一种基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置的制作方法

一种基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置
1.技术领域：本发明涉及保守治疗医学技术领域，尤其涉及一种基于脑电控制经皮电刺激的装置及方法。
2.

背景技术：
经皮电刺激是当前镇痛或激发机体修复功能、康复等目的的常用治疗手段。当前的经皮电刺激主要有两种，一是开环电刺激。这种方法主要内容是采用一种电流波形发生器，通过程序控制电刺激器发出的刺激电流大小、波形、频率等电参数，对机体目标区域进行电刺激。另一种方法是闭环电刺激，常用方法是采集脑电极波形，用脑电波形特征作为控制量控制电刺激器发出的刺激电流参数。开环刺激方法未考虑到机体对电刺激的反应，仅依靠施针者经验调整刺激电流参数。闭环电刺激方法应用较少，大多用于动物实验。这种方法根据机体脑电信号特征，实时控制刺激电参数，具有较好的个性化治疗特色。但单纯电刺激机体耐受程度差异较大，如单纯使用电刺激器刺激特定肌肉进行机体放松时，虽然也能刺激模拟出肌肉的收缩反应，但使用完毕后，很多患者反映使用后较为疲乏。远不及手法按摩效果好。艾灸是中医的主要治疗手段之一，具有疗效确切、治疗过程中极少有不适感。但当前艾灸主要是人工操作或佩戴艾灸盒进行，没有机体对艾灸的反应环节介入。经大量临床应用表明，在电刺激的同时，对经皮电刺激部位同时施以艾灸，对机体的免疫反应刺激更为有效，同时艾灸感受温和，接受度高。针刺及艾灸特定部位时，机体会产生特定的变温反应，将这些反应加入刺激控制环节，可大大增加治疗方案的个性化，节省患者治疗时间和增加治疗舒适度。
3.

技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足，给出了一种融合脑电和红外测温系统信号作为反馈量，控制刺激电流波形和强度，控制艾灸完成深浅、路线控制等艾灸新方法。
4.本发明的技术方案是：一种基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置，其特征在于该装置包括经皮电刺激模块1、艾灸控制模块2、脑电测量模块3、红外成像相机4、伺服反馈控制计算机5、相机支架6以及艾灸夹持机械手7。
5.其中，经皮电刺激模块1包括波形发生器8和电极片9，主要用于生成电刺激所需刺激电流波形。
6.其中，艾灸控制模块2包括驱动电机10、艾灸夹持器11、艾柱12以及艾灸点火器15。该艾灸控制模块2主要用于与电刺激配合进行特定部位艾灸，在电刺激的同时进行艾灸，可有效增强机体刺激反应，加速康复过程。
7.其中，脑电测量模块3包括脑电极13、脑电信号采集/放大/识别模块14，脑电测量模块3主要完成脑电信号的采集、处理、识别几项工作。
8.其中，红外成像相机4主要功能为采集被刺激者16面部红外热图，精确识别电刺激和艾灸同时开展治疗之前后，面部温度分布的变化。
9.其中，伺服反馈控制计算机5运行采集分析软件，用于获取传感器数据并根据脑电
信号识别结果、红外图像识别结果、当前艾灸皮温和当前电刺激参数，实时计算下一步电刺激控制参数。
10.其中，各部件之间的连接关系为：被刺激者16头上佩戴脑电测量模块3，脑电测量模块3通过脑电数据线17连接到伺服反馈控制计算机5上；红外成像相机4安装于相机支架上，通过相机数据线18连接于伺服反馈控制计算机5上，相机镜头对准被刺激者16面部；经皮电刺激模块1贴于被刺激者16的被刺激部位，通过电刺激数据线19连接于伺服反馈控制计算机5上；艾灸控制模块2安装于艾灸夹持机械手7末端，通过艾灸控制线20连接于伺服反馈控制计算机5上，进而实现任意工作空间位置可达性；艾灸夹持机械手7通过机械手控制线21连接于伺服反馈控制计算机5。
11.上述基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置的使用步骤如下：[1] 被刺激者16头上佩戴脑电测量模块3，脑电测量模块3通过脑电数据线17连接到伺服反馈控制计算机5上，实时向伺服反馈控制计算机5传送当前脑电信号。
[0012]
[2] 经皮电刺激模块1贴于被刺激者16的被刺激部位，通过电刺激数据线19连接于伺服反馈控制计算机5上；[3] 红外成像相机4安装于相机支架上，通过相机数据线18连接于伺服反馈控制计算机5上，相机镜头对准被刺激者16面部；[4] 艾灸控制模块2安装于艾灸夹持机械手7末端，艾灸夹持机械手7通过机械手控制线21连接于伺服反馈控制计算机5；选择目标穴位，选择艾灸炙烤路径及时间，艾灸点火器15将艾柱12点燃，伺服反馈控制计算机5通过数据线21控制艾灸夹持机械手7运动到目标位置，对被刺激者16进行艾灸刺激；[5] 启动经皮电刺激模块1；[6] 启动红外成像相机4拍摄被刺激者16的面部红外辐射特征图像；[7] 伺服反馈控制计算机5实时计算被刺激者16脑电特征和红外辐射特征向量t，特别是面部中线附近温度变化情况，并与设定好的阈值th比较，如果超出阈值th，则按照医生处方规则实时调整电刺激参数。
[0013]
上述基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置中，所述伺服反馈控制计算机5实时采集计算被刺激者16的脑电特征、面部红外温度特征作为特征矢量c，当前电刺激参数、艾灸炙烤导致的当前皮温、艾灸灸烤路径作为被控量d，将相同时刻的c和d作为一组样本，获取至少1000组该样本，将其送入深度神经网络进行回归分析，获得该被刺激者16的个性化闭环刺激方案。
[0014]
附图说明：图1为系统整体结构图图1中：1为经皮电刺激模块2为艾灸控制模块3为脑电测量模块4为红外成像相机5为伺服反馈控制计算机6为相机支架
7为艾灸夹持机械手16为被刺激者17为脑电数据线18为相机数据线19为电刺激数据线20为艾灸控制线21为机械手控制线图2为脑电采集模块示意图图中：8为波形发生器9为电极片图3为艾灸控制模块图中：10为驱动电机11为艾灸夹持器12为艾柱15为艾灸点火器图4为脑电测量模块图中13为脑电极14为脑电信号采集/放大/识别模块16为被刺激者17为脑电数据线本发明的有益效果：经课题组实验表明，经皮电刺激结合特定穴位的艾灸能够更好地刺激被治疗者自身的康复系统。特定穴位的艾灸会引起经络巡行路线温度的快速变化，结合电刺激对机体的激发效果也会导致脑电波特征发生变化。因此，采用红外测温相机拍摄被刺激者面部经络温度特征变化，同时实时采集被刺激者脑电特征变化，将两种特征变化结合医生临床经验指导，闭环实时调节电刺激参数和艾灸强度和路线，可大大缩短患者治疗周期。同时，将实时脑电和面部红外图像特征及当前刺激参数送入深度神经网络训练出该被刺激者的机体反应数学模型，再根据该数学模型精确调节刺激参数，更加加速了患者康复进程，降低治疗成本，使治疗方案更加个性化，达到更优的治疗效果和缩短治疗时间。
[0015]
具体实施方式：参见图1-4所示，本发明的具体实施方式如下。
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本发明的技术方案是：一种基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置，其特征在于该装置包括经皮电刺激模块1、艾灸控制模块2、脑电测量模块3、红外成像相机4、伺服反馈控制计算机5、相机支架6以及艾灸夹持机械手7。
[0017]
其中，经皮电刺激模块1包括波形发生器8和电极片9，主要用于生成电刺激所需刺激电流波形。
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其中，艾灸控制模块2包括驱动电机10、艾灸夹持器11、艾柱12以及艾灸点火器15。该艾灸控制模块2主要用于与电刺激配合进行特定部位艾灸，在电刺激的同时进行艾灸，可有效增强机体刺激反应，加速康复过程。
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其中，脑电测量模块3包括脑电极13、脑电信号采集/放大/识别模块14，脑电测量模块3主要完成脑电信号的采集、处理、识别几项工作。
[0020]
其中，红外成像相机4主要功能为采集被刺激者16面部红外热图，精确识别电刺激和艾灸同时开展治疗之前后，面部温度分布的变化。
[0021]
其中，伺服反馈控制计算机5运行采集分析软件，用于获取传感器数据并根据脑电信号识别结果、红外图像识别结果、当前艾灸皮温和当前电刺激参数，实时计算下一步电刺激控制参数。
[0022]
其中，各部件之间的连接关系为：被刺激者16头上佩戴脑电测量模块3，脑电测量模块3通过脑电数据线17连接到伺服反馈控制计算机5上；红外成像相机4安装于相机支架上，通过相机数据线18连接于伺服反馈控制计算机5上，相机镜头对准被刺激者16面部；经皮电刺激模块1贴于被刺激者16的被刺激部位，通过电刺激数据线19连接于伺服反馈控制计算机5上；艾灸控制模块2安装于艾灸夹持机械手7末端，通过艾灸控制线20连接于伺服反馈控制计算机5上，进而实现任意工作空间位置可达性；艾灸夹持机械手7通过机械手控制线21连接于伺服反馈控制计算机5。
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上述基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置的使用步骤如下：[1] 被刺激者16头上佩戴脑电测量模块3，脑电测量模块3通过脑电数据线17连接到伺服反馈控制计算机5上，实时向伺服反馈控制计算机5传送当前脑电信号。
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[2] 经皮电刺激模块1贴于被刺激者16的被刺激部位，通过电刺激数据线19连接于伺服反馈控制计算机5上；[3] 红外成像相机4安装于相机支架上，通过相机数据线18连接于伺服反馈控制计算机5上，相机镜头对准被刺激者16面部；[4] 艾灸控制模块2安装于艾灸夹持机械手7末端，艾灸夹持机械手7通过机械手控制线21连接于伺服反馈控制计算机5；选择目标穴位，选择艾灸炙烤路径及时间，艾灸点火器15将艾柱12点燃，伺服反馈控制计算机5通过数据线21控制艾灸夹持机械手7运动到目标位置，对被刺激者16进行艾灸刺激；[5] 启动经皮电刺激模块1；[6] 启动红外成像相机4拍摄被刺激者16的面部红外辐射特征图像；[7] 伺服反馈控制计算机5实时计算被刺激者16脑电特征和红外辐射特征向量t，特别是面部中线附近温度变化情况，并与设定好的阈值th比较，如果超出阈值th，则按照医生处方规则实时调整电刺激参数。
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上述基于脑电反馈的闭环经皮电刺激装置中，所述伺服反馈控制计算机5实时采集计算被刺激者16的脑电特征、面部红外温度特征作为特征矢量c，当前电刺激参数、艾灸炙烤导致的当前皮温、艾灸灸烤路径作为被控量d，将相同时刻的c和d作为一组样本，获取至少1000组该样本，将其送入深度神经网络进行回归分析，获得该被刺激者16的个性化闭环刺激方案。