一种经颅直流电刺激仪的制作方法

1.本实用新型涉及经颅电刺激领域，特别是涉及一种经颅直流电刺激仪。


背景技术：

2.tdcs(transcranial direct current stimulation，经颅电刺激)是一种非侵入性神经刺激技术，其将特定的、低强度电流通过电极作用在特定脑部区域，通过改变神经元膜表面的电荷分布来影响神经递质的释放，从而达到调节大脑皮层神经活动的目的。
3.通过经颅直流电刺激仪可以实现上述的经颅电刺激，然而现有技术中缺少一种成熟的经颅直流电刺激仪，从而导致现有技术中的经颅直流电刺激仪的电路结构复杂，并且体积较大。
4.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种经颅直流电刺激仪，以运算放大电路为核心的压控电流源的结构简单且体积较小，从而简化了经颅直流电刺激仪的结构并缩小了体积。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种经颅直流电刺激仪，包括：
7.基准源电路，用于提供基准直流电压；
8.主控制器，用于提供指定电压值的控制电压；
9.第一输入端与所述基准源电路连接，第二输入端与所述主控制器连接的运算放大电路，用于根据所述控制电压对所述基准直流电压进行放大；
10.与所述运算放大电路的输出端连接的第一电极，用于被设置于头部指定位置，以便进行电刺激；
11.与所述运算放大电路连接的第二电极，用于被设置于头部指定位置，以便进行电刺激。
12.优选地，所述运算放大电路包括：
13.第一输入端与所述基准源电路连接，第二输入端与所述主控制器连接的第一运算放大器，用于根据所述控制电压对所述基准直流电压进行放大；
14.同相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，反相输入端与第一限流电阻的第一端连接的第二运算放大器，用于协同所述第一电极、所述第二电极以及所述限流电阻形成电回路；
15.所述第一限流电阻，用于增加所述电回路中的阻值。
16.优选地，该经颅直流电刺激仪还包括：
17.与所述第一电极或所述第二电极连接，并连接于所述主控制器的电流检测电路，用于检测所述第一电极以及所述第二电机所在电回路中电流的电流值；
18.与所述主控制器连接的报警器；
19.则所述主控制器还用于，在所述电流值大于第一预设阈值时控制所述报警器报警。
20.优选地，所述电流检测电路还包括采样电阻、第二限流电阻以及第一滤波电容；
21.所述采样电阻的第一端以及所述第二限流电阻的第一端均与所述第一电极或所述第二电极连接，所述采样电阻的第二端以及所述第一滤波电容的第一端接地，所述第二限流电阻的第二端以及所述第一滤波电容的第二端与所述主控制器连接。
22.优选地，该经颅直流电刺激仪还包括：
23.分别与所述第二运算放大器的输出端以及所述主控制器连接的电压检测电路，用于检测所述第二运算放大器输出电压的电压值；
24.与所述主控制器连接的提示器；
25.则所述主控制器还用于，在所述电压值大于第二预设阈值时，控制所述提示器提示电极脱落。
26.优选地，所述电压检测电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三限流电阻、第二滤波电容；
27.所述第一分压电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第一分压电阻的第二端分别与所述第二分压电阻的第一端以及所述第三电流电阻的第一端连接，所述第二分压电阻的第二端以及所述第二滤波电容的第一端均接地，所述第三限流电阻的第二端以及所述第二滤波电容的第二端均与所述主控制器连接。
28.优选地，所述报警器为蜂鸣器。
29.优选地，所述提示器为显示屏。
30.优选地，所述基准源电路包括电压源、第四限流电阻、电压基准芯片、第三分压电阻以及第四分压电阻；
31.所述电压源与所述第四限流电阻的第一端连接，所述第四限流电阻的第二端与所述电压基准芯片的输入端连接，所述电压基准芯片的接地端接地，所述电压基准芯片的输出端与所述第三分压电阻的第一端连接，所述第三分压电阻的第二端以及所述第四分压电阻的第一端共同作为所述基准源电路的输出端，所述第四分压电阻的第二端接地。
32.优选地，所述电压基准芯片为稳压管。
33.本实用新型提供了一种经颅直流电刺激仪，本技术中在基准源电路提供的基准直流电压的基础上，通过运算放大电路以及主控制器便实现了“压控电流源”，并通过该“压控电流源”为两个电极供电，从而顺利地形成经颅直流电刺激，由于除了通用的主控制器以及两个电极外，本技术仅包含基准源电路以及运算放大电路，且基准源电路以及运算放大电路均具有体积小以及结构简单的优点，因此本技术的经颅直流电刺激仪结构简单且体积较小。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本实用新型提供的一种经颅直流电刺激仪的结构示意图；
36.图2为本实用新型提供的另一种经颅直流电刺激仪的结构示意图；
37.图3为本实用新型提供的再一种经颅直流电刺激仪的结构示意图。
具体实施方式
38.本实用新型的核心是提供一种经颅直流电刺激仪，以运算放大电路为核心的压控电流源的结构简单且体积较小，从而简化了经颅直流电刺激仪的结构并缩小了体积。
39.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.请参考图1，图1为本实用新型提供的一种经颅直流电刺激仪的结构示意图，该经颅直流电刺激仪包括：
41.基准源电路1，用于提供基准直流电压；
42.主控制器2，用于提供指定电压值的控制电压；
43.第一输入端与基准源电路1连接，第二输入端与主控制器2连接的运算放大电路3，用于根据控制电压对基准直流电压进行放大；
44.与运算放大电路3的输出端连接的第一电极4，用于被设置于头部指定位置，以便进行电刺激；
45.与运算放大电路3连接的第二电极5，用于被设置于头部指定位置，以便进行电刺激。
46.具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，为了简化经颅直流电刺激仪的电路结构并缩小其体积，申请人考虑从简化其中的“压控电流源电路”的角度来进行电路设计，结合考虑到运算放大电路3(以运算放大器为核心的放大电路)能够根据控制电压对基准直流电压进行放大，并且其结构简单且体积较小，因此本技术中在提供基准直流电压的基准源电路1以及提供控制电压的主控制器2的基础上，通过运算放大电路3对基准直流电压进行放大，最终经由“运算放大电路3、第一电极4、第二电极5(以及用户头部)形成的电回路”，达到施加电刺激的目的，并且由于控制电压可以由主控制器2内部的程序控制按预定规则变化，因此本技术的经颅直流电刺激仪可以在用户头部生成电流值变化的直流电刺激。
47.其中，经颅直流电刺激仪在用户头部产生的电流的电流值通常结余0-2ma之间，从而保证刺激效果以及安全性。
48.具体的基准直流电压的电压值可以进行自主设定，本实用新型实施例在此不做限定。
49.本实用新型提供了一种经颅直流电刺激仪，本技术中在基准源电路提供的基准直流电压的基础上，通过运算放大电路以及主控制器便实现了“压控电流源”，并通过该“压控电流源”为两个电极供电，从而顺利地形成经颅直流电刺激，由于除了通用的主控制器以及两个电极外，本技术仅包含基准源电路以及运算放大电路，且基准源电路以及运算放大电路均具有体积小以及结构简单的优点，因此本技术的经颅直流电刺激仪结构简单且体积较
小。
50.为了更好地对本实用新型实施例进行说明，请参考图2以及图3，图2为本实用新型提供的另一种经颅直流电刺激仪的结构示意图，图3为本实用新型提供的再一种经颅直流电刺激仪的结构示意图，在上述实施例的基础上：
51.作为一种优选的实施例，运算放大电路3包括：
52.第一输入端与基准源电路1连接，第二输入端与主控制器2连接的第一运算放大器u2a，用于根据控制电压对基准直流电压进行放大；
53.同相输入端与第一运算放大器u2a的输出端连接，反相输入端与第一限流电阻的第一端连接的第二运算放大器u2b，用于协同第一电极4、第二电极5以及限流电阻形成电回路；
54.第一限流电阻，用于增加电回路中的阻值。
55.具体的，第一运算放大器u2a包括运算放大器本体以及外围电路，两者共同执行“根据控制电压对基准直流电压进行放大”，放大倍数可以由外围电路中电阻的阻值进行调节，外围电路可以包括图3中的r1、r2、rf，本实用新型实施例在此不做限定。
56.其中，在图3中，dcja为第一电极4，dcjb为第二电极5，rl为人体阻抗负载。
57.具体的，为了保证在对电路进行高电压测试时的安全性，如图3所示，可以在电路的各个位置处设置多个tvs保护二极管，具体包括d1、d2、d201以及d301。
58.具体的，第二运算放大器u2b可以起到电压跟随的作用，即保证其输出电压与输入电压一致，并且其可以与“第一电极4、(用户头部皮肤)、第二电极5以及第一限流电阻”共同构成电回路，便于产生电刺激。
59.其中，本实用新型实施例中的运算放大电路3的结构简单，体积较小。
60.当然，除了本实用新型实施例中的结构外，运算放大电路3还可以为其他具体结构，本实用新型实施例在此不做限定。
61.作为一种优选的实施例，该经颅直流电刺激仪还包括：
62.与第一电极4或第二电极5连接，并连接于主控制器2的电流检测电路6，用于检测第一电极4以及第二电机所在电回路中电流的电流值；
63.与主控制器2连接的报警器7；
64.则主控制器2还用于，在电流值大于第一预设阈值时控制报警器7报警。
65.具体的，考虑到由于电路故障或者其他原因，最终在电极所在电回路中产生电流的电流值可能高于第一预设阈值(通常可以为2ma)，便会对患者造成损伤，因此本实用新型实施例中设置了电流检测电路6对电极所在电回路中电流的电流值进行检测，一旦发现其高于第一预设阈值便可以控制报警器7进行报警，提高了经颅直流电刺激仪的安全性。
66.其中，第一预设阈值可以进行自主设定，本实用新型实施例在此不做限定。
67.作为一种优选的实施例，电流检测电路6还包括采样电阻rs、第二限流电阻r201以及第一滤波电容c201；
68.采样电阻rs的第一端以及第二限流电阻r201的第一端均与第一电极4或第二电极5连接，采样电阻rs的第二端以及第一滤波电容c201的第一端接地，第二限流电阻r201的第二端以及第一滤波电容c201的第二端与主控制器2连接。
69.具体的，通过采样电阻rs可以将“与电极连接位置”的电压值传递至主控制器2，由
于电回路中的电流值与电压值成正比，因此主控制器2可以在该电压值大于第一预设阈值时进行报警控制。
70.具体的，在图3中，v1＝(1 rf/r1)vin-(rf/r1)vref，当负载rl接入两个治疗电极dcja、dcjb时，电极dcjb端vr的电压通过限流跟随第一限流电阻跟随至第二运算放大器u2b的反相输入端端。依据运放虚短的工作原理，vr＝v1＝(1 rf/r1)vin-(rf/r1)vref，为了便于计算，将匹配电阻r1以及rf设置为r1＝rf，由此得出v1＝2vin-vref＝2vin-2，即vr＝v1＝2vin-2。
71.其中，运放工作在线性区，考虑运放虚断的工作原理，流经两个治疗电极dcja、dcjb之间负载电阻rl的电流，即为流经采样电阻rs上的电流ir。而流经采样电阻rs上的电流ir＝vr/rs＝(2vin-2)/rs，将采样电阻rs设置为精密电阻阻值为1k，此时ir＝2vin-2。
72.具体的，由于经颅直流电刺激工作电流一般为0～2ma，流经采样电阻rs上的电流ir＝2vin-2，所以当输入第一运算放大器u2a同相输入端的控制电压vin范围为1～2v时，即可实现电压控制流经负载电阻rl电流大小的目的，也符合经颅直流电刺激电流信号的工作范围。
73.其中，第二限流电阻r201可以对主控制器2进行保护，而第一滤波电容c201可以对采集到的电压信号进行滤波处理，以便提高判定准确性。
74.当然，除了本实用新型实施例中的具体结构外，电流检测电路6还可以为其他多种类型，本实用新型实施例在此不做限定。
75.作为一种优选的实施例，该经颅直流电刺激仪还包括：
76.分别与第二运算放大器u2b的输出端以及主控制器2连接的电压检测电路8，用于检测第二运算放大器u2b输出电压的电压值；
77.与主控制器2连接的提示器9；
78.则主控制器2还用于，在电压值大于第二预设阈值时，控制提示器9提示电极脱落。
79.具体的，考虑到在进行电刺激的过程中电极可能存在脱落的风险，从而中断了治疗，影响了用户体验，因此本实用新型实施例中可以通过电压检测电路8进行电极脱落检测，其用到的原理为：“当第一电极4或者第二电极5发生脱落，第二运算放大器u2b的跟随链路(电回路)断开，第二运算放大器u2b便会工作在开环放大状态，其输出的电压会达到第一运算放大器u2a的供电电压(如图3中的 26v，因此通过对于第二运算放大器u2b输出电压电压值的检测，便可以进行电极脱落检测”。
80.具体的，通过在电极脱落时进行提示，便于用户恢复电极的连接并进行治疗，提升了用户体验。
81.作为一种优选的实施例，电压检测电路8包括第一分压电阻r301、第二分压电阻r302、第三限流电阻r303、第二滤波电容c301；
82.第一分压电阻r301的第一端与第二运算放大器u2b的输出端连接，第一分压电阻r301的第二端分别与第二分压电阻r302的第一端以及第三电流电阻的第一端连接，第二分压电阻r302的第二端以及第二滤波电容c301的第一端均接地，第三限流电阻r303的第二端以及第二滤波电容c301的第二端均与主控制器2连接。
83.具体的，通过第一分压电阻r301以及第二分压电阻r302，可以将第二运算放大器u2b的输出端电压调整为能够使主控制器2监测的电平范围，从而作为电极脱落的监测信
号，达到监测电极脱落的目的。
84.其中，第三限流电阻r303可以对主控制器2进行保护，第二滤波电容c301则可以过滤杂波便于提高判定准确性。
85.当然，除了该具体结构外，电压检测电路8还可以为其他具体结构，本实用新型实施例在此不做限定。
86.作为一种优选的实施例，报警器7为蜂鸣器。
87.具体的，蜂鸣器具有体积小以及结构简单等优点。
88.当然，除了蜂鸣器外，报警器7还可以为其他类型，本实用新型实施例在此不做限定。
89.作为一种优选的实施例，提示器9为显示屏。
90.具体的，显示屏具有提示效果直观等优点。
91.当然，除了显示屏外，提示器9还可以为其他类型，例如语音提示器等，本实用新型实施例在此不做限定。
92.作为一种优选的实施例，基准源电路1包括电压源、第四限流电阻r101、电压基准芯片u1、第三分压电阻r102以及第四分压电阻r103；
93.电压源与第四限流电阻r101的第一端连接，第四限流电阻r101的第二端与电压基准芯片u1的输入端连接，电压基准芯片u1的接地端接地，电压基准芯片u1的输出端与第三分压电阻r102的第一端连接，第三分压电阻r102的第二端以及第四分压电阻r103的第一端共同作为基准源电路1的输出端，第四分压电阻r103的第二端接地。
94.具体的，电压基准芯片u1可以将电压源提供的电压调整为稳定电压值的电压并输出，而通过第三分压电阻r102以及第四分压电阻r103组成的分压电路可以进一步对其输出电压的电压值进行调节以便得到基准电压。
95.其中，第四限流电阻r101可以对回路进行电流限制，以便对回路中相关器件进行保护。
96.当然，除了该具体结构外，基准源电路1还可以为其他多种类型，本实用新型实施例在此不做限定。
97.作为一种优选的实施例，电压基准芯片u1为稳压管。
98.具体的，稳压管具有体积小、成本低以及寿命长等优点。
99.其中，电压基准芯片u1可以选用tl431，其可以输出稳定精确的2.5v直流电压，通过第三分压电阻r102以及第四分压电阻r103使输入压控恒流源电路中第一运算放大器u2a的负向端的基准电压vref的电压值为2v，为压控电流源电路提供基准参考电压。
100.当然，除了稳压管外，电压基准芯片u1还可以为其他类型，本实用新型实施例在此不做限定。
101.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出
的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
102.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。