括多个触头，触头包括连杆底座、包裹环和探头；连杆底座包括连接套，探头包括连接球，连接球插装于连接套；连接球配置为可在连接套内转动；包裹环套装于连接套并使连接套直径变小；连接套的侧壁开设有卡槽，连接球上设置有凸起，凸起卡接于卡槽内；卡槽与凸起配合，以防止探头绕自身轴线旋转，导致连接于连杆底座和探头的导线因随探头转动而卷绕；以连接套的轴线和凸起所在的平面为第一平面，卡槽与凸起的配合同时限制了探头只能在垂直于第一平面的平面内摆动，以使探头自适应头皮弧度并保持稳定。
[0010]进一步的，设备主体还包括连接杆，连接杆与连杆底座连接；连接杆由记忆塑料制成。
[0011]进一步的，探头还包括主体部，主体部与连接球连接的一侧为锥形，锥形的直径由主体部到连接球渐缩；主体部背离连接球的一侧设置有容纳槽；主体部的侧面开设有补给孔，补给孔与容纳槽连通。
[0012]本专利技术的另一方面，提供了一种穿戴式脑认知检测和调控方法，包括：脑电检测模块检测多个触头的多个脑电信号并将多个脑电信号传输至电流调控模块；电流调控模块根据多个脑电信号，分析识别各个脑电信号是否超出阈值，在脑电信号超出阈值后，生成补偿电流或抑制电流并作用至对应触头。
[0013]进一步的，电流调控模块在脑电信号超出阈值后对脑电频段施加抑制电流，以及，在脑电信号低于阈值时对脑电频段施加补偿电流。
[0014]技术效果分析：1）基于记忆塑料的自适应头型设计，可以适配各种形状的头型；电极末端的万向轴设计，可以确保电极与头皮垂直紧密贴合；各个脑区位置都是遵循国际10
‑
20导联设计，用户无需具备任何脑电或神经解剖学基础。
[0015]2）该设备既可以作为单独的脑电检测设备使用，也可以作为单独的电力调控设备使用，尤其是可以作为脑功能活动检测
‑
调控同步闭环设备使用；如果作为单独的脑电检测设备，是指只开启脑电检测模块功能，如果单独作为电力调控设备使用，是指只开启施加电刺激的的电流调控模块。
[0016]如果作为脑功能活动检测
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调控同步闭环设备，是指可以实时（时间误差小于1毫秒）根据采集计算得到的脑电信号特征施加有针对性的电流调控，以此实现在特定的时刻、特定的脑区以特定的电流进行实时个体化神经调控。
[0017]3）该设备每个电极通道都可以单独的开关控制以及作为阳极或阴极控制，所以电极可以分组分成多个单独的电流回路，每个回路可以有1个或多个阳极或阴极，只要总电流达到平衡即可（总流入等于总流出）；多环路设计实现是靶向聚焦调控的基础；上述各个电
极的电流强度设置通过上位机接口进行，下位机通过howland电路设计实现，误差小于1%。
[0018]4）该设备可以自行佩戴，头上有几个参考点辅助确定佩戴位置，包括两侧乳突位置的辅助支撑分支（压在耳朵背后的圆锥形突起位置）、中央的参考电极Cz位置（两耳连线与中央纵裂交点）、额头中间发际线位置的GND接地电极，上述三类位置基本确定了佩戴的合理性。
附图说明
[0019]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的设备主体的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的设备主体中触头的分解示意图；图3为本专利技术实施例提供的设备主体中中探头的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备的电路原理图。
[0020]附图标记说明：100
‑
触头；200
‑
连接杆；300
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备，其特征在于，包括设备主体和总控中心，所述设备主体包括多个触头（100），所述总控中心包括脑电检测模块和电流调控模块；所述脑电检测模块，用于检测多个所述触头（100）的多个脑电信号并将多个所述脑电信号传输至所述电流调控模块；所述电流调控模块，与所述脑电检测模块信号连接，根据多个所述脑电信号分析识别各个所述脑电信号是否超出阈值，在所述脑电信号超出阈值后，生成补偿电流或抑制电流并作用至对应所述触头（100）。2.根据权利要求1所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备，其特征在于，所述脑电信号包括幅值、相位或频率；所述补偿电流包括对特定脑电频段施加相同波形的交流电流；所述抑制电流包括对特定脑电频段施加相反波形的交流电流。3.根据权利要求2所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备，其特征在于，所述脑电检测模块包括第一多通道高速开关和第一MCU，所述第一多通道高速开关的输入接口与各个所述触头（100）信号连接，所述第一多通道高速开关的输出接口与所述第一MCU信号连接，多个所述触头（100）的脑电信号经所述第一多通道高速开关传递至所述第一MCU；所述电流调控模块包括第二多通道高速开关和第二MCU，所述第二多通道高速开关的输入接口与所述第二MCU信号连接，所述第二多通道高速开关的输出接口与各个所述触头（100）信号连接，由所述第二MCU产生的调控信号经所述第二多通道高速开关传递至各个所述触头（100）。4.根据权利要求3所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备，其特征在于，所述脑电检测模块配置为在所述第一多通道高速开关断开时停止工作以使所述电流调控模块独立工作；所述电流调控模块配置为在所述第二多通道高速开关断开时停止工作以使所述脑电检测模块独立工作。5.根据权利要求4所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备，其特征在于，所述设备主体的各个所述触头（100）均设置有独立的控制开关以及至少一个独立的电极通道；每个电极通道都可以单独的设置交流电的相位，各个电极通道在任意时刻总体相位为0；各个电极的电流强度设置通过上位机接口进行，下位机通过howland电路设计实现，误差小于1%。6.根据权利要求5所述的穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备，其特征在于，所述设备主体包括多个所述触头（100），所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：左年明，蒋田仔，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：