一种时相干涉电刺激系统技术方案

本发明专利技术涉及一种时相干涉电刺激系统，其系统包括：主控电路模块：用于产生高频交流电信号、采集反馈信号和监测电源电量；DDS电路模块：用于将高频交流电信号转换成多路正弦波信号；压控电流源电路模块：用于将正弦波信号转换为电流信号；导联接口：用于将电流信号施加于人体皮肤上；电源管理电路模块：包含过负载保护电路、过电压保护电路和尖峰脉冲抑制保护电路，并稳定输出

【技术实现步骤摘要】
一种时相干涉电刺激系统


[0001]本专利技术涉及生物医学工程领域，具体涉及一种时相干涉电刺激系统。

技术介绍

[0002]时相干涉电刺激法(Temporally Interfering,TI)是2017年Grossman等人提出的新型电刺激调控和治疗的方法，它通过多路高频电信号的差频干涉，实现在体表对身体较深部区域的刺激，解决了传统电刺激治疗穿透深度不足的问题。TI刺激在脑功能调控、神经肌肉组织功能性刺激、视网膜功能性刺激等方面被广泛的探索和验证，并被众多研究者证实可行性，具有卓越的应用前景。
[0003]目前的研究仅仅是针对一、两种刺激强度和频率进行功能性验证和探索。未能从物理上研究频率与刺激深度、干涉深度等方面进行细致的研究。从理论上来说，不同的高频载波频率和差频频率会到达不同的穿透深度，进而带来不同的刺激效应。亟须一种刺激通道多、频率范围广的时相干涉电刺激系统，用于研究时相干涉电刺激参数与刺激效果之间的关系，助力电刺激治疗仪器的发展。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种时相干涉电刺激系统。
[0005]本专利技术技术解决方案为：一种时相干涉电刺激系统，包括：
[0006]主控电路模块：用于产生高频交流电信号、采集反馈信号和监测电源电量；
[0007]DDS电路模块：用于将所述高频交流电信号转换成多路正弦波信号；
[0008]压控电流源电路模块：用于将所述正弦波信号转换为电流信号；
[0009]导联接口：用于将所述电流信号施加于人体皮肤上；
[0010]电源管理电路模块：包含过负载保护电路、过电压保护电路和尖峰脉冲抑制保护电路，并稳定输出
±
12V和+5V电压；
[0011]触摸屏：用于所述电流信号及其频率录入与显示。
[0012]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0013]本专利技术公开了一种时相干涉电刺激系统，利用PSoC作为主控，搭配数字频率合成芯片AD9959与压控电流源电路模块，设计和实现了一种四通道幅相可独立调节的时相干涉电刺激系统，该系统通过在人体表皮上施加两路恒定低强度千赫兹交流电作用产生的差频电流以无创的方式精准、深度刺激深部神经，从而调节神经元活动，解决了现有技术中单一刺激带来的局限性问题，为完成人体深部神经精准刺激提供了有效工具。
附图说明
[0014]图1为本专利技术中时相干涉的原理示意图；
[0015]图2为本专利技术实施例中一种时相干涉电刺激系统结构框架图；
[0016]图3为本专利技术实施例中DDS电路模块原理示意图；
[0017]图4为本专利技术实施例中压控电流源电路模块原理示意图；
[0018]图5为本专利技术实施例中触摸屏示意图。
具体实施方式
[0019]本专利技术提供了一种时相干涉电刺激系统，通过产生不同频率、幅值的电刺激正弦波信号，可深度刺激深部神经。
[0020]为了更好地理解本专利技术，首先，对时相干涉电刺激原理进行解释：
[0021]组织细胞只对低频(约百赫兹以内)电流产生兴奋性响应，不对高频(千赫兹以上)电信号响应，而高频信号可以有效的穿透皮肤表层，抵达更深的人体组织。如果用一对电极对人体施加调幅信号，其载波频率为千赫兹以上，包络为百赫兹以内，那么它能够到达人体深部，并在深部产生一定的刺激效应，但是这种方式电极附近的电流密度较大，在皮肤表层产生不必要的响应。时相干涉电刺激采用两对电极施加不同频的高频电刺激，在深部区域两路信号叠加产生具有低频包络的调幅信号，电极附近主要是高频信号，不会产生不必要的刺激效应。时相干涉的原理图如图1所示，在需要刺激的组织附近的身体表面放置两对电极，每对电极分别施加电流激励信号I1与I2，其表达式分别如公式(1)、(2)所示：
[0022]I1＝A1sin(2πf1t+θ1)
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(1)
[0023]I2＝A2sin(2πf2t+θ2)
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(2)
[0024]其中，f1与f2分别是频率，数量级大约为千兆赫兹，I1和I2扩散到达组织深部，在某位置的电流为K1I1和K2I2。两路电流叠加后的电流为I3，I3可用公式(3)表示：
[0025][0026][0027]公式(3)有两项，k1和k2由刺激的位置、深度和组织的阻抗分布共同决定，总能找到一个刺激参数和位置，使公式(3)的第二项为0，而第一项不为0,此时公式(3)可以化简为公式(4)：
[0028][0029]通过公式(4)可以看出，两对电极施加的高频刺激，在身体深部某一个位置会产生一个调制信号，载波为两个信号的和频，包络为两个信号的差频。只要使两个信号的差频项调整到合适的值，即可在身体组织深部产生刺激效应。
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，以下通过具体实施，并结合附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0031]实施例一
[0032]如图2所示，本专利技术实施例提供的一种时相干涉电刺激系统，包括下述模块：
[0033]主控电路模块：用于产生高频交流电信号、采集反馈信号和监测电源电量；
[0034]DDS电路模块：用于将高频交流电信号转换成多路正弦波信号；
[0035]压控电流源电路：用于将正弦波信号转换为电流信号；
[0036]导联接口：用于将电流信号施加于人体皮肤上；
[0037]电源管理电路模块：包含过负载保护电路、过电压保护电路和尖峰脉冲抑制保护
电路，并稳定输出
±
12V和+5V电压；
[0038]触摸屏：用于电流信号及其频率录入与显示。
[0039]在一个实施例中，主控电路模块：用于产生高频交流电信号、采集反馈信号和监测电源电量：
[0040]主控电路模块作为系统的信息处理模块，是整个系统的核心，用于产生高频交流电信号、采集反馈信号和监测电源电量，具体包括：
[0041]本专利技术实施例中采用Cypress公司的PSoC5作为主控电路模块的处理芯片，PSoC全称可编程片上系统(Programmable System on Chip)，其内核是基于ARM的Cortex
‑
M3高性能32位微处理器，PSoC芯片的优点为：
[0042](1)高集成度：是集控制、数字、模拟一体的芯片，其内部集成了大量的模拟和数字可编程阵列，其中模拟可编程阵列包括开关电容、运算放大器、8
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20位可配置Delta
‑
Sigma ADC和数字滤波器等，方便完成电路的集成化设计。
[0043](2)高运算能力：工作时钟频率达到80MHz，且内部集成了能在1个周期内计算出32位结果的硬件乘法器，可大大节省计算周期，为复杂的算法提供速度及系统稳定性支持，能满足实时模式识别及控制系统的要求。
[0044](3)低功耗：采用1.71V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时相干涉电刺激系统，其特征在于，包括：主控电路模块：用于产生高频交流电信号、采集反馈信号和监测电源电量；DDS电路模块：用于将所述高频交流电信号转换成多路正弦波信号；压控电流源电路模块：用于将所述正弦波信号转换为电流信号；导联接口：用于将所述电流信号施加于人体皮肤上；电源管理电路模块：包含过负载保护电路、过电压保护电路和尖峰脉冲抑制保护电路，并稳定输出
±
12V和+5...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜俊杰，袁野，
申请(专利权)人：安徽医科大学，
类型：发明
国别省市：