无创神经调控系统及具有该系统的经颅电刺激仪的制作方法

1.本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种无创神经调控系统及具有该系统的经颅电刺激仪。


背景技术：

2.无创神经调控技术作为干预脑功能的有效手段，提供了研究成瘾神经环路及临床应用的可能性。目前市面上用于无创神经调控的经颅电刺激仪主要的电流模式包括单纯dc、单频ac、dc脉冲，组合频率的脉冲或ac，随机噪声模式(rns)，虽然电流的模式多，但是电流的模式只能单项选择，即在启动刺激前配置好相关参数，如时间，电流峰值，频率数值等，在刺激启动后电流输出就按照参数配置固定不变的持续输出。经颅电刺激仪仅支持单通道刺激模式，电流输出模式单一，刺激过程中电流固定不变，还有通过分时复用实现4个通道刺激输出，但在同一个时间点的刺激过程中电流固定不变，不支持更多通道的电流输出，无法实现更复杂的治疗方案。并且由于技术限制，现有方案仅支持刺激，无法及时评估刺激效果，进而根据患者实时状态改变刺激参数。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：为了现有技术的经颅电刺激仪电流输出模式单一，刺激过程中电流固定不可调节以及不能实现多通道电流输出的技术问题，本发明提供一种无创神经调控系统，启动后可调节电流输出，且满足多通道的电流输出，能够实现闭环刺激。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无创神经调控系统，包括：上位机；控制设备，与所述上位机信号连接；电极组件，与所述控制设备连接，并与用户大脑表皮信号连接；其中，所述控制设备包括：主控模块、显示模块、电流输出接口以及闭环刺激预留接口；所述主控模块与所述上位机连接；所述显示模块、所述电流输出接口以及所述闭环刺激预留接口均与所述主控模块连接；所述电流输出接口与所述电极组件连接；所述闭环刺激预留接口还与外部设备连接。
5.进一步，具体地，所述控制设备还包括控制按键，所述控制按键与所述主控模块连接。
6.进一步，具体地，所述控制设备还包括无线模块，所述无线模块与所述主控模块连接，所述上位机和所述主控模块之间通过无线模块信号连接。
7.进一步，具体地，所述控制设备还包括usb数据接口模块，所述usb数据接口模块与所述主控模块连接，所述上位机和所述usb数据接口模块通过usb数据线信号连接。
8.进一步，具体地，所述主控模块包括至少两路的通道，每路所述通道均与所述电流输出接口连接；所述电流输出接口包括多个子接口，所述子接口与对应的通道连接，所述子接口的数量与所述通道的数量有关。
9.进一步，具体地，所述电极组件包括脑电帽或海绵电极中的任一种；所述脑电帽包
括帽体、与所述帽体可拆卸安装的多个基座；每个所述基座自下而上依次层叠设置有刺激电极座和采集电极座，所述基座、所述刺激电极座以及所述采集电极座之间均通过卡接装置卡接固定；所述刺激电极座上安装有刺激电极，所述采集电极座上安装有采集电极，所述基座与所述刺激电极和所述采集电极同轴设置。
10.进一步，具体地，所述刺激电极座包括刺激电极安装部、沿所述刺激电极安装部径向延伸出的第一尾部，以及开设在所述刺激电极安装部中间位置的第一通孔；所述采集电极座包括采集电极安装部、沿所述采集电极安装部径向延伸出的第二尾部，以及开设在所述采集电极安装部中间位置的第二通孔；所述基座的中心位置开设有第三通孔，所述基座的第三通孔、所述第一通孔以及所述第二通孔同轴设置，且相互连通；所述第三通孔的孔径＜第一通孔的孔径＜第二通孔的孔径。
11.进一步，具体地，所述卡接装置包括第一卡接组件和第二卡接组件；所述第一卡接组件包括多个圆周排布在所述基座上第一卡扣和在刺激电极座边缘向外扩张形成的第一凸缘，多个第一卡扣与第一凸缘配合安装；所述第二卡接组件包括沿所述刺激电极座周向设置的多个第二卡扣和在所述采集电极座边缘向外扩张形成的第二凸缘，多个第二卡扣与第二凸缘配合安装。
12.进一步，具体地，所述刺激电极座和采集电极座上均设置有至少一个定位卡块，当所述刺激电极座和采集电极座安装在所述基座上时，所述定位卡块位于两个相邻的第一卡扣或两个相邻的第二卡扣之间的缝隙中。
13.一种经颅电刺激仪，所述经颅电刺激仪采用如上所述的无创神经调控系统。
14.本发明的有益效果是，本发明的一种无创神经调控系统，通过上位机与主控模块连接，主控模块根据上位机传输的刺激参数输出电流信号，提高了系统设定的灵活性，且设置有支持多通道的电流输出。另外增加闭环刺激预留接口，闭环刺激预留接口与外部设备连接，支持闭环刺激系统的搭建。另外通过对电极组件的改进，不需要将电极组件从患者头部取下，即可实现采集和刺激的更换，保证经颅电刺激的采集和刺激同点位，能够根据实时采集的数据对刺激电位进行实时调控，提高刺激精度。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
16.图1是本发明最优实施例的结构示意图。
17.图2是本发明最优实施例控制设备的结构示意图。
18.图3是本发明最优实施例控制设备的外观示意图
19.图4是本发明最优实施例电极组件爆炸结构示意图。
20.图5是本发明最优实施例电极组件装配示意图。
21.图6是本发明最优实施例基座的结构示意图。
22.图7是本发明最优实施例刺激电极座的结构示意图。
23.图8是本发明最优实施例采集电机座的结构示意图。
24.图中1、上位机；2、控制设备；3、电极组件；21、主控模块；22、显示模块；23、电流输出接口；24、闭环刺激预留接口；26、控制按键；27、无线模块；28、usb数据接口模块；41、基座；42、刺激电极座；43、采集电极座；44、定位卡块；411、第三通孔；412、第一卡扣；421、刺激
电极安装部；422、第一尾部；423、第一通孔；424、第一凸缘；425、第二卡扣；431、采集电极安装部；432、第二尾部；433、第二通孔；434、第二凸缘。
具体实施方式
25.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.如图1-3所示，是本发明最优实施例，一种无创神经调控系统，包括：上位机1，上位机1用于管理和传输刺激参数，并对控制设备2的刺激进程进行控制；具体的，上位机1上安装有刺激系统，用于编辑和保存刺激方案以及对控制设备2的刺激进程进行控制。刺激方案以协议为单位，每个协议可以添加多个刺激步骤，在每个步骤中设定刺激时间以及刺激渐升渐降时间。
29.控制设备2，与上位机1信号连接，控制设备获取生理信号，并接收上位机1传输过来的刺激参数，经控制设备2处理后输出预设刺激电流，并对预设刺激电流进行传输。
30.电极组件3，与控制设备2连接，并与用户大脑表皮信号连接；电极组件3将采集到的生理信号传输至控制设备2，控制设备2将生理信号进行转换后传输到上位机1，上位机1根据采集到的生理信号对刺激系统中每个刺激电极的刺激参数进行独立设置，完成刺激参数设定后，上位机1对控制设备2的刺刺激参数进行控制，包括阻抗检查、预刺激控制以及开始刺激控制，并将刺激参数传输至控制设备2，控制设备2处理后输出预设刺激电流，并对预设刺激电流进行传输，刺激电极获取获取控制设备2传输的预设刺激电流，并经过电极3将预设刺激电流传输至用户大脑皮肤，以达到治疗效果。当用户感到不适感无法忍受时，可停止刺激控制。
31.其中，如图2-3所示，控制设备2包括：主控模块21、显示模块22、电流输出接口23以及闭环刺激预留接口24；主控模块21与上位机1连接；显示模块22、电流输出接口23以及闭环刺激预留接口24均与主控模块21连接；电流输出接口23还与电极组件3连接；闭环刺激预留接口24还与外部设备连接。主控模块21获取上位机1传输的刺激参数，主控模块21对刺激参数进行转换，生成多个电流信号；主控模块21还用于接收采集电极采集到的生理信号的接收模块，并对接收到的生理信号进行处理，传输到上位机1中；电流输出接口23用于接收
所有电流信号，并对电流信号进行传输，将电流信号传输至电极组件3。显示模块22用于显示当前的刺激方案，包括对时间、刺激强度、启用通道序号以及阻抗变化信息的显示。闭环刺激预留接口24可以接收外部设备控制刺激开始或停止信号，外部设备采用手机、pc机、平板设备，主控模块21还可以经闭环刺激预留接口24反馈刺激开始和结束信号至外部设备，实现闭环刺激。
32.在本实施例中，控制设备2还包括控制按键26，控制按键26与主控模块21连接，在控制设备2脱离上位机1使用时，可通过控制按键26来对控制设备2的刺激进程进行控制，以及部分参数的调节。控制按键26包括多个按键，多个按键均与主控模块21连接，多个按键分别包括但不限于启停按键、刺激强度调节按键、阻抗检查按键、预刺激按键以及刺激控制按键，启停按键用于刺激暂停和继续使用，刺激强度调节按键用于对输出电流信号的强度调节，阻抗检查按键用于获取阻抗变化信息，预刺激按键用于输出预设的刺激电流、刺激控制按键用于控制控制设备2的打开和关闭。
33.在本实施例中，控制设备2还包括无线模块27，无线模块27与主控模块21连接，上位机1和主控模块21之间通过无线模块27信号连接。主控模块21通过无线模块27获取上位机1传输的刺激参数以及对控制设备2的刺激进程进行控制的控制信号，便于控制设备2的移动。无线模块27采用但不限于蓝牙模块，抗干扰能力好，穿透力强，确保参数以及信号能够被主控模块21接收，且实现成本低。
34.在另一实施例中，控制设备2还包括usb数据接口模块28，usb数据接口模块28与主控模块21连接，上位机1和usb数据接口模块28通过usb数据线信号连接，确保刺激参数以及对控制设备2的刺激进程进行控制的控制信号能被传输至主控模块21。
35.在本实施例中，主控模块21包括至少两路的通道，每路通道均与电流输出接口23连接，电流输出接口23包括多个子接口，子接口的数量与通道的数量有关，子接口最多连接主控模块21的五路通道，当主控模块21的通道大于五路时，子接口的数量也随之增加。具体的，主控模块21包括依次连接的处理器、数模转换单元以及电压转电流单元，其中处理器用于获取并处理刺激参数；将刺激参数转换为数字信号传输至数模转换单元，数模转换单元具有至少两路的数模准换通道，根据数字信号及基准参考电压信号输出多个通道不同幅度的电压模拟量，实现多路电压模拟量输出；电压转化电流单元用于将每路电压模拟量转换为对应的电流信号，电流信号经电压转换单元的通道传输至电流输出接口23。
36.在本实施例中，如图4-8所示，电极组件3包括脑电帽或海绵电极中的任一种；脑电帽包括帽体、与帽体可拆卸安装的多个基座41；每个基座41自下而上依次层叠设置有刺激电极座42和采集电极座43，基座41、刺激电极座42以及采集电极座43之间均通过卡接装置卡接固定；刺激电极座42上安装有刺激电极，采集电极座43上安装有采集电极，基座41与刺激电极和采集电极同轴设置。即，当刺激电极座42与采集电极座43同时使用时，自下而上依次层叠设置，起到防呆作用，并能够避免放置错位造成使用不当。通过自下而上依次层叠设置刺激电极座42和采集电极座43，保证所述刺激电极和采集电极同轴设置。本发明不需要将脑电帽从患者头部取下，即可实现信号采集、电刺激或信号采集和电刺激同时进行，使用方便且具有较大的适用性，在需要将实时采集的脑电信号对刺激电极进行实时调控时，保证经颅电刺激的采集和刺激同点位，能够根据实时采集的数据对刺激电位进行实时调控，提高刺激精度。
37.在本实施例中，如图7所示，刺激电极座42包括刺激电极安装部421、沿刺激电极安装部421径向延伸出的第一尾部422，以及开设在刺激电极安装部421中间位置的第一通孔423；如图8所示，采集电极座43包括采集电极安装部431、沿采集电极安装部431径向延伸出的第二尾部432，以及开设在采集电极安装部431中间位置的第二通孔433；基座41的中心位置开设有第三通孔411，第三通孔411、第一通孔423以及所述第二通孔433同轴设置，且相互连通；第三通孔411的孔径＜第一通孔423的孔径＜第二通孔433的孔径。随着孔径变大，在其中涂抹导电膏后导电膏呈锥形设置，以此来提高层叠设置的多个电极座之间的导通性。需要说明的是，本实施例中的基座41、刺激电极座42、采集电极座43均采用可变性塑形材料。
38.在本实施例中，卡接装置包括第一卡接组件和第二卡接组件；第一卡接组件包括多个圆周排布在基座41上第一卡扣412和在刺激电极座42边缘向外扩张形成的第一凸缘424，多个第一卡扣412与第一凸缘424配合安装；第二卡接组件包括沿刺激电极座42周向设置的多个第二卡扣425和在所述采集电极座43边缘向外扩张形成的第二凸缘434，多个第二卡扣425与第二凸缘434配合安装。以此来保证基座41、采集电极座43以及刺激电极座42之间的安装稳定。当基座41、采集电极座43以及刺激电极座42三者安装固定后，第一卡扣412和第二卡扣425交错分布，避免第一卡扣412、第二卡扣425之间相互影响。可选的，第一卡扣412例如但不限于4个，均匀分布在基座41的周侧；第二卡扣425例如但不限于4个，均匀分布在刺激电极座42的周侧。
39.刺激电极座42与采集电极座43层叠设置，并且刺激电极座42和采集电极座43的尾部可在两相邻第一卡扣412之间形成的缝隙中随意切换，使得整体的脑电帽设计具备排线布线灵活性高的特点。需要进一步说明的是，本实施例的刺激电极座42的第一尾部和采集电极座43的第二尾部均开设用于放置电极引线的凹槽，用于放置电极引线的凹槽与安装电极的凹槽相连通，用于放置电极引线的凹槽内还设有用于卡设电极引线的卡条，能够对从尾部中引出的电极引线进行卡紧，以便于对引线进行整理，并且在尾部的末端开设有用于穿过电极引线的穿线孔，进一步地方便电极引线的整理。
40.在本实施例中，刺激电极座42和采集电极座43上均设置有至少一个定位卡块44，当刺激电极座42和采集电极座43安装在基座41上时，定位卡块44位于两个相邻的第一卡扣412或两个相邻的第二卡扣425之间的缝隙中。保证在使用过程中，基座41、刺激电极座42和采集电极座43的位置稳定性。在本实施例中，基座41、采集电极座43、刺激电极座42均采用可变性的塑形材料制成，以便于通过挤压使得三者能够相互配合安装。在本实施例中，刺激电极安装部421的底部还设有开口，开口处的周边设有台阶面，以便于操作人员从底部放入刺激电极。
41.在本实施例中，刺激电极安装部421的底部还设有开口，开口处的周边设有台阶面，以便于操作人员从底部放入刺激电极。
42.一种经颅电刺激仪，经颅电刺激仪采用如上的无创神经调控系统。
43.本发明的一种无创神经调控系统，通过上位机1与主控模块21连接，主控模块21根据上位机1传输的刺激参数输出电流信号，提高了系统设定的灵活性，且支持多通道的电流输出。另外增加闭环刺激预留接口24，闭环刺激预留接口24与外部设备连接，支持闭环刺激系统的搭建。另外通过对脑电帽的改进，采集电极和刺激电极的靶点相同，保证经颅电刺激
的生理信号采集和电刺激同点位，能够根据实时采集的数据对刺激参数进行实时调控，从而提高刺激精度。相对于现有技术中为了提高刺激精度采用多个电极聚焦靶点的方式，只能尽量缩小采集电极和刺激电极的靶点位置的距离，采集电极和刺激电极的靶点位置只能靠近而无法达到同点位，而本发明的脑电帽结构在安装采集电极和刺激电极后，基座41上的采集电极和刺激电极同轴，能够保证采集电极和刺激电极的同点位，由此采用本发明的脑电帽刺激精度更高。
44.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。