一种闭环自适应经颅电刺激装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种闭环自适应经颅电刺激装置和方法，装置包括通过控制单元进行控制的，且共用同一套电极的经颅电刺激单元和脑电采集单元，所述控制单元通过切换电路控制电极的连接。所述方法通过采集脑电数据和范式行为数据，结合多模态数据融合计算被试状态评价结果，并与设定的预设调控目标进行比较，采用预设调控模型进行调控，完成被试状态评价结果和预设调控目标没有偏差。本发明专利技术能够实现闭环式自适应经颅电刺激调控模式。自适应经颅电刺激调控模式。自适应经颅电刺激调控模式。

【技术实现步骤摘要】
一种闭环自适应经颅电刺激装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种脑状态调控方法，尤其是涉及一种高精度经颅电刺激(HD
‑
tDCS)、脑电(EEG)和行为范式集成的一种闭环自适应经颅电刺激装置和方法。

技术介绍

[0002]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。对这两种场景原理基本一致，但是具体评价训练范式、脑状态评价方法、神经调控的参数会有差异。传统的经颅电刺激调控设备只能实现经颅电刺激功能，刺激的效果只能通过人为经验进行观察和评估。但是随着科研和临床要求的不断提升，经颅电刺激对于脑状态变化的数字化精准结果评估开始受到重视。
[0003]所述经颅电刺激实施前需要进行脑状态评估技术，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)的脑状态评估技术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对脑状态进行表征。脑状态评估的精准数字化评估一般是基于常模建立的EEG算法和行为结果算法评估进行精准数据表征，但是基于EEG和行为结果相融合的精准评估仍然是空白。
[0004]传统的经颅电刺激需要借助其他脑电设备和行为范式软件才能进行刺激效果的评估，然后再人为根据评估结果有针对性的调整经颅电刺激模式。这种方式操作很繁琐，操作的流程也冗长，而且容易出现失误，无法适应智能化神经调控的发展要求。进一步的，传统的经颅电刺激技术有两个比较重要的局限，一是传统海绵电极只能实现头皮大面积刺激，无法精确控制刺激区域，对于很多疾病的治疗具有局限性。二是多以“开环”方式提供刺激，即根据预编程的主动设置刺激参数的方式来进行调节，无法对患者刺激后出现的临床症状或疾病的评估效果进行调整和反馈。
[0005]传统的脑状态评估技术一般是生理信号评估和范式评估相分离的方式，没有两者结合的评估算法。这种传统脑状态评估技术没法形成评估和范式结合的评价结果，也无法为闭环调控提供精确地数据引导。目前的闭环调控模式更多是离线方式，也就是经颅电刺激调控结束后再离线进行脑状态评估，再根据评估结果进一步调整经颅电刺激模式。即使是在线的闭环调控模式，传统的方法也更多的是采集和刺激设备分离的方式，采集和刺激模块是通过外在系统进行同步的方式。这种闭环调控模式无法形成一个整体的系统，同步效果差，设置复杂，操作困难。
[0006]可见，现有技术若实现上述功能，需要“经颅电刺激设备、脑电采集设备、任务范式
展示设备及人员反应(反应时、反应正确率)记录设备，还需要上述三种设备的同步器”，一共需要4套独立的硬件和1套后统计软件，然后由1名专业人员根据统计结果作出判断。并且，因为既往系统是“单向时间戳打标”：也就是经颅电刺激时间、范式任务时间、人员反应时间，都同步到电脑系统，形成后分析的数据包；但是不能根据脑电变化、人员行为反应变化，全自动的闭环“反向控制刺激模式，反向调控任务难度”；只能通过专业人员手动调整“刺激模式，任务难度”。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种闭环自适应经颅电刺激装置和方法，涉及经颅电刺激神经调控方法和脑状态评估方法，针对传统经颅电刺激设备对刺激效果无法进行精准评估和自动反馈控制的弊端，解决了经颅电刺激、脑电采集、范式运行三者一体化集成的脑状态调控问题，解决了脑状态调控设备的搭建问题，实现高精度经颅电刺激(HD
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tDCS)、EEG采集和行为范式一体式的硬件系统和软件系统。其技术方案如下所述：
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]所述脑电采集电路采用菊花链Daisy
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Chain级联，将8通道构成16通道、32通道、64通道、128通道。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]所述控制单元设置有处理器，所述处理器采用STM32F383CC芯片。
[0017]一种闭环自适应经颅电刺激方法，包括以下步骤：
[0018]S1：根据不同的被试对象选择不同的试验范式；
[0019]S2：预设调控目标，作为对被试对象进行调控后的脑状态评价的级别设定；
[0020]S3：预设调控模型，确定经颅电刺激的输出参数；
[0021]S4：采集脑电数据并进行处理，得到被试脑电状态评价结果；
[0022]S5：采集行为数据并进行范式评价；
[0023]S6：根据脑电精准评价算法、范式评价算法，生成融合脑状态评价算法，计算被试状态评价结果；
[0024]S7：计算“被试状态评价结果和预设调控目标”偏差；
[0025]S8：调用调控模型，根据偏差值调控经颅电刺激输出参数；
[0026]S9：重复步骤S3
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S8，循环在线评估测试调控，直到“被试状态评价结果和预设调控目标”没有偏差。
[0027]进一步的，步骤S2中，所述调控目标分为十级，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闭环自适应经颅电刺激装置，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所述的闭环自适应经颅电刺激装置，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，能够通过采用菊花链Daisy
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Chain级联构建成16通道、32通道、64通道、128通道。3.根据权利要求1所述的闭环自适应经颅电刺激装置，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。4.根据权利要求1所述的闭环自适应经颅电刺激装置，其特征在于：所述切换电路控制电极与经颅电刺激单元或脑电采集单元的连接，控制单元通过控制切换电路，实现电极的同步控制模式和异步控制模式，所述同步控制模式是指电极同时进行经颅电刺激，或者电极同时进行脑电采集；所述异步控制模式是指部分电极进行脑电采集的同时，部分电极进行经颅电刺激。5.一种闭环自适应经颅电刺激方法，包括以下步骤：S1：根据不同的被试对象选择不同的试验范式；S2：预设调控目标，作为对被试对象进行调控后的脑状态评价的级别设定；S3：预设调控模型，确定经颅电刺激的输出参数；S4：采集脑电数据并进行处理，得到被试脑电状态评价结果；S5：采集行为数据并进行范式评价；S6：根据脑电精准评价算法、范式评价算法，生成融合脑状态评价算法，计算被试状态评价结果；S7：计算“被试状态评价结果和预设调控目标”偏差；S8：调用调控模型，根据偏差值调控经颅电刺激输出参数；S9：重复步骤S3
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S8，循环在线评估测试调控，直到“被试状态评价结果和预设调控目标”没有偏差。6.根据权利要求1所述的闭环自适应经颅电刺激方法，其特征在于：步骤S3中，所述输出参数的设定步骤如下：S11：确定经颅电刺激的模式；分为经颅直流电刺激、经颅交流电刺激、经颅脉冲刺激、经颅随机刺激模式；S2：确定经颅电刺激的位置；该位置在国际标准脑电位置分布图中挑选，设置有1个到N个电刺激位置，其中正极为1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐再汐，赵建军，
申请(专利权)人：北京华脑技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：