本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置。

背景技術(shù)：

經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)是一種利用恒定、低強度直流電(0.1～2mA)調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元活動的技術(shù)，tDCS有兩個不同的電極及其供電電池設(shè)備，外加一個控制軟件設(shè)置刺激類型的輸出，以微弱極化直流電作用于大腦皮質(zhì)。刺激方式包括陽極刺激、陰極刺激和偽刺激，陽極刺激通常能增強刺激部位神經(jīng)元的興奮性，陰極刺激則能降低刺激部位神經(jīng)元的興奮性。與其他非侵入性腦刺激技術(shù)如經(jīng)顱電刺激和經(jīng)顱磁刺激不同，tDCS不是通過閾上刺激引起神經(jīng)元放電，而是通過調(diào)節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活性而發(fā)揮作用，在神經(jīng)元水平，tDCS對皮層興奮性調(diào)節(jié)的基本機制是依據(jù)刺激的極性不同引起靜息膜電位超極化或者去極化的改變，陽極刺激通常使皮層的興奮性提高，陰極刺激則降低皮層的興奮性。

例如，中國實用新型專利CN202777455U公開了一種高聚焦性多通道經(jīng)顱直流電刺激裝置，包括tDCS電極陣列、電源與控制單元，其中，tDCS電極陣列為基于10-20國際電極放置法在頭顱表面設(shè)置的多通道的圓形導(dǎo)電電極，該tDCS電極陣列中各通道電極與電源之間分別通過獨立的控制單元連接，各通道電極極性以及電流強度由這些獨立的控制單元分別控制。

上述經(jīng)顱直流電刺激裝置存在以下問題：只能改變電壓、電流和頻率等，不能即時改變和切換電極極性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)經(jīng)顱直流電刺激裝置的電極極性的即時改變和切換的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置，包括：

腦電波監(jiān)測模塊，采集用戶的腦電波信號并提取腦電波信號的特征，監(jiān)測腦電波信號是否異常；

經(jīng)顱刺激模塊，根據(jù)異常的腦電波信號發(fā)出用于刺激用戶經(jīng)顱的電磁刺激信號；

數(shù)據(jù)交換模塊，實現(xiàn)所述腦電波監(jiān)測模塊與所述經(jīng)顱刺激模塊的數(shù)據(jù)交互；

所述經(jīng)顱刺激模塊包括用于執(zhí)行電療或磁療操作的電療磁療單元、PCM編碼器、PCM解碼器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述電療磁療單元包括至少兩個電極和至少一個磁極；

所述PCM編碼器對每個電極輸出的波形進行編碼，得到PCM編碼的波形文件；所述PCM解碼器讀取所述PCM編碼的波形文件，解碼出各電極對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)和表示電極極性的真值；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器將各電極對應(yīng)的真值轉(zhuǎn)換為控制信號，切換電極的極性，并將對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電流信號經(jīng)電極輸出。

在上述技術(shù)方案中，所述真值包括0和1；

真值0對應(yīng)的控制信號為：接通電極的陰極；

真值1對應(yīng)的控制信號為：接通電極的陽極。

在上述技術(shù)方案中，所述經(jīng)顱刺激模塊還包括音波理療單元，所述音波理療單元由第一音波發(fā)生器和第二音波發(fā)生器組成，所述經(jīng)顱刺激模塊通過骨傳導(dǎo)，將所述第一音波發(fā)生器和第二音波發(fā)生器產(chǎn)生的樂音波刺激信號和非樂音波刺激信號刺激用戶經(jīng)顱。

在上述技術(shù)方案中，還包括經(jīng)顱刺激優(yōu)化模塊和專家干預(yù)模塊；

所述經(jīng)顱刺激優(yōu)化模塊通過所述數(shù)據(jù)交互模塊接收所述腦電波監(jiān)測模塊的反饋信號，基于專家干預(yù)模塊和保存有所有用戶的經(jīng)顱刺激方案和經(jīng)顱刺激結(jié)果記錄的大數(shù)據(jù)平臺，通過分析計算用戶當(dāng)前的健康指標(biāo)數(shù)據(jù)，對所述經(jīng)顱刺激方案進行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整；

所述專家干預(yù)模塊，用于在線專家通過分析用戶的健康指標(biāo)數(shù)據(jù)和經(jīng)顱刺激結(jié)果記錄，對所述經(jīng)顱刺激方案進行干預(yù)。

在上述技術(shù)方案中，還包括實現(xiàn)用戶與所述數(shù)據(jù)交換模塊交互的交互終端，所述交互終端向用戶實時發(fā)送健康指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過所述數(shù)據(jù)交換模塊將獲取到的用戶的行為信息和行為量表發(fā)送到所述腦電波監(jiān)測模塊。

在上述技術(shù)方案中，所述腦電波監(jiān)測模塊包括EEG采集單元，所述EEG采集單元由主電極、參考電極和接地線組成，用于采集用戶的腦電波信號。

在上述技術(shù)方案中，所述電磁刺激信號包括經(jīng)顱磁刺激信號、經(jīng)顱直流電刺激信號、經(jīng)顱交流電刺激信號、樂音波刺激信號和非樂音波刺激信號，所述非樂音波刺激信號由經(jīng)顱超聲波刺激信號、經(jīng)顱次聲波刺激信號、經(jīng)顱噪聲刺激信號和經(jīng)顱白噪聲刺激信號組成。

本發(fā)明通過PCM編碼器對每個電極輸出的波形進行PCM編碼，得到PCM編碼的波形文件，通過PCM解碼器讀取PCM編碼的波形文件，解碼出各電極對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)和表示電極極性的真值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將各電極對應(yīng)的真值轉(zhuǎn)換為控制信號，切換電極的極性，實現(xiàn)了程序化即時控制用于經(jīng)顱刺激的電極極性，對于遠(yuǎn)程應(yīng)用具有很好的前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的用于電極極性控制的真值表；

圖3為本發(fā)明實施例提供的PCM編碼的波形文件的存儲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置的實現(xiàn)流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實施例提供了一種生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置，如圖1所示，包括：

腦電波監(jiān)測模塊1，通過用戶的皮膚采集生物電信號，通過分析芯片和放大濾波從生物電信號中分離出表征大腦活動狀態(tài)的0.5～100赫茲的腦電波信號，并提取腦電波信號的特征，監(jiān)測腦電波信號是否異常；

腦電波監(jiān)測模塊1包括EEG采集單元10，EEG采集單元10由主電極、參考電極和接地線組成；

經(jīng)顱刺激模塊2，根據(jù)異常的腦電波信號發(fā)出電磁刺激信號，刺激用戶的經(jīng)顱，改善和影響用戶的腦功能；

經(jīng)顱刺激模塊2包括用于執(zhí)行電療或磁療操作的電療磁療單元20、音波理療單元21、PCM編碼器22、PCM解碼器23和數(shù)模轉(zhuǎn)換器24；電療磁療單元20包括至少兩個電極第一電極和第二電極(電療磁療單元20可以采用一個陽極加一個陰極，一個陽極加多個陰極，多個陽極加多個陰極或多個陽極加一個陰極)和至少一個磁極；音波理療單元21包括第一音波發(fā)生器和第二音波發(fā)生器，經(jīng)顱刺激模塊2將第一音波發(fā)生器和第二音波發(fā)生器產(chǎn)生的樂音波刺激信號和非樂音波刺激信號通過骨傳導(dǎo)刺激用戶經(jīng)顱；

數(shù)據(jù)交換模塊3，實現(xiàn)腦電波監(jiān)測模塊1與經(jīng)顱刺激模塊2的數(shù)據(jù)交互；

經(jīng)顱刺激優(yōu)化模塊4，通過數(shù)據(jù)交互模塊3接收腦電波監(jiān)測模塊1的反饋信號，基于專家干預(yù)模塊5和保存有所有用戶的經(jīng)顱刺激方案和經(jīng)顱刺激結(jié)果記錄的大數(shù)據(jù)平臺，通過分析計算用戶當(dāng)前的健康數(shù)據(jù)指標(biāo)，對經(jīng)顱刺激方案進行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。

專家干預(yù)模塊5，由在線的醫(yī)療專家或者服務(wù)人員主動分析用戶的健康指標(biāo)數(shù)據(jù)和經(jīng)顱刺激結(jié)果記錄，主動對經(jīng)顱刺激方案進行干預(yù)，為用戶的經(jīng)顱刺激方案提供幫助，從而減少軟件自動生成報告或者數(shù)據(jù)抽樣過程中的錯誤。

交互終端6，實現(xiàn)用戶與數(shù)據(jù)交換模塊3的交互，交互終端6向用戶實時發(fā)送健康指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)交換模塊3將獲取到的用戶的行為信息和行為量表(例如通過游戲獲得用戶手指靈敏度信息、通過游戲或者文件得到行為量表分析數(shù)據(jù))發(fā)送到腦電波監(jiān)測模塊1，用戶的行為信息作為分析用戶腦功能障礙的重要參數(shù)，對經(jīng)顱刺激方案的優(yōu)化具有重要作用。

大數(shù)據(jù)平臺保存有所有用戶的經(jīng)顱刺激方案和經(jīng)顱刺激結(jié)果記錄，從中分析抽取數(shù)據(jù)，并作為評價個人用戶經(jīng)顱刺激方案效果的參考，分析抽取數(shù)據(jù)的方法包括規(guī)則方法、模糊方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、貝葉斯方法、專家系統(tǒng)方法、機器學(xué)習(xí)和決策樹等智能方法。

如圖2和圖3所示，本發(fā)明為每個電極定義一個信號通道，通過PCM編碼器22對每個電極輸出的波形進行編碼，得到PCM編碼的波形文件，所有電極構(gòu)成一個陣列，每個電極輸出的波形均有一段編碼，PCM解碼器23讀取PCM編碼的波形文件，解碼出各電極對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)和表示電極極性的真值；數(shù)模轉(zhuǎn)換器24將各電極對應(yīng)的真值轉(zhuǎn)換為控制信號，切換電極的極性，并將對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電流信號經(jīng)電極輸出。

上述真值包括0和1，真值0對應(yīng)的控制信號為：接通電極的陰極；真值1對應(yīng)的控制信號為：接通電極的陽極；每個電極既可以作為陽極使用也可以作為陰極使用。

PCM編碼的波形文件的存儲格式如圖3所示，由ID域、數(shù)據(jù)采樣頻率、通道數(shù)和數(shù)據(jù)域四個部分構(gòu)成，ID域表示本PCM編碼的波形文件的類型；數(shù)據(jù)采樣頻率表示電磁刺激信號的波特率；通道數(shù)表示電極的數(shù)量；數(shù)據(jù)域存儲波形數(shù)據(jù)和真值表。

經(jīng)顱刺激模塊2用于刺激經(jīng)顱的電磁刺激信號包括經(jīng)顱磁刺激信號、經(jīng)顱直流電刺激信號、經(jīng)顱交流電刺激信號、樂音波刺激信號和非樂音波刺激信號，非樂音波刺激信號由經(jīng)顱超聲波刺激信號、經(jīng)顱次聲波刺激信號、經(jīng)顱噪聲刺激信號和經(jīng)顱白噪聲刺激信號組成。

腦電波監(jiān)測模塊1和經(jīng)顱刺激模塊2的工作原理為：

主電極采集腦電波信號，輸出給數(shù)據(jù)交換模塊3，數(shù)據(jù)交換模塊3發(fā)送相應(yīng)的電療或磁療操作代碼和數(shù)據(jù)到經(jīng)顱刺激模塊2，第一電極、第二電極或磁極執(zhí)行相應(yīng)的電療或磁療操作；數(shù)據(jù)交換模塊3發(fā)送音波引導(dǎo)操作代碼和數(shù)據(jù)到經(jīng)顱刺激模塊2，第一音波發(fā)生器和第二音波發(fā)生器執(zhí)行音波理療操作，腦電波監(jiān)測模塊1監(jiān)測用戶腦功能改善的效果。

本發(fā)明形成了一個完整的經(jīng)顱刺激、經(jīng)顱刺激效果監(jiān)測、經(jīng)顱刺激方案分析和優(yōu)化閉合循環(huán)的生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置，優(yōu)化過程基于在線專家的干預(yù)和保存有所有用戶的經(jīng)顱刺激方案和經(jīng)顱刺激結(jié)果記錄的大數(shù)據(jù)平臺，減少了軟件自動生成報告或者數(shù)據(jù)抽樣過程中的錯誤，同時發(fā)揮了大數(shù)據(jù)平臺在經(jīng)顱刺激方案優(yōu)化過程中的作用，通過對每個電極輸出的波形進行PCM編碼，得到PCM編碼的波形文件，讀取PCM編碼的波形文件，解碼出各電極對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)和表示電極極性的真值，利用真值切換電極的極性，實現(xiàn)程序化控制用于經(jīng)顱刺激的電流、電壓或電極的極性，對于遠(yuǎn)程應(yīng)用具有很好的前景。

同時，用戶通過交互終端(APP)與裝置進行交互，交互終端采集用戶的行為信息和行為量表，用戶的行為信息作為分析用戶腦功能障礙的重要參數(shù)，對經(jīng)顱刺激方案的優(yōu)化具有重要作用。

如圖4所示，為本發(fā)明提供的一種生物電反饋腦功能康復(fù)輔助裝置的實現(xiàn)流程圖，具體包括以下步驟：

S1、采集用戶的腦電波信號，監(jiān)測經(jīng)顱刺激的效果。

S2、將用戶的腦電波信號發(fā)送到交互終端(APP)，并提取腦電波信號的特征。

S3、根據(jù)腦電波信號的特征，判斷腦電波信號是否正常，如果正常，轉(zhuǎn)S7；否則，轉(zhuǎn)S4。

S4、對異常的腦電波信號進行分類。

S5、從經(jīng)顱刺激方案庫提取針對該類異常腦電波信號的理療方案，并保存異常的腦電波信號和其分類結(jié)果。

S6、讀取經(jīng)顱刺激方案，執(zhí)行相應(yīng)的經(jīng)顱刺激操作，刺激延續(xù)時長10～20分鐘，轉(zhuǎn)S1。

S7、保存正常的腦電波信號。

本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。